Các chất tạo gel

Th.s TRUONG THI MY LINH 230
CÁC CHẤT TẠO GEL
.
Tổng

quan

về

gelatin
•

Gelatin là

một

sản

phẩm

được

thu

nhận

từ

sự

thủy

phân

cục

bộ

của

collagen, được

lấy

từ

da

và

mô

liên

kết

và

xương

của

động

vật.
•

Gelatin không

xuất

hiện

tự

do trong

tự

nhiên, không

thể

được

lấy

từ

sừng, mống

và

các

bộ

phận

không

chứa

collagen
khác

của

động

vật

có

xương

sống.
•

Không

có

nguồn

collagen thực

vật

và

không

có

liên

hệ

hoá

học

giữa

gelatin và

các

nguyên

liệu

khác

được

xem

như

là

gelatin thực

vật

chẳng

hạn

như

các

chất

chiết

từ

tảo.
Th.s TRUONG THI MY LINH 231
•

Bằng

các

kỹ

thuật

sản

xuất

hiện

đại, có

thể

tạo

ra

gelatin ở

dạng

rắn

đạt

tiêu

chuẩn

quốc

tế

về

an toàn

vi sinh

vật.
•

Gelatin loại

A được

thu

nhận

từ

nguyên

liệu

ban đầu

xử

lý

acid.
•

Gelatin loại

B được

thu

nhận

từ

nguyên

liệu

ban đầu

xử

lý

bazơ.
•

Gelatin là

một

protein hoà

tan trong

nước

và

là

một

keo

ưa

nước.
CÁC CHẤT TẠO GEL
Th.s TRUONG THI MY LINH 232

•

Trong

công

nghệ

thực

phẩm, gelatin là

một

trong

những

chất

gum hoặc

là

các

polymer hòa

tan trong

nước

có

thể

được

sử

dụng

như

là

tác

nhân

tạo

gel,
tạo

đặc

hoặc

tạo

sự

ổn

đònh.
•

Gelatin khác

với

các

chất

gum khác

vì

phần

lớn

chúng

là

các

polymersaccharide, như

carrageenan

và

pectin, trái

lại

gelatin là

một

protein hòan

toàn

tiêu

hóa

được

chứa

hầu

hết

các

amino acid cần

thiết

ngoại

trừ

tryptophan.
CÁC CHẤT TẠO GEL
Th.s TRUONG THI MY LINH 233
Đònh

nghóa
Gelatin là

một

polypeptide phân

tử

lượng

cao, được

thu

nhận

từ

collagen, thành

phần

protein cơ

bản

của

các

mô

liên

kết

động

vật, bao

gồm

xương, da

và

gân.
•

Gelatin được

sử

dụng

phổ

biến

khoảng

năm

1700
và

bắt

nguồn

từ

tiếng

latin

“gelatus”

có

nghóa

là

bền

vững. Mặc

dù

thuật

ngữ

gelatin thì

ít

được

sử

dụng

để

chỉ

các

chất

tạo

gel khác

trước

đây, mà

thường

sử

dụng

collagen.
CÁC CHẤT TẠO GEL
Th.s TRUONG THI MY LINH 234
•

Collagen
•

Là

protein động

vật, là

thành

phần

cấu

trúc

chính

của

các

sợi

mô

liên

kết

và

hiện

diện

ở

tất

cả

các

mô

và

cơ

quan. Nó

cấu

thành

gần

như

30% tổng

protein ở

cả

động

vật

có

xương

sống

và

không

xương

sống, dưới

kính

hiển

vi xuất

hiện

như

sợi

mờ

đục, được

bao

quanh

bởi

các

protein khác

và

các

mucopolysaccharide.
•

Thành

phần

acid amin

của

collagen ở

động

vật

có

vú

ổn

đònh

và

đáng

chú

ý

là

18 trong

20 acid amin

phổ

biến

trong

các

protein luôn

luôn

hiện

diện. Trong

đó, glycine, proline

hiện

diện

với

hàm

lượng

cao, còn

hydroxyproline

chiếm

13-

15% trong

collagen, còn

trong

elastin

khoảng

2%.
CÁC CHẤT TẠO GEL
Th.s TRUONG THI MY LINH 235
•

Sự

chuyển

hóa

giữa

collagen và

gelatin
•

Sự

chuyển

biến

collagen thành

gelatin là

sự

biến

đổi

cần

thiết

trong

quá

trình

sản

xuất

gelatin.
•

Đây

là

sự

chuyển

hóa

của

các

fibre

(sợi

cơ) cấu

tạo

nên

collagen, không

hòa

tan trong

nước, thành

các

polymer ngắn

hơn

được

gọi

là

gelatin, hòa

tan trong

nước.
•

Sự

phức

tạp

trong

cấu

trúc

của

collagen có

thể

được

xử

lý

bằng

enzyme hoặc

bằng

các

hóa

chất

trong

quá

trình

sản

xuất

gelatin, điều

này

giải

thích

cho

sự

tồn

tại

của

rất

nhiều

loại

gelatin khác

nhau.
CÁC CHẤT TẠO GEL
Th.s TRUONG THI MY LINH 236
•

Sản

xuất

gelatin:
•

Nguồn

chủ

yếu

trong

thực

tế

là

các

loại

da, xương

và

da

heo.
•

Gelatin được

sản

xuất

công

nghiệp

đầu

tiên

ở

Mỹ

năm

1850.
•

Năm

1930 da

heo

được

sử

dụng

làm

nguồn

nguyên

liệu.
•

Quá

trình

sản

xuất

gelatin ở

châu

u

bắt

đầu

sau

đó

25-30 năm, nhưng

ngày

nay châu

u

trở

thành

vùng

sản

xuất

gelatin chủ

yếu.
CÁC CHẤT TẠO GEL
Th.s TRUONG THI MY LINH 237
QUI TRÌNH SAÛN XUAÁT GELATIN
Th.s TRUONG THI MY LINH 238
•

Phương

pháp

bazơ
•

Các

xương

đã

được

khử

khoáng

hoặc

da

được

ngâm

trong

kiềm

(thường

vôi

hoặc

trong

một

vài

trường

hợp

sử

dụng

NaOH) trong

một

vài

tuần

ở

nhiệt

độ

thường. Sau

đó, cho

qua ngâm

cồn

để

đảm

bảo

loại

khử

hiệu

quả

dầu

mỡ, các

protein dễ

hỏng, các

mucopolysaccharide

và

các

hợp

chất

hữu

cơ

không

cần

thiết

khác. Ngoài

sự

làm

sạch

này, mục

đích

quan

trọng

của

phương

pháp

kiềm

là

phá

hủy

các

liên

kết

ngang

hóa

học

còn

hiện

diện

trong

collagen và

làm

cho

collagen có

tính

hòa

tan trong

nước. Phương

pháp

kiềm

có

thể

kéo

dài

từ

6-20 tuần
CÁC CHẤT TẠO GEL
Th.s TRUONG THI MY LINH 239
•

Phương

pháp

acid
•

Trong

thời

gian

gần

đây, phương

pháp

chế

biến

da

heo

và

xương

bằng

acid ngày

càng

trở

nên

phổ

biến

ở

châu

u. Quá

trình

này

trong

thực

tế

thích

hợp

cho

các

nguyên

liệu

ít

liên

kết

ngang

như

xương

của

trâu

bò

và

da

heo

còn

nhỏ. Lý

do chính

để

thành

công

của

quá

trình

này

là

khoảng

thời

gian

ngắn

10-48 giờ

trong

khi

đó

phương

pháp

kiềm

thì

lâu

hơn.
•

Trong

phương

pháp

này, nguyên

liệu

được

rữa

sạch

và

được

ngâm

trong

dung dòch

acid loãng, nồng

độ

tối

đa

là

5% acid vô

cơ

như

HCl, H
2

SO
4

,

H
3

PO
4

. Khoảng

pH từ

3.5-4.5, nhiệt

độ

tối

thích

là

150
o
C. Việc

xử

lý
acid kết

thúc

khi

nguyên

liệu

được

acid hóa

đầy

đủ

hoặc

đạt

đến

độ

trương

phồng

tối

đa. Ở

giai

đoạn

cuối

của

quá

trình

các

acid dư

thừa

được

loại

đi

và

nguyên

liệu

đã

xử

lý

được

rữa

với

nước

lạnh
CÁC CHẤT TẠO GEL
Th.s TRUONG THI MY LINH 240
•

Đặc

tính

của

gelatin A và

gelatin B
Loại

Gelatin A Gelatin B
Nguyên

liệu
Tiền

xử

lý
Điểm

đẳng

điện
Da

heo, xương
Acid
7.0-9.4
Da

trâu

bò, xương,
Bazơ
4.5-5.3
CÁC CHẤT TẠO GEL
Th.s TRUONG THI MY LINH 241
•

Thông

tin dinh

dưỡng

của

gelatin
Factors Type A Type B
Moiture

(%)
Fat (%)
Carbohydrate (%)
Ash (%)
Sodium (ppm)
Phosphorous (ppm)
Iron (ppm)
Lead (ppm)
Zinc (ppm)
Nitrogen (%)
Calcium (ppm)
Potassium (ppm)
Calories/100g
10.5 ±

1.5
0
0

0.5 ±

0.4
500 ±

200
1 ±

0.8
4 ±

2
0.002 ±

0.002
1.5 ±

0.5
16.2 ±

0.3
90 ±

30
125 ±

50
360
10.5 ±

1.5
0
0
1.5 ±

0.5
3600 ±

1400
-
15 ±

10
0.005 ±

0.002
5 ±

3
16.2 ±

0.3
900 ±

100
330 ±

50
360
CÁC CHẤT TẠO GEL

Th.s TRUONG THI MY LINH 242
•

Cấu

trúc

hoá

học

và

các

đặc

tính

lý

hoá
•

Cấu

tạo
•

Hầu

hết

các

acid amin

có

trong

protein thì

có

trong

gelatin
ngoại

trừ

tryptophan

và

cysteine. Tuy

nhiên, cystine

thỉnh

thoảng

cũng

thấy

hiện

diện

ở

dạng

vết.
CÁC CHẤT TẠO GEL
Th.s TRUONG THI MY LINH 243
•

Các

acid amin

thu

được

khi

thuỷ

phân

100g gelatin
Acid amin Lượng

(g) Acid amin Lượng

(g)
Glycine
Alanine
Valine
Leucine
Isoleucine
Phenylalanine
Tryptophan
Serine
Threonine
Tyrosine
Proline
26-31
8.0-11
2.6-3.4
3.0-3.5
1.4-2.0
2.0-3.0
-
2.9-4.2

2.2-2.4
0.2-1.01
5-18
Methionine
Cysteine
Cystine
Lysine
Arginine
Histidine
Aspartic acid
Glutamic

acid
Hydroxylysine
13-15
0.7-1.0
-
Vết
4.0-5.0
8.0-9.0
0.7-1.0
6.0-7.0
11-12
0.8-1.2
CÁC CHẤT TẠO GEL
Th.s TRUONG THI MY LINH 244
•

Các

acid amin

trong

gelatin liên

kết

với

nhau

bằng

liên

kết

peptide. Đặc

biệt

là

sự

nối

tiếp

trong

gelatin là

Gly-X-Y.
Trong

đó

X thường

là

proline

và

Y là

hydroxyproline. Các

liên

kết

peptide khác

trong

cấu

trúc

không

gian

thì

tương

tự

như

cấu

hình

các

acid amin

trong

collagen.
Cấu

tạo

hoá

học

của

gelatin
CÁC CHẤT TẠO GEL
Th.s TRUONG THI MY LINH 245
•

Các

đặc

tính

hoá

học

và

vật

lý

:
•

Gelatin thì

gần

như

không

vò

và

không

mùi, rắn

chắc

giòn

và

có

màu

vàng

nhạt. Gelatin chứa

8-

13% ẩm

và

có

tỷ

trọng

1.3-1.4.
•

Khi

các

hạt

gelatin được

ngâm

trong

nước

lạnh

chúng

sẽ

hydrat

hoá

và

trương

nở. Khi

được

làm

ấm

các

hạt

trương

nở

này

hoà

tan thành

dạng

dung
dòch. Phương

pháp

điều

chế

dung dòch

gelatin này

được

ưa

thích, đặc

biệt

khi

nồng

độ

cao

được

yêu

cầu. Tác

động

của

dung dòch

gelatin chòu

ảnh

hưởng

bởi

nhiệt

độ, pH, hàm

lượng

tro, phương

pháp

sản

xuất, nguồn

nhiệt

và

nồng

độ.
CÁC CHẤT TẠO GEL
Th.s TRUONG THI MY LINH 246
•

Gelatin hoà

tan trong

dung dòch

nước

của

các

polyhydric
alcohols như

glycerol và

propylene glycol.
•

Các

dung môi

có

độ

phân

cực

cao, liên

kết

hydrogen hoặc

dung môi

hữu

cơ

mà

gelatin có

thể

hoà

tan như

acid acetic,
trifluoroethanol

và

formamide.
•

Gelatin không

hoà

tan trong

các

dung môi

hữu

cơ

ít

phân

cực

như

bezene, acetone.
•

Gelatin được

trữ

trong

các

container kín

khí

ở

nhiệt

độ

phòng

duy

trì

không

thay

đổi

trong

thời

gian

dài. Khi

gelatin
khô

được

gia

nhiệt

trên

45
0
C trong

không

khí

có

độ

ẩm

trên

60% nó

sẽ

dần

dần

mất

khả

năng

trương

nở

và

hoà

tan
CÁC CHẤT TẠO GEL
Th.s TRUONG THI MY LINH 247
•

Khi

phân

tích

các

nguyên

tố

trong

gelatin thì

thấy

carbon
chiếm

50.5%, hydrogen 6.8%, nitrogen 17% và

oxygen
25.5%.
•

Gelatin được

xem

như

là

một

protein, và

có

các

phản

ứng

đặc

trưng

của

protein và

bò

thuỷ

phân

bởi

phần

lớn

các

enzyme thuỷ

phân

protein cho

ra

các

peptide hoặc

acid
amin
.
CÁC CHẤT TẠO GEL
Th.s TRUONG THI MY LINH 248
•

Điểm

tan chảy
•

Theo hệ

thống

của

Viện

Tiêu

Chuẩn

Anh

Quốc, điểm

tan
chảy

là

nhiệt

độ

mà

ở

đó

gel gelatin mềm

đáng

kể

cho

phép

các

giọt

carbon tetrachloride thấm

vào. Điểm

tan chảy

chòu

ảnh

hưởng

bởi:
•

-Thời

gian

điều

chế: điểm

tan chảy

của

các

gelatin có

điểm

tan chảy

cao

thì

thuỳ

thuộc

vào

các

điều

kiện

trong

giờ

đầu

tiên

của

quá

trình

điều

chế
.
CÁC CHẤT TẠO GEL
Th.s TRUONG THI MY LINH 249
•

Điểm

kết

tinh
•

Điểm

kết

tinh

của

dung dòch

gelatin tuỳ

thuộc

vào

nguồn

gốc

cơ

học

và

nhiệt

của

nó.
•

Điểm

kết

tinh

của

dung dòch

10% gelatin có

thể

thay

đổi

từ

24-290C tuỳ

thuộc

phần

lớn

vào

độ

bền

gel và

kiểu

xử

lý

ban đầu.
CÁC CHẤT TẠO GEL
Th.s TRUONG THI MY LINH 250
•

Điểm

đẳng

điện
•

Tương

tự

như

các

protein khác, gelatin có

thể

hoạt

động

như

là

một

acid
hoặc

như

là

một

bazơ

tuỳ

thuộc

vào

pH.
•

Trong

môi

trường

acid gelatin tích

điện

dương

và

trong

môi

trường

kiềm

gelatin tích

điện

âm.
•

Điểm

trung

gian

mà

gelatin không

tích

điện, được

gọi

là

pH đẳng

điện

hoặc

điểm

đẳng

điện
•

Sự

khác

nhau

trong

tỷ

lệ

giữa

các

nhóm

carboxylic acid và

amide dẫn

đến

sự

khác

nhau

về

điểm

đẳng

diện

của

gelatin.
•

Trong

collagen, 35% các

nhóm

acid ở

dạng

amide. Thường

collagen là

một

protein bazơ

với

điểm

đẳng

điện

9.4.
•

Trong

quá

trình

điều

chế

gelatin, xử

lý

bằng

acid hoặc

kiềm

các

nhóm

amide có

xu

hướng

nhiều

hơn

hay ít

hơn. Điểm

đẳng

điện

của

gelatin có

thể

trong

khoảng

9.4 (không

có

sự

thay

đổi

nhóm

amide) và

4.8 (90-

95% nhóm

carboxylic acid tự

do
CÁC CHẤT TẠO GEL
Th.s TRUONG THI MY LINH 251
•

Gelatin sản

xuất

bằng

phương

pháp

acid có

điểm

đẳng

điện

cao

vì

điều

kiện

chế

biến

ít

nghiêm

khác

hơn

nên

duy

trì

giá

trò

gần

với

của

collagen.
•

Gelatin sản

xuất

theo

phương

pháp

bazơ

thì

chòu

xử

lý

bazơ

kéo

dài

và

chỉ

một

phần

nhỏ

nhóm

amide tồn

tại.
•

Gelatin loại

A có

vùng

đẳng

điện

khoảng

pH 7-9
•

Gelatin loại

B có

pH 4.7-5.4
.
CÁC CHẤT TẠO GEL
Th.s TRUONG THI MY LINH 252
•

Độ

đục
•

Độ

đục

của

gelatin được

thể

hiện

rõ

ở

đơn

vò

đo

đục

kế

(NTU).
•

Độ

trong

của

dung dòch

gelatin phụ

thuộc

phần

lớn

vào

quá

trình

trích

ly

và

các

điều

kiện

sau

trích

ly. Nhìn

chung, quá

trình

trích

ly

ban đầu

chứa

gelatin có

chất

lượng

cao

nhất

với

độ

trong

rất

tốt.
•

Ngược

lại, quá

trình

trích

ly

sau

có

thể

đục

và

có

màu

đậm

hơn.
•

Chất

lượng

của

gelatin ở

giai

đoạn

trích

sau

có

thể

được

cải

thiện

bằng

quá

trình

lọc

gạn, tẩy

và

lọc

thấm. Dung
dòch

gelatin có

độ

đục

tối

đa

ở

điểm

đẳng

điện.
CÁC CHẤT TẠO GEL
Th.s TRUONG THI MY LINH 253
•

Độ

nhớt
•

Thông

thường, độ

nhớt

của

gelatin được

đo

lường

dựa

vào

thời

gian

chảy

của

dung dòch

gelatin qua
pipette kiểm

tra

độ

nhớt. Phần

lớn

sử

dụng

theo

phương

pháp

của

Châu

u. Theo phương

pháp

của

Viện

Tiêu

Chuẩn

Anh

Quốc

yêu

cầu

sử

dụng

máy

đo

độ

nhớt

có

ống

mao

dẫn

bằng

thuỷ

tinh. Trong

phương

pháp

này

62,3% dung dòch

gelatin được

chuẩn

bò

cho

cột

kiểm

tra

(7.5g gelatin trong

105 ml
nước) và

thời

gian

chảy

được

đo

ở

60
0
C. Độ

nhớt

của

dung dòch

này

thay

đổi

từ

1.5-7.5 mPas
CÁC CHẤT TẠO GEL
Th.s TRUONG THI MY LINH 254
•

Trọng

lượng

phân

tử

có

vai

trò

quan

trọng

trong

việc

ảnh

hưởng

đến

độ

nhớt. Vài

gelatin có

độ

bền

gel cao

hơn

có

thể

có

độ

nhớt

thấp

hơn

các

gelatin có

độ

bền

gel thấp

hơn.
•

Độ

nhớt

của

dung dòch

gelatin tăng

khi

tăng

nồng

độ

gelatin
và

giảm

nhiệt

độ, độ

nhớt

nhỏ

nhất

ở

điểm

đẳng

điện.
•

Độ

nhớt

của

dung dòch

gelatin được

cô

đặc

tuỳ

thuộc

chủ

yếu

vào

các

tác

động

của

thuỷ

động

lực

học

giữa

các

phân

tử

gelatin, sự

góp

phần

từ

dung môi

và

từ

các

phân

tử

gelatin riêng

lẻ

trở

nên

ngày

càng

ít

quan

trọng

khi

nồng

độ

gia

tăng.
•

Độ

nhớt

cũng

tuỳ

thuộc

vào

nhiệt

độ

(trên

40
0
C độ

nhớt

giảm

theo

luật

số

mũ

với

sự

tăng

nhiệt

độ), pH (độ

nhớt

nhỏ

nhất

tại

điểm

đẳng

điện) và

vào

nồng

độ. Sự

thay

đổi

độ

nhớt

theo

nồng

độ

được

thể

hiện

ở

đồ

thò
CÁC CHẤT TẠO GEL