Nghiên cứu một số tính chất lưu biến của agar agar, protein đậu nành và hỗn hợp agar protein đậu nành

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

ĐINH VĂN HIỆN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT LƯU BIẾN
CỦA AGAR-AGAR, PROTEIN ĐẬU NÀNH VÀ HỖN HỢP
AGAR-PROTEIN ĐẬU NÀNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KHÁNH HÒA – 2019



BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

ĐINH VĂN HIỆN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT LƯU BIẾN
CỦA AGAR-AGAR, PROTEIN ĐẬU NÀNH VÀ HỖN HỢP
AGAR-PROTEIN ĐẬU NÀNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngành:
Mã số:
Quyết định giao đề tài:
Quyết định thành lập HĐ:
Ngày bảo vệ:

Người hướng dẫn khoa học:
TS.NGUYỄN TRỌNG BÁCH

Công nghệ thực phẩm
8540101
781/QĐ-ĐHNT ngày 06/7/2018
1561/QĐ-ĐHNT ngày 02/12/2019
20/12/2019

Chủ tịch Hội đồng:
PGS.TS. VŨ NGỌC BỘI
Khoa sau đại học:

KHÁNH HÒA – 2019



LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan mọi kết quả của đề tài: “Nghiên cứu một số tính chất lưu biến
của Agar-Agar, protein đậu nành và hỗn hợp Agar-Protein đậu nành” là cơng trình
nghiên cứu của tơi và chưa từng được cơng bố trong bất cứ cơng trình khoa học nào
cho tới thời điểm này.
Mọi sự giúp đỡ của người hướng dẫn khoa học, các cộng sự trong việc hoàn
chỉnh Luận văn này cũng như việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được trích dẫn, ghi
nguồn tài liệu tham khảo theo đúng quy định.
Nha Trang, ngày 30 tháng 10 năm 2019
Tác giả luận văn

Đinh Văn Hiện

iii


LỜI CẢM ƠN
Trong q trình học và nghiên cứu, hồn thiện đề tài luân văn này, tôi đã nhận
được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của các thầy cô, gia đình và đồng nghiệp.
Trước tiên tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến TS Nguyễn
Trọng Bách đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện tốt nhất giúp tơi hồn thành đề
tài, luận văn này.
Tiếp theo, tôi xin chân thành cảm ơn đến Quý thầy/cô trong khoa Công nghệ
Thực phẩm, Trung tâm Thí nghiệm Thực hành, Phịng Đào tạo Sau Đại học - Trường
Đại học Nha Trang, Lãnh đạo Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng
tỉnh khánh Hòa đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tơi hồn thiện luận văn này theo
đúng tiến độ.
Kế tiếp, tôi xin gửi lời cảm ơn đến bạn Nguyễn Thị Thanh Thúy và các cộng sự
đã phối hợp, hỗ trợ tôi thực hiện thí nghiệm nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu một số tính
chất lưu biến của Agar-Agar, protein đậu nành và hỗn hợp Agar-Protein đậu nành”
trong suốt thời gian qua.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn bè
đã ln quan tâm, động viên và giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập và hồn thành
đề tài luận văn này.
Tơi xin chân thành cảm ơn!
Nha Trang, ngày 30 tháng 10 năm 2019
Tác giả luận văn

Đinh Văn Hiện

iv

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... iii
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................ iv
DANH MỤC KÝ HIỆU ................................................................................................ ix
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT..............................................................................x
DANH MỤC HÌNH ...................................................................................................... xi
TRÍCH YẾU LUẬN VĂN .......................................................................................... xiv
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ...........................................................................................3
1.1. Tổng quan về agar-agar ............................................................................................3
1.1.1. Cấu trúc của agar ...................................................................................................4
1.1.2. Tính chất của agar-agar .........................................................................................6
1.1.2.1. Tính tan ...............................................................................................................6
1.1.2.2. Tính tạo gel .........................................................................................................6
1.1.2.3. Tính đơng đặc .....................................................................................................8
1.1.2.4. Tính dẻo và trọng lượng phân tử ........................................................................8
1.1.2.5. Tính tương thích .................................................................................................8
1.1.2.6. Một số tính chất khác .........................................................................................8
1.1.3. Ứng dụng của agar.................................................................................................9
1.1.3.1. Trong thực phẩm ................................................................................................9
1.1.3.2. Ứng dụng khác .................................................................................................10
1.2. Khái quát về protein đậu nành ................................................................................10
1.2.1. Protein từ cây đậu nành .......................................................................................10
1.2.2. Vai trò sinh học, vai trò dinh dưỡng và vai trị cơng nghệ của protein ...............14
1.2.2.1. Chức năng sinh học ..........................................................................................14
1.2.2.2. Vai trò dinh dưỡng............................................................................................14
1.2.2.3. Một số tính chất và vai trị cơng nghệ của protein ...........................................15
1.2.3. Một số tính chất của protein ................................................................................17
1.2.3.1. Tính chất lưỡng tính và kết tủa của protein ......................................................17
1.3. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu ............................................................................20

1.3.1. Các nghiên cứu ngoài nước .................................................................................20
1.3.2. Các nghiên cứu trong nước..................................................................................23

v


CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU...............................................................................................................................25
2.1. Nguyên liệu, hóa chất .............................................................................................25
2.1.1. Nguyên liệu .........................................................................................................25
2.1.2. Hóa chất ...............................................................................................................26
2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..........................................................................26
2.3. Bố trí thí nghiệm nghiên cứu ..................................................................................27
2.3.1. Sơ đồ nghiên cứu tổng quát .................................................................................27
2.3.2. Tóm tắt nghiên cứu trạng thái sol-gel và tính chất lưu biến của agar-agar trong
điều kiện có và khơng có mặt CaCl2 .............................................................................27
2.3.2.1. Xác định trạng thái sol-gel, lực cắt và lực đâm xuyên của dung dịch agar-agar
theo nồng độ và nhiệt độ khi khơng có muối CaCl2 ......................................................27
2.3.2.2. Ảnh hưởng của muối CaCl2, đến trạng thái sol-gel, độ nhớt, lực cắt và lực đâm
xuyên của dung dịch agar-agar theo nhiệt độ ................................................................29
2.3.3. Tóm tắt nghiên cứu trạng thái sol-gel và tính chất lưu biến của protein đậu nành
trong điều kiện có và khơng có mặt CaCl2 ....................................................................30
2.3.3.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian gia nhiệt đến trạng thái, độ nhớt
và protein lơ lửng của dung dịch SPI ............................................................................30
2.3.3.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của CaCl2 đến trạng thái sol-gel và protein lơ lửng của
dung dịch SPI sau gia nhiệt ...........................................................................................32
2.3.4. Tóm tắt nghiên cứu hỗn hợp agar-protein đậu nành ...........................................32
2.3.4.1. Khảo sát trạng thái, độ nhớt và protein lơ lửng của hỗn hợp agar-protein đậu
nành trong điều kiện khơng có muối CaCl2...................................................................32
2.3.4.2. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của CaCl2 đến trạng thái, độ nhớt và protein lơ lửng

của hỗn hợp agar-protein đậu nành ...............................................................................33
2.4. Phương pháp nghiên cứu và xử lý số liệu ..............................................................34
2.4.1. Phương pháp chuẩn bị mẫu thực hiện nghiên cứu ..............................................34
2.4.1.1. Chuẩn bị dung dịch agar và gel agar ................................................................34
2.4.1.2. Chuẩn bị dung dịch protein đậu nành (SPI) .....................................................34
2.4.1.3. Chuẩn bị dung dịch hỗn hợp Agar/SPI.............................................................35
2.4.2. Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................35
2.4.2.1. Khảo sát trạng thái (Sol-Gel) ............................................................................35

vi


2.4.2.2. Xác định độ cứng Gel (Lực cắt, lực đâm xuyên) .............................................35
2.4.2.3. Xác định độ nhớt của dung dịch .......................................................................36
2.4.3. Phương pháp xử lý số liệu ...................................................................................36
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................................37
3.1. Kết quả nghiên cứu dung dịch agar – agar .............................................................37
3.1.1. Trạng thái của agar trong điều kiện có và khơng có muối CaCl2........................37
3.1.1.1. Sự hình thành trạng thái của agar khi khơng có muối CaCl2 ...........................37
3.1.1.2. Sự hình thành trạng thái của agar khi có mặt muối CaCl2 ...............................38
3.1.2. Độ nhớt của dung dịch agar trong điều kiện khơng và có muối CaCl2 ...............40
3.1.2.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ và nồng độ agar đến độ nhớt của dung
dịch agar trong điều kiện khơng có muối CaCl2 ...........................................................40
3.1.2.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ và nồng độ agar đến độ nhớt của dung
dịch agar trong điều kiện có muối CaCl2.......................................................................41
3.1.3. Lực cắt và lực đâm xuyên của gel agar trong điều kiện khơng và có muối
CaCl 2 .............................................................................................................................43
3.1.3.1. Xác định lực cắt và lực đâm xuyên của gel agar ảnh hưởng bởi nhiệt độ và
nồng độ trong điều kiện không có muối CaCl2 .............................................................43
3.1.3.2. Xác định lực cắt và lực đâm xuyên của gel agar ảnh hưởng bởi nhiệt độ và

nồng độ trong điều kiện có muối CaCl2 ........................................................................44
3.2. Kết quả nghiên cứu dung dịch protein đậu nành (SPI) ..........................................46
3.2.1. Trạng thái sol–gel của dung dịch SPI trong điều kiện khơng và có muối CaCl2 46
3.2.1.1. Khảo sát sự hình thành trạng thái sol-gel của dung dịch SPI ảnh hưởng bởi
nhiệt độ trong điều kiện khơng có muối CaCl2 .............................................................46
3.2.1.2. Khảo sát sự hình thành trạng thái sol-gel của dung dịch SPI ảnh hưởng bởi
nhiệt độ trong điều kiện có muối CaCl2 ........................................................................47
3.2.1.3. Khảo sát sự hình thành trạng thái sol-gel của dung dịch SPI ảnh hưởng thời
gian trong điều kiện khơng có muối CaCl2 ...................................................................48
3.2.2. Độ nhớt của dung dịch SPI trong điều kiện khơng và có muối CaCl2 ................49
3.2.2.1. Xác định độ nhớt của dung dịch SPI ảnh hưởng bởi nhiệt độ trong điều kiện
khơng có muối CaCl2.....................................................................................................49
3.2.2.2. Xác định độ nhớt của dung dịch SPI ảnh hưởng bởi thời gian trong điều kiện
khơng có muối CaCl2.....................................................................................................50

vii


3.2.2.3. Xác định độ nhớt của dung dịch SPI ảnh hưởng bởi nhiệt độ trong điều kiện có
muối CaCl2 ....................................................................................................................51
3.2.3. Protein lơ lửng của dung dịch SPI trong điều kiện khơng và có muối CaCl2 .....52
3.2.3.1. Xác định hàm lượng protein lơ lửng của dung dịch SPI trong điều kiện khơng
có muối CaCl2 ................................................................................................................52
3.2.3.2. Xác định hàm lượng protein lơ lửng của dung dịch SPI ảnh hưởng bởi thời
gian ly tâm trong điều kiện khơng có muối CaCl2 ........................................................53
3.2.3.3. Xác định hàm lượng protein lơ lửng của dung dịch SPI trong điều kiện có
muối CaCl2 ....................................................................................................................54
3.3. Kết quả nghiên cứu dung dịch hỗn hợp agar/protein đậu nành (Agar/SPI) ...........55
3.3.1. Trạng thái sol – gel của dung dịch hỗn hợp agar/SPI trong điều kiện có và khơng
có muối CaCl2 ................................................................................................................55

3.3.1.1. Khảo sát sự hình thành trạng thái sol-gel của dung dịch hỗn hợp agar/SPI
trong điều kiện khơng có muối CaCl2 ...........................................................................55
3.3.1.2. Khảo sát sự hình thành trạng thái sol-gel của dung dịch hỗn hợp agar/SPI
trong điều kiện có muối CaCl2 ......................................................................................56
3.3.2. Độ nhớt của dung dịch hỗn hợp agar/SPI trong điều kiện có và khơng có muối
CaCl2 ..............................................................................................................................58
3.3.2.1. Xác định độ nhớt của hỗn hợp agar/SPI trong điều kiện khơng có

muối

CaCl2 ..............................................................................................................................58
3.3.2.2. Xác định độ nhớt của hỗn hợp agar/SPI trong điều kiện có muối CaCl2 .........59
3.3.3. Ảnh hưởng của muối CaCl2 đến hàm lượng protein lơ lửng của dung dịch hỗn
hợp agar/SPI ..................................................................................................................60
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................62
4.1. Kết luận...................................................................................................................62
4.2. Kiến nghị ................................................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................63
PHỤ LỤC ......................................................................................................................69

viii


DANH MỤC KÝ HIỆU

Sol:

Trạng thái lỏng

Gel:

Trạng thái gel

T g:

Nhiệt độ tạo gel

Tm:

Nhiệt độ tan chảy

Cg:

Giới hạn nồng độ tạo gel

C
Nồng độ nhỏ hơn Cg

pI:

Điểm đẳng điện

rpm:

Vịng/phút

W/V:

Khối lượng mẫu/ thể tích

ppb:

Một phần tỷ

Da:

Đơn vị khối lượng nguyên tử (dalton)

mM:

mili mol

cP:

Đơn vị đo độ nhớt (tiếng anh là: centipoise)

N:

Đơn vị đo newton

T0C:

Nhiệt độ, đơn vị đo độ C

CCaCl2:

Nồng độ của muối CaCl2

CSPI:

Nồng độ của SPI

CAgar:

Nồng độ của agar

KPH

Không phát hiện

N/C

Nghiên cứu

ix


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AG:

Agarose

AP:

Agaropectin

SPC:

Soy Protein Concentrate

SPI:

Soy Protein Isolate

SPH:

Soy Protein Hydrolysates

Monomer: Các đơn phân tử
Strand:

Hình thành sợ, chuỗi dài

Microgel:

Kích thước gel nhỏ

WHO:

World Health Organization (Tổ chức Y tế Thế giới)

FAO:

Food and Agriculture Organization of the United Nations
(Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc)

ISO:

International

Organization

for

(Tổ chức Tiêu chuẩn hóa quốc tế)
EDTA:

Ethylenediaminetetraacetic acid

QCVN:

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia Việt Nam

TCVN:

Tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam

x

Standardization


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc phân tử agarose (AG) (Varshosaz và cộng sự, 2015) .......................4
Hình 1.2. Cấu trúc đơn của agaropectin (AP) (Varshosaz và cộng sự, 2015).................5
Hình 1.3. Cơ chế tạo gel của agarose: chuỗi agarose liên kết hydro và tương tác tác
tĩnh điện tạo thành cấu trúc xoắn và gel (Zarrintaj và cộng sự, 2017) ............................7
Hình 1.4. Cơ chế tạo gel protein (Xuan và cộng sự, 2013) ...........................................19

Hình 2.1. Nguyên liệu agar (a) và protein đậu nành (b) ................................................26
Hình 2.2. Sơ đồ tổng quát cách tiếp cận nghiên cứu .....................................................27
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định trạng thái sol-gel của dung dịch

agar- agar

khi khơng có muối CaCl2 ..............................................................................................28
Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định độ nhớt của dung dịch agar-agar ..............28
Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định lực cắt và lực đâm xuyên của gel agar......29
Hình 2.6. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng của CaCl2 đến trạng thái sol-gel
và độ nhớt của dung dịch agar-agar...............................................................................29
Hình 2.7. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng của CaCl2 đến lực cắt và lực
đâm xuyên của gel agar .................................................................................................30
Hình 2.8. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến trạng thái,
protein lơ lửng và độ nhớt của dung dịch SPI ...............................................................31
Hình 2.9. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát trạng thái và protein lơ lửng trong dung dịch
SPI theo thời gian gia nhiệt ...........................................................................................31
Hình 2.10. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của CaCl2 đến trạng thái và độ
nhớt của dung dịch SPI sau gia nhiệt ............................................................................32
Hình 2.11. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát trạng thái, độ nhớt và protein lơ lửng của
hỗn hợp agar-protein trong điều kiện khơng có muối CaCl2.........................................33
Hình 2.12. Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của CaCl2 đến

trạng

thái, độ nhớt và protein lơ lửng của hỗn hợp agar-protein ............................................34
Hình 3.1. Trạng thái lỏng-gel (Sol-Gel) của dung dịch agar ở các nồng độ .................37
Hình 3.2. Trạng thái của agar-agar 0,2% tại các nồng độ muối CaCl2 .........................39
Hình 3.3. Độ nhớt của dung dịch agar ở các nồng độ và nhiệt độ khác nhau ...............40
Hình 3.4. Độ nhớt của agar-agar 0,2% tại các nồng độ muối CaCl2 ở 50°C ................42

Hình 3.5. Lực cắt (a) và lực đâm xuyên (b) của gel agar theo nồng độ và nhiệt độ .....43
xi


Hình 3.6. Lực cắt và lực đâm xuyên của agar-agar 1% tại các nồng độ

muối

CaCl2 ..............................................................................................................................45
Hình 3.7. Trạng thái lỏng-gel (Sol-Gel) của dung dịch SPI ở các nồng độ và nhiệt độ
gia nhiệt sau 1 giờ ..........................................................................................................47
Hình 3.8. Trạng thái lỏng-gel (Sol-Gel) của dung dịch SPI sau 1 giờ gia nhiệt ở 95°C
tại các nồng độ CaCl2 ....................................................................................................48
Hình 3.9. Trạng thái lỏng-gel (Sol-Gel) của dung dịch SPI ở các nồng độ theo thời
gian gia nhiệt ở 95°C .....................................................................................................49
Hình 3.10. Độ nhớt của dung dịch SPI sau 1 giờ gia nhiệt tại các nồng độ và nhiệt độ
khác nhau .......................................................................................................................49
Hình 3.11. Độ nhớt của dung dịch SPI theo thời gian gia nhiệt ở 95°C .......................51
Hình 3.12. Độ nhớt của dung dịch SPI sau 1 giờ gia nhiệt ở 95°C tại các nồng độ muối
CaCl2 ..............................................................................................................................52
Hình 3.13. Hàm lượng protein lơ lửng sau khi ly tâm dung dịch SPI sau 1 giờ

gia

nhiệt ...............................................................................................................................52
Hình 3.14. Hàm lượng protein lơ lửng sau khi ly tâm dung dịch SPI theo thời gian gia
nhiệt ở 95°C ...................................................................................................................54
Hình 3.15. Hàm lượng protein lơ lửng sau khi ly tâm dung dịch SPI sau 1 giờ gia nhiệt
tại các nồng độ CaCl2 ....................................................................................................55
Hình 3.16. Trạng thái lỏng-gel (Sol-Gel) của hỗn hợp agar/SPI sau 1 giờ gia nhiệt ở

95°C ...............................................................................................................................56
Hình 3.17. Trạng thái lỏng-gel (Sol-Gel) của hỗn hợp agar 0,05%/SPI sau 1 giờ gia
nhiệt ở 95°C tại các nồng độ CaCl2 ...............................................................................57
Hình 3.18. Độ nhớt của hỗn hợp agar/SPI sau 1 giờ gia nhiệt ở 95°C..........................58
Hình 3.19. Độ nhớt của hỗn hợp agar 0,05%/SPI sau 1 giờ gia nhiệt ở 95°C tại các
nồng độ muối CaCl2 ......................................................................................................59
Hình 3.20. Hàm lượng protein lơ lửng sau khi ly tâm hỗn hợp agar 0,05%/SPI sau 1
giờ gia nhiệt ở 95°C tại các nồng độ muối CaCl2 .........................................................60

xii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần Hóa lý của protein đậu nành .....................................................11
Bảng 1.2. So sánh thành phần axit amin có trong protein đậu nành thủy phân và casein
từ sữa (García và cộng sự, 1997) ...................................................................................13
Bảng 2.1. Thành phần hóa lý của agar-agar ..................................................................25
Bảng 2.2.Thành phần hóa lý của protein đậu nành (SPI- Soy Protein Isolate) .............25
Bảng 2.3. Hóa chất sử dụng trong nghiên cứu ..............................................................26

xiii


TRÍCH YẾU LUẬN VĂN
Agar-agar (agar) được sử dụng với mục đích tạo ra các sản phẩm thực phẩm,
thức uống, các sản phẩm tráng miệng hay sử dụng agar-agar làm chất tạo nền, chất làm
đặc, tạo gel cho các sản phẩm thực phẩm khác nhau ứng dụng trong cuộc sống hàng
ngày (gọi chung là thực phẩm). Nguyên liệu chính agar-agar là được sản xuất từ rong
câu.
Protein đậu nành cũng là một trong những nguồn dinh dưỡng cho con người, có

thể cung cấp và thay thế các nguồn thực phẩm giàu protein khác như từ thịt động vật
trong khẩu phần ăn và thức uống....
Agar, protein đậu nành và các chế phẩm từ agar, protein đậu nành được coi là an
tồn, khơng gây độc và được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực, trong đó thực
phẩm là chủ yếu và là những thực phẩm rất quen thuộc đối với người dân Việt Nam
nói riêng, châu Á, châu Mỹ và châu Âu nói chung.
Trên cơ sở ứng dụng rộng rãi và thiết yếu của chúng nêu trên và cũng là nội dung
cần nghiên cứu của đề tài: “Nghiên cứu một số tính chất lưu biến của agar-agar,
protein đậu nành và hỗn hợp agar- protein đậu nành”, kết quả nghiên cứu của đề tài
luận văn là định hướng, làm cơ sở khoa học giúp q trình chế biến thực phẩm có sử
dụng agar-agar, protein đậu nành và hỗn hợp agar-protein một cách có hiệu quả là nhờ
vận dụng những kết quả nghiên cứu khoa học cơ bản của đề tài này vào sản xuất.
Kết quả nghiên cứu của đề tài này được xây dựng và lựa chọn phương pháp
nghiên cứu thực nghiệm, dựa trên kết quả nghiên cứu khoa học có được để phân tích,
xử lý kết quả thử nghiệm bằng phần mềm excel và phần mềm Sigmaplot phiên bản
12.0, đánh giá kết quả đã nghiên cứu; bằng các kết quả nghiên cứu khoa học khác
tương tự để so sánh, lý luận với kết quả đã nghiên cứu được một cách lôgic và khoa
học nhằm khẳng định kết quả nghiên cứu: những nội dung, vấn đề đã làm được và
chưa làm được và tính khả thi của đề tài này.
Mục tiêu của đề tài là tạo ra được những dẫn liệu khoa học về trạng thái (sol-gel)
và một số tính lưu biến (khả năng tạo gel, độ nhớt, lực cắt/lực đâm xuyên….) của agaragar, protein đậu nành, hỗn hợp agar - protein đậu nành theo nồng độ, nhiệt độ khi có
và khơng có mặt muối CaCl2 phục vụ công tác nghiên cứu, đào tạo và ứng dụng trong
sản xuất thực phẩm.
xiv


Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra những khoảng giới hạn về nồng độ tạo gel của agar/
hay SPI trong điều kiện có hay khơng có muối. Agar có nhiệt độ tạo gel cao (tg = 40°C
đối với 0,5% agar), tuy nhiên chúng sẽ không tạo gel ở nồng độ dưới 0,2% ngay cả khi
được làm lạnh đến 5°C; trong khi đó nếu có 0,1M CaCl2, agar 0,2% sẽ tăng nhiệt độ

tạo gel từ 23°C lên 36°C. Độ nhớt của dung dịch agar phụ thuộc vào nồng độ agar,
nhiệt độ và sự có mặt của muối CaCl2. Trong khi đó sự xuất hiện của CaCl2 lại giúp
cho agar có độ cứng tăng khơng đáng kể và có xu hướng giảm khi nồng độ CaCl2 trên
20mM. Đối với SPI, sự hình thành cấu trúc gel, độ nhớt của SPI cũng tăng khi tăng
nồng độ SPI, muối CaCl2. Hỗn hợp agar-protein, có sự tương tác hỗ trợ tạo gel, tăng
độ nhớt so với từng thành phần (agar, SPI) riêng biệt. Sự có mặt của CaCl2 giúp cho
độ nhớt của hỗn hợp tăng mạnh ở nồng độ muối thấp (2,3÷6,6 lần khi tăng nồng độ
CaCl2 đến 5mM) và tăng ít ở những nồng độ CaCl2 cao.
Từ khóa: agar; protein đậu nành (SPI); sol-gel; nhiệt độ; độ nhớt; độ cứng

xv



MỞ ĐẦU
Hiện nay agar-agar và protein đậu nành được sử dụng khá nhiều trong thực phẩm
và các mục đích khác nhau, như: các sản phẩm thạch rong câu, các sản phẩm tráng
miệng, sử dụng vào làm chất tạo nền, tạo đặc cho các sản phẩm thực phẩm, thức uống
hay dược phẩm….
Protein đậu nành là nguồn dinh dưỡng, thực phẩm chính cho con người; protein
đậu nành có thể cung cấp và thay thế các nguồn thực phẩm giàu protein khác nhằm với
mục đích để cắt giảm lượng thịt động vật trong khẩu phần ăn, góp phần làm giảm nguy
cơ mắc các bệnh mãn tính; hay thay thế nguồn protein từ sữa động vật có giá thành
cao.
Aga-agar, protein đậu nành hay hỗn hợp agar-agar với protein đậu nành được coi
là những chất an tồn, khơng gây độc và được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh
vực thực phẩm, y học…Từ nhu cầu thực tế trong đời sống con người sống cũng như
ứng dụng tính chất riêng biệt của từng chất nêu trên được ứng dụng trong đời sống
Muối nói chung, muối canxi clorua (CaCl2) nói riêng là một khống chất thiết
yếu cho cơ thể, sự có mặt của muối trong thực phẩm, thức uống… giúp cho sản phẩm

thực phẩm ngon hơn, bên cạnh đó muối cịn đóng vai trị quan trọng trong nhiều q
trình sinh hóa của cơ thể, ngồi ra sự có mặt của muối trong sản phẩm thực phẩm, thức
uống …tạo cho sản phẩm thực phẩm, thức uống … có trạng thái, hình dạng theo thị
hiếu cũng như về mặt thẩm mỹ. Muối canxi là cần thiết cho sự phát triển của xương và
răng, canxi còn giúp cho sự co và giãn cơ, điều tiết huyết áp, hoạt động thần kinh và
hệ miễn dịch khỏe mạnh.
Từ những đặc tính, công dụng riêng lẻ của từng chất nêu trên, để có một hỗn hợp
thực phẩm, thức uống …phù hợp với nhu cầu, thị hiếu, yêu cầu ngày càng cao của
người dùng. Vì vậy cần phải được nghiên cứu, đánh giá một số tính chất lưu biến của
agar-agar và hỗn hợp của chúng với protein (từ đậu nành) là rất quan trọng và cấp
thiết. Đó là nội dung của đề tài “Nghiên cứu một số tính chất lưu biến của agar-agar,
protein đậu nành và hỗn hợp agar-protein đậu nành”.
Mục tiêu tổng quát của đề tài: tạo ra những dẫn liệu khoa học về trạng thái (solgel), một số tính chất lưu biến của agar-agar, protein đậu nành, hỗn hợp agar - protein
đậu nành khi có và khơng có mặt muối CaCl2 phục vụ công tác nghiên cứu, đào tạo và
ứng dụng trong sản xuất thực phẩm có sử dụng agar-agar hay protein đậu nành.
1


Mục tiêu cụ thể: tập trung nghiên cứu sự thay đổi trạng thái, nghiên cứu những
biến đổi về tính chất lưu biến (khả năng tạo gel, độ nhớt, lực cắt/lực đâm xuyên, hàm
lượng protein lơ lửng) theo nồng độ và nhiệt độ của agar-agar, protein đậu nành và hỗn
hợp agar - protein đậu nành khi có và khơng có mặt muối CaCl2.
Ý nghĩa khoa học của đề tài: nghiên cứu về tính chất lưu biến (khả năng tạo gel,
độ nhớt, độ cứng) của agar-agar, protein đậu nành và hỗn hợp agar - protein đậu nành
khi có và khơng có mặt muối CaCl2 là lĩnh vực mới ít thơng dụng trong nghiên cứusản xuất thực phẩm; chưa được nhiều học giả, nghiên cứu viên và các nhà sản xuất đề
cập đến. Nghiên cứu này góp phần nhỏ bé vào lĩnh vực khoa học chế biến thực phẩm
nói riêng các lĩnh vực khoa học cuộc sống nói chung.
Ý nghĩa thực tiễn: kết quả nghiên cứu sẽ giúp cho sinh viên, giáo viên, các học
giả, các nhà nghiên cứu cũng như các nhà sản xuất thực phẩm có liên quan đến đối
tượng nêu trong đề tài này làm cơ sở, tham khảo, tham chiếu hoặc tiếp tục nghiên cứu

chuyên sâu hơn, hay áp dụng vào phát triển cơng nghệ sản xuất của mình mang lại
hiệu quả.

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về agar-agar
Agar-agar (agar) là chất có nhiều tính chất đặc trưng, trong đó trạng thái đông tự
nhiên rất bền vững ở một nồng độ thấp, có khả năng tạo gel, tương thích với hầu hết
các polysaccharides và một số chất khác. Từ đó agar đã trở thành một yếu tố, thành
phần không thể thiếu trong ngành chế biến thực phẩm và cũng được sử dụng rộng rãi
trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ khác nhau.
Agar được phát hiện đầu tiên ở Nhật Bản vào năm 1658 bởi Mino Tarōzaemon.
Đến năm 1910 công nghệ này được chuyển giao sang một số nước như: Nga (Liên Xô
cũ) Neuzeland, Tây Ban Nha, Pháp, Nam Phi, , Đan Mạch, Chi Lê, Mỹ, Hàn Quốc. Ở
Việt Nam, agar được sản xuất từ những năm 1960. Tổng sản lượng agar-agar trên thế
giới tăng mỗi năm gần 60%, giá trị sản lượng vào khoảng 200 triệu USD. được dùng
để sản xuất các mặt hàng công nghệ chế biến thực phẩm như bánh kẹo, kem, sữa, phần
còn lại được dùng trong công nghệ sinh học và dược phẩm như làm môi trường cho vi
sinh hay tạo bao nang thuốc… (Trần Thị Luyến và Nguyễn Anh Tuấn, 2004). Riêng ở
Nhật Bản và Nam Triều Tiên chiếm 40% tổng sản lượng của toàn thế giới.
Agar được tách chiết từ nhiều loài rong khác nhau thuộc ngành Rhodophyta,
lớp Floriadeophyceae; Bộ Gelidiales, họ Gelidiaceae, chi Gelidium (44%), chi
Gelidiella (3%) ; hay Bộ Gracilariales, họ Gracilariaceae, chi Gracilaria (53%).
Trong cây rong, agar có dạng polymer phức tạp hơn nhiều so với agar ở dạng chế
phẩm tinh khiết. Dạng tồn tại của agar trong tế bào cây rong: agar là chất dinh dưỡng
được rong đỏ tích lũy theo thời gian sinh trưởng. Agar được chứa trong các lớp tế bào
vây trụ có vách mỏng trong suốt.
Sản lượng trung bình trên tồn thế giới tăng theo hàng năm, cụ thể: Nhật Bản nhập

khẩu khoảng 1785÷1955 tấn đạt giá trị từ 46519 ÷ 49803 nghìn USD, số liệu thống kê
bốn năm, từ năm 2013 đến năm 2016; trong khi đó Indơnêsia, tính từ năm 2010 đến năm
2015 (số liệu thống kê của bảy năm) là 6 240 tấn/năm; Chilê xuất khẩu 1562 ÷ 1825 tấn,
đạt giá trị từ 39 030 ÷ 48 790 nghìn USD và nhập khẩu là 11738 ÷ 12052 tấn, đạt giá trị
từ 243316 ÷ 225624 nghìn USD. Riêng các nước khu vực châu Âu nhập khẩu tăng từ
3359 ÷ 4171 tấn, đạt giá trị từ 81299 ÷ 83755 nghìn USD tính từ năm 2014 đến năm
2016 (FAO, 2018).
3


1.1.1. Cấu trúc của agar
Ở trạng thái tự nhiên, agar có cấu trúc như carbohydrate trong thành tế bào của
tảo agarophytes, chủ yếu tồn tại ở dạng muối canxi của nó hoặc hỗn hợp muối canxi và
magie. Là hỗn hợp phức hợp các polysaccharide bao gồm hai thành phần chính:
agarose trung tính (polyme trung tính), và agarose pectin tích điện (polyme sunphat
tích điện).
Phần gel hóa của agarose, là một phân tử mạch thẳng trung tính khơng có sunfat
sunphat, bao gồm các chuỗi lặp lại các đơn vị thay thế của liên kết β-1,3-D-galactose
và liên kết α-1,4với 3,6-anhydro-L-galactose. Agaropectin, phần không gel là
polysaccharide sunphat (3% đến 10% sunphat) gồm agarose và các tỷ lệ khác nhau của
este sunphat, axit D-glucuronic, và một lượng nhỏ axit pyruvic. Các loài rong biển
khác nhau là tùy thuộc vào tỷ lệ của hai polyme này. Agarose đại diện ít nhất là hai
phần ba thạch agar tự nhiên (Hình 1.1).

Hình 1.1. Cấu trúc phân tử agarose (AG) (Varshosaz và cộng sự, 2015)
Agarose thủy phân hoàn toàn sẽ tạo thành phân tử agarose có cấu tạo mạch
thẳng, trung tính từ các gốc βD galactopyrannose nối qua các vị trí C-1 và C-3 với 3,6
anhydro L galactose tại các vị trí C-2 và C-4. Các liên kết này có độ βα bền hóa học và
độ bền enzyme khác nhau. Liên kết 1,3-α dễ bị thủy phân bởi enzyme và tạo thành các
gốc neoagarobiose. Liên kết 1,4-β dễ bị thủy phân bởi các tác nhân acid và tạo thành

các gốc agarobiose, liên kết bền hơn. Khối lượng phân tử của agarose khi chưa thủy
phân có phân tử lượng khoảng 120000Da tương ứng với khoảng 800 gốc đường
hexose. Cấu trúc này không thuần nhất là tùy thuộc vào nguồn gốc của rong biển, một
số nhóm 3,6 anhydro-L-galactose được thay thế bởi L-galactose. Thêm vào đó một số
gốc D-galactose và L-galactose có thể bị methyl hóa để tạo 6-O-methyl-D-galactose và
2-O-methyl-L-galactose. Khả năng methyl hóa này là xác định điểm tạo gel của

4


agarose và của agar ban đầu. D-xylose, các nhóm phân cực như axit pyruvic và axit
sunfuric cũng được tìm thấy với một lượng nhỏ.
Khả năng tạo gel của agar là quyết định bởi agarose, trong đó khả năng tạo gel
đơng được quyết định bởi tỉ lệ β.D.Gal/α.L.Gal, tỉ lệ này càng nhiều thì sức đơng càng
cao. Điều này được giải thích do yếu tố tạo sức đơng cho agarose là các nhóm –
CH2OH tự do và các nhóm –OH của phân tử mà các phân tử β.D.glactose chứa nhiều
nhóm –OH hơn các phân tử α.L.galactose. Mặt khác trong phân tử mà có nhiều gốc 6
sunphat α.L.galactose thì lại xuất hiện lực đẩy cùng dấu do các gốc SO32- tạo nên giữa
các phân tử agarose, do vậy tỉ lệ α.L.galactose-6-sunfat càng nhiều thì sức đơng của
agar càng yếu. Điều đó chứng tỏ nếu có nhiều gốc –SO32- (gốc –SO32- càng cao) thì
sức đơng càng kém. Tỷ lệ-SO32- sẽ giảm đi khi xử lý agar trong môi trường kiềm (Trần
Thị Luyến và Nguyễn Anh Tuấn, 2004) (Hình 1.2).
Cấu tạo của agaropectin cũng giống như agarose, nhưng đơi khi cịn tìm thấy sự
có mặt của ion Ca2+ trong polymer keo rong. Cấu trúc cơ bản của agaropectin là các
liên kết luân phiên của D-galactose và L-galactose, trong đó D-galactose có thể thay
thế bởi D-galactose 4- sunphat, bởi 4,6-0 (lcacboxyethylidene)- D-galactose ở một số
vị trí cuối mạch hay có thể bởi D-galactose 2,6 disunfat, trong khi đó một phần của Lgalactose có thể được thay thế bởi 3,6-anhydro-L-galactose. Sự sắp xếp, thay thế khác
nhau của các monosaccharide cơ bản đã tạo nên một lượng khổng lồ các cấu trúc.

Hình 1.2. Cấu trúc đơn của agaropectin (AP) (Varshosaz và cộng sự, 2015)

Tỷ lệ β.D.Gal/α.L.Gal của AP nhỏ hơn AG, hàm lượng –SO32- của AP lớn hơn
AG do đó sức đơng của AP nhỏ hơn AG (Trần Thị Luyến và Nguyễn Anh Tuấn, 2004)

5


1.1.2. Tính chất của agar-agar
1.1.2.1. Tính tan
Agar khơng tan trong nước lạnh, hịa tan trong nước nóng, hấp phụ rất nhiều nước, có
khả năng hịa tan với lượng nước từ 30÷50 lần khối lượng, tan một ít trong amine, tan
tốt trong formamide, thu nhận agar được nhờ kết tủa bằng ethanol, có thể tan trong
nước ở nhiệt độ 25°C khi agar ở trạng thái ẩm, nhưng ở trạng thái sấy khơ lại chỉ tan
trong nước nóng. Có sự khác nhau về mức độ hòa tan của agar trong nước (tỉ lệ
agar/nước) là tùy thuộc vào loại agar thông thường hay agar tan nhanh (Nguyễn Thị
Thu Sang, 2012). Có phản ứng tạo kết tủa với dung dịch chì acetat đặc trưng (QCVN
4-21:2011/BYT).
1.1.2.2. Tính tạo gel
Khả năng tạo gel phụ thuộc vào nhiệt độ, ban đầu agar ở pha liên tục và nước ở
pha phân tán. Khi đưa nhiệt độ lên cao lớn hơn 90oC, agar trở thành pha phân tán và
nước là pha liên tục do lúc này hình thành dạng dung dịch bao gồm những tiểu phân
mixen, ở giữa mixen là phân tử agar. Agar tạo gel rất bền, cấu trúc gel cứng, giòn và
trong. Khi hạ nhiệt độ xuống 35oC các hạt mixen được bao bọc xung quanh một lớp
nước liên kết lại tạo thành gel dẫn đến sự phân bố lại diện tích trên bề mặt của những hạt
mixen.
Khả năng tạo gel thuận nghịch nhiệt là đặc điểm riêng, đặc điểm này là làm cho
agar có khả năng kết hợp sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau. Khi tạo gel, các
cầu nối hydro làm tăng tính bền vững của cấu trúc mạch agar, chống lại sự phân ly của
hỗn hợp dịch khi tăng nhiệt độ quá mạnh. Trong đó, liên kết β-1, 4 dễ thủy phân với
xúc tác của axit và tạo thành gốc agar–agarobise. agar–agarobise làm cho agar trong
mơi trường nước có khả năng tạo gel.

Q trình tạo gel diễn ra khi để nguội hay khi làm lạnh dung dịch agar. Đây là
điều kiện tạo gel tốt nhất, agar có thể hấp phụ rất nhiều nước và tạo gel nhờ các liên
kết hydro ở nồng độ rất thấp (khoảng 0,04%). Khả năng tạo gel và độ bền của gel phụ
thuộc vào nồng độ agar và phân tử lượng trung bình của nó.
Khả năng tạo gel của dung dịch agar sẽ ở nhiệt độ khoảng 40÷50°C và tan chảy ở
nhiệt độ khoảng 80÷85°C. Dung dịch agar 1,5% tạo gel ở 32÷39°C, nhưng khơng chảy

6


ở nhiệt độ thấp hơn 60÷97°C. Sự khác biệt lớn giữa nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ tạo
gel cịn được gọi là sự trễ nhiệt (hysteresis). Đây là một tính chất đặc trưng riêng của
agar.
Kích thước của lỗ gel sẽ phụ thuộc vào nồng độ agar. Nồng độ agar càng cao thì
bán kính lỗ càng nhỏ, lỗ gel càng lớn thì hiệu quả rây lọc càng thấp. Khi làm khô sẽ
tạo ra một màng trong suốt, bền cơ học và có thể bảo quản lâu dài mà khơng bị biến
đổi cơ học (Zarrintaj và cộng sự, 2017). (Hình 1.3)

(Nguồn: Payam Zarrintaj và các cộng sự)

Hình 1.3. Cơ chế tạo gel của agarose: chuỗi agarose liên kết hydro và tương tác
tác tĩnh điện tạo thành cấu trúc xoắn và gel (Zarrintaj và cộng sự, 2017)
Gel agar có tính thuận nghịch và đàn hồi. Gel của agar không màu, không vị,
không ảnh hưởng đến vị tự nhiên của sản phẩm. Gel agar có thể chịu được nhiệt độ
cao 1000C, pH từ 5÷8, khả năng giữ nước cao.
Agar có chứa một số gốc tích điện âm (gốc sunphat và gốc cacboxyl) nên gel
agar cũng có một số tính chất trao đổi ion. Song khả năng này rất thấp vì nồng độ agar
sử dụng thường chỉ vào khoảng 1%. Vì thế trong phương pháp điện di người ta dùng
agarose làm chất mang tốt hơn agar vì agarose chứa rất ít gốc sunphat. Có thể khử các
nhóm sulfate khỏi agarose (thậm chí với cả agar) bằng cách xử lý với NaBH4 trong

môi trường kiềm nhẹ (khi đó gốc sunphat bị thủy phân), sau đó rửa bằng nước cất.
Tóm lại, những đặc điểm của gel agar đều quyết định bởi agarose, sự có mặt của
ion sunphat sẽ làm gel bị đục mờ, đối với agaropectin thì có khả năng tạo gel thấp
trong nước (Nguyễn Thị Thu Sang, 2012).

7