(TIỂU LUẬN) TIỂU LUẬN môn PHỤ GIA THỰC PHẨM đề tài ALGINATE

Khái niệm - Alginate là một loại polymer sinh học được chiếc lọc từ tảo nâu được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như: chất tạo nhũ tương, tạo gel, làm tăng độ đặc, làm lớpphủ ngoài cho sản

Tp Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 9 năm 2016

BÁO CÁO TIỂU LUẬNMÔN PHỤ GIA THỰC PHẨM

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cám ơn giảng viên hướng dẫn lớp - cô Nguyễn Thị Minh Nguyệt đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện tốt nhất về mặt kiến thức, tài liệu cũng như thời gian thực hiện để chúng em có thể hoàn thành tốt bài báo cáo tiểu luận này.

Trong quá trình thực hiện thu thập tài liệu, cũng như là trong quá trình làm bài báo cáo này, khó tránh khỏi sai sót, rất mong cô bỏ qua.

Đồng thời do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót,chúng em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của cô để học thêm được nhiều kinh nghiệm và sẽ hoàn thành tốt hơn trong những lần báo cáo tiếp theo.

Em xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

MỤC LỤC

1 Khái niệm 5

2 Cấu tạo 5

3 Tính chất 6

3.1 Tính chất vật lí 6

3.2 Tính chất hóa học 7

3.3 Tính chất tạo màng 7

3.4 Tính tạo sệt 7

3.5 Tính tạo nhớt 8

4 Phân loại 8

5 Cơ chế tạo gel 11

6 Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm 12

7 Quy định nhà nước 13

8 Quy trình có ứng dụng alginate 14

8.1. Quy trình sản xuất phô mai nấu chảy: 14

8.2. Sử dụng Alginate Natri để cố định tế bào nấm men trong lên men bia, rượu, nước giải khác: 16

9 Nguồn khai thác và các phương pháp sản xuất 17

9.1. Nguồn khai thác 17

9.2 Các phương pháp sản xuất 18

9.2.1 Quá trình xử lý hóa học 18

9.2.2 Quá trình nấu tách Alginic 20

9.2.3 Tách và tinh chế Alginic 22

1 Khái niệm

- Alginate là một loại polymer sinh học được chiếc lọc từ tảo nâu được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như: chất tạo nhũ tương, tạo gel, làm tăng độ đặc, làm lớpphủ ngoài cho sản phẩm

- Alginate là muối của acid alginic với một polymer β-1,4-D-Manuroic acid (M)

và α-1,4-L-Guluronic acid (G)

- Được Stanfors phát hiện đầu tiên vào năm 1881, là một acid hữu cơ có trong tảo nâu

- Nó tồn tại dưới dạng sợi, hạt hay bột màu trắng đế nâu

- Dược dùng làm chất tạo đông, chất ổn định chất tạo gel, chất nhũ hóa

2 Cấu tạo

- Alginate được chiết xuất từ tảo nâu, loại Pheaphyceae

- Cấu tạo hóa học của axit alginic gồm 2 phần: β-D-mannuronic (M) và α-L-guluronic (G) liên kết với nhau bằng liên kết 1,4-glucozit Có 3 loại liên kết có thể gặp trong phân tử Alginate: (M-M-M), (G-G-G), (M-M-G)

- Tỉ lệ M/G khác biệt do nguyên liệu tảo nâu khác nhau và ảnh hưởng đến thuộc tính hòa tan của alginate Cấu trúc hình học của alginate cũng ảnh hưởng đến độ hòa tan của nó Trong thực tế, alginate thương mại sản xuất

từ tảo nâu có thể có lượng M cao hoặc G cao Với nguyên liệu tảo

Macrocystis pyrifera thì alginate có M cao; tảo Laminaria hyperborean lại cho alginate có G cao

- Thông thường alginate có G cao thường có cấu trúc gel chắc, màu sáng và bền nhiệt Trong khí đó, alginate có M cao thường có cấu trúc yếu hơn, dẻo hơn và ít bền nhiệt hơn, nhưng lại bền khi đông lạnh/rã đông

3 Tính chất

3.1 Tính chất vật lí

- Alinate là một polymer có tính acid yếu, không màu, không mùi, không tan trong nước và các dung môi hữu cơ

- Là chất có tính hút nước, trương nở khi ngâm trong nước

- Alginate ở dạng muối tan trong nước, độ nhớt của dung dịch phụ thuộc vào trọng lượng phân tử và lượng ion trong muối Khác với agar, dung dịch alginate không đông lại ngay cả khi làm lạnh đông Việc làm lạnh đông và làm tan dung dịch Na-algilnate khi có mặt ion Ca2+có thể làm tăng

độ nhớt của dung dịch

- Muối alginate của kim loại alkali, ammonia, và các amin có khối lượng phân tử thấp, tan ngay trong nước nóng hay nước lạnh, nhưng các muối hóa trị II hai III thì không tan

- Các dung dịch alginate rất nhớt, có thuộc tính phụ thuộc vào tỉ suất M/G, khối lượng phân tử, và sự hiện diện điện phân trong dung dịch Độ nhớt giảm khi nhiệt độ tăng, và bị ảnh hưởng nhẹ bởi độ pH từ 4 – 10 Dung dịch ở độ pH từ 5 – 10 có thể ổn định lâu ở nhiệt độ phòng

3.2 Tính chất hóa học

- Tính chất của aginate với kim loại có hóa trị I:

o Dễ bị cắt bởi acid, kiềm mạnh, nhiệt độ, enzyme

o Khi tương tác với acid hữu cơ thì tách alginic tự do

o Dễ hòa tan trong nước, tạo dung dich có độ keo nhớt, độ dính cao

o Khi làm lạnh không đông, khi khô trong suốt có tính đàn hồi

- Tính chất của alginate với kim loại hóa trị II:

o Có độ chắc cao

o Có khả năng tạo màu tùy theo kim loại

o Không hòa tan trong nước

o Khi ẩm thì dẻo (gel alginate), khi khô có độ cứng cao và khó thấm nước, tỷ trọng thấp

3.3 Tính chất tạo màng

- Alginate có khả năng tạo màng rất tốt Các màn dẻo, đàn hồi, chịu dầu và không dính Màng thuộc nhóm polysacharide có khả năng ngăn oxi và chất béo thấm qua vì vậy ức chế hiện tượng oxi hóa chất béo và các thành phần khác của thực phẩm Bên cạnh đó màng còn giảm thất thoát ẩm vì lượng hơi nước trong màng sẽ bốc hơi trước hơn trong thực phẩm, từ đó màng bao sẽ hơi khô và co lại làm cho lượng hơi bên trong không thoát ra được

- Màng alginate được sử dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm nhằm tăng thời gian sử dụng và làm tăng chất lượng sản phẩm Màng bao ăn được có thể được sử dụng để làm giảm tác hại do quá trình chế biến gây

ra Màng bao có thể vừa kéo dài thời gian sử dụng, vừa ngăn mất mát lượng ẩm và sự di chuyển chất tan, phản ứng oxi hóa

- Sodium Alginate thì không hữu dụng khi nhũ tương là dạng axit vì axit alginic không hòa tan khi tạo thành trong môi trường axit Propylene glycol alginate (PGA) được dùng vì bền với điều kiện axit nhẹ.

- Alginate cải thiện cấu trúc, hình dạng và sự lấp lánh trong yarout, còn PGA được dùng tạo bền cho protein của sữa ở điều kiện axit Một vài loại nước quả đục và trong, người ta thêm sodium Alginate hoặc PGA (nếu là môi trường axit) để cản trở sự lắng của huyền phù (thịt quả)

3.5 Tính tạo nhớt

- Khi hòa tan alginate vào nước nó sẽ ngậm nước và tạo dung dịch nhớt, độ nhớt tỉ lệ thuận chiều dài của phân tử

Độ nhớt của alginate, mPa.S

- Qua những thông số trên cho thấy sự thay đổi độ nhớt với những nồng độ khác nhau ở một số trường hợp độ nhớt có thể tăng khi nồng độ thấp khi

có sự hiện diện của muối CaCO3, cancium tartat, ion Cacium liên kết với Alginate tạo cầu nối giữa các phân tử làm tăng trọng lượng phân tử độ nhớt của dung dịch

4 Phân loại

- Theo nguồn khai thác:

o Alginate được sản xuất từ rong biển: Phaeophyceae và Laminaria

o Alginate được tổng hợp từ Pseudomonas aeruginosa và Azotobactervinelandi

- Theo tính năng của mỗi loại alginate:

o Natri alginate (C5H7O4COONa)n:

 Là muối của acid alginic có liên kết (1,4) guluronic acid

 Alginate ưa nước và có thể tạo gel không thuận nghich với sự hiện diện của Ca2+ , nên nó có khả năng tạo màng tốt

Bảng tính chất vật lý của dung dịch natri alginate trong thực phẩm

(trích dẫn bởi Cao Như Lan, 2008)

o Kali alginate (C5H7O4COOK)n (tương tự Natri alginate)

o Canxi alginate [ (C5H7O4COO)2Ca]n

o Magie alginate [ (C5H7O4COO)2Mg]n (tượng tự Canxi alginate).

o Amoni alginate (C6H11NO6)n.

o Ngoài ra còn có alginate propylen glycon

5 Cơ chế tạo gel.

Sự tạo gel aginate là một tính chất quan trong Trong điều kiện nhiệt độ cao trạngthái sôi và làm nguội sẽ trở thành dạng gel Thông thường, alginate kết hợp với

Ca2+ để tạo gel Mỗi ion Ca2+ sẽ kết hợp với hai chuỗi alginate, liên kết chúng lạivới nhau tạo thành gel

Kĩ thuật tạo gel:

 Các alginate có khả năng tạo gel khi có mặt Ca2+ và axit

 Có thể tạo gel ở pH < 4, thường dùng kết hợp với pectin

- Ca2+ có vai trò như cầu nối nên gel này không thuận nghịch với nhiệt và ít đàn hồi

- Alginate hoặc hỗn hợp chứa alginate được nhúng hoặc phun dung dịch

6 Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm.

- Một số hợp chất của axit alginic có tên là lamizell là một muối kép của Natri và Canxi với một tỉ lệ nhất định Lamizell tạo ra được một độ nhớt đặc biệt và có khả năng kích thích ngon miệng, do đó rất quan tâm trong sản xuất thực phẩm

- Aglinate Natri cũng được dùng trong một số thực phẩm để hạn chế tăng trọng

- Trong sản xuất kem, axit alginic và muối của nó có thể dùng làm chất ổn định trong kem ly, làm cho kem mịn có mùi thơm, chịu nóng tốt, thời gian khuấy trộn lúc sản xuất ngắn

- Cho vào sữa bò với nồng độ keo alginate natri 0.1% (1.8% sẽ chống đượchiện tượng các chất không hòa tan kết tủa)

- Khi tinh chế rượu dùng Aglinate Natri 1% để làm trong nếu gặp khó khăn cho thêm than xương và canxi vào

- Alginate còn dùng trong sản xuất bơ, bánh kẹo, fomat, nước giải khát cũng như các mặt hàng đông lạnh

- Aglinate Natri được dùng làm chất bảo vệ kem lạnh với những tác dụng sau:

 Ngăn ngừa tạo ra các tinh thể đá băng

 Ức chế hoàn toàn sự tạo thành tinh thể của lactozo

 Nhũ hóa các cầu béo

 Làm bền bọt

 Tạo độ nhớt cho kem

 Tạo gel, có khả năng giữ nước cho kem

 Làm cho kem không bị tan chảy

- Với những thực phẩm có độ axit cao không thể dùng Aglinate Natri đượcthì propylen-glycol Aglinate là chất thay thế rất tốt vì nó bền được cả trong vùng PH=0-3.

7 Quy định nhà nước

(CXĐ: ADI chưa được BYT xác định)

Loại/ ứng dụng EU số ADI

Sodium Alginates E401 CXĐ

Sữa lên men (nguyên kem), có xử lý nhiệt sau lên men 5000

Thức ăn nổ sung cho trẻ đang tăng trưởng 5000

(quy định về sử dụng axit alginic trong thực phẩm Ban hành kèm theo Quyết định số 3742/2001/QĐ-BYT ngày 31/8/2001 của Bộ trưởng bộ y tế)

Sữa lên men ( nguồn kem), có xử lý nhiệt sau lên men 5000

Nước quả ép thanh trùng pasteur đóng hộp hoặc đóng chai 2500

(quy định về sử dụng kali alginate trong thực phẩm Ban hành kèm theo Quyết định số 3742/2001/QĐ-BYT ngày 31/8/2001 của Bộ trưởng bộ y tế).

Sữa lên men (nguyên kem), có xử lý nhiệt sau lên men 5000

Thức ăn nổ sung cho trẻ đang tăng trưởng 5000

(quy định về sử dụng canxi alginate trong thực phẩm Ban hành kèm theo Quyết định số 3742/2001/QĐ-BYT ngày 31/8/2001 của Bộ trưởng bộ y tế)

8 Quy trình có ứng dụng alginate.

8.1 Quy trình sản xuất phô mai nấu chảy:

- Phô mai nấu chảy xuất hiện đầu tiên trên thị trường tại Thụy Sĩ vào năm

1910 do công ty Gerber sản xuất Sản phẩm có cấu trúc mềm , dẻo, vị mặn, không béo nhậy

Tại Việt Nam, phô mai nấu chảy đã xuất hiện từ vài chục năm nay Một trong những thương hiệu của Pháp được người tiêu dùng biết đến là sản phẩm phô mai nấu chảy có in hình đầu bò đang cười ( La vache qui rit)

- Người ta xử dụng nhiệt độ cao để nấu chảy một loại phô mai hoặc một hổn hợp gồm nhiều loại phô mai khác nhau, có bổ sung thêm sữa và một

số phụ gia thực phẩm khác Sau khi làm đồng nhất hổn hợp trên, ta tiến hành đổ khuôn và làm nguội sẽ thu được một sản phẩm mới là phô mai nấu chảy

- Quy trình:

- Sự chuyển hóa natri alginate trong phô mai:

o Sự trao đổi ion giữa Na+ và Ca2+ các ion Ca2+ giữ vai trò quan trọng trong việc tạo nên cấu trúc gel casein trong phô mai Chúng liên kết các phân tử casein lại với nhau nên một mạng lưới không gian định hình cho cấu trúc gel Dưới tác dụng của nhiệt độ cao và sự khuấy trộn cơ học, một số ion Na+ trong alginate sẽ thế chỗ các ion Ca2+ đang liên kết với các phân tử casein trong phô mai Hiện tượng trên làm phá vỡ cấu tử gel và giải phóng ra những phân tử casein tự do Vì

thế mà phô mai nấu chảy sau này sẽ có cấu trúc gel và độ cứng hoàn toàn khác với phô mai nguyên liệu ban đầu.

o Trong quá trình xử lý nhiệt, một số phân tử và nhóm chức háo nước trong alginate được hydrate hóa Do đó, phô mai nấu chảy sẽ có độ

ẩm cao hơn và cấu trúc mềm hơn so với phô mai nguyên liệu

o Liều lượng phô mai nóng chảy theo quy định của bộ y tế là dựa vào GMP của từng nhà máy

o Một số sản phẩm : phô mai vinamilk, kem vinamilk,…

8.2 Sử dụng Alginate Natri để cố định tế bào nấm men trong lên men

bia, rượu, nước giải khác:

- Trộn lẫn tế bào nấm men 20% và Alginate 2%

- Nhỏ hỗn hợp xuống dung dịch CaCl2 0.5%

- Các hạt gel sẽ hình thành, lớp ngoài là lưới gel Alginate Canxi, bên trong hạt gel là các tế bào nấm men (microcapsule)

- Sử dụng các hạt gel lên men nhiều lần

9 Nguồn khai thác và các phương pháp sản xuất.

9.1 Nguồn khai thác.

- Alginate có trong tất cả các loại tảo nâu (phaeophyceae), là thành phần chính của thành tế bào Nguồn thu nhận chính trong công nghiệp là từ tảo bẹ lớn

Các loại tảo dùng để chiết xuất Alginate:

 Ascophyllum:

 Một loại tảo nâu, nhánh dài 1-4m

 Sống ở những vùng nước lạnh, khu vực nước yên tĩnh và không xuất hiện ở những nơi có sống mạnh

 Thường tìm thấy ở Northern Hemisphere

 Durivillaca:

 Thuộc loại tảo nâu

 Phát triển tốt ở những vùng chảy mạnh, mọc trên đá

 Cây vào mùa hè thường nhỏ hơn khi nhiệt độ tăng lên 190C, phát triển tốt ở những nơi nhiệt độ không lên đến 150C

 Laminaria:

 Ba loài chủ yếu: L.digitata, L.Hyperborea và L.saccharina.

 Phát triển ở những vùng nhiệt độ thấp 10-150C

 Thường thấy ở Northern Hemisphere

 Sargassum:

 Là loài được tìm thấy ở những vùng nhiệt độ ẩm, nhiệt đới

 Loại này cho alginate không tốt bằng những loại khác

 Tìm thấy ở các nước Indonesia và Philippines

- Ưu nhược điểm:

 Ưu điểm: Làm tăng hiệu suất và chất lượng đáng kể dồng thời không cần bổ sung formol khi một lý do nào đó công nghệ bị chậm trễ

 Nhược điểm: Độc

9.2.1.2 Xử lý acid:

- Mục đích:

 Loại khoáng Ca, Mg ra khỏi muối Alginate trong cây rong, từ đó giải phóng Alginic để Alginic dễ dàng tương tác kiềm trong quá trình nấu Rút ngắn quá trình nấu chiết.

 Làm mềm cellulose của cây rong

 Acid có tác dụng hòa tan các thành phần phi Alginate chủ yếu chất màu và các chất khác

 Tăng hiệu suất tách chiết, giảm thời gian nấu

- Giải thích:

 Acid đẩy Ca, Mg ra khỏi cấu trúc gel bền, khi đó Alginic ở trạng thái mạch đơn tự do nhưng vẫn chưa hòa tn mà vẫn ở trên thành

tế bào cây rong

 Khi kiềm hóa trị I vào nấu, phản ứng tạo muối kiềm I diễn ra nhanh hơn, triệt để hơn, hiệu suất cao hơn

- Phản ứng diễn ra khi cho rong ngâm trong acid:

[(C5H7O4COO)2Ca]n + 2nHCl → 2C5H7O4COOH + nCaCl2

[(C5H7O4COO)2Ca]n + nH2SO4 → 2C5H7O4COOH + nCaSO4

- Ưu nhược điểm:

 Ưu điểm: Tách được triệt để các khoáng ra khỏi polymer của Alginate tạo điều kiện cho quá trình nấu chiết rất nhanh Nếu những thong số của quá trình xử lý phù hợp thì phương pháp này

có đóng góp rất tốt vào hiệu suất cũng như chất lượng của

 Bảo vệ keo rong

 Tác dụng cố định chất màu trên màng cellulose của cây rong làm dịch nấu trong và sang

- Phản ứng diễn ra khi xử lý rong qua CaCl2:

Ca++ + H+ + ClMg(Alg)2 + CaCl2 → Ca(Alg)2 + MgCl2

CaCl2

Alginic

- Ưu nhược điểm:

 Ưu điểm: Đơn giản, không gây ô nhiễm môi trường, dễ thực hiện

 Nhược điểm: Qúa trình khử khoáng không mạnh mẽ, tác dụng của nó gần như formol Sử dụng phương pháp này để thay thế formol đồng thời nên kết hợp với phương pháp xử lý acid là rất tốt Vì vừa cố định chất màu và vừa tách khoáng

9.2.2 Quá trình nấu tách Alginic.

9.2.2.1 Nguyên lý:

- Cho Alginic phản ứng với kiềm Na hoặc K để chuyển về dạng tan.

- Sau đó cho Alginate Natri hoặc Kali ra khỏi môi trường nước Môi trường nấu chiết là kiềm hóa trị I và phản ứng tổng quát:

Alg-COOH + MA = Alg-COOM + HA

Ca-Alg + MA = Alg-COOM + CaA

Trong đó: MA: Dung dịch Hydroxit hoặc Cacbonat của kiềm hóa trị I; còn HA là acid tạo thành sau phản ứng.

 Chuyển Alginate không tan về dạng Alginate hòa tan

 Khuyếch tán Alginate hòa tan từ rong ra môi trường chiết

9.2.2.3 Các yếu tố cần lưu ý để quá trình Alginate đạt hiệu suất và

chất lượng cao:

Chất kiềm:

 Nguyên tắc: có thể sử dụng mọi kim loại kiềm

 Có 2 loại kiềm:

 Kiềm mạnh: KOH, NaOH…Tốc độ phản ứng xảy ra nhanh

 Kiềm yếu: Na2CO3, Na2HPO4….Phản ứng diễn ra chậm

Trong thực tế người ta sử dung dịch Na2CO3, Na2HPO4 để nấu:

 Trường hợp nấu bằng dung dịch Na 2CO3:

2nC5H7O4COOH + nNa2CO3  2nC5H7O4COONa + nH2O + nCO2

Alginic (không hòa tan) Alginat Natri (hòa tan)

 Trường hợp nấu chiết bằng hỗn hợp Na 2CO3 và Na2HPO4: