GELATIN TỪ DA CÁ

GELATIN TỪ DA CÁ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

Nguyễn Phạm Trúc Nguyên 60601629

Tháng 4/2010

MỤC LỤC

MỤC LỤC - i

DANH MỤC BẢNG -iv

DANH MỤC HÌNH -vi

Chương 1 GELATIN -1

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ GELATIN -1

1.1.1 Gelatin là gì -1

1.1.2 Lịch sử gelatin -5

1.2 CẤU TẠO GELATIN -6

1.2.1 Thành phần hóa học của gelatin -6

1.2.2 Cấu trúc phân tử của gelatin -8

1.2.3 Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin - 10

1.3 PHÂN LOẠI GELATIN - 12

1.3.1 Phân loại theo nguyên liệu sản xuất - 12

1.3.2 Phân loại theo phương pháp sản xuất gelatin - 14

1.3.3 Cách phân loại khác - 15

1.4 TÍNH CHẤT CỦA GELATIN - 16

1.4.1 Tính chất vật lí - 16

1.4.2 Điểm đẳng điện - 17

1.4.3 Độ nhớt - 17

1.4.4 Khả năng tạo gel - 18

1.4.5 Khả năng tạo màng của hỗn hợp gelatin với các phụ gia khác - 25

1.5 ỨNG DỤNG - 28

1.5.1 Trong công nghiệp thực phẩm - 29

1.5.2 Công nghiệp dược phẩm - 34

1.5.3 Công nghiệp hình ảnh - 35

1.6 PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT GELATIN - 37

1.6.1 Quá trình tiền xử lí - 37

1.6.2 Quá trình trích li - 40

1.6.3 Quá trình tinh sạch - 40

1.6.4 Quá trình cô đặc - 40

1.6.5 Quá trình sấy - 40

1.7 SẢN PHẨM GELATIN - 41

1.7.1 Tiêu chuẩn gelatin ứng dụng trong các ngành - 41

1.7.2 Tiêu chuẩn của gelatin theo phương pháp trích ly - 43

Chương 2 GELATIN TỪ DA CÁ - 45

2.1 GELATIN TỪ CÁ - 45

2.1.1 Tính chất lưu biến thấp - 48

2.1.2 Nguồn nguyên liệu thô không phong phú - 48

2.1.3 Chất lượng gelatin không ổn định - 48

2.1.4 Các yếu tố chất lượng nội tại - 48

2.1.5 Giá cả - 48

2.2 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT GELATIN TỪ DA CÁ - 49

2.3 PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT GELATIN TỪ DA CÁ - 52

2.3.1 Quá trình tiền xử lí - 54

2.3.2 Quá trình trích li, cô đặc, sấy - 62

2.3.3 Sản phẩm gelatin da cá - 62

2.4 NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI CHẤT LƯỢNG GELATIN TỪ DA CÁ - 63

2.4.1 Nguồn nguyên liệu - 63

2.4.2 Phương pháp sản xuất - 66

2.5 SẢN PHẨM - 67

2.5.1 Tính chất của gelatin từ da cá - 67

2.5.2 Chỉ tiêu chất lượng của gelatin từ da cá - 75

2.5.3 So sánh các loại gelatin - 75

2.5.4 Một số hình ảnh về sản phẩm gelatin từ da cá - 78

2.7 THÀNH TỰU - 80

2.7.1 Nguyên nhân và mục đích ứng dụng gelatin cá làm màng bao thực phẩm - 80

2.7.2 Sản xuất màng bao gelatin từ da cá - 83

2.7.3 Đặc điểm của màng gelatin da cá - 83

2.7.4 Ảnh hưởng của những thuộc tính gelatin lên tính chất của màng - 84

2.7.5 Các phương pháp cải thiện tính chất của màng gelatin cá - 87

Chương 3 CÁC NGHIÊN CỨU VỀ GELATIN TỪ DA CÁ - 94

3.1 TRÍCH LY GELATIN VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA ÁP SUẤT CAO - 94

3.1.1 Phân tích điện di (SDS-PAGE) - 94

3.1.2 Tính chất nhớt đàn hồi - 94

3.1.3 Kết quả và bàn luận - 95

3.2 TRÍCH LY GELATIN BẰNG ACID LACTIC - 100

3.2.1 Quy trình trích ly gelatin - 100

3.2.2 Kết quả - 101

3.3 TÍNH CHẤT GELATIN CÁ SẢN XUẤT TỪ PHẾ LIỆU CHẾ BIẾN SURIMI - 107

3.3.1 Nguyên liệu và phương pháp - 107

3.3.2 Kết quả và bàn luận - 110

3.3.3 Kết luận - 119

3.4 TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH TRÍCH LY GELATIN TỪ DA CÁ HOKI (Macruronus novaezelandiae) - 120

3.4.1 Nguyên liệu và thiết kế thí nghiệm - 120

3.4.2 Kết quả - 122

TÀI LIỆU THAM KHẢO - 131

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Sự phân loại collagen -3

Bảng 1.2 Thành phần chuỗi của các loại collagen dùng để sản xuất gelatin -4

Bảng 1.3 Sự phân bố acid amin của 3 chuỗi trong collagen loại I và loại III -4

Bảng 1.4 Thành phần acid amin của gelatin, trứng -8

Bảng 1.5 Các phân đoạn phân tử chính trong gelatin - 11

Bảng 1.6 Tỉ lệ phân đoạn phân tử trong gelatin chất lượng cao (Bloom 250g) 11

Bảng 1.7 Các đặc điểm tiêu biểu của gelatin - 12

Bảng 1.8 Tỉ lệ và thành phần các acid amin trong gelatin cá và gelatin động vật - 13 Bảng 1.9 Giá trị điểm đẳng điện của gelatin cá và gelatin động vật - 14

Bảng 1.10 Một vài đặc điểm của gelatin loại A và loại B - 14

Bảng 1.11 Các thông số của 2 loại gelatin dùng trong thực phẩm - 14

Bảng 1.12 Thành phần hóa học của các loại gelatin dùng trong thực phẩm - 15

Bảng 1.13 Giá trị điểm đẳng điện của gelatin sản xuất bằng phương pháp acid 17

Bảng 1.14 So sánh khả năng ứng dụng của gelatin và các phụ gia có khả năng thay thế gelatin - 29

Bảng 1.15 Các loại gelatin dùng trong thực phẩm - 31

Bảng 1.16 Chức năng của gelatin trong các sản phẩm thực phẩm - 31

Bảng 1.17 Đặc điểm gelatin dùng trong sản phẩm sữa - 33

Bảng 1.18 Đặc điểm gelatin dùng trong sản phẩm thịt và vài sản phẩm khác - 34

Bảng 1.19 Chất lượng gelatin dùng sản xuất bao nang cứng trong công nghiệp dược phẩm - 35

Bảng 1.20 Chất lượng gelatin dủng sản xuất bao nang mềm trong công nghiệp dược phẩm - 35

Bảng 1.21 Chất lượng gelatin dùng trong công nghiệp hình ảnh - 36

Bảng 1.22 Tiêu chuẩn gelatin ứng dụng trong thực phẩm - 41

Bảng 1.23 Tiêu chuẩn gelatin ứng dụng trong dược phẩm - 42

Bảng 1.24 Tiêu chuẩn gelatin ứng dụng trong công nghiệp - 42

Bảng 1.25 Tiêu chuẩn gelatin loại A - 43

Bảng 1.26 Tiêu chuẩn gelatin loại B - 44

Bảng 2.1 Những nghiên cứu đã được thực hiện để tìm hiểu về gelatin da cá - 49

Bảng 2.3 Thành phần acid amin của gelatin thu được từ cá shortfin scad, cá sin

croaker và bò - 51

Bảng 2.4 Thành phần acid amin của gelatin thu nhận từ các loài khác nhau - 52

Bảng 2.5 Quy trình trích ly từ cá - 55

Bảng 2.6 Các đặc tính cơ bản của gelatin thu được từ da các loại cá tilapia - 65

Bảng 2.7 So sánh chất lượng gelatin từ da và xương cá Nile perch - 65

Bảng 2.8 Hàm lượng acid amin của gelatin một vài loài cá khi so sánh với gelatin từ heo (số gốc/1000 gốc acid amin) - 69

Bảng 2.9 Chỉ tiêu hóa học của gelatin từ da cá - 75

Bảng 2.10 Chỉ tiêu vật lý của gelatin từ da cá - 75

Bảng 2.11 So sánh tính chất của gelatin từ da cá và gelatin từ động vật có vú 75

Bảng 2.12 So sánh tính chất của gelatin từ cá nước lạnh và cá nước ấm - 77

Bảng 3.1 Hiệu suất trích ly gelatin - 95

Bảng 3.2 Tính chất nhớt đàn hồi của gelatin mới hòa tan - 98

Bảng 3.3 Tính chất nhớt đàn hồi của gel gelatin ủ “maturation” - 99

Bảng 3.4 Thành phần acid amin trong gelatin - 102

Bảng 3.5 Suất Young (E) của EFG, HBG, CFG - 111

Bảng 3.6 Các điểm tạo và tan chảy gel từ các lần chạy DSC và lưu biến học và các trị pH của EFG, CFG và HBG - 112

Bảng 3.7 Nhiệt độ tạo và tan chảy gel của EFG có và không có (điều khiển) enzyme transglutaminase - 118

Bảng 3.8 Mô hình thí nghiệm của các biến tự do trong mô hình Box-Behnken để trich ly gelatin từ da cá hoki - 121

Bảng 3.9 Đáp ứng của biến phụ thuộc là hiệu suất thu hồi gelatin theo thay đổi của các biến tự do - 123

Bảng 3.10 Các thông số ước lượng của phương trình đa thức bậc 2 phù hợp cho đáp ứng dựa trên thống kê - 125

Bảng 3.11 Phân tích ANOVA cho đáp ứng của biến phụ thuộc - 125

Bảng 3.12 Điều kiện tối ưu để trích ly gelatin từ da cá hoki - 126

Bảng 3.13 Tính chất vật lý và hóa học của gelatin - 128

Hình 1.1 Tropocollagen -2

Hình 1.2 Liên kết ngang giữa các phân tử tropocollagen -2

Hình 1.3 Cấu tạo phân tử collagen -3

Hình 1.4 Tỉ lệ các thành phần acid amin cơ bản của gelatin -7

Hình 1.5 Cấu trúc cơ bản của gelatin -9

Hình 1.6 Cấu trúc cơ bản của chuỗi xoắn α -9

Hình 1.7 Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin - 10

Hình 1.8 Ảnh hưởng cùa nồng độ và pH lên độ nhớt của dung dịch gelatin - 18

Hình 1.9 Ảnh hưởng của pH lên khả năng khuếch tán nước và dung dịch gelatin Thí nghiệm với 3 mẫu ở pH = 4, 6, 8 tại 17oC; D: lượng nước khuếch tán (m2/s) - 20

Hình 1.10 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng khuếch tán nước vào dung dịch gelatin Thí nghiệm với 2 mẫu ở nhiệt độ 10oC và 24 oC tại pH = 4.6 - 21

Hình 1.11 Độ bền gel của các loại gelatin từ heo, da cá Atlantic salmon và Atlantic Cá tuyết ở nhiệt độ ổn định 10oC - 21

Hình 1.12 Độ bền gel phụ thuộc vào nồng độ và loại gelatin - 22

Hình 1.13 Ảnh hưởng của pH và nồng độ gellan lên modul tàng trữ gel Với G‟ là modul tàng trữ - 23

Hình 1.14 Ảnh hưởng của pH và nồng độ guar lên modul tàng trữ gel - 23

Hình 1.15 Cấu trúc mạng gel khi gelatin phối hợp với agar - 25

Hình 1.16 Ảnh hưởng của nồng độ NaCl lên lực giãn dài của màng từ gellan/gelatin - 27

Hình 1.17 Ảnh hưởng của nồng độ NaCl lên độ giãn dài của màng từ gellan/gelatin - 27

Hình 1.18 Tỉ lệ gellan/gelatin trong màng ảnh hưởng tới khả năng tan trong nước và tỉ lệ căng phồng - 28

Hình 1.19 Quy trình sản xuất gelatin - 39

Hình 2.1 Qui trình chế biến các sản phẩm từ cá da trơn - 47

Hình 2.2 Qui trình sản xuất gelatin từ da cá - 53

Hình 2.3 Quá trình chuyển hóa collagen thành gelatin - 62

Hình 2.4 Sơ đồ thiết bị các quá trình trích ly, cô đặc, sấy - 63

Hình 2.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ trữ đông nguyên liệu lên độ bền gel - 64

Hình 2.6 Độ bền gel phụ thuộc vào loại nguyên liệu - 64

Hình 3.1 Phân tích điện di gelatin (SDS-PAGE) trong sự hiện diện của

2-β-mercaptoethanol: (a) mẫu đối chứng, (b) S250, (c) E250-10‟, (d) E400-10‟, (e) E400-2x5‟

và (f) E250-20‟ - 96

Hình 3.2 Nhưng thay đổi trong góc pha δ, điều chỉnh nhờ vào làm lạnh từ 40 đến

60C và gia nhiệt từ 6 đến 400C đối với gelatin hòa tan mới ở 6.67% w/v - 97

Hình 3.3 Sự thay đổi trong góc pha δ, điểu chỉnh theo nhiệt độ từ 6 400C và sau

đó làm lạnh từ 40 60C của gel gelatin (6.67% w/v, 16 18h ủ ở 6 70C) - 98

Hình 3.4 Phân tích điện di chế phẩm gelatin Chế phẩm gelatin trích ly từ da cá

bơn đã được tiền xử lý với acid lactic 50mM (a), acid lactic 25mM (b) và acid acetic 50mM (c) được phân tích bằng phương pháp PAGE-SDS trên 5% gel với sự có mặt của -mercaptoethanol Collagen từ da bò loại I và III được sử dụng như là chất đánh dấu cho chuỗi , thành phần và (collagen loại III không bị khử) - 104

Hình 3.5 Tính chất nhớt dẻo của các chế phẩm gelatin trong quá trình làm lạnh và

gia nhiệt Gelatin khô được hòa tan với tỷ lệ 6.67% (w/v) trong nước cất ở 40oC Sự thay đổi module đàn hồi (A,D), module nhớt (B,E) và góc pha (phase angle)

(C,F) được xem xét trong quá trình làm lạnh từ 40 về 7oC (A–C) và gia nhiệt tiếp theo

từ 7 lên 40oC (D–F) ACE-50: tiền xử lý với acid acetic 50mM.; LAC-25: tiền xử lý với acid lactic 25mM; LAC-50: tiền xử lý với acid lactic 50mM - 105

Hình 3.6 Tính chất nhớt dẻo của gel gelatin sau quá trình gia nhiệt và giữ lạnh qua

đêm Gelatin khô được hòa tan với tỷ lệ 6.67% (w/v) trong nước cất ở 40oC, làm lạnh

về 7oC và duy tì ở nhiệt độ này trong 18h Sự thay đổi module đàn hồi (A,D), module nhớt (B,E) và góc pha (phase angle) (C,F) được xem xét trong quá trình

làm lạnh từ 40 về 7oC (A–C) và gia nhiệt tiếp theo từ 7 lên 40oC (D–F) ACE-50: tiền

xử lý với acid acetic 50mM.; LAC-25: tiền xử lý với acid lactic 25mM; LAC-50: tiền

xử lý với acid lactic 50mM - 106

Hình 3.7 Độ bền gel gelatin của da cá trích ly (EFG), gel gelatin bò (HBG) và gel

gelatin cá thương mại (CFG) Giá trị trung bình ± SD từ các mẫu được đo 3 lần - 110

Hình 3.8 Độ bền gel của EFG khi có và không có enzyme transglutaminase Giá trị

trung bình ± SD từ các mẫu được tiến hành lặp 3 lần - 112

Hình 3.9 Quy luật protein của gel gelatin từ EFG có và không có enzyme

transglutaminase CFG và HBG: (a chất chuẩn, b HBG, c CFG, d EFG và các ký tự

e, f, g, h biểu thị cho EFG có bổ sung nồng độ enzyme theo thứ tự là 0.5, 1, 3 và 5 mg/g protein - 113

Hình 3.10 Quét nhiệt lưu biến từ 5 400C của EFG (□), CFG (■) và HBG (▼), (a) storage ( ) và (b) loss modulus ( ) - 114

Hình 3.12 Quét nhiệt lưu biến từ 5 400C của EFG có và không có (điều khiển) enzyme transglutaminase: (a) storage modulus ), (b) loss modulus ( ) - 116

Hình 3.13 Quét nguội lưu biến từ 40 50C của EFG có và không có (điều khiển) enzyme transglutaminase: (a) storage modulus ), (b) loss modulus ( ) - 117

Hình 3.14 Đường cong DCS trong các lần chạy gia nhiệt từ -10 400C: ( ) EFG, ( ) CFG và ( ) HBG - 118

Hình 3.15 Đường cong DCS trong các lần chạy gia nhiệt từ 40 -100C: ( ) EFG, ( ) CFG và ( ) HBG - 119

Hình 3.16 Mô hình thiết bị xác định nhiệt độ nóng chảy - 122 Hình 3.17 Đồ thị đáp ứng bề mặt để tối ưu hóa quá trình trích ly gelatin từ da cá

hoki - 127

Hình 3.18 Phân tích điện di gelatin Chế phẩm gelatin khô: (b) gelatin từ cá hoki ở

1.13 mg/ml, (c) gelatin bò ở 1.13 mg/ml, (d) gelatin lợn ở 1.13 mg/ml, (e) gelatin từ cá hoki ở 0.75 mg/ml, (f) gelatin bò ở 0.75 mg/ml, (g) gelatin lợn ở 0.75 mg/ml, (h) gelatin từ cá hoki ở 0.38 mg/ml, (i) gelatin bò ở 0.38 mg/ml, (j) gelatin lợn ở 0.38 mg/ml, (a) chuẩn SeeBlue® Plus 2 Prestained - 130

Chương 1

GELATIN

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ GELATIN 1.1.1 Gelatin là gì

Từ gelatin đã trở nên phổ biến từ những năm 1700, được bắt nguồn từ tiếng Latinh

gelatus, nghĩa là màng hay chất làm đông Hiện nay có nhiều cách khác nhau để định

nghĩa gelatin:

Theo Ramachandran (1967), gelatin là một polypeptide có khối lượng phân tử lớn,

có nguồn gốc từ collagen, thành phần protein chính của tế bào động vật, có trong xương, da và nội tạng

Theo Rose (1987), mặc dù thuật ngữ gelatin đôi khi được dùng để chỉ cho nhiều loại gel khác nhau nhưng chủ yếu dùng để chỉ những hợp chất protein có nguồn gốc từ collagen

Theo Bailey và Paul (1998) gelatin về căn bản là protein tinh sạc h dùng trong thực phẩm, thu nhận từ collagen đã bị thoái hóa do nhiệt, có cấu trúc như protein động vật

Theo tổ chức y khoa của Mĩ (USP – United States Pharmacopeia, 1990), gelatin

được định nghĩa như là một sản phẩm của quá trình thủy phân collagen có ng uồn gốc

từ da, xương của động vật Năm 1973, WHO đã đưa ra tiêu chuẩn nhận biết và độ tinh sạch của gelatin thực phẩm và xem gelatin như là một loại thực phẩm Tượng tự, EC – European Community cũng đã xếp gelatin vào thực phẩm chứ không phải là phụ gia nên gelatin không có số đăng kí của phụ gia „E‟

Như vậy, có thể xem gelatin là một sản phẩm có nguồn gốc từ collagen bằng cách thủy phân acid hay kiềm Chính vì thế, các tính chất của gelatin phụ thuộc vào nguồn gốc, tuổi và loại của collagen nguyên liệu

Collagen là cách gọi của protein xương và da động vật Trong cơ thể người và đa

số các loài động vật, collagen chiếm khoảng 30% protein người Xét về mặt cấu trúc, phân tử collagen có cấu tạo xoắn ốc bậc ba, là protein có các tính chất sau:

Glycine (Gly) chiếm số lượng lớn, khoảng 33%

Một tỷ lệ lớn của các acid amin proline (Pro) hay hydroxyproline (Hyp), khoảng 22%

Có một số lượng ít các acid amin hydroxylysine (Hyl), khoáng 1%

Cấu trúc bậc ba đặc biệt vủa phân tử là sự lặp lại của chuỗi Gly – X – Y

Đơn vị cơ bản của collagen là tropocollagen, gồm 3 chuỗi , liên kết nhau tạo thành những sợi nhỏ

Các phân tử tropocollagen sẽ liên kết ngang với nhau theo kiểu cộng hóa trị Loại liên kết này không thông dụng, thường chỉ có ở collagen hay các chất dẻo

Nhờ vào các liên kết ngang này, các phân từ tropocollagen hình thành nên sợi collagen Các sợi collagen rất dài và mảnh, chúng sắp xếp tạo thành mạng collagen

Hình 1.1 Tropocollagen

Hình 1.2 Liên kết ngang giữa các phân tử tropocollagen

Hình 1.3 Cấu tạo phân tử collagen

Sự sắp xếp khác nhau của các chuỗi đã hình thành nên cấu trúc xoắn bậc ba phức tạp khác nhau của các lại collagen Đến cuối thế kỉ 20, đã tìm thấy 10 loại collagen và

có ít nhất hơn 4 loại mới đang được nghiên cứu Trong đó, collagen loại I và loại III là được biết đến nhiều nhất vì là nguồn nguyên liệu sản xuất gelatin thương mại

Ngày nay, 27 loại collagen được ghi nhận và sự phân loại đơn giản được trình bày trong Bảng 1 (Schrieber và Gareis, 2007)

Bảng 1.1 Sự phân loại collagen

Loại I Loại này xuất hiện rộng rãi và phổ biến trong

các mô liên kết như da, xương và dây chằng

Loại II Loại này có mặt trong mô sụn

Loại III Loại này phụ thuộc mạnh vào độ tuổi: da cá rất

non có thể chứa tối đa 50%

Các loại khác Các loại này có mặt với hàm lượng thấp trong

một số cơ quan xác định

Phân tử collagen bao gồm 3 chuỗi xoắn lại với nhau tạo thành collagen helix tạo thành cấu trúc 3D – đưa ra một mô hình lý tưởng cho các liên kết hydro giữa

triple-Triple-helix dài xấp xỉ 300nm và chuỗi có khối lƣợng phân tử khoảng 105 kDa (Papon, Leblon và Meijer, 2007) Triple-helix đƣợc ổn định bởi liên kết hydro nội giữa các chuỗi Sự biến tính collagen tạo nên sự tách của những cầu nối một phần hoặc hoàn toàn gây nên sự tách rời các chuỗi do sự phá hủy các liên kết hydro, chính điều này làm mất cấu trúc của triple-helix Gelatin công nghiệp là hỗn hợp của những thành phần khác nhau: chuỗi (chuỗi đơn polymer), β (2 chuỗi liên kết ngang với nhau)

và chuỗi γ (3 chuỗi liên kết với nhau) (Papon và cộng sự, 2007)

Thành phần của collagen bao gồm tất cả 20 acid amin (Schrieber và Gareis, 2007) Mặc dù thành phần acid amin có thể thay đổi tùy theo nguồn gốc của collagen, tồn tại một vài tính chất chung và duy nhất cho tất cả collagen Đối với động vật có vú, protein chứa hàm lƣợng cao hydroxyproline và hydroxylysine, và tổng hàm lƣợng acid amin (proline và hydroxyproline) rất cao (Balian và Bowes, 1977)

Bảng 1.2 Thành phần chuỗi của các loại collagen dùng để sản xuất gelatin

Loại Thành phần chuỗi phân tử Phân bố

Mặc dù các chuỗi hoàn toàn giống nhau về các tính chất vật lí nhƣng sự khác nhau về thành phần hóa học có thề làm thay đổi đặc tính của gelatin Vì thế, sự phân

bố của thành phần acid amin (Bảng 3) trong các chuỗi cần phải đƣợc quan tâm Collagen là protein động vật, không có trong thực vật Nhƣng các nhà sản xuất vẫn dùng khái niệm collagen cho thực vật, đây là một khái niệm sai lầm về mặt kĩ thuật Collagen thực vật có nguồn gốc từ cây mía, lá và trái của cây keo có xuất xứ từ Úc, tảo biển,… nên rất khác với collagen từ động vật Chúng không có bản chất là protein, có khả năng hấp phụ kém hơn

Bảng 1.3 Sự phân bố acid amin của 3 chuỗi trong collagen loại I và loại III

Năm 1682, một người Pháp tên Papin đã công bố một kết quả là đã thu được một hỗn hợp giống jelly từ xương

Năm 1700, thuật ngữ gelatin trở nên thông dụng (có nguồn gốc từ Latin: gelatus,

có ý nghĩa là màng hay chất làm đông)

Năm 1754, bài báo đầu tiên trong lĩnh vực chất dính được công nhận ở Anh về việc sản xuất chất dán của một người thợ làm đồ gỗ Các chất hồ dán tự nhiên được sản xuất trên thành phần cơ bản là gelatin và một vài chất khác

Năm 1850, công nghiệp sản xuất gelatin xuất hiện tại Mỹ Nguồn nguyên liệu chính lúc này là da chưa thuộc và xương

Năm 1871, một phát hiện quan trọng của bác sĩ người Anh Richard Leac h Maddox

về ứng dụng của gelatin đã đưa đến bước đột phá trong ngành hình ảnh vị bác sĩ đã cải tiến “dry plate” với một lớp gelatin – bạc bromua và còn nhạy hơn khi so với “wet

dùng “dry plate” Ưu điểm lớn nhất là làm giảm rất nhiều thời gian trong công nghiệp nhiếp ảnh

Cuối thế kỉ 19, khi ngành công nghiệp sản xuất gelatin xuất hiện đã làm tăng thêm các ứng dụng và ổn định tính chất sản phẩm

Năm 1930, ngành sản xuất này phát triền mạnh mẽ khi da heo được xem như là một nguyên liệu công nghiệp sản xuất gelatin ở Châu Âu chỉ mới bắt đầu khoảng những năm 1930 nhưng Châu Âu lại trở thành khu vực sản xuất gelatin quan trọng nhất trên thế giới

Năm 1950, công nghiệp sản xuất gel atin có những bước phát triển đáng kể về kĩ thuật từ đó là nền tảng cho các tiêu chuẩn trong sản xuất và chất lượng sản phẩm ngày nay

Năm 1974, công nghiệp sản xuất gelatin phát triển đến mức đã thành lập được

“Hiệp hội gelatin của Châu Âu GME” (Gelatin Manufacturers of Europe) để đại diện cho quyền lợi của các nhà sản xuất gelatin

Gần đây, sự hiểu biết về acid amin và protein nói chung, collagen và gelatin nói riêng ngày càng nhiều Thêm vào đó là những tiến bộ trong kĩ thuật sản xuất đã giúp sản pahẩm gelatin đạt an toàn về vi sinh, chất lượng theo tiêu chuẩn quốc tế và yêu cầu nghiêm ngặt các yếu tố kĩ thuật

Năm 2001, một nghiên cứu có tính chất toàn cầu do GME thực hiện từ năm 1999 với sự bảo trợ của Ủy ban Châu Âu đã một lần nữa khẳng định về các yê u cầu của nguey6n liệu và quá trình sản xuất gelatin đã đảm bảo an toàn tối đa cho người tiêu dùng

1.2 CẤU TẠO GELATIN 1.2.1 Thành phần hóa học của gelatin

Phân tử gelatin bao gồm:

Mặc dù có gần đủ các loại acid amin nhưng gelatin không phải là một hệ protein hoàn chỉnh khi so sánh với hệt protein trứng hay sữa thì gelatin có một hệ protein không hoàn chỉnh và chưa cân đối Protein của gelatin cũng tương tự như các nguốn

khác thiếu thành phần tryptophan, có tỉ lệ giữa các acid amin không cân đối so với như cầu hấp thu các loại acid amin của con người

Hình 1.4 Tỉ lệ các thành phần acid amin cơ bản của gelatin

Bảng 1.4 Thành phần acid amin của gelatin, trứng

Thành phần Acid amin của gelatin trong 100g

mẫu gelatin đã thủy phân (g) Acid amin trong trứng (g)

3 3.5 1.4 2

2 3

- 2.9 4.2 2.2 2.4 0.2 1

15 18

13 15 0.7 1

- Dạng vết

4 5

8 9 0.7 1

6 7

11 12 0.8 1.2

0.45 0.71 0.95 1.13 0.85 0.74 0.21 0.92 0.51 0.55 0.54

- 0.40 0.30

- 0.68 0.84 0.31 1.20 1.58

-

1.2.2 Cấu trúc phân tử của gelatin

Cấu trúc phân tử của gelatin gồm 18 acid amin khác nhau liên kết theo một trật tự xác định, tuần hoàn, tạo nên chuỗi polypeptide cới khoảng 1000 acid amin, hình thành nên cấu trúc bậc 1 Chuỗi polypeptide có chiều dài khác nhau, phụ thuộc nguồn nguyên liệu, chuỗi có một đầu là nhóm amin, một đầu là nhóm cacboxyl Cấu trúc thường gặp của gelatin là Gly – X – Y

Với: X chủ yếu là nhóm proline

Y chủ yếu là nhóm hydroxyproline

Cấu trúc cơ bản của chuỗi gelatin là : - Ala – Gly – Pro – Arg – Gly – Glu – Hyp – Gly – Pro

Hình 1.5 Cấu trúc cơ bản của gelatin

Cứ 3 chuỗi polypeptide xoắn lại theo hình xoắn ốc tạo nên cấu trúc bậc 2 Cấu trúc bậc 3 đƣợc tạo thành do chuỗi xoắn đó tự xoắn quanh nó

Hình 1.6 Cấu trúc cơ bản của chuỗi xoắn α

Về mặt cấu trúc không gian, trong gelatin có những liên kết peptide kiểu “cộng hóa

thực tế vẫn chưa chứng minh đuôc có sự sắp xếp lại của các thành phần hóa học trong quá trình chuyển đổi collagen thành gelatin hay không Phân tích nhiễu xạ tia X cho thấy có một vài cấu trúc giống dạng sợi trong gelatin, nhưng không thể so được với cấu trúc dạng màng sắp xếp rất chặt chẽ của collagen

1.2.3 Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin

Sự phân bố khối lượng phân tử có thể được xác định bằng phép lọc sắc kí gel, điện

di gel polyacrylamide và HPLC

Hình 1.7 Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin

Gelatin có Bloom (*) cao thường chứa một tỉ lệ lớn (30 50%) các phân tử có kích thước giống nhau dưới dạng các chuỗi α và β Theo Rose (1977), phần lớn gelatin cũng chứa nhiều tổ hợp phân tử có khối lượng tới 10 triệu và các chuỗi polypeptide có khối lượng phân tử ít hơn 80000 (* : độ bền gel)

Dựa vào hình 7 có thể nhận thấy có 2 chuỗi rõ ràng với khối lượng khoảng 120000Da, tương đương khối lượng của các phân tử α, β – collagen; một vài chuỗi có khối lượng phân tử thấp, có thể là sản phẩm của các quá trình thủy phân khi sản xuất gelatin; và khối lượng cao phân tử như của protein, có thể đã không bị loại bỏ trong khi xử lí nhiệt

Những nghiên cứu về thành phần và số lượng các phân đoạn phân tử chính trong gelatin sẽ giúp tìm hiểu các tính chất vật lí của gelatin được rõ hơn

Bảng 1.5 Các phân đoạn phân tử chính trong gelatin

Phân đoạn phân tử Các đặc điểm chính

Là các chuỗi oligomer của chuỗi α (thường 5 8 chuỗi)

Là oligomer của 4 chuỗi α

285000 Dalton (3 chuỗi α)

190000 Dalton (2 chuỗi α)

95000 Dalton Xuất hiện ở đoạn giữa các đỉnh

Bảng 1.6 Tỉ lệ phân đoạn phân tử trong gelatin chất lượng cao (Bloom 250g)

Nguồn

gốc

Độ nhớt (mp)

Tỉ lệ các phân đoạn (%)

<A A α β -

peptide β

γ - peptide

Sự phức tạp trong cấu trúc hóa học của gelatin đã ảnh hưởng lớn đến các tính chất của gelatin Vì vậy để tìm hiểu, giải thích rõ ràng và đầy đủ các tính ch ất của gelatin cần phải nghiên cứu kĩ cấu trúc của gelatin

1.3 PHÂN LOẠI GELATIN

Có rất nhiều cách để phân loại gelatin tùy thuộc vào phương pháp sản xuất, nguyên liệu, đặc tính sản phẩm… Sau đây là vài cách phân loại cơ bản:

1.3.1 Phân loại theo nguyên liệu sản xuất

Nguyên liệu sản xuất gelatin là collagen nên nguốn gốc collagen ảnh hưởng lớn tới tính chất sản phẩm gelatin Dựa theo nguồn gốc collagen, có thể chia gelatin thành các loại sau:

Bảng 1.7 Các đặc điểm tiêu biểu của gelatin

và đồng nhất Thành phần của gelatin có sự khác biệt đôi chút theo nguồn nguyên liệu

da và xương cá Và so với gelatin từ động vật thì gelatin từ cá chưa đạt được chất lượng tương tự, chưa có nhiều ứng dụng trong sản xuất

Gelatin có nguồn gốc từ cá có hàm lượng proline và hydroxyproline thấp nên có nhiệt độ tạo gel thấp (vì số liên kết hydro hình thành thấp)

Bảng 1.8 Tỉ lệ và thành phần các acid amin trong gelatin cá và gelatin động vật

Acid amin Tỉ lệ trên 1000 acid amin

Bảng 1.9 Giá trị điểm đẳng điện của gelatin cá và gelatin động vật

Loại Điểm đẳng điện

Gelatin cá Gelatin động vật

7.8 8.7 4.9 5.2

1.3.1.3 Gelatin có nguồn gốc từ thực vật

Thực vật là nguồn nguyên liệu mới nên vẫn chưa được quan tâm nghiên cứu nhiều như 2 loại trên Gelatin có nguồn gốc từ thực vật rất khác với gelatin từ động vật, chúng không có cấu trúc protein, thông thường là các polysaccharide có thể tạo gel, tạo nhớt như gelatin nên có độ bền gel thấp hơn Một loại được xem là gelatin thực vật thông dụng là agar, được sản xuất từ tảo ở Malaysia

1.3.2 Phân loại theo phương pháp sản xuất gelatin

Quá trình xử lí collagen trong sản xuất gelatin có nhiều phương pháp Dựa vào quá trình này có thể chia gelatin thành 2 loại: gelatin loại A và gelatin loại B

Bảng 1.10 Một vài đặc điểm của gelatin loại A và loại B

Nguyên liệu Da heo, xương Da sống, xương

Bảng 1.11 Các thông số của 2 loại gelatin dùng trong thực phẩm

Bảng 1.12 Thành phần hóa học của các loại gelatin dùng trong thực phẩm

1.3.3.1 Gelatin thuỷ phân

Là gelatin mất khả năng tạo gel khi bị thủy phân thành các polypeptit mạch ngắn Các sản phẩm thủy phân này được tạo ra bằng cách sử dụng enzyme thực hiện quá trình thủy phân, sau đó tiệt trùng, cô đặc và cuối cùng là sấy phun

Toàn bộ thành phần vẫn giống thành phần của gelatin ban đầu (89 93% protein, 2% tro và 5 9% ẩm) Khối lượng phân tử của các sản phẩm thủy phân này còn khoảng

5000 10000 Da, hòa tan được và nước lạnh, độ nhớt khoảng 20 50 mps ở nồng độ dung dịch 35% ở 35oC và dung dịch 12.5% sẽ không tạo được gel ở 10oC

Không giống như các protein khác, các sản phẩm thủy phân từ gelatin không có vị đắng nên có thể sử dụng cho nhiều sản phẩm thực phẩm: chất tạo cấu trúc cho các sản phẩm sữa, chất tạo nhũ trong công nghệ chế biến các sản phẩm từ thịt, là nguồn protein trong thực phẩm ăn kiêng, chất mang trong quá trình tạo hạt mà không làm biến đổi các tính chất vật lí, hóa học của hạt, chất tạo bọt…

1.3.3.2 Gelatin ester hoá

Gelatin ester hoá bởi các acid béo, giúp cải thiện khả năng tạo nhũ, mở rộ ng chức năng sinh học của acid béo vì một số acid béo không thể bổ sung trực tiếp vào thực phẩm do mùi vị kém, dễ bị oxy hoá, không tan trong nước, … nên quá trình ester hoá gelatin giúp bổ sung acid béo vào thực phẩm Gelatin ester hóa cũng có thể dùng trong công nghiệp dược phẩm

1.3.3.3 Gelatin tan trong nước lạnh (gelatin sử dụng liền – instant gelatin)

Là loại gelatin khi sấy không qua pha tạo gel, có cấu trúc vô định hình, không tạo tinh thể Loại gelatin này hút ẩm mạnh và khó tạo gel khi nồng độ thấp

Cấu trúc vô định hình của gelatin loại này cho phép nó trương nở rất nhanh và rất mạnh Mạng phân tử ba chiều của nó liên kết lỏng lẻo, sự sắp xếp của các phân tử là hoàn toàn ngẫu nhiên, lực liên kết giữa các phân tử cũng như lực liên kết nội phân tử rất yếu nên nước có thể dễ dàng xâm nhập vào cấu trúc phân tử với một lượng lớn nhất

có thể và tạo thành cấu trúc tương tự gel Điều này sẽ giúp tạo ra loại gelatin có khả năng hòa tan trong nước lạnh Tuy nhiên có thễ xảy ra tình trạng bị vón cục và chưa đồng nhất do gel tạo thành không chắc bằng gel tạo thành bằng cách thông thường, vì vậy khi sử dụng nên kết hợp với một số chất khác

1.4 TÍNH CHẤT CỦA GELATIN

Khi dùng gelatin trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau, tính chất công nghệ là của gelatin là yếu tố được quan tâm hàng đầu Các tính chất này ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm, khả năng ứng dụng của gelatin vào các loại sản phẩm khác nhau Vì vậy cần phải nghiên cứu đầy đủ, sâu sắc các tính chất công nghệ của gelatin nhằm nâng cao khả năng ứng dụng của gelati n

1.4.1 Tính chất vật lí

Gelatin là chất rắn dạng miếng, vảy, bột hoặc hạt, không mùi, không vị, trong suốt,

có màu từ vàng nhạt đến màu trắng Ở nhiệt độ và độ ẩm bình thường, gelatin chứa từ

9 12% ẩm và có tỉ trọng riêng từ 1.3 1.4

Các hạt gelatin rắn khi ngâm trong nước sẽ hút nước và trương nở Gelatin có thể hấp thu một lượng nước gấp 5 10 lần khối lượng của nó Khi gia nhiệt, gelatin đã hydrat hóa sẽ nhanh chóng chuyển thành dạng dung dịch

Gelatin tan trong các polyol như glycerin, propylen glycol, sorbitol, mannitol, không tan trong cồn, acetone, CCl4, benzen, ether và các dung môi hữu cơ khác

Các muối phosphate, citrate, sulfate ở nồng độ thấp cũng làm gelatin trong dung dịch nồng độ cao kết tủa

1.4.2 Điểm đẳng điện

Điểm đằng điện (pI) của dung dịch khuếch tán được định nghĩa là giá trị pH của môi trường mà tại đó các hạt phân tán không chuyển động trong điện trường

Bảng 1.13 Giá trị điểm đẳng điện của gelatin sản xuất bằng phương pháp acid

Nguồn gelatin Điểm đẳng điện

Độ nhớt 0.1 Độ nhớt 0.01

Gelatin thương mại (từ da thỏ) 5.0 7.3

Gelatin thương mại (từ da heo) 5.1 7.3

Điểm đẳng điện của dung dịch gelatin phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại gelatin, phương pháp sản xuất:

Nguồn nguyên liệu: gelatin có nguồn gốc từ ossein thì pI trong khoảng 6.5 7.5; còn gelatin có nguồn gốc từ da heo thì pI khoảng 7.5 9.0

Phương pháp sản xuất: gelatin được sản xuất bằng phương pháp acid có pI khoảng 6.5 9.0 Gelatin được sản xuất bằng phương pháp base có pI trong khoảng 4.8 5.2 Sự khác nhau này là do các phản ứng làm phá vỡ các liên kết trong quá trình sản xuất Quá trình xử lí bằng base đã cắt đứt hầu hết các liên kết và chỉ còn một tỉ lệ nhỏ các nhóm amin

1.4.3 Độ nhớt

Theo Johnston (1983), gelatin có độ nhớt cao sẽ có giá trị kinh tế cao hơn

Độ nhớt của dung dịch phụ thuộc vào:

Đặc tính nguyên liệu gelatin: theo Gudmunsson và Hafsteinsson (1977), độ nhớt của dung dịch gel phụ thuộc vào sự phân bố khối lượng phân tử hơn là thành phần acid amin của gelatin đó

Nồng độ dung dịch: độ nhớt của dung dịch đậm đặc phụ thuộc chủ yếu vào tương tác thủy động học giữa các phân tử gelatin

Dung môi: ảnh hưởng của dung môi và các phân tử càng trở nên kém quan trọng khi nồng độ dung dịch tăng lên

pH của dung dịch: độ nhớt nhỏ nhất tại điểm đẳng điện pI

Nhiệt độ: trên 40oC độ nhớt sẽ giảm theo tỉ lệ mũ với độ tăng của nhiệt độ

Hình 1.8 Ảnh hưởng cùa nồng độ và pH lên độ nhớt của dung dịch gelatin

Tại giá trị pI dung dịch có độ nhớt nhỏ nhất Ngoài khoảng pI thì dung dịch có nồng độ càng cao thì độ nhớt càng tăng mạnh

1.4.4 Khả năng tạo gel

Gelatin trương nở khi được cho vào nước, hấp thụ một thể tích nước bằng 5 10 lần thể tích của bản thân nó Khi được gia nhiệt đến nhiệt độ cao hơn điểm tan chảy, gelatin đã trương nở hòa tan và tạo thành gel khi được làm nguội Quá trình chuyển đổi giữa dạng dung dịch và dạng gel có tính thuận nghịch Tính chất này được lợi dụng trong nhiều quá trình chế biến thực phẩm

Ngoài ra, gel của gelatin bắt đầu tan chảy ở 27 340C và có khuynh hướng tan trong miệng Tính chất này đươc ứng dụng nhiều trong thực phẩm Cơ chế cơ bản của sự tạo gel là sự thay đổi ngẫu nhiên của dạng xoắn ốc Acid amin của các chuỗi polypeptide khác nhau tạo một hình thể xoắn ốc khi làm nguội và các vòng xoắn này được ổn định nhờ các cầu hydro, tạo gel ba chiều Sự tạo gel của gelatin được xem như sự tái tạo một phần collagen và phần đã được tái tạo này hoạt động như một đoạn chức năng của gel

Quá trình thủy phân có thể được xúc tiến bởi nhiều tác nhân: acid, base, nhiệt độ, enzyme, vi khuẩn và chiếu xạ, tạo nên sự giảm từng bước trong tính chất tạo gel của gelatin Phạm vi thủy phân được xác định bằng cách đo độ bền gel

Dung dịch 6.667% trong nước

Điều chỉnh pH bằng acid citric hoặc NaOH đến giá trị thích hợp

Dung dịch được giữ ở 60oC, 80oC, 100oC trong 3h, 8h, và 24h Đo độ bền gel theo tiêu chuẩn Anh sau 17h ở 10oC

Khả năng tạo gel của gelatin trong các loại dung môi khác nhau là khác nhau Vì vậy khi đánh giá khả năng tạo gel của gelatin cần chú ý điểm này, sau đây là vài loại môi trường cơ bản: gelatin trong nước và gelatin trong dung dịch

1.4.4.1 Gelatin trong nước

Gelatin trương nở khi được cho vào nước, hấp thụ một thể tích nước bằng 5 10 lần thể tích của nó Khi được gia nhiệt đến nhiệt độ cao hơn điểm tan chảy, gelatin đã trương nở hòa tan và tạo thành gel khi đực làm nguội Quá trình chuyển đổi giữa dạng dung dịch và dạng gel có tính thuận nghịch Ngoài ra, gel của gelatin bắt đầu tan chảy

ở 27 34oC và có khuynh hướng tan trong miệng các tính chất này được sử dụng trong nhiều quá trình chế biến thực phẩm

Quá trình tạo gel gồm 2 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Hấp thụ và trương nở trong nước để tạo dung dịch, xảy ra tốt ở nhiệt

độ ấm (45 60oC)

Giai đoạn 2: Tạo các liên kết ngang nối các phân tử gelatin với nhau, thường diễn

ra ở nhiệt độ thấp (8 12oC)

Khả năng hấp thụ nước của gelatin phụ thuộc vào đặc điểm nguyên liệu và các yếu

tố công nghệ khi tạo gel như pH, nhiệt độ, nồng độ các chất khác trong dung dịch

1.4.4.2 pH của dung dịch gelatin

Theo Bonazzi, Ripoche, Michon và Traoré (1997), khả năng khuếch tán nước cao nhất tại pH = 6 với mẫu gelatin loại A Điều này có thể giải thích do mối liên hệ giữa khả năng trương nở và điểm đẳng điện của dung dịch gelatin Điểm đẳng điện của dung dịch gelatin trong thí nghiệm khoảng 5.2 nên giá trị pH nào càng gần thì khả năng khuếch tán nước càng cao

Như vậy, tại điểm đẳng điện thì khả năng khuếch tán nước là cao nhất

Hình 1.9 Ảnh hưởng của pH lên khả năng khuếch tán nước và dung dịch gelatin Thí

nghiệm với 3 mẫu ở pH = 4, 6, 8 tại 17oC; D: lượng nước khuếch tán (m2/s)

1.4.4.3 Nhiệt độ của dung dịch

Nhiệt độ càng cao thì khả năng khuếch tán của nước càng mạnh

Độ bền gel của dung dịch gelatin phụ thuộc vào khả năng hấp thụ nước của gelatin

và khả năng hình thành liên kết ngang giữa các phân tử gelatin

Thời gian để ổn định dung dịch gel hình thành liên kết ngang, còn gọi là thời gian trưởng thành, càng dài thì độ bền gel càng lớn

Hình 1.10 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng khuếch tán nước vào dung dịch

gelatin Thí nghiệm với 2 mẫu ở nhiệt độ 10oC và 24 oC tại pH = 4.6

Hình 1.11 Độ bền gel của các loại gelatin từ heo, da cá Atlantic salmon và Atlantic Cá

tuyết ở nhiệt độ ổn định 10oC

Theo Babel (1996) và Haug (2004), trong quá trình ổn định, gel được hình thành nhờ vào cấu trúc xoắn ốc giữa các chuỗi peptide tương tự của collagen và liên kết hydro giữa các nhóm hydroxyl của các acid amin và phân tử nước Vì vậy, thời gian

ổn định càng dài thì càng hình thành nhiều liên kết nên có độ bền gel càng lớn

Hình 1.12 Độ bền gel phụ thuộc vào nồng độ và loại gelatin

Trong dung dịch gelatin, nồng độ gelatin càng cao thì gel tạo thành càng chắc nên

độ bền gel càng lớn

1.4.4.4 Gelatin trong dung dịch

Trong công nghiệp sản xuất thực phẩm, gelatin dùng nhiều nhất trong lĩ nh vực bánh kẹo nên dung dịch cần quan tâm hàng đầu chính là dung dịch đường saccharose Sau đó là xét đến ảnh hưởng của các phụ gia khác thường dùng kết hợp trong sản phẩm gelatin

Nhìn chung khả năng tạo gel của gelatin tăng khi có mặt các loại polymer k hác như methylcellulose, tinh bột, … (theo Marrs, 1982)

1.4.4.5 Dung dịch đường saccharose

Như đã trình bày, gel được hình thành nhờ vào cấu trúc xoắn ốc của các chuỗi peptide Và theo Toltoguzov (1974), khi có mặt dextran thì việc tái tạo lại cấu trúc này

sẽ dễ dàng và nhanh hơn

Thí dụ theo thí nghiệm của Chilvers và Morris (1987) hỗn hợp tạo gel gồm 1 5g gelatin; 15g saccharose và gellan với các nồng độ khác nhau trong 100ml dung dịch đệm citrate 0.01M tạo pH 4.2 và 4.4

Hình 1.13 Ảnh hưởng của pH và nồng độ gellan lên modul tàng trữ gel Với G‟ là

modul tàng trữ

Khi có mặt gellan càng nhiều thì khả năng tàng trữ năng lƣợng càng tăng và ít làm giảm tính nhớt của gel

Sự có mặt của polysaccharide sẽ làm gel tạo thành chắc và bền hơn càng đƣợc khẳng định khi thay chất guar đóng vai trò nhƣ chất gellan

bị đảo ngƣợc lại

Kết hợp hai chuỗi polymer lại đã hình thành nhiều liên kết nên tính chất của gel cũng thay đổi Hỗn hợp này có tính cứng và bền hơn so với gel tạo thành từ gelatin thì lại mềm hơn gel tạo từ agar

Hình 1.15 Cấu trúc mạng gel khi gelatin phối hợp với agar 1.4.5 Khả năng tạo màng của hỗn hợp gelatin với các phụ gia khác

Trong ngành công nghiệp nhƣ thực phẩm hay dƣợc phẩm, màng gelatin đƣợc dùng rất phổ biến Tuy nhiên màng gelatin luôn đƣợc tạo thành cùng với các phụ gia khác nhằm hỗ trợ các đặc tính của nhau và hạ giá thành sản phẩm

1.4.5.1 Tinh bột

Theo Krochta và Mulder – Johnston (1997), tinh bột là một trong những polymer

tự nhiên phổ biến nhất vì giá thành rẻ, khả năng tái tạo và hoạt tính sinh học tốt (theo Avérous, Fringant và Moro, 2001) Tuy nhiên về cơ bản khi so sánh với các màng loại khác thì màng từ tinh bột có những giới hạn về các đặc tính động học (theo Martin, Schwach, Avérous và Couturier, 2001)

Theo Arvantioyannis, Psomiadou, Nakayama, Aiba và Yamamoto, gelatin có thể cải thiện tính chất của màng sinh học và làm chúng có khả năng nhƣ các chất plastic (theo Vanin, Sobral, Menegalli, Carvalho và Habitante, 2005)

Nồng độ gelatin dùng trong nghiên cứu từ 0 0.7% Khi nồng độ gelatin càng cao

tạo thành màng của gelatin và tinh bột, khi sắp xếp lại các chuỗi phân tử đã làm tăng khoảng cách giữa các phân tử gelatin và liên kết chặt chẽ với phân tử tinh bột nên màng tạo thành có khả năng kéo giãn rất cao

Khi giá trị pH của nghiên cứu trong khoảng 4 6, gần với pI của gelatin loại B (4.5 5.3) thì không xảy ra phản ứng giữa gelatin và tinh bột Tuy nhiên, khi dùng pH

có giá trị khoảng 6 8 (cách xa pI của gelatin) thì sẽ có liên kết giữa gelatin và tinh bột nên khả năng kéo giãn của màng tăng lên

1.4.5.2 Chitosan

Chitosan là một polysaccharide gồm các phân tử D – β(1.4) glycoamin chứa một lượng tối đa 30% các nhóm acetyl Chitosan được điều chế bằng sự khử acetyl của chitin bằng cách xử lí với dung dịch KOH hoặc NaOH đậm đặc, trong đó chitin là một loại polysaccharide tìm thấy nhiều trong vỏ cua, tôm, vỏ các loại côn trùng, thành tế bào vi khuẩn và cả da người

Năm 1998, Arvanitoyannis, Nakayama và Aiba đã dùng gelatin từ da heo và chitosan tạo thành màng thực phẩm

Màng được tạo thành từ chitosan có 2 đặc tính mong muốn cao trong công nghệ thực phẩm, đó là sự phân hủy sinh học và có độ thoát oxi thấp Hiện nay,những đặc tính có lợi của màng chitosan được quan tâm như sức kéo căng, độ dẻo, độ thoát khí và phân hủy trong môi trường Khi có mặt gelatin sẽ tăng hiệu quả tạo màng trong cả điều kiện pH acid và nhiệt độ cao Đặc tính của gelatin ảnh hưởng nhiều đến tính chất màng chitosan – gelatin, gelatin không tạo được gel nhưng có khả năng tạo ra màng tan trong nước ngay ở nhiệt độ phòng Điều này giúp cải thiện tính chất màng chitosan – gelatin

1.4.5.3 Gellan

Theo Sanderson (1990), gellan là một loại polysaccharide được trích li bằng cách

lên men Pseudomonas elodea Là một loại saccharide bậc 4, có các phân tử β – D –

glucose, β – D – glucuronic acid và α – L – rhamnose lặp lại theo tỉ lệ 2: 1: 1

Khi cho gellan vào dung dịch gel gelatin sẽ làm tăng khả năng liên kết mạng với nhau (theo Shim, 1985) và sẽ cải thiện về độ dày của màng (theo Wolf, Beach, La Velle và Clark, 1989)

Hình 1.16 Ảnh hưởng của nồng độ NaCl lên lực giãn dài của màng từ gellan/gelatin

Hình 1.17 Ảnh hưởng của nồng độ NaCl lên độ giãn dài của màng từ gellan/gelatin

Hình 1.18 Tỉ lệ gellan/gelatin trong màng ảnh hưởng tới khả năng tan trong nước và tỉ

lệ căng phồng

Khả năng hòa tan trong nước và tỉ lệ căng phồng của màng giảm khi tăng hàm lượng gelatin

1.5 ỨNG DỤNG

Với những đặc tính của gelatin như đã trình bày thì so với nhiều loại phụ gia khác

có tính chất tương tự thì gelatin có nhiều ưu điểm hơn

Gelatin được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nahu Quan trọng nhất là trong công nghệ thực phẩm, rồi đến ngành dược phẩm Ngoài ra còn phải kể đến các ngành như điện ảnh, mỹ phẩm, sơn, chất dán,…

Bảng 1.14 So sánh khả năng ứng dụng của gelatin và các phụ gia có khả năng thay thế

gelatin

Gelatin có nhiều ứng dụng: tạo gel, làm

dày, liên kết với nước, tạo nhũ, tạo xốp,

tạo màng,…

Không hydrocolloid đơn lẻ nào có cùng lúc nhiều ứng dụng như vậy

Gelatin tạo gel nghịch đảo nhiệt, tan chảy

ở nhiệt độ cơ thể, tạo cấu trúc tốt, làm

tăng hương vị sản phẩm

Các hydrocolloid khác không có tính chất này

Gelatin có khả năng tạo gel ở nhiều độ

bền khác nhau nên tạo ra nhiều sản phẩm

Thông thường, các hydrocolloid khác chỉ thay đổi độ bền gel khi phối hợp với các chất kah1c như đường hay muối

chất khô phù hợp

Gelatin là thực phẩm, dể tiêu hóa, không

hạn chế liều lượng Là phụ gia, sử dụng phải có liều lượng Gelatin dễ tạo gel, không cần điều kiện

pH, nồng độ chất khô Tạo gel ở những điều kiện xác định

1.5.1 Trong công nghiệp thực phẩm

Gelatin được sử dụng rộng rãi vì tính chất vật lí của nó hơn là giá trị dinh dưỡng của một protein Nhiệt độ tan chảy của gelatin dưới 37oC nên dễ dàng hòa tan và tan được cả trong miệng

Dung dịch trong nước của gelatin có thể được điều chế bằng 1 trong 3 phương pháp:

Phương pháp qui ước: đầu tiên, cho gelatin trương nở trong nước lạnh rồi hòa tan bằng cách gia nhiệt

Phương pháp tốc độ cao: hòa tan gelatin trong nước nóng có kết hợp khuấy với tốc độ cao thích hợp

Phương pháp gián tiếp: cho gelatin trương nở trong nước lạnh rồi hòa tan trực tiếp với các nguyên liệu khác

Việc lựa chọn phương pháp thích hợp nhất dựa vào cỡ hạt, độ bền gel, độ nhớt, nồng độ và thời gian hòa tan

Dựa vào chức năng có thể phân chia các ứng dụng cùa gelatin: tác nhân tạo gel, chất ổn định, chất nhũ hóa, chất tạo độ đặc, chất keo, tác nhân liên kết, tác nhân lọc

1.5.1.1 Bánh kẹo

“Thạch” dùng để tráng miệng: thành phần bao gồm đường saccharose, glucose, syrup đường nghịch đảo, gelatin, dịch trái cây, chất đệm, màu và mùi Toàn bộ hỗn hợp được hòa tan trong nước nóng sau đó đem làm nguội để tạo nên sản phẩm thạch mềm dai và trong Sản phẩm này rất được người Anh và người Bắc Mĩ ưa chuộng Kẹo “thạch”: có thành phần nguyên liệu tương tự thạch nhưng được đổ trong khuôn Hàm lượng gelatin trong kẹo khoảng 6 9% Gelatin loại A có Bloom khoảng

150 250 thường được sử dụng nhiều hơn do có độ nhớt thấp Kẹo sau đó được lấy

ra khỏi khuôn và xử lí bằng nhiều cách khác nhau để tránh việc chúng dính lại với nhau Có thể thay đổi cấu trúc cũng như độ cứng của sản phẩm bằng cách thay đổi lượng gelatin (càng nhiều gelatin sản phẩm càng dai) hoặc thay gelatin có độ bền gel khác nhau Có thể kết hợp gelatin với các chất ổn định hoặc các tác nhân tạo gel khác:

 Gelatin, agar, pectin: kết c ấu dòn, dễ vỡ

 Gelatin, tinh bột biến tính: kết cấu kém đàn hồi

 Gelatin, gum Arabic: kết cấu cứng, chắc

Marshmallow: kẹo marshmallow có thể đổ khuôn hay kéo tạo hình Hàm lượng gelatin dùng trong marshmallow khoảng 2 5%, là loại gelatin có độ bền gel cao Khả năng kéo giãn có thể phụ thuộc vào:

 Loại và chất lượng gelatin dùng: tính cứng của marshmallow tỉ lệ thuận với hàm lượng gelatin dùng, gelatin có độ bền gel càng cao thì marshmallow có cấu trúc càng giòn, xốp bông

để vừa tạo cấu trúc, hình dáng đồng thời giảm độ ngọt cho sản phẩm Các polyol có thể là manitol, sorbitol, xylitol – sản phẩm thủy phân tinh bột So với công thức cổ điển, do tính hút ẩm cao của các polyol, cần thiết phải bổ sung 10 15% gelatin

Trong trường hợp bánh kẹo với gelatin là tác nhân tạo gel chính, cần lưu ý đến loại

và lượng đường sử dụng vì chúng ảnh hưởng đến cấu trúc của sản phẩm cuối cùng Trong kẹo, gelatin có vai trò là chất tạo bọt (làm giảm sức căng bề mặt của pha lỏng), chất ổn định (tạo độ bền cơ học cần thiết tránh biến dạng sản phẩm), chất liên kết (liên kết một lượng lớn nước kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm)

Bảng 1.15 Các loại gelatin dùng trong thực phẩm

Bảng 1.16 Chức năng của gelatin trong các sản phẩm thực phẩm

Tạo gel Thực phẩm dạng gel, bánh kẹo, pate…

Tác nhân tạo xốp Kẹo bông, kẹo nuga, kem phủ, trứng chiên phồng, kem

trứng Bền hệ keo Bánh kẹo, kem, đường phủ, thực phẩm đông lạnh

Tác nhân liên kết Sữa, bánh kẹo, pho mai, thịt hộp

Tác nhân làm trong Berr, rượu, nước trái cây, vinegar

Tạo đặc Hỗn hợp thức uống dạng bột, nước thịt, nước canh thịt, kẹo jelly, syrup, sữa, … Chất mang Có vai trò là chất mang trong phản ứng encapsul để bảo vệ các chất màu, các hương liệu và vitamin Nhũ tương Nước xốt, thịt dạng paste, kem phủ, bánh kẹo, sữa

Chất ổn định Pho mai, yogurt, đường phủ, thực phẩm đông lạnh, chocolate sữa Chất dính Bánh kẹo, sản phẩm thịt