Nghiên cứu tính chất lưu biến của gelatin từ da cá tra (pangasius hypophthalmus)

Do đó, việc nghiên cứu các tính chất lưu biến của gelatin từ da cá tra sẽ mang lại ý nghĩa lớn về thực tiễn và các nghiên cứu khoa học cho việc phát triển sản phẩm từ gelatin cũng như hỗ

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGUYỄN THANH NGỌC ÁNH

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT LƯU BIẾN CỦA GELATIN

TỪ DA CÁ TRA (PANGASIUS HYPOPHTHALMUS)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC (Ngành: Công nghệ Thực phẩm)

Khánh Hòa - 2017

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT LƯU BIẾN CỦA GELATIN

TỪ DA CÁ TRA (PANGASIUS HYPOPHTHALMUS)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC (Ngành: Công nghệ Thực phẩm)

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THANH NGỌC ÁNH

Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm

Đề tài: “Nghiên cứu tính chất lưu biến của gelatin từ da cá tra (Pangasius hypophthalmus)”

Số trang: 65 Số chương: 03 Tài liệu tham khảo: 17

Hiện vật: 1 quyển báo cáo và 1 đĩa CD

NHẬN XÉT

Kết luận:

Khánh Hòa, Ngày…… tháng… năm 2017

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Ký ghi rõ họ tên)

LỜI CAM ĐOAN

Xin cam đoan đồ án tốt nghiệp này được hoàn thành là do quá trình tìm hiểu nghiên cứu tài liệu cũng như tham khảo ý kiến của giáo viên và thực hiện trên phòng thí nghiệm

Số liệu trong báo cáo là hoàn toàn trung thực, được xử lý theo phương pháp khoa học

và đảm bảo độ tin cậy

Khánh Hòa, ngày 28 tháng 06 năm 2017

Người cam đoan

Nguyễn Thanh Ngọc Ánh

LỜI CẢM ƠN

Để có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp, ngoài nỗ lực của bản thân còn có sự giúp

đỡ tận tình của những người đi trước, em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến những người đã giúp đỡ trong suốt thời gian qua, nhất là trong thời gian 3 tháng thực tập trên phòng thí nghiệm

Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn các thầy cô trong Trường, nhất là thầy cô trong khoa Công nghệ thực phẩm đã trực tiếp giảng dạy, tận tình chỉ dạy, giúp đỡ cũng như truyền đạt kiến thức trong suốt thời gian em theo học tại Trường

Đồng thời em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Trọng Bách đã luôn bên em, trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình thực hiện đề tài cũng như hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới cán bộ của Phòng thí nghiệm công nghệ chế biến, Phòng thí nghiệm hóa sinh, Phòng công nghệ sinh học và môi trường đã tạo điều kiện tốt nhất cho em trong quá trình nghiên cứu

Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến ba, mẹ kính mến cùng những người bạn đã luôn luôn bên em, hết lòng động viên, tạo điều kiện và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Khánh Hòa, tháng 6 năm 2017

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thanh Ngọc Ánh

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về gelatin 3

1.1.1 Giới thiệu chung về gelatin[2] 3

1.1.2 Thành phần hóa học của gelatin 3

1.1.3 Cấu trúc phân tử của gelatin 4

1.1.4 Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin[2] 5

1.1.4 Tính chất hóa lý của gelatin[2] 5

1.1.5 Phân loại gelatin[2] 7

1.1.6 Ứng dụng của gelatin[2] 8

1.1.6.1 Trong thực phẩm 8

1.1.6.2 Ứng dụng khác 9

1.2 Tổng quan về lưu biến học thực phẩm 12

1.2.1 Vai trò của lưu biến trong công nghệ thực phẩm 13

1.2.2 Phân loại tính chất lưu biến[5] 13

1.2.3 Ứng suất[5] 13

1.2.4 Biến dạng 14

1.2.5 Vận tốc biến dạng và phương trình lưu biến (𝛄) 15

1.2.6 Các dạng lưu biến thường gặp 16

1.2.7 Các phép đo lưu biến trong thực phẩm[1] 19

1.3 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 20

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

2.1 Đối tượng nghiên cứu 23

2.1.1 Nguyên liệu chính 232.1.2 Nguyên liệu phụ 242.2 Nội dung nghiên cứu và sơ đồ bố trí thí nghiệm 242.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và nhiệt độ đến sự hình thành trạng thái của gelatin 242.2.1.1 Xác định trạng thái lỏng-gel của gelatin ở các nồng độ và nhiệt độ khác nhau 242.2.1.2.Xác định độ nhớt của gelatin ở các nồng độ và nhiệt độ khác nhau 252.2.1.3.Xác định lực cắt và lực đâm xuyên của gel gelatin ở các các nồng độ khác nhau 252.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của muối NaCl, CaCl2 262.2.2.1 Ảnh hưởng của NaCl đến trạng thái và độ nhớt của dung dịch gelatin ở nồng độ cao 272.2.2.2 Ảnh hưởng của NaCl đến độ nhớt của dung dịch gelatin ở nồng độ thấp 282.2.2.3 Ảnh hưởng của NaCl đến lực cắt /lực đâm xuyên của gel gelatin ở nồng độ cao 292.2.2.4 Ảnh hưởng của CaCl2 đến trạng thái tạo gel và độ nhớt của dung dịch gelatin ở nồng độ cao 302.2.2.5 Ảnh hưởng của CaCl2 đến độ nhớt của dung dịch gelatin ở nồng độ thấp 312.2.2.6 Ảnh hưởng của CaCl2 đến lực cắt/lực đâm xuyên của gel gelatin ở nồng độ cao 312.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của đường sucrose 322.2.3.1 Ảnh hưởng của đường sucrose đến trạng thái và độ nhớt của dung dịch gelatin

ở nồng độ cao 332.2.3.2 Ảnh hưởng của đường sucrose đến độ nhớt của dung dịch gelatin ở nồng độ thấp 342.2.3.3 Ảnh hưởng của đường sucrose đến lực cắt và lực đâm xuyên của gel gelatin ở nồng độ cao 342.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của CMC 352.2.3.1 Ảnh hưởng của CMC đến độ nhớt của dung dịch gelatin ở nồng độ thấp 36

2.2.3.2 Ảnh hưởng của CMC đến độ nhớt của dung dịch gelatin khi thay đổi nồng độ

gelatin 37

2.3 Phương pháp nghiên cứu và xử lí số liệu 38

2.3.1 Phương pháp nghiên cứu 38

2.3.1.1 Phương pháp quan sát 38

2.3.1.2 Phương pháp đo lưu biến 38

2.3.1.3 Phương pháp xác định hàm ẩm 39

2.3.2 Xử lý số liệu 39

2.4 Máy và thiết bị sử dụng 40

2.5 Nơi thực hiện 40

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 41

3.1 Kết quả ảnh hưởng của nồng độ gelatin tới các tính chất lưu biến 41

3.1.1 Kết quả ảnh hưởng của nồng độ tới nhiệt độ tạo gel và độ nhớt 41

3.1.2.Kết quả ảnh hưởng của nồng độ tới lực cắt và lực đâm xuyên của gel gelatin 42

3.2 Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ tới các tính chất lưu biến của gelatin 44

3.2.1.Kết quả khảo sát tính chất thuận nghịch nhiệt của gelatin 44

3.2.2.Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ nhớt của gelatin 46

3.3.Kết quả ảnh hưởng của muối đến tính chất lưu biến của gelatin 47

3.3.1.Kết quả ảnh hưởng của các muối đến nhiệt độ tạo gel và độ nhớt 47

3.3.2.Kết quả ảnh hưởng của các muối lên lực đâm xuyên và lực cắt của gel gelatin 50

3.4.Kết quả ảnh hưởng của đường sucrose đến tính lưu biến của gelatin 53

3.4.1.Kết quả ảnh hưởng của sucrose đến trạng thái lỏng-gel và độ nhớt

53

3.4.2.Kết quả ảnh hưởng của sucrose tới lực cắt và lực đâm xuyên của gel gelatin 56

3.5.Kết quả ảnh hưởng của CMC tới tính chất lưu biến của gelatin 58

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

Phụ lục 65

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.2: Các phân đoạn phân tử chính trong gelatin 5

Bảng 1.3: Bảng so sánh gelatin từ da cá với gelatin từ động vật 6

Bảng 1.4: Chức năng của gelatin trong các sản phẩm thực phẩm 8

Bảng 2.1: Thành phần axit amin có trong bột gelatin từ da cá tra dùng làm thí nghiệm 23

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Các dạng gelatin thường gặp (nguồn: Internet) 3

Hình 1.2: Cấu trúc cơ bản của gelatin [2] 4

Hình 1.3: Tỉ lệ thành phần axit amin cơ bản trong gelatin [3] 5

Hình 2.1: Gelatin dùng cho thí nghiệm 23

Hình 3.1: Trạng thái của gelatin tại các nồng độ và nhiệt độ khác nhau sau 45 phút ổn định nhiệt độ 41

Hình 3.2: Độ nhớt của gelatin theo nồng độ ở 40oC 42

Hình 3.3: Lực cắt của gel gelatin theo nồng độ ở 5oC 43

Hình 3.4: Lực đâm xuyên của gel gelatin theo nồng độ ở 5oC 44

Hình 3.5: Tính chất thuận nghịch nhiệt của gelatin 45

Hình 3.6: Biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc vào nhiệt độ đến độ nhớt của gelatin 46

Hình 3.7: Trạng thái của 10% gelatin theo nồng độ NaCl 47

Hình 3.9: Độ nhớt của 0,5% gelatin khi có mặt của NaCl 49

Hình 3.10: Độ nhớt của 0,5% gelatin khi có mặt CaCl2 49

Hình 3.11: Độ nhớt của 10% gelatin có thêm muối NaCl/CaCl2 ở 30°C Đường nét đứt thể hiện độ nhớt của dung dịch gelatin nguyên chất 10% ở 30°C 50

Hình 3.12: Lực cắt của gel gelatin tại các nồng độ NaCl ở nhiệt độ 5oC 51

Hình 3.13: Lực cắt của gel gelatin tại các nồng độ CaCl2 ở nhiệt độ 5oC 51

Hình 3.14: Lực đâm xuyên của gel gelatin tại các nồng độ NaCl ở nhiệt độ 5oC 52

Hình 3.15: Lực đâm xuyên của gel gelatin tại các nồng độ CaCl2 ở nhiệt độ 5oC 52

Hình 3.16: Trạng thái của gelatin khi thay đổi nhiệt độ theo nồng độ sucrose 54

Hình 3.17: Độ nhớt của 0,5% gelatin khi có đường sucrose tại các nhiệt độ 55

Hình 3.18: Độ nhớt của 10% gelatin khi có đường sucrose ở 30oC 55

Hình 3.19: Lực cắt của gelatin khi có sucrose ở nhiệt độ 5oC 56

Hình 3.20: Lực đâm xuyên của gelatin khi có sucrose ở nhiệt độ 5oC 57

Hình 3.21: Độ nhớt của 0,5% gelatin khi có CMC tại các nhiệt độ 58

Hình 3.22: Độ nhớt của gelatin khi có 0,5% CMC 59

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam có đường bờ biển dài, nhiều sông ngòi kênh rạch, nên việc phát triển từ nguồn lợi thủy sản đã giúp đóng góp hàng trăm tỉ USD mỗi năm cho ngân sách nhà nước, góp phần đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước và xuất khẩu Trong các loại thủy hải sản xuất khẩu, không thể không kể tới mặt hàng cá tra, cá basa Sản lượng thủy sản đánh bắt và nuôi trồng cá tra, cá basa tăng lên đáng kể kéo theo đó là một khối lượng lớn phế liệu da cá từ nghành công nghiệp này

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng da cá tra là nguồn sản xuất collagen –gelatin rất lớn và rất tiềm năng để chiết tách ra gelatin Gelatin từ da cá có đầy đủ các tính chất như gelatin động vật trên cạn và được ứng dụng rất nhiều trong ngành công nghiệp thực phẩm, công nghiệp mỹ phẩm, công nghiệp sản xuất phim ảnh, y tế Trong khi đó da cá nếu chỉ sử dụng với mục đích làm thức ăn cho gia súc hay làm phân bón thì giá trị kinh

tế của nguồn nguyên liệu còn lại này rất thấp Chính vì thế việc tận dụng nguồn phế liệu

da cá để sản xuất gelatin phục vụ nhiều ngành công nghiệp khác sẽ giúp nâng cao giá trị nguồn phế liệu da cá này Hiện nay, các ứng dụng đang tập trung sử dụng nguồn gelatin

từ động vật trên cạn, gelatin từ nguồn động vật dưới nước mới ở mức độ hạn chế Do

đó, việc nghiên cứu các tính chất lưu biến của gelatin từ da cá tra sẽ mang lại ý nghĩa lớn về thực tiễn và các nghiên cứu khoa học cho việc phát triển sản phẩm từ gelatin cũng như hỗn hợp gelatin với các thành phần khác Từ những lí do đó tôi chọn thực hiện đề

tài “Nghiên cứu tính chất lưu biến của gelatin từ da cá tra (Pangasius hypophthalmus)” cho đồ án tốt nghiệp của mình

2 Ý nghĩa của đề tài

* Ý nghĩa khoa học

Đề tài hoàn thành sẽ cung cấp dẫn liệu khoa học có giá trị tham khảo về:

- Giới hạn về nhiệt độ, nồng độ gelatin tạo gel

- Sự thay đổi của độ nhớt và khả năng tạo gel của gelatin khi có mặt của muối (NaCl, CaCl2), đường sucrose hay CMC

Những kết quả này sẽ là cơ sở cho những nghiên cứu và ứng dụng sau này

* Ý nghĩa thực tiễn

Việc chiết tách gelatin từ nguồn phế liệu da cá tra là một bước tiến rất lớn nhằm nâng cao giá trị của nguồn phế liệu này Tuy nhiên để hiểu và sử dụng có hiệu quả nguồn gelatin này thì các nghiên cứu tính chất lưu biến của gelatin từ da cá tra sẽ mang một ý nghĩa kinh tế và thực tiễn to lớn cho các nhà sản xuất các sản phẩm sử dụng nguồn gelatin từ da cá tra Kết quả nghiên cứu giúp nhà sản xuất định hướng phát triển sản

phẩm sử dụng gelatin sẽ tốt hơn; thực hiện các quy trình công nghệ đạt hiệu quả hơn; đồng thời tránh được việc sử dụng máy với những chi phí nhiệt, công suất lớn không cần thiết gây hao tổn chi phí, làm giảm độ bền của máy móc, thiết bị

3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Xác định trạng thái tồn tại của dung dịch gelatin ở các nồng độ, nhiệt độ khác nhau

và một số yếu tố (muối, đường, CMC) ảnh hưởng tới tính chất lưu biến của gelatin tách chiết từ da cá tra

4 Nội dung nghiên cứu

- Xác định giới hạn trạng thái lỏng-gel của gelatin

- Xác định nhiệt độ tạo gel của gelatin tại các nồng độ khác nhau

- Nghiên cứu ảnh hưởng của muối NaCl, CaCl2 đến độ nhớt, sức đông của gelatin

- Nghiên cứu ảnh hưởng của đường sucrose đến độ nhớt, sức đông của gelatin

- Nghiên cứu ảnh hưởng của CMC đến độ nhớt của gelatin

5 Kết cấu của đồ án

Đồ án bao gồm các phần sau:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Đốı tượng và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về gelatin

1.1.1 Giới thiệu chung về gelatin[2]

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 sạch dùng trong thực phẩm được thu nhận từ collagen đã bị thoái hóa do nhiệt, có cấu trúc như protein động vật

Hình 1.1: Các dạng gelatin thường gặp (nguồn: Internet) 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 nguồn 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

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

1.1.2 Thành phần hóa học của gelatin

Sản phẩm gelatin bao gồm: 85-90% protein; 0,5-2% muối khoáng; 8-13% nước Thành phần protein trong gelatin có gần đầy đủ các loại axit amin, ngoại trừ tryptophan

và cystein dạng vết Tỉ lệ giữa các axit amin có thể khác nhau, phụ thuộc vào nguyên liệu và phương pháp sản xuất Các axit amin liên kết với nhau theo liên kết peptide tạo thành phân tử gelatin

1.1.3 Cấu trúc phân tử của gelatin

Cấu trúc phân tử của gelatin gồm 18 axit amin khác nhau liên kết theo một trật tự xác định, tuần hoàn, tạo nên chuỗi polypeptide cới khoảng 1000 axit 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[2]

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

Hình 1.2: Cấu trúc cơ bản của gelatin [2]

Cứ 3 chuỗi polypeptide xoắn lại theo hình xoắn ốc tạo nên cấu trúc bậc 2 Cấu trúc bậc 3 được tạo thành do chuỗi xoắn đó tự xoắn quanh nó Về mặt cấu trúc không gian, trong gelatin có những liên kết peptide kiểu “cộng hóa trị” gần giống với các liên kết peptide của axit amin trong collagen Tuy nhiên, trong thực tế vẫn chưa chứng minh được có sự sắp xếp lại của các thành phần hóa học trong quá trình chuyển đổi collagen thành gelatin hay không[2]

Hầu hết gelatin thương mại có khối lượng phân tử từ 15 đến 250 kDa, thường thì gelatin có khối lượng phân tử từ 50 – 70 kDa Phân tử gelatin hướng các nhóm hoạt động ra ngoài môi trường Các nhóm như: carboxyl, imidazol, amino, guadino có thể ion hóa trong nước

Các nhóm không mang điện là các nhóm hydroxyl (serine, threomin, hydroxyproline, hydroxylysine, tyrosine) và các nhóm peptide (-CO-NH-) quy định khả năng tạo liên kết hydro, quy định cấu trúc phân tử

Hình 1.3: Tỉ lệ thành phần axit amin cơ bản trong gelatin [3]

1.1.4 Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin[2]

Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin có thể được xác định bằng sắc kí lọc gel, điện di gel polyacrylamide và HPLC

Gelatin có độ Bloom (độ bền gel) 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 chứa các chuỗi polypeptide có khối lượng phân tử thấp hơn 80kDa 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 1.1: Các phân đoạn phân tử chính trong gelatin

Q Có khối lượng phân tử rất lớn, 15-20x106 Dalton, dạng

nhánh giúp tạo gel tốt

1 – 4 Là các chuỗi oligomer của chuỗi α (thường 5-8 chuỗi)

1.1.4 Tính chất hóa lý của gelatin[2]

Gelatin thương mại ở dạng tinh khiết, khô, không mùi, không vị, cứng, giòn, màu vàng rất nhạt đến hổ phách, trong suốt, có độ ẩm từ 9-12% và tỉ trọng 1,3-1,4 Gelatin

là một thực phẩm không có giới hạn sử dụng Tính chất gelatin phụ thuộc vào pH,

nguyên liệu thu nhận, nhiệt độ, nồng độ, thời gian và phương pháp chế biến Gelatin là một chất keo sinh học được ứng dụng nhiều trong sản xuất kẹo

a Tính chất gel- độ bền gel

Là yếu tố quan trọng đánh giá chất lượng gelatin khi đông Nó được đặc trưng bằng độ Bloom Theo định nghĩa, độ Bloom là khối lượng tính bằng gam cần thiết tác dụng lên bề mặt gel tạo bởi ống có đường kính 14,7mm để khối gel lún xuống 4mm Khối gel có hàm lượng gelatin là 6,67%, được giữ ở 10oC trong 16-18 giờ

Độ bền gel phụ thuộc vào nồng độ gelatin và khả năng hình thành gel Gelatin có khả năng hình thành và ổn định liên kết hydro với phân tử nước để hình thành dạng cấu trúc gel ổn định ba chiều Gelatin thu từ động vật trên cạn có độ Bloom cao hơn và ổn định hơn từ động vật dưới nước (cá)

Bảng 1.2: Bảng so sánh gelatin từ da cá với gelatin từ động vật

- Khối lượng phân tử nhỏ

b Điểm đẳng điện

Phân tử gelatin tích điện trong dung dịch kiềm hay axit, chúng sẽ di chuyển trong điện trường Ở pH = 2 tất cả các nhóm cacboxyl không tích điện, phân tử gelatin mang điện tích dương cực đại (do điện tích nhóm amino và guanidino) Khi pH tăng các nhóm cacboxyl bắt đầu tích điện và ở pH = 6,5 tất cả các caboxyl tích điên âm Điên tích của phân tử ảnh hưởng đến tính chất của gelatin

Ở pH mà không có sự di chuyển xảy ra gọi là điểm đẳng điện và tại pH này, dung dịch gelatin kém bền nhất, dễ tủa, có hàm lượng tối đa các phân tử protein không tích điện Nó được xác định một cách dễ dàng bởi hỗn hợp trao đổi ion resin và được biểu hiện bởi đơn vị pH

Tính lưỡng tính và điển đẳng điện của gelatin loại A nằm trong khoảng pH = 8-9

và phụ thuộc vào thời gian xử lý Trong khi đó, gelatin lọai B có điểm đẳng điện là 5,2 sau 4 tuần ngâm với nước vôi và giá trị này sẽ được giảm dần xuống 4,8 nếu thời gian ngâm kéo dài hơn 4 tuần Ngoài ra, điểm đẳng điện còn phụ thuộc vào nồng độ muối

trong dung dịch Điểm đẳng điện có thể xác định ở giá trị pH mà tại đó gelatin có độ cực đại

c Khả năng tạo gel của gelatin [3]

Sự sắp xếp chuỗi poypeptide để hình thành trạng thái gel theo trật tự sẽ diễn ra theo hai giai đoạn:

Giai đoạn 1: hấp thụ và trương nở trong nước để tạo dung dịch, giai đoạn này xảy

ra khi cho gelatin vào nước và gia nhiệt ở 45oC-60oC

Giai đoạn 2: tạo liên kết ngang nối các phân tử gelatin lại với nhau thành không gian ba chiều, giai đoạn này xảy ra khi dung dịch được làm nguội ở 8-10oC

Quá trình tạo gel của gelatin liên quan đến hai quy luật cơ bản như sau: đầu tiên là các mối nối bên trong mạng phân tử trở nên sắp xếp có trật tự hơn, chắc hơn và kế đến

là mạng phân tử được làm dày thêm Khi gel được hình thành thì có sự tái tạo một phần collagen

Hình 1.4: Sự chuyển dịch trạng thái của gelatin khi được làm lạnh-làm nóng[6]

Các nhà nghiên cứu chấp nhận rằng những khu vực giàu pyrolidine trong chuỗi gelatin hoạt động như vị trí trung tâm trong việc hình thành nên những vùng liên kết khi nhiệt độ thấp ở vùng này Đặc biệt chuỗi glycine-proline-proline (hoặc hydroxyproline)

có khuynh hướng chuyển về dạng xoắn 2 proline-L-proline, hoặc với sự tập hợp dạng xoắn 3 như thế sẽ hình thành nên cấu trúc tương tự như cấu trúc xoắn ốc của collagen, chúng hoạt động như điểm cố định hoặc khu vực chuyển tiếp trong mạng gel Các khu vực chuyển tiếp này được ổn định nhờ vào mỗi liên kết hydro bên trong, mối liên kết này sẽ bị bẻ gãy ở nhiệt độ 35oC-40oC dẫn đến gel tan chảy

1.1.5 Phân loại gelatin[2]

Có nhiều cơ sở để phân loại gelatin như dựa vào nguồn gốc nguyên liệu để sản xuất ra gelatin, người ta chia gelatin thành hai loại:

Gelatin động vật: là gelatin sản xuất từ da, xương, gân động vật có vú Collagen

có nguồn gốc từ da và xương của động vật là nguồn nguyên liệu đầu tiên cho sản xuất

gelatin Gelatin có giá trị Bloom từ 50-300, chất lượng phụ thuộc vào phương pháp sản xuất và nguồn nguyên liệu

Gelatin cá: gelatin sản xuất từ da các loại cá như cá tuyết, cá tra, cá trắm cỏ,… 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 ít)

1.1.6 Ứng dụng của gelatin[2]

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

Hình 1.5: Một số ứng dụng của gelatin (nguồn internet)

1.1.6.1 Trong thực phẩm

Gelatin được sử dụng rộng rãi vì tính chất hóa lý 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 khi đưa vào cơ thể Các ứng dụng được trình bày tóm tắt trong bảng 1.3

Bảng 1.3: Chức năng của gelatin trong các sản phẩm thực phẩm

Tác nhân làm trong Bia, rượu, nước trái cây

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,

Gelatin được sử dụng trong nhiếp ảnh với các chức năng:

- Tác nhân liên kết;

- Tạo ra nhũ tương trong đó gelatin hút nước, tạo thành dung dịch khi gia nhiệt và chuyển thành dạng gel khi làm nguội, sau khi chiết hết nước hình thành một trạng thái bền

- Thể tích trương nở của gelatin bảo đảm cho các phản ứng hóa học diễn ra trong suốt quá trình tráng phim

- Gelatin thường được dùng là gelatin loại B, sản xuất từ ossein

Trong công nghiệp, gelatin được sử dụng làm keo dán, dùng để dán nhiều loại vật liệu khác nhau như: keo dán thủy tinh, sứ, gỗ, plastic, kim loai, giấy,…

Trong công nghệ sinh học, gelatin có thể dùng làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật, là nguồn cung cấp nitrogen cho vi sinh vật phát triển,… Là thành phần trong các loại thức ăn cho thú kiểng, trong các loại phân bón đặc biệt gelatin đóng vai trò vi bao các muối để trì hoãn quá trình phân giải các thành phần hoạt tính

Trong các sản phẩm mỹ phẩm gelatin có chức năng giữ ẩm cho da và tóc Trong sản xuất da nhân tạo, bột gelatin được sử dụng để kết hợp với chất nhựa tổng hợp tạo ra da

1.2 Tổng quan về CMC

1.2.1 Giới thiệu chung về CMC

Carboxymethyl cellulose (CMC) là một polyme, dẫn xuất cellulose với các nhóm carboxymethyl (-CH2COOH) liên kết với một số nhóm hydroxyl của các glucopyranose monome tạo nên khung sườn cellulose, nó thường được sử dụng dưới dạng muối natri carboxymethyl cellulose CMC là những hợp chất keo ưa nước (hydrocolloid) có bản chất là polysaccharide được tạo nên từ các monome là đường và các dẫn xuất của đường, được ứng dụng phổ biến trong công nghiệp thực phẩm và trong

các ngành công nghiệp khác như dược phẩm, mỹ phẩm Các cellulose gum thường có nguồn gốc từ thực vật và vi sinh vật[17]

Khi hoà tan vào dung dịch CMC đóng vai trò như là những chất điều khiển hoạt động của các phân tử nước nhằm chống lại sự chảy, làm tăng độ nhớt của dung dịch hoặc hình thành nên trạng thái gel Nhờ những đặc tính này mà cellulose gum được ứng dụng rất phổ biến trong công nghệ thực phẩm với vai trò là chất phụ gia tạo cấu trúc, chất tạo đặc cho thực phẩm[17]

Hình 1.6: Cấu tạo của CMC[4]

1.2.2 Các tính chất của CMC

Các tính chất của CMC được tóm tắt như sau [4]:

- Là chế phẩm ở dạng bột trắng, hơi vàng, hầu như không mùi hạt hút ẩm CMC tạo dung dịch dạng keo với nước, không hòa tan trong ethanol

- Phân tử ngắn hơn so với cenllulose

- Dễ tan trong nước và rượu

- Dùng trong thực phẩm với liều lượng 0,5-0,75%

- Cả dạng muối và axit đều là tác nhân tạo đông tốt

- Tạo khối đông với độ ẩm cao (98%)

- Độ chắc và độ tạo đông còn phụ thuộc vào hàm lượng nhôm acetat

- Hầu hết các CMC tan nhanh trong nước lạnh

- Giữ nước ở bất cứ nhiệt độ nào

- Chất ổn định nhũ tương, sử dụng để kiểm soát độ nhớt

- Chất làm đặc và chất ổn định nhũ tương

- CMC được sử dụng như chất kết dính khuôn mẫu cho các cải tiến dẻo

- Là một chất kết dính và ổn định, hiệu lực phân tán đặc biệt cao khi tác dụng trên các chất màu

1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới độ nhớt của CMC

1 Ảnh hưởng của nồng độ CMC tới độ nhớt

Có một quy tắc chung về ảnh hưởng của nồng độ CMC đối với độ nhớt của dung dịch là cứ tăng gấp đôi lượng CMC lên thì độ nhớt của dung dịch tăng lên 10 lần

Hình 1.7: Sự tương quan giữa nồng độ và độ nhớt đối với các loại CMC khác nhau (ở

15°C, sử dụng nhớt kế Brookfield LVT)[17]

2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự thay đổi độ nhớt

Khi nhiệt độ tăng, độ nhớt của dung dịch CMC giảm (quá trình đảo ngược) tất cả các loại CMC đều có độ nhớt thấp ở nhiệt độ trên 90°C CMC có khả năng hồi phục hoàn toàn độ nhớt ban đầu nếu nhiệt độ của dung dịch CMC giảm Độ nhớt này không

bị giảm đi hay mất đi khi đun sôi dung dịch (với dung dịch có pH > 3,5) Quá trình đảo ngược này sẽ làm độ nhớt giảm tạm thời trong quá trình thanh trùng, giúp cho phép truyền nhiệt nhanh và hiệu quả hơn, nhất là trong các sản phẩm có công thức thanh trùng

xử lý nhẹ như đồ uống và các loại thực phẩm nhạy cảm với nhiệt

Hình 1.8: Sự phục hồi về độ nhớt sau khi được đun nóng (WALOCEL™ CRT 10000

GA, 2% trong nước, đo bằng nhớt kế Brookfield LVT) [17]

1.2 Tổng quan về lưu biến học thực phẩm

Lưu biến học với tên tiếng Anh “Rheology” được giáo sư Bigham-Trường đại học

Lafayette (Mỹ) sử dụng lần đầu tiên vào năm 1929 Lưu biến học là ngành khoa học nghiên cứu sự chảy và sự biến dạng của các vật chất hay nói cách khác là nghiên cứu cách hoạt động của vật chất dưới tác dụng của ứng suất[1] Lưu biến học gồm lưu biến chất lỏng và lưu biến chất rắn

Hình 1.9: Sơ đồ lưu biến của vật chất[1]

1.2.1 Vai trò của lưu biến trong công nghệ thực phẩm

Lưu biến học đóng góp một phần to lớn trong việc phát triển ngành công nghiệp thực phẩm Hiểu biết các tính chất lưu biến của thực phẩm là rất cần thiết trong nghiên cứu phát triển sản phẩm mới, trong chế biến và kiểm tra chất lượng thành phẩm Lưu biến học thực phẩm được xem như một ngành khoa học vật liệu về thực phẩm Nhiều lĩnh vực trong công nghiệp thực phẩm cần đến thông tin về tính chất lưu biến như[5]:

- Tính toán các quá trình thiết bị bao gồm các thiết bị như ống dẫn, bơm, máy ép đùn, máy khuấy trộn, máy tạo vỏ, thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bị đồng hóa và thiết bị đo

độ nhớt;

- Xác định chức năng của các thành phần nguyên liệu trong nghiên cứu phát triển sản phẩm;

- Kiểm tra chất lượng bán thành phẩm và thành phẩm;

- Tính toán dự đoán thời gian bảo quản;

- Đánh giá tương quan giữa giữa phép đo kết cấu thực phẩm bằng công cụ với phép đánh giá cảm quan;

1.2.2 Phân loại tính chất lưu biến[5]

Tính chất lưu biến của một vật thể được phân thành hai loại: tính chất lưu biến cơ bản và các tính chất lưu biến thực nghiệm

Tính chất lưu biến cơ bản: là những tính chất không phụ thuộc vào thiết bị đo: mô đun đàn hồi, độ nhớt

Tính chất lưu biến thực nghiệm: Là những tính chất được đo thực nghiệm bằng những thiết bị đo chuyên dụng và kết quả đo phụ thuộc hoàn toàn vào thiết bị

1.2.3 Ứng suất[5]

Ứng suất là lực F tác dụng theo phương bất kì trên một đơn vị diện tích A Có 2

loại ứng suất là ứng suất pháp và ứng suất tiếp tuyến

- Ứng suất pháp: lực tác dụng vuông góc với bề mặt làm cho bề dài hay thể tích

của vật thay đổi

- Ứng suất tiếp: lực tác dụng theo phương song song hoặc tiếp xúc với bề mặt làm

cho lớp bề mặt dịch chuyển so với lớp dưới

Ứng suất được tính theo công thức: σ = 𝐹𝐴 (N/m2 hay Pa)

Hình 1.10: Ngoại lực tác động gây biến dạng vật thể

1.2.4 Biến dạng

Sự thay đổi hình dạng của vật thể nhất thiết phải đi kèm thay đổi khoảng cách giữa hai điểm ở bề mặt Do đó, sự thay đổi hình dạng chỉ xảy ra khi có sự thay đổi khoảng cách giữa các vị trí khác nhau trong vật liệu và hiện tượng này được gọi là sự biến dạng

1 Biến dạng trượt

Kiểu biến dạng thường gặp nhất trong thực tế là biến dạng trượt đơn giản hay còn gọi là sự chảy trượt Khái niệm được minh họa qua vật thể hình hộp chữ nhật có chiều cao h (Hình 1.11) Dưới tác dụng của lực trượt, bề mặt dưới được cố định sẽ đứng yên, trong khi bề mặt ở trên dịch chuyển một khoảng bằng δL

Đại lượng δL/h được gọi là biến dạng trượt Góc γ được gọi là góc trượt và được tính theo công thức: tg(γ) = δL

ℎVới biến dạng nhỏ, góc trượt γ tính theo radian sẽ bằng biến dạng trượt γ = tg(γ)

Hình 1.11: Biến dạng trượt của thanh hình hộp chữ nhật

Biến dạng giãn phẳng nghĩa là vật thể biến dạng bị kéo giãn theo phương x làm cho kích thước theo phương y bị giảm đi, trong khi kích thước theo phương z không thay đổi

Biến dạng giãn theo hai hướng có vẻ giống biến dạng giãn theo một hướng, tuy nhiên biến dạng này áp dụng cho sự chảy (theo trục z) có phát sinh ứng suất pháp tuyến theo hướng vuông góc với trục z (hướng bán kính r)

Hình 1.12: Các kiểu biến dạng giãn

1.2.5 Vận tốc biến dạng và phương trình lưu biến (𝛾̇)

Sự biến thiên của biến dạng trong một đơn vị thời gian được gọi là vận tốc biến dạng:

𝛾 ̇= 𝑑𝛾 𝑑𝑡Vận tốc biến dạng chính là đạo hàm của hàm số biến dạng theo thời gian Tương ứng với biến dạng trượt, ta có vận tốc trượt Phương trình toán học mô tả quan hệ giữa ứng suất, biến dạng và các đạo hàm của chúng theo thời gian được gọi là phương trình lưu biến

1.2.6 Các dạng lưu biến thường gặp

1 Lưu biến chất lỏng[5]

a Vận tốc trượt

Vận tốc trượt biểu thị cho tốc độ quay của của roto mà khi đó gradient vận tốc thể hiện một quãng đường lớn nhất trong tốc độ đó, tại đó nó tạo ra một ứng suất lớn nhất hay một lực ma sát nội lớn nhất Vận tốc độ trượt và ứng suất là những thông số quan trọng nhất để đánh giá tính chất của chất lỏng Từ những thông số này ta sẽ vẽ được những biểu đồ quan trọng giữa các thông số lưu biến đặc trưng của chất lỏng

Hình 1.13: Mối quan hệ giữa ứng suất với vận tốc trượt và đường biểu diễn tính chất

của các chất lỏng[1]

b Độ nhớt (viscosity) [5]

Độ nhớt của một chất lỏng là thông số đại diện cho ma sát trong của dòng chảy Khi các dòng chất lưu sát kề có tốc độ chuyển động khác nhau, ngoài sự chuyển động

va đập giữa các phần tử vật chất còn có sự trao đổi xung lượng giữa chúng Những phần

tử trong dòng chảy có tốc độ cao sẽ làm tăng động năng của dòng chảy và ngược lại phần tử vật chất từ các dòng chảy có tốc độ chậm sẽ kìm hãm chuyển động của dòng chảy và làm giảm động năng của dòng chảy Kết quả là giữa các lớp này xuất hiện một ứng suất trượt gây lên ma sát

Độ nhớt trong chuyển động của chất lưu thực có hai vai trò:

- Một là tạo ra sự truyền chuyển động từ lớp nọ qua lớp kia nhờ đó mà vận tốc trong dòng chất lưu thay đổi liên tục từ điểm này qua điểm khác

- Chuyển một phần cơ năng của dòng thành nội năng của nó tức là tạo ra sự khuếch tán cơ năng

c Chất lỏng Newton và chất lỏng phi Newton[5]

Chất lỏng Newton là chất lỏng có độ nhớt không thay đổi theo vận tốc biến dạng

và thời gian Chất lỏng Newton là chất lỏng mà trong quá trình chuyển động giữa các lớp xuất hiện ứng suất trượt tuân theo quy luật ma sát Newton:

Lưu chất tuân theo phương trình đó gọi là lưu chất Newton

Nếu ứng suất tiếp không tuân theo quy luật trên thì chất lỏng được gọi là chất lỏng phi Newton Hầu như các thực phẩm thực ở trạng thái lỏng đều là chất lỏng phi Newton

d Các tính chất của chất lỏng phi Newton[5]

Chất lỏng phụ thuộc vào thời gian: Nếu giữ cùng một ứng suất trượt và cùng một tốc độ trượt ở một nhiệt độ cố định thì độ nhớt của nó sẽ bị thay đổi Sự thay đổi lớn hay nhỏ thì tùy thuộc vào từng loại chất lỏng và nồng độ của nó

Chất lỏng độc lập với thời gian: Nếu ở cùng một nhiệt độ và một ứng suất thì chất lỏng đó sẽ không bị thay đổi độ nhớt theo thời gian

2 Lưu biến chất rắn[5]

a Vật thể rắn Hook

Là vật thể đàn hồi lý tưởng, khi tác động một lực lên vật thể rắn Hook, ứng suất xuất hiện sẽ tỷ lệ thuận với biến dạng Hằng số tỷ lệ được gọi là mô đun đàn hồi

Với biến dạng dài, mô đun đàn hồi gọi là mô đun Young Với biến dạng trượt, mô đun đàn hồi gọi là mô đun trượt Với biến dạng thể tích, mô đun đàn hồi gọi là mô đun khối Có ba loại vật thể rắn có các kiểu hoạt động đàn hồi khác nhau: đàn hồi tuyến tính, đàn hồi dẻo, đàn hồi phi tuyến tính

Khi một vật thể bị kéo giãn hoặc bị nén theo phương dọc chiều dài, chiều rộng thường thay đổi theo Khi nén một trụ có chiều cao ℎ0 giảm xuống một khoảng δh, bán kính 𝑅0 ban đầu tăng lên một khoảng δR Tỉ số giữa biến dạng ngang và biến dạng dọc trong phạm vi đàn hồi của một vật thể được gọi là hệ số Poisson:

δh/ℎ0

Hệ số Poisson cũng là hằng số, có giá trị trong phạm vi từ 0 đến 0,5

Dưới đây là đồ thị quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của ba loại vật thể rắn có các kiểu hoạt động đàn hồi khác nhau: đàn hồi tuyến tính (Hook), đàn hồi dẻo và đàn hồi phi tuyến tính, qua đó chúng ta có thể nhận thấy sự tương đồng và khác biệt giữa chúng

Hình 1.14: Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của một số loại vật thể rắn[1]

Vật thể đàn hồi dẻo có cách hoạt động giống vật thẻ Hook ở phạm vi ứng suất dưới một giá trị gọi là giới hạn chảy Đàn hồi không tuyến tính thường gặp ở cao su hay các loại vật liệu polyme khác Để vật liệu có tính đàn hồi cao, chúng phải có ba diều kiện

đó là được cấu tạo từ phân tử có mạch dài, lực liên kết thứ cấp giữa các phân tử phải yếu và tồn tại một số liên kết bền vứng mối các phân tử với nhau tại một số vị trí

b Độ cứng (hardness)

Độ cứng là thuộc tính cơ học của cấu trúc liên quan tới cường độ lực cần để làm cho sản phẩm biến dạng hoặc để có thể đâm xuyên qua sản phẩm Độ cứng có liên quan mật thiết tới tính chất cảm quan của thực phẩm Trong thực phẩm, gelatin hầu như được

Biến dạngvĩnh viễn

sử dụng làm chất nền trong các thực phẩm có kết cấu, vì thế sẽ ảnh hưởng tới độ dẻo,

độ đàn hồi, cảm giác dính răng, cũng như hình dạng của sản phẩm Xác định được độ cứng của gel gelatin sẽ giúp cho nhà sản xuất tìm ra công thức hoàn thiện giúp sản phẩm

có khả năng bảo quản tốt hơn và các giá trị cảm quan được cải thiện

1.2.7 Các phép đo lưu biến trong thực phẩm[1]

1 Đo độ nhớt

Có hai phương pháp đo độ nhớt gồm phương pháp động học là sử dụng nhớt kế mao quản (hình 1.15b) hoặc nhớt kế bi rơi (hình 1.15c) và phương pháp động lực là sử dụng nhớt kế roto (hình 1.15a)

Nhớt kế mao quản hoặc nhớt kế bi rơi sử dụng cho các trường hợp đo chất lỏng có

độ nhớt thấp nhằm xác định khối lượng phân tử polyme Nhớt kế roto sử dụng cho các chất lỏng có độ nhớt cao dùng để đo độ nhớt biểu kiến hoặc độ nhớt tuyệt đối Tùy vào đặc điểm của mẫu vật cần đo mà sử dụng phương pháp thích hợp

Hình 1.15: Mô hình các thiết bị đo độ nhớt[1]

(c)

Hình 1.17: Mô hình các phép đo độ cứng (a) và đo đâm xuyên (b)[1]

1.3 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Hiện tại chưa có những nghiên cứu sâu trong nước về tính chất lưu biến của gelatin

từ da cá khi thêm muối, đường và một số loại phụ gia khi chúng tôi tìm hiểu tổng quan

về các vấn đề lưu biến của gelatin

Việc nghiên cứu ảnh hưởng của muối đến tính chất lưu biến của gelatin, trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu được công bố [12,13,14,15] Khi xem xét ảnh hưởng của muối NaCl, nghiên cứu của Sarabia và cộng sự (2000) đã thí nghiệm trên mẫu gelatin

từ da cá rô phi với nồng độ 6,67% có bổ sung 0,5M và 0,1M NaCl và được hòa tan ở

65oC trong 10 phút Kết quả cho thấy rằng khi thêm muối NaCl vào làm ảnh hưởng tới nhiệt độ tạo gel của gelatin từ da cá rô phi Cụ thể, nhiệt độ tạo gel của dung dịch gelatin

từ da cá rô phi có 0,5M NaCl giảm 2oC so với dung dịch gelatin chuẩn Mô đun đàn hồi cũng bị giảm xuống khi có mặt của NaCl, ở pH=5, độ nhớt của mẫu có 0,1M NaCl là

3128 Pa; 0,5M là 2357 Pa trong khi đó đối với dung dịch gelatin nguyên chất là 4543

Pa (đo ở 5oC) [12] Sow và cộng sự (2015) đã công bố, khi cho thêm muối NaCl với nồng

độ 1,5% độ nhớt của dung dịch gelatin 6,67% giảm từ 12 Pa.s xuống 11,6 Pa.s; thí nghiệm được tiến hành trên gelatin từ da cá rô phi được hòa tan ở 60oC [15] Kết quả nghiên cứu của Fennema (1976) đã chỉ ra rằng có sự gia tăng đáng kể nhiệt độ nóng chảy đối với gelatin khi các muối clorua (NaCl và MgCl2) Các ion muối có thể tương tác với các nhóm phân cực tích điện của protein, nếu không chúng có thể tự do và di động trong pha nước, tùy thuộc vào độ pH của môi trường, tính chất của các ion hoặc protein Ngoài ra, nghiên cứu của Choi và Regenstein (2000) cũng đã tìm ra NaCl làm giảm sức mạnh gel của một số gelatin thương mại từ các nguồn khác nhau và cho rằng kết quả này có thể là do NaCl có khả năng phá vỡ các liên kết hydro và liên kết kị nước, hạn chế sự ổn định của các vùng liên kết gel, hoặc là trực tiếp bằng cách hạn chế sự hình thành liên kết hydro và / hoặc bằng cách thay đổi cấu trúc của pha lỏng ở vùng lân cận của các khu vực này khiến cho việc liên kết hình thành gel khó khăn hơn[15]

Khi khảo sát ảnh hưởng của CaCl2, Sarbon và cộng sự (2014) tiến hành trên 3 loại gelatin từ bò, da cá trác và da cá nạng ở cùng nồng độ 6,67% cũng đã thấy rằng, độ nhớt của hệ keo giảm đi trong cả quá trình tạo gel và tan chảy, cả nhiệt độ tạo gel cũng giảm đáng kể khi có mặt của CaCl2 Thêm vào đó, nhiệt độ tan chảy tăng dần khi tăng nồng

độ CaCl2 từ 0,1 lên 0,4M (9,0oC xuống 6,3oC) Tương tự như các khảo sát về độ nhớt, việc bổ sung CaCl2 ở 0,1, 0,2 và 0,4 M làm giảm đáng kể sức mạnh gel, mặc dù các loại gelatin khác nhau, tùy thuộc vào chủng loại Có sự khác biệt đáng kể giữa gelatin của động vật có vú và gelatin từ da cá ở mỗi nồng độ CaCl2 Ở 0,4 M CaCl2, tất cả các gelatin cho thấy độ mạnh gel thấp nhất, giảm xuống khoảng 33,8%; 14,2% và 27,4% đối với gelatin từ bò, cá trác và cá nạng [13]

Về ảnh hưởng của đường tới tính chất lưu biến của gelatin, trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu được công bố [7,11,14,15,16] Khi xem xét ảnh hưởng của đường, mà cụ thể là đường sucrose, Sow và cộng sự (2015) đã làm thí nghiệm với mẫu gelatin từ da cá rô phi với nồng độ 6,67% Kết quả thấy rằng, sucrose có ảnh hưởng tích cực tới nhiệt độ tạo gel, mẫu có chứa sucrose 1,5M có cường độ gel giảm khi mới pha, nhưng sau đó, cường độ gel tăng theo thời gian bảo quản và cao hơn giá trị của mẫu gelatin nguyên chất trong cùng nồng độ và điều kiện bảo quản [15] Jones và cộng sự (1977) hay Oakenfull và Scott (1986), đã chỉ ra rằng gel gelatin được ổn định nhờ vào đường và polyol Thí nghiệm bổ sung đường sucrose với tỉ lệ 50g/kg gelatin làm tăng nhiệt độ tan chảy gel 6,67% lên 3,9oC Điều này được giải thích là do các vùng liên kết trong gel gelatin chính là các vùng có cấu trúc bậc ba của collagen và việc thêm đường vào làm tăng tỷ lệ protein trở về sự hình thành cấu trúc bậc ba này Các vùng liên kết cũng trở nên nhỏ hơn với sự có mặt của đường nhưng số lượng vùng liên kết thì tăng lên, dẫn đến một mạng lưới gel rộng hơn và chặt chẽ hơn Quan sát thấy rằng việc tăng

độ chặt chẽ và tăng tốc độ tạo gel dẫn đến làm tăng sự ổn định của cấu trúc collagen bậc

ba Tuy nhiên, cũng có ý kiến trái ngược rằng bổ sung sucrose làm giảm sức mạnh gel bằng cách giảm tương tác tại các vùng tạo gel và tăng khoảng cách giữa điểm bị vướng vào do đó làm giảm số lượng vùng giao điểm sẵn có (Choi và cộng sự, 2004)

Cơ chế hoạt động của CMC: Sự tương tác của các protein hòa tan trong nước với CMC phần lớn dựa trên các cơ chế ion, liên kết hydro, các tác động hiệu ứng steric (sự chiếm chỗ hình học) và lực Van der Waals Ngoài ra, CMC cũng bảo vệ các protein có tính axit dưới ảnh hưởng của nhiệt[17] Những đặc tính này được sử dụng cho việc ổn định các thành phần để sản xuất sữa chua, bột béo, bơ sữa hoặc các thành phần từ đậu nành (thức uống có pha sữa, các sản phẩm thay thế sữa, thức uống tốt cho sức khoẻ) Hiệu quả hòa tan và hoạt động như một chất keo bảo vệ cho các protein làm cho CMC trở thành một lựa chọn hàng đầu khi kết hợp với các hợp chất keo ưa nước Các chất keo ưa nước khác như các chất ổn định, làm dày chiết từ hạt như bột guar, bột locust

bean gum, carrageenan và tinh bột (thường được sử dụng trong nhiều thực phẩm) không

có những tính chất như trên Chức năng ổn định của các hợp chất keo ưa nước này không phải do các cơ chế ion và lực tĩnh điện mà chỉ dựa trên sự gia tăng độ nhớt thông qua sự hình thành gel và sự phát triển của một cấu trúc mạng nội bộ Điều này giải thích tại sao các loại sản phẩm khi kết hợp với các chất này dễ bị giảm sút các đặc tính nếu sản phẩm

có nồng độ cao, bị làm nóng hay pha loãng Những hợp chất keo ưa nước này không phù hợp với độ nhớt thấp như gelatin chiết xuất từ da cá[17].Từ những tính chất này, chúng tôi đưa CMC vào nghiên cứu của mình nhằm tìm hiểu đặc tính của gelatin khi thêm CMC vào dung dịch nhằm mục đích tăng độ nhớt cho dung dịch gelatin mà không làm tăng nhiệt độ tạo gel của dung dịch

Với việc tổng quan tình hình nghiên cứu ở trên thì việc xem xét nghiên cứu tính chất lưu biến của gelatin từ da cá là rất cần thiết cho việc triển khai ứng dụng trong lĩnh vực chế biến thực phẩm

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.1.1 Nguyên liệu chính

Gelatin bột, có tên thương mại là Progel được tách chiết từ da cá tra, lô số 0657 (độ Bloom 250) được cung cấp bởi Công ty cổ phần Vĩnh Hoàn collagen (Đồng Tháp, Việt Nam) Thành phần axit amin của gelatin được trình bày tại bảng 2.1

Hình 2.1: Gelatin dùng cho thí nghiệm

Bảng 2.1: Thành phần axit amin có trong bột gelatin từ da cá tra dùng làm thí nghiệm

2.1.2 Nguyên liệu phụ

- Muối CaCl2 (M=110,98 g/mol); muối NaCl (M=58,44 g/mol) và đường Sucrose ( M=342,29 g/mol) được sản xuất tại trung tâm nghiên cứu phát triển công nghệ và hóa chất tinh khiết kĩ thuật Quảng Đông, Trung Quốc được nhập khẩu và phân phối bởi cửa hàng hóa chất số 42 Hoàng Hoa Thám, Nha Trang, Khánh Hòa

- Sodium carboxy methyl cellulose (CMC) do Thổ Nhĩ Kỳ sản xuất, nhập khẩu bởi Công ty TNHH Vĩnh Nam Anh, phân phối tại Công ty TNHH Tam Hưng

2.2 Nội dung nghiên cứu và sơ đồ bố trí thí nghiệm

2.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và nhiệt độ đến sự hình thành trạng thái của gelatin

2.2.1.1 Xác định trạng thái lỏng-gel của gelatin ở các nồng độ và nhiệt độ khác nhau

Mục đích của nghiên cứu nhằm xác định nhiệt độ mà tại đó dung dịch gelatin tạo gel ở các nồng độ khác nhau (0,1-40%) Dung dịch gelatin được chuẩn bị tại các nồng

độ khác nhau, gia nhiệt ở 60oC trong 20 phút sau đó quan sát trạng thái tại mỗi nhiệt độ Thí nghiệm được bố trí như sau:

Hình 2.2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của nồng độ và nhiệt độ đến sự hình

thành trạng thái của gelatin

2.2.1.2 Xác định độ nhớt của gelatin ở các nồng độ và nhiệt độ khác nhau

Thí nghiệm giúp xác định độ nhớt của gelatin ở các nồng độ và nhiệt độ khác nhau

từ đó lựa chọn nồng độ thích hợp cho các thí nghiệm về khảo sát độ nhớt tiếp theo

Từ kết quả quan sát trạng thái dung dịch gelatin ở các nồng độ và nhiệt độ khác nhau, ta tiến hành đo độ nhớt của dung dịch gelatin ở những nhiệt độ mà gelatin ở trạng thái lỏng Nồng độ gelatin được lựa chọn để sử dụng cho thí nghiệm này là 0,1; 0,2; 0,4; 0,5; 0,8; 1; 2; 4; 5; 6; 8; 10; 15; 20; 25; 30% Thí nghiệm được bố trí như sau:

Hình 2.3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ gelatin đến độ nhớt của gelatin

2.2.1.3 Xác định lực cắt và lực đâm xuyên của gel gelatin ở các các nồng độ

Xác định lực cắt và lực đâm xuyên nhằm biết được độ cứng, dai của gel gelatin tại các nồng độ khác nhau từ đó có sự lựa chọn các nồng độ thích hợp cho các thí nghiệm sau

Từ kết quả quan sát trạng thái dung dịch gelatin tại các nồng độ khác nhau ở nhiệt

độ 5oC, ta tiến hành đo lực cắt và lực đâm xuyên của gelatin ở những mẫu gelatin được khảo sát ở trạng thái gel ( G1, G2, G3, ) tại nhiệt độ 5oC Thí nghiệm được bố trí như sau:

Hình 2.4: Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ gelatin đến lực cắt và lực đâm xuyên của gel gelatin

2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của muối NaCl, CaCl 2

Đối với protein, ảnh hưởng của các anion, cation là rất đáng kể, chúng liên quan tới các lực liên kết giữa các mạch polipeptit dẫn đến sự hình thành cấu trúc gel hay lỏng Điều này rất quan trọng trong công nghệ thực phẩm do có sự xuất hiện của muối này

trong thành phần của thực phẩm, đó là lý do đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của NaCl, CaCl2 đến sự hình thành trạng thái và tính chất lưu biến của gelatin

2.2.2.1 Ảnh hưởng của NaCl đến trạng thái và độ nhớt của dung dịch gelatin ở nồng độ cao

Khảo sát sự ảnh hưởng của NaCl đến trạng thái và độ nhớt của dung dịch gelatin

ở nồng độ cao nhằm xác định được các nhiệt độ mà tại đó dung dịch gelatin tạo gel ở các nồng độ muối khác nhau Việc này cũng liên quan về mặt công nghệ về những sản phẩm tạo gel sau khi được làm lạnh

Từ kết quả trạng thái dung dịch gelatin ở các nồng độ và nhiệt độ khác nhau, tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của muối NaCl tại các nồng độ 2; 5; 10; 20; 50; 100; 150;

200 và 300mM ở nồng độ gelatin A(%) Quan sát trạng thái lỏng-gel ở dải nhiệt độ khác nhau và đo độ nhớt ở những nhiệt độ mà mẫu gelatin vẫn ở trạng thái lỏng Thí nghiệm được bố trí như sau:

Hình 2.4: Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của NaCl đến trạng thái và độ

nhớt của dung dịch gelatin ở nồng độ cao

2.2.2.2 Ảnh hưởng của NaCl đến độ nhớt của dung dịch gelatin ở nồng độ thấp

Thí nghiệm giúp xác định ảnh hưởng của NaCl đến độ nhớt của dung dịch gelatin

ở nồng độ thấp Khi gelatin ở nồng độ thấp, sự ảnh hưởng của nồng độ gelatin yếu sẽ giúp thấy rõ sự ảnh hưởng của muối trong dung dịch

Từ kết quả trạng thái dung dịch gelatin ở các nồng độ và nhiệt độ khác nhau, tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của muối NaCl tại các nồng độ 2; 5; 10; 20; 50; 100; 150;

200 và 300mM ở nồng độ gelatin B(%) mà tại đó nó tạo gel ở nhiệt độ thấp Đo độ nhớt

ở những nhiệt độ mà mẫu gelatin vẫn ở trạng thái lỏng Thí nghiệm được bố trí như sau:

Hình 2.5: Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của NaCl đến độ nhớt của