Bước đầu nghiên cứu sản xuất carrageenan từ trong sụn kappaphycus alvarezii

Nước bị tù hay sự di chuyển kém làm cho tốc độ của rong sụn phát triển chậm lại, đặc biệt nếu kết hợp với nhiệt độ cao, chất huyền phù trong nước lớn, hàm lượng các muối dinh dưỡng trong

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT

CARRAGEENAN TỪ RONG SỤN KAPPAPHYCUS

ALVAREZII

Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Giảng viên hướng dẫn: Th.S NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG Sinh viên thực hiện : NGUYỄN THỊ THU

MSSV: 107111174 Lớp : 07DSH4

1.1.3.Đặc điểm sinh học của rong sụn 4

1.1.3.1.Hệ thống phân loại của rong sụn 4

1.1.3.2.Đặc điểm hình thái, cấu tạo 4

2.1.5.Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của rong sụn 6

2.1.5.1.Thành phần hóa học 6

1.1.5.2.Giá trị dinh dưỡng của rong sụn 9

1.1.6.Tình hình phát triển rong sụn trên thế giới và trong nước 10

1.2.GIỚI THIỆU CARRAGEENAN TỪ RONG SỤN 14

Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 38

2.1.THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM KHẢO SÁT THÍ NGHIỆM 38

2.2.1.Đối tượng nghiên cứu 38

2.2.2.Thiết bị-dụng cụ 38

2.3.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39

2.3.1.Sơ đồ tách chiết carrageenan từ rong sụn 39 2.3.2.Phương pháp xác định độ ẩm 41 2.3.4.Phân tích các chỉ tiêu 45 2.3.1.1.Xác định hàm lượng protein của carrageenan bằng phương pháp Bradford.46

2.3.1.2.Xác định hàm lượng carrageenan 47

2.3.1.3.Xác định hàm lượng sulfate 49

2.3.1.4.Xác định hàm lượng carbohydrate 51

2.3.1.5.Xác định hiệu suất thu hồi sản phẩm 52

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53 3.1.Xác định độ ẩm nguyên liệu 53

i-carrageenan: iota-carrageenan k-carrageenan: kapa-carrageenan λ-carrageenan: lamda-carrageenan

TN : thí nghiệm Đơn vị G: 3-β-D-galactose Đơn vị D: 4-α-D-galactose đơn vị DA: 4-3,6-anhydro-α-D-galactose D6s: α-glactose-6 sulfate

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của rong sụn 4

Bảng 1.2 Sự thay đổi hàm lượng protein theo các tháng trong năm 8

Bảng 1.3 Sản lượng rong sụn trên thế giới năm 2001 10

Bảng 1.4 Sản lượng rong sụn của các nước 13

Bảng 1.5 Một số loài rong đỏ chứa carrageenan 25

Bảng 1.6 Cơ cấu thị trường tiêu thụ carrageenan năm 2001 31

Bảng 1.7 Các ứng dụng điển hình của carrageenan trong thực phẩm bánh kẹo 34

Bảng 2.1 Chế độ nấu chiết 40

Bảng 2.2 Bảng số liệu dựng đường chuẩn albumin 47

Bảng 2.3 Các bước chuẩn bị mẫu phân tích hàm lượng protein 47

Bảng 2.4 Số liệu dựng đường chuẩn carrageenan 49

Bảng 2.5 Các bước chuẩn bị mẫu phân tích hàm lượng carrageenan 49

Bảng 2.6 Số liệu dựng đường chuẩn sulfate 51

Bảng 2.7 Các bước chuẩn bị mẫu phân tích hàm lượng sulfate 51

Bảng 2.8 Số liệu dựng đường chuẩn carbohydrate 52

Bảng 2.9 Các bước chuẩn bị mẫu phân tích hàm lượng carbohydrate 53

Bảng 3.1 Độ ẩm nguyên liệu 54

Bảng 3.2 Hàm lượng protein 54

Bảng 3.3 Hàm lượng protein của carrageenan 55

Bảng 3.4 Hàm lượng carrageenan của rong sụn 57

Bảng 3.5 Hàm lượng sulfate của carrageenan 59

Bảng 3.6 Hàm lượng carbohydrate 61

Bảng 3.7 Hiệu suất thu hồi carrageenan 63

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 3.1 Biểu đồ biểu diễn hàm lượng protein của carrageenan 56

Biểu đồ 3.2 Biểu đồ biễu diễn hàm lượng carrageenan 58

Biểu đồ 3.3 Biểu đồ biễu diễn hàm lượng sulfate của carrageenan 60

Biểu đồ 3.4 Biểu đồ biểu diễn hàm lượng carbohydrate của carrageenan 62

Biểu đồ 3.5 Biểu đồ biểu diễn hiệu suất thu hồi của carrageenan 63

Hình 1.1 Rong sụn Kappaphycus alvarezii 6

Hình 1.2 Cấu tạo của carrageenan 8

Hình 1.3 Doanh thu từ các hydrocolloid năm 1978 và năm 1993 12

Hình 1.4 Kết cấu của Carrageenan 15

Hình 1.5 κ-carrageenan 16

Hình 1.6 i-carrageenan 17

Hình 1.7 λ-carrageenan 17

Hình1.8.Tương tác tĩnh điện các nhóm sulfate của carrageenan và casein 20

Hình 1.9 Các hình thức liên kết của carrageenan với protein 20

Hình 1.10 Tác dụng của nhiệt độ đối với cơ chế chuyển đổi dung dịch sang gel 22

Hình 1.11.Quá trình chuyển hóa của carrageenan trong môi trường kiềm mạnh 23

Hình 1.12 Các ứng dụng của carrageenan 25

Hình 1.13 Đa dạng hóa các sản phẩm từ rong sụn và sản phẩm cuả nó 37

Hình 2.1 Tủ sấy 42

Hình 2.2 Nồi hút ẩm 42

Hình 2.3 Màu trước chuẩn độ 44

Hình2.4 Màu sau chuẩn độ 44

Hình 2.5 Phân tích các chỉ tiêu methylen blue 46

Hình 2.6. Cấu trúc của methylen blue 48

Hình 3.1 Sự hiện màu phản ứng xác định hàm lượng protein 55

Hình 3.2 Sự hiện màu phản ứng xác định hàm lượng carrageenan 57

Hình 3.3 Sự hiện màu phản ứng xác định hàm lượng sulfate 59

Hình 3.4 Sự hiện màu phản ứng xác định hàm lượng carbohydrate 61

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới, với chiều dài bờ biển hơn 3260 km và có nhiều nhánh sông, vùng triều, các vùng vịnh, đầm phá đây là điều kiện rất thuận lợi cho sự phát triển đa dạng của các sinh vật biển Một trong những loài góp phần vào sự đa dạng này là loài rong biển Ở Việt Nam đã có gần

800 loài rong biển thuộc tất cả bộ phận của các ngành rong đã được công bố trên thế giới [16]

Rong biển thuộc vào loại tài nguyên quý hiếm, có giá trị về mặt kinh tế và đã được khai thác nhiều năm nay để phục vụ cho những mục đích khác nhau Trong rong biển có chứa các polysaccharide (agar, alginate ) là những thành phần quan trọng rất có giá trị Tuy nhiên polysaccharide quan trọng nhất chính là carrageenan Nhờ vào các tính chất đặc trưng của carrageenan như có độ bền cơ học cao, có khả năng tạo gel ở nồng độ thấp, có độ nhớt cao dễ tạo màng và có tính nhũ hóa cao, các hoạt tính kháng viêm và chống lão hóa, có thể giải độc chữa các bệnh mãn tính, nên carrgeenan được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế như công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, y dược và ứng dụng trong cả các ngành kĩ thuật

Carrageenan là polysacchride được chiết xuất từ rong đỏ, đặc biệt là rong sụn Ngoài ra, rong sụn còn có các tính ưu việt về hàm lượng các nguyên tố hữu ích (Mg, Cu, Fe ) và một số thành phần khác như protein, vitamin, glucid Chính vì vậy, nhiều nước trong khu vực và trên thế giới như Philippin, Indonesia, Tazania đã dầu tư và nghiên cứu cho sản xuất loài rong này [11, 13,15] Từ đó việc sản xuất carrageenan đã nhanh chóng phát triển trên thế giới, sản lượng hàm năm tăng lên rõ rệt [16]

Hiện nay sản lượng rong thu được của chúng ta chủ yếu mới được dùng cho xuất khẩu thô, dưới dạng rong khô Trong khi đó một số ngành sản xuất tiêu dùng, các ngành công nghiệp trong nước phải nhập từ nước ngoài các sản phẩm như

Với những lý do trên, đối với nước ta việc nghiên cứu thu nhận các nguồn lợi

từ rong biển có ý nghĩa to lớn về khoa học cũng như thực tiễn, đặc biệt là polysaccharide từ rong biển Do đó cần nghiên cứu để tiến tới sản xuất các polysaccharide này ở quy mô công nghiệp phù hợp với nền kinh tế quốc dân

2 Mục đích nghiên cứu

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình tách chiết rong sụn, nhằm tìm ra quy trình công nghệ thích hợp để có thể sản xuất ra carrageenan có hiệu suất và chất lượng tốt nhất

Chính vì vậy mà tôi chọn tên đề tài: "Bước đầu nghiên cứu sản xuất

carrageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarezii"

3 Nội dung nghiên cứu

 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ kiềm lên hàm lượng và chất lượng của carrageenan

 Khảo sát nhiệt độ và thời gian nấu chiết lên hàm lượng và chất lượng của carrageenan

Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU VỀ RONG SỤN

Trước đây loài rong sụn Kappaphycus alvarezii đang được di giống trồng thử

nghiệm ở một số vùng biển như Cát Bà (Hải Phòng), Vân Đồn (Quảng Ninh) [5] Hiện nay rong sụn được trồng rộng rãi ở một số vùng trong tỉnh Ninh Thuận

và các tỉnh khác như Khánh Hòa, Phú Yên, Phú Quốc, Bình Thuận

1.1.2 Nguồn gốc

Rong sụn có nguồn gốc từ Philippin Tháng 2 năm 1993 trong chương trình hợp tác khoa học Việt Nam và Nhật Bản phân viện khoa học vật liệu Nha Trang đã nhập về Việt Nam một bụi rong sụn 240g Tháng 10 năm 1993 với sự giúp đỡ của viện nghiên cứu và ứng dụng công nghệ Nha Trang, trung tâm khuyến ngư Ninh Thuận đã nhận 5 kg rong sụn về trồng thử nghiệm tại đầm Sơn Hải

Ban đầu chỉ có khoảng 15 hộ trồng rong sụn đến nay con số đó đã lên đến 500

hộ với tổng diện tích là 6000 ha diện tích mặt nước Khi tỉnh Ninh Thuận thành công trong việc trồng rong sụn một số địa phương khác cũng học hỏi làm theo Vì vậy có thể khẳng định rằng rong sụn là đối tượng phù hợp nhiều loại hình mặt nước được đánh giá là có nhiều ưu điểm so với một số loài rong biển hiện có ở địa phương

1.1.3 Đặc điểm sinh học của rong sụn

1.1.3.1 Hệ thống phân loại của rong sụn

Rong sụn kappaphycus alvarezii (Doty), có tên thương mại là Cottonii, kí hiệu

- Dạng vô tính mang 2n nhiễm sắc thể

- Dạng đơn bội mang 1n nhiễm sắc thể

- Dạng lưỡng bội (hợp tử 2n) rất nhỏ, ký sinh trên tản giao tử cái

 Thể chất trơn nhớt keo sụn, khi khô thành sợi cứng như sừng

Hình 1.1 Rong sụn

Kappaphycus alvarezii

Từ trọng lượng 100g ban đầu sau một năm rong sụn có thể tăng trưởng thành bụi rong, nặng 14-16 kg Rong sụn có tốc độ tăng trưởng tới 10%/ngày

 Dòng chảy và lưu thông nước

Rong phát triển tốt ở vùng nước thường xuyên trao đổi và luân chuyển (tạo ra dòng chảy, dòng triều hay sóng gió bề mặt) Nước bị tù hay sự di chuyển kém làm cho tốc độ của rong sụn phát triển chậm lại, đặc biệt nếu kết hợp với nhiệt độ cao, chất huyền phù trong nước lớn, hàm lượng các muối dinh dưỡng trong nước thấp sẽ dẫn đến sự tàn lụi của rong một cách nhanh chóng

 Nhiệt độ

Rong sụn sinh trưởng tốt ở nhiệt độ 200C trở lên Nhiệt độ thích hợp cho rong sụn phát triển và sinh trưởng nằm trong khoảng 25-280C [27], nhiệt độ cao hơn 30 hay thấp hơn 20 sẽ ảnh hưởng không tốt đến sự phát triển của rong, nhiệt độ của nước cao (32-340C) tốc độ phát triển của rong thấp, bình quân đạt từ 2-3% / ngày, nếu nhiệt độ thấp hơn 15-180C rong ngừng phát triển

 Cường độ ánh sáng

Yêu cầu ánh sáng của rong sụn không cao, thích hợp nhất là khoảng 50.000 Lux, ánh sáng cao quá hay thấp quá đều ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của rong

30.000- Yêu cầu dinh dưỡng

Trong điều kiện nhiệt độ không quá cao (< 30) cường độ chiếu sáng vừa phải(12.000Lux), nhu cầu của rong sụn với N không cao (chỉ hấp thụ 21% lượng N) Song trong điều kiện nhiệt độ cao (33-34), cường độ ánh sáng cao (>12.000 Lux), nhu cầu của rong sụn cao lên rõ rệt (hấp thụ tới 57.8 % lượng N)

Đối với nguồn P nhu cầu của rong sụn đều cao (hấp thụ 85,3%- 89.2% lượng phospho) ở cả nhiệt độ và cường độ ánh sáng cao và thấp

1.1.5 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của rong sụn

1.1.5.1 Thành phần hóa học

Thành phần hóa học của rong sụn luôn thay đổi phụ thuộc vào trạng thái sinh

lý, thời gian sinh trưởng điều kiện sống (cường độ bức xạ, thành phần hóa học của môi trường)

Trong rong sụn, hàm lượng nước chiếm 77-91% còn lại vài phần trăm chất là khô Trong chất khô chứa chủ yếu là: Glucide, protein, chất khoáng, lipit, sắc tố, enzyme [12, 14]

Trong thành phần protein của rong có chứa 11 acid amin với hàm lượng khá cao, trong đó có 5 acid amin không thay thế Vì vậy protein của rong sụn có giá trị dinh dưỡng khá cao Hàm lượng tro của rong sụn cũng đáng kể

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của rong sụn

Thành phần hóa học trong chất khô % khối lượng

nghiên cứu, hàm lượng nước rong sụn chiếm khoảng 77-91 % Tỉ lệ nước giảm dần theo thời gian sinh trưởng, ở giai đoạn tích lũy các chất dinh dưỡng nước đạt khoảng 79%, ở rong khô hàm lượng nước 18-20%

- Carrageenan

Carrageenan là polysaccharide có trong rong sụn [16,40] Carrageenan có tính chất tương tự agar Dịch keo carrageenan có thể đông thành thạch như agar nhưng ở nồng độ cao hơn agar Thạch carrageenan có nhiệt độ nóng chảy cao hơn thạch agar [3] Carrageenan cấu tạo từ các gốc D-galactose và 3,6-anhydro D-galactose Các gốc này liên kết với nhau bằng liên kết 1,4 và 1,3 luân phiên nhau Các gốc D-galactose được sulfate hóa với tỉ lệ cao Các loại carrageenan khác nhau về mức độ sulfate hóa

Galactose ở trạng thái kết hợp với acid glyceride tạo hợp chất không bền có thể bị chiết xuất bởi ancol cao độ (>90 độ)

Mạch polysaccharide của các carrageenan có cấu trúc xoắn kép Mỗi vòng xoắn do 3 đơn gốc disacchride tạo nên

c Protein

Hàm lượng protein trong rong sụn dao động trong khoảng 5-22% [3] Hàm lượng protein dao động với biên độ khá lớn phụ thuộc vào giai đoạn sinh trưởng, vị trí địa lý, môi trường sống

Theo nghiên cứu hàm lượng protein tăng dần theo thời gian sinh trưởng và đạt giá trị cực đại ở giai đoạn sinh sản

Bảng 1.2 Sự thay đổi hàm lượng protein theo các tháng trong năm [12]

Tháng trong năm 1-2 3-4 5-6 7-8 9-10 11-12 Hàm lượng protein(%) 7.52 9.55 19.15 16.30 16.18 13.19

d Lipid

Hàm lượng lipid trong rong sụn không đáng kể nhưng một số nhà nghiên cứu cho rằng mùi tanh của rong là do lipit gây ra Đặc điểm của lipide trong rong sụn phần lớn là nhưng lipid chưa no, vô hại, có steron mà các thực vật khác không thấy [18]

bền hơn sắc tố của các loại rong khác, vì vậy loại rong này có thể được tẩy màu bằng phương pháp tự nhiên là phơi nắng

g Enzyme

Trong rong sụn có thể chiết tách được enzyme protease phân giải protein Dựa vào sự hoạt động của protease trong rong sụn trên nhiều cơ chất khác nhau người ta xếp nó vào enzyme papain hay cathepsin [16] Ngoài ra trong rong sụn còn chứa enzyme thủy phân glucide gồm hai loại enzyme oxydase:

- Một loại chuyển hóa đường đơn thành acid tương ứng như glucose thành gluconic

- Loại thứ 2 chuyển hóa đường thành ozon

1.1.5.2 Giá trị dinh dưỡng của rong sụn

Trong rong sụn chứa hàm lượng chất khoáng chất vi lượng (Ca, K, S, Fe ) cùng một số acid amin cần thiết và nhiều vitamin quan trọng như vitaminA,vitaminC, vitaminB12 Thực tế khoa học đã chứng minh rằng rong biển

đã hấp thụ từ biển hơn 90 loại chất khoáng với hàm lượng muối thấp và hàm lượng

Ca cao chính vì lẽ đó mà rong sụn được ưu tiên hành đầu đối với những người bị cao huyết áp

Rong sụn có thành phần chủ yếu là carrageenan chiếm 40%-55% Carrageenan

có trong thành phần của các loại rong đỏ, lượng chất khô có trong rong sụn chất này

có đặc tính liên kết rất tốt các phân tử protein của động thực vật có thể dùng

carrageenan với một hàm lượng thích hợp làm phụ gia giò chả để tăng mức độ liên kết protein của thịt thay thế hàn the

1.1.6 Tình hình phát triển rong sụn trên thế giới và trong nước

là 26.000 tấn Trong năm 2000, riêng châu Á sản xuất 33.000 tấn So với các

Hình 1.3 Doanh thu từ các hydrocolloid năm 1978 và năm 1993 [22]

polysaccharide khác, carrageenan có giá trị thương phẩm lớn nhất (triệu USD) carrageenan-263, agar-200, pectin-147, alginat-130, guar-77 [16]

Hiện nay công nghiệp sản suất carrageenan không chỉ phát triển ở các nước

Mỹ, Tây Âu mà còn phát triển mạnh ở các quốc gia Châu Á, trong đó phải kể đến Trung Quốc, Nhật Bản, Philippine Đặc biệt là các vùng biển nước như Philipine, Indonesia, Brazil, New Zealand có điều kiện thuận lợi cho các loài rong đỏ phát triển Cũng chính vì vậy, Philipine là đất nước có thị phần carrageenan cao nhất, chiếm 80 % trên thế giới Trên thị trường có khoảng 4.000 sản phẩm hàng hoá có

sử dụng carrageenan, trong đó công nghệ thực phẩm sử dụng nhiều nhất

Ngày nay, người ta biết thêm nhiều loại rong có khả năng sản xuất carrageenan Những nghiên cứu chi tiết về loài rong này đã cho phép người ta có thể trồng ở trên quy mô lớn và do đó đáp ứng được nhu cầu nguyên liệu cho ngành công nghiệp sản xuất carrageenan

Theo thống kê trong vòng 25 năm qua, nhu cầu carrageenan trên thế giới tăng bình quân 5-7%/năm và dự báo sẽ tiếp tục tăng như vậy trong nhiều năm tới Nhu cầu carrageenan cao gấp 3 lần so với alginate và gấp hơn 20 lần so với agar

 Thị trường hiện nay và các công ty sản xuất carrageenan

Nghiên cứu thị trường buôn bán carrageenan trên thế giới cho thấy tốc độ phát triển sản xuất carrageenan trong thời gian gần đây là 3%/ năm

Hiện nay trên thế giới có 6 công ty sản xuất cung cấp trên 80% carrageenan

 Có hai loại công ty có thể phân biệt như sau:

 Công ty sản xuất polyme sinh học truyền thống, bao gồm:

- Tổng công ty FMC của MỸ, www.fmcbiopholyme.com

- Cp kelco của Mỹ, hình thành năm 2000 qua sự hợp nhất copenhagen pectin/ food gum đã sát nhập của hercules và nhóm polyme sinh học Kelco của công ty Mónanto/ pharmacia, www.cpkelco.com

 Các công ty sản xuất các thành phần hoàn thiện

Ngoài carrageenan, các công ty còn tạo các chất như tạo nhũ tương, tạo hương vị

- Công ty Degussa của Đức, hình thành từ hệ sinh học SKW,

- Công ty Danisco của Đan Mạch, www.danisco.com

- Công ty Quest international của Thụy Sĩ, một phần của ICI, www.questntl.com [16]

Nguồn: H Porse, CP Kelco ApS, 2002, pers.comm

Sự phát triển nhanh chóng của ngành rong đã giúp tăng sản lượng rong nguyên liệu đáp ứng nhu cầu thi trường trong các năm

Bảng 1.4 Sản lượng rong sụn của các nước (tấn khô/ năm) [34]

TT Tên nước năm 2004 năm 2005

Những năm trước nghề trồng rong sụn vẫn còn hạn chế do người dân chưa nắm bắt được kĩ thuật trồng rong sụn dẫn đến năng suất thấp Trong những năm gần đây rong sụn đang từng bước phát triển mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể cho người trồng, và đã thu hút rất nhiều hộ dân đầu tư vào trồng rong Hàng năm người dân đã cung cấp cho thị trường trong nước và trên thế giới hơn 300 tấn rong

Hiện nay, nhu cầu rong sụn ở trong nước và trên thế giới đang ngày một tăng Các công ty rong biển Việt Nam đã tậ trung thu mua rong biển 1500 tấn/tháng nhưng thị trường chưa đủ để đáp ứng Vì vậy trung tâm khuyến ngư của các tỉnh ven biển, có điều kiện thuận lợi cho phát triển ngành rong đã và đang khuyến khích đầu tư mở rộng diện tích trồng rong sụn, tạo hướng phát triển mới cho ngành sản xuất và chế biến rong sụn Sản lượng rong sụn của nước ta năm 2005 khoảng 2.000 tấn rong khô và vẫn còn tiếp tục tăng vào các năm tới

Gần đây ở nước ta cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu về sản xuất carrageenan ứng dụng thực phẩm:

- TS Trần Thị Hồng, Nguyễn Bích Thủy, Phạm Hồng Hải, Nguyễn Xuân Nguyên (2003) Nghiên cứu tách chiết carrageenan thô và tinh chế phục vụ cho ngành công nghệ thực phẩm và phi thực phẩm

- PGS TS Trần Thị Luyến giảng viên trường ĐH Thủy Sản Nha Trang cùng sinh viên Nguyễn Thành Thoại (2007) đã nghiên cứu thành công sử dụng carrageenan thay thế hàn the trong sản xuất giò chả

- TS Đồng Thị Anh Đào, trường ĐH Bách Khoa TP Hồ Chí Minh (2007), nghiên cứu thành công sản xuất bánh, mứt, gia vị từ rong sụn

Hiện nay các nhà khoa học cũng đang tập trung nghiên cứu các đặc điểm, tính chất, thành phần hoá học của rong biển chứa carrageenan để đưa ra quy trình tách chiết vừa đảm bảo chất lượng vừa có hiệu suất thu hồi cao

1.2 GIỚI THIỆU CARRAGEENAN TỪ RONG SỤN

1.2.1 Lịch sử phát hiện

Carrageenan bắt đầu được sử dụng hơn 600 năm trước đây, được chiết xuất từ

rêu Irish moss (loài rong đỏ chondrus crispus) tại một ngôi làng trên bờ biển phía

nam Ireland trong một ngôi làng mang tên Carraghen

Vào những năm 30 của thế kỉ XX, carrageenan được sử dụng trong công nghiệp bia và hồ sợi Cũng trong thời kỳ này những khám phá về cấu trúc hóa học của carrageenan được tiến hành mạnh mẽ

Sau này, carrageenan được chiết xuất từ một số loài rong khác như Gigartina

Stelata thuộc chi rong Gigartina Nhiều loài rong khác cũng được nghiên cứu trong

việc chiết tách carrageenan để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau

Ngày nay, sản xuất công nghiệp carrageenan không còn giới hạn chỉ tách

chiết từ Irish moss, mà còn rất nhiều loài rong đỏ thuộc ngành rhodophyta đã được

sử dụng, những loài này gọi chung là carrageenophyte Qua nhiều nghiên cứu đã có hành chục loài rong biển được khai thác tự nhiên hay nuôi trồng để sản xuất carrageenan [16]

1.2.2 Giới thiệu về carrageenan

1.2.2.1 Kết cấu đơn vị

Carrageenan là một polysaccharide của galactose-galactan Ngoài mạch polysaccharide chính còn có thể có các nhóm sulfate được gắn vào carrageenan ở vị trí và số lượng khác nhau Carrageenan không phải là một polysaccharide đơn lẻ, có cấu trúc nhất định mà carrageenan nói chung là một galactan sulfate Mỗi galactan sulfate là một dạng riêng của carrageenan và có kí hiệu riêng Thí dụ: i- carrageenan, λ-carrageenan, κ-carrageenan

Về cấu trúc carrageenan cung như agarose, carrageenan là polysaccharide có cấu tạo từ galactose và 3,6-anhydrogalactose, nhưng khác agarose ở chỗ là carrageenan chỉ chứa D- galactose và mức độ sulfate hóa cao hơn, còn agarose chứa 3,6-anhydrose-L-galactose

Carrageenan có đơn vị cấu trúc được cấu tạo bởi hai đơn vị hợp phần Đơn vị hợp phần có thể là vòng 3-β-D-galactose (đơn vị G), vòng 4-α-D-galactose (đơn vị D) hoặc vòng 4-3,6-anhydro-α-D-galactose (đơn vị DA) xen kẽ luân phiên nhau bằng các liên kết α(1 3) và β(1 4) Như vậy cấu trúc của carrageenan (disaccharide) có thể là (G+D) hoặc (G+DA) [16, 21].

1.2.2.2 Phân loại carrageenan

Carrageenan được phân loại theo hàm lượng 3,6-anhydrogalactose và vị trí nhóm ester sulfate, tạo nhiều sản phẩm có độ đông khác nhau Việc thay đổi thành phần 3,6 - anhydrogalactose sẽ ảnh hưởng đến quá trình hydrat hóa, cấu trúc và độ bền của chất đông, nhiệt độ đông và nóng chảy Nhìn chung, carrageenan có ba loại chính sau:

 Kappa carrageenan (κ-carrageenan )

Hình 1.4 Kết cấu của Carrageenan

κ-carrageenan là một polyme của -(1 (1 4)-3,6-anhydro-α-D-galactopyranose-(1 3)- κ- carrageenan được sản

3)-β-D-galactopyranose-4-sulfate-xuất bằng loại bỏ kiềm từ μ-carrageenan [21, 41]

- Hoà tan ở nhiệt độ cao

- Tạo khối đông (gel) cứng

- Độ bền của khối đông tăng lên khi có mặt của muối kali

- Chỉ hòa tan hoàn toàn khi đun nóng dung dịch

- Độ bền của gel tăng lên khi có mặt của muối kali

- Hình thành khối đông dẻo và đàn hồi

Hình 1.5 κ-carrageenan [21]

 Lambda carrageenan (λ-carrageenan )

λ-carrageenan có monome hầu hết là -(1 sulfate-(1 4)-α-D-galactopyranose-2 ,6-disulfate-(1 3)

3)-β-D-galactopyranose-2-λ-carrageenan (tách chiết chủ yếu là từ Gigartina pistillata hoặc Chondrus

crispus) được chuyển thành θ-carrageenan (theta-carrageenan) bằng cách loại bỏ

tính kiềm, nhưng ở một tốc độ chậm hơn nhiều so với việc sản xuất i-carrageenan

và κ-carrageenan

- Có thể tan hoàn toàn ở nhiệt độ thấp

- Tạo dung dịch có độ nhớt cao mặc dù khong tạo đông

- Tương tác với protein tạo sự ổn định cho nhiều sản phẩm

Hình 1.6 i-carrageenan [21]

Hình 1.7 λ-carrageenan [21]

1.2.3 Tính chất của carrageenan

1.2.3.1 Tính chất hóa lý

- Màu hơi vàng, màu nâu vàng nhạt hay màu trắng

- Carrageenan là chất kết tinh không định hình, hút nước trương nở, không tan trong nước lạnh, không tan trong ethanol và nước ấm, tan trong nước ở nhiệt độ trên 800C tạo thành một dung dịch sệt hay dung dịch màu trắng đục có tính chảy; phân tán dễ dàng trong nước hơn nếu ban đầu được làm ẩm với cồn, glycerol, hay dung dịch bão hòa glucose và sucrose trong nước Khi làm nguội thì đông lại tạo thể gel khối có tính đàn hồi

- Ở thể gel carrageenan có thể chịu lực (sức đông) Và carrageenan lại có thể bị thủy phân cắt mạch khi tiếp xúc một trong các điều kiện: H+, OH-, t0 [6]

- Dạng bột thô, bột mịn và gần như không mùi

- Độ nhớt của dung dịch tùy thuộc vào loại carrageenan, khối lượng phân

tử, nhiệt độ, các ion có mặt và hàm lượng carrageenan

- Cũng như những polymer mạch thẳng có mang điện tích khác, độ nhớt tỉ lệ thuận với hàm lượng

- Carrageenan có khả năng tương tác với nhiều loại gum, đặc biệt là locust bean gum, trong đó tùy thuộc vào hàm lượng nó sẽ có tác dụng làm tăng độ nhớt,

độ bền gel và độ đàn hồi của gel

- Ở hàm lượng cao carrageenan làm tăng độ bền gel của guar gum nhưng ở hàm lượng thấp, nó chỉ có thể làm tăng độ nhớt

- Khi carrageenan được cho vào những dung dịch của gum ghatti, alginate

và pectin nó sẽ làm giảm độ nhớt của các dung dịch này

- Carrageenan ổn định ở pH >7, phân hủy ở pH = 5-7, phân hủy nhanh ở pH< 5

a Độ tan

Carrageenan tan trong nước nhưng độ tan của nó phụ thuộc vào dạng, nhiệt

độ, pH, nồng độ ion và các chất tan khác

Nhóm carrageenan có cầu nối 3,6-anhydro không ưa nước, do đó các carrageenan này không tan trong nước Nhóm carrageenan không có cầu nối thì dễ tan hơn Thí dụ: λ-carrageenan không có cầu nối 3,6 anhydro và có thêm 3 nhóm sulfat ưa nước nên nó tan trong nước ở điều kiện bất kỳ Đối với κ-carrageenan thì

có độ tan trung bình [16] Muối natri của κ-carrageenan tan trong nước lạnh nhưng muối kali của κ-carrageenan chỉ tan trong nước nóng

b Độ nhớt

Độ nhớt của dung dịch carrageenan phụ thuộc vào nhiệt độ, dạng, trọng lượng phân tử và sự hiện diện của các ion khác trong dung dịch Khi nhiệt độ và lực ion của dung dịch tăng thì độ nhớt của dung dịch giảm Các carrageenan tạo thành dung dịch có độ nhớt từ 25-500 Mpa, riêng κ-carrageenan có thể tạo dung dịch có độ nhớt tới 2000 Mpa

Sự liên quan tỉ lệ thuận giữa độ nhớt và trọng lượng phân tử của carrageenan

có thể mô tả bằng công thức cân bằng của Mark-Houwink như sau [,16, 28,35]: [η] = K ( Mw )α

Trong đó:

η: độ nhớt

Mw:trọng lượng phân tử trung bình

K và α hằng số phụ thuộc vào dạng carrageenan và dung môi hòa tan

c Tương tác giữa carrageenan với protein

Đây là một trong những tính chất quan trọng của carrageenan và cũng là đặc trưng cho tất cả các chất tạo gel cũng như các chất không tạo gel và xuất hiện phản ứng với protein Phản ứng này xảy ra nhờ các cation có mặt trong các nhóm protein tích điện tác dụng với nhóm sulfat mang điện âm của carrageenan và có tính quyết định đến độ bền cơ học của gel [16]

Trong công nghiệp sữa, nhờ vào tính chất liên kết của đặc biệt với các protein trong sữa mà carrageenan được sử dụng với nồng độ rất thấp 0.015-0.025% cũng

đủ làm tác nhân để ngăn chặn sự tách lỏng và làm ổn định các hạt coca trong sữa socola [11,16]

Tương tác hiệp lực giữa carrageenan và protein trong sữa là tương tác tĩnh điện Nhóm sulfate tự do trong carrageenan gây ra điện tích âm

Hình 1.8.Tương tác tĩnh điện giữa các nhóm sulfate của carrageenan và

casein [16]

Hình 1.9 Các hình thức liên kết của carrageenan với protein[16]

1.2.3.2 Tính chất tạo gel

Carrageenan có một tính chất vô cùng quan trọng là tạo gel ở nồng độ thấp (nhỏ hơn 0.5%) Dung dịch nóng của κ-carrageenan và i-carrageenan sẽ tạo gel khi được làm nguội xuống từ 400C–60oC dựa vào sự có mặt của các cation Gel carrageenan có tính thuận nghịch về nhiệt và có tính trễ nhiệt, có nghĩa là nhiệt độ tạo gel và nhiệt độ nóng chảy của gel khác nhau Gel này ổn định ở nhiệt độ phòng nhưng khi gia nhiệt cao hơn nhiệt độ tạo gel từ 5 – 12oC thì gel có thể chảy ra Khi làm lạnh sẽ tạo gel lại

Ở dạng gel, các mạch polysaccharide xoắn vòng như lò xo và cũng có thể xoắn với nhau tạo thành khung xương không gian ba chiều vững chắc, bên trong có thể chứa nhiều phân tử nước (hay dung môi) Từ dạng dung dịch chuyển sang dạng gel là do tương tác giữa các phân tử polyme hòa tan với các phân tử dung môi ở bên trong, nhờ tương tác này mà gel tạo thành có độ bền cơ học cao Phần xoắn vòng lò

xo chính là những mầm tạo gel, chúng lôi kéo các phân tử dung môi vào vùng liên kết Sự hình thành gel có thể gây ra bởi nhiệt độ thấp hoặc thêm các cation ở nồng

độ nhất định Quá trình hình thành gel diễn ra phức tạp, được thực hiện theo hai bước:

Bước 1: Khi hạ nhiệt độ đến một giới hạn nào đó trong phân tử carrageenan

có sự chuyển cấu hình từ dạng cuộn ngẫu nhiên không có trật tự sang dạng xoắn có trật tự Nhiệt độ của quá trình chuyển đổi này phụ thuộc vào dạng và cấu trúc các carrageenan, cũng như phụ thuộc vào dạng và nồng độ của muối thêm vào dung dịch carrageenan Do đó mỗi một dạng carrageenan có một điểm nhiệt độ tạo gel riêng

Bước 2: Gel của các polyme xoắn có thể thực hiện ở các mức độ xoắn

 Trong trường hợp đầu, sự phân nhánh và kết hợp lại sẽ xuất hiện cấp độ xoắn thông qua sự hình thành không đầu đủ của xoắn kép, theo hướng đó mỗi chuỗi tham gia vào xoắn kép với hơn một chuỗi khác

 Trong trường hợp thứ hai, các phần đã phát triển đầy đủ của đa xoắn tụ hợp lại tạo thành gel Còn dưới các điều kiện khônng tạo gel, ở các nồng độ polyme thấp sự hình thành và hợp lại của các xoắn sẽ dẫn đến tăng độ nhớt

- Qua đó có thể mô tả cơ chế tạo gel như sau:

 Trước hết là sự xuất hiện chuyển đổi cấu hình từ dạng cuộn sang xoắn lò

xo

 Tiếp sau là sự kết hợp của các xoắn và tập trung lại một cách có trật tự tạo thành xoắn kép–gel Như vậy gel sẽ tập hợp các xoắn có trật tự hay cong gọi là xoắn kép [16]

Khả năng hình thành gel của carrageenan phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, nồng độ dung dịch và hàm lượng muối có trong dung dịch,các ion kim loại Ngoài ra còn phụ thuộc vào loại rong tách chiết, độ nhớt, sự hình thành và phân bố các gốc galactose trong mạch polymer và phụ thuộc nhiều vào công nghệ tách chiết [15]

1.2.3.3 Tính chất hóa học

Quá trình hình thành liên kết 3,6- anhydro:

Đối với carrageenan, có một quá trình đáng lưu ý là chuyển đổi carrageenan

từ nhóm cấu trúc không có cầu nối 3,6 anhydro D-galactose (G,D) (như ν, μ, λ,

Hình 1.10 Tác dụng của nhiệt độ đối với cơ chế chuyển đổi từ dung

dịch sang gel

carrageenan) thành các carrageenan thuộc nhóm cấu trúc có cầu nối 3,6 anhydro –D- galactose ( G,DA ) như κ, i, θ) ν và μ được xem như là tiền thân sinh học tự nhiên của κ, i-carrageenan tương ứng Còn λ- không phải là tiền thân sinh học tự nhiên của θ-carrageenan vì trong λ-carrageenan có 3 nhóm este sulfate cụm lại xung quanh nhóm hydroxyl trên C3 của đơn vị 4-α-D-galactopyranose bảo vệ, ngăn chặn khỏi bị ion hóa và phân cực hóa làm giảm tốc độ phản ứng đóng vòng Hơn thế nữa λ-carrageenan mang nhóm este sulfate ở vị trí C2 của đơn vị 3-β-D-galactopyranose

sẽ có một ảnh hưởng khác nữa sinh do tương tác giữa các nhóm sulfate này với nhóm hydroxyl trên vị trí C3 của đơn vị 4-α-D-galactopyranose Điều này có thể giải thích tại sao trong tự nhiên không có các dẫn xuất đóng vòng của λ-carrageenan, muốn có được phải thực hiện bằng con đường tổng hợp hóa học với các xúc tác đặc biệt

Quá trình chuyển nhóm cấu trúc này được thực hiện trong môi trường kiềm mạnh, cầu nối 3,6 anhydro được hình thành do mất nhóm sulfate tại C6 của tiền thân và đồng thời hình thành cầu nối 3,6-anhydro

Cơ chế của sự hình thành này gồm hai bước:

Hình.1.11 Tương tác giữa các nhóm este sulfate trên C2 của đơn vị

3-β-D-galactopyranose và hydroxyl trên đơn vị 4-α-D-3-β-D-galactopyranose

- Đầu tiên α-glactose-6 sulfate (D6s) chuyển từ sự cấu hình 4C1 thành cấu hình 1C4 bởi việc tăng nhiệt độ (800C-900C), điều này đặt cả hai nhóm 6-O-SO3-Gal

và C3 OH vào vị trí quanh trục Sự có mặt của kiềm mạnh, xúc tác (NaBH4) sẽ ion hóa đồng thời các nhóm hydroxyl tự do (tại C2, C3 trong κ-carrageenan; tại C3 trong i-carrageenan) của liên kết (1-4) α-D-galactose, sản xuất ra anion O-

- Bước thứ hai, phản ứng đổi chuỗi nucleophil của C6-sulfate bởi sự tấn công của anion O- dẫn đến sự hình thành cầu nối 3,6 anhydro trong gốc galactose tương tự (DA) và sự biến mất nhóm sulfate tại C6

Sự hình thành liên kết cầu nối 3,6-anhydro trong tự nhiên được xúc tác bởi các enzyme sulphohydrolase Các enzyme này ảnh hưởng đến quá trình sinh tổng hợp thành tế bào Các tiền thân sinh học hình thành gel κ-carrageenan, i-carrageenan là

µ và ν- carrageenan tương ứng Đối i-carrageenan quan hệ sinh tổng hợp giữa tiền thân và sản phẩm rõ ràng, nhưng với κ-carrageenan điều này còn mơ hồ bởi vì một

số mẫu lai hóa κ-/i- carrageenan có chứa chỉ ν-carrageenan như một tiền thân sinh

học Sự có mặt của ν-carrageenan trong mẫu của κ-carrageenan từ kappaphycus

alvarezii cho thấy các sản phẩm của nó chủ yếu là κ-carrageenan nguyên chất Điều

này khẳng định ν-carrageenan là tiền thân sinh học chung cho cả κ-, i-carrageenan

và mỗi carrageenan khác nhau có qua trình sinh tổng hợp trong các giai đoạn khác nhau Hai enzyme sulphohydrolase I và sulphohydrilase II xúc tác quá trình hình thành cầu nối 3,6 anhydro Sulphohydrolase I nhường sulfate mà không biến đổi độ nhớt của polyme, các enzyme này tấn công một cách ngẫu nhiên Còn sulphohydrolase II tách sulfate từ việc xử lý ν-carrageenan dẫn đến việc hình thành các chuỗi dài liên tục của dimer i-carrageenan và làm tăng đáng kể tính tạo gel của polysachride, chứng tỏ có sự hình thành cấu trúc xoắn lò xo[16]

Bảng 1.5 Một số loài rong đỏ chứa carrageenan [3]

Rong đỏ Loại carrageenan chủ yếu

1.2.3.4 Quy trình tách chiết carrageenan

Nhìn chung quy trình tách chiết carrageenan từ rong biển trên thế giới cũng như Việt Nam đều có các công đoạn chủ yếu sau:

- Xử lý rong trước khi nấu chiết

- Nấu chiết carrageenan

[Typ

e a quot

e from the document

or the summary

of an interestin

g point You can position the text box anywhere

in the docu

Hình 1.12 Quá trình chuyển hóa của carrageenan trong môi trường

kiềm mạnh [41]

lý rong trong môi trường kiềm cho hiệu suất thu hồi cao nhất

- Mục đích của công đoạn này là dùng các yếu tố có khả năng khử các tạp chất (chất khoáng, chất màu, protein,cellulose, lipid ) không có lợi cho sản phẩm carrageenan Đồng thời dung dịch kiềm còn có tác dụng bào mòn phần da của cây rong, làm suy giảm màng liên kết tế bào chứa carrageenan, dung dịch kiềm cũng giúp chuyển hóa D-galactose sulfate thành 3,6 anhydrogalactose trong carrageenan

và làm tăng sức đông của carrageenan, từ đó tạo điều kiện cho việc rút ngắn thời gian nấu chiết, nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm

 Nấu chiết

Nấu chiết là khâu quan trọng trong quá trình sản xuất carrageenan Mục đích của công đoạn này là phải đạt hiệu suất thu hồi cao đồng thời vẫn đảm bảo chất lượng của carrageenan

Trong quá trình nấu chiết có nhiều yếu tố ảnh hưởng như môi trường nấu, nhiệt độ, thời gian, lượng nước, thiết bị

 Môi trường nấu chiết

Môi trường nấu chiết là môi trường trung tính hay sử dụng môi trường có kiềm loãng, là môi trường cho sức đông của carrageenan cao Do cấu trúc thân rong mềm yếu nên không nên nấu chiết trong môi trường có tính acid và môi trường kiềm và ở nhiệt độ cao sẽ phá vỡ mạch polyme của carrageenan, từ đó sẽ làm cho sức đông, độ nhớt và hiệu suất của carrageenan giảm xuống

 Nhiệt độ nấu chiết

Carrageenan không tan trong nước lạnh và nước ấm, do đó muốn nâng cao hiệu suất thì nấu chiết ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ hòa tan của nó

Nếu nhiệt độ quá cao thời gian nấu chiết giảm nhưng carrageenan bị thủy phân cắt mạch, làm sức đông giảm, nhiều tạp chất do cellulose của rong thủy phân cũng làm giảm chất lượng của carrageenan

Nếu nhiệt độ thấp, thời gian nấu kéo dài carrageenan cũng thủy phân cắt mạch làm sức đông của carrageenan giảm Bên cạnh đó mức độ hòa tan và hiệu suất thu hồi của carrageenan cũng bị giảm

Khi nấu chiết ở nhiệt độ phù hợp sẽ làm cho tốc độ chiết rút nhanh, độ nhớt của dung dịch thấp nên dễ lọc

 Thời gian nấu chiết

Phụ thuộc vào phương pháp xử lí rong trong khi nấu chiết, môi trường nấu chiết và nhiệt độ nấu chiết

Nếu thời gian quá dài làm một số phân tử carrageenan bị thủy phân phân cắt mạch làm độ chắc của thạch giảm

Nhiệt độ quá thấp không hòa tan hoàn toàn rong sẽ dẫn đến hiệu suất thu hồi thấp

 Tỉ lệ nước nấu

Lượng nước nấu ảnh hưởng lớn đến tỉ lệ thu hồi và độ chắc của carrageenan Nếu lượng nước quá lớn thì tạo dung dịch keo có nồng độ thấp, độ chắc kém không thao tác được các công đoạn sau nhất là khâu ép, thể tích thạch lớn, cồng kềnh, gây tốn kém cho thao tác tách nước nhưng có ưu điểm là dễ lọc và có hiệu suất cao Nếu lượng nước ít thạch chắc khắc phục được các nhược điểm trên nhưng có nhược điểm như do nồng độ dịch keo cao, độ nhớt lớn rất khó lọc tốc độ hòa tan của carrageenan từ nguyên liệu kém do độ nhớt cao hệ số khuếch tán giảm, chênh lệch nồng độ giữa nguyên liệu và dung dịch giảm Do vậy trong thực tế cần xác định lượng nước nấu phù hợp để thõa mãn được những nhu cầu sau: dịch keo dễ lọc, thạc đông chắc với cường độ vừa phải có thể thao tác với các công đoạn sau dễ dàng

 Thiết bị chiết

Trong phòng thí nghiệm có thể dùng cốc thủy tinh Ngoài ra ở quy mô công nghiệp người ta thường dùng nồi hai vỏ hay thùng inox có nắp đặt hệ thống dẫn hơi nước hay các nồi inox, nồi gang đun lửa trực tiếp

 Xử lý hỗn hợp sau nấu chiết

Thành phần hỗn hợp dịch keo rong sau khi nấu chiết bao gồm:

 Carrageenan hòa tan và là thành phần chính là sản phẩm sau này

Tách tạp chất hòa tan người ta dùng phương pháp lọc hấp phụ Chất hấp phụ thường là than hoạt tính có độ xốp cao, tẩy màu trong điều kiện liên tục khuấy đảo ở nhiệt độ 95-980C Tốt nhất đun sôi hỗn hợp 15- 20 phút, rồi lọc tách tạp chất bằng máy lọc ép có lớp màng ngăn lọc bằng cellulose Lượng than phụ thuộc vào tính hấp thụ của than và màu sắc của dịch

Lọc thô carrageenan được lọc ở nhiệt độ khoảng 700C-750C Tuy nhiên cách lọc này có nhược điểm như không lọc được được các chất lơ lửng, không tẩy được màu

Sau khi quá trình lọc xong ta được dịch lọc và bổ sung thêm KCl, cồn vào cho phép ta thu được sản phẩm với hiệu suất thu hồi cao

 Lạnh đông, tan đá

Dung dịch carrageenan là dịch keo nhớt chứa 95-99% là nước Do đó trước khi làm khô phải có công đoạn tách nước cho carrageenan Để tách nước cho carrageenan có thể thực hiện phương pháp lạnh đông tan đá

Nguyên lí của phương pháp:

Khi hạ nhiệt độ xuống dưới -150C nước liên kết trong carrageenan bị đóng băng còn carrageenan ở dạng keo tụ Khi tan nước đóng băng chảy ra còn carrageenan không tan, kết quả nước tách khỏi carrgeenan

 Tan đá tách nước

Trong quá trình rã đông, một phần hơi nước tách khỏi khối thạch nhờ sự thăng hoa hơi nước ở điều kiện nhiệt độ thấp, lượng nước còn lại tách khỏi khối keo theo chiều hướng tan đá và bay hơi, tan đá tách nước có thể tiến hành theo 2 cách:

 Tan giá tự nhiên (bằng không khí)

Nước đá tan ra tự lách qua khe hở của colagen chảy nhỏ giọt xuống Bản thân carrageenan có phin lọc cao phân tử, nên nó thúc đẩy quá trình tan nước đá Như vậy nước sẽ tách khỏi colagen theo đường hướng một phần thăng hoa, một phần bay hơi và phần lớn sẽ tan nhỏ giọt

 Tan giá bằng hơi nước

Thông thường người ta sử dụng tan giá trong nước rồi sau đó ly tâm để tách lấy carrageenan

Sau khi tan giá trọng lượng của carrageenan giảm đi khoảng 75% Điều kiện chạy đông và tan đá, tan giá thạch đông ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả tách nước Sau khi sản phẩm đã đóng đá rồi ta đưa ra ngoài xả đá tách lấy sản phẩm (nếu sợi sản phẩm xốp có chứa nhiều nước thì dùng cồn để tách phần nước còn lại và cũng loại bỏ một phần màu làm cho sản phẩm sáng hơn)

 Phương pháp sấy khô carrageenan

Sấy khô đến độ ẩm 20-22 % là công đoạn cuối cùng của công nghệ sản xuất tạo đông Quá trình làm khô carrageenan có thể tiến hành trong điều kiện nhiệt độ thấp hay nhiệt độ cao dưới áp suất thường hay trong chân không hoặc bằng các tia bức xạ

Chế độ sấy, phương pháp chuẩn bị gel trước khi sấy khô sản phẩm quyết định nhiều đến màu sắc hình dạng và chất lượng của chất tạo đông khô Vì vậy việc chọn phương pháp sấy, chế độ sấy, thiết bị sấy đóng vai trò quan trọng trong sản xuất các loại keo rong

Trong quá trình sấy các yếu tố: Thời gian, nhiệt độ sấy, pH của carrageenan ướt là các yếu tố chính quyết định đến tính chất lý, hóa học và chất lượng của sản phẩm

Thường sử dụng phương pháp sấy carrgeenan ở nhiệt độ thấp

- Làm khô tự nhiên: Trải carrageenan trên các giàn phơi với độ dày 3mm đem phơi nắng sau 2-3 ngày nắng tốt carrageenan khô hoàn toàn Kiểu làm khô này đơn giản nhưng carrageenan dễ nhiễm tạp do tiếp xúc với môi trường xung quanh

- Làm khô bằng quạt thổi thông khí: Tốc độ gió 15-20m/s, sấy trong 5-6h Cách này it bị nhiễm tạp và chất lượng cao nhưng tốn nhiều thời gian Và cuối cùng cũng phải sấy lại hay phơi nắng để đạt độ ẩm 20-22%

- Ngoài ra để giảm thời gian sấy người ta có thể sử dụng thiết bị sấy phun

Cô đặc carrageenan trong nồi chân không với nồng độ 7% không nên cô đặc hơn vì lúc ấy dịch keo có độ nhớt cao, tính lưu động kém dễ đóng vón làm giảm năng suất của máy

Nguồn: H Porse, CP Kelco ApS, 2002, pers.comm

Carrageenan được ứng dụng ở nhiều dạng khác nhau trong nhiều sản phẩm mà chúng ta sử dụng hàng ngày, nhất là trong lĩnh vực thực phẩm bánh kẹo, tính phổ biến của carrageenan như vậy, chính vì carrageenan là sản phẩm có độ an toàn cao bảo đảm sử dụng không độc hại trong thực phẩm cũng như trong nhiều ngành khác Các sản phẩm của carrageenan được sử dụng như một thành phần thực phẩm trong nhiều thế kỷ Thực phẩm carrageenan với một trong lượng phân tử trung bình điển hình trên 100kDa, đã được chứng minh là hoàn toàn là không độc, không có dấu hiệu gây viêm loét trên cơ thể, có thể sử dụng trong thực phẩm với những lượng không giới hạn Ban quản lý thuốc và thực phẩm của Mỹ cũng đã cho rằng thực phẩm có chứa carrageenan đã được công nhận chung là thực phẩm an toàn không

có chất độc hoặc chất gây ung thư Carrageenan đã được đưa vào danh mục các chất an toàn đối với việc sử dụng trong thành phần các sản phẩm thực phẩm

Tính phổ biến của carrageenan trong các sản phẩm được thể hiện trong bốn đặc điểm sau:

- Carrageenan tham gia như một chất làm đông đặc đối với một số sản phẩm như kem, sữa, bơ, pho mat

- Carrageenan là một chất làm bền nhũ tương để giúp cho các dung dịch ở trạng thái nhũ tương cân bằng với nhau mà không bị tách lớp riêng rẽ

- Carrageenan làm thay đổi kết cấu của sản phẩm với tính chất hóa lý cơ học mong muốn, tạo ra các sản phẩm đông đặc có độ bền dai

- Carrageenan cũng giúp làm ổn định các tinh thể trong các sản phẩm như bánh kẹo để ngăn chặn đường hoặc nước đá kết tinh lại.Chính vì thế carrageenan được ứng dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân

Các ứng dụng của carrageenan

1.2.4.1 Ứng dụng trong công nghiệp bơ sữa

Carrageenan có tác động đáng kể với protein của sữa, làm cho các hạt nhũ tương sữa nước bền vững Chính vì yếu tố này mà carrageenan không thể thiếu trong công nghiệp chế biến sữa Sữa nóng có chứa carrageenan được làm lạnh sẽ tạo gel Gel giữ cho nhũ tương sữa với nước được bền vững, không bị phân lớp Tạo gel chính là sự tương tác giữa các ion sulphat với các đuôi mang điện của các phân tử protein và các cation Ca 2+, K + có mặt trong sữa

Mức độ tạo gel với sữa của các carrageenan cũng khác nhau κ -carrageenan và i-carrageenan không tan trong sữa lạnh, do đó gel chỉ được tạo thành trong quá trình chuyển biến từ nóng (đun) sang lạnh, λ-carrageenan hòa tan trong sữa lạnh, do đó

Các ứng dụng trong

kĩ thuật

Ứng dụng trong các ngành thực phẩm khác