LỜI CẢM ƠN
Sau ba tháng nghiên cứu và thực tập tại phòng thí nghiệm đến nay
em đã hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp.
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn
cô giáo TS. Phan Thị Khánh Vinh. Người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ
bảo, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Em xin cảm ơn các thầy cô Khoa Công nghệ Thực phẩm, Khoa
Chế biến đã tạo điều kiện cho em thực hiện đồ án tốt nghiệp này. Em
cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới tất cả các thầy cô trong
phòng thí nghiệm đã dạy cho em nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý
báu.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, những
người đã luôn động viên, giúp đỡ em trong suốt thời gian thực tập vừa
qua.
Nha Trang, tháng 07 năm 2012.
Sinh viên
Đinh Thị Ngọc Yến

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 4
1.1. Khái quát chung về carrageenan 4
1.1.1. Nguồn gốc của carrageenan 4
1.1.2. Mức độ an toàn phụ gia carrageenan 4
1.1.3. Thị trường tiêu thụ và sản xuất 4

1.5.3. Sản xuất carrageenan dạng gel 22
1.6. Ứng dụng của carrageenan 23
1.7. Một số phương pháp bảo quản sản phẩm dạng lỏng phổ biến 25
1.7.1. Phương pháp hóa học 25
1.7.2. Phương pháp bảo quản lạnh đông 26
1.7.3. Phương pháp thanh trùng 27
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

28
2.1. Đối tượng nghiên cứu 28
2.2. Phương pháp nghiên cứu 28
2.2.1. Quy trình sản xuất gel kappa-carrageenan dự kiến 28
2.2.2. Bố trí thí nghiệm 30
2.2.2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định lượng KCl bổ
sung theo
sức đông
30
2.2.2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định lực ép gel và thời gian é
p
tách nước thích hợp
31
2.2.2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định phương pháp bảo quả
n
33
thích hợp
2.2.3. Phương pháp phân tích 35
2.2.4. Phương pháp xử lý số liệu 36
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 37
3.1. Thành phần hóa học của rong nguyên liệu 37
3.2. Các thông số kỹ thuật dung dịch carrageenan sau khi lọ

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56
PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng

Nội dung Trang

1.1 Tính tan của carrageenan trong các môi trường khá
c
nhau
8
1.2 Tính chất gel của các loại carrageenan khác nhau 11
3.1 Thành phần hóa học cơ bản của rong nguyên liệu 37
3.2 Bảng các thông số kỹ thuật của dung dịch carrageenan
sau khi lọc ly tâm
38
3.3 Sức đông của gel sau khi xử lý nhiệt 44
3.4 Điểm đánh giá cảm quan về màu sắc của gel kappa-
carrageenan sau thanh trùng
51
3.5 Bảng chỉ tiêu chất lượng sản phẩm gel kappa-
carrageenan
51
3.6 Kết quả kiểm tra vi sinh sau thanh trùng và sau 20 ngày
bảo quản
52
3.7 Bảng tính giá thành sản phẩm cho 15 lọ gel kappa-
carrageenan
54

sung
theo sức đông
30
2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian ép tách nướ
c
thích hợp
32
2.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định phương pháp bảo quả
n
thích hợp
34
3.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của lượng KCl bổ sung đế
n
sức đông của carrageenan
39
3.2 Đồ thị biểu diễn hàm lượng chất khô của gel kappa-
carrageenan theo thời gian ép tách nước
41
3.3 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi hàm lượng khoá
ng theo
thời gian ép tách nước
42
3.4 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi sức đông trước và
sau khi
ép tách nước
43
3.5 Đồ thị biểu diễn phần trăm giảm sức đông củ
a gel sau
khi xử lý nhiệt so với sức đông của gel ban đầu
44

thủy tinh từ loài rong đỏ Kappaphycus alvarezii trồng tại Cam
Ranh”.
2

Nội dung đề tài
- Tìm hiểu nguồn nguyên liệu Kappaphycus alvarezii, thành phần
hóa học nguyên liệu, công nghệ sản xuất carrageenan và tính chất của
nó.
- Nghiên cứu xác định hàm lượng KCl cần bổ sung qua sức đông
gel kappa-carrageenan.
- Nghiên cứu biến đổi hàm lượng nước, khoáng chất theo thời gian
ép cơ học gel kappa-carrageenan.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến chất lượng gel kappa-
carrageenan.
- Đề xuất quy trình sản xuất thử nghiệm gel kappa-carrageenan,
đánh giá chất lượng sản phẩm và tính sơ bộ giá thành nguyên liệu sản
phẩm.
Mục tiêu của đề tài
Thử nghiệm sản xuất sản phẩm gel kappa-carrageenan đựng trong
bao bì thủy tinh, thay thế và khắc phục những hạn chế của bột
carrageenan.
Ý nghĩa khoa học
Đưa ra quy trình sản xuất thử nghiệm gel kappa-carrageenan, góp
phần làm phong phú thêm thị trường các chất phụ gia .
Ý nghĩa thực tiễn
- Tạo ra hướng phát triển mới cho ngành công nghiệp sản xuất các
chất phụ gia và phù hợp triển khai áp dụng cho các cơ sở sản xuất vừa và

4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Khái quát chung về carrageenan [7], [9], [17], [26]
1.1.1. Nguồn gốc của carrageenan
Carrageenan được biết đến và sử dụng như phụ gia thực phẩm hơn
600 năm nay ở Châu Âu và vùng Châu Á Thái Bình Dương. Từ
“carrageenan” có nguồn gốc ở Ireland nơi các món tráng miệng được
làm từ tảo Chodrus cripus hay Irish moss bởi những người dân làng
“Carraghen”.
Mãi cho đến khi chiến tranh thế giới lần thứ nhất bùng nổ thì việc
thiếu hụt nguồn cung cấp gelatin phục vụ quân đội đã thúc đẩy tìm kiếm
chất khác thay thế. Cùng với đó thì những nghiên cứu về cấu trúc hóa
học, phương pháp tách chiết ngày càng phát triển.
1.1.2. Mức độ an toàn phụ gia carrageenan
Qua nhiều nghiên cứu thử nghiệm lâm sàng độc tính của
carrageenan trên chuột, thỏ cho thấy carrageenan an toàn cho con người.
Ở Châu Âu, carrageenan được xem như phụ gia thực phẩm với ký hiệu
E407.
Theo Luật thực phẩm của Mỹ và Tiêu chuẩn Châu Âu,
carrageenan thương mại cấp thực phẩm phải đạt các tiêu chuẩn sau:
- Hàm lượng galactan chứa gốc sunfat 18 ÷ 40%.
- Độ nhớt dung dịch 1,5% carrageenan ở 75
0
C không thấp hơn 5
cP, tương ứng với khối lượng phân tử không thấp hơn 100 kDa.
- Hàm lượng tro tối đa 40%.

- Nhóm 1: chứa các loại mu, nu, kappa, iota và các dẫn xuất của
chúng. Các carrageenan này tạo gel với ion K
+
hoặc có thể xử lý kiềm để
6

có tính chất tạo gel, chúng có đặc điểm là gốc đường có liên kết 1,3 hoặc
là không có nhóm sulphat hóa ở vị trí C
4
.
- Nhóm 2: chứa các loại lambda, xi, theta và các dẫn xuất của
chúng. Chúng không có khả năng tạo gel ngay cả trước và sau khi xử lý
kiềm. Đặc trưng của cấu trúc này là cả hai loại gốc đường liên kết 1,4 và
1,3 đều có nhóm sulphat ở vị trí C
2
.
Ngày nay đã phát hiện hơn 18 loại và cấu trúc khác nhau của
carrageenan. Tuy nhiên, kappa-carrageenan, lamda-carrageenan, iota-
carrageenan là được nghiên cứu và ứng dụng nhiều nhất [12].
1.2.1. Cấu trúc của kappa-carrageenan [6]
Kappa-carrageenan là một loại polymer mạch ngắn xen kẽ giữa
D-galactose- 4-sulphat (Gal S) và 3,6-anhydro D-galctose (Gal A). Cấu
trúc phân tử của kappa-carrageenan là vòng xoắn kép bậc 3.
Hình 1.1. Cấu trúc của kappa-carrageenan
Hình 1.2. Cấu trúc hóa học của iota-carrageenan
1.2.3. Cấu trúc hóa học của lamda-carrageenan

Hình 1.3. Cấu trúc hóa học của lamda-carrageenan
Trong mạch phân tử các đơn vị monomeric được xen kẽ với nhau,
các đơn vị gồm D-galactose-2-sunphat (1,3) và D-galactose-2,6-
disunphat (1,4).
Các phân đoạn này đều có tính đa phân tán, nhưng chúng khác
nhau về thành phần ester sunphate và gốc quay quang. Lamda-
carrageenan có khối lượng phân tử cao và mạch dài hơn kappa-
carrageenan. Thành phần này cũng phụ thuộc vào phương pháp, chế độ
xử lý, nấu chiết và loại rong nguyên liệu.
1.3. Tính chất của carrageenan
1.3.1. Tính tan [5], [11]
Carrageenan tan với vận tốc khác nhau phụ thuộc vào loại, nhiệt
độ, bản chất dung môi.

O
O
O

CH
2
OH OSO
2

0
C Tan ở >70
0
C Tan
Nước lạnh
- -
Tan trong các loại
muối
Sữa nóng Tan Tan Tan
Sữa lạnh Không tan Không tan Phân tán dày
Sữa lạnh
(tetrasodium
pyrophophate)
Đặc hoặc tạo gel Đặc hoặc tạo gel Tạo độ đặc hoặc
tạo gel
Dung dịch đường Tan trong dung
dịch lạnh và nóng

Khó tan Tan trong dung
dịch nóng
Dung dịch muối Tan trong dung
dịch nóng
Tan trong dung
dịch nước nóng
Tan trong dung
dịch nóng
Dung dịch hữu cơ Không tan Không tan Không tan

Kappa-carrageenan và lamda-carrageenan hòa tan trong dung dịch
saccharose nóng ở nồng độ lớn hơn 65% và nhiệt độ 70

đáng kể tạo thành gel theo thời gian khi nó tiếp xúc với dung môi.
Carrageenan là polysaccharide có cực nên trương nở trong dung môi có
cực (nước).
1.3.4. Khả năng và cơ chế tạo gel [6]
Carrageenan có một tính chất vô cùng quan trọng là tạo gel ở nồng
độ thấp (nhỏ hơn 0,5 %). 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 chất, 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.
10

Sự hình thành gel có thể gây ra bởi nhiệt độ thấp hoặc thêm các
cation với một 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 cấp 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 đầy 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 không tạo gel, ở các nồng

Đặc tính tạo gel của các loại carrageenan khác nhau như sau:
Kappa-carrageenan
- Tạo gel bền, rắn chắc với K
+

- Tạo gel giòn với Ca
2+

Iota-carrageenan
- Gel đàn hồi
- Kết tủa khi có mặt của Ca
2+

- Gel bền trong quá trình rã đông và làm đông
Lamda- carrageenan
- Không tạo gel
12

- Dung dịch có độ nhớt cao
1.3.5. Phản ứng với protein [6]
Đây là một trong những tính chất quan trọng của carrageenan và
cũng là tính chất đặc trưng cho tất cả các chất tạo gel cũng như các chất
không tạo gel. 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. Trong công
nghiệp sữa, nhờ vào tính chất liên kết với các protein trong sữa mà
carrageenan được sử dụng (với nồng độ 0,015 – 0,025 %) làm tác nhân
để ngăn chặn sự tách lỏng và làm ổn định các hạt coca trong sữa sôcôla.

Hình 1.5. Các hình thức liên kết giữa carrageenan với protein

xảy ra nhanh hơn do đó gel carrageenan rất kém bền trong môi trường
axit
.

1.3.9. Tính hấp thụ tia hồng ngoại và màu [6]
Dung dịch carrageenan là một chất hữu cơ nên có khả năng hấp
thụ hồng ngoại cho phổ có bước sóng trong phạm vi nhất định, phụ
thuộc vào thành phần carrageenan. Dựa vào tính chất này mà người ta
biết được carrageenan đó thuộc loại nào: kappa-carrageenan, iota-
carrageenan, lamda-carrageenan.
14

Các loại polysaccharide thường cho bước sóng ở vùng hồng ngoại
trong khoảng 1.000-1.100 cm
-1
. Với các loại carrageenan tạo gel thì cho
mũi hấp thụ cực đại (mũi hấp thụ trong khoảng rộng) ở 1.065 cm
-1
, loại
không tạo gel có mũi hấp thụ thấp hơn 1.020 cm
-1
.
1.3.10. Phản ứng tạo tủa [6]
Carrageenan là một polymer mang điện tích âm nên sẽ kết tủa
trong các đại phân tử mang điện tích dương như: metylen xanh,
safranine, mauvine, những phẩm màu azo thiazo khác, tính chất này
giống một vài alkaloid và protein.
1.3.11. Tính thủy phân và sự metyl hóa, ứng dụng để xác định công
thức cấu tạo của carrageenan [6]
Dung dịch carrageenan ít bị thủy phân trong môi trường pH 9, ở

Thuận,
Các công trình nghiên cứu về sinh thái của rong sụn đã khẳng
định: rong sụn hoàn toàn có khả năng sinh trưởng, phát triển tốt ở ven
biển Việt Nam, trong các đầm, vịnh nhiều san hô, bãi ngang, ao, hồ,
lặng sóng gió ở các tỉnh Nam Trung Bộ.
Năm 1999 năng suất rong sụn thu được ở bờ biển Ninh Thuận vào
khoảng 60 tấn rong khô/ năm, năng suất này đã tăng cao hơn trong
những năm gần đây.
Năm 2007, sản lượng rong khô thu được là 3.200 tấn rong khô/
năm và chủ yếu xuất khẩu sang thị trường các nước như: Philippine,
Nhật Bản, , một số ít phục vụ cho thị trường nội địa [8].
1.4.2. Đặc điểm, hình thái của rong sụn

16

Hình 1.6. Hình ảnh cây rong sụn

Rong sụn là loài rong có đặc tính dòn dễ gẫy khi tươi. Rong sụn

tạo lớp muối trắng bao phủ rong khô, chính lớp muối này có tác dụng ức
chế vi sinh vật. Vì vậy, rong khô vẫn giữ được chất lượng dù độ ẩm
trong rong nguyên liệu lên đến 40% [25].
Nghiên cứu thành phần monosaccarit của rong sụn Kappaphycus
alvarezii trồng tại Cam Ranh cho thấy hàm lượng 6- O- metyl galactose
chiếm tỷ lệ nhỏ từ 0,5 ÷ 1,0%, chính vì lý do đó nhiệt độ tan chảy của
kappa-carrageenan tự nhiên (50 ÷ 55
0
C) và thấp hơn nhiều so với agar
(>80
0
C) có trong Gracilaria với hàm lượng 6- O- metyl galactose lên
đến 8%.
Hàm lượng glucose – sản phẩm thủy phân tinh bột thực vật có
trong rong chiếm tỷ lệ nhỏ dưới 1,5%. Điều đó cho phép thu được chế
phẩm carrageenan với độ tinh sạch cao.
Tỷ lệ 3,6- anhydrogalactose : galactose (A/G) cho biết độ đều đặn
cấu trúc carrageenan và là chỉ số cho biết sức đông của gel carrageenan.
Tỷ lệ càng gần 1 thì sức đông càng cao.
Carrageenan tự nhiên chiết từ rong sụn trồng tại Cam Ranh có tỷ
lệ A/G khá cao 0,86 trong khi mẫu kappa-carrageenan hãng Sigma đạt
0,94. Để nâng cao chỉ số A/G có thể sử dụng kiềm để tăng hàm lượng
18

3,6-anhydrogalactose, tuy nhiên sức đông của gel 2% kappa-carrageenan
khá cao trên 700 g/cm
2
, đủ đáp ứng chỉ tiêu kappa-carrageenan cấp thực
phẩm. Vì vậy việc sử dụng kiềm có thể được bỏ qua.
Trong rong sụn có chứa nhóm sắc tố đặc trưng R-phycocythrine

T: 120 phút
T
0
: 90 ±2
0
C
Tỷ lệ W/V : 1/30
Xử lý KOH
Rửa sạch đến pH=7
Rửa sạch
Phơi khô/ sấy khô
Tẩy màu (H
2
O
2
)
T: 12 phút
Tỷ lệ W/V: 1/3

Trích đoạn CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

---