Luận Văn Nghiên cứu sản xuất thử nghiệm sản phẩm gel kappa-carrageenan đựng trong bao bì thủy tinh từ loài ro

Đồ án tốt nghiệp năm 2012
Đề tài: Nghiên cứu sản xuất thử nghiệm sản phẩm gel kappa-carrageenan đựng trong bao bì thủy tinh từ loài rong đỏ Kappaphycus alvarezii trồng tại Cam Ranh


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
1.2. Cấu trúc của carrageenan 5
1.2.1. Cấu trúc của kappa-carrageenan 6
1.2.2. Cấu trúc của iota-carrageenan 6
1.2.3. Cấu trúc của lamda-carrageenan 7
1.3. Tính chất của carrageenan 7
1.3.1. Tính tan 7
1.3.2. Độ nhớt 9
1.3.3. Tính trương nở 9
1.3.4. Khả năng và cơ chế tạo gel 9
1.3.5. Phản ứng với protein 12
1.3.6. Khả năng tương tác với các chất khác 12
1.3.7. Tính chịu nhiêt 13
1.3.8. Tính bền axit 13
1.3.9. Tính hấp thụ tia hồng ngoại và màu 13
1.3.10. Phản ứng tạo tủa 14
1.3.11. Tính thủy phân và sự metyl hóa, ứng dụng để xác định
công thức cấu tạo của carrageenan
14
1.3.12. Một vài tính chất khác 15
1.4. Nguyên liệu sản xuất carrageenan – rong đỏ carrageenophyte
vùng nhiệt đới
15
1.4.1. Tổng quan về rong sụn 15
1.4.2. Đặc điểm, hình thái của rong sụn 15
1.4.3. Thành phần hóa học của rong sụn 16
1.5. Một số quy trình công nghệ sản xuất carrageenan 18
1.5.1. Sản xuất carrageenan bán tinh chế 18
1.5.2. Sản xuất bột carrageenan 19
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 ép
tách nước thích hợp
31
2.2.2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định phương pháp bảo quản 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 lọc ly
tâm
38
3.3. Kết quả nghiên cứu xác định lượng KCl bổ sung theo sức
đông
39
3.4. Kết quả nghiên cứu xác định thời gian ép tách nước của gel
kappa-carrageenan
40
3.5. Kết quả nghiên cứu về sự biến đổi hàm lượng tro và sức đông
của gel kappa-carrageenan sau khi ép tách nước
41
3.6. Kết quả nghiên cứu sự giảm sức đông, màu sắc gel kappa-carrageenan dưới tác động của nhiệt độ
43
3.6.1. Kết quả nghiên cứu sự giảm sức đông của gel kappa-carrageenan sau khi gia nhiệt
43
3.6.2. Kết quả nghiên cứu sự thay đổi màu sắc của gel kappa-carrageenan sau khi xử lý nhiệt
45
3.7. Đề xuất quy trình sản xuất hoàn thiện 47
3.7.1. Quy trình công nghệ 47
3.7.2. Thuyết minh quy trình 48
3.8. Đánh giá chất lượng sản phẩm 50
3.9. Sơ bộ giá thành sản phẩm 53
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 55
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 khác
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
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình Nội dung Trang
1.1 Cấu trúc của kappa-carrageenan 6
1.2 Cấu trúc của iota-carrageenan 7
1.3 Cấu trúc của lamda-carrageenan 7
1.4 Tác dụng của nhiệt độ đối vơi cơ chế chuyển đổi từ
dung dịch sang gel
11
1.5 Các hình thức liên kết giữa carrageenan với protein 12
1.6 Hình ảnh cây rong sụn 16
1.7 Sơ đồ sản xuất carrageenan bán tinh chế 18
1.8 Sơ đồ sản xuất bột carrageenan 20
1.9 Sơ đồ sản xuất kappa-carrageean dạng gel 22
2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm chung của quy trình sản xuất
gel kappa-carrageenan
29
2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định lượng KCl bổ sung
theo sức đông
30
2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian ép tách nước
thích hợp
32
2.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định phương pháp bảo quản
thích hợp
34
3.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của lượng KCl bổ sung đến
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 khoáng 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 của gel sau
khi xử lý nhiệt so với sức đông của gel ban đầu
44
3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến màu sắc của gel kappa-carrageenan
46
3.7 Sơ đồ quy trình sản xuất gel kappa-carrageenan 47
3.8 Sản phẩm gel kappa-carrageenan 53
1
LỜI NÓI ĐẦU
Hydrocolloid từ rong biển đã từ lâu được ứng dụng rộng rãi trong
công nghiệp thực phẩm với vai trò chất tạo cấu trúc, tăng giá trị cảm
quan và tính dược liệu.
Cùng với sự gia tăng dân số và ổn định kinh tế, nhu cầu sử dụng
các hydrocolloid trên ngày càng tăng.
Trong số nhiều loại rong biển, rong đỏ đóng vai trò quan trọng vì
là nguồn nguyên liệu duy nhất để sản xuất agar và các loại carrageenan
khác nhau.
Trong các loài rong đỏ carrageenophyte phải kể đến Kappaphycus
alvarezii, là loài rong biển vùng nhiệt đới với năng suất và sản lượng
trồng cao, chất lượng rong tốt.
Trong công nghệ sản xuất bột carrageenan từ rong đỏ
carrageenophyte, quá trình sấy tiêu tốn nhiều nhiệt năng nhất do trong
gel carrageenan chiếm 98% nước. Mặt khác, để chế biến thực phẩm có
bổ sung carrageenan cần có giai đoạn trương nở, gia nhiệt, hòa tan.
Chính vì những lý do đó, việc sử dụng trực tiếp sản phẩm gel
carrageenan cho phép đơn giản hóa công nghệ sản xuất và mang tính
thực tiễn cao vì có thể áp dụng tại những cơ sở sản xuất nhỏ.
Xuất phát từ thực tế trên và được sự phân công ban chủ nhiệm
Khoa Công nghệ Thực phẩm, em thực hiện đề tài “Nghiên cứu sản xuất
thử nghiệm sản phẩm gel kappa-carrageenan đựng trong bao bì
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
nhỏ.
- Đồng thời góp phần nâng cao thu nhập cho người dân.


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 cripushay 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 ư 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%.
- Hàm lượng kim loại nặng (Cd, Pb, Sn, Hg) trong khoảng 1 ư 3
mg/kg phụ thuộc từng loại kim loại nặng [9].
1.1.3. Thị trường tiêu thụ và sản xuất
5
Trong những năm cuối thế kỉ 20 thị trường tiêu thụ carrageenan
không ngừng tăng. Theo số liệu thống kê và dự báo nhu cầu carrageenan
tăng 5 ư 7%/ năm, đặc biệt ở khu vực Châu Á [17].
Theo số liệu thống kê năm 2009, sản lượng carrageenan sản xuất
toàn thế giới đạt 50.000 tấn/năm. Trong đó 41% tổng sản lượng
carrageenan sản xuất tại Philippine, chủ yếu bởi công ty Marcel
Corporation, MCPI, Shemberg Corporation. Bên cạnh đó phải kể đến các
công ty FMC (Mỹ), CP Kelco (Mỹ), Danisco (Đan Mạch), Degussa
(Đức), Ceamsa (Tây Ban Nha) [7], [17].
Tại Việt Nam, hiện nay để đáp ứng nhu cầu nội địa, đang xây
dựng nhà máy sản xuất bột rong sụn với công suất 1.000 tấn/năm [26].
1.2. Cấu trúc của carrageenan [4], [10], [12], [13], [24]
Carrageenan có cấu trúc chung là một polymer mạch thẳng với
liên kết luân phiên của β-D-galactopyranora qua liên kết 1,3 và α-D
galactopyranora qua liên kết 1-4 [24].
Các công trình nghiên cứu bằng phương pháp cộng hưởng từ hạt
nhân cho thấy carrageenan có nhiều cấu trúc hóa học khác nhau. Do đó,
phân loại theo cấu trúc hóa học có các loại carrageenan sau: mu, kappa,
nu, iota, lamda, theta và xi. Các loại này chỉ khác nhau ở mức độ sulphat
hóa, vị trí sulphat hóa, mức độ dehydrat hóa của chuỗi polysacharide.
Cấu trúc của chúng đều có những thành phần về số lượng sulphat của
carrageenan chiếm 18 ư 40% phân tử carrageenan [4], [10], [13].
Carrageenan tự nhiên chiết xuất từ các loại rong khác nhau có thể
là hỗn hợp khác nhau của các loại carrageenan trên. Người ta phân chia
carrageenan ra hai nhóm chính:
- 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 C4.
- 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 C2.
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
1.2.2. Cấu trúc hóa học của iota-carrageenan [6]
Iota-carrageenan cũng có cấu tạo tương tự kappa-carrageenan,
ngoại trừ 3,6-anhydro-galactose bị sulphat hóa ở C2. Iota-carrageenan là
carrageenan có nhóm sulphat nhiều nhất trong mạch phân tử, cấu trúc là
vòng xoắn kép bậc 2. Gel iota-carrageenan có tính đàn hồi và mềm hơn
so với kappa-carrageenan.




TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Nguyễn Trọng Cẩn, Nguyễn Lệ Hà, “ Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực
phẩm”, NXB Khoa học và Kỹ thuật
2. Đặng Văn Hợp, Đỗ Minh Phụng, (1997), “ Phân tích kiểm nghiệm sản
phẩm thủy sản”, NXB Khoa học và kỹ thuật
3. GS.TS.Trần Thị Luyến,(2008) “Đề cương bài giảng chế biến rong
biển”, trường Đại Học Nha Trang khoa Chế Biến, tr. 35.
4. Trần Thị Luyến, Đỗ Minh Phụng, Nguyễn Anh Tuấn, Ngô Đăng
Nghĩa, (2004), “ Chế biến rong biển”, NXB Nông Nghiệp, tr. 20- 144
5. Ngô Thị Thức (2008), “Nghiên cứu ứng dụng carrageenan trong sản
xuất sữa chua đậu nành”, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, trường Đại học
Nha Trang, tr. 2.
6. Trần Đình Toại, Nguyễn Xuân Nguyên, Phàm Hồng Hải, Nguyễn Thị
Bích Thủy, Trần Thị Hồng (2006), “Carrageenan từ rong biển – Sản
xuất và ứng dụng”, NXB Khoa Học Kỹ Thuật-Khoa học Công nghệ,
tr.100.
Tiếng Anh
7. Bixler Harris J., Porse Hans., (2010). A decade of change in the
seaweed hydrocolloids industry// Journal applied phycology, Volume
23, Number 3, June 2011 , pp. 321-335 (15).
8. Dang D.H., Nang H.Q, Hien H.M., (2007). Genetic variation of
Kappaphycus alvarezii(Doty) grown in different coast of centraland and
sourthern Vietnam//Abstract book of XIX International Seaweed
Symposium, Kobe, Japan, P. 106.
57
9. EU - European Union standards for E407a (Processed Eucheuma
Seaweed) and E407 (Carrageenan) (e.g. Commission Directive 98/86/EC
Nov 1998 & 95/2/EC February 1995), 5 p.
10. F.van de Velde, S.H. Knutsen, A.I.Usov, H.S.Rollema and
A.S.Cerezo, (2002),
1
H and
13
C high resolution NMR spectroscopy of
carrageenans: application in research and industry. Elsevier Science Ltd,
Trends in Food science and technology.- 13.- P.73-92.
11. Glicksman M., (1969), Gum technology in the Food industry.
Academic Press.-590 p.
12. Knutsen S.H., Grasdalen H., (1992), Analysis of carrageenans by
enzymic degradation, gel filtration and
1
H NMR spectroscopy.
Carbohydrate Polymers. - 19.- P 199-210.
13. Knutsen S.H., Myslabodski D.E., Larsen B., Usov A.I., (1994), A
modified system of nomenclature for red algal galactans// Botanica
Marina. - 37.- P.163-169.
14. Kumar K.S, Ganesan K., Subba Rao P.V., (2008), Antioxidant
potential of sovent extracts of Kappaphycus alvarezii(Doty) – An edible
seaweed. Food Chemistry.- Vol 107.-P. 289-295.
15. Lecacheux D., Panaras R., Brigand G., Martin G., (1985), Molecular
weight distribution of carrageenans de size exclusion chromatography
and low angle laser light scattering// Carbohydr. Polym. – V.5 . – P. 423-
440.
16. Leonel P., Alan T.Critchley, Ana M.Amado, Paulo J.A, Ribeiro-Clauro., (2009), Acomparative analysis of phycocolloids produced by
underutilized versus industrially utilized carrageenophytes (Gigartinales,
Rhodophyta)// J. Appl. Phycol. - Vol 21.- P.599-605.
58
17. McHugh Dennis J., (2003), A guide of seaweed industry. FAO
Fisheries Circular № 441. - 105 p.
18. Meena Kamarasar, Prasad Kamalesh, Siddhanta A.K., (2008),
Development of a stable gel-network based on agar-carrageenan blend
cross-linked with genipin//Food Hydrocolloids. - P.1-13.
19. Nishinari K., Watase M., (1992), Effects of sugars and polyols on the
gel-sol transition of kappa-carrageenan gels// Thermochimica Acta, 206.-
P.149-162.
20. Nishinari K., Watase M., Miyoshi E., Takaya T., Oakenfull D.,
(1995), Effects of sugar on the gel-sol transition of agarose and к-carrageenan// Food Technol. -№ 10.- P. 90-96.
21. Nussinovitch A., (1997), Hydrocolloid applications: gum technology
in the food and other industries.-354 p.
22. Raw dried material – standard of Philippine (PNS/BAFPS 2007).
23. Snoeren, Th. H.M., Payens T.A.J., et al., (1975), Electrostatic
interaction between к-carrageenan and к-casein. Milchwissenschaft, 30.-
P.393-396.
24. Stanley N.F., (1990), Carrageenans, in Food Gels (ed. P.Harris).
Elsevier Applied Science, London.-P. 79-119.
Tiếng Nga
25. Фан Тхи Кхань Винь., (2011), Разработка технологии
гелеобразующих сульфатированных галактонов из культивируемых
красных водорослей- каррагинофитов родов Kappaphycusи
Eucheuma. Дисс. на соиск. уч. Ст. канд. Тех. наук. – Москва, 211 с
Trang web
26.http://www.moit.gov.vn/web/guest/tintuc?p_p_id=cmsviewportlet_W
AR_vsi_portlets_INSTANCE_XbBg&p_p_action=1&p_p_state=normal
59
&p_p_mode=view&p_p_col_id=column2&p_p_col_pos=0&p_p_col_co
unt=1&_cmsviewportlet_WAR_vsi_portlets_INSTANCE_XbBg_struts_
action=%2Fcmsviewportlet%2Fview&_cmsviewportlet_WAR_vsi_portl
ets_INSTANCE_XbBg_arcId=6622&_cmsviewportlet_WAR_vsi_portle
ts_INSTANCE_XbBg_curPg=1
27.http://www.scribd.com/doc/66792152/68/CH%C6%AF%C6%A0NG-5-K%E1%BB%B8-THU%E1%BA%ACT-B%E1%BA%A2O-QU%E1%BA%A2N-TH%E1%BB%B0C-PH%E1%BA%A8M-%C4%90A-L%E1%BA%A0NH-%C4%90ONG