Tìm hiểu về cấu trúc, tính chất, chức năng và ứng dụng của Alginate

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM LỚP 02DHTP1 - THỨ 3 – TIẾT 9, 10 HÓA HỌC THỰC PHẨM Đề tài Tìm hiểu về cấu trúc, tính chất, chức năng và ứng dụng củaAlginate GVHD: NGUYỄN THỊ THU SANG SVTH: 1. Phạm Thị Quỳnh: 2005110424 2. Phạm Thị Cang: 2005110048 3. Phùng Mạnh Quyết: 2005110431 4. Trương Văn Huy: 2005110201 5. Lê Thị Phương Nga: 2005110307 6. Ngô Thị Hà Phương: 2005110380 Tp. Hồ Chí Minh, tháng10 năm 2012 BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC SINH VIÊN NỘI DUNG Phạm Thị Quỳnh Nguồn gốc; Tạo gel Phạm Thị Cang Ứng dụng của Alginate Phùng Mạnh Quyết Tính chất Trương Văn Huy Cấu trúc-Cấu tạo Lê Thị Phương Nga Phân loại; Các nghiên cứu liên quan Ngô Thị Hà Phương Sản xuất keo Alginate MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 4 NGUỒN GỐC 4 CẤU TRÚC 4 Cấu trúc-Cấu tạo 4 Phân loại 7 TÍNH CHẤT 9 Một số tính chất chung 9 Tính chất với kim loại hóa trị II 10 Tính chất với kim loại hóa trị I 10 Đặc tính 10 Độ nhớt 10 Sự hóa dẻo 11 Hợp phần từ Alginate 11 Tính chất của màng Alginate 11 SỰ TẠO GEL VÀ KỸ THUẬT TẠO GEL 12 Tạo gel 12 Kỹ thuật tạo gel 13 ỨNG DỤNG 13 Trong công nghiệp thực phẩm 14 Trong công nghiệp dệt 14 Trong công nghiệp giấy 14 Trong tơ nhân tạo 14 Trong y học và dược học 14 Trong công nghệ mỹ phẩm 14 Trong một số lĩnh vực khác 15 SẢN XUẤT KEO ALGINATE 15 Quá trình xử lý hóa học 15 Xử lý formol 15 Xử lý acid 16 Xử lý CaCl2 0,1% 16 Quá trình tách chiết Alginate 17 Nguyên lý 17 Bản chất 18 Các yếu tố cần lưu ý để đạt hiệu quả cao 18 Chất kiềm 18 Hàm lượng và nồng độ kiềm 18 Nhiệt độ nấu 19 Thời gian nấu 19 Môđun thủy áp 19 Chế độ khuấy đảo 19 Tách và tinh chế Alginic 19 Tách tạp chất cơ học 20 Tách tạp chất hòa tan 20 THÍ NGHIỆM LIÊN QUAN 21 KẾT LUẬN 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO 24 LỜI MỞ ĐẦU Năm 1881 acid Alginic được phát hiện đầu tiên bởi Stanford. Đây là chất đang được nhiều nước quan tâm và nghiên cứu. Và trên thế giới hiện nay có 7/9 nước sản xuất Alginate bao gồm: Nauy, Pháp, Nhật, Canada, Tây Ban Nha, Chile, Liên Xô cũ và Ấn độ. Có 2 công ty sản xuất lớn: Kelco company (Mỹ) và một công ty của Anh chiếm 70% sản lượng thế giới. Trung Quốc là nước đang nổi lên rất mạnh về lĩnh vực này. Tại Việt Nam, hiện đang nghiên cứu và sản xuất tại Hải Phòng,Nha Trang và Thành phố Hồ Chí Minh. NGUỒN GỐC Alginate là loại polymer sinh học biển phông phú nhất thế giới và là loại polymer sinh học nhiều thứ hai trên thế giới sau cellulose. Và được phát hiện đầu tiên bởi Stanford (1881), là một acid hữu cơ có trong tảo nâu, trọng lượng phân tử từ 32000 – 200000. Nguồn Alginate chủ yếu được tìm thấy ở thành tế bào và ở gian bào của tảo nâu ở biển (thuộc họ Rhaeophyceae), tảo bẹ Macrocystis pyrifera, nodosum Ascophyllum và các loại Lamminaria nhưng nhiều nhất là ở tảo nâu. Ở dưới dạng muối Alginat. Alginate tồn tại dưới 2 dạng không tan là acid alginic và Alginate Canxi và Magie (kí hiệu: AlgCa, AlgMg) rất bền vững ở thành tế bào cây rong. Tạo nên cấu trúc lưới gel bền trên thành tế bào rong nâu. CẤU TRÚC Cấu tạo – cấu trúc: Alginate là muối của acid Alginic. Cấu tạo hóa học của Alginate gồm 2 phân tử β-D-Mannuroic acid (M) và α- L-Guluronic acid (G) liên kết với nhau bằng liên kết 1-4 glucozid. Có 3 loại liên kết có thể gặp trong 1 phân tử Alginate: (M-M-M), (G-G-G), (M-M-G). Hình 1.1: Công thức cấu tạo của 2 acid cấu tạo nên acid Alginic Công thức cấu tạo của acid Alginic: (C6H6O6)n Hình 1.2: Công thức cấu tạo của acid Alginic Hình 1.3: Công thức phối cảnh Hai gốc phân tử β-D-Mannuroic acid (M) và α- L-Guluronic acid (G) liên kết với nhau bằng liên kết 1-4 glucozid phân bố trong mạch Alginat theo 3 loại khối (Block): poly-G (G-G-G-G), poly-M (M-M-M-M) và poly-GM (G-M-G-M) liên kết ngẫu nhiên trong chuỗi mạch. Hình 1.4: Cấu trúc đặc biệt của Alginic theo các đơn vị monomer M-Block G-Block MG-Block Chiều dài của các Block: G Block Phân loại: theo dạng muối Alginat Natri: Công thức phân tử: (C5H7O4COONa)n Alginat Kali (tương tự như Alginat Na). Alginat Canxi: Công thức phân tử: [(C5H704COO)2Ca]n Alginat Magie: [(C5H704COO)2Ca]n Alginat Amoni: (C6H11NO6)n Ngoài ra còn có :Alginat Propylen glycon: Công thức phân tử: TÍNH CHẤT Một số tính chất chung: Là polymer có tính chất acid yếu, không màu, không mùi, không tan trong các dung môi hữu cơ và nước. Là chất có tính chất hút nước trương nở khi ngâm trong nước. Alginic hòa tan trong dung dịch kiềm hóa trị I và tạo dung dịch muối kiềm hóa trị I hòa tan có độ nhớt cao. Ví dụ: khi cho Alginic hòa tan trong dung dịch NaOH thì tạo thành dung dịch Alginate Natri có độ nhớt cao: Alginic + NaOH Alg-Na + H2O Muối kiềm hóa trị II không tan. Tính chất của Alginate với kim loại hóa trị II: Có độ chắc cao Có khả năng tạo màu tùy theo kim loại. Không hòa tan trong nước. Khi ẩm thì dẻo (Gel Alginate), khi khô có độ cứng cao và khó thấm nước, tỷ trọng thấp. Tính chất của muối Alginaate với kim loại hóa trị I: Dễ bị cắt mạch bởi yếu tố acid, kiềm mạnh, nhiệt độ cao, enzyme. Khi tương tác với acid vô cơ thì tách Alginic tự do. Vì vậy, lợi dụng tính chất này để tinh hế Alginic, ứng dụng trong công nghiệp. Dễ hòa tan trong nước, tạo dung dịch keo nhớt có độ dính, độ nhớt cao. Khi làm lạnh không đông, khi khô trong suốt có tính đàn hồi. Đặc tính: Độ nhớt: Khi hòa tan các Alginat vào nước chúng sẽ ngậm nước và tạo dung dịch nhớt. Độ nhớt phụ thuộc vào chiều dài của phân tử Alginat. Bột Alginat rất dễ bị giảm nếu không được bảo quản ở nhiệt độ thấp. Ngoài ra, cách sắp xếp của phân tử Alginat cũng ảnh hưởng đến độ nhớt của nó. Trong một số trường hợp độ nhớt có thể gia tăng ở nồng độ thấp với sự hiện diện của một số cơ chất như: CaSO4, CaCO3. Ion canxi liên kết với Alginat tạo liên kết chéo trong phân tử gia tăng, sẽ làm gia tăng trọng lượng phân tử và độ nhớt. Độ nhớt: Khi hòa tan các Alginate vào nước và sẽ ngậm nước và tạo dung dịch nhớt, độ nhớt tỉ lệ thuận vào chiều dài phân tử của Alginate. Bảng 1 : Độ nhớt của Alginate, mPa.S (Broorkrield, 20rpm, 200C) Nồng độ (%) Độ nhớt Thấp Trung bình Cao Rất cao 0,25 9 15 21 27 0,50 17 41 75 110 0,75 33 93 245 355 1,00 58 230 540 800 1,50 160 810 1950 3550 2,00 375 2100 5200 8750 Qua nhưng thông số trên cho thấy sự thay đổi độ nhớt với những nồng độ khác nhau. Ở một số trường hợp độ nhớt có thể tăng lên với nồng độ thấp khi có sự hiện diện của một số muối như CaCO3, Cacium tartat, ion Cacium liên kết với Alginate tạo cầu nối giữa các phân tử làm tăng trọng lượng phân tử của độ nhớt dung dich. 4.2. Sự hóa dẻo Sự hóa dẻo của màng có thể nâng cao bằng cách thêm vào các tác nhân làm dẻo cách này gọi là sự hóa dẻo. Kết quả làm cho độ bền của màng càng tăng lên, chính điều này giúp màng ít bị rách, đó là kết quả của quá trình co lại của các phân tử bên trong giữa các chuổi polymer trong cấu trúc màng. Chất dẻo phải phù hợp với polymer sử dụng làm màng và cũng phải cùng hoạt tính tan với polymer. Các yếu tố khác là chất dẻo phải được giữ lại trong hỗn hợp lâu, ổn định cao, không bao hơi và màu, và quan trọng là mùi của các chất này không làm ảnh hưởng tiêu cực đến tính tính chất của màng (Guibert và Biquet, 1996) 4.3. Hợp phần từ Alginate Alginate: có thể kết hợp với các thành phần khác để tạo thành màng hợp phần, nhờ sự kết hợp này mà cải tiến được đặc tính của màng. Màng hợp phần Alginate và tinh bột được đánh giá là có độ bền cơ học cao (Nhóm Allen, 1963, Dahle, 1983) Lipid, sáp, các loại acid béo, các loại dầu, chất béo nó có thể được kết hợp với Alginate trong màng hợp phần Alginate-Lipid. Dựa trên tính kỵ nước sự kết hợp màng làm tăng cường rào cản sự bóc hơi nước. Tuy nhiên sử dụng Lipid còn có nhiều bất lợi do tạo ra mùi oi khét, mùi khó chấp nhận (Cruibeert &Biguet, 1996) sẽ ảnh hưởng chất lượng sản phẩm được bao màng. Tính chất của màng Alginate: Các Alginate cũng có khả năng tạo màng rất tốt. Các màng rất đàn hồi, bền, chịu dầu và không dính bệt. Màng thuộc nhóm polysacharide có khả năng ngăn cản oxy và Lipid thấm qua vì thế sẽ ức chế được hiện tượng oxy hóa chất béo và các thành phần khác trong thực phẩm. Bên cạnh đó màng còn có khả năng làm giảm thất thoát ẩm vì lượng ẩm trong màng sẽ bóc hơi trước ẩm trong thực phẩm, từ đó màng bao sẽ hơi khô và co lại làm cho lượng ẩm bên trong không thoát ra được (Allen, 1963) (trích dẫn bởi Trần Thanh Quang, 2008). Màng Alginate được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghệ thực phẩm nhằm tăng thời gian sử dụng và bảo quản chất lượng sản phẩm được lâu hơn. Màng bao ăn được có thể được sử dụng dể làm giảm tác hại của do quá trình chế biến gây ra. Màng bao vừa có tác dụng kéo dài thời gian sử dụng vừa ngăn cản sự mất ẩm và sự di chuyển chất tan, phản ứng oxy hóa. IV. SỰ TẠO GEL VÀ KỸ THUẬT TẠO GEL 1. Tạo gel Một tính chất tiêu biểu của Alginate là khả năng tai gel, trong điều kiện nhiệt độ cao ở trạng thái sôi và khi làm nguội thì sẽ trỡ thành dạng gel. Thông thường kết hợp với Ca2+ tạo gel như hình vẽ. Hình 4.1: Sự kết hợp ion Ca2+ với Alginate Hình 4.2: Vị trí của Ca2+ trong Alginate 2. Kỹ thuật tạo gel Gel thành lập có thể kiểm soát được thông qua sự giải phóng ion Ca2+ hay dung dịch Alginate. Alginate hay hỗn hợp chứa nó được tạo gel bằng cách nhúng hoặc phun dung dịch chứa ion Ca2+. CaCl2 là chất phổ biến thường được sử dụng đi chung. Các ion Ca2+ sẽ phản ứng với Alginate theo dạng “Box egg”. Trường hợp với việc chế biến các sản phẩm có bề dày mỏng và kích thước nhỏ hoặc tạo màng bao phía ngoài các sản phẩm. Các Alginate phản ứng mạnh với ion Ca2+ hoặc Alguante có chứa nhiều α-1,4-L-Guluronic acid (G) ỨNG DỤNG Trong công nghiệp thực phẩm Một hợp chất của axit Alginic có tên là Lamizell là một muối kép của Natri và Canxi với một tỷ lệ nhất định. Lamizell tạo ra được một độ nhớt đặc biệt và có khả năng kích thích ăn ngon miệng, do đó rất được quan tâm trong sản xuất thực phẩm.  Alginate Natri cũng được dùng trong một số thực phẩm để hạn chế tăng trọng. Ví dụ: 1 g Alginate Natri chỉ cung cấp 1,4 Kcal. Trong sản xuất kem, axit Alginic và muối của nó có thể dùng làm chất ổn định trong kem ly, làm cho kem mịn có mùi thơm, chịu nóng tốt, thời gian khuấy trộn lúc sản xuất ngắn.  Cho vào sữa bò với nồng độ keo Alginate Natri 0,1% ( 1,8% sẽ chống được hiện tượng các chất không hòa tan kết tủa.  Khi tinh chế rượu dùng Alginate Natri 1% để làm trong, nếu còn gặp khó khăn cho thêm than xương và Canxi vào. Alginate còn dùng trong sản xuất bơ, bánh kẹo, fomat, nước giải khát cũng như các mặt hàng đông lạnh. Alginate Natri được dùng làm chất bảo vệ kem lạnh với những tác dụng như sau:  Ngăn ngừa tạo ra các tinh thể đá băng.  Ức chế hoàn toàn sự tạo thành tinh thể của Lactose.Nhũ hóa các cầu béo.Làm bền bọt.Tạo độ nhớt cho kem.Tạo gel, có khả năng giữ nước cho kem.Làm cho kem không bị tan chảy. Với những thực phẩm có độ axit cao không thể dùng Alginate Natri được thì propylen – glycol Alginate là chất thay thế rất tốt vì nó bền được cả trong vùng pH = 0 - 3  2. Ứng dụng trong công nghiệp dệt  Alginate có độ nhớt cao, tính mao dẫn kém, khi khô trong suốt, bóng và có tính đàn hồi tốt. Vì thế người ta dùng hồ vải cho sợi bền và chịu được cọ sát, giảm bớt tỷ lệ sợi đứt và nâng cao hiệu suất dệt.  Trong công nghiệp in hoa Alginate Natri là chất tạo cho thuốc nhuộm có độ dính cao đáng kể, in hoa không nhòe và rõ ràng. Ngoài ra còn dùng làm vải không thấm nước.  3. Ứng dụng trong công nghiệp giấy  Alginate hồ lên giấy làm cho giấy bóng, dai, không gẫy, mức độ khô nhanh, viết trơn, giấy hồ Alginate Natri còn làm tăng tính chịu nóng, do đó còn làm nguyên liệu để chế giấy chống cháy. Ngoài ra Alginate Natri còn làm chất kết dính trong mực in. 4. Ứng dụng trong tơ nhân tạo  Dung dịch Alginate Natri nếu phun qua những lỗ nhỏ vào muối kim loại hóa trị II hay axit thì hình thành sợi tơ. Qua nghiên cứu người ta thấy rằng tơ nhân tạo Alginate tương đối bền. 5. Ứng dụng trong y học và dược học  Trong Y học Alginate được dùng làm chất trị bệnh nhiễm phóng xạ vì khi người bệnh ăn Alginate Natri thì nó kết hợp với Stronti rồi thải ra ngoài. Hiệu suất chữa bệnh khá cao.  Alginate Natri làm tăng hiệu quả chữa bệnh của penicillin vì khi có mặt Alginate Natri sẽ làm cho penicillin tồn tại lâu hơn trong máu.  Trong công nghệ bào chế thuốc Alginate Natri được sử dụng làm chất ổn định, nhũ tương hóa hay chất tạo đặc cho dung dịch, làm vỏ bọc thuốc, làm chất phụ gia chế các loại thức ăn kiêng.  Trong nha khoa dùng axit Alginic thay thạch cao để làm khuôn răng, nó giữ được hình răng chính xác.  6. Trong công nghệ mỹ phẩm  Cho Alginate vào hỗn hợp nước và mỡ, nó sẽ làm nước và mỡ trộn đều một cách ổn định. Ví dụ: kem đánh răng gồm glycerin xà phòng, bột mùi … được trộn thành dạng nhũ tương ổn định.  Alginate là chất làm nền cho phấn, sáp, nước hoa, xà phòng, giữ mùi thơm cho nước hoa xà phòng (PGA). Làm vecni và xi, không cần đánh bóng vì cho Alginate Natri vào dung dịch amoniac, khi amoniac bay hơi sẽ để lại trên nền một lớp màng bảo vệ có độ bóng cao. 7. Ứng dụng trong một số lĩnh vực khác  Alginate dùng làm chất tạo đông, với điều kiện nhiệt độ 200C, dung dịch Alginate nồng độ 1% có độ nhớt 1500(3000 centipoise, trong đó cồn dán (gồm Arabic) có độ nhớt nhỏ hơn 30 centipoise. Trong xây dựng tạo cấu trúc ximăng, vữa, làm gỗ không thấm nước, sản xuất que hàn có chất lượng cao, làm ổn định sơn. Alginate dùng làm phim có độ nhạy cao, dùng sản xuất thuốc cứu hỏa, vải chịu lửa vì nó làm tăng khả năng bắt dính lên vật cháy. Alginate sử dụng trong luyện kim, làm cao su và làm sạch nước, làm chất khuếch tán tăng hiệu lực thuốc trừ sâu. Dùng trộn lẫn mủ cao su latex để sản xuất cao su dẻo dai, mặt nạ phòng độc, găng tay y học. Alginate còn được sử dụng làm chất mang tốt trong kỹ thuật cố định tế bào, hiện nay Alginate còn được làm môi trường cố định enzyme.  Dùng làm chất khử tinh thể: Cho Alginate vào dung dịch tạo kết tủa nó sẽ làm chất kết tủa giảm kích thước, Alginate được dùng trong điện giải kim loại, sản xuất thạch cao xi măng và nhiều loại sơn. Dùng làm chất kết từ và chất kết dính trong công nghiệp sản xuất giấy hoa dán tường, gỗ tổng hợp. Khi trộn với Gelatin, Alginate làm giảm điểm nóng chảy của Gelatin nên nó được dùng làm phim ảnh, kết hợp với các ion kim loại cho các sản phẩm có độ bền cao. Kết hợp với cellulose tạo các chất cách điện, với propylen – glycol tạo các loại sơn, chất giữ mùi. Dùng làm chất thuộc da.Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy Alginate được chiết tách từ rong Mơ, hoàn toàn có khả năng thay thế CMC (Cacboxyl – Metyl – Cellulose), làm phụ gia cho xi măng ở các giếng khoan dầu mỏ. SẢN XUẤT KEO ALGINATE Quá trình xử lý hóa học Xử lý formol: Mục đích: Cố định protein và chất màu trên phần cellulose, làm sạch dịch chiết sau nấu. Bảo vệ Alginate trong suốt quá trình công nghệ. Các yếu tố ảnh hưởng: Thời gian. Nhiệt độ. Nồng độ. Tỷ lệ formol. Ưu nhược điểm: Ưu điểm: Làm tăng hiệu suất và chất lượng đáng kể dồng thời không cần bổ sung formol khi một lý do nào đó công nghệ bị chậm trễ. Nhược điểm: Độc Xử lý acid: Mục đích: Loại khoáng Ca, Mg ra khỏi muối Alginate trong cây rong, từ đó giải phóng Alginic để Alginic dễ dàng tương tác kiềm trong quá trình nấu. Rút ngắn quá trình nấu chiết. Làm mềm cellulose của cây rong. Acid có tác dụng hòa tan các thành phần phi Alginate chủ yếu chất màu và các chất khác. Tăng hiệu suất tách chiết, giảm thời gian nấu. Giải thích: Acid đẩy Ca, Mg ra khỏi cấu trúc gel bền, khi đó Alginic ở trạng thái mạch đơn tự do nhưng vẫn chưa hòa tn mà vẫn ở trên thành tế bào cây rong. Khi kiềm hóa trị I vào nấu, phản ứng tạo muối kiềm I diễn ra nhanh hơn, triệt để hơn, hiệu suất cao hơn. Phản ứng diễn ra khi cho rong ngâm trong acid: Ca(Alg)2 + 2H+ → 2 HAlg + Ca++ Alginic được giải phóng sẽ dễ dàng tương tác với kiềm hóa trị I để tạo muối kiềm I hòa tan trong công đoạn nấu và tách ra. HAlg + Na+ → NaAlg + H+ Thường dung HCl, H2SO4 xử lý thì phản ứng tách Ca xảy ra như sau: [(C5H7O4COO)2Ca]n + 2nHCl → 2C5H7O4COOH + nCaCl2 [(C5H7O4COO)2Ca]n + nH2SO4 → 2C5H7O4COOH + nCaSO4 Ưu nhược điểm: Ưu điểm: Tách được triệt để các khoáng ra khỏi polymer của Alginate tạo điều kiện cho quá trình nấu chiết rất nhanh. Nếu những thong số của quá trình xử lý phù hợp thì phương pháp này có đóng góp rất tốt vào hiệu suất cũng như chất lượng của Alginate rất tốt. Nhược điểm: Thử nghiệm với từng loại rong để tìm ra biện pháp thích hợp. Xử lý bằng CaCl2 0,1%: Mục đích: Làm mềm cellulose và khử khoáng Ca2+, Mg2+ nhẹ nhàng. Bảo vệ keo rong. Tác dụng cố định chất màu trên màng cellulose của cây rong làm dịch nấu trong và sang. Phản ứng diễn ra khi xử lý rong qua CaCl2: CaCl2 + H2O → Ca(OH)2 + HCl Ca++ + H+ + Cl- Mg(Alg)2 + CaCl2 → Ca(Alg)2 + MgCl2   Ca(Alg)2 + 2HCl → 2HAlg + CaCl2 Alginic Ưu nhược điểm: Ưu điểm: Đơn giản, không gây ô nhiễm môi trường, dễ thực hiện. Nhược điểm: Qúa trình khử khoáng không mạnh mẽ, tác dụng của nó gần như formol. Sử dụng phương pháp này để thay thế formol đồng thời nên kết hợp với phương pháp xử lý acid là rất tốt. Vì vừa cố định chất màu và vừa tách khoáng. Quá trình nấu tách Alginic Nguyên lý: Cho Alginic phản ứng với kiềm Na hoặc K để chuyển về dạng tan. Sau đó cho Alginate Natri hoặc Kali ra khỏi môi trường nước. Môi trường nấu chiết là kiềm hóa trị I và phản ứng tổng quát: Alg-COOH + MA = Alg-COOM + HA Ca-Alg + MA = Alg-COOM + CaA Trong đó: MA: Dung dịch Hydroxit hoặc Cacbonat của kiềm hóa trị I; còn HA là acid tạo thành sau phản ứng. Alg-COOH: Alginic M: kiềm hóa trị I A: OH hay CO3, SO3, HPO4 Bản chất: Có 2 quá trình cơ bản: Chuyển Alginate không tan về dạng Alginate hòa tan. Khuyếch tán Alginate hòa tan từ rong ra môi trường chiết. Các yếu tố cần lưu ý để quá trình Alginate đạt hiệu suất và chất lượng cao: Chất kiềm: Nguyên tắc: có thể sử dụng mọi kim loại kiềm. Có 2 loại kiềm: Kiềm mạnh: KOH, NaOH…Tốc độ phản ứng xảy ra nhanh. Kiềm yếu: Na2CO3, Na2HPO4….Phản ứng diễn ra chậm. Trong thực tế người ta sử dung dịch Na2CO3, Na2HPO4 để nấu: Trường hợp nấu bằng dung dịch Na2CO3: 2nC5H7O4COOH + nNa2CO3 ® 2nC5H7O4COONa + nH2O + nCO2 Alginic (không hòa tan) Alginat Natri (hòa tan) Trường hợp nấu chiết bằng hỗn hợp Na2CO3 và Na2HPO4: 2nC5H7O4COOH + nNa2CO3 ® 2nC5H7O4COONa + nCO2 + nH2O (1) Alginic (không tan) Alginat Natri (hòa tan) 2nC5H7O4COOH + nNa2HPO4 ® 2nC5H7O4COONa + nH3PO4 (2) Hàm lượng và nồng độ kiềm: Vừa đủ để phá vỡ cấu trúc tế bào và chuyển toàn bộ Alginic về dạng Alginate Natri. Nồng độ kiềm thích hợp: 20% o với rong khô và 1% so với dung dịch nấu. Nhiệt độ nấu: Phá vỡ nhanh tế bào cây rong trong thời gian hợp lý. Thực hiện nhanh và triệt để phả ứng giữa Alginic với kiềm tạo Alginate Natri hòa tan. Giảm độ nhớt môi trường tạo điều kiện cho quá trình hòa tan Alginate Natri trong dung dịch nấu. Nhiệt độ nấu thích hợp: 60o-70o trong điều kiện dung dịch kiềm 1%, tỷ lệ kiềm so với rong khô 20%. Thời gian nấu: Cần đủ để phản ứng Alginic chuyển thành Alginate xảy ra hoàn toàn và đủ để Alginate Natri hòa tan ra môi trường chiết. Thời gian nấu thích hợp: 1,5h-2h (Rong bị nát nhừ) Môđun thủy áp: Môđun thủy áp hay là tỷ lệ H2O/rong và kí hiệu: N. nước cần đủ hòa tan Alginate tạo dung dịch có nồng độ thích hợp tạo điều kiện cho các quá trình công nghệ về sau. Theo kinh nghiệm thực tế lượng nước nấu của Sagasum là khoảng 12-16 lần so với trong lượng rong khô và dễ lọc ở nhiệt độ 70o và nồng độ keo rong hợp lí cho các công đoạn về sau. Chế độ khuấy đảo: Có 2 tác dụng chính: Làm nhiệt độ và nồng độ hóa chất phân bố đều. Kích thích cho phản ứng. Cần khuấy đảo liên tục nhưng với tốc độ vừa phải, vận tốc khuấy thích hợp 10-25 vòng/phút. Tách và tinh chế Alginic Mục đích: làm tăng độ tinh khiết cho sản phẩm. Thành phần hỗn hợp sau khi nấu: Tạp chất cơ học bao gồm: Bã rong ( có kích thước khác nhau) Một số chất khoáng không tan Tạp chất hòa tan bao gồm: Chất màu Khoáng hòa tan Một số những thành phần khác bị thủy phân trong quá trình nấu (dung dịch Glucose) Alginic Natri (nếu nấu trong môi trường kiềm Na) Tách tạp chất cơ học: Phương pháp lọc: Lắng lọc Ly tâm lọc Lọc ép Sau khi lọc thu được dịch lọc là dung dịch Alginate thô. Tách tạp chất hòa tan: Có 3phương pháp: Phương pháp alcol Phương pháp acid hóa Phương pháp Canxi hóa Phương pháp alcol: Cơ chế: Khi cho alcol nồng độ cao với tỷ lệ cao so với dung dịch Alginate bị kết tủa do alcol cạnh tranh dung môi nước của Alginate Natri. Sau đó, tách kết tủa ra khỏi dung dịch, phần nước thải chứa đựng các tạp chất cần tạo ra. Ưu điểm: Thời gian nhanh, tách trực tiếp được sản phẩm Alginate Natri. Nhược điểm: Giá thành Alginate cao do sử dụng lượng alcol lớn, khó khăn trong sản xuất. Phương pháp acid hóa: Dùng acid vô cơ bổ xung vào dung dịch lọc để lấy Alginic ra khỏi muối Alginat Natri, phản ứng của acid vô cơ với Alginat Natri như sau: Kết quả tạo ra Aginic không tan và nhẹ nên Alginic nổi lên trên bề mặt dung dịch có thể lấy ra. Ưu điểm: Thời gian nhanh. Tạo ra các Alginic tự do, đây là một bán chế phẩm có thể sử dụng để sản xuất các loại Alginte Natri khác trong công nghiệp. Nhược điểm: Nồng độ và nhiệt độ , thời gian, tỷ lệ phải rất lưu ý vì nếu quá dư sẽ cắt mạch làm độ nhớt giảm đi. Phương pháp Canxi hóa: Nguyên tắc: dung CaCl2 vào dịch lọc, tạo Alginate-Ca kết tủa theo sơ đồ sau đây: Phản ứng xảy ra: 2n C5H7O4COONa + n CaCl2 ® 2n C5H7O4COOCa + 2n NaCl 2n C5H7O4COOCa + n H2SO4 ® 2n C5H7O4COOH + CaSO4 THÍ NGHIỆM LIÊN QUAN Sử dụng Alginat Natri để cố định tế bào nấm men trong lên men bia, rượu, nước giải khát: Trộn lẫn tế bào nấm men 20% và AlginatNa 2%. Nhỏ hỗn hợp xuống dung dịch CaCl2 0,5%. Các hạt gel sẽ hình thành, lớp ngoài là lưới gel AlginatCa, bên trong hạt gel là các tế bào nấm men (microcapsule). Sử dụng vác hạt gel lên men nhiều lần. Hình 7.1: lên men rượu bằng tế bào cố định trong Ca-Alginat KẾT LUẬN Alginate là chất không thể thiếu trong thực phẩm. Nó có rất nhiều ứng dụng liên quan đến khả năng tạo gel. Không chỉ trong ngành thực phẩm mà nó còn có nhiều ứng dụng trong những ngành khác nữa. Đặc điểm nổi bật của Alginate là khả năng tạo gel, tính nhớt. Ngoài ra Alginate còn có chức năng trong giải độc cho cơ thể. TÀI LIỆU THAM KHẢO Bùi Đình Hợi - Hóa sinh công nghiệp – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội – 2000. Phạm Thị Trân Châu - Hóa sinh học – Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam – 2011.