TỔNG QUAN VỀ GELATIN
Lịch sử phát triển các ứng dụng của gelatin
Từ gelatin đã trở nên phổ biến từ những năm 1700, được bắt nguồn từ tiếng Latin là “gelatus”, nghĩa là màng hay chất làm đông
Gelatin, một chất điều trị và thực phẩm, đã được sử dụng từ thời kỳ cổ đại của người Trung Quốc và Ai Cập Từ 8.000 năm trước ở Trung Đông, khi nấu mô động vật, người ta đã phát hiện ra một loại kẹo cao su dính, đánh dấu sự khởi đầu của việc sử dụng gelatin trong ẩm thực.
Cách đây 5.000 năm, người Ai Cập cổ đại đã sử dụng keo động vật trộn với keo dán gỗ làm chất kết dính đồ nội thất
Vào năm 1682, trong nhật ký của John Evelyn, một người đàn ông người Anh, có nhắc đến "thạch làm từ xương bò", chỉ về chất gelatin được chiết xuất từ xương của gia súc.
Vào năm 1754, bài báo đầu tiên về chất dính được xuất bản tại Anh, đề cập đến quy trình sản xuất chất hồ dán tự nhiên chủ yếu từ gelatin cùng một số thành phần khác Đây cũng là thời điểm Vương quốc Anh nhận được bằng sáng chế đầu tiên cho sản xuất gelatin.
Giá trị dinh dưỡng của gelatin đã được công nhận vào năm 1800-1815 và được nghiên cứu một cách có hệ thống như một loại protein
Vào năm 1834, dược sĩ người Pháp François Mott đã phát minh ra viên nang gel đầu tiên bằng cách đặt một túi da nhỏ chứa đầy thủy ngân vào gelatin cô đặc, sau đó để nguội và làm khô, và cuối cùng bao bọc túi da bằng một lớp màng mỏng.
Năm 1845, Peter Cooper nhận được bằng sáng chế cho bột tráng miệng gelatin có tên Portable Gelatin (Bằng sáng chế Hoa Kỳ 4084)
Sau năm 1860, gelatin đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực nhiếp ảnh, nơi nó được sử dụng làm vật liệu cảm quang.
Tại Đức, gelatin đã trở nên rất phổ biến vào năm 1900 với tổng cộng 16 nhà máy sản xuất Một số nhà máy sử dụng các cây keo sửa đổi, trong khi những nhà máy khác bắt đầu hoạt động khi các xưởng thuộc da quyết định nâng cao giá trị sản phẩm bằng cách chế biến và phân tách thay vì bán trực tiếp.
Giai đoạn 1901-1914 chứng kiến sự tăng trưởng nhanh chóng của ngành công nghiệp gelatin, đặc biệt tại Pháp, nơi các doanh nghiệp của Coignet và Rousselot phát triển mạnh mẽ và đạt được thành công lớn.
Chiến tranh thế giới thứ nhất đã ảnh hưởng tiêu cực đến sản xuất gelatin, với việc giảm nhập khẩu nguyên liệu từ Châu Âu và sự khan hiếm tiện ích Đến năm 1918, sản xuất ở Đức chỉ đạt khoảng 1/3 mức bình thường, trong khi các nhà máy ở Bỉ cũng ngừng hoạt động Ngược lại, các nhà máy ở Pháp, đặc biệt là Coignet à Isle-sur-Sorgue, đã mở rộng sản xuất và nhanh chóng tận dụng nhu cầu thị trường Sự phát triển của thị trường gelatin chủ yếu phục vụ cho lĩnh vực nhiếp ảnh, nhấn mạnh tầm quan trọng của nhiếp ảnh trong quân sự trong thời kỳ này.
Ngay sau khi kết thúc chiến tranh, ngành công nghiệp gelatin hồi phục nhanh chóng và mở rộng trên toàn thế giới
Chiến tranh thế giới thứ hai đã tác động lớn đến ngành công nghiệp gelatin ở Châu Âu, khi nhiều nhà máy bị phá hủy hoàn toàn và không được xây dựng lại Trong thời gian chiến tranh, để phục vụ cho mục đích chụp ảnh quân sự, hầu hết các nhà máy còn lại trên lục địa châu Âu đã phải đóng cửa.
Sau chiến tranh, Coignet và Rousselot đã thống trị ngành công nghiệp gelatin tại Pháp Trong những năm 1960, công ty Weishardt phát triển chậm, nhưng sau đó đã mở rộng và bắt đầu xuất khẩu một lượng lớn gelatin, chủ yếu từ da heo sang thị trường Đức.
Năm 1973, Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã thiết lập tiêu chuẩn để nhận biết và đánh giá độ tinh khiết của gelatin thực phẩm, công nhận gelatin là một loại thực phẩm chứ không chỉ đơn thuần là một phụ gia.
Hiện nay, Italy đang mở rộng nhà máy với công suất khoảng 3000 tấn/năm và bắt đầu sử dụng da lợn Nhiều xưởng thuộc da tại Ý đã phải đóng cửa do bị các cơ quan chức năng xử lý vì vấn đề ô nhiễm từ nước thải.
Năm 1996, Rousselot là công ty tiên phong đầu tiên mở rộng sang thị trường Trung Quốc thông qua việc thành lập liên doanh Khai Bình với một nhà sản xuất địa phương nhằm sản xuất gelatin Đến năm 2001, một nghiên cứu quốc tế được thực hiện dưới sự bảo trợ của ủy ban châu Âu đã xác nhận rằng gelatin được sản xuất theo quy trình an toàn tối đa cho người tiêu dùng.
Định nghĩa
Hiện nay có nhiều cách khác nhau để định nghĩa gelatin: [7]
Vào năm 1967, Ramachandran đã định nghĩa gelatin là một polypeptide có khối lượng phân tử lớn, được chiết xuất từ collagen, một loại protein quan trọng trong mô liên kết, chủ yếu có trong xương, da và nội tạng.
- Năm 1987, Rose định nghĩa gelatin là tử để chỉ những hợp chất protein có nguồn gốc từ collagen
Vào năm 1998, Bailey và Paul đã định nghĩa gelatin là một loại protein tinh khiết được chiết xuất từ collagen, đã trải qua quá trình thoái hóa do nhiệt, và có cấu trúc tương tự như protein động vật, thường được sử dụng trong ngành thực phẩm.
Vào năm 1990, tổ chức Y khoa của Mỹ (USP - United States Pharmacopeia) đã định nghĩa gelatin là sản phẩm được tạo ra từ quá trình phân giải collagen, có nguồn gốc từ da và xương của động vật.
Hình 1 Gelatin thương mại dưới dạng bột
Gelatin là chất hoạt động bề mặt có nguồn gốc tự nhiên.
Cấu trúc
Gelatin là một loại protein hình thành từ các axit amin được sắp xếp theo chuỗi thẳng, liên kết với nhau bằng sự kết hợp của hai hoặc nhiều axit amin Nó bao gồm hỗn hợp của sợi polypeptid đơn và đa, với mỗi sợi có cấu trúc proline xoắn ốc bên trái, chứa khoảng 300 axit amin.
Gelatin được cấu tạo từ 18 loại amino acid khác nhau, liên kết theo một trật tự cụ thể, tạo thành chuỗi polypeptide tuần hoàn.
Gelatin được cấu tạo từ 1000 axit amin, tạo nên cấu trúc bậc 1, với thành phần chính là glycine, proline và 4-hydroxyproline Độ dài của các chuỗi axit amin này khác nhau tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu và phương pháp sản xuất Mỗi chuỗi axit amin có một đầu là nhóm amino và đầu còn lại là nhóm carboxyl.
Gelatin có cấu trúc thường gặp là Gly – X – Y (với X chủ yếu là nhóm proline còn
Y chủ yếu là nhóm hydroxyroline) [7]
Cứ 3 chuỗi polypeptide xoắn lại theo hình xoắn ốc tạo nên cấu trúc bậc 2 Ở cấu trúc bậc 3, chuỗi xoắn đó tự xoắn quanh nó, tạo nên cấu trúc phân tử dạng dây thừng, gọi là proto fibril [7]
Cấu trúc hóa học cơ bản là – Ala - Gly- Pro - Arg - Glu - 4Hyp - Gly - Pro [4]
Hình 2 Cấu trúc hóa học phân tử của gelatin
Hầu hết Gelatin thương mại có khối lượng phân tử từ 15000 đến 250000 đvc, thường thì Gelatin có khối lượng phân tử từ 50000 đến 70000 dvc [6]
Gelatin, giống như các phân tử protein khác, có cấu trúc chính là một chuỗi polypeptid lớn và phức tạp, với thành phần amino acid tương tự như Collagen.
Có 18 loại amino acid khác nhau: Glycine, Alanine, Valine, Leucine, Isoleucine, Serine, Threaonine, Methionine, Aspartic acid, Glutamic acid, Lysine, Huydroxylysine, Arginine, Histidine, Phenylalanne, Tytrosine, Prolin, Hydroxylproline [6]
Phân tử Gelatin hướng các nhóm hoạt động ra ngoài môi trường Các nhóm như: Carboxyl, Imidazol, Amino, Guadino có thể ion hóa trong nước [6]
Các nhóm không mang điện bao gồm các nhóm Hydroxyl như Serine, Threonin, hydroxyproline, hydroxylysine và tyrosine, cùng với các nhóm peptide (-CO-NH-) Những nhóm này quyết định khả năng tạo liên kết hydro và ảnh hưởng đến cấu trúc phân tử.
Bảng 1 Các thành phần trong gelatin [6] Độ ẩm (%) Protein(%) Béo (%) Cacbohydrat (%) Fiber (%) Tro (%)
Bảng 2 Tỷ lệ các nguyên tố trong gelatin [6]
Thủy phân hoàn toàn gelatin tạo ra hỗn hợp gồm 18 amino acid, với tỷ lệ các loại acid amin này có thể thay đổi tùy thuộc vào nguyên liệu sử dụng để tách chiết gelatin và quy trình chế biến gelatin.
Bảng 3 Thành phần acid min thu được khi thủy phân 100g mẫu gelatin [7]
Acid amin Khối lượng (gam)
Glycine Alanine Valine Leucine Isoleucine Phenylalanne Tryptophane Serine Threaonine Tytrosine Proline
Hydroxylproline Methionine Cysteine Cystine Lysine Arginine Histidine Aspartic acid Glutamic acid Huydroxylysine
Tuy nhiên, ta vẫn có giá trị tương đối chính xác như sau: Aspartic acid (6%), Arginine (7,8%), Alanine (9%), Glutamic acid (10%), Proline và Hydroproline (24,3%), Glycine (21,4%), các amino acid khác (21,5%)
Hình 3.Thành phần acid amin trong gelatin
Nguồn nguyên liệu chính để sản xuất gelatin chủ yếu đến từ da lợn (46%), da bò (29.4%) và xương lợn, gia cầm (23.1%) Trong năm 2007, gelatin từ da cá chỉ chiếm một tỷ lệ nhỏ là 1.5% tổng sản phẩm gelatin.
Phân loại
Phân loại theo cách sản xuất:
Gelatin được chia thành hai loại chính: gelatin loại A và gelatin loại B, dựa trên nguồn gốc và phương thức sản xuất.
Gelatin loại A được sản xuất từ da lợn thông qua quá trình thủy phân trong môi trường axit, trong khi gelatin loại B được chế biến từ da và xương của các động vật khác bằng phương pháp thủy phân trong môi trường kiềm.
Bảng 4 Sự khác biệt cơ bản giữa 2 loại gelatin
Loại A Loại B pH 3,8 – 5,5 5,0 – 7,5 Điểm đẳng điện 7,0 – 7,9 4,7 – 6,0 Độ tro (%) 0,3 – 2,0 0,5 – 2,0
Phân loại theo đặc điểm hình thái:
Gelatin được chia làm 2 loại là:
Hình 4 Hình ảnh gelatin dạng lá
Hình 5 Hình ảnh gelatin dạng bột
Gelatin được phân thành ba loại chính dựa trên độ bloom: gelatin độ bloom cao, trung bình và thấp Độ bền của gel, hay còn gọi là giá trị "bloom", đo lường độ cứng và độ bền của gelatin, với trọng lượng phân tử trung bình nằm trong khoảng 30-300 bloom Cụ thể, gelatin có độ bloom dưới 150 thuộc loại bền thấp, từ 150 đến 220 là bền trung bình, và từ 220 đến 300 là bền cao Giá trị độ bền càng cao thì độ bền gel càng mạnh, do đó việc lựa chọn gelatin phù hợp phụ thuộc vào loại sản phẩm và chức năng cần thiết.
Một số loại gelatine khác: [7]
Gelatin tan trong nước lạnh
Gelatin thông thường được sản xuất bằng cách tạo gel và sau đó sấy khô, tạo ra sản phẩm ở dạng hạt thô với cấu trúc gel chặt chẽ Để hòa tan gelatin và tạo dung dịch, cần gia nhiệt để làm yếu các liên kết trong hạt gelatin, từ đó giúp nước dễ dàng xâm nhập vào hạt.
Để bỏ qua giai đoạn gia nhiệt và giúp việc hòa tan gelatin nhanh chóng, người ta đã phát triển loại gelatin tan trong nước lạnh Loại gelatin này được sản xuất bằng cách sấy mà không qua quá trình tạo gel, dẫn đến cấu trúc vô định hình Cấu trúc này cho phép gelatin trương nở nhanh và mạnh trong nước lạnh nhờ mạng phân tử ba chiều liên kết lỏng lẻo Sự sắp xếp ngẫu nhiên của các phân tử và lực liên kết yếu giữa chúng giúp nước dễ dàng xâm nhập vào cấu trúc, tạo thành gel.
Loại gelatin này có khả năng hút ẩm mạnh, dẫn đến việc dễ bị vón cục khi hòa tan Khi nồng độ gelatin thấp, việc tạo gel trở nên khó khăn và cấu trúc của khối gel không chắc chắn như gel được tạo ra theo phương pháp thông thường.
Gelatin loại này thường được dùng để làm chất ổn định trong một số thực phẩm như bánh gatô, các món tráng miệng
Gelatin được tạo ra từ quá trình phân giải collagen, có khối lượng phân tử thấp từ 3000 đến 20000, dễ hòa tan trong nước lạnh nhưng không tạo gel Với độ nhớt thấp từ 20 đến 50 mPas ở nồng độ 35% tại 25 độ C, gelatin này thường được sản xuất qua quá trình thủy phân enzym, sau đó tiệt trùng, cô đặc và sấy phun Điểm đặc biệt là gelatin không có vị đắng như các sản phẩm thủy phân từ protein khác, nên được ứng dụng rộng rãi trong thực phẩm như chất tạo cấu trúc cho sản phẩm sữa, chất tạo nhũ trong chế biến thịt, nguồn protein cho thực phẩm ăn kiêng, chất làm trong cho một số loại thức uống, và chất mang trong quá trình tạo hạt mà không làm thay đổi tính chất vật lý và hóa học của hạt.
Gelatin được ester hoá bởi các acid béo, giúp cải thiện khả năng tạo nhũ và mở rộng ứng dụng của các acid béo Việc này khắc phục nhược điểm của acid béo khi không thể bổ sung trực tiếp vào thực phẩm do tính không tan trong nước và dễ bị oxy hóa.
Lợi ích của gelatin đối với sức khỏe
Gelatin chứa từ 98 đến 99% protein, mặc dù không phải là một protein hoàn chỉnh vì thiếu các axit amin thiết yếu Tuy nhiên, gelatin vẫn cung cấp một lượng nhỏ vitamin và khoáng chất.
- Cải thiện chắc khỏe xương
Nghiên cứu cho thấy gelatin có hiệu quả trong việc điều trị các vấn đề về xương, đặc biệt là viêm xương khớp, loại viêm khớp phổ biến gây ra đau đớn và cứng khớp Việc bổ sung gelatin có thể giúp giảm đáng kể cơn đau ở khớp.
- Cải thiện chức năng về não
Gelatin chứa hàm lượng glycine cao, có tác động tích cực đến chức năng não Nghiên cứu cho thấy việc sử dụng gelatin có thể cải thiện trí nhớ và khả năng tập trung, đồng thời hỗ trợ điều trị các rối loạn tâm thần như tâm thần phân liệt.
Gelatin là một thực phẩm không chứa chất béo và có hàm lượng carbohydrate thấp Nghiên cứu cho thấy rằng gelatin có khả năng giảm cảm giác thèm ăn và giúp bạn cảm thấy no lâu hơn, từ đó hỗ trợ hiệu quả trong việc giảm cân.
- Cải thiện sức khỏe đường ruột và tiêu hóa
Gelatin mang lại lợi ích trong việc bảo vệ đường ruột và cải thiện lớp lót của hệ tiêu hóa, từ đó giúp ngăn ngừa hội chứng ruột bị rò rỉ Hơn nữa, gelatin còn hỗ trợ tăng cường khả năng sản xuất axit dạ dày, đảm bảo quá trình tiêu hóa diễn ra hiệu quả.
Tiêu chuẩn chất lượng của gelatin
Dạng tấm, mảnh hoặc bột với màu vàng nhạt hoặc hổ phách, có mùi đặc trưng của nước thịt hầm, ổn định trong không khí khi khô nhưng dễ bị hư hỏng bởi vi sinh vật khi ẩm hoặc trong dung dịch.
Bảng 5 Chỉ tiêu hóa – lý của gelatin (theo TCVN 12099:2017)
Hao hụt khối lượng sau khi sấy, % khối lượng, không lớn hơn
Hàm lượng lưu huỳnh dioxit, mg/kg, không lớn hơn 40
Hàm lượng tro tổng số, % khối lượng, không lớn hơn 2
Hàm lượng asen mg/kg, không lớn hơn 1
Hàm lượng chì, mg/kg, không lớn hơn 1,5
Hàm lượng cadimi, mg/kg, không lớn hơn 0,5
Hàm lượng thủy ngân, mg/kg, không lớn hơn 0,15
1.6.3 Các chỉ tiêu vi sinh vật
Bảng 6 Bảng Chỉ tiêu vi sinh vật của gelatin (theo TCVN 12099:2017)
Tổng số vi sinh vật hiếu khí, CFU/g, nhỏ hơn 10 4
Enterobacteriaceae vi khuẩn nhóm coli-aerogens, CFU/g, nhỏ hơn 10
Streptococci nhóm Lancefield, CFU/g, nhỏ hơn 10 2
TÍNH CHẤT CỦA GELATIN
Tính chất vật lý
Gelatin là một chất rắn không mùi, không vị, có dạng miếng, vảy, bột và hạt, với màu sắc từ vàng nhạt đến hổ phách và độ trong suốt cao Độ ẩm của gelatin nằm trong khoảng 9-12% và tỉ trọng dao động từ 1,3-1,4 Màu sắc của bột gelatin phụ thuộc vào nguồn gốc, trong đó gelatin từ da bò và da lợn có màu hơi vàng, trong khi gelatin từ cá có màu sáng hơn Tuy nhiên, màu sắc không ảnh hưởng đến các đặc tính của gelatin.
Gelatin là một thực phẩm, không phải là phụ gia thực phẩm nên không có giới hạn sử dụng [6]
Tính chất gelatin phụ thuộc vào pH, nguyên liệu thu nhận, nhiệt độ, nồng độ, thời gian và phương pháp chế biến [6]
Gelatin là một chất keo sinh học được ứng dụng nhiều trong sản xuất keo [6]
Khi được ngâm trong nước nóng dưới 50 độ C, gelatin sẽ hấp thụ nước, trương nở và hòa tan, tạo ra một dung dịch nhớt Lượng nước mà gelatin có thể hấp thụ có thể gấp 5 đến 10 lần khối lượng ban đầu của nó.
Trong dung dịch acid va kiềm, gelatin thì hòa tan rất nhanh
Gelatin có khả năng tan trong glycerin, propylen glycol, sorbitol, manitol nhưng không tan trong cồn, aceton, CCl4, benzen, ether và các dung môi hữu cơ khác
Khi gelatin tan trong nước nóng, nó tạo thành một dung dịch bao gồm gelatin và gelatose Tỷ lệ giữa hai thành phần này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của keo; nếu hàm lượng gelatose cao, chất lượng keo sẽ giảm.
Gelatin sẽ bị kết tủa ở nồng độ cao khi trong dung dịch có sự hiện diện của các muối phosphat, citrat, sulfat ở nồng độ thấp [7]
Tính chất hóa học
2.2.1 Tính chất gel - độ bền gel
Là yếu tố quan trọng đánh giá chất lượng gelatin khi đông Nó được đặc trưng bằng độ Bloom
Độ Bloom được định nghĩa là khối lượng gelatin tính bằng gam cần thiết để tạo ra sự lún 4mm trên bề mặt gel có đường kính 14,7mm Gel này chứa 6,67% gelatin và được giữ ở nhiệt độ 10 độ C trong khoảng 16-18 giờ Độ bền của gel phụ thuộc vào nồng độ gelatin và khả năng hình thành gel, với gelatin có khả năng tạo và ổn định liên kết hydro với nước, tạo ra cấu trúc gel 3 chiều ổn định Gelatin thu từ động vật thường có độ Bloom cao hơn và ổn định hơn so với gelatin từ cá.
Gelatin có khả năng tạo gel mà không cần dùng phối hợp với chất khác, đó là tính chất quan trọng của gelatin
2.2.2 Độ nhớt Độ nhớt cũng quan trọng như khả năng tạo gel và cũng phụ thuộc vào nhiệt độ, lẫn nồng độ Độ nhớt tỉ lệ thuận với nồng độ dung dịch và tỉ lệ nghịch với nhiệt độ Dưới 20 độ C, dung dịch sẽ tồn tại ở dạng gel (ngoại trừ nồng độ quá thấp) Trong khoảng 20-35 độ C, dung dịch vừa tồn tại ở dạng gel vừa tổn tại ở dạng dung dịch nhớt hoặc ở dạng chất lỏng có độ nhớt không ổn định Trên 35 độ C, các phân tử gelatin trở nên rời rạc, cho dù có tăng nồng độ gelatin trong dung dịch thì chúng vẫn không liên kết với nhau [6]
Các dung dịch gelatin giống hệt nhau về khả năng tạo gel, thì độ nhớt của gelatin loại B thường cao hơn 30 – 50 % độ nhớt của gelatin loại A
Gelatin là một loại protein đặc trưng với khả năng hoạt động như một acid hoặc base, nhờ vào tính chất lưỡng tính của nó Tính chất này xuất phát từ các nhóm cacboxyl (-COOH) có khả năng thể hiện tính acid và nhóm amin (-NH2) thể hiện tính kiềm, được hình thành trong quá trình thủy phân.
15 cách tổng quát gelatin tổn tại trong dung dịch dưới dạng lưỡng cực + NH3 - CH2 - COO - thường được gọi là ion “Zwitter "
Do vậy, gelatin là một protein điện ly lưỡng tính:
- Trong môi trường acid, sự phân ly của nhóm acid bị kìm hãm, gelatin tác dụng như một bazơ, tích điện “+” (Cation), chuyển về cực “-” trong diện trường
Trong môi trường kiểm soát phân ly của nhóm bazơ bị kìm hãm, gelatin hoạt động như một axit, mang điện tích âm (anion) và di chuyển về cực dương trong điện trường.
Tính lưỡng tính được xác định dễ dàng khi cho phản ứng với acid hay bazơ
Trong dung dịch kiềm hoặc acid, phân tử gelatin sẽ tích điện và di chuyển trong điện trường Ở pH = 2, tất cả các nhóm cacboxyl không mang điện, khiến phân tử gelatin có điện tích dương cực đại do sự hiện diện của các nhóm amino và guanidino.
Khi pH tăng, các nhóm cacboxyl bắt đầu tích điện, và tại pH = 6,5, tất cả các nhóm cacboxyl đều mang điện tích âm Điện tích của phân tử ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của gelatin Điểm đẳng điện là pH mà tại đó không có sự di chuyển điện tích xảy ra, và tại điểm này, dung dịch gelatin trở nên kém bền nhất, dễ tủa, với hàm lượng tối đa các phân tử protein không mang điện.
Nó được xác định một cách dễ dàng bởi hỗn hợp trao đổi ion resin và được biểu hiện bởi đơn vị pH
Tính lưỡng tính và điểm đẳng điện của gelatin loại A năm trong khoảng pH = 8-9 và phụ thuộc vào thời gian xử lý
Gelatin loại B có điểm đẳng điện là 5,2 sau 4 tuần ngâm trong nước vôi, nhưng giá trị này sẽ giảm xuống còn 4,8 nếu thời gian ngâm kéo dài hơn 4 tuần.
Điểm đẳng điện của gelatin phụ thuộc vào nồng độ muối trong dung dịch và được xác định tại giá trị pH mà tại đó gelatin đạt độ cực đại.
2.2.5 Tính hòa tan của gelatin [6]
Gelatin là một hợp chất hòa tan trong nước, có khả năng phồng lên khi được khuấy trong nước, với tỷ lệ tối đa 34% gelatin Ở nhiệt độ 40 độ C và sau 30 phút, gelatin sẽ hòa tan hoàn toàn, tạo ra một dung dịch đồng nhất Mức độ hòa tan của gelatin chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ, nồng độ và kích thước phân tử của nó.
Gelatin dissolves in polyhydric alcohols such as glycerol, propylene glycol, and sorbitol, which are used to reduce the hardness of gelatin film sheets However, gelatin is insoluble in alcohols, acetone, carbon tetrachloride, benzene, petroleum, and most non-polar organic solvents.
Gelatin khô được bảo quản trong điều kiện kín ở nhiệt độ phòng có thể bảo quản trong nhiều năm
Tính ổn định của gelatin bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và pH Để duy trì độ bền gel và độ nhớt, nên giữ gelatin trong khoảng pH từ 5-7 và ở nhiệt độ thấp.
Duy trì tính ổn định là chức năng của pH và các chất điện giải trong dung dịch gelatin và nó sẽ giảm khi nhiệt độ tăng
Dung dịch hoặc gel gelatin có tinh mẫn cảm với vi khuẩn và các enzyme phân hủy protein
2.2.7 Tính trương phồng [6] Đặc tính trương phồng của gelatin không những quan trọng trong sự savon hóa mà còn trong quá trình sản xuất phim ảnh và sự hòa tan của bao con nhộng trong dược phẩm
Trong gelatin, các liên kết ngang ảnh hưởng đến sự tương tác giữa các chuỗi, dẫn đến việc giảm độ trương phồng Sự ổn định của các liên kết này phụ thuộc vào các yếu tố như pH, nhiệt độ, thời gian và sự hiện diện của chất điện giải.
Sự ảnh hưởng của pH và chất điện giải đến sự trương phồng của gelatin được giải thích qua thuyết cân bằng Donnan, cho thấy gelatin có độ trương phồng thấp nhất tại điểm đẳng điện Các chất điện giải tác động đến sự trương phồng của gelatin được sắp xếp theo thứ tự Hofmeister, bao gồm Ba 2+, Ca 2+, Mg 2+, Cs 2+, Rb 2+, NH4 +, K +, Na +, Li +, và SO4 -.
CH3COO - , Cl - , Br - , NO3 - , I - , SCN -
Tại pH thấp hơn điểm đẳng điện, anion có tác động làm tăng sự phồng, trong khi ở pH cao hơn, cation lại giảm sự phồng Anion có khả năng phá vỡ liên kết hydro, yếu tố quan trọng trong việc gia tăng sự phồng.
Gelatin có tính chất hình thành gel-dung dịch thuận nghịch Nhiệt độ đông đặc phụ thuộc vào hàm lượng proline và hydroproline
Gelatin có nguồn gốc từ gia súc có nhiệt độ tạo gel cao 30-35°C
Gelatin da cá, hàm lượng proline và hydroproline thấp có nhiệt độ tạo gel thấp 8- 10°C
2.2.9 Giá trị HLB của gelatin
Hydrophile-Lipophile-HLB: Mối tương quan ái nước – ái dầu
Giá trị HLB của gelatin là 9,8
ỨNG DỤNG CỦA GELATIN TRONG LĨNH VỰC THỰC PHẨM
Trong sản xuất bánh kẹo
Đây là lĩnh vực được ứng dụng nhiều nhất Gelatin được sử dụng trong các sản phẩm bánh kẹo chiếm tỷ lệ 6 – 9% [11]
Gelatin là một chất ổn định quan trọng, giúp duy trì cấu trúc tinh thể của đường trong các sản phẩm bánh như đông đặc, lên men, nhân bánh và kẹo dẻo Với đặc tính đánh bông và ổn định, gelatin được sử dụng rộng rãi trong sản xuất kẹo dẻo, bao gồm kẹo dẻo gấu và kẹo cao su Hơn nữa, gelatin còn tương thích với các chất tạo dẻo khác như tinh bột pectin và gum Arabic, cho phép kết hợp chúng để tạo ra những sản phẩm đa dạng và hấp dẫn.
19 nhiều sản phẩm cấu trúc khác nhau Các sản phẩm có sử dụng gelatin như: kẹo bông đường, viên nén, kẹo hạnh nhân nougat…
Trong kẹo, gelatin giữ vai trò:
Chất tạo bọt: làm giảm sức căng bề mặt của pha lỏng
Chất ổn định: tạo độ bền cơ học cần thiết tránh biến dạng sản phẩm
Chất liên kết: liên kết một lượng nước lớn kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm [11]
Hình 6 Sản phẩm kẹo dẻo làm từ gelatin
Gelatin là thành phần quan trọng trong kẹo dẻo, mang lại độ dẻo và dai cho sản phẩm Theo thống kê, kẹo dẻo chứa từ 1,7% đến 2,5% gelatin có khả năng ngăn chặn sự kết tinh đường, giúp kẹo giữ được độ mềm và dẻo hơn Đối với các sản phẩm như vỏ kẹo, hàm lượng gelatin từ 0,5% đến 1% giúp giảm thiểu hiện tượng tan chảy.
Trong công nghiệp sản xuất kẹo mứt, gelatin sử dụng làm chất tạo gel, tạo xốp, làm chậm quá trình tan kẹo trong miệng với tỷ lệ 2 – 7% [6]
Trong sản xuất sữa và các sản phẩm từ sữa
Gelatin là một thành phần phổ biến trong các sản phẩm sữa nhờ vào khả năng tương thích tốt với protein sữa Nó đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định, tạo bọt và liên kết với nước, đặc biệt là trong sữa chua, bao gồm cả sữa chua ít béo và không béo Sự có mặt của gelatin giúp cải thiện chất lượng và kết cấu của sản phẩm.
20 thiện cấu trúc sữa chua đặc tính mịn, mềm cảm giác ngon miệng đồng thời kéo dài thời hạn sử dụng sản phẩm
Gelatin là thành phần lý tưởng để bổ sung vào yaourt trái cây, giúp ổn định cấu trúc sản phẩm sữa Việc sử dụng gelatin không chỉ ngăn chặn hiện tượng tách lỏng trong quá trình chế biến và bảo quản mà còn có thể kết hợp với các phụ gia khác như carrageenan và tinh bột để tăng cường hiệu quả.
Gelatin được sử dụng như một phụ gia tạo cấu trúc trong công nghiệp sữa và các sản phẩm từ sữa Chức năng của chúng là:
Tạo các mối liên kết với nước: gelatin có khả năng trương nở để tạo liên kết gấp
5 lần khối lượng của chúng với nước Nó giúp ngăn cản sự rỉ nước trong các sản phẩm sữa [11]
Gelatin đóng vai trò quan trọng trong việc củng cố cấu trúc cho các sản phẩm từ sữa, vì nó không phản ứng với các thành phần của sữa Tùy thuộc vào hàm lượng sử dụng, gelatin có khả năng làm chặt cấu trúc cream và tạo ra lớp gel chắc từ dịch lỏng Bên cạnh đó, gelatin còn giúp ổn định các bọt khí trong sản phẩm từ sữa ở nhiệt độ thấp và ngăn chặn sự hỏng cấu trúc trong suốt quá trình bảo quản.
Gelatin có khả năng tạo bọt hiệu quả khi kết hợp với đường và sữa, tương tự như các loại protein khác Tuy nhiên, sự hiện diện của chất béo có thể cản trở quá trình tạo bọt, do đó cần áp dụng các phương pháp vật lý như bơm không khí hoặc khí để tăng cường khả năng này.
CO2 và khí N2 được sử dụng để tăng thể tích và tạo bọt cho các sản phẩm sữa có bọt, trong khi gelatin đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định và tăng cường độ bền cho những sản phẩm này.
Gelatin không mùi có khả năng trung hòa, không làm thay đổi hương vị của sản phẩm Nó chống lại tác nhân oxy hóa, giúp ngăn chặn sự biến tính và giữ nguyên mùi trái cây cho sản phẩm.
Gelatin đóng vai trò quan trọng như một chất keo, giúp tăng cường sự đông tụ của sữa và casein, tạo ra kết cấu đồng nhất và hoàn thiện hơn.
Tạo cấu trúc mềm: sự có mặt một lượng nhỏ gelatin trong các sản phẩm sữa luôn tạo cho sản phẩm cấu trúc mềm mại [11]
Hình 7 Sữa chua trái cây vinamilk chứa gelatin
Gelatin đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định hệ nhũ tương, giúp sản phẩm bơ sữa và bơ thực vật không bị tách nước và duy trì cấu trúc mịn màng Đối với các sản phẩm pho mát như phô mai tươi và phô mai kem, gelatin không chỉ hoạt động như một chất kết dính nước mà còn là một chất thay thế chất béo, đồng thời nâng cao kết cấu mịn và kem của sản phẩm.
Trong sản xuất kem
Gelatin đóng vai trò quan trọng trong việc tạo cấu trúc mềm mại cho sản phẩm thực phẩm, giúp ngăn chặn hiện tượng tách lỏng khi đông lạnh kem và làm bền hệ nhũ tương, đồng thời hạn chế sự hình thành tinh thể đá trong quá trình bảo quản lạnh Ngoài ra, gelatin còn mang lại cảm giác béo ngậy trong miệng và có khả năng tan chảy ở nhiệt độ thân nhiệt, tạo ra hương vị hấp dẫn cho sản phẩm.
Trong các sản phẩm kem, gelatin đóng vai trò của một tác nhân ổn định và nó có chức năng sau:
Điều chỉnh độ nhớt của hỗn hợp Giúp bền vững hệ nhũ tương cho tới khi được sử dụng
Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nạp khí, tăng thể tích cho sản phẩm Ngăn cản sự biến tính trong quá trình bảo quản
Ngăn cản sự tạo thành tinh thể đá khi sản phẩm được lưu trữ ở nhiệt độ thấp
Gelatin giúp tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm bằng cách tạo ra cảm giác kem và béo mà không gây cảm giác nhớt dính như các sản phẩm có hàm lượng béo cao Khi kết hợp với các tác nhân ổn định khác, gelatin còn có khả năng tạo ra cấu trúc và hương vị phù hợp cho sản phẩm.
Trong sản xuất thịt
Gelatin là một thành phần quan trọng trong ngành thực phẩm, được sử dụng làm chất kết dính và tạo màng cho sản phẩm thịt, đặc biệt là trong các món thịt đông và xúc xích Đối với thịt đông, tỷ lệ gelatin cần thiết là khoảng 2-3%, giúp định hình và cải thiện chất lượng sản phẩm Ngoài ra, gelatin còn được sử dụng làm vỏ bọc ăn được cho xúc xích, nhờ vào khả năng cung cấp sự đồng đều bề mặt và độ bền dai cho sản phẩm.
Gelatin có khả năng hấp thụ nước gấp 5 đến 10 lần thể tích của nó, vì vậy nó được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm, đặc biệt là trong sản xuất đồ hộp, nhằm ngăn ngừa hiện tượng rỉ nước.
Một số sản phẩm từ thịt có sử dụng gelatin là:
Giăm bông là sản phẩm thịt được chế biến qua hai quá trình chính: hun khói và nấu Trong quá trình hun khói, bột gelatin hấp thu nước trong thịt, tạo ra một lớp màng giúp giữ kín khối thịt khi nguội Đối với giăm bông nấu, gelatin kết hợp với dịch lỏng trong quá trình chế biến, giữ nước bên trong và xung quanh sản phẩm Ngoài ra, gelatin còn giúp làm cứng lớp thạch từ mô liên kết, tạo nên vẻ ngoài hấp dẫn và những lát cắt đẹp mắt cho giăm bông.
Gelatin tạo gel bằng cách kết hợp với nước trong quá trình chế biến và thanh trùng Sản phẩm này sử dụng loại Gelatin có độ bền gel cao, với tỷ lệ từ 0,5-2%.
Các sản phẩm tráng miệng
Gelatin là một thành phần quan trọng trong các món tráng miệng như bánh pudding, bánh custards, kem và sữa chua đá, giúp tạo ra cấu trúc tốt và ổn định Nó không chỉ tạo gel hiệu quả mà còn mang lại cảm giác tan chảy trong miệng, làm tăng sự độc đáo cho sản phẩm.
Sản phẩm rượu và nước trái cây
Gelatin là một chất tinh khiết được sử dụng trong các sản phẩm như rượu và nước quả chưa lên men, giúp loại bỏ các thành phần không hòa tan gây đục sản phẩm Nó không chỉ nâng cao thời gian bảo quản mà còn giữ nguyên màu sắc đặc trưng của sản phẩm khi loại bỏ các chất gây đục.
Gelatin sử dụng làm chất làm trong với tỷ lệ 0,002 – 0,15%
Gelatin và gelatin thủy phân hiện nay được sử dụng phổ biến trong quá trình làm sạch rượu vang đỏ, bia và nước trái cây nhờ khả năng giảm độ đục và nâng cao giá trị cảm quan mà không làm ảnh hưởng đến hương vị sản phẩm Trong khi đó, việc sử dụng gelatin để tinh sạch rượu trắng và rượu nho hồng thường không được thực hiện một cách hệ thống Để đảm bảo hiệu quả trong quá trình tinh sạch và tránh hiện tượng quá tinh sạch, việc bổ sung tannin là cần thiết.
Quá trình tinh sạch rượu với sự tham gia của gelatin diễn ra qua hai phản ứng chính Phản ứng đầu tiên là sự tạo phức giữa polyphenol trong rượu và protein của gelatin, dẫn đến hình thành các bông lắng xuống Phản ứng thứ hai, mặc dù ít được biết đến hơn, là sự tạo phức giữa protein có trong rượu và protein bổ sung từ gelatin, tuy không đóng vai trò quan trọng như phản ứng đầu tiên.