1 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM ––––––––––––––––––––––––––––––– BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI R-D CẤP BỘ Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PULLULAN TRONG SẢN XUẤT BÁNH KẸO VÀ BẢO QUẢN THỊT” Chủ nhiệm Đề tài: NGÔ THỊ VÂN 7314 23/4/2009 Hà Nội, 12-2008 2 I. Tổng quan 1.1 Cơ sở pháp lý /xuất xứ của đề tài Căn cứ vào Quyết định số 1999/QĐ-BCT ngày 03 tháng 12 năm 2007 của Bộ trởng Bộ Công nghiệp về việc giao kế hoạch KHCN năm 2008; Căn cứ vào Hợp đồng nghiên cứu Khoa học và Phát triển Công nghệ số 85.08RD/HĐ- KHCN giữa Bộ Công thơng và Viện Công nghiệp Thực phẩm ký ngày 28 tháng 01 năm 2008 ( Chi tiết xem trong phần phụ lục) 3 1.2 Tính cấp thiết và mục tiêu của đề tài 1.2.1. Tính cấp thiết của đề tài Mt sn phm mi có nguồn gốc sinh học đang đợc chú ý, quan tâm nhiều trên th gii hiện nay là pullulan. Pullulan cú nhng tớnh cht nh l tan hon ton trong nc lạnh tạo dung dịch có độ nhớt, dính cao, dung dịch trong và ổn định, không hoà tan trong dung môi hữu cơ, chu c khong pH rng 2- 12, không tạo gel, có sức căng bề mặt lớn hơn nớc, nhiệt độ cháy 250- 280 0 C. Dung dịch pullulan dễ dàng hình thành màng film mỏng trong suốt, cú th tụ mu, trang trớ lờn v đặc biệt hơn l màng pullulan ngn khụng cho khụng khớ thm qua, có thể so sánh với polypropulen, polyeste, polyvinyl [4,17,18] Chớnh vỡ các đặc tính trên nên pullulan c ng dng rng rói trong cỏc ngnh cụng nghip nh: cụng nghip thc phm, cụng nghip dc, mỹ phẩm v cỏc ngnh cụng nghip khỏc( Desh et al., 1992). Trong cụng nghip thc phm, pullulan c s dng để tăng độ bóng, giữ màu sắc, nâng cao chất lợng của sản phẩm kẹo, lm tng nht, độ dính cho ung, kem, xỳc xớch Mng pullulan cú kh nng ngn khụng cho khụng khớ thm qua nờn c s dng bao gúi, phủ bên ngoài cho cỏc s n phm thc phm chống oxy hoá nhất là các sản phẩm có dầu và tăng cờng khả năng chống mất màu của sản phẩm. Ngoi ra, pullulan c s dng l thc phm chc nng (thc phm ớt calo). Trong cụng ngh dc phm, y hc, pullulan c s dng lm v nang thuc tân dợc, lm cht gi cõn bng ỏp sut trong mỏu Trong cụng ngh m phm, với khả năng kết dính cao pullulan đợc ứng dụng trong sản xuất dầu gội đầu, làm chất tạo sợi, tạo bọt và độ nhớt thấp giúp cho dịch dễ thấm sâu vào da, tóc. Trong cỏc ngnh cụng nghip khỏc nh cụng nghip dt thỡ nú l tỏc nhõn h vi. Với khả năng tạo màng mỏng trong suốt, ngăn oxy pullulan đang đựơc chú ý nh một nguồn nguyên liệu mới thay thế một phần bao bì polyethylen nhằm giải quyết vấn đề ô nhiễm môi tr ờng bức bách hiện nay. 4 Hiện nay pullulan c nghiên cứu và sn xut trờn quy mụ cụng nghip rt nhiu nc trờn th gii nh Nht Bn, Trung Quc, Th Nh K Các Công ty lớn sản xuất pullulan là Công ty Hayashibare Biochemical Osaka Nhật bản với sản phẩm pullulan PI20 ứng dụng nhiều trong ngành thực phẩm, dợc phẩm. Các công ty Ayurvedic Remedie Holistic, công ty Feinkost ingredient, công ty Dow Chemical, Sumitomo Chemical sản xuất ra pullulan dạng bột dùng cho công nghiệp giấy, phân bón, và phụ gia thực phẩm ở nớc ta, pullulan hầu nh cha đợc chú ý đến. Để có thể ứng dụng đợc pullulan, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài Nghiên cứu ứng dụng pullulan trong sản xuất bánh kẹo và bảo quản thịt nhằm bớc đầu tạo ra các sản phẩm có chất lợng cao góp phần đảm bảo đợc vệ sinh an toàn thực phẩm, tạo tiền đề cho nghiên cứu sản xuất pullulan ở nớc ta. 1.2.2. Mục tiêu của đề tài ứng dụng pullulan trong chế biến và bảo quản thực phẩm 1.3. Nội dung nghiên cứu 1.3.1. Nghiên cứu các điều kiện công nghệ ứng dụng pullulan trong sản xuất bánh kẹo 1.3.2. Nghiên cứu các điều kiện công nghệ sử dụng pullulan trong bảo quản thịt 1.3.3. ứng dụng sản xuất sản phẩm kẹo quy mô thử nghiệm 5 1.4. Tổng quan tài liệu 1.4.1. Giới thiệu về pullulan Pullulan đợc sinh tổng hợp từ chủng Aureobasidium pullulans, đợc hình thành khi tế bào đang trong trạng thái pha log muộn (Catley,1971) và sự hình thành phụ thuộc đối với nhiều nhân tố bao gồm pH, nhiệt độ, cơ chất và chủng giống (Catley,1971; Yuen, 1974; Madi et al, 1997; Gibb,1996). Hiệu suất và khối lợng phân tử phụ thuộc nhiều vào điều kiện lên men. Bender ngời đầu tiên miêu tả sự hình thành polysacarit ngoại bào từ chủng Aureobasidium pullulan ( Bender etal., 1959). Năm 1938 nhà khoa học Bayer đã quan sát sự hình thành polymer ngoại bào từ chủng Aureobasidium pullulan và mãi đến năm 1958 tác giả Bayer mới phân lập đợc và bắt đầu nghiên cứu các đặc tính của polysacarit này. Năm 1959 polysacarit ngoại bào từ chủng Aureobasidium pullulan đợc đặt tên là pullulan. Trong suốt những năm 1961 pullulan đợc nghiên cứu và xem xét cấu trúc phân tử. Sau khi phát hiện một enzim pullulanase có thể thuỷ phân liên kết alpha 1,6 glucozit để chuyển pullulan thành maltotrioza thì cấu trúc pullulan càng đợc làm sáng tỏ [4,5,6,9] Hiện nay theo hệ thống số quốc tế (INS), mã số pullulan là E 1204 . Trong sản phẩm thơng mại PI 20 một sản phẩm pullulan đã deion tồn tại 1250 đơn vị glucoza. Trên thế giới, Cụng ty Hayshibara Co.ltd, Nhật bản sn xut pullulan trờn quy mụ cụng nghip t nm 1972 vi sn lng 1000 tn/ nm và Công ty Shanghai Puao BioTech Co.Ltd -Trung quốc đang sản xuất pullulan trên quy mô công nghiệp [17] 1.4.2. Cấu tạo và cấu trúc của pullulan Pullulan l mt polysaccharit c to b i ch yu cỏc n v maltotrioza v mt phn nh cỏc n v maltotetraoza theo liờn kt - 1,6 glucozit. Cỏc n v ny c cu to t cỏc glucoza theo liờn kt - 1,4 glucozit. Pullulan có công thức hoá học (C 6 H 10 O 5 ) n . Pullulan c sn xut t tinh bt thụng qua quỏ trỡnh lờn men từ chng Aureobasidium pullulans. 6 Hình 1.1. Cấu trúc của pullulan [5] Polysacarit ngo¹i bµo của chủng Aureobasidium pullulans có hai d¹ng sản phẩm: polysaccarit dị hình và glucan trung hoà. Glucan trung hoà được gọi là pullulan , chứa hai liên kết α- 1,4 và α- 1,6 glucozit. Pullulan được xác định dựa trên cơ sở sự quay cực, thuỷ phân axit fomic, phổ hồng ngoại, phương pháp phân tích methyl hoá. Người ta đã đưa ra tỉ lệ liên kết α- 1,4 : α- 1,6 glucozit trong ph©n tö pullulan là 3:2 dựa trên phương pháp methyhoá và oxyhoá. Cấu trúc của pullulan được mô tả nh ư là một chuỗi mạch thẳng bao gồm các đơn vị maltotrioza liên kết với nhau theo liên kết α - 1,6 glucozit và đơn vị này lại được tạo thành từ ba đơn vị glucoza liên kết với nhau theo liên kết α - 1,4 glucozit [5, 6,12] Khảo sát pullulan từ một chủng khác của Aureobasidium pullulans, Bouveng và các cộng sự [10] cũng đưa ra kết quả tương tự với tỉ lệ liên kết α - 1,4: α - 1,6 glucozit là 2:1, đây cũng là giá trị lí thuyết v ề chuỗi polymaltotrioza. Sự thay đổi liên kết α - 1,4 và α - 1,6 glucozit cho pullulan từ các chủng khác nhau đã được công bố rộng rãi. 7 Hỡnh 1.2. Cu trỳc n gin ca pullulan [5] Bng phơng pháp thu phõn hon ton ca enzim pullulanaza enzim c hiu tỏc ng lờn liờn kt - 1,6 glucozit cho thấy cu trỳc polymaltotrioza trờn (hỡnh 1.2) có chút thay i sau khi tỡm thy maltotetraoza, nhng n v tetrasaccharit ny xut hin ở cui phõn t pullulan. Sau ny ngi ta xỏc nh c nhng n v ny l maltotetraoza v nú khụng ch xut hin cui chui m nú c phõn b mt cỏch ngu nhiờn trờn phõn t polymaltotrioza. T l ny cú th lờn ti 7%.[10,9,15] Cu trỳc pullulan ó c ch ra hỡnh 1.1 cho đến nay vẫn c chp nhn mt cỏch rng rói. Tuy nhiên trong cu trỳc phân tử của pullulan vn cú nhiu s thay i, đú l kh nng phõn nhỏnh (nhng khụng ỏng k). Bouveng v cỏc cng s [10] cho rằng không loi kh nng cú liờn kt - 1,3 glucozit trong phõn t (1%- 2%). Bi vỡ, ụng ó tỡm thy glucoza khụng b oxyhoỏ cũn li sau s ụxyhoỏ tun hon. Tác giả Elinov v Mateeva [15] c ng cho thy cú liờn kt - 1,3 glucozit nhng mc cao hn 7%. Do vy ó cú nhiu ý kin khỏc nhau v cu trỳc mch thng trong ú cú liờn kt - 1,3 glucozit vi - 1,4 glucozit vi di khỏc nhau ó nh hng trc tip lờn liờn kt - 1,6 glucozit. Bng cỏch kt ta vi cetyl trimetylamoni hydroxit, Bouveng v cỏc cng s [10,15] ó tỏch c c -glucan v cỏc axit polysaccharit d hỡnh cha glucoza, manoza, galactoza v axit uronic cú trong pullulan. Bng phng phỏp 8 metyl hoỏ, oxihoỏ hon ton, thu phõn axit v enzim, ngi ta tỡm thy trong -glucan cú cha liờn kt - 1,3 glucozit liờn kt vi liờn kt - 1,6 glucozit. Mt -glucan cha 68% liờn kt 1,3 glucozit v 32% liờn kt 1,6 glucozit v axit malic cng c tỏch ra sau khi kt ta phõn on vi cetyl trimethylamoni bromua[15] 1.4.3. Khối luợng phân tử của pullulan Khối lợng phân từ pullulan phụ thuộc vào điều kiện nuôi cấy (thời gian, pH, phosphat, ), tuy nhiên nó khoảng 10- 3000 kDa (Sugimoto, 1978; Wiley et al., 1993). ó cú nhiu nghiờn cu v phõn t lng ca pullulan v cho thy cú s bin thiờn ỏng k. S phõn ct bi enzim amylaza và s phõn ct ca enzim pullulanase lờn pullulan phõn t l ng thp ó to ra cỏc tetrasaccharit phõn nhỏnh thay vỡ cỏc n v maltotetraoza.V cỏc n v maltotetraoza trong pullulan cng b phõn ct bi enzim - amylaza tuyn nc bt. Tác giả Yeun [17] cho rng cú th iu chnh c phõn t lng bng cỏch la chn chng v thay i cỏc iu kin nuụi cy. Tác giả Sugimoto [12] thỡ li cho rng pH v nng photphat l hai yu t quan trng quyết nh phõn t lng ca pullulan. Phõn t lng gim khi tng pH v tăng nng photphat trong canh trng. Pullulan có khối lợng phân tử 500,000- 600,000 dalton khi đợc sản xuất ở pH ban đầu là 3, trong khi pullulan có khối lợng phân tử 200,000- 300,000 dalton khi pH ban đầu là 4,5. Để có pullulan phân tử luợng cao cần điều chỉnh pH canh trờng t 3,0 6,0 sau hai ngy nuôi cấy v tng nng ngun cỏcbon. Phõn t lng của pullulan cng tng khi t l t bo tng, tng tc khuy. Ngoài ra pullulan có khối lợng phân tử trên 1000000 danton nếu sử dụng glucoza kết hợp với glucozamin trong môi trờng nuôi cấy. Pullulan có khối lợng phân tử lớn đợc sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp hơn.[17,12] 9 1.4.4. TNH chất của PULLULAN Pullulan có những tính chất rất u việt nh : bột màu trắng, không mùi, không vị , không hút ẩm, chứa 6% ẩm, không có tính khử. Pullulan bị phá huỷ ở nhiệt độ cao 250 280 0 C. Pullulan hoà tan trong nớc lạnh và nớc nóng, không hoà tan trong dung môi hữu cơ trừ dimethylformaldehide và dimethylsulfoxide( Sugimoot, 1978; Tsujiaka và Misuhashi, 1993).Dung dịch pullulan nhớt nhng không tạo gel và ổn định. Độ nhớt của pullulan phụ thuộc vào khối lợng phân tử của pullulan. Độ nhớt dung dịch nồng độ 10% ở 30 0 C là 132-179mm 2 /s, độ nhớt của pullulan tơng tự với dung dịch gum arabis. Pullulan luôn có khả năng hình thành một màng film trong suốt. Dung dch pullulan cú sc cng b mt cao và độ n nh tốt, chịu pH rộng t 2-12, nht ca nú khụng thay i khi cú mt ca cỏc ion kim loi khỏc nhau cú trong dung dch. Với khả năng dính kết cao nên có thể nén trực tiếp dới nhiệt có ẩm. Pullulan cú th to thnh nhng loi vt liu cú hỡnh dng khỏc nhau. Pullulan c to thnh mng cú tớnh cht ngn nga, khụng cho khụng khớ thm qua. Sản phẩm thơng mại của hãng Hayshibara Co.ltd có thành phần nh sau: Trng thỏi Dng bt mu trng hoc h i vng trng S ho tan trong nc (25 0 C) D tan m <6% Cht tro <3% Protein <0,5% Arsenic <2 ppm Kim loi nng <5 ppm 10 1.4.5. Những NG DNG CA PULLULAN Pullulan đợc US Food and Drug Administration (FDA) và Substances General Recognized as Safe (GRAS) cho phép sử dụng trong lĩnh vực thực phẩm, dợc phẩm và mỹ phẩm 1.4.5.1 Trong công nghiệp thực phẩm: Với tính chất tạo đợc màng mỏng, trong, ngăn cản đợc sự tiếp xúc của oxy với sản phẩm, pullulan đợc coi là chất lý tởng để bao gói bảo quản, phủ bên ngoài hoàn hảo cho các sản phẩm thực phẩm chống oxy hoá nhất là các sản phẩm có dầu, làm nổi trội màu và tăng cờng khả năng chống mất màu của sản phẩm. Do có khả năng ngăn cản khí nên màng pullulan còn đợc dùng nhiều trong việc giữ hơng trong quá trình bảo quản, lm gim mt mựi v ca sn phm v ng thi trỏnh c s oxy hoỏ cht bộo v cỏc thnh phn cha du cú trong thc phm lm tng thi hn s dng. Một ứng dụng rất có giá trị của màng pullulan là dùng để trang trí, vẽ tranh lên sản phẩm nhất là trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo. Dung dịch pullulan không màu, không mùi có thể tạo lớp áo bóng, đẹp, bền màu cho sản phẩm. Cấu trúc phân tử của pullulan là maltotrioza liên kết với nhau nên pullulan rất khó bị phân huỷ bởi enzim vì thế nó cung cấp calo một cách từ từ khi vào cơ thể ngời. Pullulan c s dng l thc phm chc nng (thc phm ít calo). Năm 2003 tác giả Bryan W. Wolf , Keith A. Garlel, Young S. Choe đã có bài báo trên tạp chí dinh dỡng của Mỹ về pullulan tiêu hoá chậm trong cơ thể ngời. Thí nghiệm đợc đánh giá qua một đêm của ngời sử dụng đồ uống chứa 50 g cacbonhyđrat là maltodextrin và 50 gam pullulan, tiêu chí phân tích là nồng độ hyđrogen trong hơi thở và nồng độ glucoza trong máu. So với mẫu đối chứng peak glucoza trong máu là giảm đi rõ rệt của ngời sử dụng pullulan là 1,97+- 0,1mmol/lít, còn ngời sử dụng maltodextrin là 4.24mmol/lít. Điều đó cho thấy pullulan tiêu hoá chậm không làm tăng glucoza trong máu khi ăn, calo ít. [8,15,16] Khả năng kết dính của pullulan cao nên nó đợc dùng nhiều để giữ hình dạng khác nhau của các viên thịt, cá trong chế biến đồ hộp, thức ăn nhanh. [...]... hơng, màu của sản phẩm kẹo Để có thể áp dụng pullulan vào sản xuất kẹo cứng cần nghiên cứu các điều kiện công nghệ nhằm tạo ra quy trình công nghệ thích hợp 2.3.1.1 Nghiên cứu xác định tỉ lệ pullulan bổ sung thích hợp trong thành phần kẹo cứng Trong sản xuất kẹo yêu cầu khối kẹo phải dẻo ở nhiệt độ tạo hình và chịu đợc sự kéo dài Nhằm nâng cao chất lợng kẹo tạo độ bóng, bền màu và giữ hơng và chống chảy... đối chứng từ đó rút ra nhận xét và theo dõi bảo quản kẹo 2.1.1.4 Nghiên cứu sử dụng màng pullulan trong bảo quản thịt chín Thịt là loại thực phẩm có giá trị dinh dỡng nên rất dễ hỏng khi bảo quản Màng pullulan đợc ví nh cái hàng rào ngăn oxy có thể kéo dài thời gian bảo quản thịt chín hoặc túi đựng thực phẩm chín khô tránh oxy hoá tăng thời gian bảo quản phần nào hạn chế sử dụng hoá chất bảo quản Tiến... gói, bảo quản sản phẩm thực phẩm 2.1.1.3 Nghiên cứu ứng dụng pullulan trong sản xuất kẹo Chuẩn bị dịch pullulan: Định lợng pullulan ( 0,3 gam/ 100 gam kẹo) hoà tan trong nớc nóng Nấu kẹo: Cân 100 gam đờng kính, bổ sung 100 ml nớc cho vào chảo đun trên bếp cho tan hoàn toàn, cho tiếp 100 gam siro glucoza và dịch pullulan vào nấu kẹo, khi độ ẩm khối kẹo đạt