Bài viết này giới thiệu và hệ thống lại một số chất có khả năng tạo gel tốt trong thực phẩm: tinh bột và các polysaccharide.
Sự tạo gel của tinh bột
Khi để nguội hồ tinh bột thì các phân tử sẽ tương tác với nhau và sắp xếp lại một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột có cấu trúc mạng ba chiều. Để tạo được gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ đậm đặc vừa phải, phải được hồ hoá để chuyển tinh bột thành trạng thái hoà tan và sau đó được để nguội ở trạng thái yên tĩnh. Khác với gel protein, trong gel tinh bột chỉ có duy nhất các liên kết hydro tham gia. Liên kết hydro có thể nối trực tiếp các mạch polyglucoside lại với nhau hoặc gián tiếp qua cầu phân tử nước.
Vì tinh bột chứa cả amylopectin (AP) và amylose (Am) nên trong gel tinh bột có vùng kết tinh và vùng vô định hình. Tham gia vào vùng kết tinh có các phân tử amylose và các đoản mạch amylopectin kết dính với nhau. Cấu trúc nhiều nhánh mà chủ yếu là các nhánh bên của phân tử amylopectin sẽ cản trở sự dàn phẳng và sự kết tinh. Vùng kết tinh vừa nằm trong các hạt đã trương vừa nằm trong dung dịch nước giữa các hạt sẽ tạo ra độ bền và độ đàn tính của gel. Phần của đại phân tử Am và AP nối vào mixen kết tinh nhưng nằm trong phần vô định hình ở giữa các mixen sẽ tạo cho gel một áp suất nhất định không bị phá huỷ và trong một chừng mực đáng kể áp suất này do số lượng tương đối của các phân tử trong phần vô định hình quyết định.
Các tinh bột vừa chứa Am và AP nên có khuynh hướng tạo gel như nhau khi ở nồng độ tương đối thấp. Chỉ có tinh bột khoai tây là khả năng này kém hơn, có thể là do hàm lượng Am của nó cao hơn nhưng trước hết là do độ dài bất thường và mức độ phân nhánh yếu của Am sẽ cản trở sự uốn thẳng để tạo ra cấu trúc mixen. Các tinh bột giàu amylopectin như tinh bột ngô nếp, có độ phân nhánh cao thường cản trở sự tạo gel khi ở nồng độ thấp nhưng khi ở nồng độ cao (khoảng 30%) thì cũng tạo được gel.
Tinh bột cũng có thể đồng tạo gel với protein. Nhờ tương tác này mà khả năng giữ nước, độ cứng và độ đàn hồi của gel protein được tốt hơn. Gel từ tinh bột giàu Am thường cứng và đàn hối kém.
Sự tạo gel của agar
Quá trình tạo gel xảy ra khi làm lạnh dung dịch agar. Dung dịch agar sẽ tạo gel ở nhiệt độ khoảng 40 – 50°C và tan chảy ở nhiệt độ khoảng 80 – 85°C. Gel agar có tính thuận nghịch về nhiệt. Khi đun nóng polymer tạo thành một khối, khi dung dịch nguội đi các chuỗi sẽ bao lấy nhau và liên kết với nhau từng đôi một bằng liên kết hydro để tạo thành chuỗi xoắn kép, tạo ra một mạng lưới không gian ba chiều nhốt các chất khô bên trong do số lượng liên kết hydro rất lớn.
Quá trình hình thành gel và độ ổn định của gel bị ảnh hưởng bởi hàm lượng agar và khối lượng phân tử của nó. Kích thước lỗ gel khác nhau phụ thuộc vào nồng độ agar, nồng độ agar càng cao kích thước lỗ gel càng nhỏ. Khi làm khô gel có thể tạo thành một màng trong suốt, bền cơ học và có thể bảo quản lâu dài mà không bị hỏng.
Khả năng tạo gel phụ thuộc vào hàm lượng đường agarose. Sự có mặt của ion sunfat làm cho gel bị mờ, đục. Do đó tránh dùng nước cứng để sản xuất. Chúng có khả năng giữ mùi vị, màu, acid thực phẩm cao trong khối gel nhờ nhiệt độ nóng chảy cao (85 – 90°C). Gel agar chịu được nhiệt độ chế biến 100°C, pH 5–8, có khả năng trương phồng và giữ nước.
Sự tạo gel của Carrageenan
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 chắc, 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.
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 độ polyme thấp sự hình thành và hợp lại của các xoắn sẽ dẫn đến tăng độ nhớt.
Qua đó, có thể mô tả cơ chế tạo gel như sau: trước hết là xuất hiện sự chuyển đổi cấu hình từ dạng cuộn sang xoắn lò xo, tiếp sau là sự kết hợp các xoắn và tụ hợp lại có trật tự tạo thành xoắn kép gel. Như vậy, gel là tập hợp các xoắn có trật tự hay còn gọi là xoắn kép.
FOODNK
