Tài liệu thêm Gum arabic | Kỹ thuật hóa học

Gum arabic
P. A. Williams and G. O. Phillips, North East Wales Institute, Wrexham 9.1 Giới thiệu
Gum arabic hay gum Acacia là một loại nhựa cây và đã là một mặt hàng thương mại quan
trọng từ thời cổ đại. Nó đã được người Ai Cập sử dụng để ướp xác xác ướp và cũng cho sơn
cho các chữ khắc hình tượng. Truyền thống, nhựa này chủ yếu được thu hoạch từ loài Acacia
senegal. Các cây này phát triển rộng rãi trên vành đai Sahel của châu Phi nằm ở phía bắc xích
đạo cho đến sa mạc Sahara và từ Senegal ở phía tây đến Somalia ở phía đông. Nhựa chảy ra
từ thân và cành của cây (thường từ năm tuổi trở lên) khi chịu áp lực như hạn hán, đất nghèo
dinh dưỡng hoặc bị thương. Sản xuất được kích thích bằng cách ‘khai thác’, liên quan đến
việc loại bỏ các phần của vỏ cây bằng rìu mà không làm hỏng cây. Chất nhựa dính khô trên
các cành để hình thành các nốt cứng được thu hoạch bằng tay và được phân loại theo màu sắc
và kích thước (Hình 9.1). Các mẫu thương mại thường chứa các loài Acacia khác ngoài
Acacia senegal, đặc biệt là Acacia seyal. Tại Sudan, nhựa từ Acacia senegal và seyal được
gọi lần lượt là hashab và talha. Loại trước là một chất rắn màu nhạt đến nâu cam, gãy với một
vết gãy thủy tinh và loại sau thì tối hơn, dễ vỡ hơn và hiếm khi được tìm thấy trong các khối
trong các lô hàng xuất khẩu. Hashab chắc chắn là sản phẩm hàng đầu nhưng talha có giá thấp
hơn đã tìm thấy những ứng dụng gần đây làm tăng giá trị của nó. Không thể xác định chính
xác sự cân bằng giữa hai sản phẩm này trên thị trường vì nó liên tục thay đổi. Một số loại
nhựa Sudan điển hình có sẵn được liệt kê trong Bảng 9.1.
9.2 Cung và xu hướng thị trường
Sudan theo truyền thống là nhà sản xuất chính kẹo cao su Ả Rập và nguồn cung vào cuối
những năm 1960 đã vượt quá 60.000 tấn mỗi năm. Hạn hán và bất ổn chính trị trong những
năm 1970 và 1980 đã khiến nguồn cung giảm xuống mức thấp nhất là ~20.000 tấn mỗi năm.
Nigeria và Chad là những nhà sản xuất chính khác với tổng lượng xuất khẩu ~10.000 tấn mỗi
năm. Ước tính hiện tại về tổng sản lượng kẹo cao su Ả Rập là 40-50.000 tấn mỗi năm.
Hình 9.1 Thu thập gum arabic từ cây Acacia senegal.
Châu Âu là thị trường lớn nhất của loại kẹo cao su này và lượng nhập khẩu trung bình đạt
~30.000 tấn mỗi năm vào đầu những năm 1990. Pháp và Anh là những nước nhập khẩu chính
(lần lượt là 10.000 và 7.900 tấn mỗi năm trong giai đoạn 1989-1995) mặc dù phần lớn trong
số này được tái xuất. Pháp cho thấy xu hướng tăng trong giai đoạn này trong khi Anh lại có
xu hướng giảm. Đức và Ý là những thị trường lớn tiếp theo, đạt trung bình 4.200 và 3.700
tấn/năm trong cùng kỳ. Ngoài châu Âu, thị trường lớn nhất là Hoa Kỳ, nơi nhập khẩu tổng
cộng 10.000 tấn vào năm 1994. Nhập khẩu của Nhật Bản đạt khoảng 2.000 tấn/năm.
Sự biến động của nguồn cung trong 20-30 năm qua đã dẫn đến những biến động mạnh về giá
cả và từ đó gây ra sự bất ổn cho thị trường người tiêu dùng. Khi nguồn cung gần như cạn kiệt
vào những năm 1970, giá đã tăng từ khoảng 1.500 đô la lên 5.000 đô la/tấn và sau đó thậm
chí lên 8.000 đô la. Gần như không thể đánh giá được sự tương đương ở mức giá hiện nay vì
lạm phát giá cả hàng hóa không đồng đều và thấp hơn so với hàng hóa sản xuất.
Bảng 9.1 Các loại cao su Sudan Cấp Sự miêu tả Đã chọn thủ công
Loại đắt nhất. Sạch nhất, màu sáng nhất và có dạng các nốt sần lớn.
Đã làm sạch và sàng lọc
Phần vật liệu còn lại sau khi được chọn lọc và sàng lọc bằng
tay được loại bỏ. Bao gồm các khối nguyên vẹn hoặc vỡ vụn
có màu sắc từ hổ phách nhạt đến hổ phách sẫm. Đã làm sạch
Cấp độ tiêu chuẩn dao động từ màu hổ phách nhạt đến đậm.
Chứa sàng lọc nhưng đã loại bỏ bụi. Sàng lọc
Các hạt mịn còn lại sau khi phân loại theo cấp độ mong
muốn. Chứa một ít cát, vỏ cây và đất Bụi
Các hạt rất mịn được thu thập sau quá trình làm sạch. Chứa cát và bụi bẩn Màu đỏ Các hạt màu đỏ sẫm
Giá ổn định vào năm 1996 ở khoảng 5.000 đô la mỗi tấn nhưng sau đó ngay lập tức người
Sudan đã giảm giá xuống còn 2.500 đô la mỗi tấn, điều này dẫn đến sự lo lắng và những vấn
đề nghiêm trọng cho các nhà chế biến trong ngành, những người đã giữ hàng tồn kho ở mức
giá cao hơn. Việc giảm giá được thúc đẩy bởi sự không thể của người Sudan trong việc di
chuyển hàng tồn kho của họ, được báo cáo là khoảng 42.000 tấn vào thời điểm đó. Giá đã
giảm sâu hơn nữa vào năm 1998 xuống còn 1.800 đô la mỗi tấn. Hiện nay giá giống như ở
Mỹ như nó đã ở những năm 1970 và thậm chí rẻ hơn ở châu Âu. Lạm phát ở Sudan đã diễn ra
mạnh mẽ và do đó giá bằng đồng bảng Sudan có thể trông hấp dẫn tại địa phương nhưng ẩn
chứa một sự giảm mạnh trong doanh thu cho đất nước. Giá thấp đã có tác động nghiêm trọng
ở Chad và hiện nay giá trị của cây cho năng lượng và các mục đích khác gần bằng giá trị của
nhựa. Hiện tại có rất nhiều sự không chắc chắn trên thị trường khiến việc lập kế hoạch dài
hạn trở nên khó khăn. Tình hình với talha thì có phần khác. Cho đến nay, nó đã được coi là
một loại nhựa kém chỉ được sử dụng để có lợi thế về giá hoặc khi nguồn cung hashab thấp.
Giá năm 1996 là 500 đô la mỗi tấn phản ánh vị trí này. Gần đây, tuy nhiên, chức năng của
talha trong ‘thức uống sức khỏe’ như một loại sợi lên men để duy trì sức khỏe của đại tràng
đã mang lại giá trị cho nó. Đã có một cuộc đua để có được talha đến mức hiện nay rất khó để
có được nguồn cung cấp chất lượng yêu cầu. Sudan đã cạn kiệt hàng tồn kho và được cho là
không có ý định tăng sản xuất. Chính sách của Chính phủ là duy trì các đồn điền hashab và
sử dụng cây talha để sản xuất than củi. Có những dấu hiệu cho thấy chính sách này có thể
thay đổi do nhu cầu tăng cao. Giá hiện nay đang tiến gần đến giá của hashab. Sản phẩm
truyền thống là Acacia seyal var. seyal nhưng cũng có một vật liệu khác, được gọi là ‘talha
trắng’ từ Acacia seyal var. fistula mà Chad đang tìm cách khai thác. Tuy nhiên, nguồn cung
talha trong tương lai có khả năng đến từ Nigeria, nơi nó được gọi là ‘Nigerian No. 2’. 9.3 Sản xuất
Sau khi xuất khẩu sang châu Âu và Hoa Kỳ, một số loại được chế biến để mang lại chất
lượng và sự tiện lợi cao hơn cho người dùng, nhưng cũng làm tăng giá thành từ 1.000 đến
1.500 đô la mỗi tấn. Quá trình chế biến có thể bao gồm nghiền cơ học (kibbling) để phá vỡ
các hạt nhỏ thành nhiều kích cỡ cụ thể khác nhau.
Gôm dạng vụn (kibbled gum) có thể được tách thành nhiều kích thước cụ thể khác nhau. Một
lợi ích của gôm dạng vụn là nó hòa tan nhanh hơn nhiều so với gôm dạng cục. Ngoài ra còn
sản xuất các sản phẩm sấy phun (spray-dried) và sấy lăn (roller-dried). Các quy trình này liên
quan đến hòa tan gôm trong nước kèm gia nhiệt và khuấy. Nhiệt độ được giữ ở mức tối thiểu
nhằm đảm bảo gôm không bị biến tính vì điều này có thể gây ảnh hưởng bất lợi tới tính năng
chức năng của nó. Sau khi loại bỏ vật liệu không tan bằng phương pháp lắng/gạn hoặc lọc,
dung dịch được tiệt trùng bằng phương pháp pasteur và sau đó sấy phun hoặc sấy lăn. Sấy
phun gồm việc phun dung dịch vào luồng khí nóng. Nước bốc hơi nhanh và bột khô, thường
có kích thước 50–100 micromet (µm), được tách khỏi không khí bằng thiết bị phân tách kiểu
cyclone. Trong sấy lăn, dung dịch được trải lên các trục (con lăn) gia nhiệt bằng hơi và nước
bốc hơi bằng một luồng khí. Độ dày màng gôm tạo thành được điều chỉnh bằng cách thay đổi
khe giữa hai con lăn. Màng được cạo khỏi con lăn bằng dao, tạo ra các hạt dạng vảy có kích
thước vài trăm micromet. Mẫu sấy phun và sấy lăn có ưu điểm so với gôm thô và gôm vụn ở
chỗ chúng hầu như không còn bị ô nhiễm vi sinh và hòa tan nhanh hơn nhiều. 9.4 Khía cạnh pháp quy
Gôm Arabic đã được Ủy ban Chuyên gia Chung về Phụ gia Thực phẩm (JECFA) đánh giá
trong nhiều dịp giữa các năm 1970 và 1998, dẫn tới tám lần thay đổi các tiêu chuẩn kỹ thuật.
Thật đáng ngạc nhiên, tuy nhiên, không có thay đổi nào trong số các tiêu chuẩn này được
khuyến nghị để thông qua bởi Ủy ban Codex Alimentarius. Các thay đổi về tiêu chuẩn được tóm tắt dưới đây.
• FAO Food and Nutrition Paper Số 4 (1978): “Dung dịch 1 phần trong 10 của mẫu lọc qua
đất diatomaceus có tính quay về trái nhẹ (slightly laevorotatory)”.
• FAO Food and Nutrition Paper Số 25 (1982): Không thay đổi.
• FAO Food and Nutrition Paper Số 34 (1986): Yêu cầu về quay cực riêng (specific rotation) bị loại bỏ.
• FAO Food and Nutrition Paper Số 49 (1990): Quay cực riêng được đưa trở lại và “nên
nằm trong khoảng 26° và 34°. Nitơ phải nằm giữa 0.27 và 0.39%”. Gôm Arabic được định
nghĩa là “một chất tiết khô thu được từ thân và cành của Acacia senegal (L) Willdenow hoặc
các loài có quan hệ gần”. (Lần đầu tiên giới hạn về nitơ và quay cực riêng được áp đặt và từ
“closely” (các loài có quan hệ gần) được đưa vào.)
• FAO Food and Nutrition Paper Số 52 Phụ lục 3 (1995): Cả hai yêu cầu về nitơ và quay
cực riêng đều bị loại bỏ nhưng từ “closely” vẫn được giữ lại. Thêm vào đó, các xét nghiệm
được đưa vào để đảm bảo mannose, xylose và axit galacturonic không có mặt, qua đó loại trừ
các gôm không phải của Acacia.
• FAO Food and Nutrition Paper Số 52 Phụ lục 5 (1997): Việc chấp nhận Acacia seyal như
một loài “liên quan gần” được công nhận.
Do đó, rõ ràng là Acacia seyal luôn được xem là một thành phần của gôm Arabic thương mại
ngoại trừ thời điểm khi có sự thay đổi triệt để trong tiêu chuẩn năm 1990 mà sau đó đã bị từ
bỏ vào năm 1995. Bộ tiêu chuẩn đầy đủ công nhận điều này lần đầu tiên xuất phát từ cuộc
họp JECFA lần thứ 49 năm 1997 và được coi là định nghĩa cuối cùng (INS 414). Nội dung như sau:
Gum Arabic là một chất tiết khô thu được từ thân và cành của Acacia senegal (L)
Willdenow hoặc các loài Acacia có quan hệ gần (họ Leguminosae). Acacia seyal là một loài
có quan hệ gần. Gôm Arabic chủ yếu bao gồm các polysaccharide có phân tử lượng cao và
các muối của chúng với canxi, magiê và kali, khi thủy phân sinh ra arabinose, galactose,
rhamnose và axit glucuronic. Các hàng hóa thương mại có thể chứa vật chất ngoại lai như cát
và mảnh vỏ cây, những thứ này phải được loại bỏ trước khi sử dụng trong thực phẩm. Gôm
Arabic từ A. seyal đôi khi được gọi là talha.
Tuy nhiên, tiêu chuẩn này lại một lần nữa được thay đổi tại cuộc họp JECFA lần thứ 51
(1998). Lần thay đổi này lại có những điểm quan trọng, như được mô tả trong Food and
Nutrition Paper 52 Add. 6 (1998). Các thay đổi quan trọng được tóm tắt ở đây.
Từ đồng nghĩa: Gum arabic (Acacia senegal) Gum hashab, kordofan gum
Gum arabic (Acacia seyal) Gum talha
Acacia gum, arabic gum INS No 414
Các tên địa lý trước đây chưa từng được đưa vào, chỉ liên quan tới Sudan, và không đại diện
cho các nước sản xuất gôm Arabic khác.
Định nghĩa: Gôm Arabic là một chất tiết khô thu được từ thân và cành của Acacia senegal
(L) hoặc Acacia seyal (họ Leguminosae). Các gôm từ các loài Acacia khác không bao gồm
trong các tiêu chuẩn này.
Các tham chiếu tới “các loài liên quan” như trong tất cả các tiêu chuẩn đã công bố khác hoặc
“các loài có quan hệ gần” được JECFA giới thiệu năm 1990 đã bị xóa bỏ, trên cơ sở sai lầm
rằng các nước nhà sản xuất đang phát triển có thể chỉ sản xuất một loài mà không có loài
“liên quan” nào khác vô tình bị nông dân địa phương thu hoạch. Trong trường hợp như vậy,
cụm từ ‘related species’ vốn luôn được đưa vào để phòng ngừa.
Mô tả: Gôm từ A. senegal và từ A. seyal tương ứng có thể được phân biệt bằng phương pháp miễn dịch học.
Gum arabic (A. senegal) và gum arabic (A. seyal) không nhất thiết có thể hoán đổi về mặt công nghệ.
Những đặc điểm mới này được cho là được đưa vào nhằm cho phép phân biệt hai loài tạo nên
gôm Arabic và thừa nhận các ứng dụng khác nhau của chúng.
Kết luận cuối cùng?
Một lần nữa, Tiêu chuẩn Gôm Arabic được sửa đổi chuẩn bị tại JECFA lần thứ 51 (1998) tổ
chức tại Geneva cuối cùng đã được trình để phê duyệt cho Ủy ban Codex Alimentarius tại
cuộc họp ở The Hague vào tháng 3 năm 1999. Một Nhóm Công tác được thành lập để rà soát
tất cả các đề xuất. Không thể đưa ra kết luận dứt khoát và Báo cáo của Nhóm Công tác phản
ánh sự thiếu đồng thuận. JECFA không muốn đem trở lại để xem xét thêm vì không có thông
tin khoa học mới nào được cung cấp cho họ. Do đó gôm Arabic đứng trước nguy cơ bị bỏ
lửng, không được phê chuẩn cũng chẳng bị bác bỏ — một tình trạng rất không thỏa đáng cho
tất cả các bên liên quan.
Cuối cùng, trong Phiên họp toàn thể có mặt đầy đủ các nước, gôm Arabic được đưa ra xem
xét. Những tranh luận cũ lại xuất hiện, nhưng khi cuộc thảo luận tiếp tục, ngoài Sudan, một
nước sản xuất châu Phi sau nước sản xuất châu Phi khác đã ủng hộ Tiêu chuẩn của JECFA.
Nhiều tổ chức thương mại cũng lên tiếng ủng hộ, và rồi một tình huống gần như chưa từng có
xảy ra — Chủ tịch đã dẫn dắt và đề xuất chấp nhận Tiêu chuẩn vào Loại II (Recommended
for Adoption after Editorial Changes, including Technical Revisions). Các thay đổi biên tập được gợi ý như sau: Gôm Arabic
• Dưới mục “Từ đồng nghĩa” xóa Gum hashab, kordofan và Gum talha.
• Dưới “Định nghĩa” xóa câu cuối (Gums from other Acacia species are not included in these specifications).
• Dưới “Mô tả” xóa đoạn thứ tư và thứ năm, tức các câu tham chiếu tới phân biệt bằng miễn
dịch học và tính không thể hoán đổi về công nghệ.
Đề xuất này đã được chấp nhận và trình tới Ủy ban Codex Alimentarius tại Kỳ họp thứ 23 ở
Rome, 28 tháng 6 – 3 tháng 7 năm 1999 và được thông qua. Đây là một dịp lịch sử. Lần đầu
tiên có một Tiêu chuẩn Tư vấn Codex Alimentarius được phê duyệt cho gôm Arabic (Phụ lục
1) xác lập định nghĩa là:
Gôm Arabic là một chất tiết khô thu được từ thân và cành của Acacia senegal (L) hoặc
Acacia seyal (họ Leguminosae).
Có các định nghĩa pháp lý khác được tuân thủ tùy theo lợi ích cụ thể hoặc vị trí địa lý.
Tiêu chuẩn Gôm Arabic của EU (E414)
Acacia gum là một chất tiết khô thu được từ thân và cành của các chủng Acacia senegal (L)
Willdenow tự nhiên hoặc các loài Acacia có quan hệ gần (Họ Leguminosae). Nó chủ yếu bao
gồm các polysaccharide phân tử lượng cao và các muối của chúng với canxi, magiê và kali,
khi thủy phân sinh ra arabinose, galactose, rhamnose và axit glucuronic.
Vì vậy, mặc dù có các đề xuất trái chiều trong các bản nháp khác nhau, EU đã theo JECFA và
không đưa giới hạn quay cực riêng. Tuy nhiên, một đổi mới bất ngờ và khá khó hiểu là Chỉ
thị đã đưa vào một điều khoản về phân tử lượng, chỉ ra rằng gôm Arabic nên có phân tử
lượng khoảng 350.000. Điều này có vẻ không phù hợp vì trong tài liệu khoa học đã báo cáo
các giá trị phân tử lượng từ 200.000 đến 800.000 (xem, ví dụ, Idris et al. (1998) Food Hydrocolloids 12, 379).
Dược điển Châu Âu (European Pharmacopeia)
Định nghĩa: Acaciae Gummi (Acacia)
Acacia là chất tiết gôm cứng trong không khí, chảy tự nhiên từ hoặc thu được bằng cách khía
vỏ từ thân và cành của Acacia senegal (L) Willdenow và các loài Acacia khác có nguồn gốc châu Phi.
Tiêu chuẩn đã giữ lại “Dung dịch 10% w/v có tính quay về trái (laevorotatory)”. Ngầm hiểu
rằng, do đó, định nghĩa thừa nhận tính chấp nhận của Acacia seyal trong Gôm Arabic thương mại.
Food Chemical Codex của Hoa Kỳ
Food Chemical Codex là một hoạt động của Hội đồng Dinh dưỡng và Thực phẩm (Food and
Nutrition Board) thuộc Viện Y học, được tài trợ bởi Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm
Hoa Kỳ (FDA). Gôm được định nghĩa (INS 414) như sau:
Dịch tiết dạng keo khô thu được từ thân và cành của cây Keo lá tràm (Acacia senegal) (L)
Willdenow hoặc các loài Keo lá tràm có họ hàng (Fam. Leguminosae). Keo lá tràm chưa
nghiền có dạng hình cầu màu trắng hoặc trắng vàng, kích thước đa dạng hoặc dạng mảnh góc
cạnh. Sản phẩm cũng được bán trên thị trường dưới dạng vảy, hạt hoặc bột màu trắng đến
trắng vàng. 1g hòa tan trong 2ml nước tạo thành dung dịch dễ chảy và có tính axit khi thử
quỳ tím. Sản phẩm không tan trong cồn.
Cần lưu ý rằng không có yêu cầu cụ thể về độ luân chuyển trong định nghĩa hiện tại.
Dược điển Hoa Kỳ và Danh mục Thuốc Quốc gia
Acacia là dịch nhựa khô tiết ra từ thân và cành của loài Acacia senegal (Linne) hoặc các loài
Acacia khác có liên quan ở châu Phi (họ Đậu – Leguminosae). Định nghĩa này được ghi nhận
trong Ấn bản lần thứ 21 của USP, ngày 1 tháng 1 năm 1985, NF XVI. Chuyên luận chính
thức cho USP XXI, trang 1538. Định nghĩa này vẫn giữ nguyên trong Chuyên luận chính
thức hiện hành cho NF 18 (USP2) năm 1996.
Trong Ấn bản lần thứ 22 (ngày 15 tháng 11 năm 1991), bổ sung sau đây được đưa vào:
“Bổ sung vào phần Góc quay riêng (Specific rotation): từ –25° đến –35°, tính trên cơ sở
khan (anhydrous basis) xác định bằng dung dịch 1% w/v”.
Tuy nhiên, một bản bổ sung sau đó (bản bổ sung USP XXII – NF XVII năm 1992) đã loại bỏ
yêu cầu về góc quay riêng. Do vậy, USP và NF hiện nay thống nhất với EU và JECFA. 9.5 Cấu trúc
Gôm từ Acacia senegal và Acacia seyal là các polysaccharide phức tạp, đều chứa một lượng
nhỏ các chất có chứa nitơ mà không thể loại bỏ bằng phương pháp tinh chế. Thành phần hóa
học của chúng thay đổi chút ít theo nguồn gốc, khí hậu, mùa thu hoạch, tuổi cây,… nhưng dữ
liệu phân tích điển hình cho mỗi loại được trình bày trong Bảng 9.2.
Cả hai loại gôm đều gồm những phần đường tương tự, nhưng gôm từ Acacia seyal có hàm
lượng rhamnose và acid glucuronic thấp hơn, trong khi chứa nhiều arabinose và 4-O-methyl
glucuronic acid hơn so với gôm từ Acacia senegal. Gôm Acacia seyal cũng chứa hàm lượng
nitơ thấp hơn và có góc quay riêng rất khác biệt. Việc xác định các thông số này có thể giúp
phân biệt nhanh hai loài gôm.
Thành phần amino acid của hai loại khá giống nhau (Bảng 9.3), với hydroxyproline và serine
là hai thành phần chính nhất.
Cả hai loại gôm đều có phân bố khối lượng phân tử phức tạp với những đặc điểm tương tự,
nhưng khối lượng phân tử trung bình của gôm từ Acacia seyal thường cao hơn gôm từ
Acacia senegal (Bảng 9.2).
Các đường cong phân bố khối lượng phân tử điển hình được thu bằng sắc ký gel với detector
chỉ số khúc xạ và UV ở 206 nm được trình bày trong Hình 9.2(a) và 9.2(b). Chỉ số khúc xạ là
một phương pháp nhạy để đánh giá nồng độ và khối lượng phân tử của gôm.
Bảng 9.2 Đặc tính của gôm từ Acacia senegal và Acacia seyal Thành phần
Acacia senegal Acacia seyal % galactose 44 38 % arabinose 27 46 % rhamnose 13 6 % glucuronic acid 14.5 6.5 % 4-O-methyl glucuronic acid 1.5 5.5 % nitrogen 0.36 0.15 Góc quay riêng (°) –30 +51
Khối lượng phân tử trung bình (Mw) 380.000 590.000
Bảng 9.3. Thành phần axit amin của gôm Acacia senegal và Acacia seyal
(số dư/1000 đơn vị)
Axit amin (Tên – viết tắt) Acacia senegal Acacia seyal Hydroxyproline (Hyp) 256 240 Aspartic acid (Asp) 91 65 Threonine (Thr) 72 62 Serine (Ser) 144 170 Glutamic acid (Glu) 36 38 Proline (Pro) 64 73 Glycine (Gly) 53 51 Alanine (Ala) 28 38 Cysteine (Cys) 3 — (không có) Valine (Val) 35 42 Methionine (Met) 2 — (không có) Isoleucine (Ile) 11 16 Leucine (Leu) 70 85 Tyrosine (Tyr) 13 13 Phenylalanine (Phe) 30 24 Histidine (His) 52 51 Lysine (Lys) 27 18 Arginine (Arg) 15 11
Các đường cong phân tử cho thấy gôm gồm hai thành phần: thành phần chính (peak 1) chiếm
~90% tổng lượng gôm, có khối lượng phân tử vài trăm ngàn; và thành phần khác (peak 2)
chiếm ~10%, có khối lượng phân tử vài triệu. Đường cong UV thay đổi đáng kể và thể hiện
ba đỉnh. Hai đỉnh trong số đó trùng với các đỉnh xác định bởi chỉ số khúc xạ, nhưng cường độ
khác nhau. Nguyên nhân có thể do gôm chứa nhiều chất mang protein hơn trong phân đoạn
có khối lượng phân tử cao.
Đỉnh thứ ba tương ứng với vật liệu giàu protein, chiếm chỉ ~1% tổng lượng gôm, có khối
lượng phân tử khoảng ~200.000.
Phần lớn các nghiên cứu cấu trúc tập trung vào gôm Acacia senegal. Phân tích carbohydrate
cho thấy ba đỉnh UV có cấu trúc phân nhánh cao gồm β-1,3- liên kết D-galactose với nhánh
mở rộng từ galactose 3- và 6- liên kết, cùng arabinose 3- liên kết ở vị trí kết thúc nhánh.
Thành phần chính (peak 1) thường chứa <1% protein. Thành phần thứ hai (peak 2) chứa
~10% protein và dễ bị phân giải bởi enzyme proteolytic, cho thấy protein gắn kết trong cấu
trúc polysaccharide. Thành phần thứ ba (peak 3) chứa 20–50% protein và có cấu trúc peptide
lớn (Hình 9.4). Người ta tin rằng các amino acid đặc trưng như hydroxyproline và serine có
liên quan đến vùng protein này và đây là yếu tố góp phần vào độ bền của phân tử gôm.
Hình 9.3. Cấu trúc có thể có của thành phần carbohydrate trong gum từ Acacia senegal.
A = arabinosyl; Hình tròn tô đen = galactose liên kết tại vị trí C-3 (galactose đã gắn); Hình
tròn không tô = galactose liên kết tại vị trí C-6 (galactose hoặc glucuronic acid gắn vào, hoặc
là nhóm cuối); R1 = rhamnose–glucuronic acid; R2 = galactose–3-arabinose; R3 =
arabinose–3-arabinose–3-arabinose.
(Trích từ Food Polysaccharides and Their Applications, với sự cho phép của Marcel Dekker).
Hình 9.4. Cấu trúc dạng hoa keo (wattle blossom) của phân đoạn có khối lượng phân tử cao
trong gum Acacia senegal. 9.6 Tính chất
Gum arabic dễ dàng hòa tan trong nước để tạo thành dung dịch trong, có màu từ vàng rất nhạt
đến nâu cam, và có pH khoảng 4,5. Cấu trúc phân nhánh mạnh của gum Acacia senegal tạo
ra các phân tử dạng khối, nhỏ gọn, với thể tích thủy động lực học nhỏ; vì vậy dung dịch gum
chỉ trở nên nhớt ở nồng độ cao, như minh họa ở Hình 9.5. Sự so sánh độ nhớt của gum arabic
với xanthan gum và natri carboxymethylcellulose (hai chất làm đặc thông dụng) được thể
hiện ở Hình 9.6. Ta thấy rằng ngay cả dung dịch gum arabic ở nồng độ 30% cũng có độ nhớt
thấp hơn dung dịch 1% xanthan gum và natri carboxymethylcellulose ở tốc độ cắt thấp.
Ngoài ra, gum arabic có tính chất Newton, nghĩa là độ nhớt không phụ thuộc vào tốc độ cắt.
Trong khi đó, cả xanthan gum và natri carboxymethylcellulose đều thể hiện đặc tính phi
Newton (shear-thinning) – độ nhớt giảm khi tốc độ cắt tăng. Điều này được giải thích bởi
thực tế rằng các polymer sau là phân tử dạng chuỗi thẳng, dễ xảy ra sự quấn rối giữa các phân
tử, trong khi gum arabic không có đặc điểm này.
Hình 9.5. Độ nhớt của gum arabic như là hàm theo nồng độ.
Hình 9.6. So sánh các đường cong độ nhớt theo tốc độ cắt của dung dịch 1% xanthan gum,
1% natri carboxymethyl cellulose, và 30% gum arabic.
Điều này không xảy ra đối với các phân tử gum arabic dạng phân nhánh, rất nhỏ gọn. Độ
nhớt giảm khi có mặt các chất điện giải do hiện tượng che chắn điện tích, và cũng giảm ở pH
thấp khi các nhóm carboxyl không còn phân ly
Một đặc tính chức năng quan trọng khác của gum arabic là khả năng hoạt động như chất nhũ
hóa cho các dầu thơm và hương liệu. Hiện nay người ta biết rằng thành phần giàu protein và
có khối lượng phân tử cao ưu tiên bám lên bề mặt các giọt dầu. Người ta cho rằng chuỗi
polypeptide kị nước bám và cố định các phân tử lên bề mặt, trong khi các khối carbohydrate
ngăn ngừa sự kết tụ và hợp nhất nhờ các lực đẩy tĩnh điện và lực cản không gian. Điều này
được minh họa sơ đồ ở Hình 9.7. Vì chỉ một phần gum tham gia vào quá trình nhũ hóa, nên
nồng độ cần thiết để tạo nhũ tương cao hơn nhiều so với protein tinh khiết
Hình 9.7. Minh họa sơ đồ sự ổn định các giọt dầu nhờ các phân tử gum arabic.
Để tạo ra nhũ tương 20% dầu cam, cần nồng độ gum arabic khoảng 12%. Sau khi được hình
thành, các nhũ tương này có thể ổn định trong thời gian dài (vài tháng) mà không có dấu hiệu hợp nhất giọt dầu.
Việc đun nóng dung dịch gum arabic kéo dài sẽ làm thành phần giàu protein kết tủa ra khỏi
dung dịch, từ đó ảnh hưởng đến khả năng nhũ hóa của gum. 9.7 Ứng dụng 9.7.1 Ngành kẹo
Ứng dụng chính của gum arabic là trong ngành công nghiệp kẹo, nơi nó được sử dụng trong
nhiều sản phẩm khác nhau, bao gồm kẹo dẻo, kẹo pastilles, kẹo marshmallow và toffee.
Các kẹo wine gums truyền thống chứa gum arabic ở nồng độ 40–55%, và rượu được dùng để
tạo hương vị. Trong quá trình chế biến, gum được hòa tan trong nước giữ nhiệt độ càng thấp
càng tốt (~60°C) để tránh sự kết tủa của các thành phần giàu protein, vì điều này sẽ làm dung
dịch bị đục. Sau đó, gum được thêm vào dung dịch đường/glucose đã nấu sôi trước (70%),
tiếp theo là hương liệu và màu sắc.
Sau khi để yên để bọt khí nổi lên, bất kỳ tạp chất trên bề mặt được loại bỏ và dung dịch được
đổ vào khuôn tinh bột, sau đó đặt vào phòng sấy 4–6 ngày. Kẹo được lấy ra khỏi khuôn, chải
sạch tinh bột và thường được phủ lớp bóng bằng dầu hoặc sáp.
Để tạo kẹo mềm hơn hoặc pastilles mềm, thời gian sấy có thể giảm xuống 2–3 ngày.
Gần đây, do tình trạng thiếu gum và biến động giá, nhiều nỗ lực đã được thực hiện để tìm vật
liệu thay thế gum arabic. Ngày nay, pastilles thường được chuẩn bị với nồng độ gum arabic
thấp hơn, kết hợp với các hydrocolloid khác, đặc biệt là tinh bột, maltodextrin, gelatin, pectin
và agar. Trong các công thức này, sự tách pha có thể xảy ra do không tương thích giữa các
hydrocolloid khác nhau. Mức độ tách pha sẽ phụ thuộc vào tốc độ hình thành gel do các
hydrocolloid khác gây ra, từ đó quyết định kết cấu cuối cùng của sản phẩm.
Trong marshmallows, gum được sử dụng như chất ổn định bọt, trong khi trong toffee, nó
được dùng để nhũ hóa chất béo có trong sản phẩm. Các công thức điển hình được trình bày trong Bảng 9.4 và 9.5.
Ngoài ra, gum arabic còn được sử dụng để tạo lớp bóng (glaze) trên hạt điều hoặc các sản phẩm phủ tương tự.
Bảng 9.4 Công thức điển hình cho kẹo dẻo. Nước 39,0% Đường 37,0% Dextrose 19,0% Albumen 1,8% Gum arabic 2,4% Gelatin 0,5% Muối 0,3%
Bảng 9.5 Công thức điển hình cho các sản phẩm loại caramel Siro ngô 38,4%
Sữa đặc nguyên kem ngọt 34,4% Đường cát 9,6% Đường nghịch chuyển 9,6% Dầu thực vật hydro hóa 3,8% Muối 0,2% Gum arabic 4,0% 9.7.2 Đồ uống
Gum arabic ổn định trong môi trường axit và được sử dụng rộng rãi như một chất nhũ hóa
trong sản xuất dầu hương cam quýt và cola cô đặc dùng trong nước giải khát. Gôm có khả
năng ức chế sự kết bông và kết tụ của các giọt dầu trong nhiều tháng, hơn nữa, nhũ tương vẫn
ổn định đến một năm khi được pha loãng tới ~500 lần với nước có ga có đường trước khi
đóng chai. Trong quá trình chuẩn bị nhũ tương, một chất tạo khối thường được thêm vào dầu
để tăng mật độ cho phù hợp với mật độ của đồ uống cuối cùng và do đó ức chế sự tạo kem.
Các chất tạo khối điển hình được sử dụng, tùy thuộc vào luật pháp ở nhiều nơi trên thế giới,
là este glycerol của gỗ, gôm damar và sucrose acetate isobutyrate (SAIB). SAIB thường
không được sử dụng riêng lẻ mà thường kết hợp với nhựa thông hoặc gôm damar. Nhũ tương
được chuẩn bị bằng cách thêm dầu vào dung dịch gôm arabic trong điều kiện khuấy tốc độ
cao, sau đó đồng nhất hóa để tạo ra các giọt có kích thước ~1 micron. Một công thức điển
hình có thể chứa 20% gôm arabic, 10% dầu hương liệu và 5% chất tạo trọng lượng, trong khi
thành phẩm có thể chứa 0,1–0,2% nhũ tương cô đặc, 10% đường và 0,2% axit citric/chất tạo màu.
9.7.3 Bao gói hương liệu
Vi bao gói thường được sử dụng để chuyển đổi hương liệu thực phẩm từ dạng lỏng dễ bay
hơi thành dạng bột chảy, có thể dễ dàng kết hợp vào các sản phẩm thực phẩm khô như súp và
hỗn hợp tráng miệng. Quá trình này cũng giúp hương vị ổn định trước quá trình oxy hóa. Bao
gói bao gồm sấy phun nhũ tương của dầu hương liệu được sản xuất bằng cách sử dụng gôm
arabic làm chất nhũ hóa. Ngày nay, maltodextrin thường được trộn với gôm để giảm chi phí.
Các hạt được tạo thành bằng phương pháp sấy phun thường có kích thước từ 10–200 micron
và khả năng giữ lại vật liệu dễ bay hơi, thường là 80%, phụ thuộc vào một số biến số, bao
gồm nhiệt độ đầu vào của máy sấy phun, nồng độ và độ nhớt của nhũ tương, cũng như tỷ lệ
gôm arabic so với maltodextrin. Các công thức điển hình được trình bày trong Bảng 9.6.
Bảng 9.6: Công thức cho quá trình đóng gói hương vị Hương vị 7% 10% Gum arabic 28% 15% Maltodextrin 0% 25%
9.8 Tài liệu tham khảo
GLICKSMAN, M., ed. (1969) Gum Technology in the Food Industry Academic Press, New York.
GLICKSMAN, M., ed. (1982, 1983, 1986) Food Hydrocolloids vols I, II, III, CRC Press, Boca Raton, Florida.
IMESON, A., ed. (1992) Thickening and Gelling Agents for Food Blackie Academic and
Professional Publishers, Glasgow.
NUSSINOVITCH, A., ed. (1997) Hydrocolloid Applications; gum technology in the food
and other industriesBlackie Academic and Professional, London.
STEPHEN, A. M. ed. (1995) Food Polysaccharides Marcel Dekker, New York.
WHISTLER, R. L. and BEMILLER, J. N., eds (1993) Industrial Gums; polysaccharides and
their derivatives, 3rd edn, Academic Press, San Diego.
WILLIAMS, P. A. and PHILLIPS, G. O. (1998) Gums and Stabilisers for the Food Industry 9
Royal Society of Chemistry, Cambridge UK. Special Publication No. 218.
Document Outline

• 9.5 Cấu trúc
  • Bảng 9.2 Đặc tính của gôm từ Acacia senegal và Acacia seyal
  • Bảng 9.3. Thành phần axit amin của gôm Acacia senegal và Acacia seyal (số dư/1000 đơn vị)
  • 9.7 Ứng dụng
    • 9.7.1 Ngành kẹo