Agar: Gellatin từ thực vật tự nhiên

Agar là gì?

Việt Nam có sự đa dạng và phong phú về nguồn lợi rong biển như rong nâu, rong đỏ và rong lục. Loài có giá trị kinh tế cao như rong đỏ. Rong đỏ chứa rất nhiều các hoạt chất có giá trị như carrageenan ở rong sụn (Kappaphycus alvarezii, Kappaphycus striatum,…), agar ở trong rong câu chỉ vàng Gracilaria…

Agar là chất nền vững chắc để chứa môi trường nuôi cấy cho công việc vi sinh. Agar có thể được sử dụng như một chất thay thế gelatin cho người ăn chay, một chất nhuận tràng, một chất ức chế sự thèm ăn và một chất làm đặc cho súp. Trong việc bảo quản trái cây, kem lạnh và các món tráng miệng khác, trong trong sản xuất bia, giấy và vải định cỡ.

Chất tạo gel trong agar là một polysaccharide không phân nhánh thu được từ thành tế bào của loại tảo đỏ, chủ yếu từ tengusa (Gelidiaceae) và ogonori (Gracilaria). Agar là một polime được tạo thành từ các tiểu đơn vị của đường galactose.

Agar được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau như công nghệ thực phẩm, công nghệ dược, công nghệ vi sinh,… Agar là một loại rong biển được dùng để làm thuốc. Rong biển đỏ của Nhật là nguồn agar thường gặp nhất. Ở Nhật, agar còn thường được dùng để giảm cân.

Ngoài ra, Agar có tác dụng chữa bệnh tiểu đường và táo bón. Trong mỹ phẩm Agar là một dạng chất gel và được sử dụng trong sữa dưỡng da, thuốc gel, và một số loại thuốc đạn.

Đặc tính lưu biến của agar lại phụ thuộc vào cấu trúc của agar-agar cũng như sự liên kết của agar-agar với các ion kim loại, với các polysaccharide hay protein khác nhau.

Điều chế sản xuất Agar

Người ta có thể chiết xuất agar từ rong biển với nước nóng, sau đó là đóng băng và tan băng làm sạch. Quy trình chiết xuất thương mại liên quan đến rửa, chiết xuất hóa học, lọc, gel hóa, tẩy trắng, đông lạnh, rửa, làm khô và xay xát.

Bột rau câu agar được làm chủ yếu từ rong, là loại thuộc ngành tảo tự nhiên. Để làm ra được loại bột này trước tiên sau khi lấy tảo về làm đông, chúng được ép thủy lực để tách toàn bộ nước sau đó sấy khô và nghiền thành dạng bột mịn.

Cơ chế hoạt động của Agar

Hoạt chất Agar có tính thuận nghịch về nhiệt. 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 hidro để tạo thành chuỗi xoắn kép. Giai đoạn tiếp theo là sự tổ hợp các chuỗi xoắn kép lại với nhau, tạo ra một mạng lưới không gian ba chiều nhốt các chất khô bên trong do số lượng liên kết hidro rất lớn. Cấu trúc gel vững chắc nhờ các nút mạng chứa liên kết ion nội phân tử, nên gel agar rất cứng và vững chắc.

Quá trình hình thành gel, độ ổn định của gel bị ảnh hưởng bởi hàm lượng, khối lượng phân tử của nó. Kích thước lỗ gel khác nhau phụ thuộc vào nồng độ agar, khi nồng độ agar càng cao kích thước lỗ gel càng nhỏ. Gel khô 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 hoàn toàn vào hàm lượng đường agarose. Agarose là các gel ngậm nước, các phân tử polymer kết hợp với nhau thông qua liên kết hydro. Đặc tính độc đáo này của gel, các gel giữ bên trong mạng lưới một lượng to lớn của nước có thể di chuyển tự do hơn thông qua việc trao đổi ion. Mỗi phân tử, duy trì cấu trúc của chúng trong sự độc lập hoàn toàn. Vì vậy, quá trình này không phải là sự đồng trùng hợp, nhưng là điểm thu hút tĩnh điện đơn giản. Hàm lượng agarose phụ thuộc vào nguyên liệu rong câu ban đầu và quá trình chế biến. Sự có mặt của ion sulfat làm cho gel bị mờ, đục, tránh dùng nước cứng để sản xuất. Chúng có khả năng giữ mùi, vị vàmàu, acid thực phẩm cao trong khối gel nhờ nhiệt độ nóng chảy cao (85–90^oC).

Gel agar chịu được nhiệt độ chế biến lên đến 100^oC, pH 5 – 8, có khả năng trương phồng và giữ nước. Không nên dùng agar trong môi trường pH nhỏ hơn 4 và có nhiều chất oxi hóa mạnh, agar có thể tạo đông ở nồng độ thấp. Biến đổi này có thể được lặp đi lặp lại nhiều lần nếu không có sự tác động của các chất thủy phân, agarose hay chất oxy hóa phá hủy gel. Gel agar khác các gel carrageenan, alginate là gel agar không cần sự tồn tại của cation vẫn có thể gel hóa. Tính chất quan trọng của gel agar là hiện tượng trễ gel rất cao, (sự khác biệt nhiệt độ giữa gel của chúng khoảng 38ºC), nhiệt độ nóng chảy (khoảng 85ºC).

Nồng độ agar được dùng tạo gel là từ 0,5% đến 2%, đối với mỗi loài rong khác nhau thì gel agar có hiện tượng trễ gel là khác nhau. Hiện tượng trễ gel được thể hiện trong hình 12 đối với mỗi loại agar khác nhau là 45ºC, các gel carrageenans có hiện tượng trễ ở khoảng 12ºC đến 26^oC, thấp hơn so với gel agar. Chứng tỏ sự hiện diện của agarose ban đầu có tác động tới hiện tượng trễ gel. Nhiệt độ gel là một chỉ số để xác định nhiệt độ agarophyte sử dụng để hình thành môi trường agar. Cần dựa vào nhiệt độ tạo gel đặc trưng của agar sẽ xác định được nguồn gốc của nó.

Nhiệt độ tạo gel ảnh hưởng bởi mức độ methyl hóa của nhóm C6 của agarobioses hiện diện trong môi trường agar. Sự methyl hóa của agaroses trong Gelidiella lớn hơn trong Pterocladia, điều này chứng tỏ, methyl hóa nhóm carbon 6 lớn hơn sẽ có nhiệt độ gel hóa cao hơn. Quá trình gel hóa là quá trình tỏa nhiệt, các phân tử agarose được hòa tan trong nước.

Xoắn đôi phản đối xứng (B1) được hình thành trong sự kết hợp để tạo thành một lưới vĩ mô (C và D), xoắn B2 đơn giản được nối bằng cầu nối hydro tạo ra cấu trúc (xoắn đôi đối xứng) và hình thành nên mạng lưới vĩ mô có thể nhìn thấy (C và D). Cả hai quá trình tạo gel có thể cùng tồn tại và một hoặc các điều kiện khác tùy thuộc vào tốc độ làm mát, một tốc độ nhanh hơn ủng hộ quá trình đầu tiên. Nó đều dựa vào sự hình thành các cầu nối hydro và tạo ra một cấu trúc lưới vĩ mô.

Về ẩm thực: Agar-agar là một loại gelatin thực vật tự nhiên, nó có màu trắng và nửa trong mờ khi được bán trong các gói dưới dạng dải đã rửa và sấy khô hoặc ở dạng bột. Agar có thể được sử dụng để làm thạch, bánh pudding và sữa trứng, khi làm thạch, nó được đun sôi trong nước cho đến khi chất rắn tan ra. Hương liệu, chất tạo ngọt, phẩm màu, trái cây và rau quả sau đó được thêm vào, và chất lỏng được đổ vào khuôn để dùng như món tráng miệng và món rau câu hoặc kết hợp với các món tráng miệng khác như một lớp thạch trong bánh.

Agar-agar có khoảng 80% là chất xơ, vì vậy nó có thể hoạt động như một chất điều hòa đường ruột, chất lượng của nó đã đi sau các chế độ ăn kiêng lỗi mốt ở châu Á. Khi ăn vào cơ thể kanten có kích thước tăng gấp ba lần và hút nước, dẫn đến việc người tiêu dùng cảm thấy no hơn. Chế độ ăn kiêng này gần đây cũng đã nhận được một số thông tin báo chí ở Hoa Kỳ, chế độ ăn kiêng đã cho thấy nhiều hứa hẹn trong các nghiên cứu về bệnh béo phì.

Agar là một chất phụ gia vô cơ, không tổng hợp được phép sử dụng làm chất làm đặc, chất tạo gel, kết cấu, giữ ẩm, nhũ hóa, chất điều vị và chất hấp thụ trong thực phẩm hữu cơ.

Về vi trùng học: Đĩa agar hoặc Petri sử dụng để cung cấp cho môi trường tăng trưởng bằng cách sử dụng hỗn hợp thạch và các chất dinh dưỡng khác, vi sinh vật, bao gồm vi khuẩn và nấm, có thể được nuôi cấy và quan sát dưới kính hiển vi. Agar khó tiêu đối với nhiều sinh vật, sự phát triển của vi sinh vật không ảnh hưởng đến gel được sử dụng nó vẫn ổn định. Agar được bán thương mại dưới dạng bột có thể trộn với nước, nó được chuẩn bị tương tự như gelatin trước khi sử dụng làm môi trường tăng trưởng. Những thành phần khác được thêm vào thạch để đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của vi sinh vật và công thức dành riêng cho vi khuẩn có sẵn vì một số vi khuẩn thích các điều kiện môi trường nhất định hơn những công thức khác.

Agar ứng dụng trong sản xuất nhiều loại thực phẩm cho người, ngoài ra còn có ứng dụng trong nuôi cấy vi sinh là làm giá đỡ cho quá trình nuôi cấy, với đặc tính cô đặc chất dinh dưỡng, sẽ hạn chế sự thất thoát và đảm bảo cách ly với các vi sinh vật bên ngoài.

Nuôi cấy vi sinh: Agar được đổ đĩa tạo điều kiện cho các loại si vinh vật bám trụ, agar rất khó tiêu hóa đối với vi sinh vật do đó không ảnh hưởng đến lượng thạch khi nuôi vi sinh. Thành phần dinh dưỡng khác được bổ sung vào agar để cung cấp các chất cần thiết cho vi sinh vật. Môi trường agar được tiệt trùng trước khi cấy vi sinh vật vào đĩa.

Nuôi cấy mô thực vật: Độ pH trong nuôi cấy mô là 5.8, agar thêm vào khoảng 1%, bảo đảm được tiệt trùng trước khi mô được cấy vào. Môi trường agar được bổ sung với các loại khoáng vi lượng, đa lượng, vitamin, hoặc kháng sinh, tạo điều kiện tối ưu hóa cho mô và cây con.

Phải nấu agar chung với những chất lỏng khác từ nhiệt độ lạnh đến khi sôi, thời gian để nấu sôi ít nhất 30 giây sau đó mới để nguội. Và sau khi để nguội quá trình đông cứng mới bắt đầu, khi này hỗn hợp sẽ đặc và có độ cứng.

Người ta dùng agar để làm tăng cường kết cấu của các công thức nấu ăn như thạch hoa quả, bánh pudding và sữa trứng, kem, súp, nước sốt…

Ứng dụng cho sản xuất mỹ phẩm chất lượng cao

Agar có thể được ứng dụng như nhũ tương, dầu gội, mặt nạ gel tóc, chất nhũ hóa, kem đánh răng thêm vào sản phẩm hoặc như một ma trận có thể làm cho mô dán là hoàn hảo hơn, phân tán tốt, và dễ dàng để rửa.

Agar có trong tảo đỏ một loài tảo chứa rất nhiều các hoạt chất có giá trị như carrageenan. Loài tảo này được tin có khả năng giúp da mềm mịn và cải thiện vẻ ngoài. Một số nghiên cứu chỉ ra rằng, tảo đỏ là nguồn cung giàu các polysaccharide được sulfate hóa carrageenan. Carrageenan được biết đến như thành phần có khả năng giữ và cấp ẩm, giúp da mềm mịn. Bên cạnh đó, carrageen cũng thúc đẩy quá trình ly giải lipid, hiệu quả trong trị cellulite. Loài tảo này còn được chứng minh hiệu quả trong làm mềm tóc nhờ khả năng gắn kết các sợi keratin ở tóc.

Trong công nghiệp thực phẩm

Agar là phụ gia. Agar được dùng trong thực phẩm để keo hóa, tạo nhũ, ổn định nhũ tương,... chỉ 1% agar là thực phẩm có sức đông tốt. Tỷ lệ agar/thực phẩm là 1/100 có thể dùng để khống chế độ nhớt hoặc làm ổn định thực phẩm. Các chuyên gia FAO cho biết, cơ thể người không hoàn toàn hấp thụ agar, lượng calori cung cấp cho cơ thể rất nhỏ, nên agar được dùng làm các món ăn kiêng đặc biệt.

Nghiên cứu chỉ ra, dưới 10% polysaccharide trong agar được hấp thụ, vì vậy giá trị dinh dưỡng của agar trong thực phẩm là không đáng kể. Khoảng 90% agar ứng dụng trong sản xuất thực phẩm, 10% còn lại được ứng dụng trong công nghệ sinh học (ngành vi sinh vật học) và các ngành khác. Agar đã được phân loại là GRAS (Generally Recognized As Safe) (do Cục quản lý dược phẩm Hoa Kỳ phân loại).

Trong sản xuất thực phẩm dạng nướng, khả năng chịu đựng nhiệt độ cao của gel agar là rất cần, nên agar được sử dụng như một chất ổn định và chất tạo đông trong nhân bánh ngọt và bánh ngọt. Bánh ngọt, bánh bao nhân nho,… thường được đóng gói sẵn trong các loại vật liệu bao gói hiện đại và bánh thường dính bết vào bao gói, đặc biệt là trong thời tiết nóng, bằng cách giảm số lượng nước và thêm agar, bánh sẽ ổn định hơn, không dính bết vào bao bì, tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm.

Agar cũng được sử dụng để ổn định nước quả. Chúng cải thiện cấu trúc của các sản phẩm từ sữa như phomat và sữa chua. Chúng được sử dụng để làm trong rượu vang, đặc biệt là rượu mận, loại rượu rất khó làm trong bằng các phương pháp truyền thống. Agar không giống như tinh bột, agar không dễ dàng bị phá hủy, do đó chúng làm tăng giá trị năng lượng của thực phẩm.

Chúng còn được sử dụng trong thực phẩm chay như thay thế thịt. Trong sản phẩm mứt trái cây, agar được sử dụng thay thế cho pectin nhằm làm giảm hàm lượng đường trong sản phẩm, cải thiện cấu trúc gel của mứt, trong trường hợp pectin thương phẩm có khả năng tạo gel kém, hoặc điều kiện môi trường không tối ưu (hàm lượng đường nhỏ hơn 50%), hàm lượng chất khô không cao, pH > 4.

Agar dùng trong quy trình chế biến xúc xích và đồ hộp: Agar cung cấp cấu trúc gel cần thiết trong các đồ hộp thịt. Với vai trò như chất giữ ẩm Agar được sử dụng trong xúc xích, ngăn ngừa sự bay hơi và mất trọng lượng của xúc xích. Với công dụng giảm chất béo, giảm cholesterol và đảm bảo độ đông kết cho xúc xích của agar. Ngoài ra còn tác dụng làm gel hóa thịt và sản phẩm cá. Đối với thịt tác động gel của agar tốt hơn so với gelatin, vì agar có nhiệt độ nóng chảy cao hơn và gel bền hơn. Agar là phụ gia tạo tính ổn định trong sản xuất kem; nó ưa nước, nên có thể liên kết với lượng lớn phân tử nước và làm giảm số phân tử nước ở dạng tự do. Các tinh thể đá xuất hiện có kích thước nhỏ trong quá trình lạnh đông hỗn hợp nguyên liệu sản xuất kem và kem trở nên đồng nhất.

Agar còn có thể hạn chế sự tăng kích thước của các tinh thể đá trong kem thành phẩm khi sự thay đổi nhiệt độ xảy ra trong quá trình sản xuất, bảo quản. Sản xuất kẹo Agar là một chất tạo gel rất tốt, nên trong hỗn hợp kẹo thông thường agar được sử dụng với hàm lượng 1-1,5% khối lượng so với lượng đường trong hỗn hợp kẹo. Ở nồng độ agar này được sử dụng làm nền đông, làm kẹo viên trong sản xuất kẹo. Agar dễ dàng đông tụ mà không cần sự hỗ trợ nào khác, nên khi bổ sung agar không ảnh hưởng đến vị của sản phẩm. Trong sản xuất các loại bánh kẹo ít năng lượng, agar cũng được sử dụng. Agar chiếm 1% trong kẹo có axit thấp hoặc không axit và trong kẹo dẻo. Gel agar bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và acid, nên chỉ bổ sung agar vào trong hỗn hợp kẹo khi nhiệt độ kẹo khoảng 60oC và trước khi cho acid vào hỗn hợp kẹo. Quá trình tạo gel của agar tốt nhất là pH 8 – 9. Trong sản xuất socola agar là chất giữ ổn định, agar giữ mùi không tốt, nhạy cảm với acid và bề mặt khó bảo quản, nên một số trường hợp, agar được thay thế bằng tinh bột hay pectin. Thạch được sản xuất từ loại agar có polysaccharide mạch ngắn.

Trong công nghiệp dược phẩm

Agar được sử dụng như thuốc nhuận tràng. Trong vườn ươm phong lan, gel agar được sử dụng như chất nền tăng trưởng. Ngoài ra agar được làm vỏ bọc thuốc viên, thuốc cao, thuốc đông máu, chỉ khâu vá trong phẫu thuật ngoại khoa, thuốc chống đau khớp và ổn định cholesterol. Tuy nhiên, vẫn cần có những nghiên cứu kỹ hơn về những vấn đề này. Agar có bản chất trung tính, ổn định nhiệt học và sức đông cao, có khả năng kháng vi sinh vật, nên agar được dùng làm môi trường nuôi cấy tế bào động vật, thực vật và kỹ thuật cấy mô.

Trong phân tích sinh học và y học

Agarose là dạng gel lý tưởng cho quá trình khuếch tán và điện di của các polyme sinh học. Gel của agarose chống lại sự đối lưu. Agarose có tính trơ về mặt sinh học, các đặc tính ion của chúng được kiểm soát. Do vậy, agarose được sử dụng rộng rãi trong điện di, sắc ký, cố định enzyme và tế bào,…

Một trường điện di gel agar dùng tách riêng và xác định các chất trong huyết tương, protein dạng lỏng và các hợp chất sinh học khác. Trong kỹ thuật điện di Ứng dụng của gel agarose để phân tích: Axit nucleic, lipoprotein, lactic dehydrogenaze, protein huyết tương, glycoprotein, heparin, protein của vi khuẩn, virus thực vật.

Agar được sử dụng trong:

• Việc lấy dấu trong nha khoa.
• Phương tiện để định hướng chính xác mẫu mô, bảo vệ nó bằng cách nhúng trước thạch (đặc biệt hữu ích cho các mẫu sinh thiết nội soi nhỏ) để xử lý mô bệnh học.
• Để làm cầu nối muối và phích cắm gel để sử dụng trong điện hóa học.
• Thành phần tự nhiên, tạo thành đất nặn cho trẻ nhỏ chơi.
• Thành phần phân bón sinh học, sử dụng trong canh tác hữu cơ.
• Làm chất nền cho các phản ứng, kết tủa trong miễn dịch học.
• Chất thay thế cho gelatin trong nhũ tương nhiếp ảnh trong việc chuẩn bị giấy bạc và thay thế cho keo cá trong việc chống ăn mòn.
• Agar sẽ giãn nở trong ruột khiến bạn cảm thấy no, vì vậy sẽ ăn ít hơn. Một số người nghĩ rằng tính chất này giúp giảm cân.
• Khi ở trong hệ tiêu hóa, agar sẽ hấp thụ cholesterol. Vì agar là chất không tiêu hóa được nên sẽ được loại trừ ra khỏi cơ thể và đem theo các cholesterol này.
• Agar không tiêu hóa được nên được đào thải ra khỏi cơ thể, Agar kích thích hệ tiêu hóa và tăng dung tích của đại tràng, giãn nở trong ruột. Agar chống viêm và ngăn chặn một số loại ung thư và có khả năng tăng cường hệ miễn dịch.
• Thạch gelidium được sử dụng chủ yếu cho các đĩa vi khuẩn, gracilaria agar được sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng thực phẩm.
• Nhằm thay thế cho bao bì nhựa làm từ dầu, năm 2016 một công ty Nhật Bản đã phát triển một nguyên mẫu cho hệ thống đóng gói, thương mại có tên là Agar Plasticity.

Agar an toàn cho hầu hết mọi người nhưng có liên quan đến một số tác dụng phụ nhẹ như tiêu chảy hoặc đau bụng. Mặc dù không phổ biến nhưng cũng có thể bị dị ứng với agar hoặc rong biển đỏ. Nếu bạn có kinh nghiệm triệu chứng dị ứng thực phẩm như ngứa, sưng hoặc buồn nôn sau khi ăn agar, ngừng sử dụng ngay lập tức và nói chuyện với bác sĩ của bạn.

Khi vấn đề nuốt gặp khó khăn, nên tham khảo ý kiến ​​của bác sĩ chăm sóc sức khỏe trước khi sử dụng agar. Để ngăn chặn tắc nghẽn thực quản hoặc đường ruột, hãy đảm bảo ghép agar với nhiều nước.

Ngoài ra nếu bạn có tiền sử ung thư ruột kết có một số lo ngại rằng agar có thể làm tăng nguy cơ phát triển khối u trong ruột kết, bạn nên hạn chế sử dụng và nên tham khảo ý kiến của bác sĩ hoặc dược sĩ.