›

Giáo trình Phụ gia trong sản xuất thực phẩm - Nguyễn Chí Linh

pdf 134 trang cucquyet12 10090
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Phụ gia trong sản xuất thực phẩm - Nguyễn Chí Linh", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_phu_gia_trong_san_xuat_thuc_pham_nguyen_chi_linh.pdf

Nội dung text: Giáo trình Phụ gia trong sản xuất thực phẩm - Nguyễn Chí Linh

  1. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh TRƯỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG KIÊN GIANG KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ Biên soạn: Nguyễn Chí Linh Rạch giá, năm 2007 (Lưu hành nội bộ) Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 1
  2. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh MỤC LỤC Trang Chương 1: MỞ ĐẦU 1 1. ĐỊNH NGHĨA PHỤ GIA 1 2. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA PHỤ GIA D ÙNG TRONG BẢO QUẢN 2 3. TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỆC SỬ DỤNG PHỤ GIA 3 4. HỢP THỨC HÓA CỦA VIỆC SỬ DỤNG PHỤ GI A 3 5. BẤT HỢP PHÁP CỦA VIỆC SỬ DỤNG PHỤ GIA 4 6. ĐỘC TÍNH PHỤ GIA 4 7. VAI TRÒ, CHỨC NĂNG CỦA PHỤ GIA 6 7.1. Phân loại theo tính chất công nghệ 6 7.1.1. Chất bảo quản 6 7.1.2. Chất cung cấp dinh dưỡng 6 7.1.3. Chất màu 6 7.1.4. Chất tạo mùi 7 7.1.5. Các chất tác động đến tính chất vật lý của sản phẩm 7 7.1.6. Các chất dùng trong chế biến thực phẩm 8 7.1.7. Hóa chất điều chỉnh độ ẩm sản phẩm 8 7.1.8. Chất điều chỉnh pH sản phẩm 8 7.1.9. Các chất khác 8 7.2. Phân loại theo cấu trúc hóa học và độc tính 9 8. CÁC BƯỚC ĐỂ TÌM KIẾM MỘT PHỤ GIA 9 Chương 2: PHỤ GIA DÙNG TRONG BẢO QUẢN THỰC PHẨM 10 1. PHỤ GIA CHỐNG VI SINH VẬT 10 1.1. Tính chất của các chất chống vi sinh vật 10 1.2. Dãy hoạt động của các chất chống vi sinh vật 11 1.3. Tính chất hóa học và vật lý của các chất chống vi sinh vật 11 1.4. Tính chất của thành phần thực phẩm 11 1.5. Mức độ nhiễm vi sinh vật 12 1.6. Phương pháp bảo quản 12 2. CHỐNG OXY HÓA CHẤT BÉO 12 2.1. Mở đầu 12 Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 2
  3. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh 2.2. Chống oxy hóa chất béo 13 2.2.1. Sự thủy phân chất béo 14 2.2.2. Sự oxy hóa chất béo 14 2.2.3. Cơ chế chống oxy hóa chất béo 17 2.2.4. Các chất chống oxy hóa chất béo thông dụng 18 2.2.5. Phương pháp sử dụng chất chống oxy hóa chất béo 20 3. CHỐNG PHẢN ỨNG HÓA NÂU 21 3.1. Chống phản ứng hóa nâu có sự tham gia của enzyme 21 3.1.1. Cơ chế phản ứng 22 3.1.2. Phương pháp kiểm soát phản ứng hóa nâu có enzyme 23 3.2. Chống phản ứng hóa nâu không có enzyme tham gia 26 3.2.1. Cơ chế của các phản ứng 26 3.2.2. Phương pháp chống phản ứng hóa nâu không enzyme 28 4. PHỤ GIA CHỐNG ĐÓNH BÁNH 30 Chương 3: PHỤ GIA LÀM THAY ĐỔI CẤU TRÚC THỰC PHẨM 31 1. HÓA CHẤT ĐIỀU CHỈNH ĐỘ ẨM SẢN PHẨM 31 1.1. Hóa chất hút ẩm 31 1.1.1. Hút ẩm theo tính chất vật lý 31 1.1.2. Hút ẩm theo tính chất hóa học 32 1.2. Hóa chất giữ ẩm 32 2. HÓA CHẤT LÀM TRONG 33 2.1. Tách các chất tan 33 2.2. Tách các chất keo 33 3. CÁC CHẤT KEO 34 3.1. Mở đầu 34 3.2. Giới thiệu một số chất keo thông dụng 37 3.2.1. Acid alginic –Alginat 37 3.2.2. Agar 41 3.2.3. Cellulose và các dẫn suất 45 3.2.4. Gelatin 48 3.2.5. Arabic 51 3.2.6. Pectin 52 3.2.7. Carrageenan 54 4. CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT 59 Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 3
  4. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh 4.1. Khái niệm 59 4.2. Phân loại 60 4.2.1. Chất hoạt động bề mặt loại ion 60 4.2.2. Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính 61 4.2.3. Chất hoạt động bề mặt không ion 61 4.3. Chức năng của chất hoạt động bề mặt 61 4.3.1. Khả năng tẩy rửa 61 4.3.2. Khả năng tạo nhũ 62 4.3.3. Khả năng tạo huyền phù 62 4.3.4. Cân bằng kỵ nước – ưa nước 62 4.4. Chất nhũ hóa 64 4.4.1. Các chức năng của chất nhũ hóa 64 4.4.2. Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong sản xuất thực phẩm 65 Chương 4: PHỤ GIA DÙNG TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM 66 1. CẢI THIỆN TÍNH CHẤT BỘT VÀ TẠO NỞ 66 1.1. Cải thiện tính chất bột nhào 66 1.1.1. Chất oxy hóa 68 1.1.2. Các chất khử 68 1.2. Các chất gây nở 70 1.2.1. Chất NH4HCO3 70 1.2.2. Chất NaHCO3 71 2. CHẤT THAM GIA VÀO SẢN XUẤT THỰC PHẨM 72 2.1. Các chất tạo đục 72 2.2. Các chất làm trong 72 2.3. Chất chống đóng bánh 72 2.4. Chất trợ lọc 72 2.5. Chất bôi trơn, dễ gỡ 72 2.6. Các chất tạo màng 72 2.7. Các chất giúp đỡ quá trình tạo hình 73 2.8. Các photphat 73 3. HÓA CHẤT LÀM VỆ SINH 76 3.1. Clorin và các hợp chất chứa clorin 76 3.1.1. Khả năng chống vi sinh vật 78 3.1.2. Đặc tính của các clorin 79 Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 4
  5. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh 3.2. Idophor 79 Chương 5: PHỤ GIA LÀM THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CẢM QUAN CỦA 81 THỰC PHẨM 1. CÁC CHẤT TẠO VỊ 81 1.1. Các acid amin 81 1.1.1. Dịch acid amin 81 1.1.2. Bột ngọt 81 1.2. Các chất ngọt không đường 82 1.2.1. Saccharin 83 1.2.2. Acesulfame Kali 84 1.2.3. Cyclamate 85 1.2.4. Aspartame 86 1.3. Các chất tạo vị chua 88 1.4. Chất tạo vị đắng 91 1.5. Chất tạo vị mặn 93 1.6. Các chất tạo vị khác 94 1.6.1. Ớt 94 1.6.2. Tỏi 94 1.6.3. Hành 95 1.6.4. Rừng 96 1.6.5. Tiêu 96 2. CÁC CHẤT MÀU 96 2.1. Vai trò của chất màu 97 2.2. Phân loại chất màu 97 2.2.1. Các chất màu tổng hợp 98 2.2.2. Các chất màu vô cơ 101 2.2.3. Các chất màu tự nhiên 101 2.3. Các chất màu hình thành trong quá trình chế biến 110 3. CÁC CHẤT MÙI 110 3.1. Chất múi tự nhiên 111 3.2. Chất mùi tổng hợp 111 PHỤ LỤC 116 Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 5
  6. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh Chương 1 MỞ ĐẦU 1. ĐỊNH NGHĨA PHỤ GIA Theo FAO: Phụ gia là chất không dinh dưỡng được thêm vào các sản phẩm với các ý định khác nhau. Thông thường các chất này có hàm lượng thấp dùng để cải thiện tính chất cảm quan, cấu trúc, mùi vị cũng như bảo quản sản phẩm. Theo WHO: Phụ gia là một chất khác hơn là thực phẩm hiện diện trong thực phẩm l à kết quả của một số mặt: sản xuất, chế biến, bao gói, tồn trữ Các chất n ày không bao gồm sự nhiểm bẩn. Theo Ủy ban Tiêu chuẩn hóa thực phẩm quốc tế (Codex Alimentarius Commisson - CAC): Phụ gia là một chất có hay không có giá trị dinh d ưỡng, không được tiêu thụ thông thường như một thực phẩm và cũng không được sử dụng như một thành phần của thực phẩm. Việc bổ sung chúng v ào thực phẩm để giải quyết mục đích công nghệ trong sản xuất, chế biến, bao gói, bảo quản, vận chuyển thực phẩm, nhằm cải thiện cấu kết hoặc đặc tính kỹ thuật của thực phẩm đó. Phụ gia thực phẩm không bao gồm các chất ô nhiễm hoặc các chất độc bổ sung vào thực phẩm nhằm duy trì hay cải thiện thành phần dinh dưỡng của thực phẩm. Theo TCVN: Phụ gia thực phẩm là những chất không được coi là thực phẩm hay một thành phần chủ yếu của thực phẩm, có hoặc không có giá trị dinh d ưỡng, đảm bảo an toàn cho sức khỏe, được chủ động cho vào thực phẩm với một lượng nhỏ nhằm duy trì chất lượng, hình dạng, mùi vị, độ kiềm hoặc axít của thực phẩm, đáp ứng về y êu cầu công nghệ trong chế biến, đóng gói, vận chuyển và bảo quản thực phẩm. Như vậy, phụ gia thực phẩm không phải l à thực phẩm mà nó được bổ sung một cách chủ ý, trực tiếp hoặc gián tiếp v ào thực phẩm, cải thiện tính chất hoặc đặc tính kỹ thuật của thực phẩm đó. Phụ gia thực phẩm tồn tại trong thực phẩm nh ư một thành phần của thực phẩm với một giới hạn tối đa cho phép đ ã được quy định. Với sự phát triển của khoa học công nghệ hiện nay giới hạn phụ gia sử dụng trong thực phẩm ng ày càng chính xác hơn đảm bảo an toàn cho người sử dụng thực phẩm. Phụ gia được sử dụng trong hầu hết các sản phẩm thực phẩm, những chất tạo vị, gia vị sử dụng trong bữa ăn hằng ngày cũng đều là phụ gia. Do đó, cần phải nắm vững những kiến thức về phụ gia và thường xuyên cặp nhật những phát triển mới về phụ gia thực phẩm để đảm bảo an toàn khi bổ sung phụ gia vào thực phẩm. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 6
  7. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh 2. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA PHỤ GIA D ÙNG TRONG BẢO QUẢN Vào thời xa xưa, khi mà thực phẩm chưa được sản xuất ở quy mô công nghiệp, phụ gia chưa được thể hiện rõ vai trò của mình trong thực phẩm nhưng nó cũng được áp dụng rất nhiều trong quá trình bảo quản thực phẩm để dự trữ. C ùng với sự phát triển của xã hội và khoa học công nghệ, phụ gia cũng phát triển không ngừng nhằm đáp ứng nhu cầu về dinh dưỡng, vệ sinh, .nhất là khi thực phẩm được đưa vào sản xuất công nghiệp thì phụ gia mới thể hiện hết tầm quan trọng của nó trong thực phẩm. Quá tr ình phát triển của phụ gia có thể tóm tắt qua các giai đoạn sau: - Thời tiền sử: đã sử dụng muối và khói để bảo quản thực phẩm như thịt, cá, - Văn minh Ai Cập: dấm, dầu, mật ong bảo quản các thực phẩm từ ra quả. - Văn minh La Mã: SO2 bảo quản rượu. - Trước năm 1400: phát minh việc lên men rau quả ( Beukels). - Năm 1775: dùng Borat (Hofer) - Năm 1810: SO2 dùng trong bảo quản thịt. - Năm 1833: Creosote dùng trong b ảo quản thịt (Reichenbach) - Năm 1858: Khám phá ra cơ chế chống vi sinh vật của Sorbic (Jacques) - Năm 1859: trích ly được Sorbic (Hofman) dùng trong các loại sausage. - Năm 1865: khám phá ra cơ chế chống vi sinh vật của Fomic (Jodin) - Năm 1874: khám phá ra cơ chế chống vi sinh vật của Salycilic ( Kolbe v à Thiersch) - Năm 1875: khám phá ra cơ chế chống vi sinh vật của Benzoic (Fleck) - Năm 1907: Formalin và H 2O2 dùng trong bảo quản sữa (Behring) - Năm 1908: Benzoic được dùng trong thực phẩm ở Mỹ. - Năm 1913: hoạt động chống vi sinh vật của p -Cholorobenzoic (Margolius) - Năm 1923: hoạt động chống vi sinh vật của p -Hydroxybenzoic (Sabalistschka) - Năm 1938: Propionic dùng trong b ảo quản các loại bánh (Hofman, Dalby, Schweitzer) - Năm 1947: Khám phá Dehydroacetic (Coleman, Wolf) - Năm 1950: Xem xét chất bảo quản tìm được và chứng nhận như là chất bảo quản mới. - Năm 1954: sản xuất Sorbic thương phẩm quy mô nhỏ. - Năm 1956: khám phá ra diethyl pyrocarbonate (Bernard, Thoma, Genth) - Từ năm 1980 tới nay: gia tăng việc bảo quản bằng các hỗn hợp khí. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 7
  8. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh Ngày nay, sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã làm phong phú thêm, đa dạng thêm việc sử dụng phụ gia trong thực phẩm. Nhiều phụ gia mới đ ược phát hiện để thay thế những phụ gia không còn phù hợp để nâng cao chất lượng sản phẩm thực phẩm. Tuy nhi ên, việc sử dụng phụ gia vẫn còn nhiều tranh luận, mỗi quốc gia có những yêu cầu khác nhau về hàm lượng chất phụ gia sử dụng gây ảnh h ưởng nhiều đến việc sử dụng phụ gia. 3. TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỆC SỬ DỤNG PHỤ GIA Sự phát triển của khoa học công nghệ giúp cho phụ gia thực phẩm ng ày càng hoàn thiện và đa dạng hóa, hơn 2500 phụ gia đã được sử dụng trong công nghệ thực phẩm góp phần quan trọng trong việc bảo quản v à chế biến thực phẩm. Phụ gia có vai tr ò quan trọng trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm cụ thể l à: - Góp phần điều hòa nguồn nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất thực phẩm, giúp nhà máy có thể hoạt động quanh năm, giúp sản phẩm đ ược phân phối trên toàn thế giới. - Cải thiện được tính chất của sản phẩm: chất phụ gia đ ược bổ sung thực phẩm làm thay đổi tính chất cảm quan như cấu trúc, màu sắc, độ đồng đều, .của sản phẩm. - Làm thỏa mãn thị hiếu ngày càng cao của người tiêu dùng. Do nhu cầu ăn kiêng của con người từ đó ra đời công nghiệp sản xuất các thực phẩm ít năng l ượng. Nhiều chất tạo nhũ và keo tụ, các este của acid béo và các loại đường giúp làm giảm một lượng lớn các lipid có trong thực phẩm - Góp phần làm đa dạng hóa các sản phẩm thực phẩm. Cùng với sự xuất hiện của phụ gia thực phẩm, thức ăn nhanh, thức ăn ít năng l ượng, các thực phẩm thay thế khác cũng ra đời và phát triển để đáp ứng nhu cầu ăn uống ngày càng đa dạng của con người. - Nâng cao chất lượng thực phẩm. Các chất màu, chất mùi, chất tạo vị làm gia tăng tính hấp dẫn của sản phẩm. - Làm đơn giản hóa các công đoạn sản xuất. Việc sử dụng các hóa chất bốc vỏ trong chế biến các loại củ giúp rút ngắn được thời gian bốc vỏ trong chế biến. - Làm giảm phế liệu cho các công đoạn sản xuất v à bảo vệ bí mật của nhà máy. 4. HỢP THỨC HÓA CỦA VIỆC SỬ DỤNG PHỤ GIA Việc sử dụng phụ gia trong các sản phẩm thực phẩm phải tuân thủ các luật lệ v ề bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng và chỉ được phép cho vào các sản phẩm thực phẩm trong các trường hợp sau: - Cải thiện được tính chất dinh dưỡng của sản phẩm. - Tăng chất lượng sản phẩm. - Giảm phế liệu. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 8
  9. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh - Làm tăng tính cảm quan thực phẩm. - Giữ phẩm chất sản phẩm ít thay đổi. - Tạo dễ dàng cho việc chế biến. - Làm thực phẩm sử dụng tiện lợi hơn. Khi quyết định thêm một loại phụ gia nào đó vào thực phẩm, các chi tiết cần chú ý l à: - Mức độ nguy hiểm đối với người tiêu dùng. - Lý do tiêu dùng cần đến phụ gia. - Thỏa mãn các yêu cầu về sức khỏe. - Sự cần thiết trong chế biến thực phẩm. - Yếu tố về kinh tế. - Cơ chế tác dụng của các phụ gia. Thật ra không có phụ gia nào có thể đáp ứng được tất cả các yêu cầu trên, tùy thuộc vào trường hợp cụ thể sẽ có một lựa chọn hợp lý. 5. BẤT HỢP PHÁP CỦA VIỆC SỬ DỤNG PHỤ GIA Theo quy định của các cơ quan chức năng, phụ gia bị cấm sử dụng trong các tr ường hợp sau: - Có khả năng tương tác với các thành phần trong thực phẩm làm giảm giá trị thực phẩm. - Sử dụng phụ gia ngoài danh mục cho phép hoặc quá liều lượng cho phép. - Sử dụng không vì lý do kỹ thuật mà vì lý do kinh tế. - Che lắp hư hỏng. - Che lắp các kỹ thuật yếu kém của quá tr ình sản xuất. - Lừa dối người tiêu dùng. 6. ĐỘC TÍNH PHỤ GIA Độc tính của phụ gia được biểu hiện bằng chỉ số LD 50 (Lethal Dose) là liều lượng tại đó 50% động vật dùng trong thí nghiệm bị chết. Chỉ số LD 50 càng cao độc tính càng yếu. Dựa vào chỉ số LD50 có thể chia độc tính phụ gia làm 5 mức độ: + LD50 < 5 mg/Kg Thể trọng + LD50 = 5 – 49 mg/Kg Thể trọng Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 9
  10. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh + LD50 = 50 -499 mg/Kg Thể trọng + LD50 = 500 - 4999 Thể trọng + LD50 > 5000 mg/Kg Thể trọng Ví dụ: Giá trị của chỉ số LD 50 của một số chất chống vi sinh vật khi l àm thí nghiệm trên chuột như sau Chỉ số LD50 Phụ gia (mg/Kg thể trọng) Acid benzoic 3000 Muối Nitrat 6000 Acid Nitrit 100-200 Acid Sorbic 10000 Acid Propionic 4000 Ethanol 9500 Chỉ số ADI (Acceptable Daily Intake): Lượng ăn vào hàng ngày có thể chấp nhận được tính theo mg/kg thể trọng. Ví dụ: acid benzoic (0-5 mg/kg thể trọng/ngày), Nisin (0-3 mg/kg thể trọng/ngày), acid propionic (Không giới hạn). Đối với mức độ an toàn của phụ gia có thể chia ra thành 5 nhóm sau: - Nhóm 1: Phụ gia an toàn tuyệt đối trong hiện tại và tương lai. Các chất phụ gia thuộc nhóm này sẽ đạt tiêu chuẩn GMP (Good Manufacturing Practices): Lượng phụ gia được phép cho vào thực phẩm vừa đủ để đạt được yêu cầu về công nghệ. Do đó, không qui định giới hạn tối đa và lượng phụ gia cho vào thực phẩm càng ít càng tốt. Có khoảng 350 phụ gia đạt tiêu chuẩn nhóm 1. - Nhóm 2: Phụ gia an toàn ở hiện tại nhưng cần nghiên cứu thêm ở liều lượng cao để đánh giá độ an toàn của phụ gia sử dụng. Có khoảng 70 chất đạt ti êu chuẩn nhóm 2. - Nhóm 3: Phụ gia cần nghiên cứu thêm do chưa khẳng định được độ an toàn khi sử dụng. - Nhóm 4: Phụ gia sử dụng trong các điều kiện an to àn. - Nhóm 5: Phụ gia cấm sử dụng. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 10
  11. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh 7. VAI TRÒ, CHỨC NĂNG CỦA PHỤ GIA Phụ gia dùng trong bảo quản và chế biến thực phẩm có vai trò, chức năng luôn thay đổi tùy vào loại sản phẩm. Việc phân loại phụ gia gặp nhiều khó khăn, có thể phân loại phụ gia theo tính chất công nghệ hoặc theo cấu trúc hóa học v à độc tính. 7.1. Phân loại theo tính chất công nghệ 7.1.1. Chất bảo quản Các chất phụ gia thuộc nhóm này được bổ sung vào thực phẩm với mục đích kéo dài thời gian sử dụng của thực phẩm bằng cách ngăn chặn hay k ìm hãm những biến đổi trong bản thân thực phẩm do các quá tr ình biến đổi sinh hóa, hóa học, vật lý v à vi sinh vật. Các chất bảo quản được chia thành bốn nhóm chủ yếu sau: - Chống vi sinh vật - Chống biến đổi thành phần hóa học thực phẩm - Chống biến đổi tính chất vật lý của sản phẩm - Chống côn trùng Tiêu biểu của nhóm này là acid bezoic và các muối Na, K, Ca của nó. Các este metylic, etylic và propilic của acid parahydroxybenzoic, acid sorbic, 7.1.2. Chất cung cấp dinh dưỡng Các chất này được sử dụng với mục đích công nghệ nh ưng chúng cũng có một giá trị dinh dưỡng nhất định. Ví dụ Riboflavin vừa l à chất màu vừa là vitamin. Phụ gia dinh dưỡng thường ở dạng bột, nhũ hóa trong dầu v à được bảo vệ bởi các phụ gia bảo quản, chúng được sử dụng riêng lẽ hay dùng chung với các phụ gia dinh dưỡng khác. Phụ gia dinh dưỡng được chia thành 4 nhóm sau: - Vitamin. - Khoáng chất. - Acid amin. - Các chất cung cấp năng lượng. 7.1.3. Chất màu Chất màu thực phẩm là nhóm phụ gia được bổ sung vào thực phẩm với mục đích cải thiện màu sắc của thực phẩm nhằm làm tăng giá trị cảm quan của thực phẩm. Chúng có thể là các chất màu tự nhiên được chiết tách từ thực vật hay những hợp chất m àu tổng hợp. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 11
  12. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh - Chất màu tự nhiên: là các chất được chiết xuất từ các nguyên liệu hữu cơ thực vật hay động vật có sẵn trong tự nhiên. Ví dụ: Caroten tự nhiên được chiết xuất từ các loại rau quả có màu vàng, Curcumin được chiết xuất từ nghệ, Caramen đ ược tạo ra từ đường, tuy nhiên nhóm màu tự nhiên có nhược điểm là độ bền kém, sử dụng với lượng lớn nên giá thành sản phẩm cao. - Chất màu tổng hợp: là các chất màu được tạo ra bằng các phản ứng tổng hợp hóa học. Ví dụ: Amaranth (Màu đỏ), Brilliant blue (Màu xanh), Sunset yellow (Màu vàng cam), Tartazine (Màu vàng chanh), là nh ững hợp chất màu được tổng hợp từ các phản ứng hóa học. Các chất màu tổng hợp có độ bền cao, với một l ượng nhỏ đã đạt được màu sắc yêu cầu nhưng dễ bị ngộ độc nếu sử dụng các hợp chất m àu không nguyên chất. Ngoài ra, trong nhóm này còn gặp các hợp chất có tác dụng bảo vệ m àu tự nhiên nhằm ngăn chặn các hiện tượng biến đổi màu tự nhiên của rau quả và các chất dùng để nhuộm màu. 7.1.4. Chất tạo mùi Cũng giống như hợp chất màu, chất mùi thể hiện tính chất cảm quan quan trọng của thực phẩm, có tác dụng sinh lý l ên hệ thần kinh, hệ tiêu hóa, Do đó, trong quá trình chế biến thực phẩm chất mùi cần phải được bảo vệ hay tìm những biện pháp để tạo ra chất mùi mới tạo tính hấp dẫn cho sản phẩm. Để tạo m ùi thơm cho các sản phẩm thực phẩm thường thực hiện một trong ba biện pháp sau: - Dùng các thiết bị kỹ thuật để thu hồi chất mùi bị tách ra khỏi sản phẩm trong quá trình chế biến, sau đó chất mùi sẽ được hấp thụ trở lại thành phẩm. - Chưng cất và cô đặc các chất thơm có nguồn gốc tự nhiên để bổ sung vào thực phẩm. - Tổng hợp các chất thơm nhân tạo có mùi tương ứng với sản phẩm. Tùy theo nguồn gốc nguyên liệu để sản xuất chất mùi bổ sung vào thực phẩm và tính chất công nghệ của chất mùi, có thể chia chất mùi thành các nhóm sau: chất mùi tự nhiên, chất mùi tổng hợp, chất bảo vệ mùi và làm tăng mùi. 7.1.5. Các chất tác động đến tính chất vật lý của sản phẩm Nhóm này được sử dụng rất nhiều trong công nghệ chế biến, nó l àm thay đổi cấu trúc nguyên liệu ban đầu nhằm tạo ra những sản phẩm mới hoặc ổn định cấu trúc sản phẩm. Các chất phụ gia này được chia thành các nhóm sau: - Chất làm đặc - Các chất hoạt động bề mặt (Làm thay đổi sức căng bề mặt của chất lỏng) Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 12
  13. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh - Chất tạo bọt - Chất ổn định huyền phù - Chất tạo màng 7.1.6. Các chất dùng trong chế biến thực phẩm Trong các nhà máy chế biến thực phẩm thường sử dụng nhiều loại hóa chất nhằm đạt được các yêu cầu về vệ sinh nhà xưởng, rút ngắn thời gian chế biến, tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình chế biến tiếp theo, tránh nhiễm vi sinh vật vào sản phẩm, Các chất dùng trong chế biến thực phẩm được chia thành 4 nhóm sau: - Hóa chất làm vệ sinh - Hóa chất bóc vỏ - Hóa chất chống bọt - Hóa chất tạo khí 7.1.7. Hóa chất điều chỉnh độ ẩm của sản phẩm Độ ẩm sản phẩm có vai trò quan trọng đối với tính chất công nghệ trong chế biến thực phẩm, thể hiện được tình trạng cấu trúc sản phẩm, khả năng bảo quản sản phẩm, V ì thế, trong chế biến thực phẩm cần phải sử dụng các chất điều chỉnh độ ẩm sản phẩm theo tính chất yêu cầu của từng sản phẩm. Các chất này bao gồm: - Chất chống ẩm - Chất giữ ẩm - Chất chống đóng bánh - Sáp, 7.1.8. Các chất điều khiển pH của sản phẩm Các chất này được bổ sung để điều khiển các quá tr ình chế biến sản phẩm. Việc thay đổi pH sẽ dẫn đến thay đổi về tốc độ lên men, biến đổi sản phẩm và khả năng bảo quản sản phẩm. Các chất này được phân loại thành 2 nhóm sau: - Hóa chất làm chín - Hóa chất duy trì hoạt động sống của rau quả 7.1.9. Các chất khác Bên cạnh các hóa chất sử dụng trên , trong công nghiệp thực phẩm còn sử dụng các chất bổ trợ trong quá trình chế biến nhằm tạo ra những sản phẩm có giá trị cao. Ví dụ: khi Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 13
  14. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh sản xuất nước trái cây cần phải sử dụng các chất l àm trong sản phẩm, khi sản xuất nước uống có gas ta cần phải bổ sung khí CO 2, Các chất này có thể chia thành 3 nhóm sau: - Chất thủy phân - Chất gia vị - Các chất khí 7.2. Phân loại theo cấu trúc hóa học và độc tính Theo độc tính có thể phân các chất phụ gia th ành 3 nhóm chính: - Nhóm A là các chất có tính độc yếu bao gồm 9 nhóm phân tử: hydrocarbon no mạch thẳng, đường và các polysacharid, mỡ và các acid béo, các muối vô cơ và hữu cơ của acid béo, các muối hữu cơ của kim loại kiềm (Na, K) và kim loại kiềm thổ (Mg, Ca). - Nhóm B là các chất phụ gia có chứa các nhóm chức mang độc tính cao. Có khoảng 52 dạng phân tử được xếp vào nhóm này chúng thường chứa nguyên tử halogen (không kể muối), các hệ thống dị vòng 3 vị trí và các α, β – lacton không bão hòa. - Nhóm C: là các chất phụ gia có độc tính trung gian giữa hai nhóm tr ên. 8. CÁC BƯỚC ĐỂ TÌM KIẾM MỘT PHỤ GIA Để tìm kiếm một phụ gia đưa vào sản xuất cần thực hiện các bước sau: Bước 1: Đặt ra các vấn đề trong việc cải thiện một số tính chất n ào đó của sản phẩm Bước 2: Áp dụng phụ gia được phép dùng trong thực phẩm, áp dụng phụ gia dùng trong các ngành công nghiệp khác và phát triển các phụ gia mới. Bước 3: Đánh giá các phụ gia sử dụng v à các vấn đề đã thực hiện được khi cải thiện tính chất sản phẩm. Bước 4: Nghiên cứu độc tính và liều lượng sử dụng phụ gia. Bước 5: Nghiên cứu phát triển các phương pháp phân tích và xếp loại phụ gia vừa tìm được. Bước 6: Bổ sung phụ gia vào luật thực phẩm. Bước 7: Sử dụng phụ gia cho thực phẩm. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 14
  15. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh Chương 2 PHỤ GIA DÙNG TRONG BẢO QUẢN THỰC PHẨM Phụ gia dùng trong bảo quản dùng để ngăn cản, trì hoãn các phản ứng hóa học, sinh học và các biến đổi vật lý làm hư hỏng các sản phẩm, nhóm này gồm: - Ngăn cản các phản ứng sinh học do vi sinh vật gây ra. - Chất chống oxy hóa. - Chất chống phản ứng hóa nâu của thực phẩm 1. PHỤ GIA CHỐNG VI SINH VẬT Hiện nay có khoảng 30 hợp chất chống vi sinh vật đ ược sử dụng rộng rãi trong bảo quản thực phẩm. Với sự phát triển không ngừng của x ã hội, nhu cầu về thực phẩm ngày càng yêu cầu cao, sản phẩm thực phẩm phải đảm bảo an to àn, không gây độc và có thời gian sử dụng hợp lý. Do đó, phụ gia chống vi sinh vật có vai tr ò quan trọng trong bảo quản thực phẩm. Việc lựa chọn các chất chống vi sinh vật t ùy thuộc vào các yếu tố sau: - Tính chất hóa học, hoạt tính của các chất chống vi sinh vật. - Tính chất của thành phần thực phẩm. - Phương pháp bảo quản thực phẩm. - Số lượng và đặc tính của các chất chống vi sinh vật. - Giá thành và hiệu quả khi sử dụng các chất chống vi sinh vật. 1.1. Tính chất của các chất chống vi sinh vật Các chất chống vi sinh vật dùng trong bảo quản thực phẩm có thể làm trì hoãn hoặc tiêu diệt các vi sinh vật. Tùy thuộc vào kiểu hoạt động chống vi sinh vật của các phụ gia m à chúng ảnh hưởng lên vi sinh vật dưới các hình thức sau: - Ảnh hưởng lên AND. - Ảnh hưởng lên sự tổng hợp protein của vi sinh vật. - Ảnh hưởng lên sự hoạt động của các enzim. - Ảnh hưởng lên tính thẩm thấu của màng tế bào. - Ảnh hưởng lên vách tế bào. - Ảnh hưởng lên cơ chế trao đổi các chất dinh dưỡng. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 15
  16. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh 1.2. Dãy hoạt động của các chất chống vi sinh vật Dãy hoạt động của các chất chống vi sinh vật l à khả năng tác dụng của nó lên hệ vi sinh vật, cho biết các chất khác nhau th ì khả năng tác dụng lên các vi sinh vật khác nhau như thế nào. Qua đó chúng ta có thể chọn được phụ gia phù hợp cho từng sản phẩm. Bảng 1: Ảnh hưởng của một số chất bảo quản trên vi sinh vật Chất chống vi sinh vật Vi khuẩn Nấm men Nấm mốc Nitrite ++ - - Sulfite ++ ++ + Acide formic + ++ ++ Acide propionic + ++ ++ Acide sorbic ++ +++ +++ Acide benzoic ++ +++ +++ Acide esters p-hydroxybenzoic ++ +++ +++ Biphenyl - ++ ++ Ghi chú: - Không tác dụng. + Tác dụng yếu. ++ Tác dụng trung bình. +++ Tác dụng mạnh. Hoạt động chống vi sinh vật chịu ảnh h ưởng bởi loại thực phẩm, pH, hàm lượng muối, khả năng hòa lẫn các chất vào môi trường. Thường sử dụng phương pháp đếm khuẩn lạc sau quá trình nuôi cấy là cơ sở để đánh giá dãy hoạt động chống vi sinh vật. 1.3. Tính chất hóa học và vật lý của các chất chống vi sinh vật Toàn bộ dãy hoạt động, kiểu chống vi sinh vật, hiệu quả sử dụng các chất chống vi sinh vật phụ thuộc vào tính chất lý – hóa của các phụ gia. Trước khi sử dụng một phụ gia chúng ta cần chú ý các tính chất lý - hóa sau: - Tính chất tan của phụ gia. - Điểm nóng chảy, điểm sôi của phụ gia (Đặc biệt trong trường hợp có gia nhiệt trong quá trình chế biến). - Khả năng ion hóa các chất. - Phản ứng của phụ gia với các thành phần thực phẩm. 1.4. Tính chất của thành phần thực phẩm Sự mất hoạt tính của các chất chống vi sinh vật sẽ xảy ra khi các chất này tiếp xúc với các thành phần thực phẩm, kết quả là chất phụ gia sẽ giảm hoặc mất khả chống vi sinh vật. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 16
  17. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh Trong quá trình sử dụng phụ gia để chống vi sinh vật cần nghi ên cứu các đặc điểm của sản phẩm thực phẩm, cụ thể cần chú ý các điểm sau: - Giá trị pH của sản phẩm có thể ảnh hưởng đến sự ion hóa các chất chống vi sinh vật. - Một số chất chống vi sinh vật có thể bị oxi hóa, thủy phân v à tạo liên kết. - Chất béo có khả năng tác động lên vi sinh vật ngăn cản sự ảnh hưởng của các phụ gia. - Các hợp chất khác trong thực phẩm (không phải l à thành phần chính) cũng có thể ảnh hưởng lên hoạt động của phụ gia. 1.5. Mức độ nhiểm vi sinh vật Việc xử lý nguồn nguyên liệu, thực phẩm trước khi thêm phụ gia có ảnh hưởng trực tiếp đến số lượng vi sinh vật. Nếu thực phẩm bị nhiểm lượng vi sinh vật cao thì nồng độ phụ gia dùng phải cao. Việc lựa chọn các phụ gia phải dựa tr ên nguyên tắc chống loại vi sinh vật cần chống để giử phẩm chất các sản phẩm. 1.6. Phương pháp bảo quản Các hình thức bảo quản sản phẩm cũng ảnh hưởng đến hàm lượng phụ gia thêm vào. Ở các điều kiện bảo quản khác nhau th ì nồng độ và loại phụ gia bổ sung vào thực phẩm cũng khác nhau. Do đó cần phải chú ý đến các vấn đề sau: - Vi sinh vật có khả năng sinh bào tử trong quá trình bảo quản hay không. - Sản phẩm có qua quá trình xử lý nhiệt không. - Độ hoạt động của nước trong sản phẩm - Bao gói sử dụng để chứa đựng sản phẩm. - Sản phẩm có được bảo quản trong môi trường kín hay không, có hút chân không trong khi bao gói không, Dựa trên sự phân tích các điều kiện trên mà chúng ta tối ưu hóa việc chọn loại và nồng độ phụ gia sao cho thích hợp, tiết kiệm v à hiệu quả cao. 2. CHỐNG OXY HÓA CHẤT BÉO 2.1. Mở đầu Cách đây nữa thế kỹ, một nhóm hóa chất đ ược tìm thấy và bổ sung vào những sản phẩm thực phẩm nhằm ngăn chặn hay kiềm h ãm các gốc oxy hóa tự do của chất béo l à nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi mùi và vị của sản phẩm. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 17
  18. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh Trong suốt khoảng thời gian đó, hàng nghìn hợp chất chống oxy hóa vừa tự nhi ên vừa tổng hợp có tác dụng chống oxy hóa hiệu quả và an toàn đối với người sử dụng. Hiện nay, có khoảng 20 hợp chất được phép sử dụng rộng rãi và được chấp nhận như những phụ gia thực phẩm tùy theo mỗi quốc gia. Bảng 2: Sử dụng chất chống oxy hóa dầu ở một số Quốc gia Canada Mỹ EC Acide ascorbic BHA Acide ascorbic Palmitate ascorbyl BHT Palmitate ascorbyl Stearate ascorbyl Dilauryl thiopropionate BHA BHA Glicine BHT BHT Gum guar Ascorbat canxi Acide citric Lecithin Dodecil Gum guar PG Octyl gallate Lecithin TBHQ Propyl gallate Citrate monoglycerid THBD Tocopherol Citrate monoizopropil Tocopherol Ascorbat natri Propyl gallate Acide thiodipropionic Acide tartic 4-hydroymetyl 2,6 diteriarybutyl Tocopherol phenol Tuy nhiên, hiện nay chủ yếu sử dụng 5 phụ gia đ ược phép dùng rộng rãi là: BHA, BHT, Propyl Galate, TBHQ và Tocopherol. Các ch ất này có thể sử dụng riêng rẽ hoặc có thể kết hợp với một số chất trợ chống oxy hóa nh ư: acide ascorbic, citric nhằm giúp đỡ việc chế biến và bảo quản thực phẩm đạt hiệu quả cao nhất. 2.2. Chống oxy hóa chất béo Bản chất hóa học của chất béo l à triglycerid, là este của glycerol và các acid béo cao phân tử. Trong cấu trúc hóa học của triglycerid có sự hiện diện của nhiều acid béo R 1, R2, R3 tạo este với glycerol. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 18
  19. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh Hầu hết các acid béo tìm thấy trong thành phần thực phẩm có độ dài mạch carbon 12 – 18 carbon, có thể là acid béo no hoặc acid béo không no. Tùy theo độ dài của mạch carbon và số lượng nối đôi có trong cấu tạo acid bé o mà chất béo có nhiều tính chất khác nhau. Các sản phẩm chứa nhiều chất béo th ường rất dễ bị hư hỏng trong quá trình bảo quản. Thông thường sự hư hỏng của chất béo thường xảy ra dưới 2 hình thức là: sự thủy phân và sự oxy hóa. 2.2.1. Sự thủy phân chất béo Sự thủy phân chất béo là quá trình phản ứng giữa nước với các triglycerid tạo thành glyceryl, các monoglycerid, diglycerid và các acide béo t ự do dưới tác dụng của enzim lipaza. Quá trình thủy phân chất béo xảy ra ở nhiệt độ cao v à đủ nước như: chiên sản phẩm có hàm ẩm cao, chế biến các dạng sản phẩm nhủ t ương. Kết quả của quá trình oxy hóa chất béo làm cho sản phẩm xảy ra các hiện tượng sau: - Có điểm bốc khói thấp. - Có sự tạo thành bọt trong quá trình chiên. - Ăn mòn các thiết bị do sự hiện diện của các acide béo. - Có vị đắng, có mùi xà phòng do các acide béo tạo nên. Sự thủy phân chất béo còn xảy ra phổ biến trong bảo quản b ơ và margarin, khi đó giải phóng ra acid butyric và acid có mùi r ất khó chịu. Trong bảo quản lương thực, khi độ ẩm của hạt cao cũng rất dễ xảy ra hiện tượng oxy hóa chất béo. 2.2.2. Sự oxy hóa chất béo Quá trình xảy ra trong sản xuất, bảo quản v à chế biến thực phẩm có sự hiện diện của chất béo. Sự oxy hóa chất béo là nguyên nhân hạn chế thời gian bảo quản của các sản phẩm. Sự oxy hóa chất béo không no đ ược khởi tạo bằng việc tạo th ành các gốc tự do dưới tác dụng của ánh sáng, nhiệt độ, ion kim loại v à oxy. Thông thường phản ứng xảy ra trên nhóm metyl cận kề với nối đôi của C=C. Cơ chế phản ứng oxy hóa chất béo xảy ra phức tạ p, có thể chia thành 3 giai đoạn là: khởi tạo, lan truyền – tạo các sản phẩm trung gian và kết thúc phản ứng. - Khởi tạo. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 19
  20. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh - Lan truyền- tạo các sản phẩm trung gian. - Kết thúc phản ứng. Chất béo Peroxyt Vitamin Chất màu Protein Thay đổi Mất màu, giá trị dinh làm thay đổi Thay đổi cầu nối Oxy hóa dưỡng màu S-S protein Aldehyt, alcool, acide, epoxyde, xeton, polyme, oxy hóa sterol Làm giảm mùi, màu, cấu trúc, giá trị dinh dưỡng, sinh độc tố Hình 1: Ảnh hưởng của các sản phẩm từ sự oxy hóa chất béo đến thực phẩm Các biểu hiện thường thấy của sự oxy hóa chất béo là: phát sinh mùi-vị xấu, thay đổi màu sắc, làm mất mùi tự nhiên của các loại tinh dầu, thay đổi độ nhớt của sản phẩm. Sự oxy hóa chất béo chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như: độ no của chất béo, ion kim loại, chất xúc tác sinh học, nhiệt độ, k hông khí, các chất chống oxy hóa chất béo, chất trợ chống oxy hóa chất béo, Để nắm rỏ các yếu tố ảnh h ưởng đến khả năng oxy hóa chất béo cần tìm hiểu các vấn đề sau: Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 20
  21. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh * Thành phần acid béo Chất béo là hỗn hợp ester của các acide béo no v à không no với glycerin. Sự hiện diện của các nối đôi, các acide béo không no dễ bị oxy hóa h ơn các chất béo no. Phản ứng sẽ gia tăng khi tỉ lệ nối đôi càng cao. Ví dụ: tốc độ oxy hóa (tương đối) của một số chất béo tỉ lệ nh ư sau: Arachidonic : Linolenic : Li noleic : Oleic 40 : 20 : 10 : 1 Vị trí nối đôi cũng như vị trí hình học của nối đôi cũng có tác dụng đến tốc độ phản ứng. Các acide ở dạng cis bị oxy hóa nhanh h ơn dạng trans. Mạch acide béo có các nối đôi cộng hưởng cũng làm tăng tốc độ phản ứng. Sự oxy hóa các chất béo no xảy ra rất chậm tại nhiệt độ thường, tại nhiệt độ cao (chiên, xào ) sự oxy hóa chất béo no mới có thể xảy ra. * Acide béo tự do Acide béo tự do (FFA) bị oxy hóa rất nhanh so với các ester - glycerin. Khi nghiên cứu chất béo hiện diện trong thực phẩm ở giai đoạn đầu ti ên, hầu hết đều có sự hiện diện của các chất chống oxy hóa thiên nhiên. Trong thí nghiệm nếu thêm vào 0,1% FFA thì hiệu quả chống oxy hóa của tocopherol giảm rõ rệt vì acide béo tự do có tác dụng xúc tác quá trình oxy hóa. * Nồng độ oxy Tại áp suất cao (cung cấp oxy không hạn chế) tốc độ oxy hóa của chất béo t ùy thuộc vào áp suất O2. Tại áp suất thấp tốc độ oxy hóa tỉ lệ với áp suất O 2. * Diện tích bề mặt Tốc độ oxy hóa chất béo tỉ lệ với diện tích bề mặt tiếp xúc của thực phẩm với không khí. Trong trường hợp các sản phẩm nhủ tương D/N thì tốc độ oxy hóa chất béo được tính toán trên cơ sở sự khuếch tán oxygen qua pha chất béo. * Nhiệt độ Thông thường thì sự oxy hóa chất béo gia tăng theo nhiệt độ. Do sự h òa tan của oxy phụ thuộc vào nhiệt độ vì vậy tác động của yếu tố oxy trong quá tr ình oxy hóa tại nhiệt độ cao là rất ít. Sự phụ thuộc của nhiệt độ trên quá trình oxy hóa chất béo được biểu thị bằng công thức: Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 21
  22. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh Trong đó : K: hằng số tốc độ phản ứng. A: hằng số Entropy (không phụ thuộc v ào nhiệt độ). Ea: năng lượng hoạt hóa. R: hằng số khí lý tưởng. T: nhiệt độ Kelvin. Ở nhiệt độ thấp từ - 27 đến 500C tốc độ oxy hóa ít thay đổi. Nhưng ở nhiệt độ cao hơn tốc độ phản ứng gia tăng đáng kể. * Độ ẩm Tốc độ phản ứng oxy hóa chất béo phụ thuộc rất nhiều v ào độ ẩm (Aw) của sản phẩm. Oxy hóa chất béo có thể xảy ra tại Aw rất nhỏ (Aw < 0.1 trong sữa bột), Aw c àng cao thì tốc độ oxy hóa chất béo càng cao. 2.2.3. Cơ chế chống oxy hóa chất béo Gọi AH là chất chống oxy hóa chất béo. Phản ứng chống oxy hóa chất béo xảy ra theo sơ đồ sau: Chất trợ chống oxy hóa chất béo được thêm vào để tăng hiệu quả chống oxy hóa. Các chất quan trọng thường được sử dụng là: acide citric và các ester monoglycerid citrat, acid ascorbic và ascorbyl palmitat. Các ester lipophilic của acide citricm acid ascorbic có khả năng h òa tan trong dầu Thông thường : Citric + chất chống oxy hóa tổng hợp Ascorbic + tocopherol Chất trợ chống oxy hóa chất béo có các chức năng: - Tạo môi trường acide ổn định để chống oxy hóa chất béo. - Loại bỏ hoạt tính các ion kim loại (tạo phức vô hại) Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 22
  23. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh - Loại bỏ oxy (oxy hóa ascorbic) - Phục hồi chống oxy hóa Cơ chế phục hồi chất chống oxy hóa SH + A AH + S Xét cho cùng chất chống oxy hóa chất béo bằng phụ gia thực chất l à: + Ngăn chặn nguyên nhân gây ra phản ứng oxy hóa. + Ngăn chặn các phản ứng lan truyền. 2.2.4. Các chất chống oxy hóa chất béo thông dụng a. BHA (Butylated hydroxyanisole) Ở trạng thái bột màu trắng, dễ tan trong glycerid và các dung môi hữu cơ, không hòa tan trong nước, có mùi phenol. Hoạt tính của BHA có thể bị mất khi chế biến ở nhiệt độ cao, tác dụng với kim loại kiềm cho sản phẩm m àu hồng. Hợp chất BHA hấp thu qua th ành ruột non, tồn tại trong mô tế bào, có thể tham gia vào quá trình trao đổi chất của người và động vật. Đây là hợp chất ít độc, với liều lượng 50 – 100 mg/kg thể trọng được chuyển sang dạng glucuronit hay sulfat và thảy ra ngoài theo nước tiểu. Ở chuột liều lượng gây chế là LD50 = 2000 mg/kg thể trọng. b. BHT (Butylateđ hydroxytoluene) Ở dạng bột màu trắng, không tan trong nước. Hợp chất BHT có hoạt tính kém h ơn BHA nhưng lại bền nhiệt, được hấp thu qua thành ruột và qua quá trình trao đổi chất được thải ra ngoài theo phân và nước tiểu. Là hợp chất ít độc, ở liều lượng 50 mg/kg thể trọng không gây ảnh hưởng tới sức khỏe, liều lượng gây chết ở chuột LD50 = 1000 mg/kg thể trọng. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 23
  24. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh c. Propyl galat Là este của n-propyl với acid 3,4,5 trihydroxybenzoic hay acid galic. Propyl galat kém chịu nhiệt, tan trong nước và ít tan trong chất béo do đó nó được ứng dụng nhiều trong thực phẩm. Hợp chất này khi vào cơ thể được hấp thụ qua đường tiêu hóa và được chuyển thành acid 4-octometyl galic thảy ra ngoài theo nước tiểu. Propyl galat cũng ít độc, liều lượng gây chết LD50 = 1700 -3800 mg/kg thể trọng. Các thí nghiệm ở liều l ượng thấp 0,117 % không thấy biểu hiện độc nhưng khi ở nồng độ 2,5 % thì xuất hiện rối loại một số chức năng ở động vật. d. TBHQ (Tert-butyl hydroquinon) Tan tốt trong chất béo (10 %) nhưng ít tan trong nước (1 %). Chất TBHQ cũng được hấp thu qua đường ruột, tham gia vào quá trình trao đổi chất và cuối cùng được thải ra ngoài theo nước tiểu. TBHQ ít độc, liều lượng gây chết ở chuột LD 50 = 700 – 1000 mg/kg thể trọng. e. Tocopherol Các đồng phân của tocopherol đều có nhánh b ên giống nhau. Sự khác nhau giữa chúng là do số lượng và vị trí của nhóm metyl trong vòng benzopyran (dạng betam, gamma, delta). Trong đó α – tocopherol có hoạt tính cao nhất. Các tocopherol th ường không độc. Tuy nhiên nếu sử dụng thường xuyên với liều lượng 1000 UI/ngày sẽ xuất hiện triệu chứng của các bệnh đường ruột, viêm da, mệt mỏi. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 24
  25. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh 2.2.5. Phương pháp sử dụng chất chống oxy hóa chất béo Việc sử dụng các chất chống oxy hóa chất béo đ ược sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, có thể sử dụng đ ơn lẽ các hợp chất hay kết hợp chúng với nhau để tăng hiệu quả chống oxy hóa. Để sử dụng hiệu quả chất chống oxy hóa cần chú ý các điểm nh ư sau: - Kết hợp tính năng của các chất chống oxy hóa đ ơn lẽ. - Tạo điều kiện thuận lợi cho chúng dễ d àng sử dụng. - Kết hợp chất chống oxy hóa và các chất trợ chống oxy hóa để tăng hiệu quả chống oxy hóa. - Tạo điều kiện cho chất béo tiếp xúc tốt với chất chống oxy hóa - Giảm tối đa các chất màu của các chất chống oxy hóa. Với vai trò quan trọng của mình, các chất chống oxy hóa chất béo cần phả i được lựa chọn một cách cẩn thận để tăng hiệu quả bảo quản sản phẩm v à không làm giảm chất lượng sản phẩm. Ở mỗi điều kiện khác nhau về th ành phần, tính chất của thực phẩm cần lựa chọn chất chống oxy hóa phù hợp. Khi chọn chất chống oxy hóa cần chú ý các vấn đề như sau: - Khả năng cần đạt được đối với các loại sản phẩm. - Khả năng hòa tan và phân tán các chất chống oxy hóa trong sản phẩm. - Màu sắc chất chống oxy hóa. - Giá trị pH của sản phẩm. - Mùi và vị của sản phẩm. - Luật và tình hình luật. - Phương pháp chế biến thực phẩm. Để đánh giá hiệu quả của các chất chống oxy hóa sử dụng trong các sản phẩm nhằm đảm bảo sản phẩm không bị biến đổi m àu sắc và mùi vị trong quá trình bảo quản, thông thường thực hiện 2 phương pháp cơ bản sau: - Phương pháp oxy hoạt động (AOM: active oxygen method) l à phương pháp sử dụng rộng rãi trong bảo quản thực phẩm có sự hiện diện chất béo. Ph ương pháp này dùng để đánh gía sự hư hỏng của chất béo ở trạng thái lỏng v à phương pháp thực hiện ở nhiệt độ thường. Trong phương pháp này O2 được thổi vào chất béo ở vận tốc xác định để thúc đẩy quá tr ình oxy hóa chất béo, phân tích chỉ số peroxit, từ đó có thể xác định đ ược chỉ số peroxit tới hạn. Ví dụ: 20 meq/kg với mỡ và 70 meq/kg với dầu. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 25
  26. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh - Phương pháp lò đun: tại nhiệt độ cao sẽ thúc đẩy quá trình oxy hóa chất béo. Đây là phương pháp đơn giản sử dụng được cho cả chất béo và chất lỏng. Nhiệt độ dùng trong phương pháp này là 145 0F (62,80C), rồi đánh giá mùi vị bằng phương pháp cảm quan và các chỉ tiêu thông thường đánh giá hư hỏng chất béo. 3. CHỐNG PHẢN ỨNG HÓA NÂU Phản ứng hóa nâu xảy ra rất phổ biến trong chế biến thực phẩm, l à nguyên nhân làm giảm phẩm chất thực phẩm trong quá tr ình chế biến cũng như bảo quản sản phẩm. Ảnh hưởng của sự hóa nâu có thể kể đến l à: sự thay đổi màu sắc, trạng thái cũng như giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. Ví dụ như trong quá trình chế biến cà phê, bia, bánh mì phản ứng hóa nâu cần được kiểm soát trong trường hợp: sản xuất nước táo, chuối khô Các phản ứng hóa nâu thường gặp trong chế biến là: phản ứng Maillard, phản ứng caramen hóa, sự oxy hóa acid ascorbic, phản ứng do enzyme. Bảng 3: Cơ chế phản ứng hóa nâu Cơ chế Yêu cầu Đòi hỏi nhóm A_A PH tối thích oxygen Cho khởi tạo phản ứng Phản ứng Mailard - + Kiềm Phản ứng Caramen hóa - - Kiềm, acide Sự oxy hóa Ascorbic + - Acide nhẹ Phản ứng do enzim + - Acide nhẹ 3.1. Chống phản ứng hóa nâu có sự tham gia của enzim Phản ứng xảy ra khi rau quả bị cắt gọt nh ư: khoai tây, táo, chuối do các hợp chất phenol bị chuyển hóa. Enzim khởi tạo, thúc đẩy ch o phản ứng này là polyphenoloxydaza. Để phản ứng có thể xảy ra thì phải có ion kim loại và oxy. Hợp chất phenol rất dễ bị oxy hóa trong các điều kiện khác nhau: chúng có thể bị oxy hóa bình thường trong môi trường không khí ẩm, phản ứng được tăng cường ở nhiệt độ cao và nhất là trong môi trường kiềm. Enzyme polyphenoloxydaza xúc tác cho s ự oxy hóa ngưng tụ các hợp chất phenol với sự tham gia của oxy phân tử từ không khí, ở thực vật có thể tồn tại ở 2 dạng tự do v à liên kết Polyphenoloxydaza là nhóm enzim oxydoreductaza, có nhiều trong mô động vật, thực vật, nấm mốc Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 26
  27. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh 3.1.1. Cơ chế phản ứng Nhiều nghiên cứu trên cơ chế phản ứng hóa nâu có enzim được thực hiện. Ngày nay các cơ chế này đã được hiểu rõ và chứng minh bằng phản ứng hóa học cụ thể. Những phản ứng đôi khi gây bất lợi cho sản phẩm đôi khi lại có lợi cho sản phẩm t ùy theo mỗi loại sản phẩm. Phản ứng này phụ thuộc vào 3 yếu tố chính: Enzyme hiện diện trong phản ứng, ion kim loại và khả năng tiếp xúc với oxy. Ví dụ 1: Sự biến đổi màu sắc của nấm rơm trong quá trình bảo quản Biến đổi màu sắc do phản ứng hóa nâu có enzyme Ví dụ 2: Trong công nghiệp sản xuất chè đen, thành phần chủ yếu của chè là hợp chất catechin, dưới tác dụng của enzyme polyphenoloxydaza tạo cho sản phẩm có m àu đỏ tươi hoặc nâu sáng đặc trưng cho màu sắc của nước chè. Đây là phản ứng hóa nâu có lợi cho sản phẩm, đối với sản phẩm cần phải tạo điều kiện thích hợp cho phản ứng xảy ra. Sự biến đổi màu của hợp chất tanin để tạo màu cho sản phẩm chè có thể được trình bày theo sơ đồ biến đổi sau: Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 27
  28. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh Tanin chè (Chủ yếu là nhóm catechin) Peroxydaza Polyphenoloxydaza + H2O2 + O2 Octoquinon Polyphenoloxydaza Peroxydaza Các sản phẩm ngưng Tạo chất thơm, sản tụ không màu phẩm ngưng tụ có màu đỏ tươi –màu đặc trưng của nước chè đen 3.1.2. Phương pháp kiểm soát phản ứng hóa nâu có enzim a. Sử dụng nhiệt độ Nhiệt độ cao sẽ vô hoạt các enzim hiện diện trong các loại nguy ên liệu (kể cả phenolaza). Việc sử dụng nhiệt độ trong chần, nấu, sẽ l àm hạn chế hoạt tính của phenolaza. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt tính phenolaza được thể hiện ở đồ thị sau: Ảnh hưởng của nhiệt độ trên hoạt tính phenolase b. Sử dụng SO2 hay các hợp chất sinh SO2 Các chất như SO2, sulfit, natrisulfit, natrimetabisulfit là các h ợp chất ngăn cản phản ứng hóa nâu rất hiệu quả. Tuy nhi ên, nó cũng có một số hạn chế trong trường hợp có xử lý Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 28
  29. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh nhiệt sẽ tạo cấu trúc kém, đôi khi sinh ra m ùi vị lạ. Liều lượng thường sử dụng là: 0.01M (sử dụng cho khoai tây cắt miếng). Theo nhiều nghi ên cứu SO2 cũng có thể ngăn cản hóa nâu enzim ở mức độ 1 ppm. Ảnh hưởng của thời gian xử lý nhiệt đến sự biến đổi do phản ứng biến đổi màu có sự tham gia của enzyme với sự có mặt của các chất sinh SO 2 được thể hiện ở đồ thị sau: c. Giảm tiếp xúc với không khí Phương pháp này thường sử dụng ở quy mô hộ gia đình, rất hữu hiệu trong việc ngăn cản phản ứng hóa nâu có enzim khi bốc vỏ khoai tây tr ước khi nấu, gọt táo, trong thời gian chờ chế biến, khoai tây được ngâm trong nước như thế sẽ hạn chế tiếp xúc với oxy. Khi sản xuất quy mô lớn, khoai tây sau khi gọt vỏ, phân loại, cắt, nguyên liệu được ngâm trong nước trước khi chần và chiên. Sử dụng biện pháp này có một số khuyết điểm là nguyên liệu tiếp tục bị hóa nâu khi tiếp xúc lại với không khí, đặc biệt l à trong trường hợp yêu cầu về mùi vị và màu sắc. Trong trường hợp với các sản phẩm lạnh đông, bề mặt các nguy ên liệu thường được xử lý với acide ascorbic (vitaminC), acide n ày sẽ tự oxy hóa trên bề mặt và tạo rào cản bảo vệ bề mặt sản phẩm. Trong chế biến sản phẩm trái cây lạnh đông, các chất ngọt th ường được sử dụng nhằm giảm oxy hòa tan trong dung dịch, hạn chế sự khuếch tán của oxy v ào các mô nguyên liệu. d. Ngăn cản bằng phương pháp sử dụng muối Phương pháp này ít được sử dụng, ứng dụng chủ yếu là xử lý trái cây đã gọt vỏ chờ chế biến. Muối ở nồng độ 0.1% đã bắt đầu ngăn cản các phản ứng hóa nâu trong một số sản phẩm. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 29
  30. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh Tác dụng của NaCl đến sự biến đổi màu của táo Khi phối hợp nước muối và sử dụng acide chlorogenic như là chất đệm duy trì pH = 5 thường dùng trong bảo quản táo. Tuy vậy, nồng độ muối cao ít đ ược dùng do ảnh hưởng vị của muối lên thực phẩm. e. Dùng các acide Đây là phương pháp rất phổ biến để chống hóa nâu trong chế biến thực phẩm. Acide được dùng là các acide rất phổ biến có trong mô của rau quả nh ư: acide citric, malic, photphoric, ascorbic tại pH thấp tốc độ phản ứng hóa nâu sẽ chậm. Quan hệ giữa hoạt tính phenolaza và pH được thể hiện theo đồ thị sau: Qua đồ thị trên cho thấy pH tốt nhất cho phản ứng là 7 và thấp nhất tại pH = 3. Acide citric kết hợp với acide ascorbic hay SO 2 đã được sử dụng rất lâu và có hiệu quả cao trong việc chống phản ứng hóa nâu trong chế biến thực phẩm. Các nguy ên liệu thông thường được nhúng vào dung dịch acide loãng. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 30
  31. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh Khi đi vào môi trường có enzim phenolaza thì acide citric còn có thể tạo phức với Cu của enzim, từ đó cũng làm giảm hoạt tính của enzim. f. Sử dụng Borat và các muối Khi nghiên cứu ảnh hưởng của borat và các muối trên phản ứng hóa nâu có sự tham gia của enzim, kết quả cho thấy: 1.5% Natri tetraborat v à 1.5% Metaborat có thể ngăn cản hoàn toàn phản ứng hóa nâu có enzim, nhưng ở các nồng độ khác thì tác dụng giảm rõ rệt. 3.2. Chống phản ứng hóa nâu không có enzim tham gia Trong chế biến thực phẩm, có hiện tượng thay đổi màu sắc trong quá trình gia nhiệt hay bảo quản thực phẩm. Các phản ứng hóa nâu n ày không có sự tham gia của các enzim nên thường gọi là phản ứng hóa nâu không enzim. Các phản ứng hóa nâu n ày thường thấy trong chế biến cà phê, ca cao, bánh để tạo mùi, màu thích hợp cho sản phẩm. Tuy nhiên trong một số trường hợp phản ứng này cũng cần phải có biện pháp ngăn chặn, kiểm soát để giữ giá trị dinh dưỡng và cảm quan của các thực phẩm. Các phản ứng hóa nâu đã được tìm thấy là: + Phản ứng Mailard + Phản ứng caramen hóa + Phản ứng oxy hóa acide ascorrbic 3.2.1. Cơ chế của các phản ứng a. Phản ứng Mailard Phản ứng này được khám phá bởi nhà khoa học người pháp Maillard (1912), trong quá trình theo dõi sự tạo thành các chất màu nâu (melanoidin) khi gia nhiệt glucose với glycerin. Phản ứng Mailard là phản ứng giữa các acide amin, amin, protein với sucrose, aldehyd, xeton đây là phản ứng rất quan trọng trong quá tr ình gia nhiệt và bảo quản sản phẩm. * Các bước chính trong quá trình chuyển hóa của phản ứng Maillard - Phản ứng giữa nhóm alpha amin trong phân tử acide amin hay l à protein với nhóm carboxyl của các loại đường khử (có thể gọi đây là phản ứng Carboxylamin). - Các sản phẩm của sự trùng ngưng này gọi là các Base Schiff, các sản phẩm này sẽ xảy ra các chu trình kế tiếp để thành lập các sản phẩm N-glycosyamin. * Các điều kiện cho phản ứng Maillard - Giá trị pH: phản ứng Maillard xảy ra cả trong môi tr ường kiềm và acide, trong môi trường kiềm phản ứng xảy ra tốt hơn. Một số nghiên cứu cho thấy tốc độ phản ứng tăng khi Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 31
  32. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh tăng pH. Quan hệ giữa pH và tốc độ phản ứng rất quan trọng trong việc bảo quản các sản phẩm có acide cao như: sản phẩm muối chua, ngâm giấm Tốc độ phản ứng maillard gia tăng theo đường thẳng trong phạm vi pH = 3 – 8 và đạt cực đại tại pH = 9 – 10. - Chất đệm: vai trò của chất đệm trong phản ứng hóa nâu không enzim đ ược ghi nhận như sau: tốc độ phản ứng càng gia tăng nếu môi trường có nhiều ion. Một số nghiên cứu cho thấy khi bổ sung Natri photphat v à Natri citrat vào hổn hợp glucose-glycerin thì phản ứng xảy ra nhanh hơn ở điều kiện thường. - Nhiệt độ: phản ứng sẽ tăng theo chiều tăng của nhiệt độ. Các nghiên cứu cho thấy tốc độ phản ứng xảy ra càng nhanh khi tăng nhiệt độ trong khoảng 0-900C. - Độ ẩm: phản ứng xảy ra mạnh mẽ trong dung dịch, việc l àm khô hoàn toàn sản phẩm có thể ngăn cản phản ứng n ày. Các nghiên cứu cho thấy tốc độ phản ứng xảy ra rất nhanh tại độ ẩm tối ưu và phản ứng xảy ra chậm trong điều kiện độ ẩm quá cao hay quá thấp. - Đường: đường khử là thành phần chính tham gia phản ứng Mailard, l à chất cung cấp nhóm carboxyl phản ứng với -amin. * Cơ chế của phản ứng tạo màu: hai chu trình tạo melanoidin b. Phản ứng caramen hóa Phản ứng caramen là phản ứng tạo màu khi gia nhiệt đường tại điểm nóng chảy. Quá trình sẽ xảy ra trong cả môi trường acide và môi trường kiềm làm cho sản phẩm chế biến có Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 32
  33. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh cảm quan kém (màu tối, vị đắng, mùi xấu ). Trong sản xuất kẹo, bánh ngọt th ì phản ứng này được kiểm soát đặc biệt. Phản ứng caramen là một phản ứng phúc tạp, cho dù hàm lượng đường có khác nhau nhưng sản phẩm cuối cùng là gần như nhau. Phản ứng xảy ra theo 2 giai đoạn: - Giai đoạn 1: hình thành nên các alhydric của glucose, sacarose như glucozan, fructozan, sacarozan là hợp chất không màu. - Giai đoạn 2: các hợp chất này trùng hợp với nhau tạo thành phẩm vật có màu vàng. Sau đó các phản ứng caramen biến đổi màu sắc: vàng vàng đậm nâu nâu đen. Nhiều loại nguyên liệu tham gia vào phản ứng caramel như: sucrosem glucose, fructose, mật tinh bột và tinh bột. Những điều kiện phản ứng t ùy thuộc vào cầu của sản phẩm, tính hòa tan tốt trong alcohol, Phản ứng tùy thuộc nhiều yếu tố như pH, chất xúc tác, nhiệt độ, - Khi sử dụng acid sulfuric (pH = 3,5) nh ư một chất xúc tác sản phẩm sẽ có c ường độ màu mạnh, ổn định trong acid và không hình thành kết tủa với tannin và alcohol. - Khi sử dụng sodium hydroxide làm xúc tác (pH = 9,5) màu sắc được hình thành cũng có cường độ màu mạnh, ổn định trong acid nhưng lại kết tủa với tannin hay trong dung dịch muối. - Khi dùng muối amonium xúc tác màu tạo ra có độ ổn định thấp c. Phản ứng oxy hóa acide ascorbic Acide ascorbic đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình hóa nâu trong công nghiệp sản xuất nước rau quả, nước quả cô đặc: nước cam, chanh, quýt Phản ứng oxy hóa acide ascorbic hiện nay cũng c òn nhiều tranh cãi nhưng nhiều ý kiến cho rằng phản ứng chính là sự phá hủy acide ascorbic thành lập CO2 sinh chất có màu nâu. 3.2.2. Phương pháp chống phản ứng hóa nâu không Enzim Đây là vấn đề rất phức tạp, tùy thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng các nhà khoa học đã đưa ra một số biện pháp có thể kiểm soát sự biến m àu do phản ứng không enzim. * Kiểm soát nhiệt độ Nhiệt độ là yếu tố quan trọng trong việc phát triển m àu sắc làm hư hỏng sản phẩm. Nhiệt độ càng cao thì tốc độ phản ứng xảy ra càng nhanh. Do đó phải bảo quản sản phẩm ở nhiệt độ thấp thích hợp. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 33
  34. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh * Độ ẩm Phản ứng hoạt động tốt trong môi trường ẩm, có thể kiểm soát quá tr ình bằng cách lấy ẩm ra khỏi vật liệu, trong lúc bao gói, bảo quản các sản phẩm khô không n ên cho tiếp xúc với môi trường ẩm. * Kiểm soát pH Phản ứng Maillard xảy ra rất mạnh trong môi tr ường kiềm, vì vậy để khống chế phản ứng này cần thực hiện chế độ pH thấp thích hợp. Ví dụ: việc sử dụng pH thấp trong quá tr ình sấy khô trứng, các acide thực phẩm đ ược thêm vào trong quá trình sấy sẽ chống phản ứng hóa nâu. Sau khi ho àn thành sấy thì dùng Na2CO3 để ổn định lại pH ban đầu. * Bao gói với không khí Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi để loại bỏ oxy ra khỏi môi trường bảo quản bằng cách bổ sung vào các loại khí trơ, hút chân không. Quá trình này không những làm hạn chế phản ứng hóa nâu mà còn hạn chế được sự biến đổi chất béo. * Dùng các enzim Enzim glucose oxydaza được sử dụng như là chất xúc tác để chuyển glucose th ành acide gluconic không phản ứng được với các amin. Sử dụng glucose oxydaza có ưu điểm là loại bỏ oxy, đặc biệt là các sản phẩm đóng chai sẽ có hàm lượng oxy rất thấp trong khoảng không khí thừa. * Dùng các hóa chất - SO2: đây là tác nhân rất tốt trong việc ngăn chặn phản ứng hóa nâu không enzim. Bisulffit ngăn cản sự chuyển hóa D-glucose thành 5-hydroxymetylfurfurol cũng như chuyển acide ascorrbic thành furfurol. - Thiol: việc thêm cystein vào trứng sấy có thể ngăn cản phản ứng hóa nâu. Tuy nhi ên các thiol thường có mùi lạ nên ít được sử dụng. - Các muối canxi: có khả năng ngăn cản phản ứng hóa nâu. C ơ chế là do tác dụng tạo phức của canxi với các amin. Thực tế thì các muối canxi được sử sụng rất thành công trong việc ngăn cản phản ứng hóa nâu. Tóm lại: mặc dù có nhiều cách ngăn chặn phản ứng hóa nâu không enzim ở nhiều mức độ khác nhau nhưng hầu hết các sản phẩm đều giảm giá trị dinh d ưỡng. Việc kiểm soát phản ứng này ở giai đoạn khởi tạo rất quan trọng trong quá tr ình chống hóa nâu. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 34
  35. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh 4. PHỤ GIA CHỐNG ĐÓNG BÁNH Với các sản phẩm dạng bột khi bảo quản trong thời gian d ài sẽ bị vón cục, làm giảm tính năng sử dụng, giảm tính cảm quan của sản phẩm. Bảng 4: Tác dụng của tác nhân đóng bánh dựa tr ên trọng lượng riêng và hệ số nén của một số loại bột thực phẩm Loại bột Các chất đóng bánh Nồng độ (%) Tỉ trọng bột không nén Chỉ số nén Đường Không - 0.7 0.006 Stearat canxi 0.5 0.87 0.039 SiO2 01.5 0.75 0.052 Tricanxi photphat 0.5 0.76 0.044 Súp Không - 0.7 0.27 Silicat Al 2 0.75 0.15 stearat canxi 2 0.63 0.27 Bột ngũ cốc Không - 0.62 0.109 stearat canxi 1 0.59 0.099 SiO2 1 0.67 0.077 Tricanxi photphat 1 0.61 0.062 Protein Không - 0.27 0.04 stearat canxi 1 0.27 0.041 SiO2 1 0.27 0.036 Tricanxi photphat 1 0.31 0.024 Gelatin Không - 0.68 - Silicat Al 1 0.7 0.016 Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 35
  36. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh Chương 3 PHỤ GIA LÀM THAY ĐỔI CẤU TRÚC THỰC PHẨM 1. HÓA CHẤT ĐIỀU CHỈNH ĐỘ ẨM SẢN PHẨM Nguyên liệu hay bán thành phẩm có độ ẩm cao sẽ tạo điều kiện tốt cho các vi sinh vật phát triển hoặc tác động làm hư hỏng sản phẩm. Để hạ độ ẩm nhằm kéo d ài thời gian bảo quản sản phẩm thực phẩm người ta thường dùng phương pháp sấy. Tuy nhiên, trong một số trường hợp không thể áp dụng, hoặc khó áp dụ ng kỹ thuật này chúng ta cần phải dùng phương pháp điều chỉnh độ ẩm bằng hóa chất nhằm bảo quản sản phẩm trong thời gian d ài. Ví dụ: điều chỉnh độ ẩm của chất khí, môi tr ường bảo quản sản phẩm hoặc yêu cầu chế biến sản phẩm có độ ẩm thấp nh ưng không làm biến đổi màu sắc hay thành phần sản phẩm. Việc điều chỉnh độ ẩm sản phẩm bằng hóa chất dựa tr ên nguyên tắc phổ biến là hút ẩm và giữ ẩm. Tùy thuộc vào sản phẩm và điều kiện sẽ có phụ gia tương ứng. 1.1. Hóa chất hút ẩm Dựa vào tính chất hút ẩm của phụ gia người ta chia thành 2 loại: hút ẩm theo tính chất vật lý và hút ẩm theo tính chất hóa học. 1.1.1. Hút ẩm theo tính chất vật lý Nguyên tắc: chỉ hút nước, không gây ra phản ứng hóa học. N ước chỉ ngưng tụ trên bề mặt các ống mao dẫn hoặc trên bề mặt các chất hút ẩm. Các chất này thường có bề mặt tiếp xúc lớn như: silicgen, alumogel * Dạng tinh thể khan nước: có khả năng hút nước cân bằng với thành phần hóa học, chất này gồm: NaSO4 (khan) + 10H2O Na2SO4.10H2O CuSO4 (khan) + 5H2O Cu2SO4.5H2O CaCl2 (khan) + 6H2O CaCl2.6H2O Khả năng đạt no nước tùy thuộc vào điều kiện môi trường. Các chất này có khả năng hút nước tại nhiệt độ bình thường và cũng có thể nhả ẩm. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 36
  37. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh * Các chất có cấu trúc xốp: chúng chứa nhiều ống mao dẫn tr ên bề mặt. Các chất này có khả năng hút nước trên các ống mao dẫn, thậm chí ngay trên bề mặt các chất hút ẩm. Chất thường được sử dụng là silicagel (H2SiO2.nH2O)x. Tùy vào nhà sản suất mà 1g silcagel có bề mặt tiếp xúc khoảng 300-800 m2. Silicagel là những hạt có hình tròn, bầu dục, màu trắng tới nâu. Để dễ dàng nhận biết Silicagel đã no nước chưa, người ta thường cho thêm CoCl2. Khi Silicagel khan có màu xanh, khi Silicagel có màu hồng. Ngoài việc sử dụng Silicagel ra người ta còn dùng Alumogel(Al2O3) cũng có tính chất tương tự. * Các chất lỏng: Các chất này hút nước mạnh - yếu khác nhau, khi hút nước sẽ tỏa nhiều nhiệt như: H2SO4, H3PO4, Cồn, Glicerin 1.1.2. Hút ẩm theo tính chất hóa học Nguyên tắc: sau khi hút ẩm tạo ra chất hòan toàn mới, phản ứng này sẽ tỏa nhiệt, đôi khi làm nóng môi trường bảo quản. Sau khi dùng các hóa chất này không thể dùng trở lại. Phương pháp này có một số hóa chất có thể gây ăn mòn, ảnh hưởng đến bao bì trong quá trình bảo quản. Ví dụ: CaO + H2O Ca(OH)2 + Q (Kcal) Thông thường CaO được dùng nhiều vì rẻ tiền, khả năng hút ẩm cao (100g CaO cho vào thể tích 15-20 cm3) có thể đưa độ ẩm môi trường từ 80% xuống 60% trong vòng 12 giờ và giữ ổn định trong vòng 15 ngày. Khi dùng thì CaO sau khi hút ẩm sẽ rã thành bột và vẫn tiếp tục hút ẩm. Khi hút ẩm thể tích có thể tăng gấp 3 lần, ở dạng bột dễ bám v à làm ăn mòn bao bì. 1.2. Hóa chất giữ ẩm Trong quá trình bảo quản các sản phẩm có sự bay h ơi do chênh lệch áp suất riêng phần trên bề mặt nguyên liệu và môi trường bảo quản. Điều đó dễ gây nứt bề mặt, đôi khi còn làm biến màu bề mặt sản phẩm, làm giảm tính cảm quan và dinh dưỡng, điều này thường xảy ra trong bảo quản các sản phẩm lạnh đông, các sản phẩm thủ y sản khô * Các biện pháp có thể dùng để chống mất ẩm - Sử dụng các photphat: dùng trong các sản phẩm thủy sản khô luôn giữ đ ược độ mềm, chống hiện tượng các đốm trắng trên bề mặt. - Các enzim: dùng proteaza thủy phân protein thành các acide amin và nước tạo bề mặt ẩm. - Dùng hỗn hợp: glycerin-gelatin-H2O phủ trên bề mặt các sản phẩm thịt. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 37
  38. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh - Dùng glycerin trong các sản phẩm dạng sợi sấy khô. 2. HÓA CHẤT LÀM TRONG Do yêu cầu của người tiêu dùng các sản phẩm luôn được điều chỉnh để phù hợp với thị hiếu. Với các sản phẩm dạng lỏng thì hầu hết đều yêu cầu cần làm trong (trừ các sản phẩm yêu cầu phải có nhiều chất huyền phù thì phải để đục). - Để đáp ứng nhu cầu đó người ta dùng các phương pháp sau để làm trong sản phẩm: + Cơ học. + Nhiệt. + Dùng chất phụ gia. - Các biện pháp cơ học không tách được các chất keo, các ion trong các dung dịch. - Dung dịch đục có nhiều dạng: + Huyền phù: cặn cơ học. + Nhủ tương: protein, protid, lipid + Các chất tan: các ion kim loại. - Các biện pháp hóa học không những có thể tách các cặn c ơ học mà còn có thể loại bỏ các ion kim loại hay phá vỡ hệ thống chất keo. 2.1. Tách các chất tan Nguyên tắc: cho các ion này tác dụng với chất phụ gia tạo kết tủa lớn sau đó d ùng các biện pháp cơ học làm trong. * Tách ion Mg2+ và Ca2+ 2+ Ca + CO2 CaCO3 (kết tủa) 2+ Ca + H3PO4 Ca3(PO4)2 (kết tủa) * Tách ion Fe2+ 2+ + Fe + Na2S Na + FeS (kết tủa) 2.2. Tách các chất keo Vấn đề tách các chất keo thì phức tạp hơn, có nhiều cách đã được sử dụng để tách chất keo được sử dụng phổ biến như: - Tạo trạng thái tập hợp bằng cách: + Thay đổi pH môi trường, đưa chất keo về điểm đẳng điện. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 38
  39. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh + Phá vỡ lớp vở solvat bằng các chất điện ly. + Dùng nhiệt làm biến tính chất keo. - Tạo kết tủa thứ 2 lôi kéo chất keo: th ường dùng phương pháp sulphat hóa và carbonat hóa. Ngoài ra enzim cũng có thể dùng làm trong các dung dịch. Chúng sẽ thủy phân các các mạch cao phân tử thành sản phẩm ngắn mạch, hòa tan. 3. CÁC CHẤT KEO 3.1. Mở đầu Theo Sanderson (1981) các polysacarid dùng trong ch ế biến thực phẩm gồm: Tinh bột, celluloza và các dẫn xuất, các chất chiết từ rong biển, nhớt thực vật, từ hạt, từ thực vật, từ vi sinh vật, các chất này tham gia làm chất: dinh dưỡng, tạo cấu trúc, liên kết nước, giữ ẩm, chịu áp suất thẩm thấu Theo Glicksman (1969) thì các chất keo có các tính chất sau: + Khả năng liên kết với nước. + Tính chất lưu biến. + Khả năng tạo màng hoặc tạo gel. + Khả năng liên kết với các chất tạo mùi. + Tạo áp suất thẩm thấu. + Hút nước. + Tạo các phản ứng hóa học. + Tăng độ ngọt và vị. + Khả năng hút nước trở lại dạng ban đầu. Các tính chất này được dùng trong chế biến thực phẩm nhằm: làm đặc, nhủ hóa, ổn định nhủ tương, tạo bọt, cải thiện tính chảy, cấu trúc, làm mềm, chống vi sinh vật, ổn định mùi vị Trong công nghiệp thực phẩm, các chất keo đ ược ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực chế biến sản phẩm, phát triển sản phẩm mới, l àm trong sản phẩm, do đó việc tìm hiểu những tính chất đặc trưng của một số đặc trưng của chất keo sẽ giúp lựa chọn được những chất keo phù hợp trong sản phẩm. Hiện nay, có rất nhiều sản phẩm sử dụng các chất keo như: kẹo, bánh, mứt, bơ, Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 39
  40. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh Bảng 1: Phân loại chất keo, phương pháp thu nhận, vai trò Nguồn gốc Phuơng pháp trích Chức năng Chất keo Động thực Rong Vi Trích Tạo Làm Ổn Nghiền Nhựa vật vật biển sinh ly đông đặc định HM-pectin X X X X X LMC-pectin X X X LMA-pectin X X X Carrageenan X X X X X Agar X X X Alginate X X X X X CMC X X X Guar X X X LBG X X X Xanthan X X X X X Gellan X X X Gelatin X X X Arabic X X X X Casenate X X X Protein đậu nành X X X Bảng 2: Đặc tính của một số chất keo phổ biến Thuận nghịch Tạo gel Nguồn gốc Điện tích nhiệt tức thì Chất keo Dễ Dòn Dính Có Không Có Không Âm O Dương chảy HM-pectin X X X X LMC-pectin X X X X X X LMA-pectin X X X X X X Carrageenan X X X X X X Agar X X X X X Alginate X X X CMC X X Guar X LBG X Xanthan X X X X Gellan X X X X Gelatin X X X X X X Arabic X Casenate X X X X X X Protein đậu nành X X X X X X Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 40
  41. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh Bảng 3: Chỉ số quốc tế và chức năng của một số chất keo Chất keo Chỉ số quốc tế Chức năng Alginic acid 400 Chất tạo đặc, chất ổn định. Sodium alginate 401 Chất tạo đặc, chất ổn định. Potassium alginate 402 Chất tạo đặc, chất ổn định. Ammoginum alginate 403 Chất tạo đặc, chất ổn định. Calcium alginate 404 Chất tạo đặc, chất ổn định. Propylene glycol alginate 405 Chất tạo đặc, tạo nhũ. Aga 406 Chất tạo đặc, chất ổn định. Carrageenan 407 Tạo đặc, tạo gel, chất ổn định, tạo nhũ Gum của đậu 410 Tạo đặc, tạo gel. Oat gum 411 Chất tạo đặc, chất ổn định. Guar gum 412 Tạo đặc, chất ổn định, chất tạo nhũ. Tragacanth gum 413 Chất ổn định, chất nhũ hoá và chất phân tán. Gum arabic 414 Tạo đặc, chất ổn định, tạo nhũ. Xanthan gum 415 Tạo đặc, tạo gel, chất ổn định, tạo bọt. Karaya gum 416 Chất ổn định, chất nhũ hoá và chất phân tán. Gellan gum 418 Tạo đặc, tạo gel, chất ổn định. Konjac mannan E425 Tạo gel, tạo nhũ, tạo đặc, chất ổn định. Pectin 440 / E440 Tạo gel, tạo đặc, chất ổn định. Amidated pectin E440 Tạo gel, tạo đặc, chất ổn định. Cellulose 460 Chất chống vón cục, chất ổn định, chất nhũ hoá v à chất phân tán. Microcrystalline cellulose INS 460 Chất chống vón cục, chất ổn định, chất nhũ hoá v à chất phân tán. Bột cellulose INS 460 / E460 Chất chống vón cục, chất ổn định, chất nhũ hoá v à chất phân tán. Methyl cellulose 461 Chất tạo đặc, chất ổn định. Hydroxylpropyl cellulose 463 Chất tạo nhũ, tạo đặc, chất kết dính, tạo huyền ph ù, chất tạo màng. Hydroxylpropyl methyl 464 Chất tạo đặc, chất ổn định, tạo nhũ. cellulose Sodium carboxylmethyl 466 Chất tạo đặc, chất ổn định, tạo huyền ph ù. cellulose Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 41
  42. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh 3.2. Giới thiệu một số chất keo thông dụng 3.2.1. Acid alginic – Alginat Acid alginic được Standford phát hiện ra năm 1881, l à một acid hữu cơ có trong tảo nâu, trọng lượng phân tử từ 32000 – 200000. Cấu tạo hóa học của acid alginic gồm 2 phần tử β-D-mannuronic và α – L – guluronic acid liên kết với nhau bằng liên kết 1- 4 glucozid. Acid alginic được chiết xuất ra từ tảo nâu d ưới dạng natri alginat, alginat có trọng l ượng phân tử 20000 – 60000. Dạng thương phẩm: Acide alginic thu được từ alginat dùng để sản xuất các alginat khác nhau. Giống như các polysaccarid khác acide alginic ít tan trong nư ớc, vì vậy thường chế biến thành các dạng: Na2CO3 Na alginat K2CO3 Ka alginat NH4OH Amon alginat Acide alginic + MgOH Mg alginat CaCl2 Ca alginat Propylen oxyt Propylen glycol alginat Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 42
  43. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh a. Đặc tính của alginat * Độ nhớt: khi hòa tan các alginat vào nước chúng sẽ ngậm nước và tạo dung dịch nhớt. Độ nhớt phụ thuộc vào chiều dài của phân tử alginat. Bột alginat rất dễ bị giảm nếu không được bảo quản ở nhiệt độ thấp. Ngo ài ra, cách sắp xếp của phẩn tử alginat cũng ảnh hưởng đến độ nhớt của nó. Bảng 4: Phân chia độ nhớt của nồng độ alginat Độ nhớt alginat Nồng độ (%) Thấp Trung bình Cao Rất cao 0.25 9 15 21 27 0.50 17 41 75 110 0.75 33 93 245 355 1.00 58 230 540 800 1.50 160 810 1950 3550 2.00 375 2100 5200 8750 Theo bảng trên cho thấy sự thay đổi độ nhớt so với nhóm alginat. Trong một số trường hợp độ nhớt có thể gia tăng ở nồng độ thấp với sự hiện diện của một số c ơ chất như: CaSO4, Canxicitrat. Ion canxi liên kết với alginat tạo liên kết chéo trong phân tử gia tăng, sẽ làm gia tăng trọng lượng phân tử và độ nhớt. * Sự tạo gel alginat Một tính chất quan trọng của alginat l à tính chất tạo gel của chúng. Trong điều kiện nhiệt độ cao ở trạng thái sôi và khi làm nguội sẽ trở thành dạng gel. Thông thường alginat kết hợp với ion Ca2+ tạo gel như hình vẽ. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 43
  44. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh b. Kỹ thuật tạo gel alginat Các alginat có khả năng tạo gel khi có mặt của ion Ca 2+ và acid. Gel được thành lập có thể kiểm soát thông qua sự giải phóng ion Ca 2+, hoặc acide trong dung dịch alginat. Có thể tạo gel acide ở pH < 4 (khoảng 3.4) th ường dùng kết hợp với với pectin (HMP). Tham gia tạo gel các tương tác tĩnh điện qua cầu nối Ca 2+ có vai trò quan trọng, vì thế các gel này không thuận nghịch với nhiệt và ít đàn hồi. * Tạo gel trực tiếp bằng cách phun Với phương pháp này, alginat hoặc hỗn hợp chứa alginat được tạo gel bằng cách 2+ nhúng hoặc phun dung dịch có chứa ion Ca vào. Chất thường sử dụng là CaCl2. Khi được phun vào các ion Ca2+ sẽ phản ứng với alginat tạo dạng “ Box egg”. Phương pháp này thích hợp với việc chế biến các sản phẩm mỏng v à kích thước nhỏ như tạo màng bao phía ngoài cho sản phẩm. Phương pháp này dùng các alginat ph ản ứng mạnh với các ion Ca 2+ hoặc các alginat có nhiều G. Xử lý acide: trong phương pháp này là tạo các muối Caxi không hòa tan ở pH trung tính để tạo phản ứng với alginat. Khi cho acide v ào chúng sẽ tiếp xúc với bề mặt vật liệu, các muối hòa tan và tiếp theo là phản ứng giữa alginat và Ca2+ tạo gel, ở điều kiện trung tính v à acide: Ca2+ được giải phóng trong điều kiện thích hợp. Khi sử dụng kết hợp alginat, một muối canxi có độ hòa tan chậm và một phức có Ca2+ thích hợp như: photphat, citrat các chất tạo phức cần thiết để tạo liên kết với Ca2+ tự do và ngăn cản quá trình tạo mảng chết (óc trâu) trong thời gian chế biến sản phẩm. Quá tr ình này có thể thực hiện ở pH acide hoặc trung tính. Phương pháp làm lạnh: Alginat được hòa tan trong nước với một lượng nhỏ Ca2+ và các chất tạo phức, gia nhiệt ở nhiệt độ cao v à sản phẩm sẽ được tạo thành do làm nguội tạo gel Canxi ổn định nhiệt. Gel có thể tạo th ành tại 0-500C nhưng cấu trúc tạo thành mềm. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 44
  45. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh * Kết hợp alginat và pectin Khi sử dụng pectin riêng rẽ thì chỉ tạo được gel ở nồng độ đường cao và pH thấp. Khi alginat Na được thêm vào thì gel được thành lập ở nồng độ chất khô thấp hơn và khoảng pH rộng hơn. Trái cây giàu pectin như táo s ẽ tạo gel với với alginat natri sau khi chế biến. Mạng gel cứng thành lập khi alginat natri chứa nhiều dạng G, gel mềm khi alginat natri chứa nhiều dạng M. Sự trợ lực pectin-alginat là một trong những nội phản ứng quan trọng của alginat với chất keo khác v à là một trong những chỉ số kinh tế quan trọng trong khi sử dụng các chất keo. Khả năng tạo gel của alginat phụ thuộc v ào nhiều yếu tố như: nguồn canxi, alginat, chất tạo phức, pH, sự hòa tan và nhiệt độ c. Sản xuất alginat Alginat được sản xuất theo qui trình công nghệ sau: Rong biển (Khô hoặc tươi) Nghiền Rửa Hòa tan với kiềm, H2O và nhiệt độ Làm sạch Kết tủa với CaCl2 Alginat Canxi Xử lý acid Xủ lý với Na2Co3 Alginat Natri Sấy khô Nghiền Alginat natri khô Trong thực tế, để sản xuất alginat, đầu ti ên ngâm tảo nâu vào dung dịch acid sulfuric loãng để chuyển alginat thành aginic acid và loại bỏ được các tạp chất như fucoiđionm laminarin, manitol, muối vô cơ và một số chất màu. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 45
  46. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh Sau khi rữa, nghiền nhỏ với kiềm hoặc muối kiềm để trung h òa aginic acid tạo thành một dạng muối hòa tan tương ứng của aginic acid. Các thành phần không tan như cenllulose, protein được loại bỏ bằng cách gạn, lọc hoặc vớt bọt nổi l ên trên. Dung dịch alginat thu được, đem tẩy trắng bằng cách xử lý với acid sulfuric để kết tủa alginic acid. Sau đó trung hòa bằng kiềm hoặc bazơ khác nhau để tạo ra những hợp chất alginat theo mong muốn như: natri alginat, amon alginat, canxi alginat hay trietanolamin alginat. d. Ứng dụng alginat Các alginat cũng được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm. Thường natri alginat được sử dụng nhiều nhất và là hợp phần tạo kết cấu cho nhiều sản phẩm. Trong sản phẩm natri alginat là chất làm đặc, làm dày để ổn định các bọt cũng như để tạo cho nước quả đục những thể đặc biệt. Với những thực phẩm có độ acid cao không thể d ùng natri alginat được thì propylenglycol alginat là chất thay thế rất tốt vì nó bền được cả trong vùng pH = 0 – 3. Một hợp chất của acid alginic có tên là lamizell một alginat kép của natri và canxi với một tỷ lượng nhất định. Lamizell tạo ra đ ược một độ nhớt đặc biệt và cho khả năng ăn ngon miệng cũng được quan tâm trong sản xuất thực phẩm. Bên cạnh đó, natri alginat còn được dùng làm chất bảo vệ kem đá vì nó có nhiều tác dụng đối với sản phẩm như: + Ngăn ngừa tạo ra tinh thể đá thô. + Ức chế hoàn toàn sự tạo thành tinh thể của lactose. + Nhũ hóa các cầu béo. + Làm bền bọt. + Tạo ra độ nhớt cao. + Tạo ra gel có khả năng giữ nước tốt. + Làm cho kem không bị tan chảy. 3.2.2. Agar a. Cấu tạo Agar là một sulfat polysacarit được tách ra bằng nước sôi từ các loài tảo đỏ (Gelidium sp, Gracilarta). Thành phần cấu tạo của mạch chính là β-D-galactos và 3,6 anhydro-α-L- gaclactose xen kẻ với nhau bằng các liên kết α - 1,3 và β-1,4. Agar là một hỗn hợp các polysacarit có chung mạch chính gồm 2 thành phần chủ yếu sau: Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 46
  47. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh - Agarose là thành phần tạo gel chính của gar, có khoảng 1/10 các đơn vị galactose bị ester hóa. Hàm lượng agarose đóng vai trò quan trọng đối với điện tích của toàn phân tử và đối với tính chất của gel như: độ bền, độ đàn hồi, nhiệt độ tạo gel, nhiệt độ nóng chảy của gel. - Agaropectin là thành phần không tạo gel, có mức độ este hóa lớn h ơn agarose, ngoài ra còn có acid pyruvic. Nếu có một cầu nối giữa 2 sulfat gel sẽ trong h ơn, cầu nối này thường không bền, dễ bị phá hủy nếu tiếp xúc với các hóa chất tạo phức EDTA, ehxametaphotphat , tripolyphotphat natri b. Tính chất * Tính tan Agar không tan trong nước lạnh, tan một ít trong ethanol amine v à tan được trong nước nóng. Agar có khả năng hòa tan với lượng nước 30 – 50 lần khối lượng, lượng agar trong nước trên 10 % sẽ tạo nên một hỗn hợp sệt. * 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  500C và tan chảy ở nhiệt độ khoảng 80-850C. Gel agar có tính thuận nghịch về nhiệt. Khi đun nóng polymer tạo th ành một khối, khi dung dịch nguội đi các chuỗi sẽ bao lấy nhau và liên kết với nhau từng đôi một bằng li ên kết hydro để tạo thành chuỗi xoắn kép, tạo ra một mạng lưới không gian ba chiều nhốt các chất khô b ên 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 aga và khối lượng phân tử của nó. Kích thước lỗ gel khác nhau phụ thuộc v ào nồng độ aga, nồng độ aga 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 -900C). Gel agar chịu được nhiệt độ chế biến 100 0C, pH 5–8, có khả năng trương phồng và giữ nước. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 47
  48. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh Không dùng agar trong môi trư ờng pH < 4 và có nhiều chất oxy hóa mạnh. Agar có thể tạo đông ở nồng độ thấp, đây là tính chất quan trọng được ứng dụng nhiều trong chế biến thực phẩm. Cấ u trúc gel củ a agar c. Ứng dụng Agar là một chất tạo gel rất tốt, thông th ường agar được sử dụng với hàm lượng 1- 1,5% khối lượng so với lượng đường trong hỗn hợp kẹo. Jelly được sản xuất từ loại agar có polysaccharid mạch ngắn. Agar không đ ược hấp thu vào cơ thể trong quá trình tiêu hóa do đó agar được sử dụng sản xuất các loại bánh kẹo chứa ít năng lượng. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 48
  49. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh Agar được sử dụng trong sảm phẩm mứt trái cây thay thế cho pecti n nhằm làm giảm hàm lượng đường trong sản phẩm và thay thế gelatin trong một số sản phẩm thịt v à cá. Ngoài ra còn được sử dụng trong các sản phẩm yoghurt, sữa chocolate, trong ng ành bánh kẹo . Agar còn được sử dụng vào môi trường nuôi cấy vi sinh vật. d. Ưu điểm khi sử dụng agar - Khả năng tạo gel cứng tại nồng độ rất thấp. - Không cần bất kỳ chất hỗ trợ nào, không ảnh hưởng vị của sản phẩm. - Có sự khác biệt giữa nhiệt độ nóng chảy v à tạo gel: 400C đông đặc, 800C nóng chảy làm cho agar rất dễ sử dụng. - Có khả năng cạnh tranh với các chất tạo đông khác, không những về đặc tính kỹ thuật mà còn có lợi về kinh tế. - Không cần đường và pH trong quá trình tạo đông. - Trong trương hợp nồng độ đường cao, agar có thể có các nội phản ứng l àm tăng lực bền gel. - Có khả năng chống lại các phản ứng phân hủy do enzim, d ùng làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật rất tốt. - Có khả năng chống lại phân hủy acide (trừ tr ường hợp môi trường pH < 4) - Không màu, không vị nên không ảnh hưởng đến vị tự nhiên của sản phẩm. e. Quy trình sản xuất agar Rong chứa agar Xử lý kiềm Làm sạch cơ học Rửa nước Trích ly (15 -20 lần H2SO4 0,01 – 0,05 % đun sôi 2 giờ) Làm sạch Dịch lọc Lọc Bả (trích lần 2) Tạo geo Cắt gel Sấy khô (sau khi lạnh đông và tan giá) Agar Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 49
  50. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh 3.2.3. Cellulose và các dẫn xuất Cellulose là một chất hữu cơ tồn tại rất nhiều trong tự nhiên và là thành phần chính cấu tạo nên tế bào thực vật. Hợp chất này là một nguyên liệu để sản xuất phụ gia ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm và nhiều lĩnh vực khác. Hợp chất cellulose bao gồm nhiều chất nh ư: methyl cellulose (E461), hydroxypropyl cellulose (E463), hydroxypropyl methyl cellulose (E464), methyl cellulose (E465) và natri carboxymethyl cellulose (E466) hay còn g ọi tắt là CMC. Trong các hợp chất đó thì CMC là một hợp chất được ứng dụng nhiều nhất trong công nghiệp thực phẩm. a. Tính chất CMC Hợp chất CMC được sản xuất từ việc xử lý celluloza với dung dịch NaOH v à sau đó là phản ứng Williamson: Cell-OH + NaOH + ClCH 2 - COONa Cell-O-CH2COONa + H2O + NaCl Mono cloracetatnatri CMC ClCH2 - COONa + NaOH HOCH 2COONa + NaCl Như vậy CMC là một dẫn xuất quan trọng của cellulose đ ược cấu tạo từ hợp chất cellulose kết hợp với Natri Dạng thương phẩm CMC có dẫn suất từ 0,4 đến 1,4. Tuy nhi ên cũng có loại cao hơn sử dụng cho các sản phẩm đặc biệt. Dẫn suất d ưới 0,4 CMC không hòa tan trong nước CMC dùng trong thực phẩm có dẫn suất 0,65 đến 0,95 và độ tinh khiết > 99,5 %. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 50
  51. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh Với CMC dẫn suất 0,95 và nồng độ tối thiểu 2 % cho độ nhớt 25 Mpa tại 25 0C. Có thể sử dụng CMC ỏ dạng nóng hoặc lạnh. CMC l à các anion polyme mạch thẳng cho chất lỏng gọi là dung dịch giả. Dung dịch 1% thông thường pH = 7 – 8,5 còn ở pH = 5 - 9 dung dịch ít thay đổi, ở pH 7 độ nhớt giảm ít. Dung dịch CMC có thể bị phá hủy do các vi sinh vật hoặc enzim khử. G ia nhiệt ở 800C trong 30 phút hoặc 100 0C trong 1 phút có thể khử tác nhân vi sinh vật mà không ảnh hưởng đến chất lượng CMC. Độ nhớt CMC giảm khi nhiệt độ tăng, tác dụng đó có tính thuận nghịch. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ nhớt của CMC 0,7 Ds đ ược thể hiện ở giản đồ sau: Độ nhớt của CMC còn chịu ảnh hưởng bởi các ion kim loại: + Cation hóa trị 1: ít tác dụng ở điều kiện bình thường (trừ Agar+). + Cation hóa trị 2: Ca2+, Mg2+ làm giảm độ nhớt. + Cation hóa trị 3: Al3+, Cr3+, Fe3+ tạo gel. Nói chung, tác dụng trên độ nhớt của các loại muối cũng t ùy tuộc vào phương pháp thêm vào. CMC có thể kết hợp dễ dàng với thành phần hóa học thực phẩm như: đường, protein, tinh bột và hầu hết các polyme trung tính. b. Ứng dụng CMC và các dẫn suất cellulose Cellulose và các dẫn suất từ cellulose được sử dụng nhiều trong chế biến thực phẩm hơn 10 năm nay. Hiện tại việc sử dụng không ngừng phát triển không những trong việc cải thiện tính chất sản phẩm mà còn góp phần trong việc sáng tạo các sản phẩm m ới. Tính chất Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 51
  52. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh tan của dẫn suất cellulose trong nước là nguyên nhân làm thay đổi tính chất lưu biến học của thực phẩm, kết quả là cải thiện được cấu trúc, tạo dáng cho sản phẩm Tùy thuộc vào điều kiện sử dụng các dẫn suất cellulose có thể có các chức năng sau: giữ nước, tạo đặc, ổn định sản phẩm, trợ phân tán, V ì vậy dùng dẫn suất celluloza cho một sản phẩm có một công dụng hoặc nhiều công dụng phát huy c ùng lúc. Liều lượng thường sử dụng ở mức độ nhỏ hơn 1% (thường 0.1-0.5 %). Dẫn suất celluloza sử dụng nhiều trong công nghiệp sản xuất nước uống, bánh, sản phẩm sữa, mì sợi, * Dùng trong sản xuất kem và các sản phẩm cùng loại Kem chứa 10 % chất béo, 11 % sữa không béo, 15 % đ ường; 0,2 – 0,3 % chất ổn định; 0,25 – 0,5 % chất nhũ hóa. Các thành phần trên thay đổi tùy theo từng Quốc gia và từng yêu cầu sản phẩm nhưng chất ổn định không vượt quá 0,5 %. Hiện nay chất dùng làm đặc là CMC, khi hòa tan sẽ tạo dung dịch có độ nhớt cao, CMC có khả năng l àm chậm quá trình kết tinh, làm mịn tinh thể, cải thiện độ bóng, ngăn cản kem chảy. * Trong nước uống Việc sử dụng riêng rẽ hoặc kết hợp với các chất keo khác d ùng để giữ ổn định các pha rắn trong dung dịch. Ngoài ra nó còn có khả năng ngăn cản phân ly tinh dầu/n ước trong các sản phẩm nước quả. Nồng độ thường sử dụng là 1 %. * Trong sản xuất bánh kẹo và các sản phẩm từ tinh bột Cải thiện được tính chất bột nhào cũng như các sản phẩm, được sử dụng ở nồng độ 0,1 – 0,5 % trên trọng lượng chất khô. Hợp chất CMC có tác dụng l àm mềm khối bột nhào, giữ ẩm, kéo dài thời gian bảo quản, làm sản phẩm dễ trở lại trạng thái ban đầu, chống dính * Trong sản xuất các dạng nước sốt Do CMC tạo sệt tốt nên CMC có thể được dùng để sản xuất các sản phẩm như nước sốt salad, sốt cà. Chất CMC thích hợp cho các sản phẩm n ày vì tính hòa tan tốt trong nước lạnh lẫn nước nóng, có khả năng liên kết với nước tốt và chịu được ở pH thấp. - Nước sốt salad: CMC thường dùng là 7HOF nồng độ 1 % khi thành phần dầu là 30 % hay 0,75 % khi thành phần dầu khoảng 50 %. - Nước sốt cà chua: tùy theo loại CMC sử dụng mà ta có được các sản phẩm có cấu trúc khác nhau. Loại 7HOF sẽ cho sản phẩm có cấu trúc d ài, còn loại 7HXFMA sẽ cho sản phẩm có cấu trúc ngắn hơn và mềm hơn. Nhìn chung, CMC là một hợp chất có vai trò quan trọng trong công nghiệp thực phẩm, việc phát triển và cải thiện tính chất của CMC góp phần quan trọng đối với công nghiệp sản xuất thực phẩm. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 52
  53. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh c. Quy trình sản xuất CMC Celluloza Các dẫn suất hóa Các dẫn suất cơ Làm giảm trọng lượng Sấy Phá hủy cơ học CMC Chất keo Celluloza hòa tan Bột celluloza Sấy Chế biến Keo CMC Sấy Bột CMC CMC 3.2.4. Gelatin a. Nguồn gốc và cấu tạo Gelatin là sản phẩm của quá trình thủy phân một phần collagen. Collagen có cấu tạo màng và những sợi nhỏ, là cấu trúc một bộ phận trong mô động vật, tồn tại trong da, x ương và mô liên kết. Kỹ thuật biến đổi collagen tạo gelatin l à từng bước phá hủy cấu trúc các thành phần để thu được dẫn xuất hòa tan gelatin. Gelatin là các polypeptid cao phân tử dẫn suất từ collagen, là thành phần protein chính trong các tế bào liên kết của nhiều loại động vật. Cấu tạo l à một chuỗi acid amin gồm 3 acid amin chủ yếu là glycine, proline và hydroproline. Trong phân t ử gelatin, các acid amin liên kết với nhau tạo chuỗi xoắn ốc có khả năng giữ n ước. Phân tử lượng của gelatin khoảng vài nghìn đến vài trăm nghìn đơn vị Carbon. Thành phần acid amin có trong gelatin l à: Aspartic acid (6 %), Arginine (8 %), Alanine (9 %), Glutamic acid (10 %), Prolin e và Hydroproline (25 %), Glycine (27 %), các acid amin khác (10 %). Nguyên liệu để sản xuất gelatin chủ yếu lấy từ các l ò mổ, nhà máy đóng hộp hoặc xưởng thuộc da. Nguồn nguyên liệu này cần phải được ngâm muối hoặc vôi để bảo quản. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 53
  54. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh b. Sự chuyển dạng từ collagen sang gelatin Sự chuyển dạng từ collagen thành gelatin của các nguyên liệu chứa hàm lượng collagen cao (thường không tan trong nước) là quá trình chuyển sang dạng hòa tan trong nước (do sự giảm phân tử). Mặc d ù có nhiều phương pháp hiện đại để sản xuất gelatin nhưng quá trình sản xuất vẫn phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm. Quá trình chế biến bao gồm: thủy phân với acide hoặc kiềm tạo th ành các gelatin hòa tan trong nước (có khi sử dụng kết hợp cả enzim). Ph ương pháp đơn giản nhất là làm biến tính nhiệt trong môi trường acide nhẹ với nhiệt độ khoảng 40 0C. Tại chế độ xử lý này các sợi collagen bị mất liên kết hydrogen và hydrophobic (thành phần tạo xoắn của các phân tử collagen). Giai đoạn tiếp theo là sự duỗi thẳng của mạch giúp gelatin h òa tan. Quá trình thủy phân sẽ tạo nên: 3 dây tự do, 1chuỗi , 1 chuỗi  và tạo chuỗi . Sự khác biệt giữa các chuỗi , ,  là trọng lượng phân tử = 80.000-125.000 đvC,  = 160.000 - 250.000 đvC và  = 240.000 – 375.000 đvC. c. Tính chất gelatin * Cơ chế tạo gel Gelatin trương nở khi cho vào nước lạnh, lượng nước hấp thu gấp 5-10 lần thể tích chính nó. Khi gia nhiệt nó bị nóng chảy, hòa tan và thành lập gel khi làm lạnh. Sự chuyển dạng từ sol sang dạng gel có tính thuận nghịch v à có thể lặp đi lặp lại nhiều lần. Đây chính là tính chất đặc biệt được ứng dụng nhiều trong thực phẩm. Gelatin có nhiệt độ nóng chảy thấp 27-340C. Độ tan của gel gelatin phụ thuộc v ào các yếu tố như nhiệt độ và kích thước của hạt gelatin. Gelatin tan trong rượu và các dung môi hữu cơ. * Độ bền gel Độ bền gel được tính theo giá trị lực cần để tạo ra một biến dạng nhất định hay sự biến dạng được gây ra bởi một lực nhất định. Độ bền gel của gelatin có thể đ ược biểu diễn Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 54
  55. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh theo một số đơn vị khác nhau tùy thuộc vào từng phương thức kiểm tra khác nhau. Gelatin có khả tạo gel mà không cần phối hợp với chất nào khác. Lực bền gel được định nghĩa là trọng lượng (g) cần thiết để đặt lên bề mặt gel (đường kính 21.7 mm) làm biến dạng 4 mm. Ngoài ra, độ sệt của gelatin cũng là một tính chất được quan tâm đặc biệt, độ sệt của gel sẽ tan khi nồng độ gelatin tăng v à nhiệt độ giảm. Sự thay đổi độ nhớt theo nồng độ đ ược biểu diển trên đồ thị sau: d. Quy trình sản xuất gelatin Lông Xương Da Nghiền Tách khoáng Xử lý vôi Xử lý acide Trung hòa Trích ly nước nóng Lọc Cô đặc Tiệt trùng Làm lạnh Sấy khô Bao gói Phối trộn Nghiền Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 55
  56. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh e. Ứng dụng gelatin Gelatin được ứng dụng rất phổ biến trong công nghiệp chế biến kẹo, sữa l ên men, phomat và các sản phẩm tráng miệng. Một số lĩnh vực phổ biến sử dụng gelatin trong sản phẩm là: - Sản xuất kem: có tác dụng kiềm chế sự h ình thành tinh thể của kem và đường, nồng độ thường dùng là 0,25 % - Kẹo dẻo: sử dụng với nồng độ 1,5 % để ngăn cản sự h ình thành tinh thể. Rất thích hợp trong các sản phẩm bánh kẹo nạp khí CO 2 như kẹo dẻo hay bánh xốp vì gelatin có tính sệt giúp ổn định bọt trong suốt quá tr ình xử lý, vận chuyển và dự trữ. - Công nghệ bánh kẹo năng lượng thấp: do có năng lượng thấp 14,7 KJ/g nên được nghiên cứu ứng dụng trong sản xuất thực phẩm có giá trị năng l ượng thấp. - Trong y học: gelatin được sử dụng trong sản xuất bao thuốc của các dạng thuốc vi ên hình thoi, với nồng độ 1 % giúp cho bao thuốc có độ dai cần thiết. Bên cạnh đó, gelatin còn được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp chế biến khác như công nghệ chế biến thịt, làm nước sốt, làm trong rượu, f. Một số lưu ý khi sử dụng gelatin Việc chuẩn bị gelatin trong sản xuất th ường gặp khó khăn khi sản phẩm yêu cầu có hàm lượng gelatin <10 % hoặc lớn hơn 40 – 50 %. Thông thường 3 phương pháp chuẩn bị nguyên liệu được ứng dụng là: - Phương pháp trực tiếp: đầu tiên cho gelatin trương nở sau đó gia nhiệt (phương pháp này tốn nhiều thời gian). - Phương pháp khuấy trộn: hòa tan gelatin tại nhiệt độ cao kết hợp khuấy trộn. - Phương pháp trung gian: trương n ở trong nước lạnh và phối chế với các loại nguyên liệu khác. Kích thước, lực bền gel, độ nhớt, nồng độ, thời gian h òa tan sẽ xác định phương pháp tối ưu cho việc chuẩn bị nguyên liệu. 3.2.5. Arabic Arabic là loại nhựa trích từ cây Acacia mà nguồn sản xuất chính là cây Acacia senegal L. Willd. Về mặt hóa học là các polysaccarid có chứa hợp chất Ca, Mg và P. Trọng lượng phân tử khoảng 250000 – 750000 đvC, khi thủy phân tạo thành galactoza, arabinoza, acide glucoroic và rhamnoza Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 56
  57. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh Có tính chất nhớt và tính lưu biến: nồng độ 10 % l à chất lỏng có độ nhớt cao và có tính chất lưu biến phi Newton. Sự thay đổi độ nhớt theo nồng độ arabic đ ược biểu diễn bằng đồ thị sau: Arabic tan được trong nước, không tan trong chất béo, có độ nhớt thấp. Độ nhớt phụ thuộc vào pH và nồng độ muối. Ở nồng độ cao là chất keo kết hợp với các quá trình sấy sản phẩm rất hiệu quả. Arabic rất ổn định trong môi trường acide, vì vậy arabic sử dụng rất tốt cho việc ổn định mùi của nước quả. Giá trị pH tự nhiên của dung dịch Arabic là 3,9 - 4,9 là do sự hiện diện của acide gluconic. Khi thêm acide hoặc kiềm có thể làm thay đổi độ nhớt và diện tích tiếp xúc của dịch keo, pH thấp th ì độ nhớt thấp và ngược lại. Độ nhớt đạt tối đa khi pH= 5,5. Hợp chất arabic thường được sử dụng để giữ mùi cho các sản phẩm dạng nhũ tương, giữ mùi cho các sản phẩm bao gói, giữ nước và chống sự kết tinh đường. 3.2.6. Pectin a. Nguồn gốc và cấu tạo Pectin là một polysaccharide tồn tại phổ biến trong thực vật, l à thành phần tham gia xây dựng cấu trúc tế bào thực vật. Ở thực vật pectin tồn tại chủ yếu ở 2 d ạng là pectin hòa tan và protopectin không hòa tan. D ưới tác dụng của acid, enzyme protopectinaza hoặc khi gia nhiệt thì protopectin chuyển thành pectin. Pectin là hợp chất cao phân tử polygalactoronic có đ ơn phân tử là galactoronic và rượu metylic. Trọng lượng phân tử từ 20.000 - 200.000 đvC. Hàm lượng pectin 1% trong dung dịch có độ nhớt cao, nếu bổ sung 60 % đ ường và điều chỉnh pH môi trường từ 3,1-3,4 sản phẩm sẽ tạo đông. Cấu tạo phân tử pectin là một dẫn suất của acid pectic, acid pectic l à một polymer của acid D-galacturonic liên kết với nhau bằng liên kết 1-4-glycozide. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 57
  58. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh Hợp chất pectin được đặc trưng bởi 2 chỉ số quan trọng là ch hiện cho phần trăm khối lượng nhóm methoxyl –OCH3 có trong phân tử pectin và chỉ số este hóa “DE” thể hiện mức độ este hóa của các phân tử acid galactoronic trong phân tử pectin. Dựa trên mức độ methoxy hóa và este hóa, trong thương mại chia pectin thành 2 loại: pectin có độ methoxyl hóa cao và pectin có độ methoxyl hóa thấp. - Pectin methoxyl hóa cao (High Methoxyl Pectin – HMP): DE >50 % hay MI > 7%. Chất này có thể làm tăng độ nhớt cho sản phẩm. Muốn tạo đông cần phải có điều kiện pH = 3,1 – 3,4 và nồng độ đường trên 60 %. - Pectin methoxyl hóa thấp (Low Methoxyl Pectin – LMP): DE < 50 % hay MI < 7%. Được sản xuất bằng cách giảm nhóm methoxyl trong phân tử pectin. Pectin methoxy thấp có thể tạo đông trong môi trường không có đường. Chúng thường được dùng làm màng bao bọc các sản phẩm. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 58
  59. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh Trong quá trình bảo quản có thể bị tách nước hoặc lão hóa. Quá trình tạo đông phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nguồn pectin, mức độ methoxy hóa c àng cao thì khả năng tạo đông càng cao. Khi sử dụng cần phải hòa tan pectin vào nước, khi pectin hút đủ nước thì mới sử dụng ở công đoạn cuối chế biến. Các pectin đều là những chất keo háo nước nên có khả năng hydrat hóa cao nhờ sự gắn các phân tử nước vào nhóm hydroxyl của chuỗi polymethyl galacturonic. Ngo ài ra, trong phân tử pectin có mang điện tích âm n ên chúng có khả năng đẩy lẫn nhau có khả năng làm giãn mạch và làm tăng độ nhớt của dung dịch. Khi làm giảm độ tích điện và hydrat hóa sẽ làm cho sợi pectin xích lại gần nhau và tương tác với nhau tạo nên một mạng lưới ba chiều rắn chứa pha lỏng ở bên trong. b. Ứng dụng Pectin là chất tạo gel quan trọng nhất được sử dụng để tạo ra cấu trúc gel cho thực phẩm. Khả năng tạo gel của nó được sử dụng trong những thực phẩm cần có sự ổn định của nhiều pha. Tác dụng tạo gel của pectin đ ược sử dụng chủ yếu trong các sản phẩm mứt trái cây và mứt đông. Tác dụng của pectin là tạo ra cấu trúc mứt đông và mứt trái cây không bị thay đổi trong quá trình vận chuyển, tạo ra mùi vị thơm ngon cho sản phẩm và giảm sự phá vở cấu trúc. Trong một số trường hợp, pectin còn được sử dụng với carageenan để tăng hiệu quả tạo gel. 3.2.7. Carrageenan a. Lịch sử phát hiện ra Carrageenan Carrageenan bắt đầu được sử dụng hơn 600 năm trước đây, được chiết xuất từ rêu Irish moss (Loài rong đỏ Chondrus crispus) tại một ngôi làng trên bờ biển phía Nam Ireland trong một ngôi làng mang tên Carraghen. Vào những năm 30 của thế kỷ XX, carrageenan đ ược sử dụng trong công nghiệp bia và hồ sợi. Cũng trong thời kỳ này những khám phá về cấu trúc hóa học của carrageenan được tiến hành mạnh mẽ. Sau này, carrageenan được chiết xuất từ một số loài rong khác như Gigartina stelata thuộc chi rong Gigartina. Nhiều loài rong khác cũng được nghiên cứu trong việc chiết tách carrageenan để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Ngày nay, sản xuất công nghiệp carrageenan không c òn giới hạn vào chiết tách từ Irish moss, mà rất nhiều loài rong đỏ thuộc ngành Rhodophyta đã được sử dụng. Những loài này gọi chung là Carrageenophyte. Qua nhiều nghiên cứu, đã có hàng chục loài rong biển được khai thác tự nhiên hay nuôi trồng để sản xuất carrageenan. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 59
  60. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh b. Cấu tạo của carrageenan Carrageenan là một polysaccharide của galactose –galactan. Ngoài mạch polysaccharide chính còn có thể có các nhóm sulfat được gắn vào carrageenan ở những vị trí và số lượng khác nhau. Vì vậy, carrageenan không phải chỉ l à một polysaccharid đơn lẻ, có cấu trúc nhất định mà là các galactan sulfat. Mỗi galactan sulfat là một dạng riêng của carrageenan và có ký hiệu riêng. Ví dụ: λ – , κ –, ι –, ν – carrageenan. Trong quá trình chiết tách, do tác động của môi trường kiềm các μ-,ν-,λ-carrageenan dễ chuyển hóa thành κ-, ι-, θ- carrageenan tương ứng. Các carrageenan có mức độ sulfat hóa khác nhau, thí dụ κ–carrageenan (25 % sulfat), ι–carrageenan (32 % sulfat), λ–carrageenan (35 % sulfat). Các sản phẩm này đã được thương mại hóa, chiếm vị trí quan trọng trong thị trường polysaccharide. c. Tính chất * Độ tan Carrageenan tan trong nước nhưng độ tan của nó phụ thuộc vào dạng, nhiệt độ, pH, nồng độ của ion và các chất tan khác. Nhóm carrageenan có cầu nối 3,6-anhydro không ưa nước, do đó các carrageenan này không tan trong nước. Nhóm carrageenan không có cầu nối th ì dễ tan hơn. Thí dụ như λ- carrageenan không có cầu nối 3,6-anhydro và có thêm 3 nhóm sulfat ưa nư ớc nên nó tan Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 60
  61. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh trong nước ở điều kiện bất kỳ. Đối với κ –carrageenan thì có độ tan trung bình, muối natri của κ –carrageenan tan trong nước lạnh nhưng muối kali của κ –carrageenan chỉ tan trong nước nóng. * Độ nhớt Độ nhớt của các dung dịch carrageenan phụ thuộc v ào nhiệt độ, dạng, trọng lượng phân tử và sự hiện diện của các ion khác tr ong dung dịch. Khi nhiệt độ và lực ion của dung dịch tăng thì độ nhớt của dung dịch giảm. Các carrageenan tạo th ành dung dịch có độ nhớt từ 25 – 500 Mpa, riêng κ –carrageenan có thể tạo dung dịch có độ nhớt tới 2000 Mpa. Sự liên quan tỷ lệ thuận giữa độ nhớt và trọng lượng phân tử của carrageenan có thể mô tả bằng công thức cân bằng của Mark -Houwink như sau: α [η] = K(Mw) Trong đó: η: độ nhớt Mw: trọng lượng phân tử trung bình K và α: hằng số phụ thuộc vào dạng của carrageenan và dung môi hòa tan * Tương tác giữa carrageenan với protein Đây là một trong những tính chất quan trọng của carrageenan v à cũng là đặc trưng cho tất cả các chất tạo gel cũng như các chất không tạo gel là xuất hiện phản ứng với protein. Phản ứng này xảy ra nhờ các cation có mặt trong các nhóm protein tích điện tác dụng với nhóm sulfat mang điện âm của carrageenan và có tính quyết định đến độ bền cơ học của gel. Trong công nghiệp sữa, nhờ vào tính chất liên kết với các protein trong sữa mà carrageenan được sử dụng (với nồng độ 0,015 – 0,025 %) làm tác nhân để ngăn chặn sự tách lỏng và làm ổn định các hạt coca trong sữa sôcôla. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 61
  62. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh * Tạo gel Carrageenan có một tính chất vô cùng quan trọng là tạo gel ở nồng độ thấp (nhỏ hơn 0,5 %). Ở dạng gel các mạch polysaccharide xoắn v òng như lò xo và cũng có thể xoắn với nhau tạo thành khung xương không gian ba chi ều vững chất, bên trong có thể chứa nhiều phân tử nước (hay dung môi). Từ dạng dung dịch chuyển sang dạng gel l à 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 th êm 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 n ào 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 nh ư 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 ri êng. - Bước 2: gel của các polyme xoắn có thể thực hiện ở các cấp độ xoắn. Trong tr ường hợp đầu, sự phân nhánh và kết hợp lại sẽ xuất hiện cấp độ xoắn thông qua sự h ình 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 h ình 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 c òn gọi là xoắn kép. d. Ứng dụng Carrageenan được sử dụng ở nhiều dạng khác nhau trong nhiều sản phẩm m à chúng ta sử dụng hàng ngày, nhất là trong lĩnh vực thực phẩm và bánh kẹo. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 62
  63. Bài giảng: Phụ gia trong chế biến thực phẩm Biên soạn: Nguyễn Chí Linh Các sản phẩm có sử dụng carrageenan đ ã được sử dụng phổ biến trong nhiều thế kỹ. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh độ an toàn của carrgeenan, nó không gây độc, không có dấu hiệu gây viêm loét trên cơ thể và có thể sử dụng trong thực phẩm với một l ượng không giới hạn. Tổ chức FDA của Mỹ đã xếp carrageenan vào danh mục các chất an toàn đối với các sản phẩm thực phẩm. Tính phổ biến của carrageenan đ ược thể hiện ở 4 đặc điểm sau: - Tham gia như một chất tạo đông đối với một số sản phẩm nh ư: kem, sữa, bơ, pho mát. - Làm bền nhũ tương, giúp cho dung dịch ở trạng thái nhũ tương cân bằng với nhau mà không bị tách lớp. - Có thể thay đổi kết cấu của sản phẩm với tính chất hóa lý, c ơ học mong muốn, tạo ra các sản phẩm đông đặc có độ bền dai. - Giúp ổn định các tinh thể trong các sản phẩm bánh, kẹo ngăn chặn đ ường và nước đá bị kết tinh. Chính vì vậy, carrageenan được ứng dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân. Góp phần đa dạng hóa các sản phẩm thực phẩm. Tỉ lệ sử dụng carrageenan trong các sản phẩm khác nhau Các sản phẩm khác, 3.29% Kem đánh răng, 7.84% Thịt và gia Nước dạng cầm, 30.39% gel, 14.71% Bơ sữa, 43.14% * Ứng dụng trong công nghiệp sữa Carrageenan có khả năng liên kết với protein của sữa, làm cho hạt nhũ tương sữa – nước bền vững. Chính vì tính chất này mà carrageenan không thể thiếu được trong công nghiệp chế biến sữa. Sữa nóng có chứa carrageenan đ ược làm lạnh sẽ tạo gel, giữ cho nhũ tương của sữa với nước được bền vững, không bị phân lớp. Tác nhân chính trong quá tr ình tạo gel là do liên kết giữ các ion sulfat với các đuôi mang điện của các phân tử protein v à các cation Ca2+, K+ có mặt trong sữa. Trường Cao đẳng cộng đồng Kiên Giang Trang 63