SUCROSE ESTER và ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM Báo cáo môn học: HOẠT CHẤT BỀ MẶT Chủ đề: SUCROSE ESTER VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM Giảng viên hướng dẫn: TS PHAN NGUYỄN QUỲNH ANH Sinh viên thực hiện: NGUYỄN HỒNG PHÚC Thành phố Hồ Chí Minh – Tháng 01/2022 MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC HÌNH DANH SÁCH CÁC BẢNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT 1.1 Lịch sử đời chất hoạt động bề mặt [1] Cơng nghệ hóa học coi ngành khoa học có lịch sử lâu đời lịch sử nhân loại Từ ngàn xưa trọng phát triển có ứng dụng thiết thực sống Cùng với thời gian, hóa học ngày có bước tiến vượt bậc, trở thành ngành quan trọng, có ảnh hưởng tới phát triển ngành khác Một ứng dụng phổ biến ngành hóa việc sử dụng chất hoạt động bề mặt để sản xuất chất tẩy rửa đời sống sinh hoạt ngày, hay sử dụng chúng làm chất xúc tác phản ứng công nghiệp nhằm nâng cao hiệu suất sản xuất q trình cơng nghiệp Khoảng 2800 trước công nguyên người Babylon phát minh xà phòng (đây chất hoạt động bề mặt sử dụng việc tẩy rửa) Sau người ta nhận thấy vài dịch ép thực vật saponin glycosit từ bồ kết bồ hỗ trợ q trình giặt rửa Từ cơng nghệ sản xuất xà phịng phát triển nhờ áp dụng q trình xà phịng hóa (thủy phân môi trường kiềm) dầu mỡ động thực vật Hình 1.1: Bồ kết bồ hịn [1] Do xà phịng có nhiều hạn chế sử dụng nên chất hoạt động bề mặt tổng hợp bắt đầu xuất vào cuối kỉ XIX với tên gọi turkey red oil (TRO) – sunfate hóa dầu thầu dầu đỏ, có vai trị quan trọng q trình nhuộm vải Tronh chiến tranh giới thứ nhất, thiếu hụt dầu mỡ tự nhiên, người Đức tổng hợp chất hoạt động bề mặt hoàn toàn từ nguyên liệu công nghiệp: alkyl naphthalene sunfonates (từ propyl butyl alcohol với naphthalene), có khả thấm ướt bật, sử dụng rộng rãi ngày Đến đầu năm 1930, alkyl aryl sulfonates mạch dài xuất Mỹ Đến kết thúc chiến tranh giới thứ 2, alkyl aryl sulfonates chiếm dần thị phần alcohol sulfonates ứng dụng chất tẩy rửa nhiều sản phẩm Cùng lúc Anh, alkylbenzen sulfonates (ABS) tổng hợp từ phân đoạn dầu mỏ Với ưu điểm giảm chi phí sàn xuất tăng khả sử dụng mà ABS nhanh chóng chiếm thị phần chất tẩy rửa, chiếm nửa lượng chất hoạt động động bề mặt sử dụng giới giai đoạn 1950 – 1960 Đến đầu năm 1960, người ta nhận thấy chất hoạt động bề mặt ABS có chứa mạch alkyl dài, phân nhánh khó bị phân hủy sinh học tự nhiên (xuất bọt song hồ nước thải sinh hoạt) Do đó, nhóm chất hoạt động bề mặt linear alkylbenzen sulfonates (LABSA hay LAS) dễ phân hủy dần thay vị trí ABS cộng nghiệp chất tẩy rửa Ngày nay, chất hoạt động bề mặt việc nghiên cứu để sử dụng làm chất tẩy rửa thân thiện với mơi trường cịn sử dụng vào mục đích khác y học, sinh học, cơng nghiệp khai khống, thực phẩm… 1.2 Định nghĩa chất hoạt động bề mặt [2] Các chất hoạt động bề mặt hợp chất hóa học có khả làm thay đổi tương tác pha (phase) lượng mặt ranh giới tiếp giáp “lỏng khơng khí", “lỏng rắn” “dầu nước” …v.v Phần lớn chất hữu điều kiện biểu chất hoạt động bề mặt Tác dụng xuất cấu tạo phân tử, ví dụ tính phân cực điều kiện bên ngồi gây nhiệt độ, dung mơi, nồng độ… Thực tế tuỳ thuộc vào điều kiện bên mà hợp chất chất hoạt động bề mặt mức độ khác Chất hoạt động bề mặt có khả nằm lớp bề mặt dung dịch có độ hấp phụ Г > tức có hấp phụ dương Nó có đặc điểm sau: − Có sức căng bề mặt σ bé dung mơi nằm lớp bề mặt, tính chất nhiệt động học Từ dẫn đến sức căng bề mặt dung dịch σdd nhỏ sức căng bề mặt dung mơi σdm − Có độ tan tương đối nhỏ khơng có xu hướng rời khỏi bề mặt dung dịch vào chất lỏng Ngược lại, chất chất chất hoạt động bề mặt, chúng có xu hướng rời khỏi bề mặt dung dịch để tan vào dung dịch, có độ hấp phụ Г < 0, tức có độ hấp phụ âm Nó có đặc điểm trái ngược sau: − Có sức căng bề mặt σ lớn sức căng bề mặt dung mơi, từ dẫn đến sức căng bề mặt dung dịch σdd lớn sức căng bề mặt dung mơi σdm − Có độ tan cao chất tan rời khỏi bề mặt vào dung dịch Một số chất chất hoạt động bề mặt đường hịa tan vào dung dịch sức căng bề mặt dung dịch không khác sức căng bề mặt dung môi Thông thường chất hoạt động bề mặt phân tử hữu chứa gốc hiđrocacbon hay nhiều nhóm hoạt động Phần hiđrocacbon (được gọi lipophin hay hiđrophop) parafin, isoparafin, benzene, ankylbenzen, naphtalen, vịng ngưng tụ hidrocacbon có mạch nhánh Các nhóm chức chứa oxi (COOH, OH), chứa nitơ (nitro, amin, amit, imit…), nhóm chứa lưu huỳnh (sunphat, sunphonat), photpho (photphat, cacboxylat)… gọi hidrophin 1.3 Phân loại [2] Trên sở tính chất chất chất hoạt động bề mặt hệ thống nhũ người ta phân chia chúng thành số loại sau đây: 1.3.1 Chất hoạt động bề mặt tan nước Các chất hoạt động bề mặt gồm phần: phần hiđrocacbon (lipophin hay hiđrophob) phần chứa nhóm phân cực –COONa, –SO3Na, –OH … (hiđrophin hay lipophob) có tác dụng làm cho chúng dễ tan nước Chúng sử dụng dạng dung dịch nước làm chất giặt rửa, chất tuyển nổi, chất phá nhũ, chất ức chế ăn mòn, chất thấm ướt… Về mặt cấu tạo, chất hoạt động bề mặt tan nước chia thành chất hoạt động bề mặt cationic, anionic khơng ionic Tính chất đặc trưng chất hoạt động bề mặt tan nước tác dụng bề mặt phân cách nước khơng khí nghĩa làm giảm sức căng bề mặt chất điện ly giới hạn tiếp giáp khơng khí 1.3.2 Chất hoạt động bề mặt hòa tan dầu nước Chúng sử dụng chủ yếu cho hệ “dầunước” Nhóm hiđrophin làm cho tan nước cịn gốc hiđrocacbon dài tạo cho tan dầu Chất hoạt động bề mặt tan dầu nước sử dụng làm chất phá nhũ, tạo nhũ chất ức chế ăn mòn kim loại 1.3.3 Chất hoạt động bề mặt tan dầu Chúng chất thêm vào dầu, mỡ làm chất ức chế ăn mòn, biến tính bề mặt chất rắn, tạo nhũ… Chất hoạt động bề mặt tan dầu, khơng hịa tan không phân ly dung dịch nước Phần lipophin (hay hiđrophob) gốc hiđrocacbon mạch nhánh hay hiđrocacbon vòng thơm tạo cho dễ tan dầu Các chất chất hoạt động bề mặt yếu ranh giới tiếp giáp “mơi trường lỏng khơng khí”, làm giảm sức căng bề mặt sản phẩm dầu tiếp giáp với khơng khí Các chất hoạt động bề mặt tan dầu, mơi trường hiđrocacbon phân cực chất hoạt động bề mặt tan nước môi trường nước phân cực tạo nên mixen gây nên giới hạn tướng mixenmôi trường Ví dụ chất sau chất hoạt động bề mặt tan dầu: C20 C20 SO3Na SO3Na OH C8 C8 C5 SO3Na Số phân tử tạo nên mixen hình thành nồng độ tới hạn mixen chất hoạt động bề mặt tan dầu sản phẩm dầu mỏ mơi trường phân cực khác có liên quan với tính chất thể tích tính hoạt động bề mặt chất hoạt động bề mặt tan dầu nằm giới hạn kim loại nước thường định tính chất hoạt động bề mặt Ngồi ra, dựa tượng hình thành keo tụ dung dịch người ta phân chia chất hoạt động bề mặt thành hai nhóm chất hoạt động bề mặt keo tụ chất hoạt động bề mặt không keo tụ: − Chất hoạt động bề mặt keo tụ (hay tạo mixen) chất dung dịch sau đạt nồng độ bão hịa khơng tạo kết tủa hay khơng phân lớp mà tạo mixen có kích thước vài nanomet đến vài micronmet Sự tạo mixen có lợi lượng: nhóm hiđrophin bao quanh hiđrophin, nhóm hiđrophob bao quanh hiđrophop, tương tự hệ hấp phụ hệ lỏngkhí hay lỏng lỏng − Chất HĐBM khơng keo tụ (hay hịa tan phân tử) tạo dung dịch Chất chất hoạt động bề mặt keo tụ ứng dụng làm bền vững hóa hệ phân tán chất giặt rửa Chất hoạt động bề mặt không keo tụ dùng làm chất phân tán chất tạo bọt Tuy nhiên số trường hợp hai chất có tác dụng nhau, ví dụ chất hoạt động bề mặt khơng keo tụ dùng làm chất đồng nhũ hóa hay chất bền vững hóa bọt bền, cịn chất hoạt động bề mặt keo tụ lại dùng làm chất tạo màng 1.4 Ứng dụng chất hoạt động bề mặt [2] Các chất hoạt động bề mặt có ứng dụng rộng rãi nhiều ngành sản xuất công, nông nghiệp, xây dựng, thực phẩm, dược phẩm… 1.4.1 Công nghiệp hóa chất: Trong cơng nghiệp hố chất, chất hoạt động bề mặt dung làm: Chất tạo màng: giảm độ dính cao su, hỗ trợ q trình nhuộm màu, kị nước hóa giấy (khơng thấm nước) Chất phân tán: tăng chất lượng q trình hịa trộn cao su, phân tán chất màu, nghiền xi măng… Chất thấm ướt: trình sản xuất nhựa Chất bền nhũ: polime hóa thể nhũ, chế tạo cao su mủ, tạo hạt sản phẩm Chất tạo bọt: chế tạo chất dẻo xốp, tạo bọt trình sản xuất khác công nghiệp sản xuất chất giặt rửa, sản xuất pha chế thuốc bảo vệ thực vật Chất tuyển nổi: tuyển muối quặng 1.4.2 Khai thác chế biến dầu mỏ Chất ức chế ăn mịn: phá nhũ dầu thơ Chất giặt rửa: chất tạo bọt nhũ hóa Dịch khoan, thêm chất nhũ hóa vào dung dịch khoan tạo nhũ tương Làm bảo vệ phương tiện chứa đựng vận chuyển dầu mỡ Bền vững hóa chất chống oxi hóa Phá nhũ dầu thơ làm dầu thô 1.4.3 Công nghiệp nhẹ dệt, da, nhuộm Chất chống thấm ướt: xử lý bề mặt sợi sản phẩm khác Chất thấm ướt: công nghiệp da, sợi chất màu Chất nhũ hóa: bơi mỡ dầu da, da có lơng, sợi Chất giặt rửa 1.4.4 Công nghiệp thực phẩm Chất tạo màng ngăn cản hóa cứng bánh mì Chất điều hịa phát triển tinh thể q trình chế biến đơng lạnh Chất nhũ hóa q trình sản xuất magarin (bơ thực vật), sữa nhân tạo, mayone sản phẩm khác Chất bám dính bề mặt kim loại sơn phủ lớp bảo vệ hộp đựng thực phẩm 1.4.5 Công nghiệp luyện thép chế tạo máy Màng mỏng: chất phủ bề mặt điện hóa, chất giúp cháy hàn thép Chất thấm ướt Chất ức chế ăn mịn Chất nhũ hóa Chất tuyển chất tẩy rửa 1.4.6 Công nghiệp kĩ thuật xây dựng Chất tạo màng chất kị nước: chất phụ gia xi măng Chất phân tán: trộn tốt thành phần Điều hòa phát triển tinh thể trình sản xuất xi măng Chất tạo bọt: chế tạo bê tông bọt, thạch cao mịn, bọt chữa cháy Chất nhũ hóa: nhũ bitum, nhũ chữa cháy Chất phụ gia cho q trình nghiền xi măng đơng cứng xi măng 1.4.7 Nông nghiệp 10 Chất phun mù: chế tạo thuốc bảo vệ thực vật (trừ sâu, trừ cỏ ) dạng sương mù phun máy bay… Chất tạo màng chất kị nước: chất chống phân bón đất Chất nhũ hóa: chế tạo dung dịch thuốc bảo vệ thực vật dạng nhũ phun tay, phun máy… 1.4.8 Công nghiệp dược phẩm Chất thấm ướt làm cho thuốc phân tán lan truyền tốt thể Chất nhũ hóa q trình sản xuất crem bôi mặt, crem dưỡng da, dạng thuốc phun sát trùng Chất bền nhũ chế tạo thuốc dạng sirô Chất khử bọt, công nghiệp tổng hợp vi sinh Chất giặt tẩy Chất chống vi trùng, vi khuẩn 1.4.9 Sinh học Chế tạo màng sinh học Chất bền vừng tạo nhũ thiên nhiên (sữa, mủ cao su) 11 CHƯƠNG 2: KHÁI QUÁT VỀ SUCROSE ESTE 2.1 Lịch sử tiêu thụ sucrose este [3] Năm 1880, Herzfeld viết báo Berichte der Deutschchen Chemischen Gesellschaft mô tả việc điều chế sucrose octaacetate Đây lần đề cập đến sucrose este Nó có vị đắng đậm sử dụng chất biến tính cồn cơng nghiệp Hình 2.1: Cấu trúc sucrose ocataacetate Haworth đồng nghiệp báo cáo việc sản xuất este tương tự từ loạt disaccharid - cellobiose, lactose melibiose Hess Messner tổng hợp kiểm tra tính chất sucrose octapalmitate sucrose octastearate vào năm 1921 Rosenthal vào năm 1924 tổng hợp este acid béo sucrose cách sử dụng phản ứng ngưng tụ cổ điển sucrose acid chloride lấy pyridine làm dung môi Rheineck cộng làm theo quy trình tương tự cách sử dụng phân tử polyhydroxyl thay mannitol Sự ngưng tụ cho suất thấp sản phẩm có màu sẫm, cần tinh chế nhiều lần Hơn nữa, pyridine dung môi độc hại nên việc tổng hợp không thành công mặt thương mại Năm 1939, Cantor, người cấp sáng chế cho lộ trình sản xuất este acid béo sucrose từ sản phẩm phụ nhà máy tinh bột, tuyên bố sản phẩm sử dụng chất tạo nhũ chất béo Quá trình este hóa cổ điển sử dụng với hỗn hợp pyridin cloroform cacbontetraclorua làm dung môi Sau đó, khái niệm tổng hợp sucrose este từ sucrose acid béo cấp sáng chế vào năm 1952 Con đường tổng hợp mới, liên 12 quan đến q trình chuyển hóa triglyceride sucrose dung mơi dimethylformamide DMF, phát minh đầy hứa hẹn Vào năm 1950, Foster Snell nhóm ơng tiến hành nghiên cứu sản xuất số este sucrose đơn thay Nhiều quy trình sử dụng sản xuất thương mại ngày 2.2 Khái niệm Sucrose acid béo este hay sucrose este (SE) chất hoạt động bề mặt không ion tổng hợp từ sucrose acid béo thơng qua phản ứng este hóa Bên cạnh ưu điểm chất hoạt động bề mặt hóa học truyền thống, sucrose este chất hoạt động bề mặt không độc hại khơng mùi với tính tốt dễ dàng phân hủy sinh học môi trường, ứng dụng rộng rãi thực phẩm, y học, kỹ thuật sinh học điều chế enzyme, nông nghiệp, chăn nuôi ngành cơng nghiệp khác…[4] Nhóm chất đáng ý phạm vi cân ưa nước-ưa béo (HLB) mà bao gồm Phần gốc sacarozo phân cực đóng vai trị phần ưa nước phân tử, chuỗi axit béo dài đóng vai trò phần ưa béo phân tử Do đặc tính lưỡng tính này, sucrose este hoạt động chất nhũ hóa; tức chúng có khả liên kết đồng thời nước dầu Tùy thuộc vào giá trị HLB, số sử dụng làm chất nhũ hóa nước dầu số làm chất nhũ hóa dầu nước.[3] 2.3 Cấu trúc Sucrose disaccharide hình thành từ ngưng tụ glucose fructose để tạo α-D-glucopyranosyl- (1 → 2) -β-D-fructofuranoside Sucrose có nhóm hydroxyl phản ứng với este acid béo để tạo este sucrose Trong số nhóm hydroxyl sucrose, ba nhóm (C6, C1 'và C6') nhóm khác (C2, C3, C4, C3 'và C4') thứ yếu (Các số 1-6 biểu thị vị trí nguyên tử glucose số 1'-6 "cho biết vị trí nguyên tử fructose.) Ba nhóm hydroxyl phản ứng mạnh cản trở steric thấp hơn, chúng phản ứng với acid béo đầu tiên, tạo đường mono-, di- trieste Các acid béo bão hịa điển hình sử dụng để sản xuất este sucrose acid lauric, acid myristic, acid palmitic, acid stearic acid behenic, acid béo khơng bão hịa điển hình acid oleic acid erucic 13 Hình 2.2: Cấu trúc sucrose Loại acid béo phản ứng với nhóm hydroxyl đường sucrose ảnh hưởng đến tính chất sucrose este Thay đổi số acid béo từ đến tám chiều dài chuỗi acid béo tạo họ sucrose este lớn Các acid béo dãy C8 – C22 phản ứng để tạo thành este với sacarose Nói chung, acid béo chuỗi dài acid palmitic (C16), acid oleic (C18) acid stearic (C18) ưu tiên, sucrose este với acid béo bão hòa (lauric, palmitic stearic) có sẵn Châu Âu Các sucrose este chủ yếu lauric, acid palmitic stearic gọi sucrose laurate, sucrose palmitate sucrose stearat Các acid béo điển hình kết hợp với sucrose trình bày chi tiết Bảng 6.1 Bảng 6.1: Các acid béo Acid béo Lauric Myristic Palmitic Stearic Oleic Behenic Erusic Độ dài mạch C12 C14 C16 C18 C18 C22 C22 2.4 Ứng dụng sucrose este 14 Số nối đôi 0 0 1 Mỹ phẩm: Một số sucrose este, chẳng hạn sucrose distearate, sucrose dilaurate, sucrose palmitate, v.v thêm vào sản phẩm mỹ phẩm chất nhũ hóa Một số có chức dưỡng da làm mềm da [5] Các sản phẩm mỹ phẩm có este sucrose thành phần bao gồm sản phẩm dưỡng mi, chăm sóc tóc, gel dầu, sản phẩm dùng cho da chất khử mùi.[6] Bảo quản trái cây: Sucrose este (E473) sử dụng để xử lý bề mặt số loại trái khí hậu nhiệt đới, đặc biệt trái có tốc độ hơ hấp cao q trình chín đào, lê, anh đào, táo, chuối, v.v Lớp phủ làm chậm q trình chín cách hạn chế qua khí hơ hấp [7] Dược phẩm: tăng cường khả hòa tan thuốc hấp thu / thẩm thấu thuốc Là chất hoạt động bề mặt, sucrose este đóng vai trò việc hòa tan ổn định thuốc chế phẩm khác chúng đưa vào công thức để điều chỉnh tác dụng thuốc [8] Thực phẩm: sucrose este dung làm phụ gia cho nhiều loại thực phẩm.[9] 2.5 Độc tính Việc sử dụng ngày nhiều sucrose este lĩnh vực thực phẩm dẫn đến số điều tra chi tiết chất độc Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) Đặc biệt, sucrose este xem xét mặt dược động học, dược lực học chúng, độc tính cấp tính khả dung nạp ngắn hạn dài hạn 2.5.1 Đối với động vật Độc tính cấp tính số hợp chất khác nhóm chung nghiên cứu loạt mô động vật Những tác động việc uống chất sucrose este khác thời gian ngắn nghiên cứu mơ chuột chó, việc ăn uống thời gian ngắn không gây hậu mơ lồi động vật Các nghiên cứu độc tính mãn tính sucrose este cho thấy khơng có tác dụng phụ động vật khơng có chứng mức độ gia tăng khối u điều bất thường Gần đây, nghiên cứu kết hợp độc tính mãn tính khả gây ung thư S-170 (một loại sucrose este), thực chuột đực nghiên cứu kéo dài 12 tháng kết cho thấy S-170 khơng có hoạt tính độc hại khơng gây ung thư chuột điều kiện nghiên cứu 15 2.5.2 Đối với người Một số nghiên cứu độc tính sucrose este người báo cáo Một nghiên cứu dược động học người tình nguyện ăn g sucrose este cho thấy khơng có hiệu ứng tác dụng phụ, phân tích huyết tương nước tiểu cho thấy thủy phân nhanh chóng este đường tiêu hóa Điều cho thấy sucrose este tích tụ mô thể Các thử nghiệm lâm sàng nghiên cứu người ảnh hưởng việc tiêu thụ tới 7.5 g/ngày S-1170 (hỗn hợp sucrose este) Phân tích máu phân cho thấy khoảng 80% este bị thủy phân, mức độ thủy phân thay đổi este mono-, di- tri-và chiều dài chuỗi alkyl Nồng độ huyết tương thấp gần với giới hạn độ nhạy xét nghiệm (∼0,1 µg/ml) khơng phát Tuy nhiên, nhóm nhận 7.5g/ngày S-1170 báo cáo tác dụng phụ đường tiêu hóa tiêu chảy, phân mềm đầy lại không xảy mô động vật với liều lượng tương tự cao 16 CHƯƠNG 3: TÍNH CHẤT CỦA SUCROSE ESTE 3.1 Tính chất hóa lý [10] Ai biết việc sử dụng este acid béo lĩnh vực khác dựa đặc biệt tính chất hóa lý chúng Sucrose este chất hoạt động bề mặt khơng ion bao gồm đường nhóm ưa nước acid béo nhóm ưa béo Chiều dài chuỗi carbon chất nhóm đường, với nhiều khả liên kết nhóm đường ưa nước chuỗi alkyl kỵ nước, góp phần vào đặc tính hóa lý độc đáo sucrose este acid béo Tùy thuộc vào thành phần, sucrose este tồn dạng chất rắn, vật liệu sáp chất lỏng Tùy thuộc vào mức độ este hóa, sucrose este có làm giảm sức căng bề mặt nước Do đó, chúng thể đặc tính hoạt động bề mặt khác bao gồm giá trị HLB, nồng độ micelle tới hạn (CMC), độ ổn định tạo nhũ, khả tạo bọt Ngoài ra, sucrose este acid béo cịn có tính chất đặc biệt nhiệt 3.2 Độ hòa tan [3] Este sucrose có HLB > hịa tan phần nước tan dầu; sucrose este có HLB thấp < 6, tức hàm lượng di- tri-este cao có khả hịa tan nước khả hòa tan dầu tốt Để đạt hiệu suất tối đa, sucrose este phải phân tán chất lỏng lạnh sau đun nóng đến 60–80◦C để đạt độ hịa tan hồn tồn Bảng 3.1: Độ hịa tan sucrose este dung môi khác Propylen Nước e-glycol Mon20 70 20 70 20 70 Sucrose este o este % oC C oC oC oC oC Sucrose palmitate 75 PS S PS S PS S Sucrose stearate 70 PS S PS S ST S Sucrose stearate 50 PS PS PS S PS PS Sucrose distearate 30 I PS PS PS PS PS Sucrose distearate 01 I I I PS I I S = tan, ST = tan, PS = tan phần, I = không tan Glycerol Dầu 20 o C I I I I PS 70 o C I I I PS S Ethanol 20 o C S S S PS PS 70 o C S S S S S 3.3 Độ ổn định pH [3] Các sucrose este ổn định giá trị pH từ đến Điều có nghĩa chúng 17 sử dụng làm chất nhũ hóa hầu hết loại thực phẩm Ở giá trị pH cao 8, xà phịng hóa liên kết este xảy ra, điều kiện acid nghịch chuyển gốc sacarose xảy Ngồi ra, kết tụ acid xảy mức pH thấp nồng độ muối cao 3.4 Nhiệt độ nóng chảy [3] Các sucrose este nóng chảy nhiệt độ từ 40◦C đến 60◦C, tùy thuộc vào mức độ este hóa loại acid béo Có thể làm nóng sucrose este tới 185◦C mà khơng có ảnh hưởng xấu đến tác dụng chúng Tuy nhiên, nhiệt độ 140°C, số phản ứng màu xảy caramel hóa sucrose tự có sản phẩm 3.5 Giá trị HLB [10] Hydrophilic–lipophilic balance (HLB) thước đo cân ưa nước-ưa béo chất hoạt động bề mặt Phạm vi thang đo HLB từ đến 20 Trong phạm vi từ 3.5 đến 6.0, chất hoạt động bề mặt phù hợp để sử dụng hệ nhũ tương nước dầu Chất hoạt động bề mặt có giá trị HLB khoảng đến 18 sử dụng phổ biến hệ nhũ tương dầu nước Các chuỗi acid béo sucrose este dài mức độ ester hóa cao giá trị HLB thấp 3.6 Khả tạo bọt [10] Nhiều sản phẩm thực phẩm bao gồm bọt, hệ thống không ổn định mặt nhiệt động lực học Độ ổn định bọt cải thiện cách bổ sung sucrose este, làm giảm sức căng bề mặt Sức căng bề mặt thấp tạo điều kiện mở rộng diện tích khơng khí-nước , dẫn đến khả tạo bọt cao Sự kết tụ bong bóng yếu tố quan trọng ổn định bọt Sự kết tụ bọt khí bị ảnh hưởng nhiều loại nồng độ sucrose este có dung dịch CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA SUCROSE ESTE TRONG THỰC PHẨM 4.1 Các sản phẩm nước xốt [3] 18 4.1.1 Nước xốt nhũ tương tiệt trùng Nước xốt nấm mát ví dụ nước xốt nhũ tương có độ pH cao 4.5 Để nâng cao thời hạn sử dụng, nước xốt cần khử trùng Những khó khăn khơng ổn định hình thành màu xảy khử trùng giảm thiểu cách sử dụng sucrose este với HLB 15 Các sucrose este cải thiện nhũ tương, đảm bảo kích thước giọt dầu nhỏ Điều không cải thiện độ ổn định thời hạn sử dụng mà vẻ sản phẩm cải thiện Trong trình khử trùng nước sốt, protein phản ứng với loại đường khử gây phản ứng tạo màu (phản ứng maillard) Các sucrose este tương tác với protein làm giảm khả phản ứng protein với đường nước sốt giữ màu sắc tự nhiên 4.1.2 Các sản phẩm giống mayonnaise Trong mayonnaise truyền thống, lòng đỏ trứng sử dụng làm chất nhũ hóa tự nhiên Lịng đỏ trứng ngun liệu thơ tự nhiên thay đổi giá chất lượng lúc ưa chuộng hàm lượng cholesterol, nguy nhiễm khuẩn salmonella khả gây dị ứng Sử dụng sucrose este để thay lịng đỏ trứng, để sản xuất sản phẩm giống mayonnaise khơng chứa cholesterol Các este sucrose có HLB cao thích hợp để sản xuất nhũ tương dầu nước (o/w) mayonnaise lecithin (thành phần tạo nhũ lòng đỏ trứng) với giá trị HLB thấp 4.2 Các sản phẩm kẹo [3] Sucrose ester sử dụng sản phẩm bánh kẹo khác nhau; chúng sử dụng chủ yếu chất nhũ hóa chất ổn định ức chế phát triển tinh thể đường chất béo, đồng thời tạo điều kiện thơng khí tăng khả bôi trơn 4.2.1 Caramel loại kẹo Chất béo dầu tách khỏi hỗn hợp caramel giai đoạn cuối q trình đun sơi (khoảng 125◦C) Việc sử dụng chất nhũ hóa khơng ngăn cản 19 phân tách chất béo dầu, mà cịn ngăn ngừa kết dính với khn máy cắt khn Các chất nhũ hóa làm giảm độ bám dính vào vật liệu bọc giảm độ dính nhiệt độ độ ẩm cao Việc sử dụng sucrose stearat 5–10% dầu có hiệu việc bổ sung sucrose este (với HLB 7–13) tạo kết tốt sản phẩm 4.2.2 Chocolate Trong trình sản xuất sơ la, sucrose este có giá trị HLB thấp thấp độ nhớt cách giảm ma sát thành phần ức chế phát triển bơ ca cao tinh thể đường Trong lớp phủ sô cô la cho bánh kẹo, sucrose este có hiệu nhũ hóa phân tán chất béo, ca cao đường Các sucrose este có hàm lượng divà tri-este cao sử dụng làm lựa chọn thay hiệu cho lecithin đậu nành; ảnh hưởng đến độ nhớt sô cô la khối lượng tương tự khối lượng lecithin 4.2.3 Kẹo dẻo Các sản phẩm tạo bọt khí, chẳng hạn kẹo dẻo, có xu hướng trở nên cứng trình bảo quản Nghiên cứu cho thấy hàm lượng nước sản phẩm khơng đổi q trình bảo quản thay đổi kết cấu chủ yếu đường kết tinh Kẹo dẻo hỗn hợp loại đường khác nhau, nước, gelatine chất đánh kem nấu chín sau trộn với hương liệu, màu sắc chất bổ sung Hỗn hợp đánh sau làm lạnh thêm, bẫy gel hóa khơng khí giúp góp phần vào kết cấu Sucrose este với giá trị HLB từ 6–15 hoạt động chất đánh kem chất tạo kết cấu kẹo dẻo giúp sản phẩm có kết cấu mềm mềm bảy tuần 4.2.4 Thuốc viên Bánh kẹo thuốc viên thường sản xuất phương pháp nén Ở Châu Âu, magie stearat thường sử dụng để bôi trơn khn, tối đa hóa lực sản xuất thuốc viên với máy móc có tốc độ cao Chất bơi trơn có tác dụng truyền áp suất, làm tan rã viên Các este sucrose có mức độ thay cao (HLB thấp) sử dụng để thay magie stearat viên nén dành cho thị trường Nhật Bản nơi không cho phép dùng magie stearat So với magie stearat, sucrose este không phản 20 ứng với hoạt chất thành phần khác, chúng trung tính hương vị cho đặc tính phân hủy hịa tan tốt 4.3 Các loại bánh [3] Nhiều nghiên cứu thực cách sử dụng sucrose este ứng dụng làm bánh Ở Châu Âu, việc sử dụng sucrose este bánh mì khơng cho phép , chúng sử dụng đồ tráng bánh Các mục đích sử dụng bao gồm cải tiến kết cấu thời hạn sử dụng sản phẩm bánh giảm chất béo bánh quy sản phẩm khác 4.3.1 Bánh lan Bánh lan thường loại bánh chất béo dựa vào kết hợp với khơng khí để tạo khối lượng kết cấu Các sucrose este làm thay đổi trọng lượng riêng bột, khối lượng bánh, vụn bánh, độ cứng kết cấu bánh lan Pierce Walker sử dụng sucrose este có giá trị HLB 11–16 bánh bơng lan Điều dẫn đến khối lượng thay đổi lớn chút Tuy nhiên, este hydrat hóa trước, kết gia tăng khối lượng cải thiện nhiều Các sucrose este hydrat hóa trước nồng độ 2.5 4% bột cải thiện nhiều độ mềm kết cấu ban đầu thời hạn sử dụng tuần 4.3.2 Bánh quy Nỗ lực giảm chất béo (25–50%) bánh quy thường làm tăng độ cứng thay đổi lớn đặc tính bột nhào Tăng cường ý đến việc giảm béo sản phẩm thực phẩm dẫn đến việc sử dụng sucrose este chất nhũ hóa khác để sản xuất bánh quy có mức chất béo chấp nhận Độ cứng giảm chất béo bánh quy đường kết tụ Chất béo đạt mức tối thiểu mà khơng thể bao phủ hồn tồn tất lượng đường có sẵn điều dẫn đến tăng kết tụ đường tăng độ cứng Sucrose este làm giảm hình thành đường kết tụ cách đảm bảo lượng chất béo phân tán chất cách hiệu Sau phân tử sucrose este khử tinh thể đường tăng trưởng đảm bảo chất kết tụ khơng dễ dàng hình thành 4.3.3 Bánh mì 21 Như đề cập trước đó, sucrose este khơng thể sử dụng bánh mì Châu Âu, nhiên ứng dụng sử dụng Hoa Kỳ Chất lượng bánh mì phụ thuộc vào yếu tố khối lượng, kết cấu tốc độ bám đuôi Như thảo luận sucrose este tương tác với tinh bột gluten để ảnh hưởng đến kết cấu suy thoái tinh bột Các sucrose este có HLB cao 16 có hiệu việc cải thiện thể tích ổ bánh dùng nồng độ vừa phải; chúng có hiệu cải thiện độ mềm ban đầu Tuy nhiên, độ mềm lâu dài cải thiện nhiều sucrose este HLB 11 tầm trung 4.4 Kem Kem sản phẩm cổ điển yêu cầu sử dụng chất nhũ hóa — sản phẩm nhũ tương có khí yêu cầu chất nhũ hóa hiệu suất cao để đạt sản phẩm chất lượng thời hạn sử dụng lâu Chất nhũ hóa sử dụng để giảm thời gian đóng băng, cải thiện chất lượng đánh kem để tạo loại kem khô với kết cấu mịn, cứng, tan chậm đồng Chất nhũ hóa làm giảm sức căng bề mặt kem lỏng Điều dẫn đến giọt chất béo đồng áp suất nhỏ Sau sục khí làm đơng kem, tần số va chạm hạt cầu béo tăng lên tinh thể nước đá ép hạt cầu chất béo thành không gian nhỏ hơn, dẫn đến biến dạng hình dạng Nước đóng băng làm nước, màng protein bị hấp phụ phá vỡ phức hợp chất nhũ hóa protein [3] TÀI LIỆU THAM KHẢO 22 [1] Bộ mơn Kỹ thuật Hố học Bài giảng Hóa học chất hoạt động bề mặt Trường Đại học Thuỷ Lợi 2018 [2] Nguyễn Đình Triệu Bài giảng chuyên đề cao học hóa hữu Hóa học hợp chất hoạt động bề mặt Trường Đại học Quốc gia Hà Nội 2005 [3] Nelen, Bianca A P, Cooper, Julian M, Whitehurst, Robert J (ed.) Emulsifiers in Food Technology 131-166 2004 [4] Gen Li, Qiuhui Zhu, Zhiwei Jiang, Mingqi Li, Chaofan Ma, Xintian Li, Haibo Liu, Youyan Liu, Qunliang Li Roles of non-ionic surfactant sucrose ester on the conversion of organic matters and bacterial community structure during composting Bioresource Technology 308 2020 [5] "amending Decision 96/335/EC establishing an inventory and a common nomenclature of ingredients employed in cosmetic products" Official Journal of the European Union Feb 9, 2006 [6] Tülay Polat, Robert J, Linhardt Syntheses and applications of sucrose-based esters Journal of Surfactants and Detergents, 415–421 2001 [7] EFSA Panel on Food additives and Nutrient Sources added to Food (ANS) Scientific Opinion on the exposure assessment of sucrose esters of fatty acids (E 473) from its use as food additive 2012 [8] Angéla Szuts, Piroska Szabó-Révész International Journal of Pharmaceutics Sucrose esters as natural surfactants in drug delivery systems—A mini-review 2012 [9] European parliament and council directive No 95/2/EC of 20 February 1995 on food additives other than colours and sweeteners European Parliament and Council Directive [10] Yan Zheng, Minying Zheng, Zonghui Ma, Benrong Xin, Ruihua Guo, and Xuebing Xu Polar lipids Sugar Fatty Acid Esters Wilmar (Shanghai) Biotechnology Research and Development Center Co., Ltd., Shanghai, China 2015 23 ... C18 C22 C22 2.4 Ứng dụng sucrose este 14 Số nối đôi 0 0 1 Mỹ phẩm: Một số sucrose este, chẳng hạn sucrose distearate, sucrose dilaurate, sucrose palmitate, v.v thêm vào sản phẩm mỹ phẩm chất nhũ... thức để điều chỉnh tác dụng thuốc [8] Thực phẩm: sucrose este dung làm phụ gia cho nhiều loại thực phẩm. [9] 2.5 Độc tính Việc sử dụng ngày nhiều sucrose este lĩnh vực thực phẩm dẫn đến số điều... [3] Nhiều nghiên cứu thực cách sử dụng sucrose este ứng dụng làm bánh Ở Châu Âu, việc sử dụng sucrose este bánh mì khơng cho phép , chúng sử dụng đồ tráng bánh Các mục đích sử dụng bao gồm cải tiến