Bài giảng Hóa học hóa sinh thực phẩm - Chương 4: Nước cung cấp cho học viên những kiến thức về cấu tạo phân tử nước; giản đồ pha của nước; tính chất của nước; hoạt tính nước; liên kết nước trong thực phẩm; đường đẳng nhiệt hấp phụ; vai trò của nước;... Mời các bạn cùng tham khảo!
HÓA HỌC THỰC PHẨM David S Reid, Tanaboon Sajjaanantakul, Peter J Lillford, Sanguansri Charoenrein CHƯƠNG WATER PROPERTIES IN FOOD, HEALTH, PHARMACEUTICAL AND BIOLOGICAL SYSTEMS: ISOPOW 10 NƯỚC Wiley – Blackwell A John Wiley & Sons, Inc., Publication 2010, 771p Tơn Nữ Minh Nguyệt – ĐHBK TPHCM Google.au/books/water… CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC Dạng đơn phân Công thức phân tử : H2O (M=18 nước thường) CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC Liên kết hydro Liên kết Hydro AH+ B- Liên kết H O liên kết cộng hóa trị (492.2 kJ/mol) B nguyên tử có độ âm điện cao F, Cl, N,… Độ phân cực mạnh, vị trí tích điện + / vị trí tích điện - Liên kết hydro liên kết yếu (23,3 KJ/mol) Số lượng lớn CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC Liên hợp phân tử nước Liên hợp phân tử nước Công thức: [H2O]n CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC Quá trình tạo liên hợp nước - hydrat hóa nước với n = 2,3,4,… Quá trình tách liên hợp nước - dehydrat hóa nước Tạo thành liên kết hydro phân tử nước nH2O Một phân tử nước gắn với tối đa phân tử nước khác tạo nên cấu trúc tứ diện ⇔ [H2O]n [H2O]n ⇔ [H2O]n-1 + H2O Yếu tố ảnh hưởng đến trình liên hợp nước • • • Nhiệt độ làm thay đổi tốc độ dao động phân tử nước Các chất điện ly Na+, K+,Cl- tạo liên kết Hydro với nước Các chất khg phân cực làm giảm ch động nhiệt ptử nước GIẢN ĐỒ PHA CỦA NƯỚC CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC Trạng thái tồn nước Lỏng: – 100oC (V mL) hydrat hóa 100oC nước sôi Khí: đơng đặc nóng chảy dehydrat hóa phân tử nước dạng đơn phân Tại điểm hóa (100oC) dạng đơn phân (P atm) Rắn: Tại điểm đông đặc (0oC) dạng liên hợp Cấu trúc tinh thể nước đá: tứ diện cấu trúc rỗng Hóa Ngưng tụ Thăng hoa TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC Tính chất vật lý TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC Tính chất vật lý Chất lỏng vô định hình, độ nhớt thấp p suất bão hòa trạng thái cân Dung môi trơ hóa học, độ phân cực cao Tỷ trọng nước lỏng 0oC (0,9998g/mL) Tỷ trọng nước đá 0oC (0,9168g/mL) CẤU TRÚC TỨ DIỆN CỦA NƯỚC ĐÁ 10 Tính chất vật lý TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC Tính chất Khối lượng phân tử Điểm nóng chảy (1atm) Điểm sôi (1atm) Nhiệt độ tới hạn p suất tới hạn Cân Eutecti Năng lượng hoá lỏng (0OC) Năng lượng hoá (100OC) Nội Tỷ trọng [g/mL] Độ nhớt [Pa.s] Sức căng bề mặt với kk [N/m] p suất [kPa] Nhiệt dung riêng [J/g độK] Độ dẫn nhiệt [W/m độK] Nhiệt khuếch tán [m2 /s] Hằng số điện môi 11 Giá trị 18,0153 0,000 oC 100,000 oC 373,99 oC 218,6 atm 0,01 oC - 0,006 atm 6,012 KJ/mol 40,657 KJ/mol 50,91 KJ/mol 20OC 0OC (Nùc) 0OC (đá) - 20OC (đá) 0.99821 1,002 10-3 72,75 10-3 2,3388 4,1818 0,5984 1,4 10-7 80,20 0.99984 1,793 10-3 75,64 10-3 0,6113 4,2176 0,5610 1,3 10-7 87,90 0.9168 0,6113 2,1009 2,240 11,7 10-7 -90 0.9193 0,103 1,9544 2,433 11,8 10-7 -98 12 HOẠT TÍNH NƯỚC (aw : water activity) HOẠT TÍNH NƯỚC Xác định hoạt độ nước (aw : water activity) Hoạt độ nước loại thực phẩm = tỷ số áp suất bão hòa phía bề mặt thực phẩm áp suất bão hòa nước nguyên chất Biểu thức Raoult để tính hoạt tính nước: P < P0 nên aw < đơn vị tính P - áp suất bão hòa nước nguyên chất Po - áp suất bão hòa nước sản phẩm N – số mol nước dung dịch n – số mol chất tan dung dịch Độ ẩm (%W; g/100g) = hàm lượng nước tự có thực phẩm = % nước tự toàn khối lượng sản phẩm thực phẩm (đo phương pháp sấy tới khối lượng không đổi) 13 HOẠT TÍNH NƯỚC Ảnh hưởng hoạt độ nước đến chế biến bảo quản thực phẩm (aw : water activity) 14 HOẠT TÍNH NƯỚC (aw : water activity) Các phương pháp giảm hoạt tính nước để bảo quản thực phẩm Sấy: nâng nhiệt độ lên làm bay nước sản phẩm qua sấy Bổ sung chất có khả hydrat hóa cao: Glucid, protein Cho dòng khí có độ ẩm tương đối xác định qua vật liệu cần điều chỉnh hoạt độ nước 15 16 LIÊN KẾT NƯỚC TRONG TP LIÊN KẾT NƯỚC TRONG TP Liên kết hóa lý Liên kết hóa học Nước hấp phụ: polymer sinh học (thành phần TP) Liên kết ion : Ca2+ + 2COO- dễ hấp phụ nước lên bề mặt phân tử hình thành lớp nước hydrat hóa Liên kết phân tử: CuSO4.5H2O, C6H12O6.H2O Nước thẩm thấu kết cấu: chênh lệch áp suất thẩm thấu, nước thẩm thấu vào mạng gel TP 4-6% lượng nước (Loại 1) 10-25% tổng lượng nước vật liệu (Loại 2) 17 LIÊN KẾT NƯỚC TRONG TP 18 ĐƯỜNG ĐẲNG NHIỆT HẤP PHỤ Đường đẳng nhiệt hấp phụ Liên kết vật lý (nước tự do) đường cong biểu diễn mối quan hệ độ ẩm (g nước /g ck) hoạt tính nước điều kiện cân nhiệt độ định Nước mao quản: Do chênh lệch áp suất thủy tónh nước tự bên bị hút vào ống mao dẫn Nước thấm ướt bề mặt: Nước học, lượng nước dư bao phủ toàn bề mặt vật liệu, dung môi dung dịch nước 70 - 80% tổng hàm lượng nước (Loại 3) 19 20 ĐƯỜNG ĐẲNG NHIỆT HẤP PHỤ Vật liệu có độ ẩm cao ĐƯỜNG ĐẲNG NHIỆT HẤP PHỤ Loại I (aw = – 0,2) Khoai tây 0–20–40–60–80–100oC Nước liên kết = ion (COO-, NH3+, OH-), + hydro + Van der Waals Hấp phụ mạnh, linh động Không đông đặc -40oC Không có khả hòa tan chất tan Chiếm – 10% lượng nước Loại II (aw = 0,2 – 0,7) Vật liệu khác Nước hấp phụ, thẩm thấu, hydrat hóa Độ bền liên kết không cao Các phân tử nước linh động Loại III (aw > 0,7) Nước tự = mao quản (aw = 0.9) + thấm ướt (aw > 0.9) Giữ đượcù tính chất nước, tham gia phản ứng làm dung môi 21 ĐƯỜNG ĐẲNG NHIỆT HẤP PHỤ Hiện tượng trễ hấp phụ A Vật liệu không đóng rắn B Thực phẩm C Chất rắn Vai trò sinh học 22 VAI TRÒ CỦA NƯỚC Tham gia vào thành phần cấu trúc tế bào: liên kết với polime sinh học tạo thành dịch tế bào Dung môi hòa tan chất môi trường để xảy phản ứng hóa học Tham gia phản ứng thủy phân, hydrat hóa, oxy hóa khử Vận chuyển chất đến quan cần thiết Điều hòa thân nhiệt ổn định nhiệt cho thể Là chất đệm ổn định pH pH trung tính Bảo vệ tế bào, mô, quan, khớp xương nhờ phần đệm nước gian bào Đào thải chất dư thừa, cặn bã, chất độc vi sinh vật có hại khỏi thể (thận) o Đường cong trễ hấp phụ hàm ẩm – aw (sấy) o Nguyên liệu khác có đường cong trễ hấp phụ khác 23 Thiếu nước: rối loạn sinh lý, chết lượng nước 12 % so vơí khối lượng thể 24 Vai trò sản xuất TP VAI TRÒ CỦA NƯỚC Vai trò sản xuất TP Nước thành phần hầu hết nguyên liệu sản xuất thực phẩm Loại Thịt, cá Trái Rau Lương thực Nguyên liệu VAI TRÒ CỦA NƯỚC Xử lý nguyên liệu: nhào rửa, làm sạch, vận chuyển Hàm lượng nước [%] Thịt heo, nguyên liệu, phần nạc Thịt bò, nguyên liệu, Thịt gà, loại, da Cá, phần thịt 53 – 60 50 – 70 74 65 – 81 Các loại mọng, anh đào, lê Táo, đào, cam, bưởi Đại hoàng, dâu, cà chua 80 – 85 90 90 – 95 Avocado, chuối, đậu Hà Lan Ccải đg, broccoli, cà rốt, kh tây Măng tây, đậu, cbắp, cải 74 – 80 85 – 90 90 – 95 Lúa Ngũ cốc 13 – 14 16 -17 Tạo sản phẩm, xử lý sản phẩm Nguyên liệu chính: bia, nước giải khát,… Tham gia phản ứng: phản ứng thuỷ phân,… Thực trình sinh học: lên men, nẩy mầm,… Tăng chất lượng sản phẩm: độ bóng, độ dai, độ mịn,… Đốt nóng, làm lạnh thiết bị, chất tải nhiệt nồi vỏ, nồi trùng, nồi hấp 25 26 NƯỚC CẤP TIÊU CHUẨN VỆ SINH NƯỚC ĂN UỐNG (Ban hành kèm theo Quyết định Bộ trưởng Bộ Y tế số 1329/ 2002/BYT/QÐ ngày 18 / /2002) Nước ăn uống dùng tiêu chuẩn nước dùng cho ăn uống, chế biến thực phẩm, nước từ nhà máy nước khu vực đô thị cấp cho ăn uống sinh hoạt 28 NƯỚC THẢI QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA VỀ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP National Technical Regulation on Indus trial Wastewater QCVN 40:2011/BTNMT 31 32 ... chất Po - áp suất bão hòa nước sản phẩm N – số mol nước dung dịch n – số mol chất tan dung dịch Độ ẩm (%W; g/100g) = hàm lượng nước tự có thực phẩm = % nước tự toàn khối lượng sản phẩm thực phẩm. .. KẾT NƯỚC TRONG TP Liên kết hóa lý Liên kết hóa học Nước hấp phụ: polymer sinh học (thành phần TP) Liên kết ion : Ca2+ + 2COO- dễ hấp phụ nước lên bề mặt phân tử hình thành lớp nước hydrat hóa. .. PHÂN TỬ NƯỚC Liên hợp phân tử nước Liên hợp phân tử nước Công thức: [H2O]n CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC Quá trình tạo liên hợp nước - hydrat hóa nước với n = 2,3,4,… Quá trình tách liên hợp nước - dehydrat