Bài giảng Hóa học hóa sinh thực phẩm - Chương 8: Chất mùi thực phẩm

Bài giảng Hóa học hóa sinh thực phẩm - Chương 8: Chất mùi thực phẩm cung cấp cho học viên những kiến thức về chất thơm (aroma substances); mùi tạp (off flavor); tinh dầu (chất thơm tự nhiên); phương pháp khai thác tinh dầu; các chất mùi tạo thành trong quá trình chế biến;... Mời các bạn cùng tham khảo!

HÓA HỌC HÓA SINH THỰC PHẨM Author: Hirotoshi Tamura, Susan E Ebelet, Kikue Kubota, Gary R Takioka Hardcover: 304 pages Publisher: Oxford University Press, USA Press: (September 19, 2008) CHƯƠNG CHẤT MÙI TP Author: Chi Tang Ho, Cynthia Mussinan, Fereidoon Shahidi, helen T.Contis,… Hardcover: 474 pages Publisher: Royal Society of Chemistry Press: 1st edition (June 8, 2010) CHẤT THƠM (AROMA SUBSTANCES) CHẤT THƠM (AROMA SUBSTANCES) Các chất thơm có cấu tạo gần giống nhau, mùi hoàn toàn khác nhau; cấu tạo hoàn toàn khác tạo mùi giống Hợp chất tạo mùi thơm cho sản phẩm, hàm lượng thấp (10–15ppm) Chất thơm thực phẩm = flavor = hương vị Đặc trưng chất mang mùi: cường độ mùi nồng độ mùi Nhóm chức tạo mùi: aldehyde, ceton, ester, hydroxyl, trimethylamyl,… Nguyên tố tạo mùi: S, N, Fe, Zn, Cu, P, As, Se… Một chất làm mạnh mùi chất khác (trợ hương) Trinitrobuthyltoluen + quininsulfate (mùi xạ hương) không mùi Nồng độ khác tạo mùi khác Fufurol: đậm đặc khó chịu; Ionon: đậm đặc mùi gỗ bá hương; loãng mùi mật ong loãng mùi hoa Violet NGƯỠNG NHẬN MÙI NGƯỠNG CẢM GIÁC Cơ quan nhận mùi Ngưỡng cảm giác: Giá trị kích thích cảm giác cần Mũi: màng nhầy khứu giác + lông mao (đổi sau 24h) + tế bào khứu giác có rãnh khe gắn lơng mao thiết để đạt cảm giác đặc trưng đó, đo nồng độ chất gây kích thích chất mang Họng: tế bào khứu giác Ngưỡng phát hiện: nồng độ cần thiết hợp chất để gây cảm giác mùi Yếu tố ảnh hưởng đến khả nhận mùi Nồng độ chất bay chứa bề mặt chất mang Tốc độ dịng khí hít vào mũi Số lơng mao nhận cảm Ngưỡng xác định: nồng độ nhỏ hợp chất cho phép xác định chất mùi Ngưỡng phân biệt: độ chênh lệch nồng độ nhỏ chất mùi để nhận biết khác Ngưỡng nhận mùi (NNM) dung dịch nước 20oC, mg/L Ngưỡng cuối cùng: giá trị tối đa nồng độ chất mùi mà vượt qua khả nhận mùi khơng tăng Hợp chất NNM Hợp chất NNM Hợp chất NNM Ethanol Maltol Hexanol 100 35 2,5 Furfural Vanilline Limonen 0,02 0,01 Linalool Methylthiol Menthen – thiol 0,006 0,00002 0,00000002 PHÂN LOẠI MÙI TẠP (OFF FLAVOR) Theo nguồn gốc Không có sẵn thành phần hương NL hay SP Hương tự nhiên - Động vật, thực vật, vi sinh vật - Không độc hại, cường độ thấp, không ổn định Bị nhiễm từ vào theo nhiều nguyên nhân Nồng độ tăng dần theo thời gian Gây biến đổi tăng giảm mùi có sẵn Nước cam Terpen Sữa Ôi Bột sữa Đậu Bia Ôi Hương tổng hợp - Tổng hợp pp hóa học hợp chất có chất hóa học giống hương liệu tự nhiên - Tổng hợp chất có mùi pp hóa học - Độ độc hại cao, cường độ mùi cao, ổn định Limonen bị oxy hóa thành carvon Oxyhóa ás methionin thành methional Linoleic bị ozone hóa thành nonenal Phản ứng quang phân humulone Hương tạo thành trình chế biến - Chiên, nướng, lên men, gia nhiệt, oxy hoùa, ester hoùa,… TINH DẦU (CHẤT THƠM TỰ NHIÊN) PHÂN LOẠI Tinh dầu nhựa chất dễ bay có mùi thơm cỏ, chứa hoa, lá, trái cây, vỏ, hạt, rễ Tinh dầu tập trung tuyến tinh dầu (chanh, tắc,…) Theo chất hóa học Nhựa tồn ống nhựa (cao houblon) - tinh dầu, nhựa: terpen - Các chất khác: ester, alcohol, aldehyde, … Tính chất tinh dầu o Là chất lỏng linh động, màu sắc, mùi, vị tùy thuộc ngun liệu Theo thành phần hóa học o Tan tốt dung môi không phân cực, tan nước - Đơn hương - Tổ hợp hương o Nhiệt độ bay thấp o Đa số tinh dầu có tỷ trọng thấp tỷ trọng nước o Có nhiều nối đơi nhóm chức dễ bị oxy hóa, khơng bền với nhiệt độ tác nhân oxy hóa khác TINH DẦU 10 TINH DẦU Phương pháp khai thác tinh dầu Thành phần hóa học Isopren = 2-methylbuta-1,3-diene (C5H8) Chưng cất lôi nước Dẫn xuất aldehyd, acid, rượu, ceton isopren Nguyên tắc: sục nước qua nguyên liệu xay nhỏ, tinh dầu bị lôi kéo theo ngưng tụ nước, tách tinh dầu nhờ tỷ trọng Terpen = isoprene (C10H16)n Ưu: thiết bị dễ thiết kế, chi phí thấp Nhược: tổn thất cao chất thơm không ngưng tụ hết, số chất thơm không bị lôi theo nước, nhiệt độ cao chất mùi bị biến đổi 11 12 CÁC CHẤT MÙI TỰ NHIÊN CÁC CHẤT MÙI TỰ NHIÊN Phương pháp khai thác tinh dầu Phương pháp khai thác tinh dầu Ép, trích ly dung mơi Trích ly dung môi Dung mơi: ethanol, dầu ăn, CO2 siêu tới hạn Quá trình: xay nghiền (phá vỡ màng tế bào), ngâm (trích ly), chưng cất (loại dung mơi) Ưu: chất lượng tinh dầu cao Nhược: thiết bị trích ly phức tạp đắt tiền, phải chọn dung môi phù hợp thực phẩm, dung môi dễ bay dễ cháy nổ, thất tinh dầu 20-30% Thiết bị trích ly sóng siêu âm 14 13 CÁC CHẤT MÙI TỰ NHIÊN Phương pháp khai thác tinh dầu CÁC CHẤT MÙI TỰ NHIÊN Phương pháp khai thác tinh dầu Trích ly dung môi “Hypercritical carbon dioxide extraction” appears to be an improvement Unlike the products produced by regular solvents (absolutes and concretes) the solvent (CO2) can be easily and totally removed, just by releasing the pressure in the extraction chamber This process happens in “a closed chamber where the most volatile and most fragile fractions of the fragrance and plant can be collected The result of this type of extraction is an extract that is as close to the essence of the plant as can be found Hấp phụ chất thơm Chất hấp phụ: sáp, mỡ heo, than hoạt tính,… Nguyên tắc: trộn nguyên liệu xay với chất hấp phụ để thời gian, trích ly lại tinh dầu cồn Ưu: chất lượng tinh dầu gần nguyên vẹn, lẫn tạp chất, hiệu trích ly cao, qui trình đơn giản, thực nhiệt độ thường Nhược: thời gian kéo dài, chất hấp phụ khó tinh chế bảo quản 15 16 TINH DẦU HỌ CITRUS TINH DẦU CHANH - LEMON Nguyên liệu: vỏ xanh chanh già Tính chất vật lý: chất lỏng suốt đến vàng nhạt, mùi đặc biệt giống citral, vị đắng Thành phần Hằng số vật lý 17 Giá trị Tỉ lệ % tinh dầu Limonene 50 – 71 γ-terpinene – 10,5 β-pinene – 12,7 α-pinene 1–2 Myrcene – 2,5 Geranial 0,8 – 2,2 Tỉ trọng d20 0,846 – 0,854 α-tecpineol – 1,4 Chiết suất n20D 1,402 – 1,476 Terpinen-4-ol 0,2 – 1,2 Độ quay cực α20D +56o – +66o TINH DẦU HỌ CITRUS TINH DẦU HỌ CITRUS TINH DẦU CAM - ORANGE TINH DẦU QUÝT (MANDARIN) 18 Nguyên liệu: vỏ cam Nguyên liệu: vỏ quýt Tính chất vật lý: chất lỏng suốt màu vàng, mùi cam, vị đắng Tính chất vật lý: chất lỏng màu vàng nhạt, mùi quýt Hằng số vật lý Tỉ trọng d20 Thành phần Tỉ lệ % tinh dầu Giá trị Limonene 92,3 – 95,5 Hằng số vật lý 0,85 – 0,86 Myrcene 1,79 – 1,89 Tỉ trọng d20 0,846 – 0,856 Chiết suất n20D 1,472 – 1,479 Độ quay cực α20D +65o – +75o Chiết suất n20D 1,471 – 1,479 Linalyl acetate 0,81 – 0,89 Độ quay cực α20D +85o – +95o Aldehyde – 1,7 19 Giá trị Thành phần Tỉ lê % tinh dầu Limonene – 9,4 γ-terpinene 20 Myrcene 0,7 – 2,37 α-pinene 1,5 – 2,3 β-pinene – 2,03 Terpinolene 0,4 – Decanal 0,09 – 0,9 α-tecpineol 0,1 – 0,44 Aldehyde 0,5 – 1,2 20 TINH DẦU HỌ CITRUS TINH DẦU HỌ HOA MÔI TINH DẦU BƯỞI (GRAPE FRUIT) TINH DẦU HỒI (ANISE) Nguyên liệu: vỏ, hoa bưởi Tính chất vật lý: tinh dầu hoa bưởi dạng lỏng màu vàng rơm, mùi hoa bưởi Tinh dầu vỏ bưởi dạng lỏng, màu lục nhạt, mùi gỗ nhẹ Nguyên liệu: hồi Tính chất vật lý: chất lỏng không màu hay màu vàng nhạt, tan cồn 90o với tỉ lê 1:2 Thành phần hóa học: trans-anethol (75–95%), cis- anethol (0,04%), tepineol, anise cetone, acid anisic, p-cymene, safrol,… Thành phần Hằng số vật lý Tỉ trọng d25 Chiết suất n25D Độ quay cực Chỉ số ester α25 D Limonene 83 – 93 Myrcene 1,4 – 1,6 β-caryophyllen 0,2 – 2,7 Vỏ bưởi Hoa bưởi 0,803 – 0,848 0,823 – 0,833 1,468 – 1,470 1,4762 – 1,4806 Nookatone +11o Octanone 0,1 – 0,3 Octanol 0,1 – 0,2 21 - 126o 13,62 Hằng số vật lý Tỉ lê % tdầu Giá trị Tỉ trọng d20 0,978 – 0,990 Chiết suất n20D 1,522 – 1,560 Độ quay cực α20D -2o – +1o 0,1 – 22 TINH DẦU HỌ HOA MÔI TINH DẦU HỌ HOA MÔI TINH DẦU BẠC HÀ (PEPPERMINT) TINH DẦU HƯƠNG NHU TRẮNG (BASIL) Nguyên liệu: lá, có hoa bạc hà Nguyên liệu: lá, hoa hương nhu Phương pháp thu nhận: chưng cất lơi nước Tính chất vật lý: Chất lỏng, màu vàng nhạt đến nâu, mùi đặc trưng hương nhu trắng Tính chất vật lý: chất lỏng không màu đến vàng nhạt, mùi đặc biệt bạc hà Thành phần hố học chính: eugenol (>60%) Thành phần hóa học: menthol : (>60%), terpene đồng phân (menten, pinene, phellandrene, limonene, serquiterpen, menthofuran, coumarone Hằng số vật lý Bạc hà Châu Âu Bạc hà Châu Á Tỉ trọng d20 0,900 – 0,927 0,890 – 0,910 Chiết suất n20D 1,459 – 1,471 1,458 – 1,471 Độ quay cực α20D -10o – -35o Hằng số vật lý Giá trị 0,980 – 1,010 Tỉ trọng d20 Chiết suất n20D Độ quay cực -18o – -32o 1,510 – 1,528 20 D -20,2o – -15,6o Eugenol Menthol 23 2-methoxy-4-(2-propenyl)phenol 24 TINH DẦU ĐỘNG VẬT TINH DẦU HỌ LONG NÃO TINH DẦU CÀ CUỐNG TINH DẦU QUẾ (CIMANON) Nguyên liệu: cành con, lá, vỏ Đà cuống/Sâu quế/Long sắt Tính chất vật lý: Chất lỏng khơng màu hay vàng nhạt, vị nóng, ngọt, mùi quế, tỷ trọng lớn nước Lớp Insecta Họ Belostomatidae Bộ Cánh nửa Hemiptera Thành phần hóa học: Vỏ: cinamaldehyde (65 – 95%) Lá : eugenol (70 – 95%) Cinamaldehyde Eugenol Hằng số vật lý Tỉ trọng d15 Chiết suất n20 Độ quay cực D 20 Vỏ quế Lá quế 1,020 – 1,040 1,043 – 1,066 1,581 – 1,591 1,530 – 1,540 1o – 0o 0o,10 – 2o,35 D 25 TINH DẦU ĐỘNG VẬT o Cà cuống sống nơi ao hồ, ẩm thấp, loài ăn thịt, hút máu động vật, tính tợn o Mùa giao phối, sinh sản: tháng – 8, cà cuống mang trứng lưng Thu hoạch cà cuống vào tháng 10 âm lịch 26 TINH DẦU ĐỘNG VẬT TINH DẦU CÀ CUỐNG TINH DẦU CÀ CUỐNG Nguồn ngun liệu: bọng tinh dầu đực (0,02mL/con) Tính chất vật lý: chất lỏng, nhẹ nước, dễ bay hơi, dễ cháy, oxy hóa mạnh, mùi thơm giống tinh dầu quế, vị đắng nhẹ Thông số 2-hexenyl acetat 2-hexenyl butyrat CTPT C8H14O2 C10H18O2 Tỷ trọng (250C) 0,898 g/mL 0.878 – 0.885 g/mL Nhiệt độ sôi 165-1660C 1900C Điểm cháy 580C CTCT Thành phần chính: 2-hexenol acetat, 2-hexenol butyrat + acid amin Có thể tổng hợp hữu từ butyraldehyd ethyl malonat / pyridin Hằng số vật lý 2-hexenyl acetat 2-hexenyl butyrate Tỉ trọng d15 1,020 – 1,040 1,043 – 1,066 Chiết suất n20D 1,581 – 1,591 1,530 – 1,540 Độ quay cực 20 D 1o – 0o Độ hòa tan Không tan nước Tan dung môi hữu phân cực (rượu….) 0o,10 – 2o,35 27 28 TINH DẦU ĐỘNG VẬT TINH DẦU CÀ CUỐNG Cơng dụng tinh dầu cà cuống Pheromone: cà cuống đực tiết tinh dầu lôi kéo cà cuống Độc tố: liều cao gây ngộ độc, giúp cà cuống săn mồi, tự bảo vệ Dược tính: bổ thận, tráng dương, lợi tiêu hóa, kích thích thần kinh gây hưng phấn phận sinh dục Gia vị: tinh dầu cho vào nước mắm, nước chấm bánh cuốn, phở Có thể ăn ln cà cuống (ẩm thực quốc tế) 30 29 CAÙC CHẤT MÙI TẠO THÀNH TRONG QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN CÁC CHẤT MÙI TẠO THÀNH TRONG QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN Phản ứng Maillard Đường + acid amin → mùi nướng Phaûn öùng quinonamin Acid amin + polyphenol → acetaldehyd + phenylacetic + a.butyric+a valerianic E polyphenoloxydase Phản ứng Caramel Xaûy trình sản xuất trà Đường + nhiệt độ nóng chảy → mùi đường khét 31 32 TỔ HỢP HƯƠNG TỔ HỢP HƯƠNG Chất Các phản ứng tạo tổ hợp hương Cấu tử giữ vai trò tạo mùi chính, đơn mùi; hỗn hợp nhiều đơn mùi Phản ứng hợp chất hương với dung môi (ethanol) Ionon (tử đinh hương), benzylacetate (nhài), ethylacetate (dầu chuối), limonene (tinh dầu citrus) Chất điều hương (chất trợ hương) Lượng nhỏ, tương tác với mùi làm tăng giảm mùi nền, giúp đơn mùi hịa lẫn vào nhau, hài hịa, dễ chịu Thường có mùi khó chịu đứng (Indol, scartol,…) Chất định hương Cố định mùi thơm cách tác dụng hấp phụ phân tử mùi bề mặt, làm chúng khó bay Thường hợp chất cao phân tử (nhựa benzoic, musk, vanilline, … ) 33 34 TỔ HỢP HƯƠNG TỔ HỢP HƯƠNG Các phản ứng tạo tổ hợp hương Các phản ứng tạo tổ hợp hương Phản ứng ngưng tụ hợp chất hương Phản ứng oxy hợp chất hương Phản ứng chuyển ester hợp chất hương 35 36 SỬ DỤNG CHẤT THƠM TRONG CBTP SỬ DỤNG CHẤT THƠM TRONG CBTP Thaát thoaùt o Hương liệu tạo hương vị đặc trưng cho sản phẩm (tinh dầu nguyên liệu chứa tinh dầu) Bay làm giảm mùi thơm tự nhiên Các phản ứng làm biến đổi mùi tự nhiên (oxh) o Phụ gia bổ sung cho lượng chất thơm bị biến đổi hay bị bay trình chế biến o Chất bảo quản chống vi sinh vật có tính kháng khuẩn (phitonxyde), chất bảo quản chống oxy hóa dễ bị oxy hóa o Dược liệu nhờ tính kháng khuẩn chống oxy hóa Bảo vệ, bổ sung, điều chỉnh Tìm biện pháp bảo vệ hương tự nhiên đặc trưng cho NL Bổ sung chất thơm cho sphẩm điều khiển pứng trình chế biến tạo hương thơm Yêu cầu việc sử dụng hương liệu thực phẩm Không gây độc hại cho người sử dụng Tuân thủ hàm lượng cho phép Y Tế phụ gia Phù hợp với sản phẩm 37 38 39 40 SỬ DỤNG CHẤT THƠM TRONG CBTP Biến đổi chất thơm Do thành phần nguyên liệu (thịt, cá, rau, trái, gia vị) Quá trình nhiệt (nấu, chần hấp, chiên, nướng, sấy) Các phản ứng thành phần (thủy phân, ester hóa, oxy hóa, hydrate hóa, đồng phân, ngưng tụ,… Thất thoát chất thơm (bay hơi) Quá trình nhiệt (nấu, chần hấp, chiên, nướng, sấy) Điều kiện thiết bị Bảo vệ chất thơm Tìm biện pháp bảo vệ hương tự nhiên đặc trưng cho NL Bổ sung chất thơm cho sphẩm điều khiển pứng trình chế biến tạo hương thơm ... tăng giảm mùi có sẵn Nước cam Terpen Sữa Ôi Bột sữa Đậu Bia Ôi Hương tổng hợp - Tổng hợp pp hóa học hợp chất có chất hóa học giống hương liệu tự nhiên - Tổng hợp chất có mùi pp hóa học - Độ độc... quay cực α20D -1 0o – -3 5o Hằng số vật lý Giá trị 0,980 – 1,010 Tỉ trọng d20 Chiết suất n20D Độ quay cực -1 8o – -3 2o 1,510 – 1,528 20 D -2 0,2o – -1 5,6o Eugenol Menthol 23 2-methoxy- 4-( 2-propenyl)phenol... phí thấp Nhược: tổn thất cao chất thơm không ngưng tụ hết, số chất thơm không bị lôi theo nước, nhiệt độ cao chất mùi bị biến đổi 11 12 CÁC CHẤT MÙI TỰ NHIÊN CÁC CHẤT MÙI TỰ NHIÊN Phương pháp khai