Phụ gia chống oxy hóa
Tổng quan lý thuyết
Phụ gia chống oxy hóa là các chất được thêm vào thực phẩm để vô hiệu hóa gốc tự do, giúp giảm tốc độ ôi hóa chất béo Chúng kéo dài thời gian hình thành các hợp chất gây oxi hóa và cũng có khả năng vô hoạt peroxide.
Trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm, các phản ứng oxy hóa thường xảy ra, dẫn đến sự biến đổi phẩm chất và giảm giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.
Sự oxy hóa chất béo thường dẫn đến các biểu hiện như mùi vị khó chịu, sự thay đổi màu sắc, biến đổi độ nhớt của sản phẩm và làm giảm chất dinh dưỡng.
Biện pháp ngăn ngừa sự oxi hóa:
Sử dụng bao bì đặc biệt để cách ly sản phẩm giàu chất béo với các tác nhân làm tăng quá trình oxi hóa
Rót đầy, hút chân không, làm đầy không gian tự do bằng cách sử dụng chất trơ
Đặc biệt là sử dụng phụ gia chống oxi hóa
Phụ gia chống oxi hóa là các chất được thêm vào thực phẩm để ngăn chặn hoặc làm chậm quá trình oxy hóa, giúp bảo vệ chất béo khỏi sự hình thành các gốc tự do Điều này có vai trò quan trọng trong việc duy trì màu sắc và mùi vị của sản phẩm thực phẩm.
Phụ gia chống oxi hóa có hai loại:
Có bản chất axit: axid citric, acid malic, acid ascorbic…
Có bản chất phenolic: BHA, HBT, TBHQ…
1.1.2 Cơ chế quá trình oxy hóa chất béo
Sự tự oxy hóa chất béo là phản ứng dây chuyền được châm ngòi bằng sự tạo thành các gốc tự do từ các phân tử acid béo
Quá trình oxy hóa bắt đầu với phản ứng RH R o + H o, có thể được tăng cường nhờ nguồn năng lượng như nhiệt hoặc ánh sáng, đặc biệt là ánh sáng UV Ngoài ra, các hợp chất hữu cơ và vô cơ, thường dưới dạng muối Fe và Cu, cũng đóng vai trò là chất xúc tác mạnh mẽ, kích thích quá trình này diễn ra hiệu quả hơn.
R 0 + O2 ROO 0 (gốc peroxide) ROO o + R’H R’ o + ROOH (hydroperoxide)
Các gốc alkyl R phản ứng với O2 tạo thành gốc peroxide ROO Phản ứng này diễn ra nhanh chóng trong điều kiện khí quyển, dẫn đến nồng độ alkyl thấp hơn so với gốc peroxide Gốc peroxide có khả năng hấp thu điện tử từ các phân tử lipid, tạo thành hydroperoxide ROOH và một gốc peroxide mới Những phản ứng này thúc đẩy các phản ứng khác, và quá trình tự oxy hóa lipid được gọi là phản ứng gốc tự do Khi các gốc tự do tương tác, chúng tạo ra các sản phẩm không phải gốc tự do và kết thúc phản ứng.
Ngoài hiện tượng tự oxy hóa, lipid còn có thể bị oxy hóa bằng enzyme lipoxygenase
Cơ chế của chất chống oxy hóa:
Chất chống oxy hóa giúp ngăn chặn sự hình thành gốc tự do bằng cách cung cấp nguyên tử hydro Khi làm điều này, chất chống oxy hóa cũng trở thành gốc tự do nhưng với hoạt tính thấp hơn Gốc tự do lipid (R o ) kết hợp với gốc tự do của chất chống oxy hóa (A o ) để tạo ra các hợp chất bền vững.
Phản ứng của chất chống oxy hóa với gốc tự do:
ROo + AH ROH + A o ROOo + AH ROOH + A o
RO o + Ao ROA ROO o + Ao ROOA
1.1.3 Tổng quan về phụ gia chống oxy hóa Butyl hydroxytoluen (BHT)
Tên hóa học: 2,6-Ditertiary-butyl-p-cresol; 4-methyl-2,6-ditertiary-butylphenol
Khối lượng phân tử: 220,36 (dvC)
BHT là chất rắn màu trắng, ở dạng tinh thể, hình sợi, không vị, thoảng mùi
Tan kém trong dầu, mỡ, rượu Không tan trong nước và propan – 1,2 – diol
Bền nhiệt, nhiệt độ nóng chảy 69 – 72 o C
BHT có khả năng chống oxy hóa kém hơn BHA do cấu trúc cồng kềnh hơn Ngoài ra, sự hiện diện của sắt trong một số sản phẩm thực phẩm hoặc bao bì có thể dẫn đến việc BHT tạo ra màu vàng.
BHT là một hợp chất ít độc, không gây hại cho sức khỏe ở liều lượng 50 mg/kg thể trọng, trong khi liều gây chết cho chuột là 1000 mg/kg thể trọng Khi BHT được hấp thụ qua đường miệng, nó nhanh chóng thẩm thấu qua dạ dày và ruột, sau đó được thải ra ngoài qua nước tiểu và phân.
Nghiên cứu về sự bài tiết BHT ở người cho thấy khi ăn với khẩu phần chứa 40mg/kg thể trọng, 50% liều lượng được bài tiết trong 24 giờ đầu và 25% còn lại trong 10 ngày tiếp theo Quá trình chuyển hóa chủ yếu diễn ra thông qua con đường oxy hóa, trong đó oxy hóa nhóm methyl chiếm ưu thế ở loài gặm nhấm, thỏ và khỉ, trong khi oxy hóa nhóm tert-butyl lại chiếm ưu thế ở người.
Thử nghiệm trên động vật cho thấy, liều lượng BHT cao khi đưa vào cơ thể trong
40 ngày hoặc hơn sẽ gây độc cho các cơ quan
Liều lượng BHT cao ở các loài vật được thử nghiệm cũng gây ra các ảnh hưởng sau:
Làm tăng sự hấp thu iod ở tuyến giáp
Tăng trọng lượng của tuyến trên thận
Giảm khối lượng của lá lách, làm chậm quá trình vận chuyển các acid hữu cơ, gây tổn thương thận
1.1.4 Tổng quan về phụ gia chống oxy hóa vitamin E
Tocopherol, một trong những chất chống oxy hóa tự nhiên phổ biến nhất, đã được thử nghiệm rộng rãi về khả năng chống oxy hóa trong thực phẩm và được chấp nhận sử dụng tại nhiều quốc gia trên thế giới.
Vitamin E được tìm thấy trong ngũ cốc, hạt dầu, và cũng được tìm thấy trong rau quả, trong sữa và bơ
Trong tự nhiên, các tocopherol phổ biến nhất bao gồm α, β, γ và δ-tocopherol, tất cả đều có khả năng chống oxy hóa hiệu quả.
Hoạt tính chống oxy hóa có thể thay đổi theo thứ tự nhất định, nhưng đôi khi sự sắp xếp này lại bị ảnh hưởng bởi môi trường và các điều kiện khác, chẳng hạn như nhiệt độ.
Tocopherol là một chất lỏng không màu, dễ hòa tan trong dầu thực vật, rượu ethylic, ether etylic và ether dầu hỏa Chất này có khả năng chịu nhiệt tốt, bền với nhiệt độ lên đến 170oC trong không khí, nhưng lại dễ bị phân hủy bởi tia tử ngoại Một trong những đặc tính quan trọng nhất của tocopherol là khả năng bị oxy hóa bởi các chất oxy hóa khác nhau Trong kỹ thuật bảo quản, dung dịch tocopherol được pha trong dầu với nồng độ tối thiểu 31% tocopherol để đảm bảo hiệu quả.
Mã số phụ gia: E307, đối với tocopherol hỗn hợp mã số có thể là E307b hay E307c
Cấu trúc phân tử α-tocopherol
Khối lượng phân tử: 430.71 g/mol
Có dạng dầu màu vàng nhạt hoặc nâu đỏ, không mùi, nhớt
Tính tan: không tan trong nước, tan trong ethanol, trộn lẫn với ether
Độ tinh khiết: Chì không quá 2 mg/kg
Chống oxy hóa giúp bảo vệ cơ thể khỏi tác động của các gốc tự do, vốn được hình thành trong quá trình chuyển hóa tự nhiên hoặc do các yếu tố môi trường.
Tiến hành thí nghiệm – Kết quả và bàn luận
Chỉ số acid là số mg KOH cần dùng để trung hòa acid béo tự do có trong 1g dầu hoặc mỡ
Chỉ số acid là một yếu tố quan trọng để đánh giá chất lượng lipid; khi chỉ số này tăng, chất lượng sản phẩm sẽ giảm Ngược lại, chỉ số acid thấp cho thấy dầu có chất lượng tốt và được bảo quản hiệu quả.
Dưới tác động của các enzym thủy phân như lipaza và photpholipaza, triglycerit sẽ bị cắt đứt tại các liên kết este khi có sự hiện diện của nước và nhiệt độ, dẫn đến sự hình thành các acid béo tự do.
Trung hòa lượng axít béo tự do có trong chất béo bằng dung dịch KOH phản ứng xảy ra:
Chuẩn bằng KOH 0.01N đến hồng
Lắc nhẹ, đun cách thủy
Chuẩn bằng KOH 0.01N đến hồng
M0 : mẫu không bổ sung phụ gia
Mẫu M2 bổ sung 0.1% vitamin E cần được đun sôi trong 10 phút để tạo điều kiện thuận lợi cho các enzyme thủy phân như lipaza và photpholipaza hoạt động, giúp phân hủy triglycerit thành các axit béo tự do Nhiệt độ và oxy trong không khí sẽ thúc đẩy quá trình oxy hóa chất béo, dẫn đến sự hình thành các hợp chất peroxit và axit béo tự do.
Sử dụng cồn trung tính làm dung môi hòa tan chất béo giúp tăng tốc độ phản ứng giữa axit béo tự do và KOH, đồng thời làm cho điểm kết thúc của phản ứng dễ nhận biết hơn, từ đó giảm thiểu sai số trong quá trình thí nghiệm.
Chuẩn độ bằng dung dịch KOH 0.01N
Để trung hòa lượng acid béo tự do trong mẫu thử, sử dụng dung môi cồn trung tính kết hợp với chỉ thị phenolphthalein Tiến hành chuẩn độ cho đến khi dung dịch chuyển sang màu hồng nhạt và giữ ổn định trong 30 giây.
Phương trình phản ứng xảy ra như sau:
RCOOH + KOH RCOOK + H2O Ghi lại thể tích KOH tiêu tốn, từ đó tính toán được chỉ số axit của mẫu sử dụng
Mẫu M0 (ml) Mẫu M1 (ml) Mẫu M2 (ml)
Chỉ số acid được xác định theo công thức:
56.11: Phân tử lượng của KOH (đvC)
V: Thể tích dd KOH 0,01N tiêu tốn (mL)
N: Nồng độ của dung dịch KOH (= 0.01N)
K: Hệ số hiệu chỉnh của dung dịch KOH 0.01N (K = 1) m: Khối lượng mẫu dầu cần phân tích (g)
- Kết quả tính toán chỉ số axit:
Mẫu trắng không chứa phụ gia có chỉ số acid cao nhất, trong khi mẫu bổ sung BHA lại có chỉ số acid thấp hơn, và mẫu bổ sung vitamin E có chỉ số acid thấp nhất trong số các mẫu thử nghiệm.
Các sản phẩm dầu mỡ để lâu thường có chỉ số acid cao Trong các nhà máy sản xuất dầu thực vật, việc kiểm tra chỉ số acid là điều bắt buộc để đảm bảo chất lượng sản phẩm lưu thông trên thị trường.
2.2 Xác định chỉ số peroxyt
Chỉ số peroxyt (PoV) đo lường lượng chất có trong mẫu thử, được tính bằng mili đương lượng oxy hoạt tính có khả năng oxi hóa KI trên 1kg mẫu, theo các điều kiện thao tác quy định.
Chỉ số này phản ánh sự ôi hóa của dầu mỡ
Peroxyt tác dụng với dung dịch KI trong môi trường acid acetic và cloroform, tạo ra I2 tự do Để xác định nồng độ I2, tiến hành chuẩn độ bằng dung dịch chuẩn Na2S2O3, sử dụng chỉ thị hồ tinh bột Quá trình chuẩn độ được dừng lại khi dung dịch chuyển từ màu tím đen sang không màu.
Chuẩn bị mẫu: tương tự chỉ số aicd
Bổ sung thêm CH3Cl để tạo môi trường hòa tan hoàn toàn chất béo có trong mẫu
Bổ sung CH3COOH: mục đích là để tạo pH môi trường trong khoảng 4 – 6 Phản ứng giữa
KI và peroxyt cần được thực hiện trong môi trường có pH từ 4 đến 6 Trong môi trường axit mạnh, phản ứng oxi hóa với oxy trong không khí dễ xảy ra, dẫn đến sai số tương đối lớn.
4I - + O2 + 4H + 2I2 + 2H2O Trong môi trường kiềm thì I2 sẽ bị khử thành iodua, cũng gây sai số khi chuẩn độ
KI được cho thêm vào để phản ứng với peroxit giải phóng ra I2 dưới dạng tự do
Lắc mạnh giúp hòa tan hoàn toàn chất béo và thúc đẩy phản ứng diễn ra nhanh hơn Phản ứng này cần thời gian và phải được thực hiện trong môi trường không có ánh sáng, vì trong hợp chất ICl, iodua có tính khử và dễ bị oxy hóa thành I2 khi tiếp xúc với oxy trong không khí.
Bổ sung hồ tinh bột và chuẩn với Na2S2O3 đến mất màu
Hồ tinh bột được sử dụng làm chất chỉ thị để xác định điểm tương đương trong quá trình chuẩn độ giữa I2 và Na2S2O3 Điểm tương đương đạt được khi màu xanh của hồ tinh bột và I2 biến mất.
Phản ứng giữa I2 và 2 Na2S2O3 tạo ra 2NaI và Na2S4O6 Sau khi thêm hồ tinh bột, cần tiến hành chuẩn độ ngay lập tức vì iot có khả năng hấp thụ mạnh lên bề mặt hồ tinh bột Nếu để lâu, iot sẽ thẩm thấu sâu vào cấu trúc hồ tinh bột, dẫn đến sai số lớn trong kết quả.
Lưu ý khi tiến hành thí nghiệm:
+ Tiến hành ở chỗ tối, tránh ánh sáng mặt trời
+ Để thuốc thử tiếp xúc với chất béo trong thời gian cần thiết
+ Thuốc thử cần phải thừa, lượng thừa cần phải gần bằng nửa lượng cho vào
Mẫu M0 (ml) Mẫu M1 (ml) Mẫu M2 (ml)
Chỉ số Peroxyt được tính theo công thức sau:
N : Nồng độ chính xác dd Na2S2O3 (= 0.001N)
V2 : Thể tích Na2S2O3 0.001N cho mẫu thử (=0mL)
V1 : Thể tích Na2S2O3 0.001N cho mẫu trắng m : Khối lượng mẫu dầu cần phân tích
- Kết quả tính toán chỉ số Peroxyt:
Chỉ số peroxyt trong mẫu không có phụ gia chống oxy hóa cao nhất, trong khi mẫu có bổ sung phụ gia BHT cho thấy chỉ số thấp hơn so với mẫu bổ sung vitamin E.
Một số nguyên nhân gây sai số có thể xảy ra:
Hóa chất KI có thể bị hỏng nếu không được sử dụng và bảo quản đúng cách Mặc dù được đựng trong chai nâu có nắp, nhưng KI vẫn bị ảnh hưởng bởi oxy trong không khí, dẫn đến hiện tượng dung dịch KI chuyển sang màu vàng.
PHỤ GIA TẠO NHŨ
Tổng quan về phụ gia tạo nhũ
Nhũ tương là hệ thống bao gồm hai chất lỏng không hòa tan nhưng có khả năng trộn lẫn Trong nhũ tương, một chất lỏng tồn tại dưới dạng các giọt nhỏ trong pha bị phân tán, trong khi chất lỏng còn lại tạo thành pha liên tục.
Phụ gia làm bền nhũ tương chủ yếu là các chất hoạt động bề mặt, với cấu trúc phân tử bao gồm nhóm ưa nước (hydrophile) và nhóm kị nước (hydrophobic) Những phụ gia này được sử dụng trong ngành dược nhằm ổn định pha phân tán trong pha liên tục, tạo cầu nối giữa hai pha này để đảm bảo tính đồng nhất và ổn định của nhũ tương.
Trong thực phâm, phân loại nhũ tương chúng ta thường gặp 2 dạng:
Hệ nhũ tương W/O : nước trong dầu, là hệ mà tong đó các giọt nước phân tán trong pha liên tục là dầu
Hệ nhũ tương O/W: là hệ mà trong đó các giọt dầu phân tán trong pha liên tục tục là nước
Nhũ tương nước/dầu còn gọi là nhũ tương loại 1 hay nhũ tương thuận Nhũ tương dầu/nước còn gọi là nhũ tương loại 2 hay nhũ tương nghịch
Có thể nhận biết và phân biệt loại nhũ tương bằng các phương pháp sau:
Thêm một ít nước vào hệ nhũ tương, nước chỉ trộn lẫn trong nhũ tương dầu/nước mà không trộn lẫn trong nhũ tương n/d
Khi thêm một lượng nhỏ chất màu tan vào nước hoặc dầu, giọt chất lỏng sẽ được nhuộm màu, cho phép xác định nhũ tương qua kính hiển vi điện tử Để đo độ dẫn điện của nhũ tương, ta nhận thấy rằng độ dẫn điện của nhũ tương d/n (độ dẫn điện của nước) lớn hơn rất nhiều so với nước/dầu, cho thấy sự khác biệt rõ rệt.
Nhũ tương có thể được phân loại dựa trên nồng độ của pha phân tán, bao gồm ba loại chính: nhũ tương loãng, nhũ tương đặc và nhũ tương rất đặc.
Nhũ tương loãng có nồng độ pha phân tán dưới 0,1%, và không chỉ đơn giản là việc pha loãng nhũ tương đặc Nó sở hữu nhiều tính chất đặc trưng, trong đó kích thước hạt nhũ tương loãng rất khác biệt so với hạt nhũ tương đặc và rất đặc, với đường kính khoảng 10~5 cm Các hạt này mang điện tích, được hình thành do sự hấp phụ các ion của chất điện ly vô cơ trong môi trường Khi không có chất điện ly, bề mặt hạt nhũ tương sẽ hấp phụ các ion OH- và H+ từ sự phân ly của nước.
Nhũ tương đậm đặc là loại nhũ tương chứa một lượng lớn pha phân tán, có thể lên đến 74% thể tích Hạt trong nhũ tương này có đường kính tương đối lớn, lớn hơn 1 micromet, và có thể quan sát được bằng kính hiển vi thông thường.
Nhũ tương gelatin hóa rất đậm đặc với tỷ lệ pha phân tán vượt quá 74% thể tích Các hạt trong nhũ tương này không còn hình cầu mà có dạng đa diện, tạo thành cấu trúc giống như tổ ong Đặc biệt, nhũ tương này có tính chất cơ học tương tự như gel, cho phép cắt bằng dao.
1.3 Thông số đặc trưng của phụ gia ổn định hệ nhũ tương
Giá trị HLB (Butylat hydroxy toluene) được sử dụng để phân loại các chất hoạt động bề mặt dựa trên tỷ lệ giữa các nhóm ưa nước và ưa béo trong phân tử, phản ánh sự cân bằng giữa phần khối lượng của các nhóm kỵ nước.
HLB = 7 + ∑(chỉ số nhóm ưa nước) - ∑(chỉ số nhóm kỵ nước)
1.4 Các chất phụ gia ổn định hệ nhũ tương 1.4.1 Lecithine
Lecithine là một chất tạo nhũ phổ biến trong công nghệ chế biến thực phẩm, có khả năng tạo nhũ và ổn định hệ nhũ tương Thuật ngữ này chỉ các nhóm chất béo màu nâu vàng có trong mô động vật, thực vật và lòng đỏ trứng, bao gồm các thành phần như acid phosphoric, choline, axit béo, glycerol, glycolipids, chất béo trung tính và phospholipid, chẳng hạn như phosphatidylcholine, phosphatidylinositol và phosphatidylethanolamine.
Tan tốt trong dầu, các dung môi không phân cực
HLB = 3 – 4 (đối với lecithine phân cực thấp), HLB = 10 – 12 (đối với lecithin hiệu chỉnh)
Lecithin là một phospholipid hoạt động bề mặt, giúp ổn định hệ nhũ tương và tạo độ nhớt mong muốn trong quá trình trộn và đổ khuôn Nó đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành tinh thể chất béo, ngăn ngừa hiện tượng "fat bloom" trên bề mặt sản phẩm, đồng thời ảnh hưởng đến độ bóng mịn của chocolate và duy trì vị ngọt lâu dài Thông thường, lecithin được chiết xuất từ chất béo trong đậu tương.
Lecithin được chiết xuất từ hạt đậu tương Nó cung cấp cho cơ thể cholin và inositol
Lecithin từ lòng đỏ trứng đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định nhũ dầu trong nước Để tăng tính tan, lecithin hydroxyl hóa được sử dụng Lecithin có thể được chiết xuất từ đậu nành và các loại đậu thông qua phương pháp hóa học (sử dụng hexane) hoặc bằng máy móc, tuy nhiên, nó có độ hòa tan thấp trong nước Trong dung dịch nước, phospholipid có thể hình thành cấu trúc mixel hoặc phiến mỏng, tùy thuộc vào độ ẩm và nhiệt độ, dẫn đến một chất bề mặt amphipathic Lecithin không chỉ được sử dụng làm chất bổ sung trong thực phẩm mà còn trong y tế, và trong nấu ăn, nó thường được dùng như một chất nhũ hóa để ngăn ngừa sự bám dính.
Liều lượng: Giới hạn tối đa trong thực phẩm là 147 mg/kg
Lecithine hoạt động trong hệ nhũ tương bằng cách tham gia vào phản ứng hóa học, giúp tạo ra các chất mong muốn Khi được thêm vào, lecithine làm tăng tính ổn định của hệ nhũ tương, từ đó cải thiện hiệu quả của quá trình sản xuất.
Có 2 cách để các phân tử chất phản ứng gặp nhau:
Lecithine tương tác qua lớp màng chất hoạt hóa bề mặt, nhưng phản ứng này diễn ra rất ít và không đáng kể.
Khi các hạt vi nhũ tương lecithine và phospholipid của dầu kết hợp với nhau, nếu có đủ lực tác động, chúng có thể hợp nhất thành một hạt lớn hơn Quá trình này cho phép các chất phản ứng trong hai hạt nhỏ hòa trộn, dẫn đến phản ứng diễn ra bên trong hạt lớn, từ đó tạo ra sản phẩm mong muốn.
Khi phân tử lecithine và phospholipid trong dầu tương tác, chúng tạo ra sức căng bề mặt giữa hai chất lỏng không tan Sức căng bề mặt này tạo ra ứng suất tại bề mặt phân pha, và năng lượng bề mặt tỷ lệ thuận với sức căng bề mặt và diện tích phân pha Để ổn định hệ nhũ tương, cần sử dụng các chất hoạt động bề mặt như lecithine, giúp giảm sức căng bề mặt của nước và giảm năng lượng bề mặt, từ đó làm bền hệ nhũ tương.
Trả Lời Câu Hỏi
Câu 1 Trình bày ý nghĩa của chỉ số peroxyt, acid, iod của dầu thực vật?
Là số gram Iode được giải phóng bởi peroxyt có trong 100 gram chất béo
Chỉ số này phản ánh sự ôi hóa của dầu mỡ
Chỉ số càng gần 1 thì càng dễ bị oxi hóa Chỉ số 7, phân hủy ở pH = 5-7, phân hủy nhanh ở pH < 5
- Phụ thuộc rất lớn vào sự có mặt của các cation
Ví dụ: Khi liên kết với K+, NH4+, dung dịch -carageenan tạo thành gel thuận nghịch về nhiệt
Khi liên kết với Na+ thì carrageenan hòa tan trong nước lạnh và không có khả năng tạo gel
Muối K+ của -carrageenan tạo gel hiệu quả nhưng gel thường giòn và dễ bị phân rã Để giảm độ giòn của gel, có thể thêm locust bean gum vào công thức.
-Carrageenan có ít liên kết ion nhưng khi tăng lực liên kết có thể tạo gel đàn hồi
Kappa: tạo gel chắc do có mặt ion kali, thường sở dụng cho sản phẩm sữa
Iota: tạo gel mềm do có mặt ion calci
Lambda: không tạo gel do có sự hiện diện của ion natri, được sử dụng như chất làm đặc
Khi liên kết với K+, NH4+, dung dịch -carageenan tạo thành gel thuận nghịch về nhiệt
Khi liên kết với Na+ thì carrageenan hòa tan trong nước lạnh và không có khả năng tạo gel
Muối K+ của -carrageenan tạo gel hiệu quả nhưng gel này có độ giòn cao và dễ bị phân rã Để cải thiện độ bền của gel, có thể thêm locust bean gum vào công thức.
Sự hình thành gel có thể xảy ra do nhiệt độ thấp hoặc khi thêm cation với nồng độ nhất định Quá trình tạo gel diễn ra phức tạp và được chia thành hai bước.
Khi nhiệt độ giảm đến một mức nhất định, phân tử carrageenan chuyển từ cấu hình cuộn ngẫu nhiên không trật tự sang dạng xoắn có trật tự Nhiệt độ chuyển đổi này phụ thuộc vào dạng và cấu trúc của carrageenan, cũng như vào loại và nồng độ muối được thêm vào dung dịch Mỗi dạng carrageenan sẽ có điểm nhiệt độ tạo gel riêng biệt.
Trả lời câu hỏi
Câu 1: nêu các bước hình thành hệ nhũ tương trong thực phẩm, phân loại hệ nhũ tương
Bước 1: Làm nhỏ pha bị phân tán
Bước 2: Phân bố đều pha bị phân tán vào pha phân tán
Câu 2: Trình bày cơ chế hoạt động của phụ gia làm bền nhũ tương?
Chất tạo nhũ là hợp chất có hai gốc ưa nước và kỵ nước, trong đó gốc kỵ nước tương tác với chất béo để tạo ra liên kết cầu béo, ngăn chặn sự hợp giọt Để duy trì tính ổn định của nhũ tương, chất làm bề nhũ tương cần có bề mặt liên pha bền vững và khả năng chống lại sự hợp giọt một cách cơ học, đồng thời phải có sức căng bề mặt liên pha lớn.
Nhũ là hỗn hợp ổn định giữa hai chất lỏng không hòa tan, trong đó sự khuếch tán của một pha lỏng vào pha lỏng kia làm tăng bề mặt tiếp xúc và năng lượng tự do của hệ thống Sự có mặt của chất hoạt động bề mặt giúp giảm sức căng bề mặt phân chia pha, từ đó giảm năng lượng tự do bề mặt và làm chậm tốc độ kết dính của các hạt, góp phần tăng cường tính bền vững của hệ thống từ góc độ nhiệt động học.
Chất hoạt động bề mặt có khả năng tạo nhũ bền nhũ nhờ vào khả năng di chuyển và chất chứa trên bề mặt phân chia pha giữa hai chất lỏng, cụ thể là bề mặt các hạt micell Chúng có khả năng làm thay đổi năng lượng bề mặt mà chúng tiếp xúc, dẫn đến hai hiệu ứng hoàn toàn riêng rẽ.
- Làm giảm sức căng bề mặt phân chia pha của hệ thống
Bền hóa bề mặt phân chia pha được thực hiện thông qua sự hình thành các lớp hấp phụ Chất hoạt động bề mặt bao gồm hai thành phần chính: phần đầu ưa nước (head hydrophilic) và phần đuôi kỵ nước (tail hydrophobic).
Khi lực tương tác giữa các phân tử của một chất lỏng không tan trong nước yếu hơn lực tương tác giữa các phân tử chất lỏng và nước, chất lỏng sẽ tạo thành một màng đơn phân tử trên bề mặt nước Trong trường hợp chất lỏng là chất hoạt động bề mặt, nhóm phân cực sẽ hướng vào nước, trong khi nhóm không phân cực sẽ hướng ra không khí.
Chọn chất nhũ tương thường gồm 2 chất: một chất rất háo nước và một chất rất háo dầu, và tìm
2 tỉ lệ phù hợp để phối trộn sẽ có tác dụng làm bên nhũ tương tốt hơn nếu dùng từng chất một
Câu 3: Trình bày tính chất và cơ chế hoạt động của phụ gia sử dụng trong bài
Lecithine là một chất tạo nhũ phổ biến trong công nghệ chế biến thực phẩm, có khả năng tạo nhũ và làm bền hệ nhũ tương Với những tính chất vượt trội, lecithine đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng sản phẩm thực phẩm.
- Tan tốt trong dầu, các dung môi không phân cực.Kí hiệu là E322
- HLB = 3 – 4 (đối với lecithine phân cực thấp), HLB = 10 – 12 (đối với lecithin hiệu chỉnh)
Phương pháp đầu tiên liên quan đến việc các phân tử lecithine thấm qua lớp màng chất hoạt hóa bề mặt và tương tác với nhau Tuy nhiên, thực tế cho thấy phản ứng diễn ra theo cách này là rất nhỏ và không đáng kể.
Khi các hạt vi nhũ tương của lecithine và phospholipid trong dầu tương tác với nhau, nếu có đủ lực tác động, hai hạt nhỏ có thể kết hợp để tạo thành một hạt lớn hơn.
2 hạt nhỏ sẽ hòa trộn, phản ứng xảy ra trong lòng hạt lớn và sản phẩm mong muốn được tạo thành
Khi các phân tử lecthine và phospholipid của dầu gặp nhau sẽ tạo nên sức căng bề mặt Khi
Khi hai chất lỏng không tan trộn lẫn nhau, bề mặt phân pha giữa chúng sẽ xuất hiện các ứng suất do sức căng bề mặt Năng lượng bề mặt tỷ lệ thuận với sức căng bề mặt và diện tích phân pha Để ổn định hệ nhũ tương, cần sử dụng các chất hoạt động bề mặt như lecithine, giúp giảm sức căng bề mặt của nước và từ đó giảm năng lượng bề mặt, làm bền hệ nhũ tương.
Laurylsulfate là một chất hoạt động bề mặt phổ biến được sử dụng trong nhiều sản phẩm chăm sóc cá nhân như xà phòng, dầu gội đầu và kem đánh răng Nó có khả năng tạo bọt hiệu quả, giúp làm sạch và mang lại cảm giác tươi mới cho người dùng.
Laurylsulfate kí hiệu E487, có HLB = 40
Chất hoạt động bề mặt có khả năng giảm sức căng bề mặt của nước, trong đó các phân tử lauryl sulfate hấp phụ lên bề mặt lỏng, tạo thành một lớp hấp phụ hydrat hóa mạnh mẽ Lớp hấp phụ này hình thành áp suất, giúp các hạt dầu duy trì độ bền vững cao và ngăn chặn sự kết dính giữa chúng.
Lauryl sulfate chứa các nhóm cực như sulfonat hoặc etoxysulfat gắn vào chuỗi hydrocarbon Những nhóm này mang điện âm và liên kết yếu với các ion như sắt, magiê, canxi trong nước, giúp duy trì hiệu quả hoạt động của nó.
Câu 4: trình bày tác hại có thể xảy ra khi sử dụng sai những phụ gia trong bài thí nghiệm
Sử dụng quá nhiều phụ gia gây lãng phí hóa chất, tốn nhiều thời gian
Sử dụng quá ít thì khả năng tạo nhũ kém, không hiệu quả để phản ứng xảy ra
Không đạt được mục đích của thí nghiệm
Hệ nhũ tương tạo ra không đạt yêu cầu, khó quan sát thí nghiệm Đối với lauryl sunfate là chất kích ứng da nên phải cẩn trọng
Câu 5: Nêu phương pháp xác định Lecithin
Lecithin là một phospholipide quan trọng Người ta xác định lecithin bằng phản ứng và những enzyme sau:
Câu 6: Kể tên vài hệ nhũ tương thường gặp và phụ gia sử dụng
Hệ nhũ tương nước trong dầu: bơ, magarine bổ sung phụ gia mono- và đi-glycerid,
Hệ nhũ tương dầu trong nước: kem, sữa bổ sung phụ gia lecithine, natri polyphotphat,…
BÀI 3: PHỤ GIA TẠO LÀM ĐẶC, LÀM DÀY
1 Tổng quan về phụ gia làm đặc, làm dầy 1.1 Khái niệm:
Phụ gia tạo đặc, tạo gel thuộc nhóm phụ gia cải thiện cấu trúc thực phẩm, bào gồm các polymer như polysaccharide, protein Chúng thuộc nhóm hydrocolloid
Hydrocolloid là các polymer tan trong nước, bao gồm polysaccharide và protein, được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp với nhiều chức năng quan trọng như tạo độ đặc và gel cho hệ lỏng, ổn định hệ bọt, nhũ tương và huyền phù, ngăn ngừa sự hình thành tinh thể đá và đường, cũng như giữ hương vị cho sản phẩm.
1.2 Nguồn cung cấp trong công nghiệp:
Phụ gia tạo gel có thể được phân loại dựa trên cấu trúc, khả năng thuận nghịch về nhiệt và thời gian tạo gel Các tiêu chí này giúp xác định tính chất và ứng dụng của các tác nhân tạo gel một cách hiệu quả.
Gelatinous additives originate from both plant and animal sources Plant-based options include cellulose, pectin, and starch, as well as tree resins like gum arabic, gum karaya, and gum tragacanth Additional plant-derived gums include guar gum, locust bean gum, tara gum, and tamarind gum, along with konjac mannan Animal-derived gel-forming agents encompass gelatin, caseinate, whey protein, and other related substances.
Vi khuẩn Xanthan gum, curdlan, dextran, gellan gum, cellulose, CMC(
Tảo - Tảo đỏ: agar, carrageenan
1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo gel
PHỤ GIA CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG BỘT MÌ
Bột mì
Bột mì là sản phẩm chế biến từ hạt lúa mì qua quá trình nghiền, trong đó vỏ cám và phôi được tách ra, chỉ giữ lại nội nhũ để nghiền thành bột mịn Hiện nay, bột mì được sản xuất từ nhiều loại lúa khác nhau, được phân loại theo màu sắc như bột mì trắng, nâu, đen và theo tính chất gluten như bột cứng hoặc mềm Bột mì dùng để làm bánh mì có hàm lượng gluten cao, giúp bánh nở tốt và giữ hình dạng sau khi nướng, trong khi bột làm bánh kem xốp chứa gluten ít hơn Bột làm bánh ngọt có gluten cao hơn bột kem xốp nhưng thấp hơn bột làm bánh mì.
Bột hạng cao dễ tiêu hóa hơn, trong khi bột hạng thấp lại chứa nhiều khoáng chất và vitamin hơn Thành phần dinh dưỡng của bột mì bao gồm gluxit và lipit, được phân chia cụ thể trong bảng dưới đây.
Bảng phân loại bột mì
Loại bột và hạng bôt
Thành phần hóa học trung bình tính bằng phần trăm chất khô
Pentozan Tinh bột Protit Chất béo Đường chung
Bảng chỉ số chất lượng của bột mì
Hạng bột Độ tro Độ lớn
Còn lại trên rây % (ít hơn)
*: tử số là số hiệu rây, mẫu số là % không lọt rây
Các hạng bột được phân loại dựa trên các tiêu chí như độ tro, độ trắng, độ mịn, độ acid và hàm lượng gluten ướt Trong đó, độ tro là chỉ số cơ bản để xác định hạng bột, bên cạnh đó, độ trắng và độ mịn cũng được xem xét Tuy nhiên, độ acid và hàm lượng gluten tươi không thể dùng để đặc trưng cho hạng bột do sự biến động của các chỉ số này.
Chất lượng bột mì được xác định bởi số lượng và chất lượng Gluten Bột hạng cao thường có Gluten sáng màu và khả năng hút nước tốt hơn Bột với hàm lượng Gluten cao thường mang lại tính chất nướng bánh vượt trội, phụ thuộc vào chất lượng của Gluten.
Khả năng tạo khí của bột được xác định bởi lượng CO2 được sinh ra trong một khoảng thời gian nhất định, tương ứng với một khối lượng bột nhào cụ thể Yếu tố này phụ thuộc vào hàm lượng đường có trong bột và khả năng sinh đường của nó.
Bột hạng cao có chất dinh dưỡng dễ tiêu hóa, trong khi bột hạng thấp lại chứa nhiều khoáng chất và vitamin hơn Hàm lượng protein trong bột thay đổi tùy thuộc vào loại bột, với hàm lượng protein tăng dần từ bột hạng cao đến bột hạng thấp; tuy nhiên, giá trị dinh dưỡng của protein trong bột hạng cao vẫn cao hơn.
Protein của bột mì được chia làm 4 loại :
- Albumin: hòa tan trong nước
- Globulin: hòa tan trong muối trung tính
Thượng hạng 0,55 260/14 260/14 28 Trắng, hơi vàng
- Glutelin: hòa tan trong dung dịch kiềm 0.2% (trong bột mì có tên riêng là Glutenin)
Prolamin, hay còn gọi là Gliadin trong bột mì, là một loại protein hòa tan trong rượu Trong bột mì, hàm lượng Glutenin và Gliadin chiếm tới 80%, với tỉ lệ giữa hai loại protein này là như nhau.
Gluten là một khối dính được hình thành khi bột mì được nhào trộn với nước, có tính chất dai và đàn hồi, giúp giữ khí và làm cho bột nở Sau khi rửa, phần tinh bột sẽ trôi đi, để lại khối gluten ướt chứa khoảng 60-70% nước Chất lượng bột mì được đánh giá dựa vào chất lượng gluten, với các tiêu chí như màu sắc, độ đàn hồi và độ chịu kéo Hàm lượng gluten ướt trong bột mì có thể dao động từ 15 đến 55%.
Khi bột mì có chất lượng bình thường, tỉ lệ gluten ướt phụ thuộc vào hàm lượng protein của bột Tuy nhiên, nếu bột mì được sản xuất từ hạt bị hỏng, sâu bệnh hoặc nảy mầm, hoặc do quá trình sấy ở nhiệt độ cao, hàm lượng gluten ướt sẽ giảm do tính hút nước của protein đã bị thay đổi.
Hàm lượng và chất lượng gluten trong bột mì phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống lúa mì, điều kiện trồng trọt, chế độ sấy hạt, gia công nước nhiệt và bảo quản Gluten chất lượng cao thường có độ đàn hồi tốt và độ chịu kéo vừa phải Nếu sử dụng bột mì chất lượng cao nhưng có độ chịu kéo thấp, bột nhào sẽ bị chảy và không đạt yêu cầu Vì vậy, chất lượng gluten ảnh hưởng lớn đến quá trình chế biến và chất lượng sản phẩm, dẫn đến việc sử dụng các chất phụ gia để cải tạo bột mì trong sản xuất.
Phụ gia cải thiện bột mì
Phụ gia cải tạo chất lượng bột mì giúp nâng cao cấu trúc bột với các đặc tính như độ dai, độ nở và khả năng giữ khí, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chế biến và tăng giá trị cảm quan cho thực phẩm Để cải thiện chất lượng gluten, người ta thường bổ sung các tác nhân oxi hóa như Vitamin C, Kali Bromat, Canxi peroxyt và các loại iodate Ngoài ra, các chất nhũ hóa như Sodium Stearoyl-2-lactylate và enzyme như protease, amylase cũng đóng vai trò quan trọng trong việc làm mềm ruột bánh và tăng cường độ mạnh của bột nhào Ngược lại, các chất khử có thể làm giảm chất lượng gluten.
Vitamin C, phổ biến dưới dạng axit ascorbic, axit dehydroascorbic và ascorbigen, chỉ tồn tại dưới dạng L trong các sản phẩm tự nhiên Đến nay, đã phát hiện 14 đồng phân và đồng đẳng của vitamin C có hoạt tính chống bệnh hoại huyết, cùng với 15 chất đồng phân không có hoạt tính Các chất này khác nhau về số lượng nguyên tử cacbon, cách sắp xếp của các nhóm nguyên tử ở các nguyên tử cacbon bất đối, cũng như dạng khử hoặc dạng oxy hóa Công thức cấu tạo của vitamin C cho thấy nó là một dẫn xuất của đường.
- Khối lượng phân tử: 176,13 g/mol
- Có dạng: bột màu trắng đến vàng nhạt (khan)
- Nhiệt độ nóng chảy: 193 0 C (phân hủy)
- Khả năng hòa tan trong nước cao
1.1.1.1 Tính chất và ứng dụng
Vitamin C là một chất chống oxy hóa quan trọng, thường xuất hiện dưới dạng tinh thể không màu hoặc màu trắng, có vị chua đặc trưng Chất này có thể đổi màu khi tiếp xúc với không khí hoặc trong điều kiện ẩm ướt Vitamin C không có mùi, tan trong nước, etanol và acetol, nhưng không tan trong chloroform và ester Cần lưu ý rằng vitamin C dễ bị phân hủy, với nhiệt độ phân hủy nằm trong khoảng từ 191 đến 194 độ C.
Tính chất khử mạnh của vitamin C chủ yếu do sự hiện diện của nhóm dienol trong phân tử Điều này cho phép vitamin C, chẳng hạn như axit ascorbic, khử các hợp chất như dung dịch Feling và bạc nitrat ngay cả ở nhiệt độ thường Trong thực phẩm, vitamin C thường được ổn định bởi các chất như protein trứng, thịt, gan, tinh bột và muối ăn Dạng ascorbigen của vitamin C là dạng liên kết với polypeptid, chiếm tới 70% tổng lượng vitamin C trong thực vật Mặc dù ascorbigen bền với các chất oxy hóa, hoạt tính của nó chỉ bằng một nửa so với vitamin C tự do Ngoài dạng liên kết với polypeptid, vitamin C còn tồn tại dưới các dạng liên kết khác.
Vitamin C có thể được tổng hợp dễ dàng trong thực vật, nhưng hầu hết động vật, ngoại trừ chuột bạch, khỉ và con người, có khả năng tự tổng hợp vitamin C từ đường glucose Nguyên nhân khiến con người không thể tổng hợp vitamin C là do thiếu các enzyme đặc hiệu cần thiết cho quá trình chuyển hóa glucose thành vitamin C.
Vitamin C khá ổn định trong môi trường axit, do đó, khi chiết xuất vitamin C từ nguyên liệu, thường sử dụng axit tricloaxetic hoặc metaphosphoric Việc bảo quản quả ở nhiệt độ 0 – 4 độ C giúp duy trì hàm lượng vitamin C mà không bị giảm sút đáng kể Tuy nhiên, trong một số dịch quả, vitamin C có thể bị oxy hóa gián tiếp bởi enzyme phenoloxydaza, dẫn đến việc dịch quả sẫm màu chậm hơn do quá trình ngưng tụ các hợp chất quinol.
Axit ascorbic, với tính chất chống oxy hóa nổi bật, thường được thêm vào dịch quả để ngăn chặn quá trình sẫm màu Ngoài ra, nó còn bảo vệ tocopherol và vitamin A trong thịt khi bảo quản, nhờ khả năng nhường hydro cho các peroxyt Để duy trì hàm lượng vitamin C, các chất ổn định như saccarose, axit hữu cơ, sorbitol, glixerin và các hợp chất antoxian, flavonoit thường được sử dụng.
1.1.1.2 Ứng dụng trong cải thiện chất lượng bột mì
Vitamin C tăng cường khả năng giữ khí của gluten, cải thiện độ cứng và độ đàn hồi của bột nhào, giúp duy trì hình dạng sau khi tạo hình và tăng thể tích, độ xốp cũng như cấu trúc sản phẩm Chất lượng gluten phụ thuộc vào cấu trúc phân tử của protid; nếu chứa nhiều axit amin cistein, sự oxi hóa sẽ tạo ra liên kết disulfua, làm cho gluten chặt hơn và có sức căng lớn hơn Điều này dẫn đến khả năng tạo khung mạng gluten bền chặt hơn và cải thiện cấu trúc bột.
Chất oxi hóa có tác dụng hạn chế hoạt động của enzyme α-amylase, ảnh hưởng đến chất lượng bột nhào bằng cách thủy phân tinh bột thành dextrin Phản ứng oxy hóa xảy ra giữa axit ascorbic và liên kết –SH trong cystein của protein, chuyển hóa thành L-dehydroascobic axit Cơ chế này hình thành axit dehydroascorbic nhờ sự hiện diện của oxy và chất oxy hóa ascorbic, tiếp theo là sự giảm Hydro của axit dehydroascorbic.
Phản ứng này xảy ra khi tất cả các nhóm –SH trong phân tử protein bị oxy hóa hoàn toàn nhờ sự có mặt của dehydroascorbic, liên quan đến hệ thống phản ứng NADH + H + NAD.
Tác dụng của acid ascorbic có thể là do các sản phẩm trung gian của các gốc oxy hóa nonenzymatic như superoxidant
VTMC không gây độc tố, nhưng khi sử dụng với liều lượng lớn từ 500mg đến 10g, có thể xảy ra một số tác dụng phụ như buồn nôn, tiêu chảy, rối loạn đường ruột và giảm khả năng hấp thu đồng.
1.2.1.4 Liều lượng bộ y tế 1997 đưa ra nhu cầu khuyến nghị cho người Việt Nam: trẻ
