Bài giảng Vật lý thực phẩm: Chương 6 Tính chất bề mặt của thực phẩm, cung cấp cho người học những kiến thức như: Sức căng bề mặt; Chất hoạt động bề mặt; Hệ keo trong thực phẩm. Mời các bạn cùng tham khảo!
Chương 6: Tính chất bề mặt thực phẩm Sức căng bề mặt Chất hoạt động bề mặt Hệ keo thực phẩm 6.1 Sức căng bề mặt • Bản chất sức căng bề mặt sức căng bề mặt liên pha – Xét cốc nước với bề mặt phân cách pha lỏng (H2O) pha khí – Mỗi phân tử nước giữ “lồng” tạo phân tử xung quanh – Các phân tử ln có chuyển động nhiệt • Phân tử sở hữu động • Động hàm số thời gian đủ lớn phân tử có khuynh hướng thoát khỏi “lồng” khuếch tán sang “lồng” bên cạnh – Năng lượng hoạt hóa cấu tử A lịng thể tích EA E1/2 Ei – Năng lượng hoạt hóa cấu tử B bề mặt EB E1/2 Eq Tương tác phân tử H2O bên bề mặt chất lỏng 6.1 Sức căng bề mặt – Vì q < i nên EB < EA : • • Nhiều phân tử khuếch tán khỏi bề mặt đến bề mặt Khoảng cách phân tử bề mặt lớn lòng thể tích Lực hấp dẫn phân tử bề mặt (// với bề mặt), tạo sức căng bề mặt Nhờ lực mà EB tăng lên đạt cân động bề mặt lịng thể tích – Tương tự với hai chất lỏng khơng trộn lẫn vào • Lực tương tác phân tửcùng loại > Lực tương tác phân tử khác loại , hai chất lỏng khơng trộn lẫn vào • EB < EA ,Lực hấp dẫn giữ phân tử bề mặt, tạo sức căng bề mặt liên pha – Sức căng bề mặt lực căng đơn vị chiều dài, xuất bề mặt chất lỏng chất khí, chất lỏng hay chất rắn khác; có chất chênh lệch lực hút phân tử khiến phân tử bề mặt chất lỏng thể đặc tính màng chất dẻo chịu lực kéo căng – Sức căng bề mặt công học thực lực căng làm cho diện tích bề mặt thay đổi đơn vị đo diện tích – Như vậy, tạo bề mặt không lợi lượng Hệ dị thể luôn có khuynh hướng thu hẹp bề mặt 6.2 Chất hoạt động bề mặt • Là chất làm ướt có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt chất lỏng • Cấu tạo chất hoạt động mặt: đầu ưa nước đuôi kị nước • Khi bị hấp phụ bề mặt phân pha hệ N/D: – Đầu ưa nước hướng pha phân cực – Đuôi kị nước hướng pha ghét nước – Tạo thành đơn lớp bề mặt, làm giảm lượng tự hệ, tăng độ ổn định hệ – Chất hoạt động bề mặt có tác dụng ổn định hệ đặc tính ưa nước cân với tính ghét nước, đặc trưng giá trị HLB (0 – 20) (độ cân ưa kị nước ), HLB = 20 x (Mh/M) • Mh khối lượng phân tử thành phần ưa nước phân tử M khối lượng phân tử toàn phân tử, 6.2 Chất hoạt động bề mặt – Giá trị HLB = tương ứng với phân tử ưa béo hoàn toàn – Giá trị HLB = 20 tương ứng với phân tử ưa nước hồn tồn – Giá trị HLB sử dụng để tiên đốn tính chất hoạt động bề mặt phân tử: • • • • • • • • HLB < 10: Có thể hịa tan béo (khơng thể hịa tan nước) HLB > 10: Có thể hịa tan nước (khơng thể hịa tan béo) HLB từ 4-8 tác nhân pha bọt HLB từ 7-11 chất nhũ hóa hệ nước dầu (N/D) HLB từ 12-16 chất nhũ hóa hệ dầu nước (D/N) HLB từ 11-14 tác nhân thấm ướt HLB từ 12-15 tác nhân tẩy rửa HLB từ 16-20 tác chất gây hòa tan (hợp chất mà hòa tan hợp chất kỵ nước vào dung dịch nước) 6.2 Chất hoạt động bề mặt 6.2 Chất hoạt động bề mặt 6.3 Hệ keo thực phẩm 6.3.1 Hệ keo gì? • Là hệ có độ phân tán cao dị thể, chất phân tán (pha phân tán) - chia nhỏ đến dạng tập hợp phân tử, nguyên tử, ion (kích thước hạt khoảng 10-9 - 10-7 m) phân bố môi trường phân tán đồng (pha liên tục) 6.3 Hệ keo thực phẩm 6.3.2 Phân loại hệ keo thực phẩm Một số hệ keo điển hình thực phẩm Tên hệ Pha phân tán Pha liên tục Sản phẩm thực phẩm Sol Rắn Lỏng Nước quả, đồ uống, siro Gel Lỏng Rắn Jam (pectin), lớp gel (bột ngô) bánh ngọt, jelly (gelatin) Nhũ tương Lỏng Lỏng Mayonnaise, sữa Nhũ tương rắn Lỏng Rắn Bơ, margarine Hệ bọt Khí Lỏng Whipped cream, lịng trắng trứng đánh thành bọt, sinh tố Hệ bọt rắn Khí Rắn Meringue, bánh mì, bánh ngọt, Kem (ice cream) 6.3 Hệ keo thực phẩm a) Hệ sol gel • Hệ sol (dung dịch keo) hỗn hợp hạt chất rắn phân bố pha lỏng • Trong số trường hợp hỗn hợp cần gia nhiệt khuấy, làm nguội, hệ sol chuyển thành hệ gel (giống chất rắn) – Khi gelatin phân tán nước gia nhiệt tạo thành sol, làm nguội phân tử protein hình thành nên mạng lưới giữ nước để tạo thành gel 6.3 Hệ keo thực phẩm – Khi tinh bột ngơ hịa với nước gia nhiệt, hạt tinh bột hấp thụ nước phân tán nước tăng độ nhớt Khi làm lạnh hỗn hợp trở thành dạng gel – Pectin hỗ trợ sản xuất jam để giúp đông tụ (trong điều kiện hàm lượng đường > 50% mội trường H+) – Agar tạo thành gel… 6.3 Hệ keo thực phẩm b) Hệ huyền phù • Là hệ có mơi trường phân tán lỏng, chất phân tán rắn, kích thước hạt lớn kích thước keo, hạt huyền phù nhìn thấy kính hiển vi • Huyền phù hấp thụ phân tán ánh sáng, khơng bền vững sa lắng • Hạt huyền phù khơng có chuyển động Brown, khơng có khả khuyếch tán khơng có áp suất thẩm thấu • Các hạt huyền phù có lớp vỏ solvat hố • Khi có mặt chất điện ly, chúng bị keo tụ 6.3 Hệ keo thực phẩm c) Hệ nhũ tương • Khái niệm – Là hệ có pha phân tán chất lỏng pha liên tục chất lỏng chất rắn – Hạt nhũ tương ln có hình cầu – Điều kiện để tạo thành nhũ tương: • Hai chất lỏng khơng tan hay tan vào • Trong hệ cần có chất ổn định gọi chất nhũ hóa • Chất nhũ hóa – Phân tử gồm hai phần: • Đầu ưa nước • Đầu ghét nước – Chất nhũ hóa giữ cho pha phân tán pha liên tục, giúp ổn định hệ nhũ tương 6.3 Hệ keo thực phẩm • Phân loại hệ nhũ tương – Theo chất chất phân tán mơi trường phân tán • Hệ nhũ tương dầu nước (D/N) – Chất phân tán chất lỏng khơng phân cực (dầu), cịn mơi trường phân tán chất lỏng phân cực (nước) • Hệ nhũ tương nước dầu (N/D) – Chất phân tán chất lỏng phân cực (nước, dấm), cịn mơi trường phân tán chất lỏng khơng phân cực (dầu) • Phương pháp phân biệt hệ nhũ tương D/N N/D: – Khảo sát khả thấm ướt với bề mặt ưa nước hay ghét nước – Khả trộn lẫn chúng với nước dầu – Khả hòa tan phẩm màu chất phân tán hay môi trường phân tán – Theo nồng độ pha phân tán • Nhũ tương lỗng: nồng độ pha phân tán < 0,1%, chúng có độ phân tán cao • Nhũ tương đậm đặc: nồng độ pha phân tán < 74%, hạt giữ nguyên dạng hình cầu độ bền vững chúng chất nhũ hoá định 6.2 Hệ keo thực phẩm • Nhũ tương đậm đặc cao độ: nồng độ pha phân tán > 74%, hạt bị biến dạng thành hình khối đa diện, xếp chặt sát với ngăn cách lớp môi trường mỏng Hệ có tính chất học giống gel hạt khơng thể sa lắng • Độ bền hệ nhũ tương – Phụ thuộc vào chất nồng độ chất nhũ hố chất nhũ hóa hấp phụ lên bề mặt làm cho sức căng bề mặt hạt giảm gây lực đẩy hạt – Chất nhũ hoá định loại nhũ tương D/N hay N/D – Các chất nhũ hố thường dùng chất HĐBM, xà phịng, chất CPT hay tinh bột sắn 6.3 Hệ keo thực phẩm d) Hệ bọt – Là hệ phân tán khí mơi trường phân tán lỏng – Các hạt bọt chiụ nén hạt bên cạnh nên bị dạng hình cầu, trở thành hình đa diện phân cách màng mỏng môi trường phân tán – Bọt tạo thành hệ có chất tạo bọt – Độ bền vững bọt phụ thuộc vào chất, nồng độ chất tạo bọt yếu tố bên – Độ bền bọt đánh giá thời gian sống bọt – Bọt điều chế cách sục khí vào dung dịch chất tạo bọt hay khuấy lắc dung dịch chất tạo bọt Cấu tạo hệ bọt 6.3 Hệ keo thực phẩm • Ví dụ lòng trắng trứng đánh, lực học làm cho albumin mỏ mạch hình thành mạng lưới, giữ khơng khí bên (whipping cream) • Khi lịng trắng trứng gia nhiệt, protein bị đông tụ tách ẩm, hình thành nên dạng bọt cứng (meringue, bánh mì, bánh ngọt, ice cream…) https://www.youtube.com/watch?v=Ryv_l9V5UO4 https://www.youtube.com/watch?v=qSHXG-5ShFk https://www.youtube.com/watch?v=ypQuZX5MVsI ... HLB từ 4-8 tác nhân pha bọt HLB từ 7-1 1 chất nhũ hóa hệ nước dầu (N/D) HLB từ 1 2- 16 chất nhũ hóa hệ dầu nước (D/N) HLB từ 1 1-1 4 tác nhân thấm ướt HLB từ 1 2-1 5 tác nhân tẩy rửa HLB từ 1 6- 20 tác... (kích thước hạt khoảng 1 0-9 - 1 0-7 m) phân bố môi trường phân tán đồng (pha liên tục) 6. 3 Hệ keo thực phẩm 6. 3.2 Phân loại hệ keo thực phẩm Một số hệ keo điển hình thực phẩm Tên hệ Pha phân... kỵ nước vào dung dịch nước) 6. 2 Chất hoạt động bề mặt 6. 2 Chất hoạt động bề mặt 6. 3 Hệ keo thực phẩm 6. 3.1 Hệ keo gì? • Là hệ có độ phân tán cao dị thể, chất phân tán (pha phân tán) - chia nhỏ