(TIỂU LUẬN) bài tập môn hóa học THỰC PHẨM ỨNG DỤNG của HOẠT độ nước CÁCH xác ĐỊNH aw

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BÔ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM    BÀI TẬP MƠN HĨA HỌC THỰC PHẨM ỨNG DỤNG CỦA HOẠT ĐỘ NƯỚC CÁCH XÁC ĐỊNH aw Nhóm SVTH : Lớp CN – Thực Phẩm 2008 GVHD: ThS TÔN NỮ MINH NGUYỆT Thành phố Hồ Chí Minh, 2009 MỤC LỤC I Hoạt độ nước II Cách xác định hoạt độ nước II.1 Phương pháp xác định hoạt độ nước II.2 Các phương pháp điều chỉnh hoạt độ nước III Ứng dụng hoạt độ nước III.1 Ảnh hưởng hoạt độ nước đến tính chất , biến đổi chất lượng sản phẩm thực phẩm III.2 Ứng dụng hoạt độ nước đến cấu trúc trạng thái sản phẩm thực phẩm 15 DANH MỤC BẢNG Bảng I.1 Hoạt độ nước gần số loại thực phẩm Bảng II.1 Giá trị hoạt độ nước (ở 25oC) dung dịch muối bão hòa Bảng II.2 Độ ẩm tương đối nhận từ dung dịch H2SO4 Bảng III.1 Ảnh hưởng hoạt độ nước đến vi sinh vật 13 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình II.1 Hình II.2 Hình III.1 Hình III.2 Đường biểu diễn hàm nước (g/100g chất khô) Máy đo hoạt độ nước Hoạt độ nước Ảnh hưởng hoạt độ nước đến vi sinh vật 14 I Hoạt độ nước  Nước thành phần khơng thể thiếu để vi sinh vật sinh trưởng Chức sinh lý nước tế bào: Hoà tan chuyển vận chất, hỗ trợ cho việc hấp thu chất dinh dưỡng, giải phóng sản phẩm trao đổi chất Tham gia vào hàng loạt phản ứng hóa học tế bào Duy trì cấu hình thiên nhiên ổn định đại phân tử protein, acid nucleic Là thể dẫn nhiệt tốt, hấp thu tốt nhiệt lượng sinh trình trao đổi chất khuếch tán kịp thời bên ngồi để trì ổn định nhiệt độ bên tế bào Duy trì hình thái bình thường tế bào Thơng qua q trình thuỷ phân hay khử nước để khống chế kết cấu tế bào (enzyme, vi ống, tiên mao ) tháo lắp virút  Hoạt độ nước gì? Tính hữu hiệu nước sinh trưởng vi sinh vật thường biểu thị độ hoạt động (hoạt độ) nước (water activity, aw) Là tỷ lệ áp suất nước dung dịch điều kiện nhiệt độ định với áp suất nước dung môi khiết điều kiện vậy: aw = P / Po Với P – áp suất bão hòa dung dịch; Po – áp suất bão hịa dung mơi ngun chất nhiệt độ Hoạt độ nước nguyên chất theo qui ước đơn vị Hoạt độ nước dung dịch hay thực phẩm nhỏ 0.95 0.95-9 0.9-0.85 0.85-0.8 0.8-0.75 0.75-0.65 0.65-0.60 0.5 0.3 0.2 Bảng I.1 Hoạt đô nước gần môt số loại thực phẩm II Cách xác định hoạt độ nước: Hoạt độ nước aw độ ẩm tương đối cân bằng, độ ẩm tương đối sán phẩm điểm chúng không nhận nước nước AI Phương pháp xác định hoạt độ nước: II.1.1 Phương pháp nội suy:  Để mẫu vật có trọng lượng định bình có độ ẩm tương đối khác Sau 2-4 giờ, cân mẫu vật bình Từ biết trọng lượng nước hay nhận vào mẫu ( tính gam 100g chất khơ) Vẽ đồ thị y = f(a w) Đường biểu diễn cắt trục x điểm: điểm aw vật phẩm  Người ta thường dùng dung dịch muối bão hòa dung dịch muối bão hòa dung dịch axit sulfuric có nồng độ định để thu a w chuẩn (hoặc độ ẩm tương đối = aw 100) Hình II.1 Đường biểu diễn hàm nước (g/100g chất khơ) [1] II.1.2 Ngồi ra, ngày người ta dùng nhiều phương pháp xác định hoạt độ nước, máy đo hoạt tính nước với thang đo hoạt độ nước: 0,03 ~ 1,00 a w, độ xác 0,003 aw, thời gian đo tối đa phút Hình II.2 Máy đo hoạt độ nước [2] II.2 Các phương pháp điều chỉnh hoạt độ nước:  Cho dịng khơng khí trực tiếp qua thực phẩm để điều chỉnh a w thực phẩm Độ ẩm tương đối mong muốn dịng khí thu cách pha trộn dịng khơng khí ẩm dịng khơng khí khơ qua dung dịch H 2SO4 có aw biết qua dung dịch muối bão hịa có aw biết  Các dung dịch muối bão hịa nguồn hữu vơ thường đươc dùng phịng thí nghiệm để thu aw mong muốn Các dung dịch điều chỉnh a w dịng khí, làm dung dịch chuẩn để khắc dụng cụ đo aw để làm dung dịch cân cho mẫu thực phẩm nhỏ Trong trường hợp tốc độ cân chậm nên tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển, thực phẩm có aw > 0,7 Hỗn hợp muối bão hòa thường tạo dung dịch có aw thấp dung dịch muối đơn Ví dụ: Hỗn hợp dung dịch NaCl bão hịa có aw = 0,715, dung dịch KCl bão hòa (aw = 0,850) theo tỉ lệ 1:1 tạo aw = 0,715 Chú ý hai muối phải có cation anion  aw thực phẩm điều chỉnh cách thêm hợp phần phụ gia có aw khác Ví dụ: thêm muối NaCl vào thực phẩm Một thực phẩm phải cân nội q trình gia cơng bảo quản tiếp sau Nếu tình trạng xảy chậm tạo điều kiện cho sinh vật phát triển hư hỏng khác xảy trước aw đạt đến mức ức chế thay đổi  Phương pháp gia cơng: Với sản phẩm khơ cách đóng bánh để phân phối lại ẩrm Có thể “gia nước” vào sản phẩm thực phẩm khô cách thăng hoa từ nước đá  Glucoza, glyxxerin, propylenglycol chất thường dùng để hạ thấp aw thực phẩm Fructoza, mantoza dùng hạn chế NaCl, glucoza chất làm ẩm sử dụng rộng rãi Propylenglycol có tính chất kháng vi sinh vật nên chất làm ẩm thực phẩm tốt Dung dịch muối bão hòa LiCl.H2O KC2H3O2 (axetat) MgCl2.6H2O K2CO3 Mg(NO3)2.H2O NaCl (NH4)2SO4 CdCl2 Li2SO4 K2CrO4 Na2HPO4 K2SO4 Bảng II.1 Giá trị hoạt độ nước (ở 25oC) dung dịch muối bão hịa [1] Đơ ẩm tương đối (aw.100)% 10 25 35 50 65 75 90 Bảng II.2 Độ ẩm tương đối nhận từ dung dịch H2SO4 [1] III Ứng dụng hoạt độ nước: III.1 Ảnh hưởng hoạt độ nước đến tính chất , biến đổi chất lượng sản phẩm thực phẩm:  Cường độ hư hỏng dạng sản phẩm hay dạng sản phẩm khác loạt yếu tố bên bên mà trước hết hoạt độ nước sản phẩm định Hình III.1 Hoạt độ nước  Nhìn chung với sản phẩm có hoạt độ nước cao trình sinh học chiếm ưu Tuy nhiên sản phẩm có hàm lượng lipit nhiều có a w cao q trình phi sinh học (oxy hóa) trội  Đối với sản phẩm có hàm ẩm thấp trung bình trình phi sinh học oxy hóa sẫm màu thường xảy tốc độ trình phụ thuộc mạnh vào hoạt độ nước III.1.1 Ảnh hưởng hoạt độ nước đến phản ứng oxy hóa chất béo  Lipit có thành phần sản phẩm thực phẩm, so với hợp phần hóa học khác thường bền vững tác động oxy khí Sản phẩm trung gian quan trọng trình oxy hóa chất béo hydroperoxit (RCOOH): Từ RCOOH tạo sản phẩm vật khác làm ành hưởng đến chất lượng sản phẩm  Khi hoạt độ nước thấp oxy hóa chất béo diễn mạnh mẽ, với tăng hoạt độ nước cường độ oxy hóa lại bị giảm a w=0,3 cường độ oxy hóa cực tiểu, sau cường độ oxy hóa lại bắt đầu tăng a w=0,7 Các sản phẩm chứa chất béo dạng khan (hàm ẩm thấp) chất béo thường phân bố bề mặt vi lỗ Oxy xâm nhập tự vào đây, oxy hóa chất béo xảy dễ dàng áp suất oxy bên thấp Trong điều kiện có lượng nước nhỏ sản phẩm kiềm hãm cách đáng kể q trình oxy hóa Tác dụng kiềm hãm nước oxy hóa lipit có lẽ tạo lớp nước hấp thụ bảo vệ bề mặt sản phẩm hạn chế xâm nhập oxy khí Nhìn chung hiệu ứng bảo vệ nước khoảng a w= 0,05-0,3 Khi tăng hoạt độ nước tốc độ oxy hóa tăng tăng độ linh động chất phản ứng vùng hấp thụ đa tầng vùng ngưng tụ  Cơ chế kiềm hãm q trình oxy hóa chất béo RCOOH tạo trình oxy hóa liên kết với nước qua cầu hydro Thông thường RCOOH bị phân hủy để tạo hai gốc tự RO OH Tốc độ phân mạch oxy hóa tăng lên có nồng độ RCOOH cao có mặt hàm ẩm định thời gian chu kỳ cảm ứng bị kéo dài lượng RCOOH tự giai đoạn thấp tạo liên kết hidro nước hydroperoxyt khiến cho phân giải hợp chất bị chậm lại Tác dụng kiềm hãm nước quan hệ với việc nước làm vơ hoạt hợp chất chứa kim loại có hoạt tính xúc tác Trong trường hợp nước đóng vai trò tác nhân tạo phức với ion kim loại có hóa trị thay đổi nhờ mà ổn định trạng thái hóa trị chúng  Kết phản ứng trao đổi điện tử kim loại bị ức chế tác dụng xúc tác phản ứng oxy hóa khơng cịn Tác dụng kiềm hãm nước kim loại thể vùng có aw = 0-0,5 Khi aw lớn 0,5 oxy hóa tăng lên mức ẩm kim loại khuyếch tán dễ dàng đến miền oxy hóa Ở hoạt độ nước cao oxy hóa bị chậm lại nồng độ kim loại bị pha loãng III.1.2 Hoạt độ nước ảnh hưởng đến phản ứng sẫm màu phi enzyme  Sẫm màu dạng hư hỏng sản phẩm thực phẩm Sự sẫm màu phản ứng caramen hóa, phản ứng melanoidin, phản ứng sản phẩm trình oxy hóa lipit với protein,… Thơng thường sắc tố có màu sẫm tạo sản phẩm có hàm ẩm thấp trung bình aw>0,5  Chẳng hạn phản ứng melanoidin tăng mạnh a w = 0,5-0,75 đạt cực đại 0,75 Phản ứng casein - glucoza người ta thấy lượng nitơ bị nhiều a w = 0,650,7 nhiệt độ 37oC, 70oC, 90oC 10  Sự tăng tốc độ sẫm màu a w=0,65-0,7 thiết lập nên lớp kép phân tử nước lớp mỏng protein kết nhóm có cực protein lộ trở thành bão hòa nước, phân tử protein tăng độ linh động tăng khả xếp nội phân tử phân tử nghĩa tăng khả phản ứng Nếu hoạt độ nước 0,7 cường độ phản ứng giảm nồng độ chất bị giảm xuống Tốc độ cực đại aw=0,75 tương ứng với nống độ cực đại chất tác dụng trạng thái hịa tan  Ngồi nước cịn rút ngắn chu kì cảm ứng phân tử melanoidin Ở thời kì cảm ứng có độ ẩm thấp tạo hợp chất trung gian hòa tan nước sau tương tác với cấu tử có khả phản ứng khác sản phẩm thực phẩm  Một yếu tố khác quan trọng có quan hệ với hoạt độ nước ảnh hưởng nhiệt độ Năng lượng hoạt hóa phản ứng sẫm màu phi enzyme tăng lên với giảm aw phản ứng bị chậm lại aw thấp  Các thực phẩm có độ ẩm trung gian thường có a w=0,6-0,8 mơi trường thuận lợi cho phản ứng làm sẫm màu Có thể làm giảm phản ứng sẫm màu sản phẩm có độ ẩm trung gian cách dùng glixerin chất làm ẩm dùng glixerin làm giảm aw từ 0,65-0,75 0,4-0,5  Ở sản phẩm thực vật quả, phản ứng làm sẫm màu xảy cực đại aw= 0,65- 0,75, sản phẩm thịt 0,3-0,6 sản phẩm sữa khô 0,7  Các sản phẩm có độ ẩm trung bình bảo quản tốt a w vượt điểm đặc trưng cho tốc độ sẫm màu cực đại chưa đạt giá trị bắt đầu gây hư hỏng vi sinh vật Tuy nhiên điều kiện xảy q trình oxy hóa làm khó khăn cho việc dự đốn mức độ hư hỏng hàm số hàm ẩm Ví dụ: Trong thực phẩm có hàm ẩm trung bình nước đóng vai trị chất kiềm hãm phản ứng oxy hóa lipit lại làm oxy hóa protein lúc nước làm trương nở protein III.1.3 Ảnh hưởng hoạt độ nước đến phản ứng enzyme sản phẩm thực phẩm Nước có vai trị làm tăng tính linh động chất sản phẩm phản ứng  Trong phản ứng thủy phân enzim nước tham gia tích cực Lượng nước sử dụng phụ thuộc vào lượng chất chất, enzyme 11  Các sản phẩm thực phẩm có hàm ẩm thấp có giá trị a w nằm điểm uốn vùng đơn tầng hoạt động enzyme cực bé coi nước tự chưa đủ để thực phản ứng  Các sản phẩm thực phẩm có độ ẩm trung bình phản ứng enzyme hoạt độ nước định Lúc yếu tố dạng thức thuận lợi nước, khả hòa tan chất khô nước khả đưa chất khơ tới tâm hoạt động enzyme có vai trị định  Các phản ứng enzyme có khả tiến hành nước di động lúc khởi đầu hoạt động enzyme trùng với lúc khởi đầu ngưng tụ ẩm mao quản sản phẩm nước di động tự dung môi chất điều kiện cấn thiết cho chất tiếp xúc với enzyme  Hoạt động phản ứng enzyme thường xuất aw>0,45  Tốc độ trình enzyme sản phẩm thực phẩm dược định yếu tố chủ yếu sau: Sự phân bố chất tham gia phản ứng sản phẩm Độ linh động chất trạng thái tập hợp cấu trúc sản phẩm định Hoạt độ nước nhiệt độ  Trong sản phẩm có hàm ẩm thấp trung bình trình thủy phân chủ yếu thường xảy Hoạt độ enzyme trình hoạt độ nước định Do đề điều kiện bảo quản tố ưu sản phẩm có độ ẩm trung bình, thấp cần phải tính đến hoạt độ nước Hoạt độ nước phải thấp điểm lên dốc đường đẳng nhiệt hấp thụ  Cũng lý xử lý nhiệt enzyme sản phẩm có hàm ẩm thấp bị vơ hoạt với mức độ bé sản phẩm có hàm ẩm cao sản phẩm khơ khung protein enzyme bị biến tính chậm sản phẩm ướt nhiều Độ bền enzyme  Với chế phẩm rắn không thành vấn đề với chế phẩm lỏng độ bền việc cần phải lưu ý Thông thường để ổn định chế phẩm thêm hợp chất NaCl, glycerin, propylenglycol chất có khả lấy nước đi, làm giảm a w 12 làm tăng độ bền enzyme Các enzyme thực phẩm giữ hoạt độ lâu dài để pH gần trung tính, nhiệt độ vừa phải nhiệt độ thấp độ ẩm thấp Điều kiện sau làm cho enzyme chậm biến tính mà cịn ngăn chặn phát triển vi sinh vật làm biến dổi enzyme Trong đa số trường hợp a w nhỏ 0,3 ngăn chặn trình trên, bảo vệ hoạt độ ban đầu enzyme  Độ bền nhiệt enzyme độ ẩm khác quan trọng độ bền chế phẩm enzyme có thời gian bảo quản nhiệt độ bình thường dài  Thơng thường người ta dùng sorbitol 70% để làm cho α- amilaza proteaza kiềm tính bền chịu biến tính nhiệt độ 80 Dung dịch glycerin 70%, glucoza 70%, sacaroza 70% có tác dụng ngăn chặn vơ hoạt nhiệt độ proteaza  Các chế phẩm làm mềm thịt dạng lỏng thường chứa papain ổn định cách thêm muối, propylenglycol glucoza Hoạt độ nước chế phẩm từ 0,6-0,8 Dùng glycerin nồng độ cao (40-80%) để ổn định chế phẩm enzyme proteaza dạng lỏng III.1.4 Ảnh hưởng hoạt dộ nước đến phát triển vi sinh vật  Sự phát triển vi sinh vật gây ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm góp phần bảo quản thực phẩm làm hỏng thực phẩm 13 Bảng III.1 Ảnh hưởng hoạt độ nước đến vi sinh vật 14 Hình III.2 Ảnh hưởng hoạt độ nước đến vi sinh vật  Sự phát triển vi sinh dạng thức khác vi khuẩn, nấm men, nấm mốc  Chỉ tiêu quan trọng mối liên hệ với nước vi sinh vật riêng biệt aw tối thiểu để vi sinh vật phát triển  Nói chung nấm mốc có aw tối thiểu 0,8 , riêng với nấm mốc ưa khô a w tối thiểu 0,65 , với nấm men có aw tối thiểu 0,88 riêng nấm men ưa thấm 0,6 , vi khuẩn có aw tối thiểu 0,91 riêng vi khuẩn ưa mặn 0,75  Nhìn chung vi khuẩn phát triển nhanh số vi sinh vật  Vi khuẩn không chịu mặn phát triển cực đại aw = 0,997-0,98 15 III.1.5 Đối với tính chất lưu biến thực phẩm Độ cứng, độ đàn hồi, độ dai, độ dẻo tính chất lưu biến cuả thực phẩm Điều kiện ẩm thực phẩm khô bán khơ có vai trị quan trọng việc tạo tính chất lưu biến chúng Nếu tăng độ ẩm tương đối cân thực phẩm có độ ẩm trung gian gần điểm uốn vùng đơn tầng (20% ẩm) tới mức ẩm 66% tăng độ cứng, độ dính hầu hết thực phẩm III.1.6 Đối với giá trị dinh dưỡng:  Ứng dụng để bảo quản thực phẩm điều kiện thích hợp, hạn chế tổn thức giá trị dinh dưỡng Ví dụ: Vitamin C tương đối bền aw thấp, để bảo quản vitamin C thực phẩm thời gian dài thực phẩm phải bảo quản nhiệt độ thấp, aw thấp tốt Trong bột mì, tăng độ ẩm 9,2% - 14,5% làm tăng tổn thất Vitamin B1, hàm ẩm 3,6%-10% hàm lượng vitamin B1 gần không đổi, hàm ẩm 14% gần 80% vitamin B1 bị Các vitamin hòa tan chất béo, phá hủy giảm aw tăng III.2 Ứng dụng hoạt độ nước đến cấu trúc trạng thái cảu sản phẩm thực phẩm: III.2.1 Đối với cấu trúc rau tươi Rau tươi chứa nhiều nước thường có độ căng, độ bóng, độ giòn định Hoạt độ nước ứng dụng tính chất cảm quan thực phẩm (rau tươi) III.2.2 Đối với tạo cấu trúc trạng thái sản phẩm thực phẩm chế biến: Sự tương tác nước với nhóm NH2, COOH, OH, -CO, -NH … protein, tạo vỏ hydrat làm cho dung dịch protein có độ nhớt, độ tan định Có ý nghĩa việc tạo gel, tạo cấu trúc cho thực phẩm phomat, giị… Nước có khả ảnh hưởng đến việc tạo nhũ tương, tạo bọt protein, tạo kết cấu đặc trưng nhiều sản phẩm thực phẩm có chứa protein  Ứng dụng: Tính tạo bọt: ứng dụng tronng sản xuất bánh, kẹo, Jery, sản phẩm giống sữa, … Tính tạo nhũ: thức uống, bánh, kẹo, cac sản phẩm sữa cho trẻ em, thịt tái tạo, … Nước cịn chất hóa dẻo tinh bột tinh bột có độ dai, độ dẻo, độ đặc, độ trong, tạo màng, tạo sợi, … cho nhiều sản phẩm 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Ngọc Tú (chủ biên) tác giả khác, Hóa học thực phẩm, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội http://rongbay.com/raovat-5506038/may-do-hoat-tinh-nuoc.html http://d.violet.vn/uploads/resources/49/370820/preview.swf http://www.foodtechsource.com/rcenter/tech_data/td_water.htm 17 ... môt số loại thực phẩm II Cách xác định hoạt độ nước: Hoạt độ nước aw độ ẩm tương đối cân bằng, độ ẩm tương đối sán phẩm điểm chúng không nhận nước nước AI Phương pháp xác định hoạt độ nước: II.1.1... Hoạt độ nước II Cách xác định hoạt độ nước II.1 Phương pháp xác định hoạt độ nước II.2 Các phương pháp điều chỉnh hoạt độ nước III Ứng dụng hoạt độ. .. giảm aw tăng III.2 Ứng dụng hoạt độ nước đến cấu trúc trạng thái cảu sản phẩm thực phẩm: III.2.1 Đối với cấu trúc rau tươi Rau tươi chứa nhiều nước thường có độ căng, độ bóng, độ giịn định Hoạt độ