Đề tài tài liệu về các chất tạo ngọt không phải saccharose trong sản xuất bánh kẹo

Sự tăng nhiệt độ của dung dịch các chấttạo ngọt từ 22oC đến 50oC làm tăng độ ngọt của những chất tạo ngọt mạnh nhưaspartame, Neo-DHC, rebaudioside-A, và stevioside, đặc biệt là ở nồng độ

Chương 1:

TÍNH CHẤT CHUNG CỦA CÁC CHẤT TẠO

VỊ NGỌT

Phân loại:

- Dựa vào giá trị dinh dưỡng của chất tạo ngọt, chia thành:

+ Chất tạo ngọt có giá trị dinh dưỡng – như chất tạo ngọt có nguồn gốc tinh bột,chất tạo ngọt có nguồn gốc trái cây, mật ong, lactose và nước ngọt lấy từ nhựa câythích

+ Chất tạo ngọt không có giá trị dinh dưỡng (hoặc chất tạo ngọt phicarbohydrate)

- Chất tạo ngọt cũng có thể được phân loại dựa trên nguồn gốc:

+ Chất tạo ngọt tự nhiên (tồn tại trong tự nhiên), như carbohydrate, stevioside,thaumatin, glycyrrhizin

+ Chất tạo ngọt nhân tạo (sản xuất bằng phương pháp tổng hợp hóa học vàkhông có trong tự nhiên) như sucralose, aspartame, acesulfame-K, cyclamates,saccharin

Bảng 1.1: Tóm tắt sơ lược về những chất có khả năng tạo ngọt

Đường saccharose

Chất tạo ngọt cường độ mạnh

Polyols Fructose

Năng lượng cung

Độ ngọt tương đối 1 30 - 3000 0,4 – 1,0 1,2

Anh hưởng lên

lượng insulin

Anh hưởng lên hệ

thống tiêu hóa Trung lập Không ảnh hưởng nhuận tràngCó thể gây Trung lập

Anh hưởng lên

răng miệng Có thể gâysâu răng Không ảnh hưởng Không ảnhhưởng Có thể gâysâu răng

- Maltose

- Lactose

- Đường nghịch đảo

- Syrup thúy phân

- Saccharine

- Cyclamate

- Acesulfame

1.2 Tính chất cảm quan của các chất tạo ngọt:

Làm thế nào để lượng hóa độ ngọt tương đối của một chất S? Để lượng hóa độngọt tương đối của một chất S, cần giả sử là chất S và saccharose có vị ngọt tươngđương nhau Khi đó người ta sẽ sử dụng giá trị tỷ lệ giữa nồng độ dung dịch chất khảosát S và nồng độ dung dịch saccharose, với điều kiện là hai dung dịch này được xem là

có độ ngọt tương đương nhau theo phương pháp đánh giá cảm quan Đơn vị đo khốilượng thường dùng là phần trăm khối lượng (w/w) hoặc mol/l

1.2.1.2Những yếu tố ảnh hưởng đến độ ngọt: [9], [11], [16], [21], [25]

Độ ngọt của chất tạo ngọt phụ thuộc vào nồng độ, pH, nhiệt độ và những thànhphần hóa học khác như những chất tạo ngọt khác hay những mùi vị khác Trong mộtvài trường hợp, tác động tâm lý cũng ảnh hưởng đến cảm nhận vị: nước quả xanh chocảm giác ít ngọt hơn nước quả đỏ mặc dù chúng chứa cùng một lượng chất tạo ngọtnhư nhau

- Độ ngọt phụ thuộc vào nhiệt độ: nhiệt độ ảnh hưởng khác nhau đến độ ngọt

của các dung dịch đường và tùy thuộc vào nồng độ dung dịch

Độ ngọt của fructose thì phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Hình 1.3 cho thấy ở nhiệt

độ thấp fructose ngọt hơn saccharose, nhưng ngược lại độ ngọt lại giảm khi nhiệt độtăng

Hình 1.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ ngọt tương đối của fructose (Source:

Shallenberge RS, Taste Chemistry, 1993)

Hình 1.4: So sánh độ ngọt giữa xylitol và đường mía ở các nhiệt độ khác nhau

Các nhà khoa học đã làm thí nghiệm như sau để nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt

độ lên độ ngọt: Mỗi chất tạo ngọt được pha ở nồng độ 2,5%; 5%; 7,5% và 10%saccharose được thí nghiệm với nhiệt độ hot (50oC) hoặc cold (6oC) Và thu được kếtquả như sau:

Nhìn chung những chất tạo ngọt có cường độ tạo ngọt mạnh thì hầu như tăng độngọt thường xuyên bởi nhiệt độ thấp hay cao Sự tăng nhiệt độ của dung dịch các chấttạo ngọt từ 22oC đến 50oC làm tăng độ ngọt của những chất tạo ngọt mạnh nhưaspartame, Neo-DHC, rebaudioside-A, và stevioside, đặc biệt là ở nồng độ thấp.Những chất tạo ngọt như saccharose và sorbitol thì có tăng nhẹ độ ngọt khi nhiệt độtăng với dung dịch có nồng độ thấp nhất Sự giảm độ ngọt do tăng nhiệt độ xảy ra đốivới những chất tạo ngọt (đường và polyhydric alcohols) bao gồm fructose, mannitol,

và saccharose Sự phát hiện này phù hợp với Paulus và Reisch khi cho rằng ngưỡngcảm nhận đường saccharose tăng ở nhiệt độ cao hơn

Ơ nhiệt độ thấp hơn ( khoảng 6oC) ít có ảnh hưởng đến ngưỡng cảm nhận ngọtcủa các chất tạo ngọt được thí nghiệm Ơ một vài nồng độ của các chất tạo ngọt cócường độ ngọt cao, khối lượng phân tử lớn (như Neo-DHC, rebaudioside-A,stevioside, và thaumatin) thì tăng đáng kể ở nhiệt độ thấp Sự giảm cường độ cảmnhận ngọt ở nhiệt độ thấp được tìm thấy ở một vài chất tạo ngọt như fructose, glucose,mannitol, và saccharose Acesulfame-K, sodium saccharin và sodium cyclamate không

có những thay đổi quan trọng về độ ngọt ở bất cứ nồng độ nào trong khoảng nhiệt độ

từ 6oC – 50oC

Hình 1.5: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lên độ ngọt

- Độ ngọt phụ thuộc vào nồng độ: nồng độ chất tạo ngọt tăng thì độ ngọt tăng

nhưng không tăng tuyến tính mà tăng đến một ngưỡng nào đó đến khi không cảm nhận

được nữa

Hình 1.6: Cường độ ngọt (I) của D-glucose, D-fructose và saccharose phụ thuộc vào

nồng độ ở những nhiệt độ khác nhau 15, 22 và 35oC

Hình 1.7: Cường độ ngọt phụ thuộc nồng độ (D-glucose, D-fructose, saccharose)

trong dung dịch có và không có ethanol

Hình 1.8: Độ ngọt tương đối của Natri saccharin trong dung dịch phụ thuộc vào nồng

độ (Khi ta thay thế dần Natri saccharin bằng saccharose)

Hình 1.9: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa cường độ ngọt và nồng độ chất tạo

ngọt Cyclamate Natri

Hình 1.10: Độ ngọt của acesulfame-K phụ thuộc vào nồng độ

- Sự phối trộn hỗn hợp đường: Hỗn hợp những sản phẩm HIS (High Intensity

sweeteners) khác nhau thường gây tác dụng tổng hợp là do độ ngọt tổng hợp cao hơn khi sử dụng riêng rẽ các chất tạo ngọt Hình 1.11 cho thấy ảnh hưởng của hỗn hợp aspartame và acesulfame-K ở 20oC

Hình 1.11: Độ ngọt của hỗn hợp Acesufame-K và Aspartame (Source: von Rymon

Lipinsky 1991)Ngoài ra ta còn có hỗn hợp giữa saccharose và các chất tạo ngọt khác Sự phốitrộn này theo những tỷ lệ khác nhau sẽ cho ra hỗn hợp có độ ngọt như mong muốn

Bảng 1.2: Độ ngọt tương đối của hỗn hợp các chất tạo ngọt với saccharose

Chất tạo ngọt Độ ngọt tương đối (25 o C)

Bảng 1.3: Khả năng cho tương tác có lợi của hỗn hợp HIS

Hỗn hợp chất tạo ngọt Tương tác có lợi

- pH: Độ ngọt thay đổi không đáng kể trong khoảng pH từ 3 đến 7 Tuy nhiên

độ chua lại tăng khi pH giảm Khi nồng độ Na+, Ca2+, K+ ở 5mM không ảnh hưởng đến

độ ngọt của bất kỳ chất tạo ngọt nào Tuy nhiên khi thêm KCl thì có sự tăng nhẹ vịđắng đối với 4 chất tạo ngọt là acesulfame-K, aspartame, fructose, và sucralose

Các nhà khoa học đã làm thí nghiệm như sau để nghiên cứu ảnh hưởng của pHđến độ ngọt của các chất tạo ngọt: mỗi chất tạo ngọt ở một trong 4 nồng độ 2,5%; 5%;7,5% và 10% saccharose được thí nghiệm với 5 pH là 3,0; 4,0; 5,0; 6,0 và 7,0 Thínghiệm diễn ra ở nhiệt độ phòng là 22oC Và kết quả thu được là:

- Độ ngọt tương đối của tất cả các chất tạo ngọt cường độ mạnh (HIS) phụ thuộc nhiều vào nồng độ và pH, như hình 1.13.

Hình 1.13: Độ ngọt của sucralose phụ thuộc vào pH và nồng độ (Source: Zannoni

Low Calorie Foods 1993)

- Anh hưởng của muối: độ ngọt tăng hay giảm tùy thuộc vào loại muối và đường.

Ví dụ như khi cho NaCl vào dung dịch đường thì không ảnh hưởng đến độngọt mà làm cho dung dịch đường trở nên đắng, vị đắng càng rõ rệt hơn khi cho KCl

Có những nồng độ muối thích hợp khi cho vào từng loại dung dịch đường sẽlàm tăng vị ngọt, do đó chọn nồng độ muối là một điều quan trọng

Hình 1.14: Độ đắng trung bình của các dung dịch chất tạo ngọt khi có mặt các muối

Bảng 1.4: Anh hưởng của các muối đến dung dịch các chất tạo ngọt

Chất tạo ngọt Những ảnh hưởng quan trọng Nhóm

Mặn

Nhóm 2Nhóm 1

Mùi cam thảoMùi kim loạiNhớt

Nhóm 2Nhóm 3Nhóm 2Nhóm 1

Mặn

Nhóm 2Nhóm 1

ChuaMặn

Nhóm 2, 3Nhóm 1Nhóm 1Với Nhóm 1: dung dịch chất tạo ngọt với CaCl 2 và NaCl

Nhóm 2: dung dịch chất tạo ngọt với KCl

Nhóm 3: dung dịch chỉ có chất tạo ngọt

- Độ nhớt: Không có sự thay đổi đáng kể về độ bền ngọt của 3 loại đường

glucose, fructose và saccharose khi độ nhớt tăng (xem hình 1.15) Nhìn chung, chỉ có

sự thay đổi nhỏ khi độ nhớt thấp (nhỏ hơn 5mPas) Vai trò của các tác nhân tạo nhớt làche giấu vị trí cảm nhận ngọt trên cơ quan cảm nhận vị giác, làm cho chất tạo ngọt khótiếp xúc với cơ quan này do đó khó cảm nhận được vị ngọt Ngoại trừ glucose, độ nhớttăng cũng không ảnh hưởng đến vị ngọt đáng kể

Hình 1.15: Anh hưởng của độ nhớt đến độ bền ngọt của dung dịch glucose,

Hình 1.16: Độ ngọt tương đối của các chất tạo ngọt

Để dễ hình dung, độ ngọt này có thể được mô tả như trên bảng sau:

Bảng 1.5: Bảng độ ngọt tương đối của một số chất tạo vị ngọt được sử dụng trong sản

Chất ngọt không có giá trị dinh dưỡng, nguồn gốc tự nhiên

GlycyrrhizinMonellineSteviosideThaumatineDihydrochalcone

Chất ngọt tổng hợp

SaccharineCyclamateAspartameAcesulfame KDucine

50 ÷ 100

1500 ÷ 2000

200 ÷ 300

2000 ÷ 3000100050035200200250

Ngày nay có nhiều polyol có giá trị, nhưng tất cả chúng ngoại trừ xylitol đều có

độ ngọt thấp hơn saccharose Độ ngọt tương đối của polyol được thể hiện ở hình 1.17

Hình 1.17: Độ ngọt tương đối của rượu đường (polyol)

1.2.2 Vị ngọt:

1.2.2.1 Định nghĩa: [2]

Vị ngọt là sự cảm nhận của người tiêu dùng khi uống hoặc ăn chất tạo ngọt Làbản chất của vị do cấu tạo hóa học của nguyên liệu tạo ra

Vị ngọt của đường saccharose được xem là vị ngọt chuẩn

1.2.2.2 Cơ quan cảm nhận vị ngọt: khả năng cảm nhận vị ngọt tập

trung vào gai vị giác trên lưỡi

1.2.2.3 Những thuyết cảm nhận vị ngọt được biết đến: [10], [28]

Thuyết các chất tạo ngọt phải chứa nhiều nhóm hydroxyl và nguyên tử Clo: Sự

phát triển của hóa học hữu cơ vào thế kỷ 19 đã đưa ra nhiều hợp chất hóa học vàphương pháp xác định cấu trúc hóa học của các chất Các nhà hóa học hữu cơ trước

đây đã cố tình hay vô tình thử nhiều sản phẩm của họ Một trong những người nỗ lựcđầu tiên để thiết lập mối tương quan hệ thống giữa cấu trúc hóa học và vị của chúng lànhà hóa học người Đức Georg Cohn, năm 1914 Ong ta đã phát triển một giả thuyết là

để gợi lên một vị nào đó thì các phân tử phải có một cấu trúc nào đó (được gọi làsapophore) để tạo ra vị Quan tâm đến vị ngọt, ông ta chú ý rằng những phân tử cóchứa nhiều nhóm hydroxyl và các nguyên tử Clo thì cho vị ngọt, và trong số hàng loạtcác chất có cấu trúc tương tự, ông nhận thấy những chất có khối lượng phân tử nhỏhơn thường cho vị ngọt hơn những chất có khối lượng phân tử lớn

Thuyết các chất tạo ngọt phải có cấu trúc glucophore hoặc auxogluc: Năm

1919, Oertly và Myers đã đề xuất một thuyết tỷ mỉ hơn dựa trên thuyết đang hiện hành

về màu sắc của thuốc nhuộm tổng hợp Họ cho rằng để tạo ngọt, các phân tử phải cómột trong hai loại cấu trúc sau: glucophore hoặc auxogluc Dựa trên những chất tạongọt đã biết vào thời đó, họ đưa ra một danh sách 6 glucophore và 9 auxogluc

Thuyết AH-B: Vào những năm đầu của thế kỷ 20, thuyết cảm nhận vị ngọt không

thu hút sự chú ý nhiều lắm mãi cho đến năm 1967 khi Robert Shallenberger và TerryAcree đưa ra thuyết cảm nhận vị ngọt AH-B Một cách đơn giản họ cho là để tạo vịngọt thì chất đó phải cho cấu trúc cho nhận proton, một chất cho có liên kết hidro(AH) và một chất nhận (B) chúng cách nhau 3 Theo thuyết này thì AH-B của chất tạo

vị ngọt phải liên kết với AH-B tương ứng của cơ quan cảm nhân vị ngọt của lưỡi đểtạo ra cảm giác ngọt

Hình 1.18: Mô hình thuyết AH-B (hệ thống cho nhận proton)

Hình 1.19: Sự tương tác của các nhóm Hydroxyl lân cận của đường với cấu trúc hình

học tương xứng trên cơ quan cảm nhận

Thuyết AH-B-X: Sự phát triển hơn của thuyết AH-B là thuyết AH-B-X được đề

xuất bởi Lemont Kier năm 1972 Trong khi những nghiên cứu trước đây không quantâm là trong một vài nhóm chức của một hợp chất, dường như có mối tương quan giữacác nhóm kỵ nước với độ ngọt Dựa trên những quan sát đó thuyết này đã cho là để tạongọt thì các hợp chất hóa học phải tạo được liên kết thứ 3 (được gán là X) mà có thểtương tác với những chỗ kỵ nước trên cơ quan cảm nhận vị ngọt

Các hợp chất tạo ngọt có chứa các đơn vị AH-B ở đó A và B đều là nhữngnguyên tử mang điện tích âm và cách nhau khoảng 2,4 – 4 Vị trí liên kết kỵ nước thứ

Thuyết 8 điểm: Một thuyết sâu hơn nữa là của Jean-Marie Tinti và Claude Nofre

năm 1991 Thuyết này bao gồm 8 vị trí tương tác giữa chất tạo ngọt với cơ quan cảmnhận độ ngọt mặc dù không phải tất cả các chất tạo ngọt đều tương tác với cả 8 vị trí.Thuyết này giúp giải thích và tìm ra những chất tạo ngọt có khả năng tạo ngọt mạnhnhư chất tạo ngọt guanidine hay lugduname có độ ngọt gấp 225000 lần saccharose

1.2.3 Hậu vị: [2]

Định nghĩa: Hậu vị là thời gian lưu của vị ngọt trong miệng của người sau khi

sử dụng

Đối với saccharose hậu vị biến mất nhanh

Tùy theo từng loại bánh kẹo mà hậu vị có những ảnh hưởng tiêu cực hay tíchcực

Bảng 1.6: Độ tan của một vài loại đường thông dụng

Độ hòa tan của “đường” %w/w ở 20 o C

- Nhiệt độ: Nhiệt độ càng tăng thì độ tan tăng nhưng không tăng tuyến tính mà

tăng theo quy luật một đường cong

So với tất cả các loại đường thì fructose là đường hòa tan nhiều nhất Dung dịchbão hòa ở 20oC là 80% khối lượng và ở 50oC là 87% khối lượng so với saccharose ở

20oC là 67% và ở 50oC là 72% Khả năng hòa tan của fructose trong rượu ngang bằngvới những đường khác Tính chất này làm cho fructose trở nên hữu dụng trong syrupbánh kẹo – syrup đòi hỏi nồng độ cao và không kết tinh khi có mặt của rượu cồn

Hình 1.21: Độ tan của các polyol phụ thuộc vào nhiệt độ

Hình 1.22: Độ tan của acesulfame-K phụ thuộc vào nhiệt độ

Ngoài ra độ tan còn phụ thuộc vào cấu trúc đường, trạng thái tập hợp đường vàthành phần đường

- Độ tan của hỗn hợp đường: độ tan chung của hỗn hợp ban đầu tăng sau đó

giảm và đối với mỗi hỗn hợp có đỉnh cực đại khác nhau

Đường nghịch đảo, glucose syrup và dextrose có cùng ảnh hưởng lên khả nănghòa tan của saccharose

Hình 1.23: Độ hòa tan của saccharose / hỗn hợp nghịch đảo ở 20oC

Khả năng hòa tan của các loại đường khác nhau đóng vai trò quan trọng trongcông nghiệp sản xuất bánh kẹo Hai tác dụng không mong muốn dưới đây sẽ xảy ranếu ta không quan tâm đến độ tan tương đối của đường:

- Vi sinh vật: nếu nồng độ chất rắn trong dung dịch thấp hơn 75%w/w thì nấm

mốc và nấm men sẽ phát triển, kết quả là xuất hiện sự lên men và thường dẫn đến hưhỏng sản phẩm

- Kết tinh, sự nổi hạt: với tỷ lệ không đúng các loại đường khác nhau sẽ gây ra

hiện tượng kết tinh không mong muốn và cấu trúc sản phẩm sẽ thay đổi

Với những loại đường kể trên thì saccharose, dextrose và fructose thì hầu như làrất có khả năng gây ra hai hiện tượng trên lên bánh kẹo

1.3.2.2Ảnh hưởng của độ nhớt đến sản xuất bánh kẹo:

Độ nhớt của dung dịch đường saccharose là lớn nhất Độ nhớt cao gây khó khăntrong quá trình nấu kẹo, cần động cơ cánh khuấy cao Kết hợp khả năng hòa tan và độnhớt rất có lợi trong sản xuất bánh kẹo

1.3.3 Trạng thái kết tinh: [19]

1.3.3.1 Thế nào là trạng thái kết tinh? Trạng thái kết tinh là một dạng

của sự tạo thành tinh thể, ở đó các nguyên tử được sắp xếp theo một quy luật nhất địnhlặp đi lặp lại liên tục trong toàn tinh thể

1.3.3.2Anh hưởng của trạng thái kết tinh đến sản xuất bánh kẹo:

Một trong những ảnh hưởng chính liên quan đến sự thay đổi trạng thái trong quátrình sản xuất kẹo là sự kết tinh các chất trong dung dịch syrup bão hòa

Khi dung dịch đạt đến trạng thái bão hòa và quá bão hòa thì xảy ra hiện tượngchuyển pha từ lỏng sang rắn Nếu quá trình hóa rắn nhanh, các phân tử chưa kịp sắpxếp lại với nhau theo các quy luật thì sẽ có dạng vô định hình; ngược lại, nếu thời gian

đủ dài hay có các điều kiện cụ thể thì sẽ xuất hiện quá trình kết tinh Trước hết là sựtạo mầm tinh thể sau đó thì các mầm tinh thể này sẽ lớn dần lên

Sự xuất hiện các mầm tinh thể là một quá trình phức tạp, xảy ra ngẫu nhiên vàđôi khi rất khó kiểm soát, nên trong sản xuất một số loại kẹo có chứa tinh thể đườngthì người ta thường cho vào các mầm tinh thể có sẵn để tạo điều kiện thu được chấtlượng đường tinh thể mong muốn trong loại kẹo đó

Các nghiên cứu cho thấy các yếu tố ảnh hưởng chính đến sự lớn dần lên của tinhthể là hiệu số nồng độ của dung dịch đường quá bão hòa và nồng độ của lớp dung dịchtrên bề mặt tinh thể Ngoài ra độ nhớt của dung dịch, nhiệt độ hay bề dày của lớp phimvật liệu cũng quyết định đến quá trình lớn lên của mầm Cho nên trong sản xuất kẹomuốn không xuất hiện các tinh thể đường thì ta có thể căn cứ vào những cơ sở trên đểđiều chỉnh thành phần nguyên liệu nhằm tạo ra được dung dịch syrup có tính chất phùhợp

Ngoại trừ những loại kẹo cần có chứa những tinh thể đường thì sự xuất hiện tinhthể đường trong sản xuất bánh kẹo là một hiện tượng không mong muốn vì nó sẽ làmgiảm giá trị cảm quan của bánh kẹo.

Trong số các loại đường, lactose kết tinh từ từ nếu không gieo mầm và sự kếttinh từ từ này tạo ra những tinh thể sạn lớn Saccharose làm giảm đáng kể khả nănghòa tan của lactose và nhân tố này phải được nghiên cứu kỹ nếu dùng lactose hay sữa

có hàm lượng chất tan cao trong sản xuất bánh kẹo, mặt khác, cấu trúc sạn khó chịu sẽxuất hiện trong quá trình bảo quản

1.3.4 Nhiệt hòa tan: [19]

1.3.4.1 Định nghĩa: Khi hòa tan một mol chất trong dung dịch, nhiệt

hòa tan là lượng nhiệt cần hấp thu hay tỏa ra của một chất để làm tan chảy chất đó

Hình 1.24: Độ giảm nhiệt độ khi hòa tan các polyol

Hình 1.25: Nhiệt hòa tan của các polyol

1.4 Tính chất hóa học:

1.4.1 Phản ứng Maillard: [1], [18], [20], [28], [29]

1.4.1.1 Định nghĩa: Phản ứng Maillard là phản ứng hóa học xảy ra

giữa đường khử và nhóm amin của protein hoặc acid amine có trong thực phẩm ở nhiệt

độ thích hợp, nó gây ra sự hóa nâu của các chất phi enzym

Mặc dù đã được dùng từ những năm xa xưa nhưng phản ứng này mới được đặttên sau khi nhà hóa học Louis-Camille Maillard nghiên cứu về nó trong những năm1910

Hình 1.26: Sơ đồ phản ứng Maillard Thực phẩm và những sản phẩm có phản ứng Maillard: Phản ứng Maillard có

vai trò tạo ra màu và vị cho thực phẩm:

- Bánh mì nướng

- Lúa mạch dùng trong whiskey và bia

- Các sản phẩm có vỏ bên ngoài tự hóa nâu

- Thịt nướng

- Sữa bột hay sữa cô đặc

Phản ứng này là nền tảng cho công nghiệp mùi vị vì loại acid amine quyết địnhđến kết quả mùi vị Sản phẩm của phản ứng Maillard bị sậm màu, giảm khả năng hòatan protein, tăng vị đắng, giảm giá trị dinh dưỡng của acid amine như lysine

1.4.1.2.1 Anh hưởng của acid amine và đường:

Các acid amine tham gia phản ứng khác nhau tùy nhiệt độ, pH và lượng nước.Theo Kretovic, acid amine có khả năng phản ứng và cho sản phẩm màu mạnhnhất là glicocol, alanine, asparagine Xystine và tyrozine trái lại cho sản phẩm màuyếu nhất Nhưng cho mùi mạnh hơn cả là valine và leusine Glicocol cho màu rất đậm,mùi của bia và vị hơi chua Alanine phản ứng chậm hơn, cho sản phẩm tương tự.Phenylalanine phản ứng rất chậm, tạo thành sản phẩm có màu nâu sẫm, mùi thơm hoahồng Leusine cho sản phẩm có màu không đáng kể, nhưng có mùi bánh mì rõ rệt.Acid glutamic có hoạt độ cao, nhưng cho sản phẩm có màu nhạt

Protein, peptite, amine, amon, và 1 số chất chứa Nitơ khác cũng có khả năngphản ứng với đường khử tạo thành chất có màu sẫm Chẳng hạn di- và tripeptit phảnứng mãnh liệt với xilose, arabinose Các protein sở dĩ tương tác được với đường là do

có các nhóm –NH2 tự do Nhóm NH2 trong protein càng nhiều thì khả năng tạoMaillard càng mạnh Khả năng tham gia phản ứng của acid amine phụ thuộc rất mạnhvào độ dài mạch Cacbon, vị trí của nhóm amin so với nhóm carbocyl Nhóm amincàng xa nhóm carbocyl thì tham gia phản ứng càng mạnh mẽ hơn acid monoamine a-acid amine hoạt động kém hơn b-acid amine

Cường độ của phản ứng cũng phụ thuộc bản chất đường khử Glucose phản ứng

mãnh liệt nhất, sau đến galactose và lactose Theo Kretovic, fructose phản ứng nhanhhơn glucose, còn các pentose (arabinose, xilose) lại có hoạt động cao nhất Đườngpentose phản ứng mạnh hơn đường hexose và đường hexose phản ứng mạnh hơndisaccharide Saccharose không phản ứng với acid amine Maltose cũng phản ứng như

glucose Như vậy điều kiện cần thiết để tạo phản ứng Maillard là có nhóm carbonyl Cường độ của phản ứng Maillard còn phụ thuộc nồng độ đường Tỉ lệ giữa acid

amine và đường thích hợp nhất là 1/2 hay 1/3 Cùng với việc tăng hợp phần, đườngthừa sẽ làm cho sản phẩm Maillard tạo được có dạng hòa tan ngay cả khi nồng độ rấtcao Do đó người ta có khuynh hướng xê dịch tỉ lệ về phía tăng hàm lượng đường.Nói chung phản ứng có thể tiến hành ngay cả khi nồng độ acid amine khôngđáng kể và tỉ lệ acid amine/đường rất bé, 1/40 thậm chí 1/300

1.4.1.2.2 Anh hưởng của nước và hoạt độ nước:

Để phản ứng Maillard tiến hành cực đại thì xung quanh mỗi phân tử protein phảitạo nên lớp đơn phân glucose và lớp đơn phân nước Như vậy, sự có mặt của nước làđiều kiện cần thiết để tiến hành phản ứng Nồng độ chất tác dụng càng cao, lượngnước càng ít thì tạo thành melanoidin càng mạnh

Tốc độ phản ứng Maillard tăng khi hoạt độ của nước tăng và tốc độ đạt cực đạikhi hoạt độ của nước trong khoảng 0,6 – 0,7 Tuy nhiên, phản ứng Maillard tạo ra

nước làm ảnh hưởng đến hoạt độ của nước và do đó có thể kiềm hãm phản ứngMaillard.

1.4.1.2.3 Anh hưởng của nhiệt độ và pH môi trường:

Ở 0°C và dưới 0°C, phản ứng Maillard không xảy ra Cùng với sự tăng nhiệt độ,vận tốc phản ứng tăng lên rất mạnh mẽ Ở các nhiệt độ khác nhau, các sản phẩm tạothành cũng khác nhau Người ta thấy ở nhiệt độ từ 95 - 100°C, phản ứng sẽ cho cácsản phẩm có tính chất cảm quan tốt hơn cả Khi nhiệt độ quá cao thì các sản phẩmMaillard tạo được sẽ có vị đắng và mùi khét

Phản ứng Maillard có thể tiến hành trong một khoảng pH khá rộng, tuy nhiêntrong môi trường kiềm phản ứng nhanh hơn vì khi đó nhóm amine sẽ không bị mất tácdụng Trong môi trường acid (pH < 3), quá trình tạo sản phẩm Maillard thể hiện rấtyếu, chủ yếu là sự phân hủy đường Cùng với sự tăng nhiệt độ phản ứng sẽ tăng nhanhngay cả khi trong môi trường acid (pH = 2)

1.4.1.2.4 Chất kìm hãm và chất tăng tốc phản ứng Maillard:

Phản ứng caramel hóa, oxy hóa và Maillard là những phản ứng có sự tham giacủa các hợp chất carbonyl: như dimedon, hydroxyamin, bisulfite Những chất này sẽkết hợp với các chất khác nhau phát sinh ra ở trong giai đoạn trung gian, do đó làmngừng các quá trình tiếp theo của phản ứng Chẳng hạn dimedon kết hợp được vớialdehyd nên có thể làm ngừng hẳn phản ứng tạo Maillard Khí sunfurơ, acid sunfurơhoặc muối của nó (bisulfite của Natri, Kali) là những chất kìm hãm rất mạnh mẽ phảnứng tạo màu Maillard Tác dụng kìm hãm của acid sunfurơ có liên quan tới các nhómkhử

Dựa vào mức độ màu sắc các sản phẩm có thể chia phản ứng thành 3 giai đoạn

kế tiếp nhau

- Giai đoạn 1: gồm phản ứng ngưng tụ carbonylamin và phản ứng chuyển vị

Amadori; sản phẩm không màu, không hấp thu ánh sáng cực tím

- Giai đoạn 2: gồm phản ứng khử nước của đường, phân hủy đường và các hợp

chất amin; sản phẩm không màu hay màu vàng, hấp thu mạnh ánh sáng cực tím

- Giai đoạn 3: gồm phản ứng ngưng tụ aldol, trùng hợp hóa aldehydamin, tạo

Như đã nói ở trên, glucose phản ứng mãnh liệt nhất, sau đến galactose và lactose.Theo Kretovic, fructose phản ứng nhanh hơn glucose, còn các pentose (arabinose,xilose) lại có hoạt động cao nhất Đường pentose phản ứng mạnh hơn đường hexose vàđường hexose phản ứng mạnh hơn disaccharide Saccharose không phản ứng với acidamine Maltose cũng phản ứng như glucose

1.4.1.5 Vai trò của phản ứng Maillard trong sản xuất bánh kẹo:

6-acetyl-1,2,3,4-tetrahydropyridine chịu trách nhiệm tạo màu cho bánh bích quyhay cracker – giống như mùi hiện có của các sản phẩm nướng như bánh mì, bỏng ngôrang, bánh ngô 2-acetyl-1-pyrroline là một loại mùi hương của gạo rang Cả hai hợpchất này có ngưỡng cảm nhận mùi dưới 0,06 ng/l

Hình 1.27: Công thức cấu tạo của 6-acetyl-1,2,3,4-tetrahydropyridine(a) và

2-acetyl-1-pyrroline (b)

1.4.2 Phản ứng Caramel: [1], [18], [20], [28]

1.4.2.1 Định nghĩa: Phản ứng Caramel xảy ra khi đường bị đun nóng

trên nhiệt độ nóng chảy của nó

Nói một cách đơn giản, phản ứng Caramel là phản ứng tách nước ra khỏi đường(như saccharose hay glucose), tiếp sau đó là các phản ứng đồng phân hóa và trùng hợp.Chẳng hạn với saccharose, sơ đồ phản ứng Caramel hóa như sau:

Và mất đi 25% nước sẽ tạo thành caramelins có màu nâu đen

Sự biến nhiệt của đường gây ra vị ngọt đắng tương tự với mật đường Caramelđược sử dụng trong hương liệu và làm tăng vị cho thực phẩm bao gồm đường caramel,bánh ngọt và bánh bích quy Khi đường tinh khiết được Caramel hóa thì nó trở thànhCaramel Phản ứng Caramel tạo ra màu và mùi vị mong muốn cho các loại bánh mì, càphê, rau quả, bia và đậu phộng Những ảnh hưởng không mong muốn của phản ứngCaramel là mùi đường cháy và vị khét

Giống như phản ứng Maillard, phản ứng Caramel là một loại phản ứng hóa nâuphi enzyme Tuy nhiên không giống với phản ứng Maillard ở chỗ phản ứng Caramel làmột quá trình tự oxi hóa còn phản ứng Maillard là một phản ứng với acid amine

Khi quá trình xảy ra, các hợp chất hóa học dễ bay hơi thoát ra tạo nên mùiCaramel Khi quá trình Caramel hóa có liên quan đến saccharose thì ta phải thêm mộtphân tử nước vào saccharose để phân tách nó thành glucose và fructose làm tăng khốilượng đường

1.4.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng Caramel:

Phản ứng Caramel xảy ra ở nhiệt độ tương đối cao khi so sánh với những phảnứng hóa nâu khác và nó phụ thuộc vào loại đường Bảng1.7 chỉ ra nhiệt độ bắt đầu1.7 chỉ ra nhiệt độ bắt đầuphản ứng Caramel của một vài loại carbohydrate thông dụng Bảng này dựa vào độtinh khiết của carbohydrate Trong một thực phẩm có nhiều loại carbohydrate khácnhau và những thành phần khác, tất cả đều ảnh hưởng đến nhiệt độ phản ứng Caramelcũng như những bước xảy ra phản ứng do đó tạo ra màu và mùi vị khác nhau

Bảng 1.7: Nhiệt độ bắt đầu phản ứng Caramel của một vài loại carbohydrate thông

thường

Đường Nhiệt độ

Fructose 95 - 100oCLactose 223 - 252oC

Saccharose 160 - 180oC

Tuy nhiên, phụ thuộc vào nồng độ đường, thành phần, pH của môi trường, thờigian đun nóng, … người ta vẫn tìm thấy các sản phẩm của sự Caramel ở nhiệt độ thấphơn điểm nóng chảy của đường Ví dụ như, saccharose có thể bắt đầu biến đổi ngaykhi ở nhiệt độ 135oC

Trên thực tế, phản ứng Caramel là một loạt những phản ứng hóa học phức tạpvẫn chưa được hiểu rõ

Phản ứng Caramel bắt đầu bằng sự nấu chảy đường ở nhiệt độ cao, tiếp sau đó làquá trình sôi tạo bọt Ơ giai đoạn này, saccharose phân hủy thành glucose và fructose.Tiếp theo là bước cô đặc, ở bước này, những đường đơn bị mất nước và phản ứng vớinhau và tạo thành những hợp chất như difructose-anhydride Bước kế tiếp là đồngphân hóa aldose thành ketose và những phản ứng tách nước thêm nữa Những phảnứng cuối cùng bao gồm phản ứng phân đoạn (tạo mùi) và phản ứng trùng hợp (tạomàu)

Những giai đoạn khác nhau của phản ứng Caramel được nhận biết qua tên dựatrên đặc điểm của sản phẩm, xem bảng 1.8 Dạng thread cho biết đường có thể đượcnhào thành thread mềm hay cứng Dạng ball cho biết là đường có thể đổ khuôn được.Dạng crack cho biết đường có thể cứng khi để nguội (và có thể bể vỡ ra) Chỉ khi cómàu xuất hiện thì mới gọi là caramel

Bảng 1.8: Các giai đoạn của phản ứng caramel saccharose

102 Không màu, mềm khi làm nguội, không

thay đổi mùi vị Dùng làm mặt bóng haylớp phủ

3 Large

Thread 104 Không màu, không thay đổi mùi vị Dùngtrong mứt trái cây

4 Small

Ball 110 – 115 Không màu, khi làm nguội thì mềm vừa,không thay đổi mùi vị Dùng làm lớp phủ

trên bề mặt kẹo, làm bánh trứng đường,kẹo mềm fondant, kẹo mềm fudge và kẹodẻo

5 Large

Ball

119 – 122 Không màu, rắn chắc khi làm nguội,

không thay đổi mùi vị Dùng trong kẹomềm caramel

6 Light

Crack 129 Không màu, rắn chắc khi làm nguội,không thay đổi mùi vị Dùng trong kẹo

hơi cứng (semi-hard candy

168 Có màu nhạt, khi làm nguội thì tạo mãnh

vỡ giống thủy tinh, không thay đổi mùi vị

188 - 204 Màu rất tối và đắng, có mùi cháy Dùng

để tạo màu nhưng kém ngọt

12 Black

Jack 210 Được biết như màu “máu khỉ” (monkey’sblood) Ơ giai đoạn này, đường bị phân

hủy thành carbon tinh khiết Có mùi vịcháy khét

tạo vị ngọt:

Tốc độ phát triển màu cao nhất gây ra bởi fructose khi phản ứng Caramelfructose xảy ra ở nhiệt độ thấp Vì vậy, những sản phẩm bánh mì có chứa mật ong haysyrup fructose nhìn chung có màu tối hơn một chút so với những sản phẩm làm từđường.

kẹo:

Caramel là một trong những loại phản ứng hóa nâu quan trọng trong thực phẩmbên cạnh những phản ứng như Maillard và sự hóa nâu của enzyme Phản ứng Caramelgây ra những biến đổi quan trọng trong thực phẩm không chỉ về màu sắc mà còn vềmùi vị

Trong suốt phản ứng Caramel có tạo ra một vài hợp chất mùi cũng như các sảnphẩm caramel trùng hợp Caramel là một hỗn hợp phức tạp gồm nhiều thành phần cóphân tử lượng lớn khác nhau Chúng có thể được chia thành 3 nhóm:

- Caramelans (C24H36O18) (như bước 8 và 9 trong bảng 1.8)

- Caramelens (C36H50O25) (như bước 10 và 11 trong bảng 1.8)

- Caramelins (C125H188O80) (như bước 12 trong bảng 1.8)

Những polymer này thường dùng để tạo màu cho các sản phẩm bánh kẹo

Phản ứng Caramel cũng đưa đến việc hình thành mùi vị Diacetyl là một hợpchất mùi quan trọng, nó được sinh ra trong suốt những giai đoạn đầu của phản ứngCaramel Diacetyl là nguyên nhân chính tạo ra mùi trong kẹo bơ (buttery) hay kẹo bơđường (butterscotch) Diacetyl không những được hình thành qua phản ứng Caramel

mà còn được sản sinh ra bởi vi khuẩn trong các sản phẩm lên men như bia, yoghurt.Bên cạnh diacetyl hàng trăm hợp chất mùi khác cũng được sinh ra ví dụ như cácfurans như hydroxymethylfurfural (HMF) và hydroxyacetylfuran (HAF), cácfuranones như hydroxydimethylfuranone (HDF), dihydroxydimethylfuranone (DDF)

và maltol từ disaccharides và hydroxymaltol từ monosaccharides Và maltol (E636) cómùi giống bánh mì mới nướng và được dùng như một chất làm tăng mùi trong bánh mì

1.5.2 So sánh khả năng tiêu hóa của các chất tạo ngọt: [28]

Khả năng tiêu hóa lactose: Để tiêu hóa được lactose cần có enzyme lactase (1-4

disaccharidase) được tiết ra bởi lông tơ của ruột (intestinal villi) và enzyme này phâncắt phân tử lactose thành glucose và galactose dễ hấp thụ Vì lactose có mặt trong hầuhết các loại sữa nên hầu hết những chỗ có thể sinh ra enzyme lactase dần cạn kiệt vàkhi đó cơ thể con người không còn khả năng chuyển hóa lactose Do đó sự mất lactasecũng là một loại bệnh ở người trưởng thành

Khả năng tiêu hóa xylitol: được cơ thể hấp thu chậm nhưng hoàn toàn Tiêu thụ

một lượng lớn xylitol ảnh hưởng đến nhuận tràng

Khả năng tiêu hóa sorbitol: Sorbitol được dùng trong cơ thể và 98% sorbitol

trong thực phẩm được tiêu hóa và 2% bị thải ra ngoài, trong cơ thể, sorbitol được tiêuhóa kém, nó phân hủy chậm tạo thành glucose Lượng lớn sorbitol (khoảng 50g hayhơn đối với người lớn) có thể dẫn đến đau bụng, đầy hơi và tiêu chảy nhẹ đến nặnghay thậm chí gây ra những vấn đề nghiêm trọng về dạ dày Sorbitol cũng có thể làmnặng hơn những bệnh ở ruột Bệnh màng lưới (retinopathy) và bệnh thần kinh(neuropathy) của những người bệnh đái tháo đường có thể liên quan đến hàm lượngquá mức sorbitol trong tế bào mắt và thần kinh Có quá nhiều sorbitol trong tế bào cóthể gây phá hủy tế bào

Khả năng tiêu hóa maltitol: Do nó được tiêu hóa chậm nên sự tiêu thụ quá mức

có thể gây ảnh hưởng đến nhuận tràng và nó thường gây ngạt và / hoặc sưng phù lên

Vì vậy đối với những người có vấn đề về hậu môn thì nên chắc chắn là không nêndùng maltitol hay những loại rượu đường tương tự khác Maltitol dễ dàng được dùngtrong thực phẩm với một lượng khổng lồ (do nó có những tính chất giống với đường)nên nó sẽ trở thành một chất độc đối với thành dạ dày

Khả năng tiêu hóa stevioside: Sự chuyển hoá của Stevioside rất chậm (hệ số

thấm là 0,16.10-6 cm/s) Sau 48 giờ, stevioside bị thải ra ngoài theo phân và nước tiểu

Khả năng tiêu hóa saccharin: Saccharin đi trực tiếp qua hệ thống tiêu hóa của

người mà không được tiêu hóa Nó không ảnh hưởng đến mức insulin trong máu vàkhông tạo năng lượng

Khả năng tiêu hóa cyclamate: Ơ người, cyclamate được hấp thụ từ ruột và được

bài tiết mà không qua chuyển hóa của thận Một số ít người có diễn ra sự chuyển hóacyclamate một lượng cyclamate dưới tác dụng của vi khuẩn ở phần ruột dưới Theonghiên cứu thì lượng cyclamate chuyển hóa > 0,2% lượng cyclamate sử dụng vào cơthể mỗi ngày

Khả năng tiêu hóa acesulfame-K: Nó không được chuyển hóa hay tồn trữ trong

cơ thể, được cơ thể hấp thụ nhanh chóng và sau đó đào thải ra ngoài

Khả năng tiêu hóa aspartame: Aspartame bị thủy phân hoàn toàn trong quá trình

tiêu hóa thành một lượng methanol và acid amine aspartic acid và phenylalanine.Những thành phần này sau đó được hấp thụ vào máu và được cơ thể sử dụng theo cáchgiống như khi chúng bắt nguồn từ những thức ăn và đồ uống khác Không có sự tíchlũy aspartame hay thành phần của nó trong cơ thể con người

Khả năng tiêu hóa sucralose: Không chuyển hóa, bị bài tiết ra ngoài theo phân

và nước tiểu Một lượng sucralose ăn vào không để lại dạ dày, chúng được thải ra quaphân và chỉ có 11 – 27% được hấp thụ Sucralose dễ bị phân hủy bởi vi sinh vật và giảiphóng ra môi trường

Chương 2: NHỮNG CHẤT TẠO NGỌT SỬ DỤNG TRONG

2.1.1.1.1.1 Công thức cấu tạo:

Hình 2.1: Công thức cấu tạo và cấu hình không gian của glucose

Tên hóa học: 6-(hydroxymethyl)oxane-2,3,4,5-tetrol

Từ đồng nghĩa với D-glucose: dextrose

Đồng phân của D-glucose: -D-glucose; -D-glucose

Khối lượng phân tử: 180,16 g/mol

Nhiệt nóng chảy: -D-glucose: 146oC; -D-glucose: 150oC

Tỷ trọng: 1,54 g/cm3

Glucose là một monosaccharide (hoặc đường đơn), là một carbohydrate quantrọng trong sinh học Tế bào sử dụng nó như một nguồn năng lượng và là chất chuyểnhóa trung gian (metabolic intermediate) Glucose là một trong những sản phẩm chínhcủa quá trình quang hợp và bắt đầu hô hấp của tế bào ở cả tế bào prokaryote và

eukaryote Tên glucose xuất phát từ tiếng Hy Lạp là glykos có nghĩa là ngọt, cộng

thêm hậu tố “-ose” có nghĩa là carbohydrate

Dạng D-glucose thường được gọi là dextrose (dextrose monohydrate), đặc biệttrong công nghệ thực phẩm L-glucose không được tế bào sử dụng

Cấu trúc:

Glucose (C6H12O6) chứa 6 nguyên tử carbon và một nhóm aldehyde và vì vậy nóđược biết như là aldohexose Phân tử glucose có thể tồn tại như một vòng hở (acyclic)

và vòng kín (cyclic) (cân bằng nhau) Dạng vòng kín là kết quả của phản ứng nội phân

tử giữa nguyên tử carbon aldehyde và C-5 nhóm hydroxyl để tạo thành hemiacetal nộiphân tử Trong dung dịch nước, cả hai dạng đều tồn tại cân bằng và ở pH 7 thì mạchvòng chiếm ưu thế hơn Một vòng chứa 5 nguyên tử carbon và 1 nguyên tử oxy, tương

tự cấu trúc của pyran, do đó glucose mạch vòng được biết như là glucopyranose.Trong vòng này, mỗi nguyên tử carbon được liên kết với nhóm hydroxyl về một phíavới sự ngoại lệ của nguyên tử carbon thứ 5, carbon thứ 5 này liên kết với carbon thứ 6ngoài vòng tạo thành nhóm CH2OH

Đồng phân:

Đường aldohexose có 16 đồng phân lập thể quang học Có sự phân chia thành 2nhóm L và D với 8 loại đường Glucose là một trong những loại đường này L và D-

glucose là hai đồng phân lập thể Chỉ 7 trong số 8 loại đường được tìm thấy trong cácsinh vật sống, trong đó D-glucose (Glu), D-galactose (Gal) and D-mannose (Man) làquan trọng nhất.

Các dạng của dextrose: dextrose có thể tồn tại ở 3 dạng:

1 -D-Glucose thủy hợp ( Dextrose hydrate): dạng tinh thể này xuất hiện trongdung dịch cô đặc ở nhiệt độ dưới 50oC

2 -D-Glucose khan: dạng tinh thể này hình thành trong dung dịch cô đặc ởnhiệt độ trong khoảng 50 – 110oC

3 -D-Glucose khan: dạng này được tách ra khi dung dịch được kết tinh ở nhiệt

độ trên 110oC (đặc biệt là trên 115oC)

2.1.1.1.1.2 Phương pháp thu nhận:

Dextrose là một loại đường rất dồi dào trong tự nhiên.Trong hầu hết trái cây vàquả mọng cũng như trong mật ong rất dồi dào dextrose

Phương pháp 1: Glucose thu được bằng việc phân tách glycogen ở động vật

và nấm, được biết như là quá trình glycogenolysis

Phương pháp 2: Thu nhận bằng phương pháp thủy phân tinh bột bằng acid

hoặc bằng enzyme

Quá trình này được biết như là “sự đường hóa”, tinh bột bị thủy phân hoàn toànthành glucose dùng xúc tác enzym glucoamylase từ nấm Aspergillus niger Điều kiệnđặc trưng của phản ứng là pH 4,0 – 4,5; 60oC và nồng độ carbohydrate từ 30 – 35%khối lượng Trong những điều kiện này, tinh bột chuyển hóa thành glucose với hiệusuất 96% trong 1 – 4 ngày Dùng dung dịch loãng hơn có thể đạt được hiệu suất caohơn, nhưng đòi hỏi thiết bị phản ứng lớn hơn và lượng nước nhiều hơn nên nhìn chung

là không kinh tế Dung dịch glucose thu được đem đi lọc để làm sạch và đem cô đặctrong thiết bị bốc hơi nhiều cấp (multiple-effect evaporator) Quá trình kết tinh nhiềulần tạo D-glucose rắn

2.1.1.1.1.3 Đặc điểm:

Vai trò như là một nguồn năng lượng: Glucose là nguồn nguyên liệu tồn tại ở

khắp mọi nơi trong sinh vật học Nó được xem là nguồn năng lượng cho hầu hết sinhvật, từ vi khuẩn đến con người Dùng glucose như là sự hô hấp của vi sinh vật ưa khíhoặc kị khí (lên men) Carbohydrate là nguồn năng lượng chính yếu cho cơ thể conngười, thông qua hô hấp hiếu khí, cung cấp khoảng 4KCal (17KJ) năng lượng / 1gthực phẩm

Vai trò của glucose trong sự thủy phân glucose:Dùng glucose như nguồn năng

lượng trong tế bào theo con đường hô hấp hiếu khí hoặc kị khí

Vai trò là một chất tiền thân:Trong thực vật và hầu hết động vật, nó là tiền thân

để sản xuất vitamin C (acid ascorbic).Glucose được dùng như là chất tiền thân choviệc tổng hợp một vài chất quan trọng Dung dịch tinh bột, tinh bột, cellulose vàglycogen (“tinh bột của động vật”) là những polyme glucose phổ biến(polysaccharide) Glucose kết hợp với frutose tạo saccharose

2.2.1.1. Fructose: [4], [28]

2.1.1.1.2.1 Công thức cấu tạo và tính chất:

Hình 2.2: Công thức cấu tạo của fructose

Fructose, hay levulose – đường quả là một monosaccharide được tìm thấy trongnhiều thực phẩm và là một trong 3 loại đường huyết quan trọng nhất cùng với glucose

và galactose, và là đồng phân của glucose

Công thức hóa học của fructose là C6H12O6 Fructose tinh khiết có độ ngọt tương

tự đường mía nhưng nó có mùi trái cây Mặc dù fructose là một hexose (đường có 6C),nhưng nó thường tồn tại ở dạng vòng 5 (một furanose) Cấu trúc này tham gia vàochuỗi hô hấp dài và mức độ phản ứng cao hơn glucose

Những đồng phân:

D-fructose có cùng cấu hình ở tại cacbon áp cuối của nó như D-glyceraldehyde.Fructose là một chất ngọt hơn glucose do cấu trúc stereomerism của nó

Hình 2.3: Cấu tạo các đồng phân của fructose

2.1.1.1.2.2 Phương pháp thu nhận:

Fructose có trong mật ong, trái cây, quả mọng, dưa và trong một vài loại rau củnhư củ cải đường, khoai lang, củ cải vàng, củ hành và thường ở dạng kết hợp vớisaccharose và glucose Fructose cũng được sinh ra từ sự tiêu hóa saccharose

2.1.1.1.2.3 Đặc điểm:

Khả năng hòa tan: fructose rất tan trong nước và nó tan nhiều nhất so với tất cả

các loại đường thương mại Dung dịch bão hòa ở 20oC là 80% khối lượng và ở 50oC là87% khối lượng so với saccharose ở 20oC là 67% và ở 50oC là 72% Khả năng hòa tancủa nó trong rượu ngang bằng với những đường khác Tính chất này làm cho nó trởnên hữu dụng trong syrup bánh kẹo – syrup đòi hỏi nồng độ cao và không kết tinh khi

có mặt của rượu cồn

Tính hút ẩm: fructose khi tan trong dung dịch đặc (strong solution) thì nó rất hút

nước Tính chất này đánh giá được bánh kẹo đem phơi ở ngoài là không được phépnhưng việc sản xuất fructose bằng cách chuyển hóa kẹo làm từ mật đường là tránh bởi

vì ẩm sẽ tăng gây hiện tượng nhầy nhớt Fructose ngậm nước kết tinh cũng rất hút ẩm

Độ ẩm của nó thường nhỏ hơn 0,1%

Nhiệt độ nóng chảy: nhiệt độ nóng chảy xấp xỉ của fructose là từ 102– 104oC.Fructose cũng góp phần “kìm kẹp” (chelate) các nguyên tố khoáng trong máu.Tác dụng này đặc biệt quan trọng đối với những chất khoáng vi lượng như đồng, crom,kẽm Bởi vì những chất tan này tồn tại với một lượng rất nhỏ, sự kìm kẹp một lượng

nhỏ sắt có thể dẫn đến bị thiếu sắt, làm giảm hệ thống miễn dịch và thậm chí khánginsulin – một nguyên nhân của bệnh tiểu đường loại II.

Fructose được dùng như là chất thay thế saccharose vì nó rẻ và ít ảnh hưởng đến

lượng đường huyết Thường fructose được dùng dưới dạng syrup ngũ cốc giàufructose – được gọi là syrup giàu ngũ cốc, đã được xử lý bởi enzym glucose isomerase.Enzym này chuyển một phần glucose thành fructose vì vậy mà ngọt hơn Trong khihầu hết các carbohydrate cung cấp bằng năng lượng nhưng fructose thì ngọt hơn vàcác nhà sản xuất chỉ cần dùng một lượng ít cũng có thể cho kết quả tương tự với nhữngcarbohydrate khác

2.1.1.1.2.4 Ứng dụng:

Fructose có thể được dùng làm tác nhân tăng mùi vị cho chocolate, mứt, trái câyđóng hộp Nó được ứng dụng nhiều trong thực phẩm nướng, thức uống, bột ngũ cốc,bánh kẹo, món tráng miệng, các sản phẩm sữa, chất dinh dưỡng dùng trong thể thao

2.3.1.1. Galactose: [28]

2.1.1.1.3.1 Công thức cấu tạo và tính chất:

Hình 2.4: Công thức cấu tạo của galactose

Cấu tạo: Galactose (Gal) (còn được gọi là đường não) Galactose có công thứchóa học là C6H12O6, khối lượng phân tử là 180,08 và nhiệt nóng chảy là 167oC Nhóm–OH đầu và cuối nằm ở cùng một phía và nhóm –OH thứ 2, thứ 3 ở phía còn lại D-galactose có cấu hình của C áp chót giống với D-glyceraldehyde Galactose là mộtđồng phân quang học của glucose

Galactose là một monosacchride, nếu kết hợp với glucose sẽ tạo thành lactosedisaccharide

2.1.1.1.3.2 Phương pháp thu nhận:

Được tìm thấy trong các sản phẩm sữa, trong củ cải đường, gum và chất nhầy Nóđược tổng hợp bởi cơ thể người, tại đây nó tạo thành một dạng glycolipid vàglycoprotein trong một vài loại mô.

Thủy phân lactose bởi xúc tác là enzyme lactase, một -galactosidase được sản

xuất bởi lac operon trong Escherichia coli (E coli), tạo thành glucose và galactose.

Trong cơ thể con người, glucose chuyển hóa thành galactose để kích thích tuyến vú cóthể tiết ra lactose

Thủy phân hemicelluose cũng tạo ra galactose

2.1.1.1.3.3 Đặc điểm:

Nó được xem là chất tạo ngọt có giá trị dinh dưỡng vì nó là thực phẩm tạo nănglượng Galactose ít ngọt hơn glucose và tan ít trong nước

Có 3 sự rối loạn quan trọng liên quan đến galactose:

- Galactosemia (sự thiếu hụt galactokinase) gây ra bệnh đục nhân mắt và chậmphát triển trí não Nếu một chế độ ăn kiêng không có galactose (galactose-free)đưa ra thích đáng từ sớm thì bệnh đục nhân mắt sẽ bị đẩy lùi mà không để lạibiến chứng tuy nhiên tổn thất trí não là vĩnh cửu

- Thiếu UDP galactose-4-epimerase là điều cực kỳ hiếm (chỉ có 2 trường hợpđược nói biết đến) Nó gây ra bệnh điếc (nerve deafness)

- Thiếu enzyme Galactose-1-phosphate uridyl transferase là một vấn đề khó giảiquyết nhất, vì một chế độ ăn kiêng không có galactose không có tác dụng lâudài

2.1.1.2 Disaccharide:

2.1.1.2.1 Maltose: [12], [28]

2.1.1.2.1.1 Công thức cấu tạo và tính chất:

Hình 2.5: Công thức cấu tạo của maltose

Tên hóa học: 4-O D-Glucopyranosyl-D-glucose

Những tên khác: Maltose, Malt sugar, Maltobiose

Công thức hóa học: C12H22O11

Khối lượng phân tử: 342,1162g/mol

Tỷ trọng: 1,54g/cm3

Độ tan trong nước: 1,080g/ml nước ở 20oC

Nhiệt nóng chảy: 102 – 103oC (monohydrate)

Maltose, hay đường mạch nha, là một disaccharide hình thành từ 2 đơn vịglucose liên kết nhau qua liên kết -1,4 glucoside Nó là thành phần quan trọng thứ haitrong hàng loạt những hợp chất hóa sinh có vòng glucose Nếu thêm một gốc glucose

Tinh bột Hóa lỏng bằng

enzyme

Đường hóa bằng enzyme

Tẩy màu

Lọc Lọc thô

thì tạo thành maltotriose, và 4 gốc glucose thì gọi là maltotetrose, … Nếu thêm nhiềugốc glucose nữa thì tạo thành dextrins, thường gọi là maltodextrin, hay thậm chí tạothành tinh bột

2.1.1.2.1.2 Phương pháp thu nhận:

Maltose được thu nhân từ nguồn tinh bột, đặc biệt là tinh bột bắp Dưới đây là sơ

đồ thu nhận maltose syrup từ nguồn tinh bột bắp

Hình 2.6: Sơ đồ thu nhận Maltose

2.1.1.2.1.3 Đặc điểm:

Khả năng tham gia phản ứng thủy phân: Maltose bị thủy phân tạo thành hai

phân tử glucose Trong cơ thể sống, enzyme maltase xúc tác cho phản ứng thủy phânnày xảy ra nhanh Trong phòng thí nghiệm đun nóng dung dịch trong môi trường acidmạnh trong vài phút cũng sẽ cho ra những sản phẩm tương tự Sự sản sinh maltosetrong ngũ cốc nẩy mầm, như lúa mạch, là một phần quan trọng của quá trình ủ Khi lúamạch được ủ thì đây là điều kiện thuận lợi để hàm lượng maltose đạt cực đại Quátrình chuyển hóa maltose bởi nấm men trong quá trình lên men tạo ra sản phẩm làethanol và CO2

Tính chất cảm quan: Maltose syrup là chất lỏng trong suốt, có mùi dễ chịu, vị

ngọt, mát, được hấp thụ tốt bởi hệ tiêu hóa của người

Độ ngọt: ngọt bằng 40% so với saccharose, 60% so với glucose.

Chống lại hiện tượng sạn cát (anti-sand) trong kẹo, jelly, jam và những thựcphẩm khác tốt Hiếm xảy ra hiện tượng kết tinh đường

Độ bền: bền ở nhiệt độ cao và trong môi trường acid, đặc biệt thích hợp để làm

kẹo Khó bị phân hủy bởi vi khuẩn đường miệng do đó không gây sâu răng

2.1.1.2.1.4 Ứng dụng:

Maltose syrup có vị ngọt nhẹ, bền với nhiệt độ và môi trường acid nên nó đượcứng dụng để tạo chất lượng tốt cho thực phẩm và kéo dài thời gian bảo quản

Hữu ích trong công nghệ sản xuất bánh kẹo

Nó giúp cải thiện chất lượng và mùi vị cho công nghiệp thức uống lạnh vì nókhông xuất hiện hiện tượng kết tinh và có nhiệt độ đông đặc thấp

Chống tinh bột cũ (older), giữ ẩm và kéo dài thời gian bảo quản cho các sảnphẩm bánh, bánh mì, thực phẩm nướng.

Vị bền trong các sản phẩm trái cây, quả giầm nước đường, jam, trái cây đónghộp

2.1.1.2.2 Lactose: [4], [28]

2.1.1.2.2.1 Công thức cấu tạo và tính chất:

Lactose, đường sữa, là một disaccharide cấu tạo bởi 2 phân tử Dgalactose và D-glucose liên kết nhau qua liên kết 1-4 glycosidic Lactose chiếm khoảng 2 – 8%trong sữa Lactose bắt nguồn từ tiếng Latin có nghĩa là sữa, công thêm đuôi –ose đểchỉ đường

-Độ hòa tan: 8g lactose/10g

Khối lượng phân tử: 342,296g/mol

2.1.1.2.2.2 Phương pháp thu nhận:

Lactose là một loại đường tự nhiên có trong sữa của động vật có vú và nó không

có trong thực vật Trong sữa bò có khoảng 4,7% nhưng trong sữa trâu thì cao hơn(6,9%) và sữa dê (6,0%)

Lactose thương mại được sản xuất từ whey sinh ra trong sản xuất phô mai hay từchất lỏng còn dư ra trong sản xuất casein Chất lỏng này được hóa chua, được đunnóng trong than hoạt tính và lọc Và sau đó nó được xử lý để tái diễn quá trình kết tinh

và mức độ tinh sạch được xác định bằng số lượng tinh thể Sự thay thế này có một ítkhó khăn bởi vì khả năng kém tan của nó và khả năng kết tinh khác thường Độ tancủa lactose ở nhiệt độ thường là khoảng 16% và tăng lên 60% ở 90oC, và trong dungdịch nó tồn tại hai dạng  và -lactose

Ơ trạng thái kết tinh, lactose có 3 dạng:  lactose ngậm nước,  lactose khan và

 lactose khan  lactose ngậm nước (một phân tử nước) là lactose thương mại, lactosekhan thu được bằng cách tách nước ở nhiệt độ 65 – 93,5oC ở áp suất thấp hay nó đượcsản xuất ở áp suất thường và nhiệt độ là 110 – 130oC Ơ dạng khan, nó có khả năng hút

ẩm trong môi trường ẩm ướt ở nhiệt độ dưới 93,5oC và khi đó nó chuyển sang dạngngậm nước, nhưng trên 93,5oC nó chuyển sang dạng  khan  lactose khan cũng đượchình thành khi lactose kết tinh trong dung dịch đậm đặc ở nhiệt độ 93,5oC

2.1.1.2.2.3 Đặc điểm:

Về dinh dưỡng: lactose là loại đường quan trọng và thúc đẩy sự tiêu hóa canxi và

phospho ở những con thú con và được xem là nguồn đường trong tế bào não

Độ ngọt: Nó không ngọt và khi trong dung dịch, nó bằng 1/6 độ ngọt saccharose,

và chính vì thế nó được đề xuất là chất thay thế đường trong một vài loại bánh kẹo đểlàm giảm bớt độ ngọt quá mức

Khả năng tiêu hóa của lactose: Những đứa trẻ nhỏ được cho bú bằng sữa của mẹ

chúng Để tiêu hóa được chúng cần có enzyme lactase (1-4 disaccharidase) được tiết rabởi lông tơ của ruột (intestinal villi) và enzyme này phân cắt phân tử lactose thànhglucose và galactose dễ hấp thụ

Vì lactose có mặt trong hầu hết các loại sữa nên hầu hết những chỗ có thể sinh raenzyme lactase dần cạn kiệt và khi đó cơ thể con người không còn khả năng chuyểnhóa lactose Do đó sự mất lactase cũng là một loại bệnh ở người trưởng thành Tuynhiên nhiều người có tổ tiên ở Châu Au, Trung Đông, An Độ và Maasai ở Đông Phi cómột kiểu gien cho lactase giúp người trưởng thành không bị mất khả năng này Vànhiều động vật tự nhiên như bò, dê, cừu cho sữa để làm thức ăn

2.1.1.3 Hỗn hợp:

2.1.1.3.1 Đường nghịch đảo: [2], [28]

2.1.1.3.1.1 Công thức cấu tạo và tính chất:

Đường nghịch đảo là hỗn hợp glucose và fructose với tỷ lệ mol 1:1

Ơ 20oC và bước sóng 546,1nm, góc quay cực của dung dịch saccharose là +66,5o

(góc quay phải), còn góc quay cực của D-glucose là +52,7o (góc quay phải) và của fructose là -92,4o (góc quay trái) Như vậy, khi phản ứng thủy phân saccharose diễn rahoàn toàn, dung dịch đường thu được sẽ có góc quay cực là -19,8o (góc quay trái) Do

D-có sự thay đổi góc quay cực của dung dịch saccharose trước và sau phản ứng nên quátrình này còn được gọi là quá trình nghịch đảo đường

Xúc tác acid có thể dùng là: acid citric, acid tartaric, malic … nhưng phổ biếnvẫn là acid ciric vì nó phổ biến, được tìm thấy trong nhiều loại trái cây và là chất tạo vịchua quan trọng trong thực phẩm

Xúc tác enzyme sử dụng là enzyme invertase Ở quy mô công nghiệp, quá trìnhnghịch đảo đường bằng invertase được thực hiện bởi hai dạng chế phẩm: enzyme hòatan và enzyme cố định

- Chế phẩm enzyme hòa tan: chế phẩm thương mại thường có dạng bột, màu từ

trắng đến vàng nhạt và được thu nhận chủ yếu từ bã thải nấm men bia

- Chế phẩm enzyme cố định: vào năm 1916, lần đầu tiên Nelson và Griffin đã

quan sát hiện tượng invertase hấp phụ trên than hoạt tính Nhưng mãi đến năm 1969,các enzyme cố định mới được ứng dụng ở quy mô công nghiệp

Ưu điểm của dùng xúc tác enzyme so với xúc tác acid là:

- Điều kiện phản ứng ôn hòa hơn: các chế phẩm invertase thương mại hiện nay

thường có nhiệt độ tối thích dao động trong khoảng 50 – 60oC và pH tối thích nằmtrong vùng acid yếu Điều này sẽ tiết kiệm chi phí năng lượng (gia nhiệt) cho quá trìnhsản xuất và ngăn ngừa hiện tượng syrup bị sẫm màu

- Chất lượng syrup thu được sẽ tốt hơn: sản phẩm không có nguy cơ bị nhiễm

kim loại nặng như trường hợp sử dụng acid vô cơ làm xúc tác cho phản ứng thủy phân

2.1.1.3.1.3 Đặc điểm:

Những ưu điểm của đường nghịch đảo so với dung dịch đường sacharose có cùngnồng độ là:

- Tăng độ ngọt cho syrup: theo Moll và cộng sự (1990) thì độ ngọt của saccharose

là 1,0; độ ngọt của glucose và fructose lần lượt là 0,7 và 1,7 Hỗn hợp glucose vàfructose với tỷ lệ mol 1:1 sẽ có độ ngọt là 1,3 Như vậy với cùng một nồng độ đườngnhư nhau thì syrup đường nghịch đảo sẽ có độ ngọt cao hơn syrup sacharose

- Tăng hàm lượng chất khô cho syrup: theo phương trình phản ứng trên, nếu sự

thủy phân xảy ra hoàn toàn thì từ 342g saccharose ban đầu sẽ cho ra 180g glucose và180g fructose – tức thu được 360g đường nghịch đảo Như vậy lượng tổng chất khôtrong syrup sau phản ứng sẽ tăng xấp xỉ 1,053 lần Điều này sẽ mang lại hiệu quả kinh

tế không nhỏ cho các nhà sản xuất

- On định chất lượng đường syrup, ngăn ngừa hiện tượng tái kết tinh đường: nồng

độ đường cao trong syrup dễ dẫn đến hiện tượng tái kết tinh đường và làm giảm độđồng nhất của syrup Khả năng hòa tan trong nước của saccharose cao hơn đôi chút sovới glucose (100ml nước ở 15oC có thể hòa tan được 197g saccharose hoặc 154gglucose) Tuy nhiên khả năng hòa tan trong nước của fructose lại cao hơn rất nhiều(100ml nước ở 20oC có thể hòa tan đến 375g fructose) Thực tế cho thấy quá trình kếttinh đường glucose và fructose khó thực hiện hơn so với saccharose Do đó phản ứngnghịch đảo saccharose sẽ tăng cường sự hòa tan của đường trong syrup nồng độ cao vàtránh được hiện tượng tái kết tinh của đường

- Tăng cường khả năng ức chế hệ vi sinh vật có trong syrup: áp lực thẩm thấu của

syrup phụ thuộc vào nồng độ các chất hòa tan trong syrup và phân tử lượng của chúng.Theo lý thuyết, nếu hai dung dịch có cùng thể tích và hàm lượng chất tan thì dung dịchchứa chất hòa tan phân tử lượng nhỏ hơn sẽ có áp lực thẩm thấu lớn hơn Giá trị áp lựcthẩm thấu càng cao sẽ càng ức chế quá trình trao đổi chất và sinh trưởng của các tế bào

vi sinh vật có trong dung dịch Quá trình nghịch đảo đường làm tăng hàm lượng cácchất tan có trong syrup đồng thời tạo ra các sản phẩm hexose có phân tử lượng nhỏhơn nhiều so với cơ chất saccharose ban đầu Do đó áp lực thẩm thấu của syrup đườngnghịch đảo luôn cao hơn syrup saccharose có cùng một nồng độ Điều này góp phần

ức chế hệ vi sinh vật có trong syrup và kéo dài thời gian bảo quản dịch đường

Ngoài những ưu điểm trên, đường fructose sẽ tạo cho syrup và thành phẩm một vịngọt tương tự các loại nước ép trái cây Do đó quá trình ngịch đảo đường không nhữnglàm tăng độ ngọt mà còn cải thiện cả vị ngọt của syrup

2.1.1.3.1.4 Ứng dụng:

Đặc biệt dùng trong công nghệ sản xuất mứt, nước ngọt không gaz và mật đường

và được vận chuyển bởi những xe hàng Những loại này cần phải được bảo quản kỹ đểtránh nhiễm vi sinh vật và xảy ra quá trình kết tinh

Quá trình nghịch đảo có thể được ứng dụng để sản xuất kẹo mềm làm nhânchocolate Nhân đã được phủ bởi chocolate trước đó, sau đó ta cho enzyme vào tronglúc vẫn còn rất nhớt, dưới tác dụng của enzyme nhân sẽ dần ít nhớt hơn theo thời gian.

2.1.1.3.2 Syrup thủy phân từ tinh bột: [2], [14], [28]

2.1.1.3.2.1 Giới thiệu:

Trong ngành công nghiệp thực phẩm, từ nguyên liệu tinh bột người ta có thể sảnxuất ra các loại syrup khác nhau như glucose, maltose, oligosaccharide hoặc syrupchứa hỗn hợp glucose và fructose được sử dụng phổ biến nhất hiện nay và thườngđược gọi là syrup giàu fructose Trong bài này, tôi chỉ đề cập đến syrup giàu fructose

- Glucoisomerase: xúc tác phản ứng chuyển hóa đường glucose thành đườngfructose (phản ứng chuyển hóa đồng phân)

2.1.1.3.2.3 Đặc điểm:

Chất lượng syrup giàu fructose được đánh giá thông qua ba nhóm chỉ tiêu dướiđây:

- Chỉ tiêu cảm quan: màu sắc, độ trong, mùi, vị

- Chỉ tiêu hóa lý: hàm lượng frutose, chỉ số DE, tổng hàm lượng chất khô, độchua, độ nhớt, …

- Chỉ tiêu vi sinh: tổng số vi khuẩn hiếu khí, nấm men và nấm mốc

2.1.1.3.2.4 Ứng dụng:

Syrup thường được dùng ở mức độ thấp tương đối trong sản xuất bánh bích quy

vì mùi vị đặc biệt của nó Nó cũng được dùng như chất giữ ẩm (là nguyên liệu ngăncản sự mất nước từ thực phẩm) và, được hiểu theo nghĩa hẹp, ngăn cản cấu trúc củabánh nướng trở nên quá cứng và giòn Syrup là con đường thuận lợi để đưa đường khửvào trong công thức bánh và vì vậy thúc đẩy phản ứng Maillard trong quá trình nướng

2.1.2 Polyols:

Polyols: [3]

Polyols cũng có thể được chia là nguồn gốc monosaccharide (sorbitol, erythritol,xylitol, mannitol), nguồn gốc disaccharide (maltitol, isomalt, lactitol) và nguồn gốcpolysaccharide (tinh bột thủy phân được hydro hóa) Chúng là những carbohydrate tạocảm giác ngọt nhưng không phải là đường hay là rượu

Polyols là những chất tạo ngọt giảm năng lượng (reduced-calorie sweeteners)phổ biến và có thể được dùng bằng một lượng đường (table sugar) nhưng thường dùngkết hợp với những chất tạo ngọt khác để đạt được độ ngọt và vị mong muốn Cung cấpnăng lượng ít hơn đường saccharose, chúng là chất ngọt trong bánh không đường, kẹo,