Bài giảng phụ gia thực phẩm biên soạn ths đặng xuân đào

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CỬU LONG - o O o - BÀI GIẢNG PHỤ GIA THỰC PHẨM Biên soạn: ThS ĐẶNG XUÂN ĐÀO VĨNH LONG, 2022 MỤC LỤC DANH SÁCH BẢNG iv DANH SÁCH HÌNH v CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ PHỤ GIA THỰC PHẨM 1.1 Khái niệm phụ gia thực phẩm 1.2 Phân loại phụ gia thực phẩm 1.2.1 Phụ gia bảo quản thực phẩm 1.2.2 Phụ gia cải thiện cấu trúc thực phẩm 1.2.3 Phụ gia dùng chế biến thực phẩm 1.2.4 Phụ gia cải thiện tính chất cảm quan thực phẩm 1.2.5 Các phụ gia khác 1.3 Công dụng phụ gia thực phẩm 1.4 Bất hợp pháp việc sử dụng phụ gia thực phẩm 1.5 Độc tính phụ gia thực phẩm 1.6 Quy định sử dụng phụ gia thực phẩm 1.6.1 Nguyên tắc lựa chọn phụ gia thực phẩm 1.6.2 Quy định sử dụng phụ gia thực phẩm CHƢƠNG PHỤ GIA BẢO QUẢN THỰC PHẨM 2.1 Phụ gia chống vi sinh vật 2.1.1 Một số phụ gia chống vi sinh vật có nguồn gốc vô 2.1.2 Một số phụ gia chống vi sinh vật có nguồn gốc hữu 10 2.2 Phụ gia chống oxy hóa chất béo 10 2.2.1 Cơ chế phản ứng oxy hóa chất béo 11 2.2.2 Cơ chế chống oxy hóa chất béo 14 2.2.3 Các chất chống oxy hóa chất béo thơng dụng 14 2.2.4 Phương pháp sử dụng chất chống oxy hóa chất béo 17 2.3 Phụ gia chống phản ứng hóa nâu 18 ii 2.3.1 Chống phản ứng hóa nâu có tham gia enzyme19 2.3.2 Chống phản ứng hóa nâu khơng có enzyme tham gia22 CHƢƠNG PHỤ GIA CẢI THIỆN CẤU TRÚC THỰC PHẨM 27 3.1 Hóa chất điều chỉnh độ ẩm sản phẩm 27 3.1.1 Hóa chất hút ẩm 27 3.1.2 Hóa chất giữ ẩm 28 3.2 Hóa chất làm 28 3.3 Các chất keo 29 3.3.1 Tính chất 29 3.3.2 Một số chất keo thông dụng 31 3.4 Các chất hoạt động bề mặt 41 3.4.1 Khái niệm 41 3.4.2 Phân loại 42 3.4.3 Chức chất hoạt động bề mặt 43 3.5 Chất nhũ hóa 45 3.5.1 Các chức chất nhũ hóa 46 3.5.2 Ứng dụng chất nhũ hóa sản xuất thực phẩm 46 CHƢƠNG PHỤ GIA DÙNG TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM 48 4.1 Cải thiện tính chất bột tạo nở 48 4.1.1 Cải thiện tính chất bột nhào 48 4.1.2 Các hóa chất tạo nở 50 4.2 Các chất tham gia vào sản xuất thực phẩm 53 4.2.1 Các chất tạo đục 53 4.2.2 Các chất làm 53 4.2.3 Chất chống đóng bánh 53 4.2.4 Chất trợ lọc 53 iii 4.2.5 Chất bôi trơn, dễ gỡ 53 4.2.6 Chất tạo màng 53 4.2.7 Các chất giúp đỡ trình tạo hình 54 4.2.8 Các photphat 54 CHƢƠNG PHỤ GIA LÀM THAY ĐỔI GIÁ TRỊ CẢM QUAN CỦA THỰC PHẨM 58 5.1 Các chất điều vị 58 5.1.1 Các acid amin 58 5.1.2 Các chất không đường 59 5.2 Các chất màu 63 5.2.1 Vai trò chất màu 64 5.2.2 Phân loại chất màu 64 5.2.3 Các chất màu hình thành trình chế biến 74 5.3 Các chất mùi 74 5.3.1 Chất mùi tự nhiên 75 5.3.2 Chất thơm tổng hợp 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 iv DANH SÁCH BẢNG Bảng LD50 số phụ gia chống vi sinh vật Bảng Ảnh hưởng số chất bảo quản vi sinh vật Bảng Sử dụng chất chống oxy hóa chất béo số quốc gia …… 15 Bảng Cơ chế phản ứng hóa nâu 18 Bảng Đặc tính số chất keo phổ biến 31 Bảng Phân chia độ nhớt nồng độ alginat 32 Bảng Liên hệ HLB đến khả phân tán hòa tan chất hoạt động bề mặt 45 Bảng Chức chất hoạt động bề mặt dựa HLB 45 Bảng Phụ gia oxy hóa dùng sản xuất bánh 48 Bảng 10 Các chất khử dùng sản xuất bánh 49 Bảng 11 Các chất dùng chế biến sản phẩm có tinh bột 50 Bảng 12 Các chất tạo nở phổ biến 52 Hình 13 Các photphate thường sử dụng 56 Bảng 14 Độ tương đối số chất không đường 59 Bảng 15 Các chất màu tổng hợp thường dùng thực phẩm 65 Bảng 16 Các chất màu vô cho phép sử dụng thực phẩm tính chất chúng 67 Bảng 17 Các chất màu tự nhiên 68 Bảng 18 Sự thay đổi màu anthocyanins theo pH 69 Bảng 19 Các chất thơm tổng hợp thường sử dụng thực phẩm 77 v DANH SÁCH HÌNH Hình Cấu trúc triglycerid 11 Hình Ảnh hưởng sản phẩm từ oxy hóa chất béo đến thực phẩm12 Hình Hai dạng đồng phân cấu tạo BHA 15 Hình Sự biến đổi màu sắc phản ứng hóa nâu có enzyme 19 Hình Ảnh hưởng nhiệt độ hoạt tính phenolase 20 Hình Ảnh hưởng thời gian xử lý đến biến đổi màu phản ứng enzyme với có mặt hợp chất sinh SO2 20 Hình Tác dụng NaCl đến biến đổi màu táo 21 Hình Quan hệ hoạt tính phenolaza pH 22 Hình Cơ chế tạo màu phản ứng Mailard 24 Hình 10 Cấu tạo phân tử acid alginic acid 32 Hình 11 Cấu trúc đơn vị cấu tạo agar 34 Hình 12 Cấu trúc gel agar 35 Hình 13 Cấu tạo cellulose hợp chất natri Carboxy Methyl Cellulose 36 Hình 14 Cấu trúc gelatin 38 Hình 15 Cấu trúc pectin 40 Hình 16 Hight Methoxyl Pectin 40 Hình 17 Low Methoxyl Pectin 41 Hình 18 Biễu diễn chất hoạt động bề mặt 42 Hình 19 Sự xếp phân tử chất hoạt động bề mặt bề mặt phân chia 42 Hình 20 Cấu trúc betaleins 70 Hình 21 Một số dạng cấu trúc carotenoids 71 Hình 22 Hai dạng chlorophyll a, b thực vật 72 Hình 23 Sơ đồ chuyển hóa chlorophyll 72 Hình 24 Cấu trúc hemoglobin 73 Hình 25 Sơ đồ chuyển hóa hemoglobin 73 vi CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ PHỤ GIA THỰC PHẨM 1.1 Khái niệm phụ gia thực phẩm Theo FAO: Phụ gia chất không dinh dưỡng thêm vào sản phẩm với ý định khác Thông thường chất có hàm lượng thấp dùng để cải thiện tính chất cảm quan, cấu trúc, mùi vị bảo quản sản phẩm Theo WHO: Phụ gia chất khác thực phẩm diện thực phẩm kết số mặt: sản xuất, chế biến, bao gói, tồn trữ Các chất khơng bao gồm nhiễm bẩn Theo Ủy ban Tiêu chuẩn hóa thực phẩm quốc tế (Codex Alimentarius Commisson - CAC): Phụ gia chất có hay khơng có giá trị dinh dưỡng, không tiêu thụ thông thường thực phẩm không sử dụng thành phần thực phẩm Việc bổ sung chúng vào thực phẩm để giải mục đích cơng nghệ sản xuất, chế biến, bao gói, bảo quản, vận chuyển thực phẩm nhằm cải thiện cấu kết đặc tính kỹ thuật thực phẩm Phụ gia thực phẩm không bao gồm chất ô nhiễm chất độc bổ sung vào thực phẩm nhằm trì hay cải thiện thành phần dinh dưỡng thực phẩm Theo TCVN: Phụ gia thực phẩm chất không coi thực phẩm hay thành phần chủ yếu thực phẩm, có khơng có giá trị dinh dưỡng, đảm bảo an toàn cho sức khỏe, chủ động cho vào thực phẩm với lượng nhỏ nhằm trì chất lượng, hình dạng, mùi vị, độ kiềm axít thực phẩm, đáp ứng u cầu cơng nghệ chế biến, đóng gói, vận chuyển bảo quản thực phẩm Như vậy, phụ gia thực phẩm khơng phải thực phẩm mà bổ sung cách chủ ý, trực tiếp gián tiếp vào thực phẩm, cải thiện tính chất đặc tính kỹ thuật thực phẩm Phụ gia thực phẩm tồn thực phẩm thành phần thực phẩm với giới hạn tối đa cho phép quy định Với phát triển khoa học công nghệ nay, giới hạn phụ gia sử dụng thực phẩm ngày xác đảm bảo an toàn cho người sử dụng thực phẩm (Đàm Sao Mai, 2012) 1.2 Phân loại phụ gia thực phẩm 1.2.1 Phụ gia bảo quản thực phẩm Tùy theo nguyên nhân gây hư hỏng thực phẩm, phụ gia bảo quản chia làm loại chính: Phụ gia chống vi sinh vật: sử dụng để kìm hãm ngăn ngừa vi sinh vật, đóng vai trị kéo dài thời gian sử dụng thực phẩm Thực phẩm thường bị vi sinh vật làm hư hỏng Dưới tác dụng chất phụ gia chống vi sinh vật, thực phẩm bảo quản lâu hơn, trình hư thối bị chậm lại, phẩm chất hấp dẫn giữ tốt Hình 21 Một số dạng cấu trúc carotenoids Carotenoids không tan nước, tan dung môi hữu cơ, ổn định môi trường kiềm dễ bị biến đổi môi trường acid Hợp chất dễ bị oxy hóa phân tử có nối đơi, oxy hóa tăng mạnh có diện sulfite ion kim loại Các chất H2O2 nhóm halogen làm màu carotenoids Trong q trình chế biến caroten, oxygen khơng khí nhiệt độ nguyên nhân chuyển dạng Trans-thành dạng Cis- Các enzyme oxy hoá lypoxydaza nguyên nhân làm màu caroten rau Caroten ổn định mơi trường O2 chần ngun liệu tiêu diệt enzyme oxy hóa Lạnh đơng ảnh hưởng đến trình biến màu caroten Hợp chất màu carotenoids sử dụng phổ biến công nghiệp thực phẩm nhằm bảo quản sản phẩm hay tăng 119 màu sắc tạo giá trị cảm quan cho sản phẩm Nhiều sản phẩm thị trường có bổ sung nhóm màu bơ, margarine, dầu, phomát, kem, sữa chua, sản phẩm thịt, snacks,… d Chlorophyll Chlorophyll chất có màu xanh thực vật che mờ màu sắc khác thực vật Phân tán nguyên sinh chất gọi lục lạp hạt diệp lục, chiếm khoảng 1% hàm lượng chất khô xanh Các chlorophyll tìm thấy thực vật dạng: a, b chlorophyll theo tỉ lệ chlorophyll a : chlorophyll b = 3:1 - Chlorophyll a: có màu xanh đậm sáng, cơng thức hóa học C55H72O5N4Mg - Chlorophyll b: có màu xanh vàng, cơng thức hóa học C55H70O6N4Mg 120 Hình 22 Hai dạng chlorophyll a, b thực vật Sự biến màu chlorophyll trình bảo quản, chế biến phụ thuộc vào phản ứng thay Mg2+ để thành lập pheophytin pyropheophytins Cơ chế phản ứng thay đổi chlorophyll bảo quản chế biến thực phẩm thể sơ đồ sau: Hình 23 Sơ đồ chuyển hóa chlorophyll Việc bảo vệ màu xanh q trình chế biến khơng phải lúc thành cơng Giá trị pH đóng vai trị quan trọng phản ứng giữ màu, gia tăng pH giữ màu tốt (có màu sắc đậm hơn) sản phẩm có màu sắc khơng ổn định Các muối anonium thường dùng phản ứng để làm chậm thành lập pheophytin loại rau lạnh đơng có qua chần Khi gia nhiệt môi trường acid, chlorophyll bị H2 thay vị trí Mg chuyển thành pheophytin có màu xanh olive Trong mơi trường kiềm chất bị xà phịng hóa giữ màu xanh cây, chất thường sử dụng để bảo 121 vệ màu Mg(OH)2, Ca(OH)2 Đối với ion Zn2+ Cu2+ tạo phức với chlorophyll, thay nguyên tử hydrogen dẫn xuất chlorophyll Mg2+, pheophytin pheophorbide tạo màu xanh Các dạng Cuchlorophyll phép sử dụng Zn giới hạn liều lượng nhỏ 75 ppm (Lê Văn Việt Mẫn, 2010) e Hemoglobin Myoglobin sắc tố diện cơ, có màu đỏ tối Cấu tạo giống hemoglobin, protein có nhóm hem có màu Khi gặp oxy khơng khí, myoglobin biến thành dạng oxymyoglobin có màu đỏ sáng Màu thịt tùy thuộc vào nồng độ oxy, nồng độ oxy cao, thịt có màu đỏ đẹp Hemoglobin gặp tác nhân oxi hóa peroxide, quinone biến thành methemoglobin có màu nâu Ở động vật sống, methemoglobin sinh với lượng nhỏ chuyển thành hemoglobin Hình 24 Cấu trúc Hemoglobin 122 Sự biến đổi màu sắc hemoglobin tùy thuộc vào nhiều yếu tố như: nồng độ oxy, nhiệt độ, ion kim loại, … Quá trình biến đổi biểu diễn sơ đồ sau: Hình 25 Sơ đồ chuyển hóa Hemoglobin 5.2.3 Các chất màu hình thành trình chế biến Trong nguyên liệu thực phẩm thường chứa nhiều thành phần khác nhau, chúng tương tác với trình chế biến để tạo chất màu ảnh hưởng tốt hay xấu đến sản phẩm Các phản ứng tạo màu xảy trình chế biến thường diễn phức tạp đa dạng Quá trình hình thành màu chủ yếu phản ứng caramen, phản ứng Maillard phản ứng oxy hóa polyphenol + Phản ứng caramen Phản ứng xảy gia nhiệt phân tử đường nhiệt độ cao Phản ứng hình thành màu caramen thường dùng để bổ sung dạng kẹo, bánh, mứt,…Phản ứng 123 xảy mạnh nhiệt độ nóng chảy đường Chẳng hạn, với glucose 146-1500C, fructose 95-1000C, saccarose 160-1800C, lactose 223-2520C Khả tạo phản ứng tùy thuộc vào nồng độ đường, pH môi trường, thời gian gia nhiệt,… + Phản ứng Maillard Đây phản ứng quan trọng công nghiệp chế biến thực phẩm Phản ứng hình thành acid amin đường khử có thực phẩm hình thành màu nâu ,sản phẩm thực phẩm Trong sản xuất bánh mì phản ứng cần phát triển để tạo màu đặc trưng cho bánh, trình ủ malt bia, phản ứng xảy để hình thành nên màu sắc đặc trưng bia Ngược lại, sản xuất rượu cần phải kiềm hãm triệt để phản ứng phản ứng xảy làm tổn thất đường tinh bột đồng thời kìm hoạt động enzyme, phản ứng cịn ảnh hưởng đến q trình chế biến bảo quản trái + Phản ứng oxy hóa polyphenol Phản ứng xảy q trình oxy hóa hợp chất polyphenol tác dụng enzyme khơng có enzyme Phản ứng tạo màu ảnh hưởng lớn trình bảo quản chế biến rau Tuy nhiên, công nghiệp sản xuất chè phản ứng có tác dụng việc tạo màu 124 5.3 Các chất mùi Mùi tính chất cảm quan quan trọng thực phẩm chúng có tác dụng sinh lý rõ rệt Do đó, chế biến thực phẩm cần phải có biện pháp kỹ thuật để bảo vệ chất mùi tự nhiên hay điều khiển phản ứng tạo mùi đặc trưng cho sản phẩm Mục đích việc sử dụng hợp chất mùi cho sản phẩm nhằm tạo cho sản phẩm cuối hoàn thiện hấp dẫn Có lý để bổ sung hợp chất mùi vào thực phẩm: - Có hay biến mùi trình chế biến đặc biệt xử lý nhiệt độ cao - Sử dụng chất mùi nguyên liệu đắt tiền có mùa vụ - Vì yếu tố kinh tế khơng thể sử dụng nguyên liệu có mùi - Dạng mùi tự nhiên không cho phép sử dụng thực phẩm - Khả tạo mùi nguyên liệu không đạt yêu cầu Các hình thức làm gia tăng mùi thường sử dụng công nghiệp thực phẩm là: - Mùi tự nhiên: mùi mà tự cung cấp thơng tin đầy đủ để nhận biết sản phẩm (mùi cam kẹo cam, mùi trái kẹo Chewing gum) - Làm gia tăng mùi hay bổ sung mùi: chất thêm vào thực phẩm làm gia tăng mùi có cách rõ rệt 125 - Giữ mùi: có chất mùi thêm vào thực phẩm giảm hàm lượng nguyên liệu tạo mùi, khơng thay đổi vị Ví dụ: mùi ca cao cho phép giảm hàm lượng ca cao sản phẩm xuống 2-3%, không thay đổi vị 5.3.1 Chất mùi tự nhiên Các chất mùi tự nhiên tinh dầu nhựa thuộc nhóm izoprenoit, xem dẫn xuất izoren Ở nhiệt độ thường hầu hết tinh dầu thể lỏng, có khối lượng riêng nhỏ (trừ vài tinh dầu như: quế, đinh hương,…) khơng tan tan nước hịa tan dung môi hữu rượu, ete, chất béo,… Tinh dầu thơm chứa nguyên liệu thực vật biến đổi theo thời gian sinh trưởng cây, khí hậu thời tiết Trong phận cây, hàm lượng tinh dầu khác nhau, cần xác định thời gian thu hoạch để thu hàm lượng tinh dầu nhiều chất lượng tốt Hợp chất thơm tự nhiên thường sản xuất bổ sung vào sản phẩm thực phẩm nhiều phương pháp khác Một số cách phổ biến để tách chất thơm từ nguyên liệu như: phương pháp học, phương pháp trích ly, phương pháp chưng cất sử dụng rộng rãi sản xuất chất thơm Một số tinh dầu phổ biến dùng thực phẩm như: tinh dầu bạc hà (được chưng cất từ bạc hà), tinh dầu hồi (được chưng cất từ hoa hồi), tinh dầu chanh (được sản xuất từ vỏ chanh),… 126 5.3.2 Chất thơm tổng hợp Các chất thơm tổng hợp chủ yếu este tổng hợp phương pháp hóa học Este tổng hợp dựa sở phản ứng sau: Alcol + Acid hữu ↔ Este + Nước Đây phản ứng thuận nghịch đặc trưng, chiều thuận gọi phản ứng este hóa cịn chiều nghịch gọi phản ứng xà phịng hóa hay thủy phân Hiện nay, phát triển khoa học công nghệ tạo nhiều hương liệu tổng hợp để bổ sung vào sản phẩm thực phẩm Một số chất thơm tổng hợp sử dụng công nghiệp thực phẩm như: - Izoamyl axetat (dầu chuối): Loại có bán thị trường dạng dung dịch 5-10% pha hỗn hợp nước rượu Izoamyl axetat chất lỏng không màu có mùi quả, nhiệt độ sơi 138-1420C, tan rượu dung môi hữu Thường sử dụng loại bánh gai, bánh xốp, chè,… - Izoamyl salixylat: 127 Là chất lỏng không màu, sôi nhiệt độ 276-2770C, không tan nước tan rượu, ete, clorofom Có mùi hoa lan, vị thường dùng công nghiệp sản xuất trà - Etyl fomat: Là chất lỏng khơng màu, nhiệt độ sơi 53-540C, tan nước, tan rượu ete Có mùi thơm dễ chịu Sử dụng làm dung môi cho sản phẩm cellulose, sản xuất vitamin B1 công nghiệp thực phẩm - Etyl axetat: Là chất lỏng khơng màu, có mùi thơm hoa quả, nhiệt độ sơi 77,50C, tan nước, tan rượu dung môi hữu Được sử dụng công nghiệp thực phẩm sản xuất xà phòng 128 - Benzyl axetat: Là chất lỏng không màu, mùi hoa nhài, nhiệt độ sôi 214,90C, không tan nước, tan rượu Dùng công nghiệp thực phẩm, hương phẩm công nghệ sơn dầu - Phenyl etyl axetat: Là chất lỏng không màu, nhiệt độ sơi 2320C, khơng tan nước, tan rượu, có mùi thơm mật mơ Este dùng để phối chế hương thơm có mùi đào, dứa, cam, hồng,…dùng cho xà phòng thơm nước giải khát - Vanilin: Là chất kết tinh trắng, nóng chảy 81,50C có nhi ệt độ sơi 2850C, có hương thơm dễ chịu mùi hoa sữa, Vanilin tan nước cho mơi trường acid yếu (Văn Đình Đệ, 2002) 129 Bảng 19 Các chất thơm tổng hợp thƣờng sử dụng thực phẩm Tên Công thức cấu tạo Mô tả mùi Etylvanilin Mùi thơm (mạnh vanilin 2-4 lần) Mus ambrette Mùi xạ hương Alylphenoxyaxetat Mùi thơm dứa Andehyt α-amylxinnamic Mùi hoa nhài Hydroxyxitronelal Mùi hoa, mùi thơm huệ Resorinoldimethylete Mùi thơm hắc, mùi trái 130 Anisylaxeton Mùi thơm hoa trái 6-Metylcumarin Mùi thơm cỏ khơ Mùi thống hoa cam, mùi giống dâu tây β-Naphtylmethylxeton Propenylguaetol (vanatrop) Mùi phenol Piperonylizobytyrat Mùi thơm mọng (Nguồn: Lê Văn Việt Mẫn, 2010) 131 CÂU HỎI THẢO LUẬN Tầm quan trọng phụ gia cải thiện giá trị cảm quan chất lượng sản phẩm thực phẩm? Công dụng tác hại phụ gia cải thiện màu, cải thiện hương phụ gia điều vị? TÀI LIỆU THAM KHẢO BYT (2015), Danh mục chất phụ gia phép sử dụng thực phẩm, Ban hành kèm theo Thông tư 08/2015/TT-BYT Đàm Sao Mai (2012), Phụ gia thực phẩm, NXB Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh Lê Ngọc Tú (2002), Hóa sinh cơng nghiệp, NXB Khoa học Kỹ thuật Lê Ngọc Tú (2006), Độc tố học an toàn thực phẩm, NXB Khoa học Kỹ thuật Lê Văn Việt Mẫn (2010), Công nghệ sản xuất sản phẩm từ sữa nước uống pha chế (tập 2), NXB Đại học quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh Nguyễn Đức Lượng, Phạm Minh Tâm (2002), Vệ sinh an toàn thực phẩm, NXB Đại học quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh 132 Nguyễn Duy Thịnh (2004), Bài giảng Các chất phụ gia dùng sản xuất thực phẩm, Trường Đại học bách khoa Hà Nội Văn Đình Đệ (2002), Sản xuất chất thơm thiên nhiên tổng hợp, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội Branen A Larry (1990), Food additives Marcel Dekker 10 Hendry G.A.F (1996), Natural food colorants, Chapman Hall 11 Smith Jim (1993), Food additive user’s handbook, Chapman Hall 133