Phụ gia thực phẩm Tổng quan về sử dụng keo ưa nước trong sữa và sản phẩm từ sữa, Giới thiệu về keo ưa nước, Phân loại keo ưa nước thường sử dụng trong sữa và sản phẩm từ sữa, Cơ chế tác dụng vai trò keo ưa nước trong các sản phẩm từ sữa
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ……………………………………………… KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Đề tài TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG KEO ƯA NƯỚC TRONG SỮA VÀ CÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA GVHD: ……………………… Nhóm……… Tp Hồ Chí Minh, ngày … , tháng … , năm 20… Phụ gia thực phẩm GVHD:…………………… YÊU CẦU ĐỀ TÀI Tổng quan về sử dụng keo ưa nước (hydrocolloids) trong sữa & các sản phẩm từ sữa ➢ Tiểu luận có đầy đủ các nội dung chính sau: ➢ Phân loại & tính chất chức năng của keo ưa nước ➢ Các loại keo ưa nước thường được sử dụng trong sữa & các sản phẩm từ sữa ➢ Cơ cế tác dụng, vai trò, mục đích của keo ưa nước trong các sản phẩm nói trên Nhóm 11 Phụ gia thực phẩm GVHD:…………………… DANH SÁCH NHÓM STT HỌ VÀ TÊN LỚP MSSV 1 2 3 4 5 Nhóm 11 Phụ gia thực phẩm GVHD: ……………………… MỤC LỤC Phần 1: TỔNG QUAN VỀ KEO ƯA NƯỚC 4 1.1 Giới thiệu về keo ưa nước 4 1.2 Phân loại, tính chất và chức năng của keo ưa nước 4 1.2.1 Phân loại keo ưa nước 4 1.2.2 Tính chất chung của keo ưa nước 5 1.2.2.1 Tạo độ nhớt 5 1.2.2.2 Tạo gel 6 1.2.2.3 Một số tính chất khác 6 1.3 Chức năng của keo ưa nước 6 Phần 2: CÁC LOẠI KEO ƯA NƯỚC THƯỜNG ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG SỮA VÀ CÁC SẢN PHẨM CỦA SỮA 8 2.1 Carrageenan 8 2.2 Xanthan gum 9 2.3 Agar 11 2.4 Alginate 13 2.5 Caseinate (protein sữa) 14 2.6 Gelatine 16 2.7 Pectine 17 2.8 Carboxylmethyl Celluslose (CMC) 19 Phần 3: CƠ CHẾ TÁC DỤNG, VAI TRÒ, MỤC ĐÍCH CỦA KEO ƯA NƯỚC TRONG CÁC SẢN PHẨM SỮA 20 3.1 Ứng dụng của Carrageenan trong sữa và các sản phẩm từ sữa 20 3.1.1 Tương tác giữa carrageenan với protein 20 3.1.2 Vai trò và mục đích 22 3.2 Ứng dụng của Xanthan gum trong sữa và các sản phẩm từ sữa 23 3.3 Ứng dụng của Agar trong sữa và các sản phẩm từ sữa 23 3.4 Ứng dụng của Alginate trong sữa và các sản phẩm từ sữa 24 Nhóm 11 Trang 2 Phụ gia thực phẩm GVHD: ……………………… 3.4.1 Cơ chế tác dụng của Alginate trong phomai 24 3.4.2 Cơ chế tác dụng của alginate trong sữa 26 3.5 Ứng dụng của caseinate trong sữa và các sản phẩm từ sữa 26 3.6 Ứng dụng của gelatine trong sữa và các sản phẩm từ sữa 27 3.6.1 Gelatine trong sữa 27 3.6.2 Ứng dụng của gelatine trong sữa chua 27 3.6.3 Vai trò, mục đích của gelatin trong sữa và các sản phẩm từ sữa 28 3.7 Ứng dụng của Pectine trong sữa và các sản phẩm từ sữa 29 3.7.1 Cơ chế tác dụng của Pectine trong sữa và sữa chua 29 3.7.2 Vai trò mục đích của Pectine trong sữa và các sản phẩm từ sữa 30 3.8 Ứng dụng của CMC trong sữa và các sản phẩm từ sữa 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 Nhóm 11 Trang 3 Phụ gia thực phẩm GVHD: ……………………… Phần 1: TỔNG QUAN VỀ KEO ƯA NƯỚC 1.1 Giới thiệu về keo ưa nước Các hợp chất keo thực phẩm ( hay còn gọi là keo ưa nước – hydrocolloids) thường được ngành công nghiệp thực phẩm và phụ gia gọi theo những ứng dụng của chúng là: các hợp chất tạo ổn định/làm bền (stabilizers), làm đặc (thickeners) và tạo gel (gelling agents) Trong tự nhiên, các hợp chất này vốn có sẵn trong các tổ chức sinh vật và chúng có một số chức năng cực kì quan trọng để giúp sinh vật có thể phát triển tốt Trong công nghiệp thực phẩm, nhiều hợp chất loại này được chiết xuất từ các nguyên liệu tự nhiên bao gồm từ các nguồn thực vật trên cạn, dưới nước cho đến động vật và nuôi cấy vi sinh vật Chúng được đưa vào thực phẩm để tạo ra các tính chất cấu trúc, tính chất lưu biến và tính chất cảm quan mà người tiêu dùng yêu cầu Keo thực phẩm có một ảnh hưởng sâu sắc đến tính chất của thực phẩm với tỉ lệ ít hoặc nhiều như trường hợp sử dụng một lượng carrageenan rất nhỏ trong các sản phẩm sữa có gia nhiệt hoặc khi sử dụng một lượng tinh bột, gelatine khá lớn trong các sản phẩm kẹo dẻo Sự ứng dụng hiệu quả của keo thực phẩm là một chủ đề hấp dẫn mà nó tiếp tục hứa hẹn sự chú ý của các nhà nghiên cứu Trong những năm gần đây, những kỹ thuật nghiên cứu mới đã giúp khám phá và hiểu rõ hơn sự hình thành mạng lưới cấu trúc và sự kết hợp của chúng với các polymer khác Ở một khía cạnh khác, một số loại keo thực phẩm được xem là có các đặc tính của chất xơ Công nghiệp thực phẩm trên thế giới đã có những ứng dụng chúng để thay thế chất béo trong một số loại thực phẩm để tạo ra các sản phẩm than thiện với sức khỏe Ngoài ra, vì có các đặc tính của chất xơ hòa tan hoặc không hòa tan mà chúng đang được nghiên cứu để chứng minh vai trò có lợi cho sức khỏe tưng tự như các loại prebiotic hiện nay 1.2 Phân loại, tính chất và chức năng của keo ưa nước 1.2.1 Phân loại keo ưa nước Hầu hết các chat keo thực phẩm là các polymer polysaccharide, ngoại trừ gelatin, casein…là các polymer protein Khối lượng phân tử của các polysaccharide từ vài trăm ngàn đến và triệu Dalton, có cấu trúc phức tạp và chúng được cấu thành từ các phân tử đường đơn như glucose, galactose, mannose… hoặc các chất dẫn xuất của các loại đường này bằng các liên kết đặc trưng Ở trạn thái tự nhiên, các polysaccharide ở trạng thái tích điện âm hoặc trung tính và một số trong chúng kết hợp với các ion kim loại như calcium, potassium, magnesium Nhóm 11 Trang 4 Phụ gia thực phẩm GVHD: ……………………… Về mặt phân loại keo thực phẩm, người ta thường phân theo nguồn gốc xuất xứ trong tự nhiên cũng như bản chất tự nhiên hay bán tống hợp của chúng Keo thực phẩm tự nhiên Keo thực phẩm bán tổng hợp Gum Arabic Carboxymethyl Trong dịch chiết từ (acasia gum) Dẫn xuất từ cellulose (CMC) cây (nhựa cây) Gum Tracaganth cellulose Methyl cellulose Gum Kayara Microcrystalline cellulose (MC) Locust bean gum Carboxymethyl (LBG) Guar gum Dẫn xuất từ tinh bột starch Konjac flour Trong hạt hoặc củ (tinh bột biến tính) Hydroxyethyl starch Hydroxypropyl starch Agar Tống hợp từ vi sinh Xanthan gum Alginate Carrageenan vật Dextran Trong rong biển Low methoxyl pectin (LMP) Propylene glycol alginate Pectin Nguồn khác Carboxymethyl Nguồn khác Gelatine locus bean gum Tinh bột Carboxymethyl guar gum Bảng 1 Phân loại keo ưa nước 1.2.2 Tính chất chung của keo ưa nước 1.2.2.1 Tạo độ nhớt Khi kết hợp với nước, keo thực phẩm tạo ra một dung dịch hoặc dịch phân tán có độ nhớt cao Độ nhớt này tùy thuộc vào nồng độ chất keo trong nước, bản chất hóa học, cấu trúc phân tử, khối lượng phân tử….kết quả là các loại keo thực phẩm khác nhau có thể có độ nhớt rất khác nhau ở cùng nồng độ Chính vì tính chất tạo nhớt này làm chúng được ứng dụng để tạo nhớt, tạo đặc cho các thực phẩm dạng lỏng, là chất tạo nhũ và làm bền hệ nhũ tương, là chất chống lắng các nguyên liệu dạng hạt rắn lơ lửng trong thực phẩm lỏng, chất giữ ẩm để làm mềm, chất làm ổn định hệ bọt để tạo xốp cho các sản phẩm bánh nướng và kiểm soát sự hình thành các tinh thể đá trong các sản phẩm lạnh đông… Nhóm 11 Trang 5 Phụ gia thực phẩm GVHD: ……………………… 1.2.2.2 Tạo gel Chỉ có một số loại keo thực phẩm có tính chất này Sự tạo gel là quá trình tạo thành mạng lưới liên kết chặt chẽ, có cấu trúc của các phân tử keo thực phẩm với nhau và với nước, kết quả là đem lại trạng thái rắn (hóa rắn) cho các thực phẩm ban đầu có trạng thái lỏng Nồng độ và điều kiện tạo gel của các loại keo thực phẩm cũng rất khác nhau Tính chất tạo gel này đã có vô số ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm để sản xuất ra các sản phẩm có cấu trúc gel từ mềm, đàn hồi đến cứng, giòn, dễ gãy Ngoài ra, trong những năm gần đây người ta sử dụng một số keo thực phẩm như một nguồn chất xơ hòa tan Nhiều bằng chứng khoa học đã chứng tỏ các lợi ích chức năng của một số keo thực phẩm, chẳng hạn như gum arabic và guar gum Khoa học đã nhận thấy khả năng tiềm tàng của chúng trong việc hạ thấp cholesterol và làm giảm nguy cơ ung thư Việc sử dụng các chất keo này trong các chương trình giảm cân cho người tiêu dùng đã được thực hiện và chắc chắn sẽ được ứng dụng rộng rãi trong tương lai 1.2.2.3 Một số tính chất khác Tính háo nước: Keo ưa nước có thể kiên kết với một lượng nước gấp nhiều lần khối lượng của nó, tạo ra dung dịch có độ nhớt rất cao Ở một nồng độ keo nhất định, đa số chúng tạo ra cấu trúc dạng gel Tính thuận nghịch và bất thuận nghịch: Một số loại có tính tạo gel thuận nghịch (có thể lặp lại chu trình tạo gel – chảy gel nhiều lần), ví dụ agar, gelatin, carrageenan….Số khác tạo gel không thuận nghịch Tính cộng hưởng/hiệp lực: Là tính chất của đa số keo ưa nước mà chúng thể hiện độ bền, độ mạnh của gel tốt hơn nhiều khio được dùng kết hợp với một/hai loại keo ưa nước khác ở nồng độ thấp hơn nồng độ của từng chất riêng rẽ Ví dụ: carrageenan cộng hưởng/hiệp lực với locust bean gum, với tinh bột, với protein trong sữa Tính chất thixotropic: Một số loại dịch keo khi để yên, chúng có trạng thái gel đặc, rất nhớt Khi tác động lực khuấy, gel trở nên linh động, chảy lỏng, độ nhớt giảm theo tốc độ khuấy Ví dụ : xanthan gum 1.3 Chức năng của keo ưa nước Người ta cho rằng khó có thể liệt kê đầy đủ các tính chất chức năng của keo ưa nước mà chúng đem lại cho thực phẩm các đặc tính cảm quan Người ta đã dùng một câu phát biểu rằng: “Keo ưa nước được hiểu rất ít nhưng lại có mặt hầu như trong tất cả thực phẩm”, để nói lên mức độ quan trọng và tính phổ dụng của chúng trong tất cả các ngành sản phẩm thực phẩm Nhìn chung, keo thực phẩm có vai trò, lợi ích sau đây: Nhóm 11 Trang 6 Phụ gia thực phẩm GVHD: ……………………… - Cung cấp sự tiện lợi - Cải thiện tính chất cấu trúc, cảm quan cho các sản phẩm thực phẩm nhờ các đặc tính (tạo nhớt, tạo đặc, tạo đục, tạo đông, tạo dẻo, tạo nhũ…), nâng cao chất lượng sản phẩm - Có lợi ích chức năng cho sức khỏe - Hạ giá thành sản phẩm một cách đáng kể - Có thể thay thế một phần chất béo trong một số loại sản phẩm - Tạo ra các sản phẩm thực phẩm mới - Tăng thời gian bảo quản cho sản phẩm Hình 2 Sữa và các sản phẩm từ sữa Nhóm 11 Trang 7 Phụ gia thực phẩm GVHD: ……………………… Phần 2: CÁC LOẠI KEO ƯA NƯỚC THƯỜNG ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG SỮA VÀ CÁC SẢN PHẨM CỦA SỮA 2.1 Carrageenan Carrageenan là polysaccharide được chiết xuất thương mại chủ yếu từ 02 loài trong giống tảo đỏ Kappaphycus alvarezii (‘Cottonii’) và Eucheuma denticulatum (‘Spinosum’) Carrageenan không bị tiêu hóa trong cơ thể người, không có giá trị dinh dưỡng, chỉ tác dụng như một chất xơ Tuy nhiên chúng lại có một số tính chất chức năng dặc biệt để tạo gel, làm đặc, làm bền các thực phẩm hoặc các hệ thống thực phẩm Các loài tảo đỏ đa dạng cung cấp một loạt các dịch chiết carrageenan có thành phần và cấu hình khác nhau dẫn tới việc tạo ra một phổ rộng rãi các tính chất cơ lý, cấu trúc và tính chất tạo gel, mật độ tích điện phân tử và các tương tác với các loại keo thực phẩm khác và protein Các loại carrageenan có cùng khung xương là galactose nhưng khác nhau về tỷ lệ và vị trí các nhóm ester sulphate và tỷ lệ của 3,6-anhydrogalactose Có 03 loại carrageenan chính: hai loại kappa carrageenan và iota carrageenan hình thành gel thuận nghịch nhiệt, có cấu trúc gel từ cứng chắc, dễ gãy đến mềm và đàn hồi Loại thứ ba là lambda carrageenan thì không tạo gel Kappa carrageenan tương tác cộng hưởng với các keo thực phẩm khác để cải thiện cấu trúc tạo gel, ví dụ cộng hưởng với các polymanan là locust bean gum và konjac Một tương tác đặc trưng giữa kappa carrageenan với casein sữa được sử dụng rất rộng rãi để làm bền, ổn định các sản phẩm sữa và từ sữa Về mặt hóa học, carrageenan là một polysaccharide ưa nước, mạch thẳng được cấu tạo từ các đơn vị disaccharide galactose và 3,6-anhydrogalactose (3,6 AG), cả hai có thể được sulphate hóa hoặc không sulphate hóa, được nối với nhau luân phiên bằng liên kết glycoside α-(1,3) và β-(1,4) như được trình bày ở sau Hình 3 Đơn vị cấu trúc disaccaride của carrageenan Trang 8 Nhóm 11 Phụ gia thực phẩm GVHD: ……………………… Pectin methoxyl hóa cao (High Methoxyl Pectin – HMP): DE >50 % hay MI > 7% Chất này có thể làm tăng độ nhớt cho sản phẩm Muốn tạo đông cần phải có điều kiện pH = 3,1 – 3,4 và nồng độ đường trên 60 % Hình 13 Hight Methoxyl Pectin (HMP) Pectin methoxyl hóa thấp (Low Methoxyl Pectin – LMP): DE < 50 % hay MI < 7% Được sản xuất bằng cách giảm nhóm methoxyl trong phân tử pectin Pectin methoxy thấp có thể tạo đông trong môi trường không có đường Chúng thường được dùng làm màng bao bọc các sản phẩm Hình 14 Low Methoxyl Pectin (LMP) Hợp chất pectin được đặc trưng bởi 2 chỉ số quan trọng là chỉ số methoxyl “MI” biểu hiện cho phần trăm khối lượng nhóm methoxyl –OCH3 có trong phân tử pectin và chỉ số este hóa “DE” thể hiện mức độ este hóa của các phân tử acid galactoronic trong phân tử pectin Cơ chế tạo gel LMP: Tạo gel theo mô hình “trứng-hộp” Mô hình này dựa trên đặc điểm mỗi chuổi pectin có cấu trúc đối xứng gập đôi và như vậy sẽ hình thành một loạt các khoảng hở tích điện âm mà nhờ đó các cation hóa trị 2 có thể liên kết với các ái lực khác nhau Theo đó, các cation sẽ hình thành những cặp chuỗi polygalacturonic (dimmer) bằng tương tác ion với các nhóm carboxyl tự do trên khung pectin Ion Ca 2+có một ái lực rất mạnh với nhóm cacboxyl nên tạo thành gel trong khi Mg 2+ có ái lực rất yếu nên không tạo gel Pectin amide hóa (xử lý pectin bằng ammonium để chuyển một nhóm methyl thành nhóm amide) tạo gel ở nồng độ pectin thấp hơn và cần ít lượng ion Ca 2+ hơn để tạo gel so với LMP không amide hóa Nhóm 11 Trang 18