TQ về phụ gia và phương pháp ổn định

TQ về phụ gia và phương pháp ổn định

MỤC LỤC GVHD: PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH .Trang 4 MƠÛ ĐẦU 10 Chương 1: Hệ nhũ tương thực phẩm . 11 1.1 Đònh nghóa 11 1.2 Phân loại hệ nhũ tương . 12 1.3 Thành phần của một hệ nhũ tương 14 1.3.1 Chất béo và dầu . 14 1.3.2 Chất chống oxi hóa . 15 1.3.3 Chất cô lập kim loại . 15 1.3.4 Nước 16 1.3.5 Chất nhũ hóa 16 1.3.6 Các phụ gia khác . 16 1.4 Phụ gia ổn đònh hệ nhũ tương thực phẩm . 16 1.4.1 Giới thiệu chung . 16 1.4.2 Phân loại . 17 1.4.2.1 Chất nhũ hóa . 17 1.4.2.1.1 Chất hoạt động bề mặt 18 1.4.2.1.2 Polymer sinh học có cấu trúc lưỡng cực . 33 1.4.2.2 Chất ổn đònh . 43 Chương 2: Sự hình thành hệ nhũ tương thực phẩm 57 2.1 Kỹ thuật đồng hóa . 58 2.2 Các loại dòng chảy trong quá trình đồng hóa 59 2.3 Những khái niệm để thành lập hệ nhũ tương 60 2.3.1 Sự phá vỡ các giọt nhỏ 60 2.3.2 Lực căng mặt ngoài . 60 2.3.3 Các lực phá vỡ giọt phân tán . 61 2.3.4 Điều kiện chảy tầng . 64 2.3.5 Điều kiện chảy rối 65 2.3.6 Điều kiện chảy tạo hiện tượng xâm thực khí . 66 ĐAMH Công Nghệ Thực Phẩm Trang 1 MỤC LỤC GVHD: PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn 2.3.6 Vai trò của chất nhũ hóa 66 Chương 3: Quá trình đồng hóa 67 3.1 Các kiểu đồng hóa chính được sử dụng để tạo ra và ổn đònh hệ nhũ tương thực phẩm … . 67 3.2 Các phương pháp đồng hóa: . 68 3.2.1 Đồng hóa bằng áp lực cao . 68 3.2.1.1 Cơ sở khoa học 68 3.2.1.1 Thiết bò 69 3.2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả đồng hóa . 72 3.2.2 Đồng hóa bằng hệ thống khuấy cao tốc . 73 3.2.1.1 Cơ sở khoa học 73 3.2.1.1 Thiết bò 73 3.2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả đồng hóa 74 3.2.3 Đồng hóa bằng sóng siêu âm . 74 3.2.1.1 Cơ sở khoa học 75 3.2.1.1 Thiết bò 75 3.2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả đồng hóa . 77 3.2.4 Đồng hóa bằng thiết bò nghiền keo 77 3.2.1.1 Cơ sở khoa học 77 3.2.1.2 Thiết bò 78 3.2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả đồng hóa . 79 3.2.5 Đồng hóa bằng phương pháp vi lỏng hóa . 79 3.2.1.1 Cơ sở khoa học 79 3.2.1.1 Thiết bò 79 3.2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả đồng hóa . 80 3.2.6 Đồng hóa bằng membrane 81 3.2.1.1 Cơ sở khoa học 81 3.2.1.1 Thiết bò 82 3.2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả đồng hóa . 83 3.3 Các yếu tố chung ảnh hưởng đến kích thước giọt phân tán . 84 3.3.1 Kiểu và nồng độ chất nhũ hóa 84 ĐAMH Công Nghệ Thực Phẩm Trang 2 MỤC LỤC GVHD: PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn 3.3.2 Năng lượng cung cấp bởi thiết bò đồng hóa . 85 3.3.3 Thuộc tính của thành phần các pha 85 3.3.3 Nhiệt độ 86 3.4 Đánh giá hiệu quả của quá trình đồng hóa . 86 Chương 4: Kết Luận 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 89 ĐAMH Công Nghệ Thực Phẩm Trang 3 MỤC LỤC GVHD: PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn Danh mục bảng và hình 1. Bảng • Chương 1 Hệ nhũ tương thực phẩm STT bảng Nội Dung Trang 1.1 Ví dụ về một số nhũ tương thực phẩm thường gặp trong thực tế 11 1.2 So sánh thuộc tính chức năng của các chất nhũ hóa 18 1.3 Chỉ số của các nhóm ưa nước và kỵ nước (theo Bergenstahl (1997), Friberg (1997) và Stauffer (1999)) 21 1.4 Giá trò HLB của một số chất hoạt động bề mặt 22 1.5 Một số chất nhũ hóa và quy đònh về chúng 25 1.6 Ảnh hưởng của lượng glycerin đến tỉ lệ các glyceride 26 1.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tỉ lệ các monoglycerides 26 1.8 Nhiệt độ nóng chảy của các ester của acid hữu cơ với monoglycerides 29 1.9 Đặc điểm của gum arabic từ Acacia Senegal và Acacia seyal 38 1.10 Một số keo ưa nước phổ biến trong công nghiệp thực phẩm 43 1.11 Tóm tắt một số chức năng tạo đặc và tạo gel của các keo ưa nước thường sử dụng trong hệ nhũ tương thực phẩm 44 1.12 Đặc tính của một số loại keo ưa nước 50 • Chương 2 Sự hình thành hệ nhũ tương thực phẩm Stt bảng Nội Dung Trang 2.1 Các biểu thức của ứng suất tác động, đường kính trung bình, thời gian hấp thụ, thời gian biến đổi, thời gian va chạm của các hạt phân tán trong hệ nhũ tương dưới điều kiện dòng chảy tầng và chảy rối 62 • Chương 3 Quá trình đồng hóa STT bảng Nội Dung Trang ĐAMH Công Nghệ Thực Phẩm Trang 4 MỤC LỤC GVHD: PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn 3.1 So sánh các phương pháp đồng hóa sử dụng để sản xuất hệ nhũ tương (Walstra (1993), Schubert (1997), and Walstra and Smulder (1998)) 65 67 3.2 So sánh phương pháp membrane emulsification và Premix membrane emulsifiation 82 2. Hình • Chương 1 Hệ nhũ tương thực phẩm STT hình Nội dung Trang 1.1 Ví dụ về hệ nhũ tương W/O (bơ), bao gồm các hạt phân tán nước trong dầu 11 1.2 Ví dụ về dạng nhũ tương kiểu dầu trong nước (O /W): nước sốt salad (salad dressing) bao gồm các hạt dầu phân tán trong nước 12 1.3 Hệ nhũ tương nước trong dầu W/O 12 1.4 Hệ nhũ tương dầu trong nước O/W 13 1.5 Hệ nhũ tương nước trong dầu trong nước (W/O/W) 13 1.6 Cấu tạo hoá học của một phân tử trygliceride, gồm một phân tử glycerin và ba acid béo 14 1.7 Sự đònh hướng và hình dạng của các chất nhũ hóa tại bề mặt liên pha của hệ nhũ tương 17 1.8 Phân tử chất hoạt động bề mặt Glycerol monostearate 19 1.9 Vò trí phân bố của chất hoạt động bề mặt tiếp xúc giữa hai pha nước-dầu trong hệ nhũ tương 19 1.10 Một số kiểu cấu trúc tiêu biểu được thành lập từ sự tập hợp của các chất hoạt động bề mặt ở nồng độ tương đối thấp 20 1.11 Thuộc tính hóa – lý của chất hoạt động bề mặt liên quan đến hình học phân tử của chúng 23 1.12 Nhiệt độ chuyển pha xuất hiện khi độ cong tối ưu của lớp đơn phân tử chất hoạt động bề mặt là 0 24 1.13 Sơ đồ phản ứng tạo mono-diglycerides 26 1.14 Cấu tạo phân tử của glycerol monostearate 27 1.15 Phụ gia nhũ hoá: glycerol monostearat 27 ĐAMH Công Nghệ Thực Phẩm Trang 5 MỤC LỤC GVHD: PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn 1.16 Công thức phân tử của LACTEM, DATEM và SMG 28 1.17 DATEM ở dạng lỏng và dạng bột 39 1.18 Công thức cấu tạo của triglycerol monostearate (PGE) và sorbitol monostearate (SMS) 30 1.19 Tween-20/60/80 và Span-60/80 31 1.20 Công thức phân tử của Sodium Stearoyl lactylate hoặc canxi Stearoyl lactylate 31 1.21 Chất nhũ hóa Sodium stearoyl lactylate 32 1.22 Các phospholipid chủ yếu trong lecithin, trong đó R 1 , R 2 là các gốc acid béo 33 1.23 Lecithin dạng lỏng và dạng bột 33 1.24 Hình dạng đặc trưng của các polimer sinh học có cấu trúc lưỡng cực 34 1.25 Cấu trúc của các màng bảo vệ các giọt nhỏ phụ thuộc vào cấu trúc phân tử và các tương tác của các polimer sinh học 35 1.26 Vò trí phân bố của các polime sinh học giữa hai pha dầu và nước 35 1.27 Gelatin ở dạng bột 38 1.28 Cấu trúc phân nhánh của Acacia senegal 39 1.29 Sự phân bố khối lượng phân tử của Acacia senegal và seyal gums bởi phép ghi sắc ký sử dụng tia UV tại bước sóng 206 nm 40 1.30 Cấu trúc “đan hoa” của phân tử gum Acacia Senegal 40 1.31 Giản đồ mô tả sự hấp phụ các giọt dầu trên bề mặt phân tử gum Arabic 41 1.32 Gum arbic ở dạng viên 41 1.33 Biểu diễn độ nhớt tương đối hệ theo nồng độ của các polymer sinh học với các tỉ lệ R v khác nhau 48 1.34 Sự phụ thuộc của độ nhớt vào ứng suất cắt khi sử dụng các polymer sinh học như một tác nhân làm đặc 49 1.35 Ảnh hưởng của độ nhớt đến vận tốc chảy của một số keo ưa nước 50 1.36 Các kiểu cấu tạo chính của Carrageenan 51 1.37 Carrageenan ở dạng bột 51 ĐAMH Công Nghệ Thực Phẩm Trang 6 MỤC LỤC GVHD: PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn 1.38 Phân tử Xanthan gum 52 1.39 So sánh đặc tính chảy nhớt của dung dòch xanthan gum với các dung dòch keo ưa nước khác 53 1.40 Đơn vò cấu trúc lý tưởng của Gum là dẫn xuất của cellulose, ở đây DS=1.0 54 1.41 Hiệu ứng tạo độ nhớt của phức chất CMC-casein tại các pH khác nhau 55 • Chương 2 Sự hình thành hệ nhũ tương thực phẩm Stt hình Nội dung Trang 2.1 Các trạng thái không ổn đònh của hệ nhũ tương thực phẩm thông qua các cơ chế vật lý bao gồm: tạo cream, lắng gạn, kết tụ, đảo pha và hợp giọt 57 2.2 Sự hình thành hệ nhũ tương từ dầu và nước qua các giai đoạn đồng hóa 58 2.3 Kích thước giọt phân tán được sản xuất trong quá trình đồng hóa phụ thuộc vào thời gian chất nhũ hóa hấp thụ vào bề mặt giọt nhỏ và thời gian các giọt phân tán kết hợp với nhau 63 2.4 Một số kiểu của kiểu dòng chảy tầng trong chất lỏng với số Reynold bé 64 2.5 Đồ thò biểu diễn quan hệ giữa đường kính trung bình của giọt nhỏ và gia tăng cường độ trong một thời gian đồng hóa nhất đònh đối với các mẫu khác nhau: (i) mẫu chứa loại chất nhũ hóa hấp nhanh đến bề mặt giao diện chung của pha dầu và nước; (ii) mẫu chứa chất nhũ hóa hấp thụ chậm; (iii) mẫu chứa chất nhũ hóa nồng độ thấp không đủ để hoàn thành màng bảo vệ; (iV) mẫu chứa chất nhũ hóa đã mất hiệu lực tại những cường độ năng lượng cao như là bò biến tính 66 ĐAMH Công Nghệ Thực Phẩm Trang 7 MỤC LỤC GVHD: PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn • Chương 3 Quá trình đồng hóa Stt hình Nội dung Trang 3.1 So sánh sự thay đổi kích thước giọt nhỏ theo năng lượng thêm vào đối với các kiểu đồng hóa 68 3.2 Thiết bò đồng hóa sử dụng áp lực cao 70 3.3 Các bộ phận chính trong thiết bò đồng hóa 70 3.4 Các bộ phận chính trong thiết bò đồng hóa 2 cấp 71 3.5 Hình dạng và kích thước các hạt cầu béo chụp dưới kính hiển vi trong hệ nhũ tương sữa trước khi đồng hóa, đồng hóa 1 cấp và đồng hóa 2 cấp 72 3.6 Thiết bò trộn cao tốc sử dụng trong công nghiệp 74 3.7 Cấu tạo của đầu dò siêu âm 76 3.8 Cấu tạo của thiết bò đồng hóa tia siêu âm 76 3.9 Thiết bò đồng hóa tia siêu âm sử dụng trong công nghiệp thực phẩm 77 3.10 Nguyên lý hoạt động của thiết bò nghiền keo 78 3.11 Cấu tạo của thiết bò vi lỏng hóa dùng để sản xuất hệ nhũ tương đi từ hệ nhũ tương thô 80 3.12 Cấu tạo của thiết bò vi lỏng hóa dùng để sản xuất hệ nhũ tương đi trực tiếp từ pha dầu và nước 80 3.13 Sự tạo thành hệ nhũ tương bằng membrane đi trực tiếp từ hai pha dầu và nước 81 3.14 Sự tạo thành hệ nhũ tương có kích thước các hạt phân tán bé hơn sau khi cho hệ nhũ tương thô đi qua membrane (phương pháp premix emulsification) 82 3.15 Ảnh hưởng của áp suất ở hai bên bề mặt membrane đến kích thước giọt phân tán. a) TP=0.05, b) TP=0.11, c) TP=0.2 83 3.16 Phân tích kích thước của pha phân tán trong hệ nhũ tương bằng phương pháp nhiễu xạ laser 87 ĐAMH Công Nghệ Thực Phẩm Trang 8 MỤC LỤC GVHD: PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn MƠÛ ĐẦU Nhiều loại thực phẩm, chưa hay đã qua chế biến tồn tại dưới dạng nhũ tương như: sữa tươi, kem, bơ, yaout, magarin, chocolate, nước sốt…. Các chỉ tiêu về hoá, lý và cảm quan đặc trưng của các thực phẩm dạng nhũ tương được hình thành chủ yếu bởi 2 nhóm yếu tố: thành phần hóa học và điều kiện chế biến. Hầu hết thuộc tính của hệ nhũ tương phụ thuộc vào cấu trúc vi mô của hệ, các chất nhũ hóa và độ nhớt của pha liên tục. Những nguyên lý nền tảng cho khoa học nhũ tương bắt nguồn từ những môn khoa học polymer, khoa học về hệ keo, hóa học các chất bề mặt, cơ lưu chất. Để tạo ra một hệ nhũ tương thực phẩm có những tính chất mong muốn, các nhà sản xuất phải quan tâm đến những tính chất của: nguyên liệu ban đầu, điều ĐAMH Công Nghệ Thực Phẩm Trang 9 MỤC LỤC GVHD: PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn kiện đồng hoá, loại phụ gia và các quá trình chuẩn bò như: thanh trùng, trộn, nâng nhiệt, làm lạnh…. Việc áp dụng các công nghệ hiện đại và kiểm soát chặt chẽ các quá trình sản xuất đã cho ra đời các sản phẩm thực phẩm dạng nhũ tương ngày càng đa dạng, có chất lượng và hấp dẫn người tiêu dùng. Chương 1 HỆ NHŨ TƯƠNG THỰC PHẨM 1.1 ĐỊNH NGHĨA Nhũ tương là một hệ gồm hai chất lỏng không hòa tan nhưng được trộn lẫn với nhau. Trong đó, một chất lỏng sẽ tồn tại dưới dạng giọt nhỏ hay còn gọi là “hạt phân tán” (được gọi là pha không liên tục, pha phân tán hoặc pha nội) trong lòng của một chất lỏng còn lại được gọi là pha liên tục (pha không phân tán hay pha ngoại). Bảng 1.1 Ví dụ về một số nhũ tương thực phẩm thường gặp trong thực tế Thực phẩm Kiểu nhũ tương Tỷ lệ (v/v) Dầu / nước Không khí / (dầu + nước) ĐAMH Công Nghệ Thực Phẩm Trang 10 [...]... nhớt của pha này hoặc để được hấp thụ vào bề mặt liên pha; - Các chất không hoà tan và có mức độ phân chia rất nhỏ và có thể thấm ướt được bởi các hai pha, khi được hấp thụ vào bề mặt liên pha sẽ tạo ra vật chắn chống lại hiện tượng hợp giọt Các quy đònh hiện nay về danh mục phụ gia thực phẩm và liều lượng sử dụng phụ thuộc tình hình mỗi nước Yêu cầu chung về phụ gia ổn đònh hệ nhũ tương là không độc hại... là phụ gia để giúp ổn đònh hệ nhũ tương Chất nhũ hoá được sử dụng có chức năng làm giảm sức căng bề mặt giữa hai pha trong hệ nhũ tương và hình thành một màng bảo vệ xung quanh các hạt của pha phân tán, làm cho chúng không thể kết hợp lại để tạo các hạt phân tán có thể tích lớn hơn Việc phân loại các chất nhũ hóa sẽ được đề cập ở phần phụ gia ổn đònh hệ nhũ tương 1.3.4 Các phụ gia khác Một số phụ gia. .. khoáng, chất chống vi sinh vật, chất tạo màu, chất tạo mùi, chất tạo vò… 1.4 PHỤ GIA ỔN ĐỊNH HỆ NHŨ TƯƠNG 1.4.1 Giới thiệu chung Trong chế biến thực phẩm, để giúp cho quá trình đồng hoá đạt hiệu quả cao và hệ nhũ tương không bò tách lớp, người ta sử dụng các phụ gia có chức năng đặc biệt với mục đích là ổn đònh hệ nhũ tương Các phụ gia có một trong những đặc tính sau đây, thường sử dụng để làm bền hệ nhũ... làm giảm hoặc mất chất lượng thực phẩm và đồng thời làm xuất hiện một số chất độc trong thực phẩm Những thuộc tính hoá lý của chất béo và dầu có một ảnh hưởng quan trọng trong việc hình thành và ổn đònh hệ nhũ tương thực phẩm Ví dụ, như: sự ổn đònh của hệ nhũ tương cream phụ thuộc vào tỉ lệ pha dầu và pha nước, một sự thay đổi nhỏ của lượng pha dầu ảnh hưởng đến sự ổn đònh lâu dài của hệ nhũ tương cream... nhũ tương Hoạt tính bề mặt và sự tác động làm ổn đònh hệ nhũ tương: Thường thì các polymer sinh học phải phân tán và tan vào trong dung dòch và sau đó thực hiện chức năng nhũ hoá Sự sovat hóa các poymer sinh học là cần thiết trước khi đồng hoá đểø hình thành hệ nhũ tương Quá trình này bao gồm một số giai đoạn như: phân tán, thấm ướt, nở ra, hoà tan… Hiệu quả hòa tan phụ thuộc vào nhiều yếu tố: bản chất... lại sự kết tụ Hình dạng các polymer và thuộc tính hoá lý của màng bảo vệ phụ thuộc vào cấu trúc phân tử và các tương tác của chúng (Das and Kinsella, 1990; Dickinson, 1992…) Các polymer sinh học có cấu trúc lưỡng cực dạng ngẫu nhiên và dạng cuộn thanh phân bố một cách linh hoạt giữa bề mặt pha dầu và pha nước và các vùng tự do, tạo nên màng bảo vệ có cấu trúc dày và hệ nhũ tương ở đây sẽ có độ nhớt... phụ thuộc vào cấu trúc phân tử và các tương tác của các polymer sinh học Các polymer sinh học Hình 1.26 Vò trí phân bố của các polymer sinh học giữa hai pha dầu và nước Dầu Nước Một số polymer sinh học thường được sử dụng làm phụ gia ổn đònh hệ nhũ tương thực phẩm: Nhiều hệ nhũ tương thực phẩm được ổn đònh bởi các polymer sinh học có hoạt tính bề mặt, chúng phân bố xung quanh các giọt phân tán và tạo... đối về mặt dinh dưỡng Do vậy, khuynh hướng giảm bớt hàm lượng chất béo trong công nghiệp thực phẩm và trong pha béo của hệ nhũ tương là vấn đề cần quan tâm Cấu tạo hóa học và nồng độ của các cấu tử trong pha dầu có thể thay đổi theo thời gian thông các phản ứng hóa học Hai biến đổi hóa học quan trọng trong chất béo và pha dầu là sự thủy phân và oxi hóa (Sonntag, 1979b, Nawar, 1996) Sự thủy phân dầu và. .. chọn thành phần và phụ gia thích hợp để ổn đònh hệ nhũ tương cho loại thực phẩm đó Mỗi một thành phần phải thể hiện rõ chức năng đặc trưng của nó trong thực phẩm, sao cho có lợi giá thành, tiện lợi khi sử dụng, chất lượng tốt, thích hợp với những thành phần khác, sẵn có và nhất là thân thiện với sức khoẻ con người Thành phần của một hệ nhũ tương bao gồm : 1.3.1 Chất béo và dầu Chất béo và dầu là một... khác… Các phương pháp này được xem là hợp với các quy đònh trong công nghệ thực phẩm Các chất nhũ hoá từ protein thực phẩm rất đa dạng dựa vào nguồn gốc tính chất ta có thể phân làm 4 nhóm: protein sữa, protein trứng, protein cá và thòt, protein thực vật Tuy nhiên ngoài Gelatin thì nhiều loại protein khác chưa có mặt trong danh mục phụ gia Trong phần dưới đây, chúng tôi cũng sẽ giới thiệu về một số . loại các chất nhũ hóa sẽ được đề cập ở phần phụ gia ổn đònh hệ nhũ tương. 1.3.4 Các phụ gia khác Một số phụ gia khác trong hệ nhũ tương thực phẩm là các. trong việc hình thành và ổn đònh hệ nhũ tương thực phẩm. Ví dụ, như: sự ổn đònh của hệ nhũ tương cream phụ thuộc vào tỉ lệ pha dầu và pha nước, một sự thay