Dầu tinh luyện

Dầu tinh luyện

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 cây thích

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

- 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 và không 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

cấp

4 Kcal/g Thực tế không cung

cấp năng lượng 2,4 Kcal/g 4 kcal/g

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

Aûnh hưởng lên

lượng insulin

Aûnh hưởng lên hệ

thống tiêu hóa

Trung lập Không ảnh hưởng Có thể gây

nhuận tràng Trung lập

Aûnh hưởng lên

răng miệng

Có thể gây sâu răng Không ảnh hưởng Không ảnh hưởng Có thể gây sâu răng

Hình 1.1: Cây sơ đồ phân loại các chất tạo ngọt

Hình 1.2: Tháp nhu cầu thực phẩm

Chất tạo vị ngọt

Có giá trị dinh dưỡng Không có giá trị dinh dưỡng

Glucid Polyols Tự nhiên Tổng hợp

Monosaccharide Disaccharide Hỗn hợp Đơn giản Hỗn hợp

- Glucose

- Fructose

- Galactose

- Saccharose

- Maltose

- Lactose

- Đường nghịch đảo

- Syrup thúy phân từ tinh bột

1.2 Tính chất cảm quan của các chất tạo

so sánh với những chất tạo ngọt khác Độ ngọt tương đối của saccharose là 1 hay 100% Cách duy nhất để đo độ ngọt của một chất là nếm nó Khi một chất được đặt lên lưỡi, những gai vị giác của lưỡi sẽ giải mã sự sắp xếp hóa học của chất đó và đưa ra những tín hiệu về vị và chuyển nó lên não

Làm thế nào để lượng hóa độ ngọt tương đối của một chất S? Để lượng hóa độ ngọt tương đối của một chất S, cần giả sử là chất S và saccharose có vị ngọt tương đương nhau Khi đó người ta sẽ sử dụng giá trị tỷ lệ giữa nồng độ dung dịch chất khảo sát 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 khối lượng thường dùng là phần trăm khối lượng (w/w) hoặc mol/l

1.2.1.2 Những 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 thành phần hóa học khác như những chất tạo ngọt khác hay những mùi vị khác Trong một vài trường hợp, tác động tâm lý cũng ảnh hưởng đến cảm nhận vị: nước quả xanh cho cảm giác ít ngọt hơn nước quả đỏ mặc dù chúng chứa cùng một lượng chất tạo ngọt như 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 độ tăng

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 kết quả như sau:

Nhìn chung những chất tạo ngọt có cường độ tạo ngọt mạnh thì hầu như tăng độ ngọt thường xuyên bởi nhiệt độ thấp hay cao Sự tăng nhiệt độ của dung dịch các chất tạo ngọt từ 22oC đến 50oC làm tăng độ ngọt của những chất tạo ngọt mạnh như aspartame, 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 độ tăng với dung dịch có nồng độ thấp nhất Sự giảm độ ngọt do tăng nhiệt độ xảy ra đối với 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 ngưỡng cảm nhận đường saccharose tăng ở nhiệt độ cao hơn

Ơû nhiệt độ thấp hơn ( khoảng 6oC) ít có ảnh hưởng đến ngưỡng cảm nhận ngọt của các chất tạo ngọt được thí nghiệm Ơû một vài nồng độ của các chất tạo ngọt có cường 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 cảm nhận 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 phối trộn 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 vị đắng 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

pH đến 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 Thí nghiệm diễn ra ở nhiệt độ phòng là 22oC Và kết quả thu được là:

Hình 1.12: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến độ ngọt

- 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)

- Aûnh 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 độ ngọt 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 sẽ làm 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: Aûnh hưởng của các muối đến dung dịch các chất tạo ngọt

Chất tạo ngọt Những ảnh hưởng quan trọng Nhóm

Nhóm 2Nhóm 3Nhóm 2Nhóm 1

Mặn

Nhóm 2Nhóm 1

Mùi kim loại

Nhóm 1, 2Nhóm 2, 3

ChuaMặn

Nhóm 2, 3Nhóm 1Nhóm 1

Với 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 là che giấu vị trí cảm nhận ngọt trên cơ quan cảm nhận vị giác, làm cho chất tạo ngọt khó tiếp xúc với cơ quan này do đó khó cảm nhận được vị ngọt Ngoại trừ glucose, độ nhớt tăng cũng không ảnh hưởng đến vị ngọt đáng kể

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

D-fructose và saccharose

1.2.1.3 So sánh độ ngọt của các chất tạo vị ngọt: [2], [25]

Khi tiến hành thực nghiệm để xác định độ ngọt tương đối của các chất tạo vị ngọt, người ta sử dụng dung dịch chuẩn saccharose có nồng độ là 10%, ở nhiệt độ

25oC

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 xuất bánh kẹo(Moll, 1991)

Chất tạo vị ngọt Độ ngọt tương đối Chất tạo vị ngọt Độ ngọt tương đối

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

Glycyrrhizin

1,000,4 ÷ 0,60,50,450,5 ÷ 0,6

SteviosideThaumatineDihydrochalcone

Chất ngọt tổng hợp

SaccharineCyclamateAspartameAcesulfame KDucine

200 ÷ 300

2000 ÷ 30001000

50035200200250

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 Là bản 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 và phương 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 lực đầu tiên để thiết lập mối tương quan hệ thống giữa cấu trúc hóa học và vị của chúng là nhà hóa học người Đức Georg Cohn, năm 1914 Oâng 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 là sapophore) để tạo ra vị Quan tâm đến vị ngọt, ông ta chú ý rằng những phân tử có chứa nhiều nhóm hydroxyl và các nguyên tử Clo thì cho vị ngọt, và trong số hàng loạt các chất có cấu trúc tương tự, ông nhận thấy những chất có khối lượng phân tử nhỏ hơn 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 có một trong hai loại cấu trúc sau: glucophore hoặc auxogluc Dựa trên những chất tạo ngọt 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 Terry Acree đưa ra thuyết cảm nhận vị ngọt AH-B Một cách đơn giản họ cho là để tạo vị ngọt 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 3Å 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 để tạo 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 quan tâm là trong một vài nhóm chức của một hợp chất, dường như có mối tương quan giữa các nhóm kỵ nước với độ ngọt Dựa trên những quan sát đó thuyết này đã cho là để tạo ngọt thì các hợp chất hóa học phải tạo được liên kết thứ 3 (được

gán là X) mà có thể tương 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 những nguyên tử mang điện tích âm và cách nhau khoảng 2,4 – 4Å Vị trí liên kết kỵ nước thứ 3 (X) làm tăng thêm độ ngọt

Hình 1.20: Mô hình thuyết AH-B-X Xem hình glucose và fructose:

γ: liên kết kỵ nước (X)

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 cảm nhận 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 mạnh như 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 tích cực

1.3 Tính chất vật lý của các chất tạo ngọt:

1.3.1 Độ tan:

Độ tan là lượng cực đại chất tan mà có thể hòa tan trong một lượng nhất định nước để tạo thành dung dịch bão hòa ở điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất định

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

Độ hòa tan của “đường” %w/w ở 20 o C

1.3.1.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến độ tan: [4], [9], [24]

- 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 dịch bão 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 bằng với những đường khác Tính chất này làm cho fructose trở nên hữu dụng trong syrup bánh 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 và thành 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 năng hòa tan của saccharose

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

1.3.1.3 Aûnh hưởng của độ tan đến sản xuất bánh kẹo:

Khả năng hòa tan của các loại đường khác nhau đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo Hai tác dụng không mong muốn dưới đây sẽ xảy ra nếu 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 hư hỏng 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 là rất có khả năng gây ra hai hiện tượng trên lên bánh kẹo

1.3.2 Độ nhớt:

1.3.2.1 Định nghĩa: Độ nhớt sinh ra từ lực giữa các phân tử trong chất

lỏng (lực ma sát nội phân tử); lực càng mạnh, thì độ nhớt càng lớn

Khi tăng nhiệt độ, lực hút giữa các phân tử giảm, có khả năng làm cho chúng chuyển động tự do hơn nên độ nhớt giảm

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

Độ nhớt của dung dịch đường saccharose là lớn nhất Độ nhớt cao gây khó khăn trong quá trình nấu kẹo, cần động cơ cánh khuấy cao Kết hợp khả năng hòa tan và độ nhớt 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 định lặp đi lặp lại liên tục trong toàn tinh thể

1.3.3.2 Aûnh 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 quá trình 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 tượng chuyển pha từ lỏng sang rắn Nếu quá trình hóa rắn nhanh, các phân tử chưa kịp sắp xếp 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 sự tạo 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 và đôi khi rất khó kiểm soát, nên trong sản xuất một số loại kẹo có chứa tinh thể đường thì người ta thường cho vào các mầm tinh thể có sẵn để tạo điều kiện thu được chất lượng 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 tinh thể là hiệu số nồng độ của dung dịch đường quá bão hòa và nồng độ của lớp dung dịch trên bề mặt tinh thể Ngoài ra độ nhớt của dung dịch, nhiệt độ hay bề dày của lớp phim vật liệu cũng quyết định đến quá trình lớn lên của mầm Cho nên

trong sản xuất kẹo muốn không xuất hiện các tinh thể đường thì ta có thể căn cứ vào những cơ sở trên để điều chỉnh thành phần nguyên liệu nhằm tạo ra được dung dịch syrup có tính chất phù hợp.

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

Trong số các loại đường, lactose kết tinh từ từ nếu không gieo mầm và sự kết tinh từ từ này tạo ra những tinh thể sạn lớn Saccharose làm giảm đáng kể khả năng hòa 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 sẽ xuất 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

1.3.4.2 Aûnh hưởng của nhiệt hòa tan đến sản xuất bánh kẹo:

Tất cả polyol có tác dụng làm mát ít nhiều do nó, điều này có thể có giá trị trong một vài sản phẩm nhưng lại có hại trong những sản phẩm khác

Nhiệt hòa tan làm ảnh hưởng đến lượng nước và lượng nhiệt cần thiết để hòa tan đường khi làm kẹo Đối với đường ít thu nhiệt thì cần nhiều nước nóng hơn so với đường thu nhiệt nhiều

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 đặt tên sau khi nhà hóa học Louis-Camille Maillard nghiên cứu về nó trong những năm 1910

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 định đến kết quả mùi vị Sản phẩm của phản ứng Maillard bị sậm màu, giảm khả năng hòa tan protein, tăng vị đắng, giảm giá trị dinh dưỡng của acid amine như lysine

1.4.1.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng Maillard:

1.4.1.2.1 Aûnh 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 mạnh nhất là glicocol, alanine, asparagine Xystine và tyrozine trái lại cho sản phẩm màu yếu 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 hoa hồng 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 năng phản ứng với đường khử tạo thành chất có màu sẫm Chẳng hạn di- và tripeptit phản ứng 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 tạo Maillard càng mạnh Khả năng tham gia phản ứng của acid amine phụ thuộc rất mạnh vào độ dài mạch Cacbon, vị trí của nhóm amin so với nhóm carbocyl Nhóm amin càng xa nhóm carbocyl thì tham gia phản ứng càng mạnh mẽ hơn acid monoamine α-acid amine hoạt động kém hơn β-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 nhanh hơn glucose, còn các pentose (arabinose, xilose) lại có hoạt động cao nhất Đường pentose phản ứng mạnh hơn đường hexose và đường hexose phản ứng mạnh hơn disaccharide 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, đường thừa sẽ làm cho sản phẩm Maillard tạo được có dạng hòa tan ngay cả khi

nồng độ rất cao 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 không đáng kể và tỉ lệ acid amine/đường rất bé, 1/40 thậm chí 1/300

1.4.1.2.2 Aûnh hưởng của nước và hoạt độ nước:

Để phản ứng Maillard tiến hành cực đại thì xung quanh mỗi phân tử protein phải tạo nên lớp đơn phân glucose và lớp đơn phân nước Như vậy, sự có mặt của nước là điều kiện cần thiết để tiến hành phản ứng Nồng độ chất tác dụng càng cao, lượng nước 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 đại khi 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 ứng Maillard

1.4.1.2.3 Aûnh 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 tạo thành cũng khác nhau Người ta thấy ở nhiệt độ từ 95 - 100°C, phản ứng sẽ cho các sản phẩm có tính chất cảm quan tốt hơn cả Khi nhiệt độ quá cao thì các sản phẩm Maillard tạo được sẽ có vị đắng và mùi khét

Phản ứng Maillard có thể tiến hành trong một khoảng pH khá rộng, tuy nhiên trong môi trường kiềm phản ứng nhanh hơn vì khi đó nhóm amine sẽ không bị mất tác dụng Trong môi trường acid (pH < 3), quá trình tạo sản phẩm Maillard thể hiện rất yếu, chủ yếu là sự phân hủy đường Cùng với sự tăng nhiệt độ phản ứng sẽ tăng nhanh ngay 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 gia của các hợp chất carbonyl: như dimedon, hydroxyamin, bisulfite Những chất này sẽ kết hợp với các chất khác nhau phát sinh ra ở trong giai đoạn trung gian, do đó làm ngừng các quá trình tiếp theo của phản ứng Chẳng hạn dimedon kết hợp được với aldehyd nên có thể làm ngừng hẳn phản ứng tạo Maillard Khí sunfurơ, acid sunfurơ hoặc muối của nó (bisulfite của Natri, Kali) là những chất kìm hãm rất mạnh mẽ phản ứng tạo màu Maillard Tác dụng kìm hãm của acid sunfurơ có liên quan tới các nhóm khử

1.4.1.3 Các giai đoạn của phản ứng Maillard:

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

thành hợp chất dị vòng chứa Nitơ

1.4.1.4 Khả năng tham gia phản ứng Maillard của các chất tạo vị ngọt:

Phản ứng Maillard thường xảy ra trong môi trường kiềm hơn là trong môi trường acid và đó cũng là một trong những lý do dùng muối Natri bicarbonate trong bánh bích quy để làm tăng tính kiềm

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 và đường hexose phản ứng mạnh hơn disaccharide Saccharose không phản ứng với acid amine 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 quy hay cracker – giống như mùi hiện có của các sản phẩm nướng như bánh mì, bỏng ngô rang, bánh ngô 2-acetyl-1-pyrroline là một loại mùi hương của gạo rang Cả hai hợp chất 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:

Khi ở nhiệt độ cao hơn sẽ mất đi 10% nước và tạo thành caramelans (C12H18O9 hay C24H36O18) có màu vàng:

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 Caramel được 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 thành Caramel Phản ứng Caramel tạo ra màu và mùi vị mong muốn cho các loại bánh mì, cà phê, rau quả, bia và đậu phộng Những ảnh hưởng không mong muốn của phản ứng Caramel là mùi đường cháy và vị khét

Giống như phản ứng Maillard, phản ứng Caramel là một loại phản ứng hóa nâu phi enzyme Tuy nhiên không giống với phản ứng Maillard ở chỗ phản ứng Caramel là một 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 mùi Caramel Khi quá trình Caramel hóa có liên quan đến saccharose thì ta phải thêm một phân tử nước vào saccharose để phân tách nó thành glucose và fructose làm tăng khối lượng 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 phản ứng hóa nâu khác và nó phụ thuộc vào loại đường Bảng1.7 chỉ ra nhiệt độ bắt đầu phản ứng Caramel của một vài loại carbohydrate thông dụng Bảng này dựa vào độ tinh khiết của carbohydrate Trong một thực phẩm có nhiều loại carbohydrate khác nhau và những thành phần khác, tất cả đều ảnh hưởng đến nhiệt độ phản ứng Caramel cũng 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 - 252oCGlucose 146 - 150oCSaccharose 160 - 180oC

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

1.4.2.3 Các giai đoạn của phản ứng Caramel:

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

Phản ứng Caramel bắt đầu bằng sự nấu chảy đường ở nhiệt độ cao, tiếp sau đó là quá trình sôi tạo bọt Ơû 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 với nhau và tạo thành những hợp chất như difructose-anhydride Bước kế tiếp là đồng phân hóa aldose thành ketose và những phản ứng tách nước thêm nữa Những phản ứng cuối cùng bao gồm phản ứng phân đoạn (tạo mùi) và phản ứng trùng hợp (tạo màu)

Những giai đoạn khác nhau của phản ứng Caramel được nhận biết qua tên dựa trên đặc điểm của sản phẩm, xem bảng 1.8 Dạng thread cho biết đường có thể được nhào 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 có màu xuất hiện thì mới gọi là caramel

Bảng 1.8: Các giai đoạn của phản ứng caramel saccharose

Bước Nhiệt độ, o C Đặc điểm và ứng dụng Hình ảnh

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 kẹo dẻo

129 Không màu, rắn chắc khi làm nguội,

không thay đổi mùi vị Dùng trong kẹo hơi cứng (semi-hard candy

Crack 165 – 166 Không màu, cứng khi làm nguội, không thay đổi mùi vị Dùng trong kẹo

butterscotch và kẹo cứng

8

Extra-hard

Crack

168 Có màu nhạt, khi làm nguội thì tạo mãnh

vỡ giống thủy tinh, không thay đổi mùi

vị Dùng trong kẹo cứng

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’s

blood) Ơû giai đoạn này, đường bị phân hủy thành carbon tinh khiết Có mùi vị cháy khét

1.4.2.4 Khả năng tham gia phản ứng Caramel của các chất tạo vị ngọt:

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

1.4.2.5 Vai trò của phản ứng Caramel trong sản xuất bánh kẹo:

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

Trong suốt phản ứng Caramel có tạo ra một vài hợp chất mùi cũng như các sản phẩm caramel trùng hợp Caramel là một hỗn hợp phức tạp gồm nhiều thành phần có phân 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 hợp chất mùi quan trọng, nó được sinh ra trong suốt những giai đoạn đầu của phản ứng Caramel Diacetyl là nguyên nhân chính tạo ra mùi trong kẹo bơ (buttery) hay kẹo

bơ đường (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 các furans như hydroxymethylfurfural (HMF) và hydroxyacetylfuran (HAF), các furanones như hydroxydimethylfuranone (HDF), dihydroxydimethylfuranone (DDF) và maltol từ disaccharides và hydroxymaltol từ monosaccharides Và maltol (E636) có mùi giống bánh mì mới nướng và được dùng như một chất làm tăng mùi trong bánh mì và bánh ngọt

1.5 Khả năng tiêu hóa:

1.5.1 Định nghĩa: [19]

Khả năng tiêu hóa bao gồm các quá trình cơ học, như nhai, nhào trộn, nghiền nhuyễn thực phẩm, cũng như các hoạt động hóa học của enzym tiêu hóa và những chất khác như mật Sự tiêu hóa hóa học bắt đầu trong miệng với hoạt động của nước bọt lên thực phẩm, nhưng hầu hết diễn ra ở dạ dày và ruột non, nơi thức ăn là đối tượng của dịch vị, dịch tụy và succus entericus

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

(β1-4 disaccharidase) được tiết ra bởi lông tơ của ruột (intestinal villi) và enzyme này phân cắt phân tử lactose thành glucose và galactose dễ hấp thụ Vì lactose có mặt trong hầu hết các loại sữa nên hầu hết những chỗ có thể sinh ra enzyme lactase dần cạn kiệt và khi đó cơ thể con người không còn khả năng chuyển hóa lactose Do đó sự mất lactase cũng 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 tiêu hóa kém, nó phân hủy chậm tạo thành glucose Lượng lớn sorbitol (khoảng 50g hay hơn đối với người lớn) có thể dẫn đến đau bụng, đầy hơi và tiêu chảy nhẹ đến nặng hay thậm chí gây ra những vấn đề nghiêm trọng về dạ dày Sorbitol cũng có thể làm nặng 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 lượng quá mức sorbitol trong tế bào mắt và thần kinh Có quá nhiều sorbitol trong tế bào có thể 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 nên dùng maltitol hay những loại rượu đường tương tự khác Maltitol dễ dàng được dùng trong 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 và không tạo năng lượng

Khả năng tiêu hóa cyclamate: Ơû 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 hóa cyclamate một lượng cyclamate dưới tác dụng của vi khuẩn ở phần ruột dưới Theo nghiên cứu thì lượng cyclamate chuyển hóa > 0,2% lượng cyclamate sử dụng vào cơ thể 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 cách giống như khi chúng bắt nguồn từ những thức ăn và đồ uống

khác Không có sự tích lũy 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 qua phân và chỉ có 11 – 27% được hấp thụ Sucralose dễ bị phân hủy bởi vi sinh vật và giải phóng 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: α-D-glucose; β-D-glucose

Khối lượng phân tử: 180,16 g/mol

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

Tỷ trọng: 1,54 g/cm3

Glucose là một monosaccharide (hoặc đường đơn), là một carbohydrate quan trọng trong sinh học Tế bào sử dụng nó như một nguồn năng lượng và là chất chuyển hóa trung gian (metabolic intermediate) Glucose là một trong những sản phẩm chính của 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 biệt trong 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 nó được 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 nội phân tử Trong dung dịch nước, cả hai dạng đều tồn tại cân bằng và ở pH 7 thì mạch vòng 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 phía với sự ngoại lệ của nguyên tử carbon thứ 5, carbon thứ 5 này liên kết với carbon thứ 6 ngoài vòng tạo thành nhóm CH2OH.

Đồng phân:

Đường aldohexose có 16 đồng phân lập thể quang học Có sự phân chia thành

2 nhóm 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 các sinh vật sống, trong đó D-glucose (Glu), D-galactose (Gal) and D-mannose (Man) là quan trọng nhất

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

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

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

3 β-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 và quả 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 toàn thành glucose dùng xúc tác enzym glucoamylase từ nấm Aspergillus niger Điều kiện đặc 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 hiệu suất 96% trong 1 – 4 ngày Dùng dung dịch loãng hơn có thể đạt được hiệu suất cao hơn, 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 đặc trong thiết bị bốc hơi nhiều cấp (multiple-effect evaporator) Quá trình kết tinh nhiều lần 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 sinh vật, từ vi khuẩn đến con người Dùng glucose như là sự hô hấp của vi sinh vật

ưa khí hoặc kị khí (lên men) Carbohydrate là nguồn năng lượng chính yếu cho cơ thể con người, thông qua hô hấp hiếu khí, cung cấp khoảng 4KCal (17KJ) năng lượng / 1g thực 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 cho việc tổng hợp một vài chất quan trọng Dung dịch tinh bột, tinh bột, cellulose và glycogen (“tinh bột của động vật”) là những polyme glucose phổ biến (polysaccharide) Glucose kết hợp với frutose tạo saccharose

2.1.1.1.2 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 trong nhiều 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 vào chuỗi hô hấp dài và mức độ phản ứng cao hơn glucose

Những đồng phân:

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

D-α-D-Fructose β-D-Fructose α-L-Fructose β-L-Fructose

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 củ như củ cải đường, khoai lang, củ cải vàng, củ hành và thường ở dạng kết hợp với saccharose 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 là 87% khối lượng so với saccharose ở 20oC là 67% và ở 50oC là 72% Khả năng hòa tan của nó trong rượu ngang bằng với những đường khác Tính chất này làm cho nó trở nên 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 phép nhưng 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 kháng insulin – 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 giàu fructose – 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 khi hầu hết các carbohydrate cung cấp bằng năng lượng nhưng fructose thì ngọt hơn và các nhà sản xuất chỉ cần dùng một lượng ít cũng có thể cho kết quả tương tự với những carbohydrate khác

2.1.1.1.2.4 Ứng dụng:

Fructose có thể được dùng làm tác nhân tăng mùi vị cho chocolate, mứt, trái cây đóng 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

2.1.1.1.3 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 thức hóa 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 một đồng phân quang học của glucose

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

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 Nó được tổng hợp bởi cơ thể người, tại đây nó tạo thành một dạng glycolipid và glycoprotein trong một vài loại mô

Thủy phân lactose bởi xúc tác là enzyme lactase, một β-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 có thể 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 năng lượng 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 chậm phát 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 lại biến chứng tuy nhiên tổn thất trí não là vĩnh cửu

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

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

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-α-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 vị glucose liên kết nhau qua liên kết α-1,4 glucoside Nó là thành phần quan trọng thứ hai trong hàng loạt những hợp chất hóa sinh có vòng glucose Nếu thêm một gốc glucose thì tạo thành maltotriose, và 4 gốc glucose thì gọi là maltotetrose, … Nếu thêm nhiều gốc glucose nữa thì tạo thành dextrins, thường gọi là maltodextrin, hay thậm chí tạo thành 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 phân này xảy ra nhanh Trong phòng thí nghiệm đun nóng dung dịch trong môi trường acid mạnh trong vài phút cũng sẽ cho ra những sản phẩm tương tự Sự sản sinh maltose trong ngũ cốc nẩy mầm, như lúa mạch, là một phần quan trọng của quá trình ủ Khi lúa mạch được ủ thì đây là điều kiện thuận lợi để hàm lượng maltose đạt cực đại Quá trình chuyển hóa maltose bởi nấm men trong quá trình lên men tạo ra sản phẩm là ethanol 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 thực phẩm 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 được ứng 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 nó không 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 sản phẩm bánh, bánh mì, thực phẩm nướng

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

Tinh bột Hóa lỏng

bằng enzyme bằng enzymeĐường hóa Tẩy màu

LọcLọc thô

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 β-D-galactose và β-D-glucose liên kết nhau qua liên kết β 1-4 glycosidic Lactose chiếm khoảng 2 – 8% trong sữa Lactose bắt nguồn từ tiếng Latin có nghĩa là sữa, công thêm đuôi –ose để chỉ 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 từ chất lỏng còn dư ra trong sản xuất casein Chất lỏng này được hóa chua, được đun nóng 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 ít khó khăn bởi vì khả năng kém tan của nó và khả năng kết tinh khác thường Độ tan của lactose ở nhiệt độ thường là khoảng 16% và tăng lên 60% ở

90oC, và trong dung dịch nó tồn tại hai dạng α và β-lactose

Ơû trạng thái kết tinh, lactose có 3 dạng: α lactose ngậm nước, α lactose khan và β lactose khan α lactose ngậm nước (một phân tử nước) là lactose thương mại, lactose khan thu được bằng cách tách nước ở nhiệt độ 65 – 93,5oC ở áp suất thấp hay nó được sản xuất ở áp suất thường và nhiệt độ là 110 – 130oC Ơû 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 dạng ngậm nước, nhưng trên 93,5oC nó chuyển sang dạng β khan β

lactose khan cũng được hình 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 để làm 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 (β1-4 disaccharidase) được tiết ra bởi lông tơ của ruột (intestinal villi) và enzyme này phân cắt phân tử lactose thành glucose và galactose dễ hấp thụ

Vì lactose có mặt trong hầu hết các loại sữa nên hầu hết những chỗ có thể sinh ra enzyme lactase dần cạn kiệt và khi đó cơ thể con người không còn khả năng chuyển hóa lactose Do đó sự mất lactase cũng là một loại bệnh ở người trưởng thành Tuy nhiên nhiều người có tổ tiên ở Châu Aâu, Trung Đông, Aán Độ và Maasai

ở Đông Phi có một kiểu gien cho lactase giúp người trưởng thành không bị mất khả năng này Và nhiều 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

2.1.1.3.1.2 Phương pháp thu nhận:

Hiện nay đường nghịch đảo được sản xuất bằng phương pháp thủy phân dung dịch đường saccharose, tác nhân xúc tác có thể là acid hoặc enzyme invertase.Giả sử hiệu suất là 100%, khi đó ta sẽ thu được sản phẩm là đường ngịch đảo

Ơû 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 D-fructose là -92,4o (góc quay trái) Như vậy, khi phản ứng thủy phân saccharose diễn ra hoàn toàn, dung dịch đường thu được sẽ có góc quay cực là -19,8o (góc quay trái) Do có sự thay đổi góc quay cực của dung dịch saccharose trước và sau phản ứng nên quá trình này còn được gọi là quá trình nghịch đảo đường

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

Xúc tác enzyme sử dụng là enzyme invertase Ở quy mô công nghiệp, quá trình nghịch đảo đường bằng invertase được thực hiện bởi hai dạng chế phẩm: enzyme hòa tan 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 nằm trong vùng acid yếu Điều này sẽ tiết kiệm chi phí năng lượng (gia nhiệt) cho quá trình sản 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 cùng nồng 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 và fructose với tỷ lệ mol 1:1 sẽ có độ ngọt là 1,3 Như vậy với cùng một nồng độ đường như 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 và 180g fructose – tức thu được 360g đường nghịch đảo Như vậy lượng tổng chất khô trong 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

- Oån 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 độ đồng nhất của syrup Khả năng hòa tan trong nước của saccharose cao hơn đôi chút so với glucose (100ml nước ở 15oC có thể hòa tan được 197g saccharose hoặc 154g glucose) 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 kết tinh đường glucose và fructose khó thực hiện hơn so với saccharose Do đó phản ứng nghịch đảo saccharose sẽ tăng cường sự hòa tan của đường trong syrup nồng độ cao và tránh 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 dịch chứa chất hòa tan phân tử lượng nhỏ hơn sẽ có áp lực thẩm thấu lớn hơn Giá trị áp lực thẩm 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 các chất tan có trong syrup đồng thời tạo ra các sản phẩm