TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG KEO ƯA NƯỚC (HYDROCOLLOIDS) TRONG SỮA VÀ CÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA

Các hợp chất keo thực phẩm (hay còn gọi là keo ưa nước) thường được ngành công nghiệp thực phẩm và phụ gia gọi theo những ứng dụng của chúng là: các hợp chất tạo ổn địnhlàm bền, làm đặc và tạo gel. Trong tự nhiên các hợp chất này vốn có sẵn trong các tổ chức sinh vật và chúng có một số chức năng quan trọng giúp sinh vật 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 lưu biến và tính chất cảm quan mà người tiêu dùngyêu cầu. Sự ứng dụng hiệu quả của keo thực phẩm là một chủ đề hấp dẫn mà nó tiếptục 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 cấutrúc và sự kết hợp của chúng với các polymer khác. Keo thực phẩm có 4 vai trò, lợi ích sau: Cung cấp sự tiện lợi. Cải thiện và nâng cao chất lượng. Có lợi ích chức năng cho sức khỏe. Hạ giá thành sản phẩm một cách đáng kể.Trong bài tiểu luận này, chúng tôi sẽ tập trung tìm hiểu về: Sử dụng keo ưa nước (hydrocolloids) trong sữa và các sản phẩm từ sữa.

BỘ MÔN: PHỤ GIA THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI: TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG KEO ƯA NƯỚC (HYDROCOLLOIDS) TRONG SỮA VÀ CÁC SẢN PHẨM

TỪ SỮA

GVHD: NGUYỄN PHÚ ĐỨC NHÓM 10, THỨ 5, TIẾT 8, 9

TPHCM, 2015

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH



Mục lục

LỜI MỞ ĐẦU 3

I Phân loại, tính chất và chức năng của keo ưa nước (keo thực phẩm) 4

1 Phân loại 4

2 Tính chất và chức năng chung của keo ưa nước 5

2.1 Tạo độ nhaớt 5

2.2 Tạo gel 5

II Các loại keo ưa nước thường được sử dụng trong sữa và các sản phẩm từ sữa6 1 Carrageenan 6

1.1 Đặc tính và cấu trúc hóa học: 6

1.2 Tính chất của carrageenan: 7

1.3 Ứng dụng của carrageenan trong thực phẩm: 8

2.1 Đặc tính và cấu trúc hóa học 10

2.2 Sự tạo gel của agilnate 11

3 Agar 12

3.1 Đặc tính và cấu trúc hóa học 12

3.2 Cơ chế tạo gel của Agar 3.3 Các ưu điểm nổi bậc của Agar 3.4 Ứng dụng của Agar trong cộng nghiệp thực phẩm 13

4 Gelatin 14

4.1 Đặc tính và cấu trúc hóa học 14

4.2 Một số tính chất của Gelatin 4.3 Ứng dụng của gelatin trong công nghiệp thực phẩm 14

5 Pectin 15

6 Dẫn xuất của cenllulose 17

LỜI MỞ ĐẦU

Các hợp chất keo thực phẩm (hay còn gọi là keo ưa nước) 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, làm đặc và tạo gel Trong tự nhiên các hợp chất này vốn

có sẵn trong các tổ chức sinh vật và chúng có một số chức năng quan trọng giúp

sinh vật 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 lưu biến và tính chất cảm quan mà người tiêu dùng yêu cầu 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

Keo thực phẩm có 4 vai trò, lợi ích sau:

- Cung cấp sự tiện lợi

- Cải thiện và nâng cao chất lượng

- Có lợi ích chức năng cho sức khỏe

- Hạ giá thành sản phẩm một cách đáng kể

Trong bài tiểu luận này, chúng tôi sẽ tập trung tìm hiểu về: Sử dụng keo ưa nước

(hydrocolloids) trong sữa và các sản phẩm từ sữa

Dù đã cố gắng hết sức, song trong quá trình tìm hiểu và biên soạn sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót Rất mong sự đóng góp ý kiến từ Thầy và các bạn!

Tập thể nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn!

I Phân loại, tính chất và chức năng của keo ưa nước (keo thực phẩm)

1 Phân loại

Dựa vào nguồn gốc người ta phân keo ưa nước (keo thực phẩm) thành hai nhóm chính là: keo thực phẩm tự nhiên và keo thực phẩm bán tổng hợp

Bảng phân loại keo ưa nước

Keo thực phẩm tự nhiên Keo thực phẩm bán tổng hợp

Trong dịch

chiết từ cây

(nhựa cây)

Gum Arabic (acacia gum)

Dẫn xuất từ cellulose

Carboxymethyl cellulose (CMC)

cellulose (MC)

Trong hạt

hoặc củ

Locust bean gum (LBG)

Dẫn xuất từ tinh bột (tinh bột biến tính)

Carboxymethyl starch

Trong rong

biển

Agar

Tổng hợp từ

vi sinh vật

Xanthan gum

(LMP)

Gelatine Carboxymethyl locus

bean gum

gum

2 Tính chất và chức năng chung của keo ưa nước

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 phụ thuộc vào các yếu tố sau:

o Nồng độ chất keo

o Nhiệt độ

o Khối lượng phân tử

o pH

o Lực ion

Chức năng: tạo nhớt, tạo đặc cho các thực phẩm dạng lỏng ví dụ các loại sốt, tương ớt, tương cà…; là chất tạo nhũ và làm bền hệ nhũ tương; là chất chống lắng các nguyên liệu dạng rắn trong thực phẩm dạng lỏng, chất giữ ẩm có tác dụng làm mềm, chất ổn định hệ bọt trong bia hay trong các sản phẩm bánh nướng và kiểm soát sự hình thành các tinh thể

đá trong các sản phẩm lạnh đông…

2.2 Tạo gel

Sự tạo gel là quá trình tạo thành mạng lưới liên kết chặt chẽ, có cấu trúc của các phân tử keo ưa nước với nhau và với nước tạo trạng thái rắn cho thực phẩm lúc đầu có trạng thái lỏng

Chỉ có một số loại keo có tính chất này ví dụ như tinh bột, aliginate, carrageenan, agar, gelatine… Nồng độ và điều kiện tạo gel của các loại keo ưa nước khác nhau cũng rất khác nhau

Tính chất này 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 một số chất keo được sử dụng như nguồn chất xơ hòa tan có lợi cho sức khỏe

II Các loại keo ưa nước thường được sử dụng trong sữa và các

sản phẩm từ sữa

1 Carrageenan

1.1 Đặc tính và cấu trúc hóa học:

Carrageen là polysaccharide được chiết xuất thương mại chủ yếu từ hai loài trong giống tảo đỏ là kapaphycus alvarezii và eucheuma denticulatum

Carrgeen 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 đặc biệt để tạo gel, làm đặc, làm bền các thực phẩm hoặc các hệ thống thực phẩm

Về mặt hóa học, carrageen 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 sunfate hóa hoặc không sunfate hóa, được nối với nhau luân phiên bằng liên kết

glycoside α-(1,3) và β-(1,4)

Cấu trúc của carrageenan khác nhau ở hàm lượng ester sulfate và 3,6-

andehydrogalactose và sự phân bố của nhóm ester sulphate Sự khác biệt này sẽ ảnh hưởng đến cường độ, cấu trúc, độ hòa tan, nhiệt độ chảy và nhiệt độ tạo gel, sự tách nước, sự cộng hưởng và các tương tác của carrageenan với các keo ưa nước và nguyên

liệu khác

Cấu tạo carrageenan

1.2 Tính chất của carrageenan:

Màu hơi vàng, màu nâu vàng nhạt hay màu trắng

Dạng bột thô, bột mịn và gần như không mùi

Không tan trong ethanol, tan trong nước ở nhiệt độ khoảng 80oC tạo thành một dung dịch sệch hay dung dịch màu trắng đục có tính chảy, phân tán dễ dàng trong nước hơn nếu ban đầu được làm ẩm với cồn, glycerol, hay dung dịch bão hòa glucose và sucrose trong nước

Độ nhớt của dunh dịch tùy thuộc vào loại carrageenan, khối lượng phân tử, nhiệt độ, các ion có mặt và hàm lượng carrageenan

Cũng như những polymer mạch thẳng có mang điện tích khác, độ nhớt tỉ lệ thuận với hàm lượng

Carrageenan có khả năng tương tác với nhiều loại gum đặc biệt là locust bean gum, trong

đó tùy thuộc vào hàm lượng nó sẽ có tác dụng làm tăng độ nhớt, độ bền gel và độ đàn hồi của gel Ở hàm lượng cao carrageenan làm tăng độ bền gel của guar gum nhưng ở hàm lượng thấp, nó chỉ có thể làm tăng độ nhớt

Khi carrageenan được cho vào những dung dịch của gum ghatti, alginate và pectin nó sẽ làm giảm độ nhớt của các dung dịch này

Ổn định ở pH >7, phân hủy ở pH = 5-7; phân hủy nhanh ở pH < 5

Khả năng tạo gel của carrageenan phụ thuộc rất lớn vào sự có mặt của cation

1.3 Ứng dụng của carrageenan trong thực phẩm

Các ứng dụng phổ thông và truyền thống của carrageenan trong các sản phẩm từ sữa là bánh flan và pudding Các sản phẩm này sử dụng một dãy toàn bộ các loại carrageenan cho các mục đích tạo gel và tạo đặc

Khi sử dụng trong các công thức của đồ uống từ đậu nành, carrageenan cung cấp một hệ huyền phù đồng nhất, bền của các chất rắn không hòa tan, bảo đảm một chất lượng cao cho thành phẩm

Đối với các sản phẩm sữa có acid, chẳng hạn như phô

mai mềm hoặc sữa chua nói chung, carrageenan không

thích hợp để là chất làm bền hiệu quả Tuy nhiên một

hỗn hợp carrageenan-galactomannan được lựa chọn

thích hợp, cẩn thận có thể được dùng để kiểm soát sự

đông tụ này tạo ra độ bền hiệu quả và ngăn ngừa sự

tách ẩm trong khi vẫn đem lại một đặc tính mouthfeel

tốt cho thành phẩm

Có khả năng tương tác protein hình thành hệ gel

thixotropic trong sữa Hệ thixotropic là cấu trúc gel đã

được định hình lại, có tác dụng duy trỳ hệ nhũ tương

ổn định và đồng hóa tốt chống việc hình thành “đường kem” bằng cách làm giảm quá

trình đông tụ và phân tách các hạt cầu béo, tạo cảm giác mềm dịu của sản phẩm

Tạo gel và đông tụ với pho mát, carrageenan giúp cho sản phẩm dễ cắt lát và lâu chảy Trong sản xuất sữa chua, carrageenan được cân đo rồi hòa tan với nước và đem đi phối trộn cùng với nguyên liệu chính để tạo gel Nó tạo một cấu trúc xoắn nhốt các phần tử chất khô (sữa, nước, men vi sinh ), cho sản phẩm ở dạng rắn nhưng không mềm, liên kết với các phân tử nước tự do khi đông lạnh làm sữa chua trở nên mịn, chống khả năng tách lớp ở sản phẩm có hàm lượng chất béo trong sữa chua thấp

Trong sản phẩm bánh flan và các sản phẩm gel sữa, sữa cô đặc và các hỗn hợp kem (ice cream mix), chỉ cần sử dụng carrageenan ở mức 0,01% do hiệu quả cao của sự cộng hưởng giữa kappa carrageenan với kappa casein Trong các sản phẩm này, kappa

carrageenan không chỉ hình thành một gel yếu trong pha nước mà nó còn tạo được cấu trúc bằng việc tương tác trực tiếp với các nhóm acid amin tích điện dương và tương tác gián tiếp, thông qua các cation hóa trị 2, với các nhóm acid amin tích điện âm của protein

ở bề mặt của các hạt cầu casein (casein micelle)

Loại tương tác cộng hưởng này được ứng dụng rộng rãi để làm ổn định các sản phẩm làm

từ sữa Với liều lượng thấp khoảng 150 – 250 ppm carrageenan là đủ để ngăn chặn sự tách whey protein của những sản phẩm này trong quá trình sản xuất và tồn trữ Trong sản phẩm sữa hương vị chocolate và đồ uống từ sữa có bổ sung calcium, một lượng nhỏ

carrageenan có thể ngăn chặn sự tách whey protein và tạo ra mạng lưới giúp làm bền sự

lơ lửng của các hạt cacao hoặc hạt muối calcium không hòa tan trong sữa

Dựa vào đặc tính ưu việt của carrageenan và các keo thực phẩm khác, người ta có thể phát triển các sản phẩm mới thuộc dạng này mà có thể lược bỏ một vài nguyên liệu truyền thống quan trọng Điều này có thể đem lại các lợi ích rõ rệt như sự tiện lợi, đơn giản, giá thành thấp…

Được ứng dụng trong các sản phẩm từ sữa làm bánh flan, bánh pudding Các sản phẩm này được sử dụng toàn bộ một dãy carrageenan cho các mục đích tạo gel, tạo đặc:

Làm hỗn hợp trộn (dry mix) để làm bánh flan “sử dụng tiện lợi” hay bánh flan “nền carrageenan”:

Chất ổn định chính là carrageenan Trong chế phẩm carrageenan người ta có thể kết hợp

2 loại kappa và lambda hoặc thêm LBG với mục đích cộng hưởng Hiệu ứng cộng hưởng này giúp cho sản phẩm có cấu trúc co giãn và giảm sự tách nước

Ưu điểm của sản phẩm nền carrageenan :

 Tạo hương vị và mouthfeel tốt

 Có tính đồng nhất về chất lượng giữa các

mẻ sản xuất khác nhau

 Thay thế hiệu quả và kinh tế đối với bánh

flan có sử dụng trứng

 Có thể sản xuất một loạt các bánh flan phù

hợp với các yêu cầu như tính đàn hồi, cường độ

gel, kiểm soát sự tách nước, cấu trúc và mouthfeel

của sản phẩm

 Không bắt buộc phải làm lạnh để tạo gel

 Dễ dàng phân phối trên thị trường

2 Agilnate

2.1 Đặc tính và cấu trúc hóa học

Acid alginic là một acid hữu cơ có trong tảo nâu, trọng lượng phân tử từ 32000-200000 Cấu tạo hóa học của acid alginic gồm 2 phần tử β-D- mannuronic và α-L-guluronic acid liên kết với nhau bằng liên kết 1- 4glucozid Nó không bền, dễ bị tự phân hủy nên người

ta chuyển nó thành các hợp chất muối alginate khác nhau bền hơn và hòa tan trong nước Công thức cấu tạo của acid alginic

2.2 Sự tạo gel của agilnate

Một tính chất quan trọng của alginate là tính chất tạo gel của chúng Trong điều kiện nhiệt độ cao ở trạng thái sôi và khi làm nguội sẽ trở thành dạng gel

Thông thường alginat kết hợp với ion Ca2+ tạo gel

Các alginat có khả năng tạo gel khi có mặt của ion Ca 2+ và acid Có thể tạo gel acide ở

pH < 4 (khoảng 3.4) thường dùng kết hợp với pectin (HMP)

Tham gia tạo gel các tương tác tĩnh điện qua cầu nối Ca2+ có vai trò quan trọng, vì thế các gel này không thuận nghịch với nhiệt và ít đàn hồi

Kết hợp alginate và pectin:

Khi sử dụng pectin riêng rẽ thì chỉ tạo được gel ở nồng độ đường cao và pH

thấp Khi alginat Na được thêm vào thì gel được thành lập ở nồng độ chất khô thấp hơn

và khoảng pH rộng hơn Trái cây giàu pectin như táo sẽ tạo gel với với alginate natri sau khi chế biến

Mạng gel cứng thành lập khi alginat natri chứa nhiều dạng G, gel mềm khi alginat natri chứa nhiều dạng M Sự trợ lực pectin - alginat là một trong những nội phản ứng quan trọng của alginat với chất keo khác và là một trong những chỉ số kinh tế quan trọng trong

khi sử dụng các chất keo tạo cấu trúc

Khả năng tạo gel của alginat phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nguồn canxi, alginat, chất

tạo phức, pH, sự hòa tan và nhiệt độ

2.3 Ứng dụng của Alginate trong sữa và các sản phẩm từ sữa

Được dùng làm chất bảo vệ các kem đá với những ứng dụng sau :

 Ngăn ngừa tạo tinh thể đá khô

 Ức chế hoàn toàn sự tạo kết tinh của lactoza

 Nhũ hóa các cầu béo

 Làm bền bọt

 Tạo ra một độ nhớt cao

 Tạo ra một gel có khả năng giữ nước tốt

 Làm cho kem không bị tan chảy

Trong sản xuất kem, axit Alginic và muối của nó có

thể dùng làm chất ổn định trong kem ly, làm cho kem

mịn có mùi thơm, chịu nóng tốt, thời gian khuấy trộn

lúc sản xuất ngắn

Cho vào sữa bò với nồng độ keo Alginate Natri 0,1%

( 1,8% sẽ chống được hiện tượng các chất không hòa

tan kết tủa)

Trong sản xuất phô mai nóng chảy :

Sự trao đổi ion giữa Na+ và Ca2+ giữ vai trò quan

trọng trong việc tạo nên cấu trúc gel casein trong phô

mai Chúng liên kết các phân tử casein lại với nhau tạo nên một mạng lưới không gian định hình cho cấu trúc gel Dưới tác dụng của nhiệt độ cao và sự khuấy trộn cơ học, một

số ion Na+ trong alginate sẽ thế chỗ các ion Ca2+ đang liên kết với các phân tử casein trong phô mai Hiện tượng trên làm phá vỡ cấu tử gel và giải phóng ra những phân tử casein tự do Vì thế mà phô mai nấu chảy sau này sẽ có cấu trúc gel và độ cứng hoàn toàn khác với phô mai nguyên liệu ban đầu

Trong quá trình xử lý nhiệt, một số phân tử và nhóm chức háo nước trong alginate được hydrate hóa Do đó, phô mai nấu chảy sẽ có độ ẩm cao hơn và cấu trúc mềm hơn so với phô mai nguyên liệu

3 Agar

3.1 Đặc tính và cấu trúc hóa học:

Agar là loại keo thực phẩm thuộc nhóm polycacharide được chiết xuất từ một số loài tảo

đỏ Rhodophyceae thuộc hai loài Gelidium và Gracilaria, trong đó agar từ loài Gelidium cho cấu trúc gel mạnh hơn

Vai trò của agar trong thực phẩm đã được Codex xếp vào nhóm phụ gia tạo gel, làm đặc, chất ổn định

Agar không tan trong nước lạnh và khi đun nóng lên chúng kết hợp với nước tạo thành trạng thái hydrate hóa

Khi hạ nhiệt độ xuống khoảng 40 0C, chúng tạo ra một trạng thái gel cứng, giòn, dễ gãy Khi gia nhiệt lên 85 0C, gel lại bị chảy ra ở dạng lỏng

Agar là một hỗn hợp gồm 2 thành phần polysaccharide, một thành phần chính có thể tạo gel chắc, trung tính gọi là agarose và một thành phần phụ tạo gel yếu, tích điện gọi là agaropectin

Cấu tạo agar