BIẾN ĐỔI CỦA CHẤT MÀU QUA CÁC ĐIỀU KIỆN XỬ LÝ

CÁC PHẢN ỨNG LÀM THAY ĐỔI MÀU SẮC THỰC PHẨM TRONG CHẾ BIẾN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỐ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  BÁO CÁO HÓA HỌC THỰC PHẨM BIẾN ĐỔI CỦA CHẤT MÀU QUA CÁC ĐIỀU KIỆN XỬ LÝ GVHD: ThS Tôn Nữ Minh Nguyệt SVTH: HC07TP TPHCM, 06/2010 1 MỤC LỤC A. CÁC PHẢN ỨNG LÀM THAY ĐỔI MÀU SẮC THỰC PHẨM TRONG CHẾ BIẾN I. Phản ứng caramen hoá đường Trang 2 II. Phản ứng tạo màu mới do phản ứng melanoidin Trang 4 III. Phản ứng oxy hoá các polyphenol Trang 10 V. Phản ứng Tyrosine melanin (hiện tượng thâm đen ở đầu, thịt tôm)Trang 11 B. CÁC SẮC TỐ TỰ NHIÊN I. Chlorophyll Trang 13 II. Carotenoid Trang 15 III. Các chất màu nhóm Flavonoid Trang 16 2 Màu sắc của thực phẩm khơng những có giá trị về hình thức và còn có tác dụng sinh lý rõ rệt, vì màu sắc thích hợp giúp cho cơ thể đồng hố được dễ dàng. Vì vậy trong kỹ thuật sản xuất thực phẩm khơng những chỉ bảo vệ màu sắc tự nhiên, mà người ta còn tạo ra những chất màu mới thích hợp với tính chất và trạng thái sử dụng của thực phẩm. A. CÁC PHẢN ỨNG LÀM THAY ĐỔI MÀU SẮC THỰC PHẨM TRONG CHẾ BIẾN Các ngun liệu đưa vào chế biến thực phẩm thường chứa một thành phần gồm nhiều chất khác nhau. Do đó, trong q trình gia cơng nhiệt, chúng sẽ tương tác với nhau tạo thành những màu mới có ảnh hưởng tốt hoặc xấu tới thành phẩm. Các phản ứng tạo màu thường rất đa dạng và phức tạp. Chung quy lại đó là các phản ứng hố học và những phản ứng có hay khơng có enzym xúc tác. Thường gồm các loại phản ứng: - Phản ứng dehydrat hố các đường hay là phản ứng caramen hố - Phản ứng giữa đường và acid amin (phản ứng melanoidin) - Phản ứng oxy hố các polyphenol - Phản ứng giữa octoquinon và acid amin (phản ứng quinonamin) I. Phản ứng caramen hố đường - Xảy ra khi cacbonhydrate trong thức ăn bò nung nóng, kết quả tạo ra các sản phẩm có màu từ nhạt đến đậm, đồng thời tạo ra những mùi vò mới. PƯ Caramel đóng vai trò quan trọng 3 trong công nghiệp chế biến thực phẩm, chẳng hạn như SX caffee hay tao ra các chế phẩm caramel thương mại (tạo màu, mùi cho thức ăn). Thường gặp trong sản xuất bánh, kẹo, mứt… - Phản ứng không cần enzym. Điều kiện phản ứng: + xảy ra trong môi trường axit hoặc bazơ + t o > 120 o + 3 < pH< 9 - Phản ứng caramel xảy ra theo 6 bước, làm biến đổi đường đơn giản thành hợp chất màu khác, phá vỡ các phân tử dài thành các phân tử ngắn hơn và sắp xếp chúng lại. Các bước gồm: + enol hoá + dehydrat hóa + tạo dicacboxylic + phản ứng hồi adol + phản ứng ngưng tụ adol + phản ứng gốc C 12 H 22 O 11 C 12 H 20 O 10 C 12 H 18 O 9 C 36 H 50 O 25 ( caramelan ) ( caramelen ) C 36 H 48 O 24 C 96 H 102 O 51 ( C 3 H 2 O ) x ( caramelin )( chất màu humin ) Phản ứng caramen xảy ra ở nhiệt độ nóng chảy của đường: glucose (146 – 150 C), fructose (95 – 100 0 C) saccarose ( 160-180 o C), lactose (223- 252 0 C). Nhưng còn tuỳ nồng độ đường, pH, thời gian đun nóng, caramen hố có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn, như saccarose có thể bắt đầu ở 135 0 C. - Do sự caramel hoá fructose xảy ra ở nhiệt độ thấp nhất nên tốc độ đổi màu của fructose là nhanh nhất. Điều này giải thích tại sao các món nướng có mật ong hoặc xi-rô fructose có màu sậm hơn các loại đường khác. Với saccharose: phản ứng caramen hố xảy ra theo sơ đồ phản ứng: • Tạo các anhydrit khơng màu: C 12 H 22 O 11 – H 2 O → C 6 H 10 O 5 + C 6 H 10 O 5 Saccharose glucozan levulozan • Đến 185-190 0 C sẽ tạo thành izosaccharozan: Glucozan + levulozan → izosaccharozan C 6 H 10 O 5 + C 6 H 10 O 5 → C 12 H 20 O 10 4 -H 2 O -H 2 O -H 2 O -H 2 O -H 2 O • Khi nhiệt độ cao hơn sẽ mất đi 10% nước và tạo thành caramelan (C 12 H 18 O 9 hoặc C 24 H 36 O 18 ) có màu vàng: 2C 12 H 20 O 10 – 2H 2 O → (C 12 H 18 O 9 ) hoặc C 24 H 36 O 18 Izosaccharozan caramelan • Khi mất đi 14% nước sẽ tạo thành caramelen: C 12 H 20 O 10 + C 24 H 36 O 18 – 3H 2 O → C 36 H 48 O 24 .H 2 O • Và khi mất đi 25% nước sẽ tạo thành caramelin có màu nâu đen, khi nóng quá mới trở thành màu đen humin. Phản ứng caramel hóa bắt đầu ở 120 o C, tăng nhanh và tạo màu đen ở 160 – 200 o C, ở 400 o C thì cháy thành than. Hầu như tất cả các sản phẩm caramen hố đều có vị đắng. II. Phản ứng tạo màu mới do phản ứng melanoidin 5 Khi chế biến mứt quả, thưòng thấy xuất hiện màu nâu nhạt. Sữa khi đun nóng q lâu cũng thấy có màu hơi vàng. Thịt cá chiên hay nướng đều xuất hiện một lợp vỏ màu vàng nâu. Đó là phản ứng melanoidin. Đây là phản ứng giữa protein và glucid hay nói rõ hơn là phản ứng giữa đường khử và acid amin. Điều kiện để cho phản ứng xảy ra là phải có nhóm carbonyl và chất kia phải có nhóm amin. Phản ứng này gồm 3 giai đoạn: 1. Giai đ o ạ n 1: PƯ giữa đường khử (glucose) và acid amine => kết quả: tạo ra các hợp chất Amadori. Các hợp chất Amadori có thể bò đồng phân hoá trong 3 cấu trúc khác nhau. Mỗåi cấu trúc lại phản ứng khác nhau ở các bước kế tiếp. Trong thức ăn có thể tồn tại trên 5 loại đường và 20 loại acid amine khác nhau. Chỉ trong bước đầu tiên, theo lí thuyết đã có trên 100 sản phảm tạo thành - Đường có khối lượng càng lớn thì phản ứng càng chậm. VD: pentose (vd : ribose) sẽ phản ứng nhanh hơn hexose (glucose, fructose) và disaccharide (lactose) - Các acid amine có 2 nhóm – NH 2 trở lên (như lysine) thì phản ứng nhanh hơn và gây ra những màu sậm hơn. - Các acid amine có nhóm sulphur tạo ra mùi đặc trưng nhưng ít màu. - Các rượu của đường hay polyol (sorbitol, xylitol) không tham gia PƯ Maillard => các sản phẩm bánh kẹo được làm ngọt bằng sorbitol thì không hay hiếm khi thay đổi màu sắc trong suốt quá trình chế biến. 2. Giai đ o ạ n 2: phụ thuộc sự đồng phân hoá các hợp chất Amadori. _ Giai đoạn này xảy ra sự khử nước của 1 – amin – 1 – dezoxy – 2 – xetoza tạo thành các sản phẩm phân ly khác nhau. _ Tuỳ vào điều kiện môi trường, phản ứng có thể diễn ra bằng nhiều con đường khác nhau: 6 +Tạo nên các chất mùi quan trong như furfural và hydroxymethyl furfural (HMF) +Tạo reducton 6C: R – C = C – R 1 OH OH +Phân huỷ đường: => tạo andehit, axetone, diaxetyl. +Phân huỷ acid amine.: sự phân huỷ Strecker 3. Giai đoạn 3 : Giai đoạn cuối cùng của phản ứng gồm rất nhiều các phản ứng phức tạp : _ Phản ứng ngưng tụ adol với sự tạo thành polyme màu nâu không chứa nitơ. O O O CH 3 - C + HCH 2 - C CH 3 - CH - CH 2 - C H H H OH andehit axetic andehit axetic aldol _ Phản ứng trùng hợp hoá aldehitamin với sự tạo thành các hợp chất nitơ dò vòng: Pirazine Pyridine _ Giai đoạn cuối cùng của phản ứng Melanoidin sẽ tạo nên đầu tiên là các polyme không no hoà tan được trong nước , sau đến là các polyme không no và không hòa tan được trong nước, nhưng đều có màu đậm và có cùng tên gọi chung là melanoidin. 7 Điều kiện tiến hành của phản ứng tạo melanoidin a. nh hưởng của acid amin và đường Acid amin là chất xúc tác giai đoạn đầu của phản ứng tạo thành melanoidin, một phần axit amin tiêu tốn cho phản ứng tạo thành aldehyde và giải phóng NH3. NH3 tương tác với đường & tạo ra melanoidin. Các acid amin tham gia phản ứng khác nhau phụ thuộc vào nhiệt độ /pH/lượng nước. Khả năng phản ứng của acid amin phụ thuộc nhiều vào độ dài mạch C vò trí nhóm amin so với nhóm cacboxyl(nhóm amin càng xa nhóm cacboxyl thì phản ứng càng mạnh). Cường độ phản ứng phụ thuộc vào tỉ lệ acid và đường (thường là 1:3) b. Ảnh hưởng của nước là điều kiện cần thiết tiến hành phản ứng: Để phản ứng đạt cực đại thì xung quanh mỗi phần tử Protein phải tạo nên lớp đơn phân của nước nồng độ chất tác dụng càng cao lượng nước càng ít tì tạo thành melanoidin càng mạnh . Ứng dụng phản ứng melanoidin:  Trong công nghệ sản xuất bánh mì : quá trình này được tạo điều kiện để phản ứng này phát triển tối đa. biện pháp kó thuật tương ứng trong quy trình sản xuất lên 8 men để tạo axitamin tự do,đường khử ,điều chỉnh nhiệt độ trong giai đoạn nướng  tạo nên màu sắc của vỏ bánh mì. o Trong quá trình nướng bánh có gần 70 chất gây hương vò được tạo thành ( rượu, axit, este, andehyt, cetone, furfurol) gây hương vò thơm ngon đặc trưng cho bánh mì. Đặc biệt ở lớp vỏ đã xảy ra phản ứng Maillard tạo melanoidin, các chất màu và các chất thơm. Các chất gây mùi thơm từ lớp vỏ khuếch tán 1 phần vào ruột bánh và 1 phần thoát ra môi trường. o Cường độ màu của vỏ bánh phụ thuộc vào : hàm lượng axit amin và đường khử trong bột nhào, nhiệt độ nướng. o Vỏ bánh màu nhạt thì chưa hình thành đủ các chất gây hương. Như vậy, sự hình thành màu sắc vỏ bánh và sự tạo thành các chất thơm có liên quan với nhau. Bánh mì có vỏ chặt và nhẵn thì giữ được mùi lâu hơn.  Trong sản xuất bia o Trong sản xuất bia (và cơvat) màu sắc và hương vò của bia phần lớùn do malt quyết đònh .Các biện pháp kó thuật trong sản xuất malt đều nhằm điều hòa phản ứng melanoidin. o Để thu được malt vàng người ta cho mọc nấm trong thời gian ngắn ,làm mất nước nhanh để thu được axitamin và ít đường khó khăn cho phản ứng cacbonylamin. o Để thu được malt đen thì thời gian sấy lâu hơn và nhiệt độ sấy phải cao hơn . o Do thủy phân gluxit và protein mà tích tụ những chất có khả năng tạo thành chất thơm. o Malt sấy ở nhiệt độ quá thấp sẽ ảnh hưởng xấu đến vò của bia còn nếu ở nhiệt độ quá cao thì bia sẽ có mùi khét . Khi sản xuất bia vàng cần phải kiểm tra sự tạo melanodin và hạn chế thời gian đun sôi dung dòch lên men .  Trong sản xuất rượu o Người ta kiềm hãm phản ứng tạo melanodin một cách triệt đểä vì phản ứng sẽ gây tổ thất tinh bột và đường , đồng thời melanoidin tạo thành có tác dụng kiềm hãm hoạt động của enzim . o Để khắc phục phản ứng xấu của phản ứng này Zavroxki đã đề ra biện pháp nấu nguyên liệu với một lượng nước lớn và giảm tổn thất đường và tăng hiệu suất rượu .  Trong sản xuất đường o Nấu đường:Trong q trình nấu xảy ra hiện tượng thay đổi khả năng quay cực của đường khử, phản ứng tạo chất màu giữa đường khử với axit amin. Phản ứng tạo màu xảy ra nhiều khi nấu đường non các sản phẩm cuối vì nồng độ đường non cao, nhiệt độ một số vùng trong thiết bị cao. Phản ứng này tiếp tục xảy ra trong thiết bị kết tinh làm lạnh. 9 o Khi cô đặc đường bò sẫm màu là do phản ứng melanoidin. o Khả năng sử dụng H 2 O 2 để xử lý dung dòch mía đường:  Các số liệu trong phòng thí nghiệm cho thấy dùng H 2 O 2 có kết quả tốt hơn so với phương pháp sulfit hoá về mặt khử màu, khử polyphenol, axit amin và tinh bột cho dung dòch mía đường ảnh hưởng đến các tính chất khác như : độ tinh khiết hàm lượng tro khi xử lý bằng H 2 O 2 cũng đang được thử nghiệm.  Nước mía ép là dung dòch chứa nhiều thành phần gồm đường saccharose , đường khử, các axit amin và các chất màu. Trong quá trình chế biến, các sản phẩm như melanoidin ,melanin và caramel được hình thành làm dung dòch mía ép biến màu.  Khử các chất màu trong nước mía ép là vấn đề khó mà ngành sản xuất đường phải giải quyết. Tại n Độ, người ta thường sử dụng SO 2 để làm trong và tẩy nước mía ép để sx đường trắng. Mặt hạn chế của quá trình sulfit hoá là đưa thêm SO 2 vào đường.  Vì H 2 O 2 có 1 vài ưu điểm hơn SO 2 như chi phí thấp sẵn có không độc hại và là chất tẩy sạch nên nó đã được người ta thử dùng làm chất tẩy màu cho nước mía ép. H 2 O 2 không những khử được màu của nước mía ép mà còn tiếp tục khử các chất còn lại có khả năng tạo màu trong suốt quá trình sx. H 2 O 2 oxi hoá các chất màu thành loại không còn khả năng tạo ra màu và chúng sẽ dễ bò loại bỏ nhờ các chất hấp thụ.  Trong các thử nghiệm ở nước đường mía cô đặc được sulfit hoá xử lý thêm bằng nước với liều lượng 20- 50 ppm người ta thấy màu của nước đường mía cô đặc còn giảm 3-5% nữa. Xử lý nước đường mía cô đặc bằng H 2 O 2 không chỉ làm chất màu bò khử mà làm cho chất lượng nói chung của đường tốt hơn vì đã giảm được cả các polyphenol, axit amin và tinh bột.  Phản ứng melanoidin còn ảnh hưởng đến việc chế biến cũng như bảo quản rau quả và đồ hộp: o Rau quả là sản phẩm chòu nhiệt kém : Các loại đường trong rau quả, do chòu tác dụng của nhiệt độ cao ở bề mặt truyền nhiệt của thiết bò cô đặc, nên bò caramel hoá. trên 900 o C thì đường fructose bắt đầu bò caramel hóa, các phản ứng tạo ra melanoidin, polyme hoá các hợp chất cao phân tử xảy ra mạnh . Còn ở nhiệt độ cao hơn nữa rau quả có thể bò cháy. Hiện tượng caramel hoá tạo ra các sản phẩm có màu đen và vò đắng làm sản phẩm có chất lượng kém. o Do vậy, để sấy rau quả cần dùng chế độ sấy ôn hoà. Tuỳ theo loại nguyên liệu, nhiệt độ sấy không quá 80-900 o C. o Hiện tượng sẫm màu còn do phản ứng giữa protein ( nhóm – NH 2 ) và đường khử ( nhóm –CHO) tạo các melanoidin. 10 [...]... phức với các ion kim loại để cho các màu khác nhau : Ví dụ : Với muối kali sẻ cho với antoxian phức màu đỏ máu Với muối canxi và magie sẽ cho với antoxian phức màu xanh ve Màu sắc của antoxian còn phụ thuộc rất mạnh vào PH của môi trường : + khi pH > 7 ; các antoxian cho màu xanh + khi pH < 7 các antoxian cho màu đỏ Biến đổi của antoxian trong q trình chế biến: Màu sắc của antoxian có thể bò thay đổi do... ngâm rửa rau quả Vì vậy trong điều kiện chế biến bình thường, màu của các sản phẩm tạo nên bởi các carotenoid khơng bị bị biến đổi Tuy nhiên, do tính chất hồ tan trong chất béo của các carotenoid, nên khi xào rán những loại rau quả có chứa nhiều carotenoid như cà rốt, cà chua, ớt… thì một phần carotenoid trong thực phẩm sẽ hòa tan trong chất béo và làm cho chất béo có màu vàng da cam Đối với một số... gắn vào tạo màu xanh Xung quanh vòng pyrol có sự gắn kết với nhiều nhóm chức hóa học khác *-CH3,-CH2CH3 *-CHO 15 *nhóm vinyl *nhóm –CH2-CH2-COO*-CH=CHCOOH 1 Biến đổi của chlorophyl trong q trình gia cơng chế biến thực phẩm Các loại rau quả có màu xanh trong q trình đun nấu thường màu xanh tự nhiên của chúng dễ bị biến đổi • Tác dụng của acid: Do sự tác động tương hỗ giữa chlorophyl với các acid chứa... acid chứa trong dung dịch của tế bào của rau quả - Dưới tác dụng của nhiệt độ, acid của dịch bào thì màu xanh bị mất đi vì Mg bị acid lấy mất và chlorophyl biến thành pheophytin màu sẫm oliu Chlorophyl + 2HX → MgX2 + Pheophytin (màu sẫm oliu) Pheophytin: -Có màu xanh oliu, là dẫn xuất Mg tự do của chlorophyll Dưới tác dụng của axit dòch bào chlorophyll a và chlorophyll b sẽ biến đổi thành pheophytin a... xanh dương; nhưng khi nấu chín protein bò biến tính màu đỏ của carotenoid mới hiện ra Vi sinh vật Carotenoid là chất màu nội bào của một số các loài vi sinh vật như: vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, tảo Biến đổi của carotenoid trong q trình gia cơng chế biến thực phẩm So với chlorophyl, carotenoid bền vững hơn nhiều đối với tác động của nhiệt độ và mơi trường chế biến Carotenoid lại khơng tan trong nước... thi không Tính chất chung của antoxian : Hoà tan tốt trong nước và trong dung dòch bão hoà khi kết hợp đường thì độ hoà tan của nó sẽ cao hơn Màu sắc của antoxian luôn hay đổi , nó phụ thuộc vào nhiệt độ, các chất màu có mặt và còn nhiều yếu tố khác Khi tăng số lượng OH trong vòng benzen thì màu xanh càng đậm Khi metyl hoá nhóm OH ở trong vòng benzen càng cao thì màu càng đỏ 19 Các antoxian có... tượng thâm đen của rau quả như: + Tránh đụng giập gây tổn hại các mơ, để enzym khơng có điều kiện tiếp xúc với cơ chất tạo màu + Ngâm trong nước có pha acid (acid chanh), để làm giảm độ pH của dung dịch, làm chậm phản ứng sẫm màu + Dùng nước sơi hay hơi nước để tiêu diệt enzym oxy hố (chần, thanh trùng) + Xử lý bằng sulfit hố (SO2, H2SO2), vì SO2 tăng thì hoạt tính enzym oxy hố giảm + Xử lý bằng NaHSO3... trình oxi hoá trong quá trình sấy, người ta thường sử dụng các chất chống oxi hoá như : axit sunfurơ, axit ascobic, axit xitric và các muối natri của axit sunfurơ o Axit xitric có tác dụng kiềm hãm biến màu không do men Axit sunfurơ và các muối natri của nó có tính khử mạnh, tác dụng với nhóm hoạt động của men oxi hoá và làm chậm các phản ứng sẫm màu có nguồn gốc men Ngoài ra, chúng còn có tác dụng ngăn... hoàn toàn Trong chế biến chè xanh, không cần tạo nên những biến đổi sinh hoá cho tanin nên enzym không có ích cho quá trình chế biến Vì vậy , ngay từ đầu của quá trình chế biến chè xanh người ta phải dùng nhiệt độ cao để vô hoạt enzym bằng cách chần hoặc sao 13 Các enzym polyphenoloxydase xúc tác sự oxy hố các polyphenol (pirocatesin, pirogalon, hydroquinon) của lá trà tạo thành các octoquinon tương... đó ảnh hưởng đến tính bền của vitamin A trong khi bảo quản trứng Đó là do sự oxy hoá các acid béo chưa no của lipid Chỉ cần một lượng nhỏ lipid bò oxy hoá là đủ để oxy hoá hoàn toàn vitamin A của trứng → do đó cần bảo quản trứng ở nhiệt độ thấp và ở các thiết bò chứa khí nitơ Trong q trình chế biến nhiệt các loại tơm cua… thành phần protein của chất xianin có ở vỏ tơm cua bị biến tính Do đó, astacxanthin