bài giảng GLUCID thực phẩm

Tính nhớt dẻo của hồ tinh bột • Do có nhiều nhóm OH→Hồ tinh bột có độ dẻo, độ nhớt cao • Tinh bột nhiều amylopectin thì có độ dẻo cao hơn • Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dị

GLUCID THỰC PHẨM

Nhắc lại về glucid

• Glucid là nhóm h ợp chất hữu cơ có bản

ch ất hoá học là các polyhydroxyl aldehyde

ho ặc poly hydroxyl ketose

• Carbohydrate Cm (H2O)2n

• Các mono saccharide (đường đơn)

• Các oligo saccharide (đường đa) (2-4 đơn

v ị)

• Các polysaccharide

Polysaccharide

• Homopolysaccharide: amylose, amylopectin, glycogen

• Heteropolysaccharide: arabinoxylans

(arabinose C5 and xylose C5)

• Beta glucans: polymers of beta-D-glucose

monomers, linked by beta-glycosidic bonds Commonly in bran, baker’s yeast, certain

fungi, mushrooms and bacteria

Glucid thực phẩm

• Khái niệm: Glucid thực phẩm là tất cả các glucid có trong tự nhiên, có nguồn gốc khác nhau, không độc với cơ thể, không mùi vị khó chịu, cơ thể tiêu hoá được

• Glucid chủ yếu trong thực phẩm là tinh bột

• Có thể chia tinh bột thực phẩm thành ba hệ thống:

- Hệ thống tinh bột của các hạt cốc

- Hệ tinh bột của các hạt họ đậu

- Hệ thống tinh bột của củ

Vai trò của glucid trong thực phẩm

• cung cấp năng lượng

• Tạo kết cấu cho thực phẩm (polysaccharide)

• tạo màu, tạo vị, tạo hương cho thực phẩm

→Glucide không chỉ cung cấp năng lượng mà còn là một trong các yếu tố làm tăng giá trị cảm quan của thực phẩm

Glucide có nguồn gốc chủ yếu từ thực vật

Tinh bột

Tính chất chức năng của tinh bột

– Tinh b ột từ dạng kết tinh →hồ hóa→dễ tiêu hóa

Nhiệt độ vs độ nhớt dung dịch hồ hóa

Nhiệt độ hồ hóa

• Nhiệt độ hồ hóa là nhiệt độ để phá vỡ hạt tinh bột, chuyển tinh bột từ trạng thái hydrat hóa thành dung dịch keo

• Phụ thuộc vào tỷ lệ amylose/amylopectin

– Tinh bột có nhiều amylopectin dễ hồ hoá hơn

– tinh bột chỉ có amylose không hồ hoá được

Ngô nếp: 68oC Ngô tẻ: 80oC

Lúa gạo: 750C Lúa mì: 62,5oC

Sắn: 590C Khoai tây: 62oC

Nhiệt độ hồ hóa

• không phải là nhiệt độ cố định mà là “khoảng nhiệt độ”

Tính nhớt dẻo của hồ tinh bột

• Do có nhiều nhóm OH→Hồ tinh bột có độ dẻo, độ nhớt cao

• Tinh bột nhiều amylopectin thì có độ dẻo cao hơn

• Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch tinh bột

– Bản chất của tinh bột: kích thước hạt tinh bột, tỷ lệ

amylose/amylopectin

– nhiệt độ, pH, nồng độ tinh bột, các chất phá huỷ cầu hydro

Tính nhớt dẻo của hồ tinh bột

• pH:

– Trong pH kiềm, OH- ion hóa các phân tử tinh bột,

→tinh bột hydrat hóa tốt hơn, giữ nước tốt hơn

→môi trường kiềm làm cho độ nhớt của dung dịch tinh bột tăng

Tính nhớt dẻo của hồ tinh bột

• Đường:

– sucrose 5% làm tăng giá trị cực đại của độ nhớt (dung dich tinh bột ngô)

– Sucrose 20% ảnh hưởng lớn hơn 5%

– sucrose 50% làm giảm giá trị cực đại của độ

Khả năng tạo gel của tinh bột

• Hiện tượng tạo gel: Tinh

bột sau khi hồ hoá và

Các yêu cầu để tạo gel tinh bột

 Dung dịch tinh bột có nồng độ vừa phải

 Tinh bột cần được hồ hóa để chuyển sang trạng thái hòa tan

 Để nguội ở trạng thái yên tĩnh để gel tinh bột tạo thành cấu trúc mạng 3 chiều

Liên kết chủ yếu trong gel tinh bột là liên kết hydro

Tính chất của gel tinh bột

• Gel tinh bột giữ nước tốt hơn, mềm dẻo hơn gel protein

• Tinh bột có thể đồng tạo gel với protein

• sự có mặt của tinh bột làm cho gel protein có khả năng giữ nước tốt hơn, đàn hồi tốt hơn

Sự thoái hoá gel

– hạt tinh bột có xu hướng co lại, liên kết lại với nhau, – tách nước

Sự thoái hóa gel

• Nguyên nhân:

– do sự hình thành các cầu H giữa các phân tử tinh bột

(giống như trong hạt tinh bột nguyên bản)

– gel nhiều amylose thì dễ thoái hóa hơn (gạo tẻ>gạo nếp)

• Quá trình thoái hoá:

– Loại nước →lớp vỏ hydrat mất đi, các mạch định hướng song song

– mạch polysaccharide xoắn α-helix, tạo thành dạng kết tinh

– Liên kết H hình thành giữa các nhóm OH của tinh bột

Tốc độ thoái hoá gel

• Nhiệt độ: Khi giảm nhiệt độ, tốc độ thoái hóa nhanh hơn

• pH: Tốc độ thoái hóa gel cực đại tại pH=7

• Bản chất tinh bột:

– Tinh bột nhiều amylose thì sự thoái hóa gel nhanh hơn

– Gel chứa nhiều amylose thì thoái hóa là không

thuận nghịch và ngược lại

Khả năng tạo màng

• Là tính chất của nhiều chất cao phân tử

• Dung dịch tinh bột được dàn mỏng và gia nhiệt, xảy ra hiện tượng hồ hóa, nước bay hơi, phân tử tinh bột tiến lại gần nhau, liên kết với nhau, tạo thành màng

• ứng dụng: màng bọc thực phẩm (bổ sung

cellulose), thực phẩm dạng bản mỏng (váng đậu, bánh cuốn, vỏ nem cuốn)

Khả năng tạo màng

• Điều kiện để tạo màng:

– Dung dịch phải đạt nồng độ nhất định, loãng quá thì khó tạo màng, đặc quá thì độ dai của màng không bền

– Phải có sự gia nhiệt, nhiệt độ hồ hoá thích hợp – Phải đựơc dàn trải trên một mặt phẳng và

được tiếp tục gia nhiệt

Khả năng tạo sợi

Cho dung dịch tinh bột đi qua một khuôn bản

có đục lỗ, các phân tử tinh bột tự định hướng theo dòng chảy, bị kéo căng ra và sắp xếp song song theo phương của dòng chảy Qua tác

động của nhiệt và lạnh, các phân tử tinh bột liên kết với nhau tạo ra các sợi

Các bước tạo ra sợi miến

• Cho dung dịch tinh bột đi qua một khung bản

có đục lỗ

• Dòng (sợi) đi ra được nhúng vào bể nước

nóng để định hình

• Nhúng vào bể nước lạnh để tăng cường sự

liên hợp (do tạo nhiều liên kết hydro)

• Gia nhiệt và khử nước

Khả năng tạo sợi

• phụ thuộc vào bản chất của tinh bột Tinh bột nhiều amylose có khả năng tạo sợi tốt hơn, sợi dai hơn

• Amylose có mạch dài nên lực tương tác giữa các phân

tử lớn làm cho sợi tinh bột chắc và dai

• Amylopectin phân nhánh và ngắn nên lực tưong tác giữa các phân tử rất yếu, nhiều đoạn mạch ngắn chập lại dễ tạo nên khuyết tật trong các bó sợi nên tinh bột thường nhão và dễ đứt

• Miến thường được sản xuất từ tinh bột đậu xanh

hoặc dong riềng

Biến hình tinh bột

• Biến hình tinh bột là việc sử dụng các biện pháp khác nhau để biến đổi tinh bột theo hướng mong muốn

Phương pháp biến hình vật lý

• Là phương pháp phá huỷ tinh bột bằng lực cơ học

• Quá trình: Hạt tinh bột được làm ẩm →nghiền→tỷ

lệ tinh bột vô định hình tăng → khả năng phân tán

và trương nở trong nước tăng

• Nhiệt độ hồ hoá (của tinh bột biến hình): 5-100C, hạt tinh bột dễ bị thuỷ phân do enzyme xâm nhập qua các rãnh vô định hình dễ dàng

– Nhiệt+ ẩm làm đứt các liên kết giữa các phân tử tinh bột

→phá vỡ một phần cấu trúc hạt tinh bột→hạt tinh bột dễ hút nước và trương nở về sau

• Tính chất của tinh bột hồ hóa sơ bộ:

– Khả năng trương nhanh trong nước lạnh (do cấu trúc tinh bột và hạt tinh bột đã bị phá hủy sơ bộ)

– Các tính chất ít bị biến đổi khi bảo quản (diệt enzyme)

– Bền khi ở nhiệt độ thấp

– Có độ đặc và khả năng giữ nước, giữ khí tốt

• Ứng dụng:

– Gạo nấu sơ:

• Chất béo trong gạo/hạt hồ hóa sơ bộ được bảo quản tốt hơn, ít bị oxy hóa

• Quá trình nấu sau này nhanh hơn

– Tinh bột hồ hóa sơ bộ được sử dụng để giữ ẩm

cho sản phẩm thịt, dùng trong sản xuất kem và các sản phẩm ăn liền…

Biến hình tinh bột bằng nhiệt độ cao

• Quá trình:

– Đun nóng tinh bột có ẩm độ thấp <15% tới 100-200 0 C

– Sử dụng một lượng nhỏ chất xúc tác acid/ (or) kiềm

– Nhiệt trong điều kiện khô, nhiệt sẽ cắt đứt tinh bột thành dextrin

• Trong điều kiện chất xúc tác là acid

– gia nhiệt 95-120 0 C →dextrin trắng

– Gia nhiệt 120-180 0 C → dextrin vàng

• Biến đổi quan trọng trong quá trình dextrin hoá là sự giảm kích thước phân tử, giảm độ phân nhánh của tinh bột

• So với tinh bột, dextrin tan tốt hơn, dung

dịch có độ nhớt và độ dính cao

• Ứng dụng: dextrin được dùng làm chất liên kết và chất keo dính để pha sơn, pha keo dán phong bì, nhãn chai, băng dính, thùng carton

Biến hình bằng phương pháp hoá học

– Áp suất thẩm thấu cao hơn

– Độ trương nở khi hồ hóa kém

– Độ hòa tan cao hơn tinh bột

• Áp suất thẩm thấu: là sức hút nước của một dung dịch, phụ thuộc vào số lượng hạt trong dung dịch đó

• Ứng dụng:

– Dung dịch có độ nhớt thấp nên được dùng trong công nghiệp dệt để hồ hóa sợi, sản xuất kẹo đông, làm bóng giấy

• Có 2 phương pháp biến hình bằng acid đó là:

– Biến hình bằng acid trong môi trường rượu

– Biến hình bằng acid trong môi trường nước

Biến hình bằng acid trong môi trường

nước

• Quá trình:

– Tinh bột khô được phân tán trong nước thành dịch huyền phù với nồng độ 33%, chất xúc tác phân giải là HCl 0,5N ở 500C, khuấy trộn

– → Kết thúc phân giải, dung dịch được trung hòa bằng NaOH , rửa bằng máy siêu ly tâm và nước – →Sấy, nghiền, rây để có thành phẩm có w<12%

Biến hình bằng acid trong môi trường

rượu

• Nước được thay thế bởi Ethanol và/hoặc

methanol

• Rượu có độ phân cực nhỏ hơn nước → độ

phân ly, độ linh động của acid trong rượu bị

hạn chế→tốc độ thủy phân tinh bột chậm hơn (so với trong môi trường nước)

• Vì vậy có thể điều chỉnh quá trình phân giải

tinh bột →sản phẩm có độ dài mạch tinh bột như mong muốn

Biến hình bằng acid trong môi trường nước

Biến hình tinh bột bằng kiềm

• Sử dụng dung dịch kiềm để phân giải tinh bột

sơ bộ

• Do trong môi trường kiềm, tinh bột bị ion hóa

và rất dễ hòa tan nên dễ bị phá hủy

Biến hình tinh bột bằng cách tạo liên

kết ngang

• Cho tinh bột phản ứng với các tác nhân:

trimetaphosphate, phosphorus oxychloride,

• Đặc điểm của tinh bột liên kết ngang:

– Nhiệt độ hồ hóa tăng: Nhiệt độ hồ hoá tỷ lệ thuận với số lượng liên kết ngang

– Khả năng trương nở giảm: khả năng trương nở lại

tỷ lệ nghịch với số lượng liên kết ngang

– Bền với khoảng pH rộng

– bền với lực cơ học (khuấy)

– Khi gia nhiệt, liên kết H bị phá vỡ, nhưng hạt

không bị vỡ do liên kết ngang giữa các mạch

Biến tính tinh bột bằng enzyme

Amylase

α 1-4 glucanase

α 1-6 glucanase

Endo α 1-4 glucanase

Exo α 1-4 glucanase

glucanase Exo α 1-6 glucanase

• Pullulanase

• Isoamylase

Exopullulanase

Biến tính tinh bột bằng enzyme

• α-amylase:

– Tính chất phụ thuộc vào nguồn gốc enzyme

– pH tối ưu: 4,8-6,9, một số amylase chịu acid/kiềm tốt

– NHiệt độ tối ưu: 40-500C, enzyme từ vi khuẩn chịu nhiệt có Topt cao hơn (70-800C)

– Cơ chế:

• cắt α1-4 trong tinh bột→glucose và oligosaccharide

• làm giảm nhanh độ nhớt của dung dịch tinh bột→dùng trong giai đoạn dịch hóa

Biến tính tinh bột bằng enzyme

• β-amylase

– pH tối ưu: 5-6

– T tối ưu: khoảng 500C,

– một số amylase từ vi khuẩn bền nhiệt

– Cơ chế:

• Thủy phân liên kết β1-4

• Chiều tác dụng: từ “đầu không khử” → “ đầu khử”

• Cắt 2 phân tử glucose →β-maltose

• ngừng tác động ở gần liên kết 1-6

• amylose 100% bị thủy phân thành maltose

• Amilopectin 55% bị thủy phân thành maltose, còn lại là dextrin có KLPT khá lớn

Biến tính tinh bột bằng enzyme

Sản xuất sản phẩm đường ngọt từ tinh bột

• hồ hoá và dịch hoá tinh bột bằng α-amylase

• đường hoá bằng β-amylase và glucoamylase

• Tuỳ theo enzyme sử dụng mà thu được hỗn hợp sản phẩm khác nhau

• Các sản phẩm như đường glucose, siro,

maltodextrin được phân loại dựa trên chỉ số

DE (dextrose equivalent)

DE (dextrose equivalent)

• Chỉ số DE đánh giá lượng đường khử (glucose hay

dextrose) có trong sản phẩm

• Tinh bột nguyên bản có DE =0 do số lượng đầu khử rất ít

• Thuỷ phân hoàn toàn tinh bột thành đường glucose sẽ có

Sorbitol

• Sorbitol thu được khi

hydro hóa glucose

• màu trắng, không mùi,

vị ngọt, tan tốt trong

nước, không tan trong

dung môi hữu cơ

Sorbitol

• Không có tính khử →không bị lên men bởi vi

khuẩn →không tạo acid trong miệng sau khi ăn

→không bào mòn men răng →dùng để sản xuất kẹo cao su và kem đánh răng

• Sorbitol đi vào trao đổi chất của cơ thể qua con đường chuyển hóa fructose

 xảy ra ở gan

 không phụ thuộc vào lượng isulin

 với bệnh nhân tiểu đường, sorbitol không làm tăng lượng đường huyết sau ăn

 được dùng để sản xuất thức ăn cho bệnh nhân tiểu đường

Manitol

• Manitol thu được khi

hydro hóa fructose

• Manitol ít hòa tan, ko

hút nước

• có thể tách ra bằng sắc

ký hoặc kết tinh

Manitol

 50% manitol trong thức ăn được hấp thu qua thành ruột→được oxy hóa thành fructose, 50% được thải ra theo phân và nước tiểu

 Manitol là chất tạo ngọt không hút nước, giá trị dinh dưỡng thấp, sử dụng trong kẹo cao su, trong y học (là chất trung gian trong sản xuất thuốc)

Độ ngọt (so với đường sucrose) và E number

MỘT SỐ POLYSACCHARIDE THỰC PHẨM

Cellulose

• β-D glucose, liên kết 1-4

• Cấu trúc dạng sợi, không tan trong nước

• không bị phá huỷ bởi enzyme tiêu hoá của người

• Bị phá huỷ bởi cellulase (ruột mối, dạ dày động vật

ăn cỏ) →cellobiose

• Bị thuỷ phân bởi HCl →β-D glucose

Chất pectin

• polysaccharide của acid galacturonic

• Khi có mặt acid hữu cơ và nồng độ đường cao thì nó có khả năng tạo thành trạng thái keo

(sản xuất mứt quả, kẹo hoa quả, gẹo gôm…)

Dietary fiber- chất xơ thực phẩm

• Codex Alimentarius Commission: Dietary fiber

là carbohydrate polymer, có nhiều hơn 10 đơn

phân, không được phân giải bởi enzyme

trong ruột non (của người)

• Phân loại:

Dietary fiber

Nutrient Food additive appearance / preparation

water insoluble dietary fibers

β-glucans : (a few of which are water soluble)

Chitin — in of fungiinsects, exoskeleton and crustaceans

Hemicellulose : cereals, bran , timber , legume

Lignin — stones of fruits, vegetables (filaments of the garden bean), cereals

Dietary fiber

Nutrient Food additive appearance / preparation

water soluble dietary fibers

Fructans : Replace the starch as storage carbohydrate

Polyuronide :

Alginic acids (Alginates) E 400–E 407 in Algae

Raffinose Family of oligosaccharide

(RFO)

• Dẫn xuất alpha-galactose của đường

sucrose

• Ví dụ: Raffinose, stachyose

• Có nhiều trong: hạt, đậu, rau củ

• Là “soluble carbohydrates” phổ biến

(sau sucrose)

• Enzyme α-galactosidase (α GAL) cắt

liên kết giữa galactose và glucose,

không thấy trong hệ tiêu hóa người

• RFO không được tiêu hóa trong dạ

dày và ruột non →được lên men bởi

vi khu ẩn tạo khí trong ruột già→hiện

tượng đầy hơi khi ăn nhiều các loại

c ủ, đậu, gạo lứt

weight basic) →được sử dụng như

ch ất tạo ngọt ít năng lượng (bulk

sweetener)

• Không được tiêu hóa hoàn toàn

(1,5-2,4Kcal/g) trong h ệ tiêu hóa

người

• Có nhiều trong rau củ:

họ đậu, rau cải,

broccoli, măng tây, hạt

Agar

• Là hợp chất tạo gel được chiết

xuất từ tảo

• Agar-Agar là tên của loài tảo đỏ

trong ngôn ngữ Malay (Malaysia, indonesia…languague)

như chất tạo đông, tạo độ nhớt

• Nóng chảy 85oC, đông đặc ở 40oC

32-• Agar là hỗn hợp của agarose và

agaropectin

Agarose

• thành phần chủ yếu của agar

• Có trong thành tế bào vài loại tảo

Khi đun nóng sẽ được giải phóng

Điện di gel agarose

Điện di gel agarose

Agaropectin

– Đơn phân là: D-Galactose và

L-galactose được gắn thêm

gôc acid (sulfate hoặc

pyruvate)

Alginate

• Là một polysaccharide mang điện

âm

• Có trong thành tế bào tảo nâu

• Có khả năng hấp thu nước nhanh,

giữ được lượng nước 200-300 lần

khối lượng của nó

• Hòa tan trong nước thành hỗn hợp

có độ nhớt cao

• Sử dụng làm chất tạo gel, tạo nhũ

tương, tạo độ nhớt (sánh) cho súp,

đồ uống, kem, mỹ phẩm

– Ion kim loại đi kèm:

Ca2+, Na, K, Fe2+,Fe3+

Fe2+, Fe3+ vs cấu trúc gel alginate

Số lượng ion Ca2+ Tỷ lệ G và M