Tiểu luận môn công nghệ thực phẩm hệ nhũ tương trong thực phẩm

Khái niệm: Nhũ tương là hệ phân tán hai chất lỏng không trộn lẫn vào nhau mà một trong hai có mặt dưới dạng những giọt nhỏ của pha phân tán, còn chất lỏng kia dưới dạng pha tác nhân phâ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

SVTH: Huỳnh Kim Thanh 14067501

Lê Thị Kim Loan 14058501

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2015

Mục lục

Lời mở đầu 4

1 Khái niệm hệ nhũ tương trong thực phẩm 6

1.1 Khái niệm 6

1.2 Phân loại hệ nhũ tương 7

2 Thành phần hệ nhũ tương thực phẩm 9

2.1 Chất béo và dầu 9

2.2 Chất chống oxi hóa 9

2.3 Nước 10

2.4 Chất nhũ hóa 10

2.5 Các phụ gia khác 10

3 Lí thuyết về hệ nhũ tương 10

3.1 Sức căng bề mặt và thuyết hấp phụ 10

3.2 Thuyết thể tích pha 11

3.3 Sự hình thành phức phân tử 11

3.4 Sự tích điện ở bề mặt 13

4 Tính chất của hệ nhũ tương 13

4.1 Tỉ lệ thể tích pha 13

4.2 Bản chất vật lí của các pha 14

5 Sự hình thành và phá hủy hệ nhũ tương 14

5.1 Sự hình thành hệ nhũ tương 14

5.2 Sự khử bền hệ nhũ tương 14

5.3 Một số nguyên nhân phá nhũ 17

6 Làm bền hệ nhũ tương 18

6.1 Các yếu tố ảnh hưởng sự bền vững của nhũ tương 18

6.2 Các hiện tượng làm bền hệ nhũ tương 18

6.3 Các chất làm bền hệ nhũ tương 18

6.4 Chất nhũ hóa 19

6.4.1 Khái niệm và phân loại 19

6.4.2 Chức năng 20

7 Ứng dụng nhũ tương trong thực phẩm 20

Kết luận 25 Tài liệu tham khảo 26

Lời mở đầu

Trong xã hội xưa thực phẩm đơn giản chỉ là cung cấp năng lượng cho con người hoạt động Ngày nay xã hội ngày càng phát triển nhu cầu của con người ngày càng tăng yêu cầu thực phẩm không những cung cấp năng lượng cần thiết

mà còn cung cấp dinh dưỡng thiết yếu đảm bảo cho con người phát triển một cách toàn diện nhất Song tính chất cảm quan củng góp phần không kém cho chất lượng thực phẩm như màu sắc, mùi vị hấp dẫn, giữ được lâu hơn,… mà vẫn đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng Các sản phẩm thực phẩm tường có cấu trúc, trạng thái, màu sắc, hương thơm và tính cảm vị khác nhau Những kết cấu cùng hương cùng sắc ấy được tạo ra trong những điều kiện gia công nhất định, nhờ sự tương tác hài hòa của các hợp phần hóa học chứa trong thực phẩm Tuy nhiên không phải vai trò của chúng đều giống nhau Có hợp phần thì tham gia vào việc tạo cấu trúc như tạo hình dáng, độ cứng, độ đàn hồi, độ xốp, độ nhớt lại có nhữnghợp phần có trách nhiệm tạo ra màu sắc, mùi vị và tính cảm quan Thường thì cáchợp chất cao phân tử như protein và polysacarit là những hợp phần thuộc nhóm thứ nhất, polyphenol và acid amin là những hợp chất đặc trưng của nhóm thứ hai Nước là thành phần đặc biệt có vai trò như nhau ở cả hai nhóm Một trong những tính chất chức năng quan trọng của protein có khả năng tạo giá trị dinh dưỡng, mùi vị,…được ứng dụng phổ biến hiện nay trong thực phẩm đó là khả năng tạo nhũ tương Để hiểu rõ hơn khả năng này của protein ta cùng nghiên cứu về hệ nhũ tương trong thực phẩm Dù đã cố gắng rất nhiều nhưng trong quá trình thực hiện cũng không thể tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được những ý kiến góp ý của Cô để những bài tiểu luận sau sẽ đầy đủ và chính xác hơn

Nhóm 6

1 Khái niệm hệ nhũ tương trong thực phẩm :

1.1 Khái niệm: Nhũ tương là hệ phân tán hai chất lỏng không trộn lẫn vào

nhau mà một trong hai có mặt dưới dạng những giọt nhỏ của pha phân tán, còn chất lỏng kia dưới dạng pha (tác nhân) phân tán liên tục Trong hầu hết thực phẩm, các giọt nhỏ có đường kính từ 0.1 – 100µm Ví dụ: sữa,

mayonnaise, bơ…

hiđrô trong khi các phân tử mỡ chỉ tạo thành các lực Van Der Waals Chất nhũ hóa như xà phòng có thể liên kết các chất lỏng này.Chúng có tính chất này vì các phân

tử của chất nhũ hóa có một phần phân cực và một phần không phân cực Phần phâncực có thể tạo liên kết hiđrô và liên kết với các chất lỏng ưa nước trong khi phần không phân cực của phân tử tạo nên lực Van Der Waals và liên kết với các chất kỵ nước

1.2.Phân loại hệ nhũ tương :

Phần lớn các nhũ tương thực phẩm đều là kiểu dầu trong nước (D/N) hoặc nước trong dầu (N/D)

Thuật ngữ “nước” để chỉ một chất lỏng có cực, ưa nước thường là một dung dịch nước, còn thuật ngữ “dầu” để chỉ một chất lỏng ưa béo (mỡ nóng chảy, dầu thực vật, tinh dầu)

Nhiều nhũ tương thực phẩm cũng chứa các bọt khí và (hoặc) những chất rắn bịphân tán.

Trong một số trường hợp khác thì có dạng nhũ tương phức tạp hơn như N/D/Nhoặc D/N/D và còn hơn thế nữa, gọi là nhũ tương đa pha (Multiple emulsions)

Hệ nhũ tương đa pha là hệ nhũ tương mà trong đó, hệ nhũ tương này nằm bên trong hệ nhũ tương khác, hệ nhũ tương khác này có thể nằm bên trong hệ nhũ tương khác nữa, tùy vào mức độ phức tạp

Sau đây là ba loại nhũ tương thường gặp:

– Hệ nhũ tương dầu trong nước: các giọt dầu được phân tán trong pha nước Ví dụ: mayonnaise, sữa, kem, sốt, súp…

– Hệ nhũ tương nước trong dầu: các giọt nước phân tán trong pha dầu Ví dụ: bơ, margarin, các chất phết lên bánh…

Hình1.1: Hệ nhũ tương nước trong dầu và dầu trong nước

– Hệ nhũ tương nước trong dầu trong nước (N – D – N): gồm những giọt nước phân tán trong những pha dầu lớn và chính những giọt này lại phân tán trong pha liên tục là nước Ngoài ra còn có hệ nhũ tương dầu trong nước trong dầu (D – N – D) khá phức tạp

Hình 1.2: Hệ nhũ tương N – D – N và D – N – D

2 Thành phần hệ nhũ tương thực phẩm :

Một hệ nhũ tương thực phẩm chứa đựng nhiều thành phần khác nhau như: nước, chất béo, chất nhũ hóa, chất tạo đặc, chất tạo gel, chất bảo quản, chất chống oxy hóa, chất tạo vị ngọt, muối, màu, mùi… mỗi một phần tử có những thuộc tính

và chức năng riêng của nó

2.1 Chất béo và dầu:

Chất béo và dầu là một dạng của lipid Lipid bao gồm các thành phần chủ yếu là glyceride, acid béo và phospholipid Tryglyceride là thành phần thường gặp nhất ở thực phẩm, có nguồn gốc từ động vật và thực vật

Chất béo và dầu ảnh hưởng đến những chỉ tiêu của một hệ nhũ tương thực phẩm như: dinh dưỡng, cảm quan, hóa lý…tuy nhiên, nếu lượng chất béo trong thực phẩm quá lượng chất béo trong công nghiệp và trong pha béo của hệ nhũ tương là vấn đề cần quan tâm

Cấu tạo hóa học và nồng độ các cấu tử trong pha dầu có thể thay đổi theo thờigian thông qua các phản ứng hóa học Hai biến đổi hóa học quan trọng trong chất béo và pha dầu là sự thủy phân và oxi hóa Sự thủy phân dầu và chất béo liên quan đến mối liên kết ester của chúng bởi một số enzym Kết quả của sự thủy phân là giải phóng các acid béo tạo ra những bất lợi hay mong muốn cho thực phẩm như phomai, sữa chua

Trong nhiều nhũ tương chứa chất béo rất dễ bị oxi hóa Oxi hóa là một trong những nguyên nhân quan trọng nhất làm giảm hoặc mất chất lượng thực phẩm và đồng thời xuất hiện một số chất độc trong thực phẩm.

Những thuộc tính hóa lý của chất béo và dầu có ảnh hưởng quan trọng trong việc hình thành và ổn định hệ nhũ tương thực phẩm

2.2 Chất chố ng oxi hóa :

Các chất chống oxi hóa có cơ chế chống oxi hóa khác nhau như kiểm soát các chất tham gia phản ứng oxi hóa và vô hoạt các chất tự do Dựa vào cơ chế hoạt động, các chất chống oxi hóa chia làm hai nhóm: chất chống oxi hóa sơ cấp và chất chống oxi hóa thứ cấp

- Chất chống oxi hóa sơ cấp: làm chậm quá trình oxi hóa chất béo bởi chúng

có khả năng phản ứng với các gốc tự do Một số chất oxi hóa tổng hợp nhưBHA, BHT…,các chất chống oxi hóa tự nhiên như: tocopherols, các chất chiết xuất từ trái cây và thực vật

- Chất chống oxi hóa thứ cấp: làm chậm quá trình oxi hóa bằng cơ chế cô lập các ion kim loại, cung cấp hydro cho chất oxi hóa thứ cấp, phản ứng với oxy và vô hoạt các trung tâm phản ứng Ví dụ: acid phosphoric, acid citric, protein…

2.3 Nước :

Nước có vai trò quan trọng trong việc hình thành các thuộc tính lý hóa và chỉtiêu cảm quan của hệ nhũ tương thực phẩm Cấu trúc phân tử nước ảnh hưởng đến tính hòa tan của dung dịch Pha nước của hầu hết các thực phẩm dạng nhũ tương chứa nhiều phân tử hòa tan được trong nước như: các khoáng chất, vitamin, acid, chất bảo quản, chất tạo vị…

2.4 Chất nhũ hóa :

Trong công nghiệp thực phẩm chất nhũ hóa được xem là phụ gia để giúp ổn định hệ nhũ tương Chất nhũ hóa được sử dụng có chức năng làm giảm sức căng bềmặt giữa hai pha trong hệ nhũ tương và hình thành một màng bảo vệ xung quanh các hạt phân tán, làm cho chúng không thể kết hợp lại làm cho các hạt phân tán có thể tích lớn hơn

2.5 Các phụ gia khác:

Gồm các chất tạo cấu trúc, điều chỉnh pH, khoáng, chất chống vi sinh vật, chất tạo màu, chất tạo mùi, chất tạo vị…

3 Lí thuyết về hệ nhũ tương:

3.1 Sức căng bề mặt và thuyết hấp phụ:

Xét trường hợp phân tán 1ml dầu vào nước, nếu giọt dầu phân tán có đường kính 5

µm thì bề mặt tiếp xúc giữa dầu và nước sẽ được gia tăng khoảng 12000cm2 đồng thời kéo theo sự gia tăng tương đương năng lượng tự do bề mặt của hệ Tuy nhiên

do giới hạn của sức căng bề mặt giữa hai pha nên để giảm thiểu năng lượng tự do của hệ khoảng 15 tỉ giọt cầu có đường kính 5 µm có khuynh hướng kết hợp lại và tạo ra những hạt đơn sau khi những rung động cơ học ngừng và bất cứ sự giảm sứccăng bề mặt nào cũng sẽ làm cho sự phân tán dầu trong nước trở nên dễ dàng hơn

và cũng làm tăng tính ổn định mặt nhiệt động học

Những yếu tố để xác định loại nhũ được giải thích bởi Bracroft và Tucker: lớp phim được hấp phụ ở bề mặt phân chia pha có thể được xem như một pha riêng biệt trong đó hiện diện 2 bề mặt: một của pha dầu và một của pha nước Lớp phim phân cách này cũng chòu 2 áp lực bề mặt và sẽ có khuynh hướng lõm về phía có sức căng bề mặt cao hơn, điều này giải thích cho hình dáng của các hạt pha phân tán

3.2 Thuyết thể tích pha:

Thuyết này giải thích cho việc xác định loại nhũ dựa vào nhận định lập thể:

Oswal cho rằng nếu một pha chiếm 25,98% thể tích sẽ thể hiện là pha phân tán, nếu khoảng 25,98%-75,02% nó sẽ thể hiện cả hai pha phân tán và liên tục, nếu trên 75,02% nó thể hiện pha liên tục Tuy nhiên hệ nhũ sẽ không lí tưởng nếu những hạt phân tán không bền và không có kích cỡ đồng nhất Ngoài ra hệ nhũ cònphụ thuộc thể tích pha, loại chất tạo nhũ và phương pháp điều chế Ví dụ:

Salisburyetal đã nghiên cứu hệ sáp ong-borax dùng trong kem lạnh với những điều kiện trong phòng thí nghiệm họ đã tạo ra hệ D/N với khoảng 45% thể tích là nước

và hệ N/D với lượng nước ít hơn 45% Tuy nhiên, thực tế nhũ N/D dùng trong kemlạnh chứa ít nước hơn, khoảng 20% thể tích

3.3 Sự hình thành phức phân tử :

Việc hình thành phức phân tử là một yếu tố quan trọng trong việc xác định

sự ổn định hệ nhũ D/N nào đó Sự ổn định của nhũ cũng có liên quan đến loại phân tử ở hai pha

Những điều kiện cần thiết để tạo ra nhũ D/N loại này:

+ Phức phân tử ổn định tạo ra phải gồm ít nhất hai thành phần, một thành phần tan tốt trong nước, một thành phần tan tốt trong dầu

+ Sức căng bề mặt phải nhỏ, không đáng kể

+ Để đáp ứng hai điều kiện đầu thì phải có một lượng thừa cấu tử tan trong nước dưới lớp phim ở bề mặt phân cách

+ Lớp phim bề mặt phải ở trạng thái lỏng sệt

+ Những giọt dầu phải tích điện

Những điều kiện tạo nhũ N/D:

+Lớp phim bề mặt phải có độ bền đáng kể

+Lớp phim bề mặt không tích điện

Để đảo nhũ đối với nhũ D/N ổn định anion: thêm vào những cation đa hoá trị nhằmđáp ứng những điều kiện trên

Những điều kiện cần thiết để tạo ra được nhũ D/N lí tưởng như vậy có thể áp dụng cho mọi trường hợp, nhưng đối với hệ N/D thì có trường hợp ngoại lệ Ví dụ: việc

sử dụng những chất nhũ hoá không ion có thể tạo ra nhũ N/D ổn định hoặc không

ổn định với hàm lượng pha phân tán cao, khoảng 80% Nếu lớp phim bề mặt của tất cả các hệ N/D đều có độ cứng cao rõ rệt thì không thể điều chế được một

nhũ tương như vậy Ngoài ra nếu thêm nhũ tương N/D ổn định bằng xà phòng canxi, một chất nhũ hoá hỗ trợ không ion thích hợp như sorbital sesquioleat thì mộtsản phẩm mềm hơn được tạo ra có tính bền cơ học cao hơn hệ nhũ và xà phòng canxi trước đó Sự gia tăng độ bền này có liên quan đến sự làm mềm lớp phim và

xà phòng canxi bởi sự thấm và kết hợp của chất tạo nhũ không ion Becher cho rằng những hạt cầu trong hệ N/D có thể tích điện Schulman đưa ra những điều kiện cần thiết cho việc sản xuất những hệ nhũ bền, cực mịn Từ những nghiên cứu

về electron trong phạm vi nhỏ đối với hệ D/N ổn định bằng xà phòng, Schulman đãnhận thấy có 2 loại đều trong suốt: một loại lỏng đẳng hướng quang học gồm những hạt cầu phân tán, loại thứ hai gồm những mixen hình trụ, loại này gồm những chất nhựa rắn có tính nhớt , không đẳng hướng quang học hoặc gồm những chất bán rắn Họ cho rằng những nhũ cực mòn dễ dàng được tạo ra khi có mặt một lớp phim không chặt, rối loạn, ngược lại những lớp phim bền sẽ dẫn đến

hình thành những hệ nhũ bình thường.

Những lớp phim không bền sẽ được tạo ra khi đáp ứng được những điều kiện sau:-Dùng những xà phòng gồm những cation lớn để kết hợp với những dãy axit béo phân nhánh

-Có sự thấm của một loại chất có hình dạng phân tử không đối xứng vào lớp xà phòng

-Sự thấm của một hiđrocacbon không phân cực thuộc pha dầu làm cho sự kết hợp phân tử xảy ra

3.4 Sự tích điện ở bề mặt:

Những điện tích ở bề mặt biên giới dầu-nước được xem là một yếu tố quan

trọng trong việc ổn định nhũ D/N, tương tự như những hệ phân tán khác

Sự tích điện của những thành phần không phân tán gia tăng là do 3 phương

pháp cơ học khác nhau, đó là sự oxi hoá, sự hấp thụ và sự tương tác ma sát

Xét trường hợp nhũ D/N được ổn định bằng những tác nhân nhũ ion, sự tích điện

sẽ xảy ra dễ dàng bởi vì sự ion hoá của những chất tạo nhũ ở bề mặt phân chia pha,

vì vậy những giọt dầu phân tán trong một hệ nhũ ổn định anion sẽ có bề mặt tích điện âm, và đối với hệ nhũ ổn định cation sẽ có những giọt dầu phân tán tích điện dương Với những hệ N/D ổn định không ion sự tích điện xảy ra là do sự hấp phụ cho những giọt dầu phân tán tích điện âm Nếu những giọt nước phân tán trong hệ N/D tích điện thì có thể những điện tích đó là do một vài sự ma sát cơ học gây ra Những giọt nước sẽ tích điện âm nếu hằng số điên môi của dầu thấp hơn nhiều so với nước

4 Tính chất của hệ nhũ tương :

Tính chất của hệ nhũ tương được quyết định bởi thành phần và cách điều chế Những nhân tố quan trọng quyết định tính chất vật lí của hệ nhũ là mối quan hệ tương giao giữa pha phân tán và pha liên tục hay tỉ lệ thể tích pha, bản chất của cả hai pha và bản chất của chất tạo nhũ

4.1.Tỉ lệ thể tích pha :

Mối quan hệ về lượng giữa hai pha có thể biểu thị qua nhiều hình thái Thực

tế, nhũ tương được hiểu là một hệ có pha liên tục chiếm phần trăm thể tích cao Việc biểu thị giới hạn phần trăm thể tích như vậy cho một khái niệm chưa đúng

đắn về nhũ tương Ngoài ra, pha phân tán cũng có thể được biểu thị như một phần của nhũ Ví dụ: một hệ chứa 54% thể tích pha phân tán sẽ có tỉ lệ thể tích pha là Ф= 0,54.

4.2 Bản chất vật lí của các pha:

Pha dầu có thể ở trạng thái lỏng-rắn có điểm nóng chảy từ 600 C trở lên Tương tự pha háo nước có thể là nước-keo rắn, thêm vào đó một trong hai pha hoặc cả hai pha có thể chứa những hạt rắn phân tán

Về bản chất sự chất chứa và phân tán những hạt rắn có thể bổ sung một số tính chất một cách rõ rệt cho bất kì một nhũ cơ bản nào được nói ở trên

5 Sự hình thành và phá hủy hệ nhũ tương :

5.1 Sự hình thành hệ nhũ tương:

Việc hình thành các giọt nhũ tương sẽ đi đôi với việc tạo nên một bề mặt liên pha quan trọng giữa hai pha lỏng không trộn lẫn được Sự hình thành một nhũ tương có thể đánh giá qua việc đo công cơ học cần thiết để nhũ hóa Sức căng bề mặt liên pha càng nhỏ thì nhũ tương thu được càng dễ dàng

Các yếu tố ảnh hưởng tới sự tạo thành nhũ tương:

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến các đặc tính của hệ nhũ tương:

+ Kiểu thiết bị+ Cường độ của năng lượng cung cấp+ Nhiệt độ

+ pH+ Lực ion+ Sự có mặt của chất hoạt động bề mặt+ Sự có mặt của oxy

+ Bản chất của dầu + Hàm lượng protein hòa tan và các chất nhũ tương hóa của protein

Độ hòa tan và khả năng nhũ tương hóa của protein có quan hệ tỷ lệ thuận Các loại protein không hòa tan có khả năng tạo nhũ tương thấp

5.2 Sự khử bền hệ nhũ tương:

Các hiện tượng khử bền của hệ nhũ tương:

Có ba hiện tượng khử bền chủ yếu sau: