Chất thơm và ứng dụng của chất thơm trong thực phẩm

Chất thơm này nằm trong các nguyên liệu và phụ gia cần thiết cho quá trình chế biến bảo quản gia tăng hương vị cho sản phẩm thực phẩm giống như muối , đường, axit và các vị khác..  Chấ

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

Đề tài: Chất thơm và ứng dụng của chất

thơm trong thực phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

Giáo viên hướng dẫn: PGS TS Lê Thanh Mai Học viên thực hiện:

Mai Thị Hồng Đinh Thị Kim Hoa

Nội dung

 Phần I: Các chất thơm có nguồn gốc tự nhiên

 Phần II: Hoá học về chất thơm nhân tạo

 PhầnIII: Tạo chất thơm bằng các quá trình

chế biến

 Phần IV: Ứng dụng chất thơm trong công

nghệ thực phẩm

 Tổ chức quốc tế về công nghệ hương thơm ( IOFI ) (1 ) trong đó

tổ chức sản xuất tách chiết chất thơm Hoa Kì là một thành viên FEMA (2) đã định nghĩa :

Chất thơm là chất có mùi thơm Chất thơm này nằm trong các nguyên liệu và phụ gia cần thiết cho quá trình chế biến bảo quản gia tăng

hương vị cho sản phẩm thực phẩm giống như muối , đường, axit và các vị khác.

 Phân loại hương thơm

Theo tổ chức hương thơm của Mỹ:

- Chất thơm tự nhiên hoặc tinh dầu

- Chất thơm nhân tạo

I CHẤT THƠM TỰ NHIÊN

Có thể chia nguyên liệu chất thơm tự nhiên làm 4 nhóm:

1 Thảo mộc thơm và gia vị, đây là nhóm nguyên liệu cho mùi thơm

và hương vị rất mạnh Chúng được dùng đơn lẻ hoặc khi pha trộn tạo hỗn hợp các gia vị

2.Các nguyên liệu thực vật có mùi thơm khác được sử dụng chủ yếu làm tinh dầu như tinh dầu cam chanh, tinh dầu hoa hồng…

3 Quả và cây vani, nguyên liệu mà chỉ có thể làm tăng thêm giá trị tạo hương đặc trưng của chúng sau quá trình lên men triệt để và chế biến

4 Chè, cà phê, cacao, những nguyên liệu đòi hỏi quá trình xử lý triệt để để đạt được giá trị tạo hương mong muốn Chúng được

sử dụng rộng rãi làm nguyên liệu sản xuất các sản phẩm đồ uống

I.1 Nguyên liệu thảo mộc thơm và gia vị

 Gia vị: gồm các loài cây khác mang mùi thơm sử dụng làm hương liệu thực phẩm nhưng không bao gồm hương vani từ cây và vỏ quả vani Trong số đó hạt tiêu, gừng, hành, tỏi, nghệ, riềng được dùng phổ biến hơn cả.

 Khác với các loài thảo mộc thơm ở chỗ chỉ từng phần của cây mới cho hương thơm (củ và hạt như hành, tiêu, tỏi, gừng, nghệ, riềng, sả, …)

 Đa số có thể cho hương vị khi bổ sung trực tiếp vào sản phẩm như gừng, hành nhưng một số phải thông qua chế biến (phơi, sấy khô, cán dập và xay nghiền) như tiêu, hồi, thảo quả, quế chi

 Thảo mộc thơm: loài cây cỏ thân mềm,

thu hái một lần, vài lần hoặc thu hái hằng

năm Được dùng ở dạng tươi hoặc héo

qua phơi và sấy khô như bạc hà, húng ,

mùi , sả, rau thơm các loại.

 Mùi nhẹ, rất hấp dẫn mặc dù chứa ít

tinh dầu

 Dùng ăn sống (húng lìu, húng quế, rau

mùi, kinh giới, tía tô, lá mơ) hoặc sau khi

đã sấy khô

 Dùng ở nguyên dạng tươi thì hương

mạnh hơn và chất lượng cao hơn mặc

dù kỹ thuật sấy đã phát triển để loại bỏ

tối đa sự khác biệt Đặc biệt của chúng là

không bị mất mùi thơm khi ngâm nước

và khi chế biến, nấu nướng.

II.2 Một số chế phẩm hương thơm từ cây gia vị và quả

 Chất thơm hoặc bất kì hợp chất nào mang mùi thơm với chức năng làm tăng hương vị mà không có nguồn gốc từ thực động vật như rau, củ, quả, nấm men, rau gia vị, thịt thì đều là chất thơm nhân tạo.

 Sự hạn chế về nguồn chất thơm thu nhận từ các sản phẩm tự nhiên,

 Giá thành đắt đỏ

 Chưa thể hiện đúng mùi hương chủ đạo vì trong quá trình chiết tách có lẫn các thành phần không mong muốn ảnh hưởng tới mùi hương của chất thơm thu được

 Trong khi đó:

 Thành phần cấu tử của các chất thơm nhân tạo có thể được kiểm soát hoàn toàn  luôn luôn đảm bảo tính chất về mùi hương theo đúng yêu cầu  một trong những ngành công nghiệp trong tương lai

 Tuy nhiên, các chất thơm tự nhiên vẫn chiếm thị phần lớn,

 Chất thơm nhân tạo chỉ được sử dụng khi không có chất thơm tương tự với nó

có nguồn gốc tự nhiên (ví dụ như các nốt đầu của hương thịt, một vài cấu tử hương trái cây, ethyl vanillin, ethyl maltol .) hoặc khi sản phẩm bán trên thị

II CHẤT THƠM NHÂN TẠO

Phân loại chất thơm nhân tạo theo

cấu trúc phân tử

 Macleod [4] đã phân các loại hợp chất thơm trong các nhóm như sau:

 (a) Các hợp chất có cấu trúc hoá học tương tự nhau và mùi

hương cũng tương tự nhau

 (b) Các hợp chất có cấu trúc hoá học khác nhau nhưng có mùi hương tương tự nhau

 (c) Các hợp chất có cấu trúc giống nhau nhưng có mùi hương khác nhau

 (d) Các đồng phân lập thể của cùng một chất với mùi hương

khác nhau

(a) Các hợp chất có cấu trúc hoá học tương tự nhau

và mùi hương cũng tương tự nhau

(b) Các hợp chất có cấu trúc hoá học khác nhau nhưng có mùi hương tương tự nhau

(c) Các hợp chất có cấu trúc tương tự nhau nhưng

có mùi hương khác nhau

(d) Các đồng phân lập thể của cùng một chất với mùi hương khác nhau

 Macleod [4] kết luận rằng yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng tới mối liên hệ này có thể là hình dạng và kích thước tổng thể của phân

tử, cùng với đặc điểm chi tiết về hoá học lập thể và tính chất hoá học của nó (ví dụ tính có cực, tính chất của nhóm chức) và tính chất vật lý (ví dụ như tính chất dễ bay hơi và tính tan)

TÍNH CHẤT CẢM QUAN CỦA CÁC HỢP CHẤT THƠM NHÂN TẠO

 HYDROCARBON

 Các hydrocarbon chưa no đóng vai trò

quan trọng hơn so với hydrocarbon no về

khả năng tạo mùi hương Schieberle và

Steinhaus [20] đã tìm thấy các chất (E)3,

(Z)5-undecatri-ene và 1,(E)3,

(Z)5,9-undecatetraene đóng vai trò là thành phần

chính tạo nên mùi hương của tinh dầu

 Các terpenoid đóng vai trò quan trọng

nhất Các hợp chất này được tìm thấy

trong hầu hết các loại tinh dầu,

 Công thức chung C5nH10n-4 Khi n = 2

gọi là terpene; khi n = 3 gọi là diterpene;

và khi n = 4 gọi là sesquiterpene

terpinened-limonene

α-terpineolmyrceneα-camphane-careneα-pinene

 C9 trở lên thì mùi của axit đó đều là những mùi

không mong muốn

 Từ C14 trở lên ở dạng sáp tại nhiệt độ thường,

có một chút hoặc không có mùi

 Dãy axit không no oleic có mùi hăng cay hoặc

đôi khi cay xè, khi khối lượng phân tử tăng lên

thì tính chất mùi hương của các chất đó cũng

thay đổi theo, cụ thể là mùi hăng cay nhẹ hơn,

có mùi aldehydric, và mùi mỡ động vật

 Axit benzoic và cinnamic, cùng với các chất có

phân tử lượng cao hơn trong cùng dãy đồng

đẳng đều không mùi, trong khi đó các hợp chất

có cấu tạo vòng no (ví dụ axit

hexahydrobenzoic) lại có mùi ôi khó chịu

 Các axit hữu cơ đóng vai trò tạo vị chua và

hăng cay cho các sản phẩm thực phẩm Các

axit di- và tri-carboxylic có mặt trong rất nhiều

loại trái cây Các hợp chất này đều không mùi

 CÁC ACETAL

 Các acetal là những chất lỏng có khả năng tạo

nhiều mùi hương nhưng không được sử dụng làm chất thơm một cách rộng rãi, chỉ có hai chất được

ưa chuộng nhất đó là:

 (a) acetaldehyde diethyl acetal — mùi quả hạch dễ chịu và

 (b) cinnamaldehyde ethylene glycol — mùi gia

vị ngọt, ấm Các sản phẩm glycol - aldehyde (1-oxo-2-phenyl-2-

methylethane) có mùi nấm rơm mạnh Sự tạo thành các acetal trong hương thành phẩm thường tạo nên mùi không mong muốn.

 ALCOHOL

 Phân tử lượng thấp: v ị ngọt, hơi hăng cay với cấp độ ngày càng cao cho tới C9, sẽ xuất hiện nốt hương không mấy dễ chịu Sử dụng rộng rãi với vai trò là các dung môi dùng trong quá trình chuẩn bị các dung dịch tạo hương

 Phân tử lượng cao: chất rắn đặc và hầu hết là không có mùi

 Các rượu chưa no mạch cacbon ngắn trong phân tử có chứa nối đôi đứng gần nhón hydroxyl thường có mùi gắt, gây khé cổ họng và kích ứng mũi khi ngửi Tuy nhiên, với các rượu chưa no có độ dài mạch cacbon trung bình như cis-3-hexenol đóng vai trò là nhân tố quan trọng trong việc hình thành nốt hương vị “tươi” (“green” note) sử dụng rất nhiều trong thực phẩm

 1-Octene-3-ol tạo hương nấm (mushroom)

 Các rượu terpenoid là nhóm tạo mùi hương rất đặc biệt được tìm thấy trong rất nhiều loại tinh dầu Hai chất có mặt nhiều nhất đó là:

 (a) neraniol (trans-3,7-dimethyl-2,6-octadien-l-ol), trong tinh dầu hoa hồng,

cỏ chanh và cây phong lữ Chất này có mùi giống mùi hoa hồng

 (b) linalool (3,7-dimethyl-l,6-octadien-3-ol), có nhiều trong các hương cây

cỏ,

 Aldehyde

 Phân tử lượng thấp: thường có mùi hăng cay mạnh khó

chịu, và gây kích ứng Khi phân tử lượng tăng lên thì sự

thay đổi về mùi có chiều hướng tích cực hơn theo hướng

có mùi trái cây dễ chịu

 C8–C10 có mùi hoa cỏ rõ rệt, hấp dâẫnkhi pha loãng

Chúng được sử dụng tốt nhất ở nồng độ thấp trong

những trường hợp cần tới hương hoa cỏ.

 Khi phân tử lượng tăng hơn nữa thì các hợp chất

aldehyde có mùi hương giảm đi và ở trạng thái hơi đông

lại

 Các aldehyde chưa no thường có mùi gây kích ứng, điều

này thể hiện càng mạnh khi có mặt liên kết ba

 Một vài aldehyde chưa no có mạch cacbon trung bình ví

dụ như trans-2-hexenal tạo mùi tươi nhưng hơi cay một

chút Các di-aldehyde chưa no như 2,4-decadienal và

2,6-non-adienal, là các thành phần quan trọng đối với hương

thịt và hương đồ ăn rán, hương dưa chuột

 Các aldehyde C16 còn được gọi là aldehyde dâu, aldehyde

C14 còn gọi là aldehyde đào

 Ketone

 Ketone phân tử lượng thấp không có nhiều giá trị trong công nghiệp chất thơm ngoại trừ acetone

 Ketone có khối lượng phân tử thấp nhất có giá trị thực sự để làm nguyên liệu tổng hợp chất thơm đó là methyl amyl ketone, có mùi trái cây mạnh Đối với dãy đồng đẳng của hợp chất này, phân tử lượng càng tăng, mùi trái cây sẽ bị thay thế bởi mùi hoa cỏ Các ketone thể hiện phổ hương thơm rộng, ví dụ như trong pho mát xanh

là 2-heptanone và trong nấm là 1-octene-2-one

 ESTE

 Este là nguồn chất thơm quan trọng

 Có khoảng trên 200 hợp chất cho

phép được dùng trong thực phẩm

 Các este phân bố chủ yếu trong các

tinh dầu, đôi khi đóng vai trò là

thành phần chính (ví dụ dầu cây lộc

đề, một loại cây xanh suốt mùa

đông, có khoảng 90% là methyl

salicylate)

 Các este chủ yếu có mùi hoa quả

 ÊTE

 Các Ête thấp phân tử đều có khả năng bay hơi rất mạnh và có mùi hương ngọt, cay

 Các ête có phân tử lượng cao hơn có mùi hương hấp dẫn hơn và thường là mùi đặc trưng của ête và mùi trái cây Hầu hết các ête đều có mùi thơm nhẹ

 LACTONE

 Lactone là một nhóm hợp chất có năng

lực tạo hương mạnh và độc đáo, là

những chất tạo nên rất nhiều nốt

hương trong các loại quả, ví dụ như

đào, mơ Rất nhiều các lactone có mùi

giống mùi cầy hương và mùi này rất

bền Trong dãy các hợp chất thơm,

hợp chất lactone được biết đến nhiều

nhất là coumarin, nhưng chất này

không còn được phép sử dụng trong

thực phẩm nữa.

 CÁC HỢP CHẤT CHỨA LƯU HUỲNH

 Các hợp chất chứa lưu huỳnh đóng vai trò quan trọng trong hoá học chất thơm bởi chúng không chỉ gây nên mùi khó chịu có trong các loại

củ rau mà còn góp phần tạo nên các mùi mong muốn trong rất nhiều cây trồng và quá trình chế biến thực phẩm bằng nhiệt [23,29,30]

 Sulfide, disulfide, và polysulfide (còn được gọi là các thioether) là thành phần chính tạo nên mùi hành tỏi trong các loại rau như hành tây, củ tỏi, tỏi tây

III TẠO RA CHẤT THƠM BẰNG QUÁ

TRÌNH CHẾ BIẾN.

 Giới thiệu.

 Tạo hương thơm trong quá trình sản xuất bột ca cao

và sô cô la.

 Tạo hương thơm giống thịt.

 Tạo hương thơm bằng quá trình lên men.

 Tạo mùi khói cho thực phẩm.

Giới thiệu

 a Các sản phẩm tự nhiên nhưng bản chất ban đầu của

nó không có các hương vị đặc trưng mà trong quá

trình sản xuất người ta phải thêm vào để tạo ra hương thơm cho nó

 (b) Các quá trình tạo hương thơm do phản ứng

Mailard hay các phản ứng khác giữa các axit amin và đường khử ví dụ như các hương thơm ở thịt

 (c) Các quá trình tạo hương do phản ứng của Enzym như các sản phẩm sữa có phản ứng enzyme

 (d) các quá trình lên mên như trong rượu và giấm

 (e) Các phản ứng gia nhiệt của chất béo

Một trong số các phương pháp tạo hương vị là sự kết hợp của hai hay nhiều các phương pháp trên

 ví dụ: như trong ca cao và cà phê là do quá trình rang và quá trình lên men;

 còn chè thì có thể có hoặc không có quá trình lên men

trước quá trình sấy;

 còn vani thì bắt buộc phải lên men và xử lí để có thể để lâu ngày;

 các sản phẩm từ sữa thì lại phải thực hiện quá trình lên men trong điều kiện có nhiệt độ ).

Tạo chất thơm trong quá trình sản xuất

ca cao và sô cô la

Quá trình tạo ra cacao và sô cô la từ hạt ca cao bao gồm 3 giai đoạn chính:

a lên men

 Quá trình lên men giúp phân tách các vỏ hạt và thịt quả, vô hoạt hóa hạt, tạo ra các tiền chất tạo màu và hương thơm và giảm một lượng đáng kể vị đắng.

 Trong giai đoạn này các thành phần có đường saccaroza

và protein sẽ thủy phân từng phần, các hợp chất polyphenol bị oxi hóa và đường bị chuyển hóa thành rượu sau đó bị oxi hóa để trở thành axit lactic và axetic

b.làm khô

Sấy để làm giảm độ ẩm tới khoảng 15%

c rang

 Quá trình rang làm phát triển các hương thơm mong muốn, và biến đổi màu, sau đó làm giảm độ ẩm xuống tới 5% các điều kiện này làm cho vỏ bị tự tách và làm cho các mảnh hạt vỡ dễ nghiền hơn.

 phần lớn các sản phẩm tạo thành trong quá trình lên men được chuyển hóa bới phản ứng Mailard tạo thành các hợp chất chứa các bon dễ bay hơi Nó đặc trưng cho hương vị thơm ngon của sản phẩm sô cô la cuối cùng

 Các điều kiện nhiệt độ của quá trình rang được điều chỉnh phụ thuộc vào trình độ và qui mô sản xuất, tuy nhiên nó thường rơi vào khoảng 115 tới 140 độ.

Tạo hương thơm của sô cô la

Sô cô la là dạng lỏng gồm các hạt ca cao và đường được giữ trong bơ của ca cao, quá trình sản xuất nó bao gồm 4 giai đoạn:

1 Trộn.

2 Lọc.

3 Conching.

4 Gia nhiệt

Tạo hương thơm của sô cô la

 Đầu tiên là việc trộn với tỉ lệ chính xác của đường, bơ ca cao và

dung dịch lỏng ca cao bằng một thiết bị chuyên dụng gọi là

melangeur

 Nó gồm hai trục lớn bằng thép chịu nhiệt hoặc đá granite, mặc dù các phương pháp trộn tự động khác đã phát triển rất nhiều nhưng phương pháp trộn này vẫn lả tối ưu nhất.

 Quá trình này diễn ra trong vòng 20 – 25 phút ở nhiệt độ 50 – 60 độ

C, tuy nhiên trong các thiết bị tự động thì thời gian trộn chỉ kéo dài khoảng 5 phút.

 Mục đích của giai đoạn này là làm giảm kích thước của các hạt

đường và mất đi các axit dễ bay hơi không mong muốn.Sản phẩm phải có độ đàn hồi, mềm và không bị chảy nhão.

Tạo hương thơm của sô cô la

 Các hạt sô cô la được lọc cho tới khi các hạt có kích

thước từ 50 -114 αm trong đó có ít hơn 10% hạt có kích m trong đó có ít hơn 10% hạt có kích thước nhỏ hơn 50 αm trong đó có ít hơn 10% hạt có kích m và không quá 20% là lớn hơn 22

αm trong đó có ít hơn 10% hạt có kích m Chính sự phân bố về kích thước các hạt như thế tạo

ra các trạng thái mịn khi ăn của sô cô la.

Tạo hương thơm của sô cô la

 Conching: là quá trình rất cần thiết để loại bỏ các axit dễ bay hơi, làm giảm độ ẩm và làm mịn các tinh thể đường, làm giảm độ nhớt và thay đổi màu của sản phẩm Trong suốt quá trình này sẽ có một

số phản ứng oxi hóa và caramen xảy ra

 Quá trình thực hiện bằng cách phơi các sản phẩm này ra ngoài không khí trong thời gian 1 - 5 ngày,

và khống chế nhiệt độ dưới 100 0C

Tạo hương thơm của sô cô la

 Gia tăng nhiệt độ rất cần thiết để giảm quá trình kết tinh của các hạt bơ ca cao, bơ ca cao có thể kết tinh theo 7

dạng : dạng I γ, bay hơi ở 17 độ và rất không ổn định, II

αm trong đó có ít hơn 10% hạt có kích bay hơi ở 21 tới 24 độ, III và IV β bay hơi ở 25 tới 29

độ V β bay hơi ở 34 tới 35 độ và là là dạng được ưa thích hơn và VI liên quan đến hoa của sô cô la [9-10]

Tạo hương thơm giống thịt.

 Việc tái tạo ra các hương thơm như các sản phẩm thịt là mong muốn được tiến hành từ rất nhiều năm gần đây, thịt thì rất đắt nên việc tạo ra hương vị này đang rất được

khuyến khích.[14 - 18]

 Các hương thơm của thịt lúc đầu được phát triển theo

cách họ dùng các gia vị trộn vào thịt lợn để tạo ra hương thơm đậm đà hơn: theo văn hóa mĩ thì người ta trộn cây

xô thơm với thịt lợn, nghệ và cần tây với thịt gà, hành và tiêu đen với thịt bò

 Nhờ có sự phát triển của kĩ thuật sắc kí và sự nghiên cứu của cộng đồng các ngành hóa học hương liệu tại các trường đại học mà người ta biết rằng hương thơm của thịt

có thể tái sản xuất

 Tuy nhiên nó có vẻ không khả thi lắm vì có một số vấn đề: hương vị của thịt rất phức tạp bao gồm hơn 800 các chất hóa học tạo thành, trong đó có một số chất không được phép lưu hành trên thị trường hay đưa vào các sản phẩm thực phẩm sau đó người ta đã cố gắng nghiên cứu

để xem có bao nhiêu hợp chất chính thức quyết đinh hương vị của thịt và kết quả là 20 – 30 hợp chất, từ đó người ta bắt đầu công cuộc tạo ra hương vị thịt tổng hợp vào những năm 60 và 70.

 Dung môi hòa tan.

 Các protein thực vật đã bị hydrat hóa, chất tạo hương rau hung, các chất chiết suất từ nấm men.

 Các protein thực vật đã bị hydrat hóa, chất tạo hương rau hung, các chất chiết suất từ nấm men.

Các nguồn lưu huỳnh.

 Nguồn lưu huỳnh ở đây thường là Cystein (là các axit tự do hay

hydroclorid) Tuy nhiên hydro sulfua đã được dùng như một chất thay thế (từ khi axit amin chứa lưu huỳnh được coi là đặc trưng để tạo ra hydro sulfua) nhưng hydro sulfua có cả tính phá hủy và độc hại do đó các nhà sản xuất thích dùng axit amin hơn

 Thiamin là một nguồn cung cấp tuyệt vời hydro sulfua và nó có thể tạo thành các hương vị giống như thịt khác nhau khi đun nóng một mình nó trong nước ở các giá trị ph thời gian và nhiệt độ nhất định Mùi xuất hiện đầu tiên là mùi giống như mùi của trứng, sau đó thành mùi giống mùi thịt gà và cuối cùng là giống như mùi thịt bò

 Methionil cũng được dùng trong trường hợp này, và nó có thể chiết tách

từ tự nhiên.

Đường khử

 Thành phần cơ bản thứ hai để tạo ra hương vị như thịt là đường khử

 Đường gluco được sử dụng nhiều nhất cho mục đích này,

nó rẻ và cho hiệu quả cao, các đường khác như arbinoza, xypentoza, fructoza và saccaroza cũng được sử dụng

trong một số trường hợp khác hiện nay đường pentoza

cũng đang có xu hướng được sử dụng nhiều, nó tham gia phản ứng mailard rất nhanh và vì thế có thể rút ngắn được thời gian phản ứng, tuy nhiên chi phí của nó lại quá cao.