Đường đẳng nhiệt hấp thụ cho phép thấy trước hoạt độ nước của một hỗn hợp các hợp phần có độ ẩm khác nhau cũng như những biến đổi của một thực phẩm khi bảo quản trong các điều kiện khá[r]
(1)BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG CAO ĐẲNG LƯƠNG THỰC – THỰC PHẨM
TS Huỳnh Thị Kim Cúc (chủ biên); ThS Hồ Thị Duyên Duyên; ThS Trần Thị Thanh Mẫn
GIÁO TRÌNH
HĨA HỌC VÀ PHỤ GIA THỰC PHẨM
(2)TS Huỳnh Thị Kim Cúc (chủ biên); Ths Hồ Thị Duyên Duyên; Ths Trần Thị Thanh Mẫn
GIÁO TRÌNH
HÓA HỌC VÀ PHỤ GIA THỰC PHẨM
(Lưu hành nội bộ)
(3)LỜI NÓI ĐẦU
Các sản phẩm thực phẩm thường có cấu trúc, trạng thái, màu sắc, hương thơm tính cảm vị khác Những kết cấu hương sắc tạo ra, điều kiện gia công định, nhờ tương tác hài hoà hợp phần hoá học chứa thực phẩm, hợp phần lại có vai trị khác
Ngồi hợp phần có sẵn thực phẩm, để tạo nên đặc tính thực phẩm mong muốn, người ta bổ sung thêm vào thực phẩm thành phần định
Giáo trình Hóa học phụ gia thực phẩm” biên soạn dựa sở kiến thức vai trị, tính chất chức thành phần thực phẩm khái quát phụ gia dùng thực phẩm, nhằm cung cấp kiến thức hố học ứng dụng cơng nghệ thực phẩm Giáo trình dùng cho sinh viên ngành Công nghệ thực phẩm, ngành Quản lý chất lượng thực phẩm học trường Cao đẳng Lương thực Thực phẩm Giáo trình tài liệu cho giảng viên tham khảo giảng dạy học phần Đồng thời tài liệu tham khảo cho sinh viên học chuyên ngành khác có liên quan người có quan tâm đến lĩnh vực
Nội dung giáo trình bao gồm chương, đề cập đến nội dung khái quát chung hóa học phụ gia thực phẩm:
Chương Nước thực phẩm
Chương Tính chất chức protein thực phẩm Chương Tính chất chức polysacchrid thực phẩm Chương Tính chất chức lipid thực phẩm
Chương Tính chất chức hợp chất phenol thực phẩm Chương Phụ gia thực phẩm
Trong q trình biên soạn giáo trình, khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng tơi mong nhận ý kiến đóng góp người học, người dạy bạn đọc, để hoàn chỉnh cho lần biên tập sau tốt
NHÓM TÁC GIẢ
(4)MỤC LỤC
Lời nói đầu
Mục lục
Danh mục chữ ký hiệu viết tắt 13
CHƯƠNG NƯỚC TRONG THỰC PHẨM 14
1 ĐẠI CƯƠNG VỀ NƯỚC TRONG THỰC PHẨM 14
2 HOẠT ĐỘ CỦA NƯỚC VÀ ĐƯỜNG ĐẲNG NHIỆT HẤP THỤ 15
2.1 Khái niệm hoạt độ nước 15
2.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến hoạt độ nước 16
2.3 Đường đẳng nhiệt hấp thụ 17
2.4 Hiện tượng trễ hấp thụ 18
2.5 Hoạt độ nước điều kiện không cân 19
2.6 Tác dụng đường đẳng nhiệt hấp thụ 20
3 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ NƯỚC 21
4.PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH HOẠT ĐỘ NƯỚC 22
4.1 Cho dịng khơng khí trực tiếp qua thực phẩm 22
4.2 Dùng dung dịch muối bão hòa hữu vô 22
4.3 Sử dụng chất phụ gia 22
4.4 Phương pháp gia công 22
4.5 Dùng hợp chất hữu 22
5 ẢNH HƯỞNG CỦA HOẠT ĐỘ NƯỚC ĐẾN CHẤT LƯỢNG CỦA THỰC PHẨM 23
5.1 Ảnh hưởng hoạt độ nước đến phản ứng oxy hoá chất béo 24
5.2 Ảnh hưởng hoạt độ nước đến phản ứng sẫm màu phi enzym 24
5.3 Ảnh hưởng hoạt độ nước đến phản ứng enzyme sản phẩm thực phẩm 25
5.4 Ảnh hưởng hoạt độ nước đến phát triển vi sinh vật 26
5.5 Ảnh hưởng hoạt độ nước đến tính chất lưu biến thực phẩm 26
5.6 Ảnh hưởng hoạt độ nước đến giá trị dinh dưỡng 26
5.7 Ảnh hưởng nước đến cấu trúc rau tươi 27
Câu hỏi ôn tập 27
Tài liệu tham khảo 28
CHƯƠNG TÍNH CHẤT CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN TRONG THỰC PHẨM29 CÁC HỆ THỐNG PROTEIN THỰC PHẨM 29
1.1 Hệ thống protein thịt, cá 29
1.1.1 Protein chất 29
1.1.2 Protein mô liên kết 31
1.1.3 Protein tơ 32
1.1.4 Protein cá 34
(5)1.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến protein 34
1.2 Hệ thống protein trứng 37
1.2.1 Thành phần cấu trúc trứng gà 37
1.2.2 Các protein lòng trắng trứng 39
1.2.3 Các protein lòng đỏ trứng 39
1.2.4 Ảnh hưởng điều kiện công nghệ đến protein trứng 40
1.3 Hệ thống protein sữa 41
1.3.1 Thành phần protein sữa 41
1.3.2 Cấu trúc micelle casein 44
1.3.3 Q trình đơng tụ casein 45
1.3.4 Ảnh hưởng điều kiện công nghệ đến protein sữa 49
1.4 Hệ thống protein lúa mì 50
1.4.1 Các hợp phần protein lúa mì 50
1.4.2 Vai trị protein lúa mì sản xuất thực phẩm 52
1.5 Hệ thống protein đậu tương 53
1.5.1 Cấu trúc đặc trưng đoạn protein hạt đậu tương 53
1.5.2 Tính chất protein đậu tương 54
2 TÍNH CHẤT CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN TRONG THỰC PHẨM 54
2.1 Tính chất hydrat protein 55
2.1.1.Các giai đoạn q trình hyđrat hố 55
2.2 Khả hòa tan protein 56
2.2.1 Ý nghĩa việc nghiên cứu khả hoà tan protein 57
2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ hoà tan protein 57
2.3 Khả tạo nhớt protein 58
2.3.1 Ý nghĩa việc nghiên cứu độ nhớt protein 58
2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt chất lỏng protein 58
2.4 Khả tạo gel protein 59
2.4.1 Khái quát chung hình thành gel protein 59
2.4.2 Điều kiện tạo gel 60
2.4.3 Cơ chế tạo gel cấu trúc gel 60
2.4.4 Các giai đoạn trình tạo gel protein 61
2.4.5 Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ bền gel 62
2.4.6 Khả tạo gel số protein thực phẩm 62
2.5 Khả tạo cấu trúc protein 64
2.5.1 Đông tụ nhiệt tạo màng mỏng 65
2.5.2.Sự tạo sợi 65
2.5.3 Đùn ép nhiệt dẻo 66
2.6 Khả tạo bột nhão protein 68
2.7 Khả tạo nhũ tương protein 70
2.7.1 Sự hình thành phá huỷ nhũ tương 70
(6)2.7.2 Vai trò làm bền nhũ tương protein 72
2.7.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến nhũ hoá 73
2.8 Khả tạo bọt protein 73
2.8.1 Khái quát chung bọt thực phẩm 73
2.8.2 Sự hình thành bọt 74
2.8.3 Độ bền bọt 75
2.8.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc hình thành ổn định bọt 76
2.8.5 Vai trị protein thực phẩm có kết cấu bọt 77
2.9 Khả cố định chất thơm protein việc giữ mùi cho thực phẩm 78
2.9.1 Sự tương tác chất bay protein 78
2.9.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình cố định chất thơm 79
3 BIẾN HÌNH PROTEIN 79
3.1 Biến hình phương pháp vật lý 80
3.1.1 Biến hình gia cơng học 80
3.1.2 Biến hình xử lí nhiệt 80
3.2 Biến hình phương pháp hóa học 82
3.2.1 Thay đổi độ pH 82
3.2.2.Xử lý dung môi 82
3.2.3 Gắn vào protein nhóm chức 82
3.2.4 Tạo cầu đồng hoá trị 82
3.2.5 Thuỷ phân hạn chế 84
3.3 Biến hình protein enzyme 84
Câu hỏi ôn tập 85
Tài liệu tham khảo 86
CHƯƠNG TÍNH CHẤT CHỨC NĂNG CỦA POLYSACCHARIDE TRONG THỰC PHẨM 87
1 HỆ THỐNG TINH BỘT THỰC PHẨM 87
1.1 Hệ thống tinh bột hạt cốc 87
1.1.1 Lúa 87
1.1.2 Hạt lúa mì 88
1.1.3 Ngơ 89
1.2 Hệ thống tinh bột hạt họ đậu 91
1.2.1 Thành phần hóa học 91
1.2.2 Nguyên tắc tách tinh bột 91
1.3 Hệ thống tinh bột loại củ 91
1.3.1 Khoai tây 92
1.3.2 Khoai lang 92
1.3.3 Sắn 93
1.3.4 Nguyên tắc tinh bột từ nguyên liệu củ 94
1.4 Hình dáng kích thước hệ thống tinh bột 95
(7)1.5 Thành phần hoá học tinh bột 96
1.5.1 Cấu tạo tính chất amilose 97
1.5.2 Cấu tạo tính chất amilopectin 100
1.6 Cấu tạo tinh chất hạt tinh bột 100
1.6.1 Cấu tạo hạt tinh bột 100
1.6.2 Tính chất tinh bột 100
2 CÁC HỆ THỐNG POLYSACCHARIDE THỰC PHẨM KHÁC 101
2.1 Agar-agar 101
2.2 Algin-aginat 101
2.3 Caraghenat- caraghinin 103
2.4 Guaran 104
2.5 Caroban 105
3 TÍNH CHẤT CHỨC NĂNG CỦA TINH BỘT 105
3.1 Khả hấp thụ nước hồ hoá tinh bột 105
3.1.1 Quá trình trương nở 105
3.1.2 Quá trình hấp thụ nước 105
3.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ hồ hoá tinh bột 106
3.1.4 Độ hồ tinh bột .107
3.2 Tính chất nhớt dẻo hồ tinh bột 107
3.3 Khả tạo gel thoái hoá tinh bột 108
3.3.1 Khả tạo gel 108
3.3.2 Sự thoái hoá 109
3.4 Khả tạo hình tinh bột 110
3.4.1 Khả tạo màng 110
3.4.2 Khả tạo sợi 110
3.5 Khả tạo màng bao 113
3.6 Khả tạo tương tác với chất khác 113
3.6.1 Khả đồng tạo gel với protein 113
3.6.2 Khả phồng nở tinh bột 113
3.7 Tính chất cấu trúc tinh bột .113
4 CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN HÌNH TINH BỘT .114
4.1 Biến hình tinh bột phương pháp vật lý 114
4.1.1 Trộn với chất rắn trơ .114
4.1.2 Biến hình hồ hóa sơ .114
4.1.3 Biến hình tinh bột gia nhiệt khô nhiệt độ cao 115
4.2 Biến hình tinh bột phương pháp hóa học 117
4.2.1 Biến hình acid .117
4.2.2 Biến hình tinh bột kiềm .117
4.2.3 Biến hình tinh bột oxy hóa 117
4.2.4 Biến hình tinh bột xử lý tổ hợp để thu nhận tinh bột keo đông .119
(8)4.2.5 Biến hình tinh bột cách gắn thêm nhóm phosphat 119
4.2.6 Biến hình tinh bột cách tạo liên kết ngang 121
4.3 Biến hình tinh bột enzyme 121
Câu hỏi ôn tập 122
Bài đọc thêm XÁC ĐỊNH MỘT SỐ CHỈ TIÊU CƠ BẢN CỦA TINH BỘT 123
1 Xác định hàm lượng amilose amilopectin tinh bột 123
2 Xác định nhiệt độ hồ hóa tinh bột 124
3 Xác định độ hịa tan khả hydrat hóa tinh bột 125
Tài liệu tham khảo 126
CHƯƠNG 4.TÍNH CHẤT CHỨC NĂNG CỦA LIPID TRONG THỰC PHẨM 127
1 CÁC HỆ THỐNG DẦU MỠ THỰC PHẨM 127
1.1 Dầu thực vật 127
1.1.1 Các nhóm nguyên liệu chứa dầu thực vật 127
1.1.2 Giới thiệu số nguyên liệu chứa dầu phổ biến 128
1.1.3 Các phương pháp thu nhận dầu thực vật 132
1.1.4 Đặc tính chung dầu thực vật 134
1.1.5 Giới thiệu số dầu thực vật thường dùng 134
1.2 Mỡ động vật 135
1.2.1 Nguyên liệu sản xuất mỡ động vật 135
1.2.2 Phương pháp sản xuất mỡ động vật 136
1.2.3 Đặc tính chung mỡ động vật 139
1.2.4 Giới thiệu số mỡ động vật thường dùng 139
1.3 Giới thiệu số loại nguyên liệu chứa chất béo khác 140
1.3.1 Chất béo sữa tươi 140
1.3.2 Chất béo cá 142
2 THÀNH PHẦN HĨA HỌC VÀ CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA DẦU MỠ 143
2.1 Thành phần hóa học dầu mỡ 143
2.1.1 Glyceride 143
2.1.2 Glycerin 143
2.1.3 Các acid béo 144
2.1.4 Triglyceride 145
2.1.5 Các chất kèm theo 146
2.2 Các tính chất dầu mỡ 149
2.2.1 Tính chất lý học 149
2.2.2 Các tính chất hóa học quan trọng 149
2.3 Những yêu cầu cần thiết loại dầu mỡ thực phẩm 151
3 BIẾN ĐỔI CỦA LIPID TRONG Q TRÌNH BẢO QUẢN 151
3.1 Q trình thuỷ phân chất béo 151
3.2 Quá trình oxy hóa chất béo 153
3.2.1 Cơ chế phản ứng oxy hóa chất béo 153
(9)3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình oxy hóa chất béo 155
4 BIẾN ĐỔI CỦA LIPID TRONG QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN NHIỆT .156
4.1 Biến đổi vật lý .156
4.2 Biến đổi hóa học .157
5 SỰ TƯƠNG TÁC CỦA CHẤT BÉO VỚI CÁC THÀNH PHẦN KHÁC TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM 157
5.1 Sự tạo thành 3-MCDP .157
5.2 Sự tạo thành chất béo chuyển hóa 157
6 CHỨC NĂNG CỦA LIPID TRONG THỰC PHẨM 158
6.1 Sự nhũ hóa lipid 157
6.2 Những chức khác lipid chế biến thực phẩm 157
Câu hỏi ôn tập 160
Tài liệu tham khảo 161
CHƯƠNG TÍNH CHẤT CHỨC NĂNG CỦA HỢP CHẤT PHENOL THỰC VẬT TRONG THỰC PHẨM 162
1 CÁC HỢP PHẦN CỦA HỢP CHẤT PHENOL 162
1.1 Phân loại hợp phần hợp chất phenol 162
1.2 Một số nhóm hợp chất phenol 162
1.2.1 Acid phenolic (acid phenol carboxylic) 162
1.2.2 Stilbene 164
1.2.3 Flavonoid 164
1.2.4 Lignan 175
2 HỢP CHẤT POLYPHENOL TRONG MỘT SỐ NGUYÊN LIỆU, SẢN PHẨM THỰC PHẨM 175
2.1 Hợp chất polyphenol rau 175
2.2 Hợp chất polyphenol chè 176
2.3 Hợp chất polyphenol cacao 178
3 CÁC TÍNH CHẤT CHUNG CỦA HỢP CHẤT POLYPHENOL 178
3.1 Phản ứng oxy hóa khử 179
3.2 Phản ứng cộng 179
3.3 Phản ứng ngưng tụ 179
4 CHỨC NĂNG CỦA CÁC POLYPHENOL TRONG THỰC PHẨM 180
4.1 Sự tạo màu hợp chất polyphenol 180
4.1.1 Cơ chế 180
4.1.2 Sự tạo màu 184
4.2 Sự tạo mùi hợp chất polyphenol 189
4.2.1.Phản ứng tạo chất thơm với acid amin 188
4.2.2.Các phản ứng tạo chất thơm khác 190
Câu hỏi ôn tập 192
Tài liệu tham khảo 193
(10)CHƯƠNG PHụ GIA THựC PHẩM 194
1 ĐẠI CƯƠNG VỀ PHụ GIA THựC PHẩM 194
1.1 Thực phẩm 194
1.2 Phụ gia thực phẩm 194
1.3 Chất hỗ trợ chế biến thực phẩm 195
1.4 Hướng dẫn sử dụng phụ gia thực phẩm 195
2 CÁC NHÓM CHẤT PHỤ GIA VÀ CHẤT HỖ TRỢ CHẾ BIẾN THựC PHẩM 198 2.1 Các nhóm chất phụ gia 198
2.2 Các nhóm chất hỗ trợ chế biến thực phẩm 199
3 CHấT PHụ GIA DÙNG TRONG CHẾ BIẾN THựC PHẩM 203
3.1 Chất điều vị 203
3.2 Chất làm ẩm 206
3.3 Chất tạo xốp 206
3.4 Chất chống đơng vón 207
3.5 Chất giữ màu 210
3.6 Chất chống oxy hóa 213
3.7 Chất chống tạo bột 220
3.8 Chất tổng hợp 221
3.9 Chất làm rắn 225
3.10 Phẩm màu 226
3.11 Chất điều chỉnh độ acid 246
3.12 Chất bảo quản 256
3.13 Chất ổn định 265
3.14 Chất tạo phức kim loại 268
3.15 Chất xử lý bột 273
3.16 Chất độn 273
3.17 Chất khí đẩy 274
3.18 Chế phẩm tinh bột 275
3.19 Enzyme 277
3.20 Chất làm bóng 281
3.21 Chất làm dày 282
3.22 Chất nhũ hóa 289
3.23 Chất tạo bọt 298
3.24 Chất tạo mùi 299
4 PHỤ GIA THƯỜNG SỬ DỤNG TRONG MỘT SỐ THỰC PHẨM PHỔ BIẾN 303 4.1 Sử dụng muối nitrat, nitrit chế biến thịt 303
4.2 Sử dụng acid ascorbic muối ascorbate thịt sản phẩm thịt 305
4.3 Sử dụng phosphat 305
4.4 Sử dụng phụ gia bảo quản thủy sản tươi 307
4.5 Sử dụng phụ gia cho dầu mỡ sản phẩm từ dầu mỡ 310
(11)4.6 Sử dụng phụ gia đồ hộp thực phẩm 310
4.7 Sử dụng phụ gia sản xuất bánh mì, bánh bích quy, bánh 311
Câu hỏi ôn tập 313
Tài liệu tham khảo 314
(12)DANH MỤC CHỮ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT
TT CHỮ VIẾT TẮT NGUYÊN CHỮ
1 EC European Commission
Ủy ban châu Âu
2 Codex Quy chuẩn kỹ thuật quốc tế
3 JECFA The Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives Tổ chức Y tế giới Phụ gia thực phẩm
4 ADI Aceptable daily intake
Lượng ăn vào hàng ngày chấp nhận INS International Numbering System (for Food Additives)
Hệ thống mã số quốc tế phụ gia thực phẩm LD50 Lethal Dose 50
Liều lượng gây chết 50% động vật thí nghiệm GMP Good Manufacturing Practices
Thực hành sản xuất tốt
8 ML Maximum use level
Mức sử dụng tối đa
9 MTDI Maximum Tolerable Daily Intake Lượng tối đa ăn vào hàng ngày 10 PTWI Provisional Tolerable Weekly Intake
Lượng ăn vào hàng tuần chấp nhận tạm thời 11 PGTP Phụ gia thực phẩm
12 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 13 QCVN Quy chuẩn Việt Nam
(13)CHƯƠNG NƯỚC TRONG THỰC PHẨM
1 ĐẠI CƯƠNG VỀ NƯỚC TRONG THỰC PHẨM
Nước thành phần nhiều loại thực phẩm (bảng 1.1), nước mơi trường hỗ trợ cho phản ứng hóa học xảy ra, chất trực tiếp tham gia vào phản ứng thủy phân Vì thế, loại bỏ nước hay liên kết với nước làm chậm nhiều phản ứng hạn chế phát triển vi sinh vật, nhờ tăng thời hạn sử dụng nhiều loại thực phẩm Tuy nhiên, nước có vai trị lớn thực phẩm có đóng góp quan trọng vào kết cấu thực phẩm
Bảng 1.1 Hàm lượng nước số thực phẩm
Thực phẩm Hàm lượng nước (%) Thực phẩm Hàm lượng nước (%)
Thịt 65÷75 Bơ, margarine 16÷18 Sữa 87 Bột ngũ cốc 12÷14 Rau, trái 70÷90 Cà phê hạt Bánh mì 35 Sữa bột Mật ong 20 Dầu ăn
Chức nước thể rõ chúng tham gia vào cấu trúc thực phẩm Hàm lượng nước thực phẩm khơng giống nhau, chia sản phẩm thực phẩm thành ba nhóm:
- Nhóm có hàm lượng nước cao: lớn 40% - Nhóm có hàm lượng nước trung bình: 10÷40% - Nhóm có hàm lượng nước thấp: nhỏ 10 %
Trong sản phẩm thực phẩm, nước thường tồn dạng: nước tự nước liên kết:
- Nước tự chất lỏng micelle, nước tự có tất tính chất nước nguyên chất
- Nước liên kết hấp thụ bền vững bề mặt micelle thường tồn áp suất đáng kể, trường lực phân tử định, khó bốc
Có dạng nước liên kết:
- Nước liên kết hoá học: liên kết chặt chẽ với vật liệu, tách có tương tác hố học xử lý nhiệt tương đối mạnh mẽ
- Nước liên kết hoá lý: chất có hoạt tính bề mặt hấp thụ phân tử nước, độ bền liên kết mức trung bình, phân tử nước bảo tồn tính chất
- Nước liên kết lý: hấp thụ phân tử bề mặt mao quản vào bên ngưng tụ làm đầy mao quản, chứa tổ chức mao quản
(14)ngun liệu
Nước có khả hịa tan khuếch tán nhiều chất hóa học, nguyên nhân tương tác cực phân tử nước lên bề mặt chất nhúng nước làm lực phân tử chúng giảm 80 lần Nước có số điện mơi, tính lưỡng cực cao
Nước có khả phân tán nhiều hợp chất chứa nhóm khơng cực để tạo micell, xu hướng số lượng lớn phân tử nước tương tác với nhờ liên kết hydro Để đưa vào nước cấu trúc khơng cực địi hỏi lượng lớn
Khi đưa vào nước chất khác dạng dung dịch hay dạng keo tạo thuộc tính kết hợp, tùy thuộc vào số lượng phân tử có mặt làm tính chất nước thay đổi: giảm áp suất bão hòa, tăng điểm sơi, giảm điểm đóng băng, giảm sức căng bề mặt, tăng độ nhớt, tạo áp suất thẩm thấu qua màng bán thấm …
2 HOẠT ĐỘ CỦA NƯỚC VÀ ĐƯỜNG ĐẲNG NHIỆT HẤP THỤ 2.1 Hoạt độ nước
Giá trị thực phẩm, tính chất cảm quan, độ bền sản phẩm bảo quản thành phần chất hữu vô chúng định, nước ảnh hưởng lớn
Khi nghiên cứu điều kiện bảo quản tối ưu thực phẩm môi trường tự nhiên, người ta thấy độ ẩm sản phẩm thực phẩm yếu tố định chẳng hạn như: đường có độ ẩm 0,12%, chè có độ ẩm 8% mát chứa 40% ẩm bảo quản độ ẩm tương đối khơng khí 70%
Như người ta phải xem xét thêm số đặc trưng cho mức độ đón nhận thêm nước từ môi trường thải loại bớt nước môi trường thực phẩm bảo quản mơi trường
Khi đặt thực phẩm vào mơi trường, bề mặt thống bị phân tử chất hịa tan chiếm giữ, nên số phân tử dung mơi đơn vị thời gian đơn vị diện tích nhỏ so với dung mơi ngun chất Vì áp suất riêng phần ln ln bé so với áp suất riêng phần nước nguyên chất nhiệt độ
Năm 1952, W.J Scott đưa kết luận chất lượng thực phẩm bảo quản không phụ thuộc vào hàm lượng nước mà phụ thuộc vào hoạt độ nước, biểu diễn cơng thức (1.1)
(1.1) Trong đó: aw - hoạt độ nước;
P - áp suất riêng phần nước thực phẩm nhiệt độ T; P0 - áp suất bão hòa dung môi nguyên chất (nước) nhiệt độ T
Khái niệm: hoạt độ nước tỷ số áp suất riêng phần nước thực phẩm áp suất bão hịa dung mơi nguyên chất điều kiện nhiệt độ
Hoạt độ nước nguyên chất đơn vị, nên hoạt độ nước dung dịch hay thực phẩm luôn nhỏ
(15)Ở điều kiện cân có hoạt độ nước dung dịch hay thực phẩm áp suất tương đối (riêng phần) dung dịch hay thực phẩm tạo khí bao quanh Ở điều kiện cân có tương đương độ ẩm tương đối khơng khí hoạt độ nuớc thực phẩm đặt khơng khí (cơng thức 1.2)
2.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến hoạt độ nước
Hoạt độ nước số đo hữu hiệu nồng độ nước thực phẩm, phụ thuộc vào độ ẩm hay tổng số nước có thực phẩm đó, thành phần hóa học cấu trúc sản phẩm thực phẩm, v.v…
Một số yếu tố ảnh hưởng đến hoạt độ nước thực phẩm bao gồm:
- Hàm ẩm sản phẩm: sản phẩm có hàm ẩm cao thường chứa nhiều nước tự do, hoạt độ nước cao
- Chất hòa tan tách nước sản phẩm: thêm chất hoà tan khác vào sản phẩm, tách nước từ sản phẩm, làm cho lượng nước liên kết tăng lên, nên hoạt độ nước giảm
- Lực mao dẫn: hoạt độ nước giảm lực mao dẫn Nước bị nhốt mao quản nước tự do, lớp nước thành mao quản nước liên kết Sự giảm hoạt độ nước phụ thuộc vào đường kính mao quản cấu trúc sản phẩm thực phẩm
- Độ pH lực ion: thay đổi độ pH lực ion có ảnh hưởng đến khả giữ nước thực phẩm chứa protein Các tương tác tĩnh điện thích đáng chuỗi protein tạo gel trương đầy nước, chuỗi protein hút lẫn nước hấp thụ nước tự bị đẩy bị chảy bốc nên hoạt độ nước giảm Ở pH đẳng điện khả giữ nước cực tiểu Ở pH khác chuỗi protein tích điện dấu đẩy nhau, thực phẩm có khả giữ nước tốt
- Thành phần hóa học trạng thái vật lý thực phẩm:
+ Protein tinh bột thường giữ lượng nước nhiều lipid chất kết tinh
+ Với thực phẩm có chứa tinh bột, gia nhiệt làm biến đổi khả hấp thụ nước tinh bột, chúng bị hồ hoá làm biến đổi từ mạng lưới tinh thể không thấm nước sang trạng thái vô định hình (hình 1.1)
+ Khi đường saccharose chuyển từ trạng thái vơ định hình hút ẩm sang trạng thái kết tinh, tới hàm lượng nước định dạng vơ định hình khơng bền kết tinh lại nhả nước Nước giải phóng biến đổi hồ tan phân tử đường saccharose bên làm kết tinh phân tử sâu phía bên Trường hợp thường dẫn đến đóng khối
+ Việc tạo hạt vật liệu ảnh hưởng đến khả giữ nước
- Phần lớn loại hoá chất làm giảm hoạt độ nước nhiều tính tốn
Độ ẩm tương đối (%) = aw x 100 (1.2)
(16)theo lý thuyết lý sau:
+ Do có liên hợp mạnh mẽ phân tử nước phân tử chất dung dịch
+ Có phân ly chất điện ly có mặt + Các lực tác dụng đến cấu trúc nước
Hình 1.1 Sơ đồ mơ hình cấu trúc tinh bột trạng thái vơ định hình kết tinh
2.3 Đường đẳng nhiệt hấp thụ
Đường đẳng nhiệt hấp thụ (hoặc phản hấp thụ) đường cong để lượng nước giữ thực phẩm đó, điều kiện cân nhiệt độ xác định, phụ thuộc vào độ ẩm tương đối khí bao quanh Hay ngược lại, áp suất gây nước thực phẩm phụ thuộc vào hàm lượng nước thực phẩm
Đường đẳng nhiệt hấp thụ phản hấp thụ thu phương pháp thực nghiệm sản phẩm nhiệt độ định
Để xây dựng đường đẳng nhiệt hấp thụ, người ta đặt mẫu thực phẩm khơ có trọng lượng biết dãy bình kín có độ ẩm tương đối khơng khí tăng dần Để giữ cho độ ẩm tương đối bình khơng thay đổi dùng dung dịch muối bão hòa dung dịch H2SO4 có nồng độ định
Để xây dựng đường đẳng nhiệt phản hấp thụ đặt mẫu thực phẩm ướt có trọng lượng biết dãy bình có độ ẩm tương đối giảm dần Khi đạt cân người ta đo khối lượng nước mẫu
Từ số liệu thực nghiệm thu được, vẽ đồ thị đường đẳng nhiệt hấp thụ phản hấp thụ, thể mối quan hệ hàm lượng nước hoạt độ nước thực phẩm (hình 1.2)
Giữa thực phẩm có hàm lượng nước cao thực phẩm có hàm lượng nước thấp
(17)có khác đường đẳng nhiệt hấp thụ Ở thực phẩm có hàm lượng nước thấp (<40%), có thay đổi nhỏ hàm lượng nước dẫn đến biến động lớn hoạt độ nước
Đường đẳng nhiệt hấp thụ cho biết trạng thái nước thực phẩm
Hình 1.2 Đường đẳng nhiệt hấp thụ phản hấp thụ (a) Thực phẩm có hàm lượng nước cao
(b) Thực phẩm có hàm lượng nước thấp
- Vùng nước liên kết bền: đoạn OA (hình 1.2b) có hoạt độ nước nằm
0,2 0,3 tương ứng với trạng thái nước liên kết bền Trong vùng này, nước tạo lớp đơn phân phân tử nước định vị vào nhóm có cực số chất NH3
+
COO- (của protein), OH- (của tinh bột) Nước dạng chiếm khoảng 3÷10g/100g sản phẩm khơ (phi chất béo)
- Vùng nước liên kết yếu nước tự do: sau vùng nước đơn phân, đường đẳng
nhiệt hấp thụ chia thành hai ba vùng có mức độ tự tăng dần Đầu tiên nước vùng đa tầng, dính với vùng đơn phân qua cầu trung gian kiên kết hydro, chủ yếu nước hydrat hóa hợp chất hòa tan (protein, muối) Tiếp đến nước ngưng tụ ống mao quản thực phẩm Nước ngưng tụ ống có đường kính nhỏ làm giảm áp suất bão hịa làm giảm hoạt độ nước Thực nghiệm cho thấy, khoảng 3% lượng nước định vị ống đường kính 10-6cm ứng với aw= 0,9 Hai dạng nước liên kết yếu nước tự khơng có khác
nhau rõ rệt chúng trao đổi với nhanh Nước tự có chủ yếu thực phẩm tươi thực phẩm chế biến (không sấy khô) Phần cuối đường đẳng nhiệt hấp thụ tương ứng với hoạt độ nước gần cực đại ứng với hàm lượng nước không thấp 50%
2.4 Hiện tượng trễ hấp thụ
Đường đẳng nhiệt phản hấp thụ sản phẩm thực phẩm (ở nhiệt độ xác định) thường không trùng với đường đẳng nhiệt hấp thụ Sự không trùng
(18)của hai đường cong gọi trễ hấp thụ Có nghĩa hàm ẩm có ứng với aw
thực đường phản hấp thụ từ vật liệu ướt cao thực đường hấp thụ
Sự trễ hấp thụ xảy chủ yếu vùng đường đẳng nhiệt, nghĩa vùng mà nước liên kết cách yếu ớt Nguyên nhân ngưng tụ nước lỗ mao quản Áp suất tương đối nước phụ thuộc vào đường kính lỗ góc tiếp xúc lỏng – rắn (phụ thuộc sức căng bề mặt)
Góc tiếp xúc lỏng – rắn chất lỏng đến thấm ướt bề mặt khô (hấp thụ) thường lớn chất lỏng rút khỏi bề mặt ướt (phản hấp thụ) (hình 1.3)
Ngồi ra, có khác đường kính miệng lỗ mao quản số mô thực vật động vật thường có đường kính nhỏ miệng lỗ đường kính lớn sâu phía mao quản, nên áp suất chỗ đầy mao quản lớn áp suất chỗ rỗng Khi phản hấp thụ mao quản dốc áp suất tương đối đường kính miệng giảm xuống giá trị tương ứng
Hình 1.3 Góc tiếp xúc chất lỏng thấm ướt
Hiện tượng bão hịa đường dung dịch giải thích phần trễ hấp thụ sản phẩm rau Hoạt độ nước giảm nhanh khử nước đường khơng kết tủa mà tạo dung dịch bão hòa Khi làm ẩm trở lại, đường hịa tan có hàm lượng nước xác định
2.5 Hoạt độ nước điều kiện không cân
Hoạt độ nước thực phẩm phải xác định điều kiện cân nghĩa thực phẩm khí tiếp xúc với áp suất cân Các điều kiện tồn hệ thống đóng Một thay đổi độ ẩm tương đối khí xung quanh dẫn đến thay đổi hoạt độ nước thực phẩm, kiểu bao gói quan trọng việc định tỷ lệ thay đổi
Việc trộn lẫn cấu tử thực phẩm có hoạt độ nước khác dẫn đến tượng chuyển ẩm, ẩm chuyển từ thực phẩm có aw cao tới thực phẩm có aw thấp
Độ ẩm cân sản phẩm lượng nước sản phẩm điều kiện cân nhiệt độ định
Khi phân tích độ ẩm cân thực phẩm nhiệt độ khác nhau, người ta nhận thấy nhiệt độ tăng, độ ẩm cân sản phẩm giảm Tuy nhiên, ảnh hưởng nhiệt độ tới vùng khác đường đẳng nhiệt hấp thụ khác Ở vùng hấp thụ đa tầng, độ ẩm cân bị giảm mạnh vùng đơn tầng vùng ngưng tụ Ngoài ra, độ ẩm môi trường, nhiệt độ tăng làm tăng hoạt độ nước khả hút ẩm lượng nước bị hấp thụ sản phẩm giảm
(19)Điều giải thích sau:
- Cùng với tăng nhiệt độ, tăng áp suất nước nước nguyên chất sản phẩm, nên tỷ lệ P/P0 thay đổi không đáng kể sau
áp suất riêng phần nước sản phẩm thấp áp suất nước nước nguyên chất
- Ngoài ra, độ ẩm môi trường, tăng nhiệt độ làm tăng hoạt độ nước, tính hút ẩm lượng nước bị hấp thụ sản phẩm từ môi trường xung quanh bị giảm
Khi hoạt độ nước tăng làm tăng phản ứng gây hư hỏng thực phẩm, nên bảo quản thực phẩm nhiệt độ thấp
2.6 Tác dụng đường đẳng nhiệt hấp thụ
Đường đẳng nhiệt hấp thụ cho phép thấy trước hoạt độ nước hỗn hợp hợp phần có độ ẩm khác biến đổi thực phẩm bảo quản điều kiện khác với điều kiện xem xét
Ví dụ độ ẩm khơng khí thay đổi, sản phẩm hút ẩm khơng có bao bì bảo vệ, trường hợp bao bì sử dụng có khả cho nước qua tính lượng nước hấp thụ thời gian bảo quản thực phẩm đến mức chất lượng tốt Hay tăng từ nhiệt độ T đến nhiệt độ T + t xảy tách nước theo chiều mũi tên (hình 1.4), khử nước xảy mạnh mẽ việc tăng nhiệt độ kèm với việc giảm độ ẩm tương đối không khí
Hiện tượng trễ hấp thụ trường hợp chế biến loại rau giàu đường muối vấn đề quan tâm Khi việc khử nước sản phẩm tiến hành điểm tối ưu Mo thấy trước tái làm ẩm hàm lượng nước tương ứng Mo dẫn đến hoạt độ nước cao có tính nguy hiểm tượng trễ hấp thụ (hình 1.5)
Hình 1.4 Ảnh hướng nhiệt độ đến
đường đẳng nhiệt hấp thụ nước Hình 1.5 Sự tái hydrat hóa sản phẩm làm khô
3 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ NƯỚC
Ở độ ẩm tương đối cân ứng với nhiệt độ xác định sản phẩm
(20)khơng thu thêm không nhả ẩm môi trường Người ta dựa vào đặc tính để xác định awcủa sản phẩm đó, aw = wcb/100
Xác định hoạt độ nước: có nhiều phương pháp, thông dụng phương pháp nội suy (hình 1.6)
- Đặt mẫu vật có khối lượng định vào bình hút ẩm có độ ẩm tương đối khác nhiệt độ xác định
- Sau 2÷4 cân mẫu vật bình để xem lượng ẩm hấp thụ vào hay nhả (tính g/100g chất khơ)
- Vẽ đồ thị y = f (aw), kéo dài đường biểu diễn cắt trục hoành điểm,
điểm awcần xác định
Người ta thường dùng dung dịch muối bão hòa thơng dụng dung dịch H2SO4 có nồng độ định để thu aw chuẩn (hoặc độ ẩm tương đối =
aw.100) (bảng 1.2 bảng 1.3) Bảng 1.2 Giá trị awở 25
0 C dung dịch muối bão hòa
Dung dịch muối bão hoà aw Dung dịch muối bão hoà aw
LiCl.H2O 0,12 CdCl2 0,82
KC2H3O2 ( Acetate ) 0,23 Li2SO4 0,85
MgCl2.6H2O 0,33 K2CrO4 0,88
K2CO3 0,44 KNO3 0,94
Mg(NO2).6H2O 0,52 Na2HPO4 0,98
NaCl 0,75 K2SO4 0,97
(NH4)SO4 0,79
aw
H
àm
lư
ợng
nư
ớc
, g/
100g
chất
k
hô
Độ ẩm tương đối
Hình 1.6 Đồ thị biểu diễn phương pháp xác định hoạt độ nước