Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM  ĐỀ TÀI: GVHD: HỒ XUÂN HƯƠNG. SVTH: NGUYỄN THỊ DIỄM HƯƠNG. MSSV: 09162991. LỚP: DHTP5-N1. Tp.HCM, ngày 16 tháng 2 năm 2012. Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh MỤC LỤC: A.MỞ ĐẦU .2 B.NỘI DUNG 2 I/ Sự tạo gel protein .2 1.1: Gel protein là gì 2 1.2: Khả năng tạo gel 3 1.3 : Cơ chế tạo gel và cấu trúc của gel .3 1.4: Khả năng tạo gel 4 1.5 : Cơ chế tạo gel và cấu trúc của gel .4 II/ Sự tạo gel polysaccharide 6 2.1: Gel polysaccharide 6 2.2: Khả năng tạo gel polysaccharide 6 III/ Vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh 7 3.1: Cảm quan về tính chất gel trong bánh 7 3.2: Các loại phụ gia tạo gel trong sản xuất bánh 7 C.KẾT LUẬN 8 TÀI LIỆU THAM KHẢO .9 A. MỞ ĐẦU : Nguyễn Thị Diễm Hương - 09162991 Page 2 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh Cuộc sống của chúng ta đang ngày càng phát triển một cách nhanh chóng. Cùng với sự phát triển đó là nhu cầu về ẩm thực cũng phát triển theo, không những ăn sao cho no mà món ăn còn phải ngon và đẹp nữa. Vì vậy, trên thị trường hiện nay có rất nhiều sản phẩm ra đời như bánh, kẹo, nước giải khát…và trong đó sản phẩm bánh rất được ưa chuộng. Để có thể sản xuất được những chiếc bánh thơm ngon thì ngoài nguyên liệu, kỹ thuật sản xuất, quy trình sản xuất tốt… còn phải biết áp dụng các tính chất hóa lý trong các quá trình biến đổi khi làm bánh. Tạo gel là một trong các tính chất quan trọng để sản phẩm bánh hoàn thiện về cấu trúc như mong muốn. Bài tiểu luận này sẽ trình bày về sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong quá trình sản xuất bánh. Có 2 quá trình tạo gel chủ yếu diễn ra trong quá trình sản xuất bánh là sự tạo gel protein và sự tạo gel polysaccharide. Cơ chế tạo gel của 2 quá trình này gần giống nhau và gel polysaccharide tạo ra có cấu trúc chắc và bền hơn gel protein. ……………… o0o……………… . B. NỘI DUNG : I/ SỰ TẠO GEL PROTEIN: 1.1: Gel protein là gì? Hiện tượng gel hóa là tập hợp các phân tử bị biến tính và tạo thành một mạng lưới protein có trật tự. Khi các phân tử protein bị biến tính tập hợp lại thành một mạng lưới không gian có trật tự gọi là sự tạo gel protein. Cần phân biệt các hiện tượng tương tự như sự tạo gel, với cùng một đặc điểm chung là làm giảm mức độ phân tán của dung dịch. Khi các phân tử protein bị biến tính tập hợp lại thành một mạng lưới không gian có trật tự gọi là sự tạo gel protein như sự liên hợp (association), tập hợp (aggregation), sự kết tủa (precipitation), sự kết tụ (floculation) và sự đông tụ (coagulation). Các phản ứng liên hợp protein liên quan đến các tiểu phần của phân tử. Các phản ứng tập hợp sẽ tạo thành các phức có kích thước lớn. Kết tủa là các phản ứng tập hợp nhưng kèm theo mất hoàn toàn hoặc một phần khả năng hòa tan. Kết tụ là các phản ứng tập hợp không trật tự nhưng protein không bị biến tính. Hiện tượng này xảy ra do các lực đẩy tĩnh điện giữa các mạch polypeptit bị triệt tiêu. Nguyễn Thị Diễm Hương - 09162991 Page 3 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh Đông tụ là các phản ứng tập hợp không trật tự xảy ra cùng với sự biến tính protein, các liên kết protein – protein chiếm ưu thế so với các liên kết protein – dung môi, tạo thành các khối đông tụ có kích thước lớn. Bột mì – nguyên liệu chính trong sản xuất bánh, bao gồm 4 loại protein:  Albumin: protein tan trong nước.  Globulin: hàm lượng ít trong bột mì.  Gliadin và glutenin: thành phần chính trong bột mì, tạo thành mạng gel cho bánh. 1.2: Khả năng tạo gel: Khả năng tạo gel là một tính chất chức năng quan trọng của nhiều protein. Nó đóng vai trò chủ yếu trong chế biến nhiều loại thực phẩm. Trong bánh tồn tại nhiều loại protein như protein của bột, protein các sản phẩm bổ sung như sữa, trứng, đậu nành… Tạo gel protein được sử dụng không chỉ để tạo thành các gel cứng, dẻo nhớt mà còn đồng thời cải thiện được tính chất hấp thụ nước, tính đặc chắc ( tạo độ dày), cải thiện lực liên kết của các tiểu phần (tính bám dính) và để làm bền các hệ nhũ tương, hệ bọt thực phẩm. 1.3 : Cơ chế tạo gel và cấu trúc của gel: Cơ chế và các phản ứng liên quan đến việc hình thành mạng lưới protein 3 chiều đặc trưng của gel hiện vẫn chưa được hiểu biết một cách hoàn toàn. Khi protein bị biến tính thì các cấu trúc bậc cao bị phá hủy, liên kết giữa các phân tử bị đứt, mạch peptit bị dãn ra, các nhóm ban đầu ẩn ở phía trong bây giờ xuất hiện ra ngoài. Các mạch polypeptit đã bị duỗi ra (trong điều kiện gia công nhất định) trở nên gần nhau, tiếp xúc với nhau và liên kết lại với nhau mà mỗi vị trí tiếp xúc là một nút, phần còn lại hình thành mạng lưới không gian 3 chiều vô định hình, rắn, trong đó có chứa đầy pha phân tán (H 2 O). Các nút mạng lưới có thể được tạo ra do tương tác giữa các nhóm kị nước. Khi các nhóm này gần nhau tương tác với nhau hình thành ra liên kết hydrophop (kị nước hay ưu béo), các phân tử nước bao quanh chúng bị đẩy ra và chúng có khuynh hướng tụ lại. Tương tác ưa béo thường được ổn định và tăng cường khi tăng nhiệt độ, làm cho các mạch polypeptit sít lại gần nhau hơn, khiến các khối gel trở nên cứng hơn. Các nút lưới có thể được tạo ra do liên kết hydro giữa các nhóm peptit với nhau, giữa các nhóm -OH của serin, treonin, hoặc tirozin với các nhóm –COOH của axit glutamic hoặc axit aspartic. Liên kết hydro là liên két yếu, tạo ra một độ linh động nào đó giữa các phân tử với nhau, do đó làm cho gel có được một độ dẻo nhất định. Khi gia nhiệt các liên kết hydro bị đứt và gel bị nóng chảy ra. Khi để nguội (và nhất là khi ở gần 0 0 C) cầu hydro lại tái lập và càng được tăng cường. [2] Các nút lưới trong gel củng có thể do cac liên kết tĩnh điện, liên kết cầu nối giữa các nhóm tích điện ngược dấu hoặc do liên kết giữa các nhóm tích điện cùng dấu qua các ion đa hóa trị như Ca 2+ . Nguyễn Thị Diễm Hương - 09162991 Page 4 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh Các nút lưới còn có thể do các liên kết disunful tạo nên. Trường hợp này, gel rất chắc và bền. Ở nồng độ protein cao, khả năng tiếp xúc giữa các phân tử protein lớn, các phản ứng protein – protein xảy ra dễ dàng. Trong trường hợp này quá trình gel hóa có thể xảy ra trong các điều kiện bình thường, ví dụ không cần đun nóng, ở xa pH đẳng điện… 1.4: Điện kiện tạo gel: Trong phần lớn các trường hợp, gia nhiệt là cần thiết chi việc tạo gel. Đôi khi cũng có thể làm lạnh bên trong hoặc axit hóa nhẹ. Cho thêm muối đặc biệt là ion Ca 2+ có thể cần thiết để làm tăng tốc độ tạo gel hoặc tăng độ cứng của gel (đối với trường hợp protein đậu nành, lactoserum, serum albumin). Nhiều protein có thể tạo gel mà không cần đun nóng, chỉ nhờ thủy phân nhẹ bằng enzyme (mixen casein, lòng trắng trứng, fibrin), đơn giản là có thể cho thêm Ca 2+ (mixen casein) hay từ môi trường kiềm đưa về pH trung tính hoặc pI đẳng điện. Trong khi nhiều gel được hình thành từ protein trong dung dịch, một số hệ phân tán trong nước hoặc dung dịch muối ăn của protein ít hoặc không tan trong nước cũng có thể tạo thành gel. Như vậy, tính tan của protein không phải lúc nào cũng cần thiết cho sự tạo gel. 1.5: Các giai đọan của quá trình tạo gel: Từ dung dịch protein trong nước, các giai đoạn của việc tạo thành gel nhiệt như sau: (P N ) n  nP N  nP D (1) (2) P N : Protein tự nhiên. P D : Protein đã bị biến tính. n: Số tiểu đơn vị đã biết. Nguyễn Thị Diễm Hương - 09162991 Page 5 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh (1): Phân ly thuận nghịch cấu trúc bậc 4 thành n tiểu đơn vị ( phân ly không thuận nghịch các polymer tự nhiên có thể coi như là giai đợn đầu tiên của sự biến tính). (2): Biến tính không thuận nghịch các cấu trúc bậc 2 và bậc 3 ( sự duỗi mạch các protein thường chỉ một phần). Trạng thái gel hóa cuối cùng là các tập hợp protein một phần đã bị biến tính (P N ) x . Quá trình có thể được biểu diễn như sau: Đun nóng Đun nóng xP N  (P N ) x  (P D ) x (a) (1) (2) Đun nóng Đun nóng xP N  xP D  (P D ) x (b) và/ hoặc làm lạnh Phần (1) của phản ứng (a) có thể xem tương ứng với phản ứng kết tụ và phần (2) là phản ứng đông tụ. Trong các điều kiện mà sự biến tính protein xảy ra thuận lợi hơn quá trình tập hợp (protein mang các điện tích mạnh ở pH thấp hoặc cao, lực ion thật sự yếu, có mặt một số ion hay tác nhân biến tính, sự đun nóng đưa đến các phản ứng như sơ đồ (b). Khi mà quá trình tập hợp xảy ra càng chậm so với quá trình biến tính, các polypeptit bị biến tính một phần đã duỗi ra sẽ được sắp xếp theo những trật tự nhất định trước khi tập hợp. Trường hợp này sẽ dễ dàng tạo thành gel cấu trúc có trật tự, đồng nhất, hẵn, dẻo, đàn hồi tốt, trong suốt, gel bền, lâu bị vỡ nát. Các gel được tạo thành từ các tiểu phần protein có kích thước lớn tập hợp một cách không trật tự (tình trạng đông tụ) sẽ có đặc tính ngược lại: đục, ít dẻo và đàn hồi, đặc biệt không bền, mau bị vỡ nát. Khi bị biến tính, các mạch polypeptit bị duỗi hoàn toàn sẽ làm lộ ra các nhóm chức, đặc biệt là các nhóm kị nước của protein hình cầu. Các phản ứng lị nước của protein – protein tạo thuận lợi và là một trong những tác nhân chính của sự tập hợp protein. Protein có MW lớn và chứa nhiều acid amin kị nước sẽ tạo gel có độ cứng lớn hơn. Trong quá trình đun nóng, các nhóm -SH cũng có thể bị lộ ra và làm tăng khả năng hình thành các cầu disulfua. Khi có mặt một số lượng lớn nhóm SH và cầu S – S, mạng lưới protein trở nên bền vững hơn và gel nhận được có xu hướng không thuận nghịch. Các cầu Cancium cũng làm tăng độ cứng và độ bền của gel. Ở xa điểm đẳng điện, các mạch polypeptit chịu tác động của lực đẩy tĩnh điện do các điện tích tại các tâm phân cực của Nguyễn Thị Diễm Hương - 09162991 Page 6 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh protein rất lớn. Nhưng nếu tăng nồng độ protein, số lượng liên kết kị nước và disunful tăng lên, có thể bù trừ lực đẩy tĩnh điện và vẫn có thể xảy ra hiện tượng gel hóa. Ở pI, do thiếu các lực đẩy tĩnh điện nên gel tạo ra ít phồng, độ hydrat hóa thấp, cứng và không chắc. [4] II/ SỰ TẠO GEL POLYSACCHARIDE: 2.1: Gel polysaccharide: Polysaccharide khi có mặt trong thực phẩm như các loại bánh đều thể hiện một số tính chất có lợi dựa trên cấu trúc phân tử, kích thước và lực liên kết phân tử, chủ yếu là liên kết Hydro. Rất nhiều các polysaccharide không tan trong nước và không tiêu hóa được, chủ yếu là cellulose và hemicellulose nhưng những loại này thường không có trong bánh. Những polysaccharide còn lại trong thực phẩm thì tan được trong nước và phân tán đều trong nước. Chúng đóng vai trò tạo độ kết dính, tạo đặc, tăng độ nhớt và tạo gel. Polysaccharide là các glycosyl từ đường hexose và pentose. Mỗi gốc glycosyl có một số điểm có khả năng tạo liên kết với Hydro. Mỗi nhóm –OH trên gốc glycosyl có thể kết hợp với một phân tử nước và vì vậy mỗi gốc đều có thể hoàn toàn solvat hóa. Do đó phân tử polysaccharide có thể tan được trong nuớc. Lý do một số phân tử polysaccharide như cellulose không tan được trong nước là do các phân tử có cấu trúc thẳng và liên kết chặt khít với nhau nên nước không có khả năng tiến gần các nhóm hydroxy (-OH). 2.2: Khả năng tạo gel polysaccharide: Khả năng tạo gel polysaccharide phụ thuộc vào:  Liên kết giữa các phân tử: Độ bền gel phụ thuộc chủ yếu vào lực liên kết giữa các phân tử. Nếu chiều dài của vùng liên kết dài, lực liên kết giữa các chuỗi sẽ đủ lớn để chống lại áp lực và chống lại chuyển động nhiệt của các phân tử, gel tạo thành sẽ chắc bền. Nếu chiều dài của vùng liên kết ngắn và các chuỗi không được liên kết với nhau mạnh, các phân tử sẽ tách rời dưới tác dụng của áp lực hay sự tăng nhiệt độ (làm cho các chuỗi polymer chuyển động nhiệt), gel sẽ yếu và không ổn định.  Cấu trúc các phân tử: Những phân tử có nhánh không liên kết với nhau chặt chẽ, vì vậy không tạo những vùng liên kết có kích thước và sức mạnh đủ lớn để tạo thành gel. Chúng chỉ tạo cho dung dịch có độ nhớt và độ ổn định. Nhưng phân tử mạch thẳng tạo gel chắc bền hơn. Nguyễn Thị Diễm Hương - 09162991 Page 7 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh  Điện tích phân tử: Đối với các polysacchride tích điện, lực đẩy tĩnh điện giữa các nhóm tích điện cùng dấu sẽ ngăn cản sự tạo thành liên kết.  Ngoài ra còn phụ thuộc vào nhiệt độ, pH và sự có mặt của các yếu tố khác trong dung dịch. III/ VAI TRÒ CỦA MẠNG GEL TRONG SẢN SUẤT BÁNH: 3.1: Cảm quan về tính chất gel trong bánh:  Vai trò của mạng gel: • Tính dễ kéo dãn  có thể thay đổi hình dạng của sản phẩm bánh sau này. • Tính không thấm khí giữ lại được các khí tạo ra  bột nhào trương nở. • Tính dễ đàn hồi  trương nở được  giữ khí  hình thành cấu trúc xốp cho sản phẩm bánh. • Có khả năng giữ nước cao  sản phẩm có độ mềm sau khi nướng. Mạng gel rất quan trọng trong quá trình sản xuất bánh. Ngoài gel được tạo thành bởi gluten – thành phần chính trong bột làm bánh, các polysaccharide còn có sự tạo gel protein của các sản phẩm bổ sung để tạo hương vị như trứng, sữa…Tính chất gel rất quan trọng, nó ảnh hưởng đến cảm quan của sản phẩm. Khi có sự tạo thành gel trong sản phẩm thì các sản phẩm bánh sẽ có độ phồng, xốp, cấu trúc chắc chắn. 3.2: Các loại phụ gia tạo gel trong sản xuất bánh: Vì quá trình tạo gel là vô cùng cần thiết nên đối với các quá trình tạo gel yếu hoặc gel không có cấu trúc như mong đợi thì người ta sẽ bổ sung thêm các loại phụ gia tạo gel để cải thiện cấu trúc và tạo gel như mong muốn.  Sơ lược về phụ gia : Phụ gia thực phẩm là các chế phẩm tự nhiên hay tổng hợp hóa học mà không phải là thực phẩm, có ít hoặc không có dinh dưỡng, an toàn cho sức khỏe người sử dụng, còn lưu lại trong thực phẩm và đáp ứng một nhu cầu công nghệ nào đó.  Các lọai phụ gia : • Phụ gia bảo quản. • Phụ gia dinh dưỡng. • Phụ gia làm tăng các tính chất. • Phụ gia đặc biệt (làm bền cấu trúc). Nguyễn Thị Diễm Hương - 09162991 Page 8 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh Phụ gia tạo gel là thường các polysaccharide tan được trong nước. Khi phân tán trong nước mỗi phân tử sẽ liên kết với các phân tử bên cạnh tạo thành một cấu trúc không gian 3 chiều nhốt các phân tử nước bên trong tạo thành khối gel.  Các loại phụ gia thường được sử dụng trong sản xuất bánh : • Agar: Từ rong đỏ, gel tạo thành khi làm lạnh, tạo gel rất bền, cấu trúc gel cứng, dòn và trong. • Pectin: với pectin HM, tạo gel trong môi trường có đường cao và có pH < 3, cấu trúc gel mềm, trong. Trong trường hợp pectin LM: tạo gel trong môi trường có Ca 2+ , cấu trúc gel dòn, trong. • Gelatin: phân tán hoàn trong nước nóng. • Gôm arabic: từ nhựa cây acacia, dễ hòa tan trong nước, lượng dùng 0.5 – 0.75%. • Gôm karaya: chiết từ các cây thuộc họ sterculia và cocholospermum. Trương nở trong nước lạnh, cho dung dịch nhớt và khối đặc với nồng độ 2 – 3%. • Alginate: tử rong nâu, tạo gel khi có Ca 2+ , không thuận nghịch nhiệt, cất trúc gel dòn, trong. ……………… o0o……………… . C. KẾT LUẬN : Như vậy ta có thể thấy rằng sự tạo gel là vô cùng quan trọng và cần thiết trong quá trình sản xuất bánh. Khi quá trình tạo gel tốt thì sản phẩm sẽ hoàn thiện về mặt cấu trúc, cảm quan và dễ dàng đến với người tiêu dùng hơn. Vì các tính chất quan trọng của mạng gel nên người ta đã bổ sung thêm chất phụ gia vào bánh để tạo gel một cách chắc chắn và hoàn thiện hơn. Vì những hạn chế về thời gian và tài liệu nên nội dung của bài tiểu luận này vẫn chưa thật đầy đủ và chính xác, mong sẽ nhận được y kiến đóng góp từ cô. Nguyễn Thị Diễm Hương - 09162991 Page 9 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh TÀI LIỆU THAM KHẢO: 1. Đàm Sao Mai, Hóa sinh thực phẩm, NXB Đại học Quốc Gia TP.HCM, 2009. 2. Lê Ngọc Tú, Hóa sinh công nghiệp, NXB Khoa họa và Kỹ thuật Hà Nội. 3. TS. Đỗ Văn Chương, Phụ gia và bao bì thực phẩm, NXB Lao Động, 2010. 4. TS. Hoàng Kim Anh, Hóa học thực phẩm, NXB Khoa học và Kỹ thuật. 5. http://docx.vn/tai-lieu/30382/Phu-gia-tao-gel-No1.tailieu. 6. http://translate.google.com.vn/translate?hl=vi&sl=en&tl=vi&u=http%3A%2F %2Fen.wikipedia.org%2Fwiki%2FGel&anno=2. 7. http://www.ebook.edu.vn/?page=1.18&view=318. [số]: trích trong cuốn tài liệu tham khảo số… Nguyễn Thị Diễm Hương - 09162991 Page 10