BÀI TIỂU LUẬN môn tính chất vật của vật liệu đề tài trình bày tính chất bề mặt của thực phẩm

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG ˜â™ BÀI TIỂU LUẬN Mơn: Tính Chất Vật Của Vật Liệu ĐỀ TÀI: Trình Bày Tính Chất Bề Mặt Của Thực Phẩm SINH VIÊN THỰC HIỆN NHÓM 11: VÕ THỊ THU THẢO NGUYỄN THÚY HÔNG NHƯ HUỲNH THỊ HỒNG HOA NGUYỄN THỊ THÚY HẰNG TRẦN THỊ XUÂN MAI 2005200691 2005201140 2005200816 2005200286 2005202071 GVHD: NGUYỄN THỊ THU HIỀN TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2021 LỜI CÁM ƠN Đầu tiên, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Trường Đại học Công nghiệp thực phẩm TP.HCM đưa mơn học Tính chất vật lý vật liệu thực phẩm vào chương trình giảng dạy Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giảng viên môn - Cô Nguyễn Thị Thu Hiền giảng dạy, truyền đạt kiến thức quý báu cho em suốt thời gian học tập vừa qua Trong thời gian tham gia lớp học Cô chúng em truyền đạt kiến thức bổ ích, tinh thần học tập cải thiện, từ rút học thực tiễn thiết yếu Đây chắn hành trang để sinh viên chúng em vững bước sau Do giới hạn kiến thức khả lý luận thân nhiều thiếu sót, bên cạnh học tập theo hình thức online nên việc tiếp thu kiến thức gặp khơng trở ngại lượng kiến thức tiếp thu chưa hiệu Kính mong dẫn đóng góp thầy (cơ) giúp tiểu luận chúng em hoàn thiện Mục lục Mở đầu Nội dung 2.1 Sức căng bề mặt 2.2 Hoạt độ bề mặt 2.3 Sức căng bề mặt phân cách 2.4 Phương trình Young_Durpe 2.5 Hệ keo thực phẩm 11 a) Sol .11 b) Gel .12 c) Nhũ tương 12 d) Bọt .19 Kết luận 21 MỤC LỤC BẢNG Bảng 6.1.Sức căng bề mặt số chất lỏng 20℃ Bảng 6.2: Giá trị sức căng bề mặt phân cách nước số loại vật liệu Bảng 6.3 Các đặc tính chung thuộc tính bề mặt LMW Chất hoạt động bề mặt Protein 16 Bảng 6.4 Các giá trị HLB khác Các ứng dụng 16 Bảng 6.5 Giá trị sức căng bề mặt lợi chọn 18 Bảng 6.6 Mức độ liên quan đặc tính bề mặt khối lượng lớn việc nướng bánh mì 20 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 6.1 Tương tác phân tử nước bên gần bề mặt chất lỏng Hình 6.2 Ảnh hưởng sức căng bề mặt giọt có kích thước khác Hình 6.3 Sơ đồ xác định sức căng bề mặt chất lỏng Hình 6.4 Các lực liên quan đến phương trình Young 10 Hình 6.6: Gel pectin Sol pectin 12 Mở đầu Trong chương này, nguyên tắc phương pháp đo sức căng bề mặt sức căng bề mặt thảo luận Thông tin hệ thống tạo keo thực phẩm đưa Sức căng bề mặt định nghĩa công việc cần thiết để kéo dài bề mặt điều kiện đẳng nhiệt Nếu lực bề mặt diễn mặt phân cách, gọi lực căng bề mặt Các phương pháp đo lường sức căng bề mặt tăng lên mao dẫn, giảm trọng lượng, áp suất bong bóng, máy đo độ căng phương pháp động lực học Các chất làm giảm sức căng bề mặt chất lỏng gọi vật liệu hoạt động bề mặt Chất nhũ hóa hydrocolloids sử dụng hệ thống thực phẩm ví dụ điển hình vật liệu hoạt động bề mặt Với số sửa đổi, phương pháp tương tự sử dụng cho sức căng bề mặt sử dụng để đo bề mặt căng thẳng Hệ phân tán keo hệ thống hai pha, hạt pha phân tán đường kính từ đến 1000 nm Hệ keo thực phẩm phân loại thành bốn nhóm— sol, gel, nhũ tương bọt — dựa trạng thái vật chất pha liên tục phân tán Protein hoạt động chất nhũ hóa chất ổn định hệ thống thực phẩm Sự khác biệt chất nhũ hóa chất ổn định chất nhũ hóa sử dụng để có ổn định ngắn hạn chất ổn định cung cấp ổn định lâu dài cho nhũ tương Nội dung 2.1 Sức căng bề mặt Bạn nhận thấy nước dạng giọt hình cầu bề mặt lên từ vòi Điều giải thích sức căng bề mặt Một phân tử phần lớn chất lỏng bị hút theo hướng triệt tiêu lẫn (Hình 6.1) Tuy nhiên, bề mặt, phân tử bị hút qua bề mặt hướng vào kể từ lực hút phân tử bên lớn lực hút phân tử phía bên mặt Do đó, bề mặt chất lỏng trạng thái căng Điều làm cho nước tự kéo vào hình cầu có diện tích bề mặt nhỏ Các phân tử bề mặt chất lỏng bị hút hướng vào điểm hấp dẫn phân tử van der Waals Điều tạo lực bề mặt có xu hướng giảm thiểu diện tích bề mặt lực gọi sức căng bề mặt Sức căng bề mặt định nghĩa xu hướng bề mặt chất lỏng hoạt động giống màng đàn hồi bị kéo căng Nếu bề mặt bị kéo căng, lượng tự hệ tăng lên Hình 6.1 Tương tác phân tử nước bên gần bề mặt chất lỏng Như thấy Hình 6.2, giọt nhỏ điều chỉnh hình dạng thành hình cầu gần hồn hảo có diện tích bề mặt nhỏ đơn vị thể tích Hình dạng trở nên phẳng kích thước tăng lên trọng lực trọng lực hàm đơn vị thể tích sức căng bề mặt hàm diện tích bề mặt Do đó, lực hấp dẫn quan trọng hạt có kích thước lớn Bạn quan sát ảnh hưởng sức căng bề mặt cách tiến hành thí nghiệm đơn giản nhà Khi bạn lắc hạt tiêu đen vào cốc nước, bạn quan sát thấy hạt tiêu lên sức căng bề mặt Khi nhỏ giọt xà phòng chất tẩy rửa vào nước, hạt tiêu chìm xuống Xà phịng chất tẩy rửa có khả làm giảm sức căng bề mặt chất lỏng Sức căng bề mặt (σ) biểu thị lượng tự đơn vị diện tích bề mặt cơng việc cần thiết để kéo dài bề mặt điều kiện đẳng nhiệt Nó định nghĩa lực đơn vị chiều dài bề mặt phản đối mở rộng bề mặt Định nghĩa nhìn thấy Hình 6.3, kéo với lực F để làm nở màng chất lỏng kéo căng màng bong bóng khung dây σ= Workdone FL F = = Increaseinarea Ld d d khoảng cách dây A B, L khoảng cách mà nâng sang trái, hệ số đưa vào có hai bề mặt chất lỏng (một phía trước phía sau) Lực căng bề mặt có kích thước lực đơn vị chiều dài Trong hệ SI, đơn vị cho bề mặt lực căng dây N / m Giá trị sức căng bề mặt số thực phẩm lỏng cho Bảng 6.1 Hình 6.2 Ảnh hưởng sức căng bề mặt giọt có kích thước khác Hình 6.3 Sơ đồ xác định sức căng bề mặt chất lỏng Nước có giá trị sức căng bề mặt cao (Bảng 6.1) Chất lỏng có giá trị sức căng bề mặt cao có giá trị nhiệt tiềm ẩn cao Sức căng bề mặt hầu hết chất lỏng giảm nhiệt độ tăng Giá trị sức căng bề mặt trở nên thấp vùng nhiệt độ tới hạn lực liên kết phân tử tiến tới không Sức căng bề mặt kim loại lỏng lớn so sánh với chất lỏng hữu Ví dụ, sức căng bề mặt thủy ngân 20◦C 435,5 mN / m (Weast, 1982) Có thể thấy bảng 6.1, cồn rượu vang làm giảm sức căng bề mặt Khi xử lý đặc tính bề mặt, số phương trình cung cấp cho số hiểu biết vật lý tượng xảy trình liên quan đến bề mặt khối lượng Họ Laplace, phương trình hấp phụ Kelvin, Young Gibbs Bảng 6.1 Sức căng bề mặt số chất lỏng 20℃ Chất lỏng Sức căng bề mặt(mN/M) Nướca 72.75 Sữab 42.3–52.1 Sữa tách béo (0,04% sữa) c 52.7 Kem (34% sữa) c 45.5 Dầu hạt bôngd 35.4 Dầu dừad 33,4 Dầu ô liue 33.0 Dầu hướng dươngf 33,5 Rượu vang (Chardonnay) (10,8% etanol) g 46,9 Rượu pha loãng (Chardonnay) (2,7% etanol) g 60,9 a Từ liệu Weast (1982) b Từ liệu Jenness, Shipe Sherbon (1974) c Từ liệu Witnah (1959) d Từ liệu Flingoh Chong Chiew (1992) e From data Powrie Tung (1976) f Từ liệu Ould-Eleya Hardy (1993) g Từ liệu Peron et al (2000) 2.2 Hoạt độ bề mặt Các chất làm giảm sức căng bề mặt chất lỏng nồng độ thấp gọi chất hoạt động bề mặt Chất nhũ hóa hydrocolloid ví dụ điển hình cho vật liệu hoạt động bề mặt Những vật liệu có nhóm phân cực ưa nước không phân cực ưa béo Họ tự định hướng giao diện hai giai đoạn Các chất tập trung bề mặt làm giảm sức căng bề mặt Điều biểu thị định lượng đường đẳng nhiệt hấp phụ Gibbs Γ =− dσ ~ dσ ¿− mRT d lnα RT d lnc Γ hấp phụ (nồng độ dư) chất tan bề mặt (kg-mol / m2 ), σ sức căng bề mặt (N / m), R số khí (8314,34 J / kg-mol · K), a hoạt độ chất tan dung dịch dạng khối, c nồng độ chất tan dung dịch dạng khối (kg-mol / m3), m số có giá trị chất phân ly Dấu nồng độ dư ( Γ ) ngược với dấu thay đổi sức căng bề mặt theo nồng độ hoạt độ chất tan dung dịch 2.3 Sức căng bề mặt phân cách Sức căng bề mặt xuất tình liên quan đến bề mặt tự (ranh giới lỏng - khí lỏng - rắn) mặt phân cách (ranh giới lỏng lỏng) Nếu xảy mặt cắt, gọi sức căng bề mặt phân cách Sức căng mặt phân cách sinh ranh giới hai chất lỏng trộn lẫn cân lực phân tử Chất nhũ hóa chất tẩy rửa hoạt động cách giảm sức căng bề mặt Nói chung, sức căng bề mặt cao khả hịa tan dung mơi thấp Giá trị sức căng bề mặt phân cách nước số loại dung môi hữu dầu cho Bảng 6.2 Bảng 6.2: Giá trị sức căng bề mặt phân cách nước số loại vật liệu Vật liệu Nhiệt độ (℃ ) Sức căng bề mặt phân cách (mN/m) n - Hexana 20 51.1 Dầu lạc b 25 18.1 Dầu ô liub 25 17.6 Dầu dừab 25 12.8 Thủy ngânc 20 375.0 a: Từ liệu Kaye Laby (1973) b: Từ liệu Powrie Tung (1976) c: Từ liệu Shaw (1970) 2.4 Phương trình Young_Durpe Một giọt chất lỏng nằm bề mặt rắn, chu vi giọt chất lỏng giới hạn tương tác mơi trường: rắn, lỏng khí; chúng tạo thành cặp phân cách: rắn - lỏng, rắn - khí, lỏng - khí Lực căng bề mặt rắn - lỏng, rắn - khí, lỏng - khí xác định theo (hình 6.4) Tất sức căng bề mặt 10 hoạt động để giảm thiểu lượng bề mặt Các lực tác dụng cân trạng thái cân Độ thấm ướt đo góc thấm ướt, góc hình thành tiếp tuyến giọt chất lỏng điểm tiếp xúc pha rắn, lỏng, khí với bề mặt pha rắn Hình 6.4 Các lực liên quan đến phương trình Young Quá trình thấm ướt xảy lượng tự hệ giảm xuống Năng lượng tự giảm nhiều trình thấm ướt tốt Khi thấm ướt, phân tử giọt chất lỏng chuyển động lan bề mặt pha rắn theo khuynh hướng thay bề mặt tiếp xúc rắn - khí có sức căng bề mặt (SCBM) lớn bề mặt tiếp xúc rắn - lỏng có SCBM nhỏ hơn, hệ giảm sức căng bề mặt Ta có phương trình Young sau: σsv = σlv cos θ + σsl (6.23) Trong đó, θ góc thấm ướt, σ sức căng bề mặt (N/m) s, l, v kí hiệu cho rắn, lỏng, khí Nếu θ > 90o, chất lỏng không thấm ướt chất rắn, có xu hướng di chuyển bề mặt không thấm vào lỗ mao quản Nếu θ = 0, chất lỏng thấm ướt hoàn toàn chất rắn (Adamson,1990) 11 Phương trình Young đề cập đến sức căng bề mặt rắn - lỏng (công cần cho việc tạo bề mặt phân chia hai pha đồng chất rắn - lỏng góc tiếp xúc) Phương trình Dupre: lượng cân (công liên kết (adhesion) rắn lỏng) cho phép kết dính chất rắn chất lỏng Phương trình Dupre liên quan đến tính kết dính, sức căng bề mặt kết dính hoạt động kết dính (Wa) (McGuire, 2005) sức căng bề mặt kết dính: Wa = σsv +σlv − σsl (6.24) Thuyết nhiệt động học hấp phụ dựa phương trình lượng Young Dupre Thuyết mở rộng nhiều nhà nghiên cứu khác (Dann, 1970; Fowkes, 1964, 1972, 1983; Girifalco & Good, 1957; Li & Neumann, 1992: Van Oss, Good, & Busscher, 1990) Những nghiên cứu liên kết phụ thuộc vào điện động học lực liên kết phân tử diễn bề mặt lỏng - lỏng, lỏng - rắn, rắn - rắn Sức hút bề mặt biểu diễn công liên kết ngược chiều với sức căng bề mặt Cơ chế trình liên kết tìm thấy báo Michalski et al (1997) 2.5 Hệ keo thực phẩm Tất hệ keo có hai pha: pha liên tục pha phân tán Trong đó, hạt pha phân tán có đường kính từ đến 1000 nm Vì vậy, hầu hết cácdạng thực phẩm chế biến xem chất keo thực phẩm nhiều loạichứa chất thủy keo, bổ sung vào để giữ ổn định tính chất lưu biến Thủy keo thực phẩm polymer sinh học có trọng lượng phân tử lớn dùng thực phẩm để kiểm soát cấu trúc, hương vị, hạn sử dụng Hệ keo thực phẩm phân thành bốn loại dựa vào trạng thái hai pha, bao gồm: sol, gel, nhũ, bọt a) Sol Sol định nghĩa phân tán chất keo chất rắn pha phân tán và chất lỏng là pha liên tục. Nước thịt, sữa trứng khuấy, loại nước sốt đặc khác lấy ví dụ sol Tỉ lệ các thành phần 12 ảnh hưởng đến độ nhớt sol xét nhiệt độ xác định Có thể làm giảm độ nhớt cách gia nhiệt thêm nước Pectin có tính ưa nước, liên kết với lớp nước xung quanh liên kết hydro, giống cacbonhydrate nhiều protein khác Do lớp nước hìnhthành xung quanh phân tử nên khơng cho phân tử chất keo liên kết với (hình 6.7) Sol chuyển thành gel giảm nhiệt độ Lúc đó, chất rắn pha phân tán bắt đầu liên kết với Trong gel pectin, phân tử pectin là pha liên tục và chất lỏng là pha phân tán trong khi đó, trong sol pectin, phân tử pectin pha phân tán và chất lỏng pha liên tục. Việc hình thành sol tiền đề để tạo thành gel Mức thạch có thành phần pectin ví dụ cho thấy hình thành sol trước để có cấu trúc gel mong muốn Hình 6.5: Gel pectin Sol pectin b) Gel Gel ngược với sol chất rắn pha liên tục chất lỏng pha phân tán Chất rắn gel cô đặc đủ để tạo cấu trúc cần thiết để ngăn chặn chảy hệ keo Một số chất lỏng tự giải phóng cấu trúc gel bị cắt. Hiện tượng gọi tổng hợp. Loại chất rắn nồng độ gel quan trọng việc xác định lượng tổng hợp c) Nhũ tương Nhũ tương là một hệ keo trong đó chất lỏng này được phân tán thành giọt lỏng chất lỏng khác, chúng khơng hịa tan vào Nhũ 13 tương phân thành hệ dầu nước nước dầu Ở dạng nhũ tương dầu nước, dầu phân tán nước dạng giọt nhỏ. Ví dụ điển hình cho dạng nhũ tương dầu nước sốt mayonnaise. Trong nhũ tương nước dầu, chẳng hạn bơ, giọt nước phân tán dầu Độ nhớt nhũ tương thường cao so với độ nhớt chất lỏng khác Ví dụ độ nhớt mayonnaise cao độ nhớt giấm dầu Sự ổn định nhũ tương xác định độ nhớt pha liên tục, có mặt nồng độ chất nhũ hóa, kích thước giọt tỉ lệ pha phân tán so với pha liên tục Chất nhũ hóa bị ảnh hưởng lớn tác động: lạnh đơng ly tâm, bị phá vỡ cấu trúc Lúc chất lỏng bị tách thành pha riêng biệt Trong hệ nhũ, cần xác định chất nhũ hóa chất ổn định Chất nhũ hóa giúp cho hình thành nhũ ổn định ngắn hạn hoạt động bề mặt phân chia hai pha Chất nhũ hóa là một chất hoạt động bề mặt có phân tử nhỏ amphiphilic, có phần phân cực khơng phân cực hướng vào hai pha hệ nhũ Tác nhân nhũ hóa tập trung xung quanh bề mặt hạt phân tán, nên hạt phân tán tiếp xúc trực tiếp với khơng bị kết dính Ví dụ Monoglycerides, polysorbates, sucrose esters, and lecithin chất nhũ hóa Lịng đỏ trứng thực phẩm phổ biến chứa chất nhũ hóa tự nhiên, lecithin Số lượng chất nhũ hóa diện có ảnh hưởng đáng kể đến ổn định hệ nhũ Lượng chất tạo nhũ có ảnh hưởng đáng kể đến độ ổn định nhũ tương Cần đủ lượng tác nhân nhũ hóa để hình thành đơn lớp phân tử bao xung quanh mỗi hạt phân tán, nếu số lượng chất nhũ hóa lớn khơng có có lợi Mặt khác, chất ổn định protein hay polysaccharide giúp ổn định hệ nhũ, chế hấp phụ khơng thiết phải Polysaccharides giúp ổn định hệ nhũ nhờ vào việc tạo độ nhớt tạo độ đặc 14 pha lỏng Protein vừa chất nhũ hóa vừa chất ổn định chúng có khả hấp phụ mạnh ranh giới bề mặt dầu-nước để hình thành lớp ổn định xung quanh giọt dầu (Dickinson, 2003) Chất nhũ hóa phải hoạt động bề mặt, có nghĩa có khả làm giảm sức căng bề mặt mặt phân cách dầu-nước. Sức căng bề mặt thấp mức độ giọt lớn bị phá vỡ q trình cắt mạnh dòng chảy hỗn loạn (Walstra & Smulders, 1998) Một đặc tính amphiphilic cần thiết để polyme hoạt động bề mặt. Nếu hydrocolloid, phải chứa nhiều nhóm kỵ nước. Những nhóm hấp phụ phân tử để tạo liên kết trải rộng bề mặt phân chia hai pha để bảo vệ giọt phân tán hình thành Một chất nhũ hóa lí tưởng bao gồm chất có trọng lượng phân tử nhỏ, có khả hịa tan tốt pha liên tục Một polymer sinh học có hiệu việc giúp ổn định hạt phân tán giọt nhũ tương có khả hấp phụ mạnh, diện tích bề mặt hồn chỉnh, phân bố phân tử dày, ổn định điện tích (Dickinson, 2003) Sự hấp phụ mạnh nghĩa polymer ưa nước có chứa phần đáng kể nhóm kị nước để giữ tồn bề mặt phân chia hai pha Diện tích bề mặt hồn chỉnh nghĩa polymer đủ để làm ướt bề mặt hồn tồn Sự hình thành lớp phân tử dày đặc nghĩa polymer ưa nước có trọng lượng phân tử cao (104-106 Da) mơi trường nước có đặc tính dung mơi tốt Sự hình thành lớp điện tích ổn định nghĩa diện nhóm tích điện trên polymer góp phần vào tương tác đẩy tĩnh điện phân tử bề mặt, đặc biệt cường độ ion thấp Protein hợp chất hoạt động bề mặt so sánh với chất hoạt động bề mặt có trọng lượng phân tử thấp (chất nhũ hóa) Chúng có lực tương tác bề mặt phân chia hai pha thấp Protein nhũ hóa pha dầu nước ổn định nhũ tương nhờ vào hấp phụ bề mặt giao pha và hình thành lớp bề mặt có độ nhớt cao nên ngăn được sự hợp giọt So với chất hoạt động bề mặt có trọng lượng phân tử thấp, protein có khả hình thành lớp hấp phụ có độ bền cao tăng độ nhớt môi trường, nên giúp ổn định nhũ 15 tương Những chất hoạt động bề mặt có trọng lượng phân tử thấp (LMW) thường sử dụng thực phẩm mono- and diglycerides, polysorbates, sorbitan monostearate, polyoxyethylenesorbitan monostearate, and sucrose esters Chúng có lực căng bề mặt thấp chất hoạt động bề mặt có trọng lượng phân tử lớn protein, gum Chất hoạt động bề mặt LMW có lượng hấp phụ đơn vị diện tích so với protein nước protein nướu hấp phụ bề mặt phân chia với số phân đoạn Mặc dù, chất hoạt động bề mặt LMW hiệu những chất hoạt động bề mặt khác làm giảm lực căng bề mặt, nhũ tương chúng tạo thành ổn định Vì lực đẩy giưã giọt dầu bao xung quanh phân tử protein ngăn kết tụ cách hiệu Ngoài ra, protein có trọng lượng phân tử lớn hơn, nên hấp phụ giải hấp chậm chất hoạt động bề mặt có LMW (Bos & van Vliet, 2001) Chất hoạt động bề mặt phân loại khơng ion ion theo điện tích nhóm đầu Chúng phân loại dựa khả hòa tan dầu nước Một thước đo điều thể cân ưa nước / ưa béo (HLB) Số HLB tính cách sử dụng 16 Bảng 6.3 Các đặc tính chung thuộc tính bề mặt LMW Chất hoạt động bề mặt Protein Thuộc tính bề mặt Chất hoạt động bề mặt LMW Protein Số lượng nguyên tử 10-5mol/m2 10-7mol/m2 Lượng hấp phụ 1.0-2.0 mg/m2 2.0-3.0mg/m2 Sự hấp phụ Có thể đảo ngược khơng thể đảo ngược Kích thước hình dạng phân tử Hình trụ (1×1×2nm) Thường hình cầu (4-5nm) Sự thay đổi phù hợp Không Đúng hấp thụ Cân sức căng bề mặt bề mặt khơng khí- nước 40-22 mN/m 57-47mN/m Giá trị gradient sức căng bề mặt Cao Thấp (Từ Bos, MA, & van Vliet, T Tính chất lưu biến bề mặt lớp protein hấp phụ chất hoạt động bề mặt: Aôn tập Những tiến Khoa học Giao diện Chất keo, 91, 437–471 Bản quyền c с (2001) với cho phép Elsevier) Bảng 6.4 Các giá trị HLB khác Các ứng dụng Giá trị HLB Ứng dụng 3-6 Các nhũ hóa nhũ tương 7-9 Chất làm ướt 8-18 Chất nhũ hóa nhũ tương 13-15 Chất tẩy rửa 15-18 Chất hòa tan 17 (Từ Bos, MA, & van Vliet, T Lưu biến học mặt tính chất lớp protein bị hấp phụ chất hoạt động bề mặt: quan điểm Những tiến Khoa học Giao diện Chất keo, 91, 437–471 Bản quyền c с (2001) với cho phép Elsevier) Mối quan hệ: HLB= 7+ ∑ số nℎóm ưa nước - ∑ số nℎóm ưa béo Giá trị HLB tỷ lệ phần trăm trọng lượng nhóm ưa nước với phần trăm trọng lượng nhóm kỵ nước phân tử chất tạo nhũ Chất nhũ hóa có giá trị HLB chất ưa béo, người có giá trị HLB từ đến 11 trung gian người có giá trị HLB 11và 20 chất ưa nước (Lewis, 1996) Bảng 6.4 cho thấy ứng dụng chất hoạt động bề mặt HLB chúngcác giá trị Este axit diacetyl tartaric monoglyceride (DATEM), chất nhũ hóa phổ biến sử dụngtrong sản phẩm nướng có giá trị HLB 9,2 (Krog & Lauridsen, 1976) Sorbitan monostearate, với giá trị HLB 5,7, sử dụng hỗn hợp bánh sản phẩm ca cao Nói chung, kết hợp chất nhũ hóa cần thiết để đạt nhũ tương ổn định Giá trị HLB hệ thống chất nhũ hóa hỗn hợp (HLB) m có chứa chất nhũ hóa A B tính tốn cách sử dụng HLB giá trị (HLBA HLBB) phần khối lượng ( X WA X WB ) chất nhũ hóa riêng lẻ: (HLB)m = X WA (HLBA) + X WB (HLBB) Một số hydrocolloid thực phẩm có đủ hoạt tính bề mặt hoạt động chất nhũ hóa dầu nước nhũ tương Các đặc tính nhũ hóa chúng đến từ vật liệu protein liên kết cộng hóa trị liên kết vật lý với polyme cacbohydrat Các nhũ tương tạo thơ nhũ tương có chất hoạt động bề mặt có trọng lượng phân tử thấp hịa tan nước protein sữa tỷ lệ chất nhũ hóa / dầu Sau hydrocolloids hấp thụ mạnh mẽ giao diện dầu-nước, hydrocolloids hiệu hơn protein loại khác Polysaccharid ảnh hưởng đến ổn định nhũ tương 18 cách tăng độ nhớt pha phân tán bề mặt hấp phụ Giá trị sức căng bề mặt số loại gum cho Bảng 6.5 Gum đậu Locust gum guar làm giảm sức căng bề mặt nước với nồng độ thấp (0.5%) sức căng bề mặt dung dịch gum phụ thuộc vào thời gian Khi tăng nồng độ gum, sức căng bề mặt giảm tốc độ hấp phụ tăng đáng kể (Garti& Leser, 2001) Gum guar gum đậu locust dùng để làm dày, giữ nước làm chất ổn định Mặc dù khơng có nhóm kị nước loại gum này, chúng có chức nhờ vào việc làm biến đổi tính chất lưu biến pha nước Gum xanthan dùng chất làm dày thực phẩm Gum xanthan dùng chất ổn định cho hệ nhũ dầu nước Một số nhà nghiên cứu giải thích khả ổn định ảnh hưởng độ nhớt (Coia &Stauffer, 1987; Ikegami, Williams, & Phillips, 1992) Bảng 6.5 Giá trị sức căng bề mặt lợi chọn Kẹo cao su Trọng lượng kẹo cao su (%) σ (mN/m) Tragacanth 0.6 42 Xanthan 0.6 43 Bị tót Ấn Độ 0.7 55 Kẹo cao su đậu Locust 0,7 50 (Từ Garti, N., & Leser, ME Các tính chất nhũ hóa Hy-nước dãi Polyme cho Công nghệ tiên tiến, 12, 123–135.Bản quyền c с (2001) với cho phép John Wiley & Sons.) Tính chất hấp phụ gum xanthan nghiên cứu Nhìn chung, hấp phụ gum lên giọt chất lỏng có khác biệt so với protein Protein có ổn định không gian hấp phụ lên giọt dầu-nước, điều khơng có chất thủy keo chúng thiếu tính linh động để 19 xếp lại bề mặt thiếu gốc kị nước Cơ chế hấp phụ chất ưa nước lên bề mặt pha dầu-nước chưa biếtđến Hầu hết polysaccharide ưa nước coi khơng hấp phụ chúng chứa nhóm kị nước linh động hoạt động điểm cố định (bám chặt) nhóm ưa nước tạo chuỗi ổn định Tuy nhiên, hầu hết polyme polysaccharide đủ ưa nước để coi không hút nước d) Bọt Bọt định nghĩa phân tán chất keo chất khí pha phân tán chất lỏng pha liên tục Môi trường phân tán thường chất lỏng, biến đổi thành chất rắn cách gia nhiệt Kem hay bột bánh ví dụ cho bọt Thường có giai đoạn thứ ba dầu chất béo bọt sử dụng hệ thống thực phẩm Bọt quan trọng chúng đóng góp vào khối lượng kết cấu sản phẩm thực phẩm Khi nói đến hệ bọt phải kể đến khơng khí, làm giảm khối lượng riêng sản phẩm Từ overrun liên quan đến bọt để mô tả lượng khơng khí kết hợp Nó định nghĩa phần trăm gia tăng thể tích khơng khí tính sau: Overrun (sự vượt quá) = V f −V t 100 Vt Trong đó: V f thể tích bọt, V t thể tích chất lỏng ban đầu Để hình thành bọt, chất lỏng nên có sức căng bề mặt thấp Nếu sức căng bề mặt thấp chất lỏng lan rộng cách dễ dàng Nếu sức căng bề mặt cao, hình thành bọt khó khăn khơng lan rộng diện tích bề mặt giảm Nếu chất lỏng có sức căng bề mặt cao, bọt bị phá vỡ nhanh chóng nên gây kết dính Chất lỏng nên có áp suất thấp để ngăn bốc Điều giúp giữ pha khí pha lỏng giảm thiểu lượng khí khỏi môi trường xung quanh 20 Để ổn định bọt, cần chất rắn tích hợp vào lớp màng để tăng độ cứng cho màng bao chất khí Trong bọt protein, biến tính protein giúp ổn định màng bọt Bảng 6.6 Mức độ liên quan đặc tính bề mặt khối lượng lớn việc nướng bánh mì Giai đoạn Sức căng bề Căng cứng quy mặt Khả Khả chống lại mở rộng trình nướng gia hạn bánh mì Trộn + - - - ++ ++ ++ - cuối - ++ + + Nướng bánh ? ++ + ++ Bằng chứng Bằng chứng (++, phù hợp; +, có liên quan; -, khơng liên quan Từ Kokelaar et al (1994)) Tính chất bề mặt sản phẩm bọt kiểm soát cạnh tranh tác nhân hoạt động bề mặt hấp phụ bề mặt giao pha hệ dầunước khí-nước Tính chất lực căng bề mặt tĩnh (cân bằng), lực căng bề mặt động, tính lưu biến, khuếch tán, hấp phụ, giải hấp chất hoạt động bề mặt protein yếu tốquan trọng để ổn định bọt thực phẩm (Xu, Nikolov, Wasan, Gonsalves, &Borwankar, 2003) Một bong bóng bọt có hai lực tác động – động lực sức căng bề mặt Động lực xem ứng suất trượt Tỉ lệ lực (số Weber) dùng để xác định kích thước tối đa bong bóng bọt: We = τ D max σ 21 Trong đó: τ ứng suất trượt, σ sức căng bề mặt, D đường kính bong bóng bọt Trong q trình nhào trộn làm bánh mì, bong bóng bọt bị nhốt mạng gluten Nếu We lớn We critical bong bóng bọt bị phá vỡ Giá trị Wecritical phụ thuộc vào loại dòng chảy tỉ lệ độ nhớt khí bong bóng so với pha liên tục (bột) Việc bổ sung chất béo chất hoạt động bề mặt làm cho bọt hình thành có bán kính giảm trộn, bọt khí có số lượng nhiều nhỏ bột, nên cấu trúc bánh tốt Sau trộn, bọt khí lớn dần lên Để làm chậm q trình bổ sung chất hoạt động bề mặt Nếu bột có tính chất biến dạng-cứng lại đủ độ, bọt có tăng áp suất riêng phẩn CO 2, phân bố kích thước bọt khoảng hẹp Và làm cho cấu trúc bánh đồng (Kokelaar, Van Vliet, & Prins, 1994) Những tính chất liên quan đến bề mặt toàn khối bánh mì nướng nghiên cứu tóm tắt bảng 6.6 Kết luận Từ kiện ta thấy, vai trị tượng bề mặt công nghiệp thực phẩm vai trò quan trọng ứng dụng rộng rãi ngành thực phẩm: - Tạo chất nhũ hóa cho bánh kẹo, bơ sữa, đồ hộp, chocolat, sữa chua, kem - Dùng sản xuất bơ thực vật shortening nhằm làm giảm tượng văng bắn dầu mở chiên - Thêm vào để tăng cường khả nhũ hóa chất béo nước hay làm cho thực phẩm chiên có màu sáng - Làm phụ gia tăng cường khả thấm ướt loại sữa bọt, giảm độ nhớt dịch lỏng socolate tạo lớp phủ socolate lớp bánh ngọt… 22 Tính chất bề mặt vơ cùng quan trọng công đoạn rửa, chất tẩy rửa làm giảm sức căng bề mặt làm cho chất bẩn dạng rắn dễ tách khỏi bề mặt Vậy nên, ứng dụng tính chất bề mặt vào cơng nghệ sản xuất, chế biến thực phẩm nhằm tối ưu hóa chất lượng cấu trúc sản phẩm thực phẩm phương pháp quan trọng giúp ngành thực phẩm ngày phát triển bền vững hiệu 23 ... 2.2 Hoạt độ bề mặt Các chất làm giảm sức căng bề mặt chất lỏng nồng độ thấp gọi chất hoạt động bề mặt Chất nhũ hóa hydrocolloid ví dụ điển hình cho vật liệu hoạt động bề mặt Những vật liệu có nhóm... căng bề mặt sức căng bề mặt thảo luận Thông tin hệ thống tạo keo thực phẩm đưa Sức căng bề mặt định nghĩa công việc cần thiết để kéo dài bề mặt điều kiện đẳng nhiệt Nếu lực bề mặt diễn mặt phân... nước / ưa béo (HLB) Số HLB tính cách sử dụng 16 Bảng 6.3 Các đặc tính chung thuộc tính bề mặt LMW Chất hoạt động bề mặt Protein Thuộc tính bề mặt Chất hoạt động bề mặt LMW Protein Số lượng nguyên