phẩm.
IV .10.1) Sự hình thành và phá hủy nhủ tương.
Các nhủ tương là những hệ phân tán của hai chất lỏng không trộn lẫn vào với nhau một trong hai có mặt dưới dạng những giọt nhỏ của pha bị phân tán, còn chất lỏng kai dưới dạng pha (tác nhân) phân tán liên tục. Phần lớn các nhũ tương thưc 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 chỉ một chất lỏng ưa béo (mỡ nóng chảy, dầu thực vật, tinh dầu)
Nhiều nhủ tương thực phẩm cũng chứa cả bọt khí và những chất rắn bị phân tán.
Bảng liệt kê một số nhủ tương thực phẩm. Thực phẩm Kiểu nhũ
tương
Tỉ lệ dầu
nước không khí dẩu+nước
Chất nhủ hóa và liều lượng Sữa đã đồng hóa
(3,5% chất béo) D/N 0,04 0
Không cần thêm chất nhũ hóa tổng hợp vì đã có protein
và phospholipit trong sữa Maoynne (sốt dầu
lòng đỏ trứng) (80%
chất béo) D/N 5,3 0
Lexitin của trứng đôi khi thêm glixerylmonostearat chất làm bền ưa nước với
lượng rất ít.
béo) glyxerylmonostearat với lượng khoảng Bơ (50% chất béo) N/D ≈5 Rất ít Không cần thêm chất nhũ
hóa.
Kem đá D/N 0,2 1
Protein, glixerinmonoteara, tác nhân làm bền ưa nước và
nhân tao gel với lượng khoảng 1%. Đường kính của giọt chất lỏng bị phân tán là 0,1 – 50 µm. Phần trăm thể tích (hay thể tích phần φ) của pha bị phân tán thay đổi trong khoảng khá rộng. Thể tích (phần) của pha bị phân tán với các giọt hình cầu có khích thước đồng đều và tiếp xúc sit với nhau là bằng 0,741 hay 74,1% thể tích toàn bộ tỉ lệ này có thể cao hơn nếu các giọt có cùng khích thước nhưng không phải hình cầu mà bị biến dạng do chèn ép lẫn nhau.
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. Bề mặt phân chia này sẽ tăng theo luật số mũ khi đường kính của các hạt giảm ( với cùng một lượng bị phân tán ) và có thể đạt đến 1m2.ml-1 nhủ tương .
Mọi chất lòng bị phân chia đều có xu hướng giảm càng nhiều càng tốt bề mặt tiếp xúc của nó với không khí hoặc với một chất lỏng khác không trộn lẫn được nên việc tạo ra bề mặt liên pha quan trọng sẽ đòi hỏi cung cấp một năng lượng ∆ES tỉ lệ với điện tích ∆A và sức căng bề mặt liên pha γ ( γ khoảng từ 12 đến 25 dyn.cm-1 đối với phần lớn bề mặt liên pha dầu nước).
∆ES = ∆A. γ
Để cung cấp năng lượng này người ta sẽ dùng các thiết bị trôn nhanh, máy dồng hóa hoặc hệ thống siêu âm.
Tuy nhiên, nhũ tương thường không bền vì có ba hiện tượng khử bền chủ yếu sau.
1) Sự nổi lên hoặc sự lắng xuống của các giọt. Ta đều biết, dưới ảnh hưởng của trọng lực, vật sẽ rơi với tốc độ tăng dần cho đến khi lực ma sát cản Ff (do môi trường xảy ra sự rơi)
Ff = 6πµrv trở nên cân bằng với lực hấp dẫn Fg :
Fg = 3 4
πr3( ρ - ρ0)g
Bắt đầu từ thời điểm đó sự rơi sẽ diễn ra với tốc độ không đổi v0.
V0 = 9 2 r2 µ ρ ρ )g ( − 0 Trong đó:
v0 : tốc độ rơi xuống hay dâng lên của giọt. r : bán kính giọt.
ρ: trọng lượng riêng của pha bị phân tán 0
ρ : trọng lượng riêng của pha phân tán.
µ : hệ số nhớt của pha liên tục. g : gia tốc trọng trường.
Sự lắng xuống sẽ càng chậm khi kích thước của giọt càng nhỏ,hiệu số trọng lượng riêng giữa hai càng bé và độ của phân tán càng cao.
Với các nhũ tương dầu/nước có φ cao thì sự chảy của pha liên tục giữa cac giọt bị phân tán thường xảy ra hơn cả.
2). Sự kết tụ của các giọt do sự giảm đột xuất các điện tích nên kéo theo làm giảm các lực đẩy tĩnh điện giữa các giọt do đó làm tăng tốc độ phân lớp.
3) Sự hợp giọt một cách tự phát sẽ làm tăng dần kích thước của các giọt và cuối cùng dẫn đến phân chia hai pha thành hai lớp ngăn cách nhau bằng một bề mặt phân chia phẳng và điện tích sẽ cực tiểu. Sự sa lắng, sự kết tụ và va chạm do
chuyển động Brown, hoặc sự chuyển động khuấy khác sẽ lảm cho các giọt gần lại nhau và thường đến trước sự hợp giọt.
Tuy nhiên các hiện tượng sau đây có tác dụng làm bền nhũ tương:
1). Có đường kính các giọt nhỏ có thể thu được bằng cách khuấy mạnh, bằng cách đồng hóa ( trường hợp các cầu béo của sữa, khi qua lỗ hẹp dưới áp suất lớn 150 – 250 kg/cm2 bị giảm khích thước đi 1/5) và có một lượng thích hợp tác nhân hoạt động bề mặt.
2). Có độ nhớt của pha liên tục cao cũng là yếu tố làm bề mặt nhũ tương do làm chậm đươc sự lắng gạn cũng như chống lại sự kết tụ.
3). Có mặt các điện tích cùng dấu trên bề mặt các giọt cũng góp phần làm bền nhũ tương. Có các điện tích là do hiện tượng ion hóa hoặc do hấp thụ các ion . Các giọt đã được tích điện sẽ được bao quanh bằng một lớp khuếch tán kép đối với các ion. Các lực đẩy tĩnh điện này sẽ thể hiện ra, khi các lớp khép của hai giọt đi vào tiếp xúc và xâm nhập lẫn nhau, nên sẽ chống lại lực hút van der waals giữa các giọt .
4). Có mặt một lớp bề mặt liên pha bền (chẳng hạn được cấu tạo bằng một màng protein ) có khả năng chống lại một cách cơ học sự hợp giọt.
5). Có một sức căng bề mặt liên pha yếu ( nhỏ hơn 5dyn.cm-1 ) do bản chất của hai pha này hoặc do thêm các tác nhân hoạt động bề mặt.
Các tác nhân nhũ hóa sau đây thường được sử dụng làm bền nhũ tương các nhũ tương.
1). Các chất điện ly vô cơ để cung cấp điện tích cho các giọt.
2). Các phân tử chất hoạt động bề mặt có cấu trúc lưỡng cực sẽ tự dịnh hướng để hai cực háo nước và kị nước của chúng ứng với hai phía của bề mặt liên pha dầu/nước. Khi có mặt những phân tử như thế ở bề mặt liên pha sẽ làm giảm được sức căng bề mặt liên pha. Thế điện cực ở bề mặt liên pha sẽ làm giảm được sức căng bề mặt liên pha. Các chất hoạt động bề mặt có khả năng ion hóa cũng có thể cung cấp điện tích cho giọt bị phân tán.
3). Các chất cao phân tử hòa tan được trong pha liên tục hoặc để làm tăng độ nhớt của pha này ( như các polysacaric có tác dụng làm đặc) hoặc để được hấp thụ vào bề mặt liên pha (như protein ).
4). Các chất không hòa tan có mức độ phân chia rất nhỏ và có thể thấm ướt được bởi cả hai pha, khi được hấp thụ vào bề mặt liên pha sẽ tạo ra vật chắn chống lại sự hợp giọt.
Các chất nhũ hóa làm bền nhũ tương cho hiệu quả cao hơn khi dùng một chất. Chọn chất nhũ hóa thường làm như sau: tính tỉ lệ bách phân của khối lượng phân tử và phần ưu nước của phân tử. Đem tỉ lệ bách phân này chia cho 5 thì được chỉ số cân bằng thân dầu - thân nước,viết tắt là HLB. Ví dụ, glyxeryl – monostearat có HLB = 3,8.
Chẳng hạn chọn chất nhũ hóa cho nhũ tương gồm hai chất: một chất rất háo nước và chất kia rất ưu béo. Đầu tiên trộn hai chất lại với nhau theo những tỉ lệ khác nhau, rồi tìm xem ứng với tỉ lệ nào sẽ hình thành nhũ tương bền nhất. Tỉ lệ này sẽ tương ứng với một HLB tổng thể nào đó. Tiếp đó tìm chất nhũ hóa có củng HLB. Thường những tác nhân và hổn hợp có HLB cao sẽ làm bền các nhũ tương
dầu/nước, còn các nhũ tương nước/dầu lại được làm bền bởi các tác nhân có HLB thấp. Các chất tẩy rửa hoặc chất làm bền ( pha phân tán nước cao) đều có HLB cao.
IV .10.2) Các protein là những chất làm bền các nhũ tương thực phẩm
Nhiều sản phẩm thực phẩm là những nhũ tương như sữa, kem, kem đá, bơ, phomat nóng chảy, lòng đỏ trứng, thịt băm nhỏ để làm xúc xích, trong đó các hợp phần protein của chúng thường có tác dụng làm bền hệ thống keo này.
Chẳng hạn với sữa, màng của các cầu béo đóng vai trò chất nhũ hóa tự nhiên và bảo vệ các cầu béo chống lại hiện tượng hợp giọt. Màng này được cấu tạo từ các lớp triglixerit, photpholipit lipoprotein không tan và protein hòa tan được hấp thụ kế tiếp nhau. Trong sữa tươi, lớp protein hòa tan là imunoglobulin. Nếu sữa chưa đồng hóa thì sẽ xảy ra sự gắng gạn các cầu béo và sẽ hình thành kem. Khi đồng hóa độ bền nhũ tương tăng lên do làm giảm kích thước của cầu béo và cũng do các siêu mixen casein được tân tạo ra(do đồng hóa) sẽ thay chỗ các imunoglobulin và được hấp thụ vào trên các cầu béo.
Các protein được hấp thụ vào bề mặt liên pha giữa các giọt dầu bị phân tán và pha nước liên tục, sẽ tạo ra những tính chất cơ lý như độ dày, độ nhớt, độ đàn hồi, độ cứng, có tác dụng chống lại sự hợp giọt. Sự ion hóa các axit amin mạch bên của protein(xảy ra tùy theo pH )cũng sẽ tạo ra lực đẩy tĩnh điện làm cho độ bền của nhũ tương tăng lên
Protein nói chung, là những chất làm bền rất bình thường của nhũ tương dầu/ nước.Có thể là do bản chất háo nước của đa số protein nên khi được hấp thụ thì phần lớn nhất của phân tử sẽ nằm về phía “nước” của bề mặt liên pha
IV .10.3) Các yếu tố ảnh hưởng đến sự nhũ hóa
Thông thường có một mối tương quan thuận giữa độ hòa tan của protein và khả năng nhủ hóa hoặc độ bền của nhũ tương.Cá protein không hòa tan chỉ góp phần rất nhỏ vào quá trình nhũ hóa có lẻ vì các protein phải tự hòa tan và di chuyển đến bề mặt liên pha trước khi những tính chất bề mặt của chúng được thể hiện.Tuy nhiên các tiểu phần protein rắn có thể đóng vai trò chaats ổn định các nhũ tương đã tạo thành.
PH có ảnh hưởng đến tính chất nhũ hoá của protein. Một số protein ở điểm đẳng điện ít hòa tan do đó sẽ làm giảm khả năng làm bền nhũ tương của chúng.Ngoài ra các protein ở trạng thái đó không thể góp phần vào sự tích điện bề mặt của các giọt.
Sự gia nhiệt bình thường sẽ làm giảm độ nhớt và độ cứng của màng protein đã được hấp thụ ở bề mặt liên pha do đó làm giảm độ bền của nhũ tương. Tuy nhiên do khả năng tạo gel của một màng protein ở bề mặt liên pha làm cho nước được giữ tốt, lại làm tăng độ nhớt bề mặt và độ cứng của nó, vì thế sẽ làm bền nhũ tương.Cũng như thé sự tạo gel của protein miofibrin sẽ góp phần làm cho các nhũ tương thịt kiểu xúc xích bền với nhiệt, là do khả năng giữ nước, giữ béo và lực cố kết lớn hơn.
Khi thêm chất hoạt động bề mặt có kích thước phân tửu thấp sẽ không có lợi cho độ bền của nhũ tương vốn đã được làm bền bởi protein. Vì các chất hoạt động bề mặt kiểu này sẽ làm giảm độ cứng của màng protein và làm giảm các lực đang giữ protein ở bề mặt liên pha.
Tốc độ khuếch tán của một số protein từ trong lòng pha nước đến bề mặt liên pha có thể bị yếu đi là do nồng độ của chúng trong pha nước đã bị giảm thấp ( do protein bị hấp thụ vào trên giọt dầu). Vì vậy để tạo được một màng có bề dày và có các tính chất lưu biến mong muốn thì nồng độ protein ban đầu phải cao. Thực tế, người ta nồng độ protein phải từ o,5 đến 5 % để nồng độ của nó ở bề mặt liên pha có từ 0,5 đén 20 mg/m2 .
4.Tính chất bề mặt của protein
Đặc trưng quan trọng tiêu biểu nhất cho các tính chất nhũ hóa của một protein hòa tan là khả năng khuếch tán đến bề mặt liên pha dầu/nước và được hấp thụ ở đây. Người ta thừa nhận rằng ngay khoảnh khắc khi một phần của phân tử protein vừa được vào tiếp xúc với bề mặt liên pha thì các góc axit amin không cực sẽ tự hướng về phía pha không nước, năng lượng tự do của hệ giảm xuống và phần còn lại của protein sẽ đươc hấp thụ một cách tự phát.Trong thời gian hấp thụ phần lớn các protein sẽ tự giãn mạch hoàn toàn và sẽ trải ra thành một lớp đơn phân ( khoảng 1 mg/m2, có bề dày từ 10 – 20AO) nếu có một bề mặt trống lớn.
Theo một số tác giả, protein càng kị nước thì nồng độ protein ở bề mặt liên pha sẽ càng cao, sức căng bề mặt liên pha sẽ càng nhỏ và nhũ tương sẽ càng bền. Tuy nhiên độ kỵ nước(ưa béo) chung của protein(được biểu thị bằng tỷ lệ thể tích giữa các gốc axitamin háo nước và kỵ nước(p) hoặc bằng độ kỵ nước trung bình (GO) sẽ không có một tương quan chặt chẽ với tính chất nhũ hóa.
Thật ra, các protein mềm dễ uốn thì có khả năng tự giãn mạch và tự trải rộng ra khi tiếp với bề mặt chất béo sẽ nhanh chóng tương tác ưa béo với các giọt chất béo, sẽ tạo ra các màng mỏng hấp thụ có tính nhớt đàng hồi tốt và sẽ làm cho các nhũ tương rất bền.
Các protein hình cầu có một cấu trúc bền và một độ háo nước bề mặt cao như các protein lactoserum, lisozim và ovalbuminđều là những tác nhân nhũ hóa bình thường vì chúng có thể giãn mạch khi được gia nhiệt thích hợp mà vẫn không làm mất độ hoa tan. Các caseinat là những chất nhũ hóa tốt nhất vì chúng có độ hòa tan cao, có cấu trúc phân ly, có độ giãn mạch tự nhiên hình thể thông kê và có cách biệt các vùng rất háo nước và rất ưa béo của chuỗi peptit . Các mixen casein (sữa bột đã tách kem), actomiozin (protein của thịt và cá), các protein của đạu tương( nhất là các isolat đậu phụ), các hợp phần protein của huyết tương và globin của máu đều có những tính chất nhũ hóa rất tốt.