Trên thực tế, người ta thường sử dụng phương pháp nhiệt nóng trong các trường hợp: nướng bánh mì, bánh cookie, hấp các loại bánh, chiên mì, …
Dưới đây là một số quá trình đại diện cho chế biến nhiệt nóng.
1.1.Nướng:
Nướng là quá trình xử lí nhiệt mà nhiệt lượng truyền vào sản phẩm chủ yếu bằng bức xạ. nướng làm chín sản phẩm, các sản phẩm chứa tinh bột sẽ hình thành màu vàng đặc trưng, tạo mùi thơm, và cấu trúc giòn xốp cho sản phẩm.
Ở nhiệt độ nướng trên 200 C, các hệ enzym phân hủy sẽ nhanh chóng bị mất hoạt tính, ngăn chặn sự tạo thành các thành phần hóa học có hại cho sản phẩm. Giúp cho quá trình bảo quản sản phẩm được tốt hơn. Những phần tiếp xúc với nhiệt độ quá cao sẽ bị biến đổi, như: đường bị caramel, các vitamin bị phân hủy. Đồng thời các vi sinh vật có trong sản phẩm sẽ bị tiêu diệt nhanh chóng, sau quá trình nướng, hàm lượng nước của sản phẩm giảm đi đáng kể, vì vậy mà hạn chế vi sinh vật xâm nhập trở lại. Biến đổi vật lí:
Khi nướng bánh, gradien nhiệt độ t giữa trung tâm và lớp ngoài tăng ở giai đoạn đầu sau đó giảm dần và tiến đến khoảng không đổi. vào giai đoạn cuối của quá trình gradien nhiệt độ có thể tăng vọt do quá trình bốc hơi kết thúc trong khi nhiệt độ trung tâm tiến đến không đổi. điều đó tương ứng với tốc độ tăng nhiệt ở hai lớp, ở giai đoạn đầu nhiệt độ lớp ngoài tăng nhanh trong khi ở lớp trong thì chậm chạp. khi nhiệt độ lóp ngoài tiến đến không đổi thì nhiệt độ trung tâm tăng dần, do vậy gradien giảm đi. Từ đó hình thành cấu trúc của sản phẩm nướng, bên ngoài có phần cứng hơn bên trong.
Về khối lượng, sản phẩm nướng có khối lượng giảm đi do mất nước (ví dụ bột nhào bánh cookies hoặc bánh mì có độ ẩm ban đầu là 20-30%, sau khi nướng chỉ còn lại khoảng 10% cho thấy lượng nước trong khối bột đã giảm đi do nhiệt độ).
Thể tích của các sản phẩm tăng do CO2 thoát ra từ quá trình lên men (đối với các sản phẩm bánh làm từ bột mì) làm cho sản phẩm có cấu trúc rỗng, nhiều lỗ khí, giúp sản phẩm nở xốp. Do đó khối lượng riêng của sản phẩm sẽ giảm đi.
Biến đổi hóa lí:
- Sự biến đổi ẩm: trong lò nướng thường duy trì một lượng ẩm nhất định tùy thuộc vào giai đoạn nướng. Song song với sự biến đổi nhiệt độ, ẩm trong vật liệu cũng biến đổi do quá trình trao đổi ẩm với môi trường (lò nướng). Đặc trưng của sự trao đổi ẩm
là sự bốc hơi nước, và sau đó tiến đến trạng thái cân bằng với độ ẩm môi trường.Theo nghiên cứu của các nhà khoa học đối với quá trình nướng bánh cookies cho thấy rằng quá trình bốc hơi nước diễn ra qua 3 giai đoạn.
Giai đoạn 1: khi mới cho nguyên liệu cần nướng vào lò, lúc này nhiệt độ của lò nướng còn thấp (khoảng 30 – 400C) nên hơi nước ngưng tụ ngay trên bề mặt sản phẩm. Nhiệt độ của lò dần dần tăng lên, làm cho nhiệt độ của bề mặt ngoài của vật liệu tăng lên trước, gradien nhiệt độ giữa lớp ngoài và lớp trong tăng lên. Sự chênh lệch nhiệt độ này làm cho một phần ẩm chuyển động từ ngoài vào trung tâm dưới dạng hơi. Hàm ẩm ở trung tâm của bánh tăng lên 1-1.5%.
Giai đoạn 2: ở giai đoạn này nhiệt độ của vật liệu tăng lên quá 1000C, sự bốc hơi nước xảy ra mãnh liệt làm cho hàm ẩm trong vật liệu giảm với tốc độ không đổi. Hiện tượng bốc hơi nước càng lúc càng tiến sâu vào bên trong trung tâm do nhiệt độ đã tăng dần vào bên trong theo từng lớp. Ở giai đoạn này ẩm được chuyển hướng từ trong ra ngoài là chủ yếu.
Giai đoạn 3: sự chuyển dịch ẩm từ trong ra ngoài với tốc độ giảm dần so với giai đoạn 2. Vì ở giai đoạn này lượng ẩm từ vật liệu đã thoát ra hầu như là hết, còn lại ẩm chủ yếu là nước liên kết khó bay hơi.
- Biến đổi hệ keo: khi nướng các loại bánh, sự tương tác giữa tinh bột với protein, tinh bột với nước làm cho bột nhào tiến đến trạng thái mềm dẻo. Protein trương nở ở nhiệt độ 300C, nhiệt độ cao hơn thì độ trương nở giảm dần, trên 500C protein đông tụ và tách nước, nước này sẽ được tinh bột hấp thu để trương nở. Nhiệt độ trương nở tốt nhất của tinh bột là 40-600C. Đồng thời với quá trình trương nở là sự hồ hóa. Quá trình hồ hóa của tinh bộ xảy ra trong suốt quá trình nướng, hút một lượng nước đáng kể làm cho sản phẩm khô hơn.
- Biến đổi trạng thái: dưới tác dụng của nhiệt độ cao trạng thái của sản phẩm biến đổi đáng kể. Đó là sự tạo thành cấu trúc mao xốp và tạo lớp vỏ. Protein và tinh bột đóng
vai trò chủ yếu trong việc hình thành cấu trúc mao-xốp. Ở nhiệt độ khoảng 50-70 C, protein đông tụ giải phóng nước còn tinh bột thì bị hồ hóa một phần. Protein bị mất nước và tinh bột bị hồ hóa tạo thành khung xốp mà trên bề mặt có hấp phụ một lớp mỡ mỏng.
-Lớp vỏ được hình thành khi đốt nóng vật liệu có dạng mao, xốp, keo, ẩm, do sự trao đổi ẩm giữa môi trường và sản phẩm nướng. Khi cường độ bay hơi ẩm trên bề mặt xảy ra mạnh mẽ và tinh bột ở lớp ngoài đã bị hồ hóa phần nào, sự chuyển ẩm đến bề mặt sẽ không đủ bù đắp lượng ẩm mất đi, bề mặt sẽ khô dần và tạo thành lớp vỏ cứng. Khi đã khô, nhiệt độ lớp ngoài tăng dần, làm cháy xém sản phẩm tại đó. Sự tạo thành lớp vỏ cứng sẽ hạn chế sự tăng thể tích và quá trình tạo hơi ẩm khi nướng. Vỏ được tạo thành sớm hay muộn có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm. Nếu vỏ tạo thành quá sớm sẽ cản trở quá trình truyền nhiệt làm cho sản phẩm không chín đều hoặc hơi ẩm hay CO2 khó thoát hơn làm cho sản phẩm bị vỡ, nứt, … Do vậy việc điều chỉnh chế độ nướng thích hợp, chất lượng trạng thái sản phẩm sẽ tốt hơn.
Biến đổi hóa học: dưới tác dụng của nhiệt độ nướng cao, một số thành phần hóa học có sự thay đổi. Đường trong sản phẩm giảm do quá trình caramel hóa ở nhiệt độ cao tạo thành lớp vỏ ngoài có màu vàng sém. Màu vàng sém của lớp vỏ còn do sản phẩm của phản ứng melanoid – là phản ứng giữa đường khử với các axit amin, các protein, pepton. Tinh bột không hòa tan trong sản phẩm giảm đáng kể do hiện tượng thủy phân một phần tinh bột đẻ tạo thành tinh bột hòa tan và destrin. Mức độ biến đổi của các thành phần hóa học tùy thuộc vào mức độ tiếp xúc với nguồn nhiệt. Lớp ngoài cùng tiếp xúc trực tiếp với nhiệt nên ở đó các thành phần hóa học biến đổi mạnh hơn. Biến đổi sinh học: Nguyên nhân cơ bản dẫn đến biến đổi sinh học là sự tăng nhiệt độ khi nướng. Ta biết rằng vật liệu tham gia quá trình nướng là các loại có nguồn gốc động vật và thực vật, trong chúng có chứa enzim. Nguồn enzim có thể được thêm vào vật liệu trước khi nướng như men bánh mì. Tốc độ tăng nhiệt trong khối vật liệu sẽ ảnh hưởng đến hoạt động của các loại enzim. Tại những điểm mà tốc độ tăng nhiệt
nhanh (phần vỏ) các loại enzim hầu như bị vô hoạt hóa ngay. Còn lại những phần bên trong của vật liệu nhiệt độ tăng chậm hơn, thời gian enzim được duy trì ở nhiệt độ tối thích cho hoạt động của chúng kéo dài hơn, do vậy chúng hoạt động mạnh hơn. Đó là nguyên nhân dẫn tới sự biến đổi chất lượng không tốt ở một số sản phẩm. Ví dụ: Khi nướng các loại củ hoặc quả, màu của phần “ruột” các loại đó thường thay đổi (bị sẫm màu) do enzim poliphenoloxidaza hoạt động mạnh. Hoặc khi nướng bánh mì hay bị rỗng “ruột” do tại phần ruột, nhiệt độ tăng chậm hơn nên men hoạt động nhiều hơn, CO2 tạo thành nhiều hơn, v….v
-Biến đổi vi sinh: Trong sản phẩm ngoài vi sinh vật thường còn có thể có các loại chủng nấm men. Trong giai đoạn đầu của quá trình nướng khi nhiệt độ còn thấp các loại các loại vi sinh vật này vẫn hoạt động. Khi nhiệt độ của vật liệu tăng lên quá 600C, protein bắt đầu đông tụ, vi sinh vật bị tiêu diệt dần cho đến tiêu diệt gần như hoàn toàn sau khi nướng do vậy sản phẩm bảo quản được lâu hơn.
-Biến đổi cảm quan: Quá trình nướng xúc tiến sự biến đổi tính chất sinh-lí-hóa của các thành phần tham gia cấu thành sản phẩm, làm cho sản phẩm chín, sử dụng được. Sự biến đổi đó cũng dẫn đến sự tạo thành hương vị, màu sắc đặc trưng có sức hấp dẫn đặc biệt. Tóm lại nướng sẽ làm tăng giá trị cảm quan của sản phẩm lên đáng kể.
1.2. Sấy:
Sấy là quá trình bốc hơi nước của sản phẩm bằng nhiệt ở nhiệt độ bất kì, là quá trình khuếch tán do chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu (tương tự như quá trình nướng).
Các sản phẩm được sản xuất bằng phương pháp sấy có mặt nhiều trên thị trường như: ngô sấy, chuối sấy, sữa bột, pure khoai tây, rau quả sấy, … Quá trình sấy nhằm mục đích tăng hàm lượng chất khô (đối với mục đích khai thác),
hoặc nhằm tăng độ giòn, dẻo, giữ được tính đặc trưng của sản phẩm (mục đích chế biến); hay cho mục đích bảo quản:ngăn chặn vi sinh vật để sản phẩm bảo quản được lâu hơn. Bên cạnh đó sấy khô nhằm mục đích đảm bảo màu sắc sản phẩm và độ sáng bóng của các sản phẩm dạng hạt, tinh thể, làm tăng độ bền sản phẩm và tăng giá trị cảm quan.
Các biến đổi xảy ra trong quá trình sấy: Biến đổi vật lí:
Có hiện tượng co thể tích, khối lượng riêng tăng lên (giảm khối lượng do lượng nước bay hơi).
Nếu gọi khối lượng vật liệu vào sấy là G1, độ ẩm của nguyên liệu là W1, khối lượng sản phẩm là G2 với độ ẩm là W2, thì ta có:
G1 (100-W1) = G2 (100-W2)
Trong quá trình sấy tổng lượng chất khô không thay đổi.
Biến đổi tích chất cơ lí: Là sự biến dạng, hiện tượng co, tăng độ giòn, (ví dụ như: mì sợi, mì ống) hoặc bị nứt nẻ.
Biến đổi hóa lí:
Khuếch tán ẩm: cũng giống như ở quá trình nướng, có sự dời ẩm gây ra sự chênh lệch nhiệt độ ở các phần khác nhau của vật liệu sấy.
lượng ẩm chuyển dời do dẫn nhiệt ẩm mt = Kt . (t1 – t2) / b kg/m2.h
Kt: Hệ số dẫn nhiệt ẩm T1 > t2
B: khoảng cách giữa 2 điểm có độ ẩm khác nhau Biến đổi hóa học: Xảy ra hai khuynh hướng
Tốc độ phản ứng hóa học tăng lên do nhiệt độ vật liệu tăng như phản ứng oxi hóa- khử, phản ứng Mayler – là phản ứng tạo màu không có enzim của protein và đường khử, làm giảm khả năng thích nghi với sự tách nước.
-Tốc độ phản ứng hóa học bị chậm đi do môi trường nước bị giảm dần. Biến đổi sinh hoá:
- Giai đoạn đầu của quá trình sấy, nhiệt độ vật liệu tăng dần và sau đó chậm tạo ra sự hoạt động mạnh mẽ của các hệ enzim, nhất là các enzim oxi hóa khử, gây ảnh hưởng xấu đến vật liệu như màu sắc xấu, sẫm màu, vì vậy người ta thường diệt enzim pedoxydaza hoặc polyfenoloxyda trước khi sấy.
- Trong giai đoạn sấy, hoạt động của enzim giảm vì nhiệt độ môi trường sấy cao hơn nhiệt độ hoạt động của enzim và lượng nước trong vật liệu giảm.
- Giai đoạn sau sấy, một số enzim không hoàn toàn bị ức chế , chúng tiếp tục hoạt động yếu trong thời gian bảo quản và tới khi có thể phục hồi lại chức năng.
Biến đổi sinh học:
- Cấu tạo tế bào: do nhiệt độ có thể làm biến tính không thuận nghich đối với chất nguyên sinh và gây mất nước nên sấy thường làm cho các vật liệu sấy bị chết các tế bào, gây lồi lõm sản phẩm. Ví dụ như khoai tây, nếu để lát khoai tây dày, khi sấy có thể tạo ra các miếng khoai tây có giá trị cảm quan kém, không giòn như miếng khoai tây được cắt mỏng.
- Màu sắc: mất đi màu sắc tự nhiên, giảm sắc tố do tác dụng của nhiệt độ nhưng lại tăng cường độ màu do mất nước. Các sản phẩm có màu sậm hơn, cũng có thể có màu nâu, thẫm do phản ứng caramel hóa, phản ứng taojmelanoidin và phản ứng oxy hóa các polyphenol…
- Mùi: một số chất thơm bay hơi theo ẩm, đồng thời do ở nhiệt độ cao nên chúng bị phân hủy gây tổn thất chất thơm, đặc biệt là các chất thơm có nguồn gốc từ sinh học, chúng rất dễ phân hủy. Bên cạnh đó cũng có các chất mùi được phát huy như ở các hạt ngũ cốc, sấy giúp giảm đi mùi ngái của hạt còn sống, tạo mùi thơm hơn.
- Vị: do hàm ẩm giảm nên vị của sản phẩm được tăng lên, cường độ vị tăng, nhất là vị ngọt và vị mặn. Vị chua thì giảm đi tương đối trong quá trình gia nhiệt, do có một lượng acid bay hơi trong quá trình. Biến đổi về vị chủ yếu xảy ra ở các sản phẩm rau, củ.
- Trạng thái: gắn liền với các biến đổi lý-hóa. Tính đàn hồi tăng, tăng tính dai, tính trương nở, tính giòn, vón cục, hoặc các biến đổi vè hình dạng. Giống với quá trình nướng, trong quá trình sấy kích thước của một số sản phẩm có thể giảm như bánh mì, ngũ cốc do chúng có kết cấu mao dẫn, xốp, hoặc có kết cấu keo. Sự thu nhỏ kích thước không đều ở các phần nên gây cho sản phẩm có hình dáng không như mong muốn, bị méo lệch không đều.
1.3. Hấp.
Hấp là quá trình làm chín thực phẩm bằng phương pháp nhiệt nước. Các thực phẩm được hấp chín bằng nhiệt độ cao do hơi nước bốc lên từ nồi hơi hoặc đơn
giản hơn là từ những nồi nấu thông thường khi đun sôi nước sạch, hơi nước bốc lên làm chín thực phẩm đặt bên trên.
Phương pháp hấp phần lớn được sử dụng đối với các loại bánh làm từ bột nếp, bột gạo, các loại củ... mà người ta không muốn cho thực phẩm đó luộc trong nước.
Trong quá trình hấp, dưới tác động của nhiệt độ cao của hơi nước bão hòa, các sản phẩm chứa tinh bột sẽ hút nước trương nở tạo thành dạng gel, sau đó được hồ hóa và sản phẩm chín dần, kết thúc quá trình, ta thu được sản phẩm chứa tinh bột có cấu trúc dẻo, dai, đàn hồi. Mức độ dẻo dai và trương nở của sản phẩm tùy thuộc vào tỉ lệ amylose và amylopectin có trong tinh bột và mối liên kết giữa tinh bột và các thành phần khác có trong sản phẩm. Ở trạng thái tự nhiên tinh bột liên kết với nhau qua liên kết hydro, tạo thành trạng thái rất bền. Khi tăng nhiệt độ, tinh bột trong các sản phẩm này hút nước trương nở, độ sệt giảm. Kích thước của sản phẩm sau khi chế biến bằng phương pháp hấp sẽ tăng lên do sự dãn vì nhiệt của các phân tử khí CO2, vì tính chất của tinh bột là có khả năng tạo và giữ khung gluten, các phân tử khí CO2 bay lên làm cho khung gluten mở rộng ra làm tăng kích thước của sản phẩm.
Hấp cũng làm cho sản phẩm có mùi vị thơm hơn, loại bỏ đi những mùi khó chịu như mùi chua, đồng thời tăng cường mùi thơm đặt trưng của tinh bột có trong thực phẩm đó.
1.4. Nấu chín.
Ở dạng hạt nguyên bản, tinh bột không hòa tan và bị lắng cặn khi lơ lửng trong nước, do đó làm hạn chế những ứng dụng của nó. Có một ngoại lệ đáng chú ý là tinh bột dạng hạt có thể phân hủy bằng cách kết hợp các enzim hợp lý để tạo ra một nguồn