3. Kết quả bàn luận
1.2 Giới thiệu một số loại phụ gia sử dụng trong thí nghiệm
1.2.1 Triphosphate pentasodium
Sodium triphosphate (STP, đôi khi STPP hoặc natri tripoly hoặc TPP) là một
hợp chất vô cơ với công thức Na5P3O10. Đây là muối sodium polyphosphate penta-
anion, là cơ sở liên hợp của axit triphosphoric.Triphosphate pentasodium được sản xuất bằng cách nung nóng một hỗn hợp stoichiometric disodium phosphate, Na2HPO4, và bột phosphate, NaH2PO4, trong điều kiện kiểm soát chặt chẽ.
2 Na2HPO4+ NaH2PO4 → Na5P3O10+ 2 H2O
TPP là một muối không màu, mà tồn tại cả dạng khan và là hexahydrate. TPP là một chất bảo quản hải sản, thịt, gia cầm và thức ăn chăn nuôi. Nó được phổ biến với số kí hiệu E451. Trong thực phẩm, STPP được sử dụng để duy trì độ ẩm.
1.2.2 Pectin
Pectin là một polysaccharide tồn tại phổ biến trong thực vật, là thành phần tham gia xây dựng cấu trúc tế bào thực vật. Ở thực vật pectin tồn tại chủ yếu ở 2 dạng là pectin hòa tan và protopectin không hòa tan. Dưới tác dụng của acid, enzyme protopectinaza hoặc khi gia nhiệt thì protopectin chuyển thành pectin.
Pectin là hợp chất cao phân tử polygalactoronic có đơn phân tử là galactoronic và rượu metylic. Trọng lượng phân tử từ 20.000 - 200.000 đvC. Hàm lượng pectin 1% trong dung dịch có độ nhớt cao, nếu bổ sung 60 % đường và điều chỉnh pH môi trường từ 3,1-3,4 sản phẩm sẽ tạo đông. Cấu tạo phân tử pectin là một dẫn suất của acid pectic, acid pectic là một polymer của acid D-galacturonic liên kết với nhau bằng liên kết 1-4-glycozide.
Hợp chất pectin được đặc trưng bởi 2 chỉ số quan trọng là chỉ số methoxyl
“MI” biểu hiện cho phần trăm khối lượng nhóm methoxyl –OCH3 có trong phân tử
pectin và chỉ số este hóa “DE” thể hiện mức độ este hóa của các phân tử acid galactoronic trong phân tử pectin. Dựa trên mức độ methoxy hóa và este hóa, trong thương mại chia pectin thành 2 loại: pectin có độ methoxyl hóa cao và pectin có độ methoxyl hóa thấp.
- Pectin methoxyl hóa cao (High Methoxyl Pectin – HMP): DE >50 % hay MI > 7%. Chất này có thể làm tăng độ nhớt cho sản phẩm. Muốn tạo đông cần phải có điều kiện pH = 3,1 – 3,4 và nồng độ đường trên 60 %.
- Pectin methoxyl hóa thấp (Low Methoxyl Pectin – LMP): DE < 50 % hay MI < 7%. Được sản xuất bằng cách giảm nhóm methoxyl trong phân tử pectin. Pectin methoxy thấp có thể tạo đông trong môi trường không có đường. Chúng thường được dùng làm màng bao bọc các sản phẩm.
Trong quá trình bảo quản có thể bị tách nước hoặc lão hóa. Quá trình tạo đông phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nguồn pectin, mức độ methoxy hóa càng cao thì khả năng tạo đông càng cao. Khi sử dụng cần phải hòa tan pectin vào nước, khi pectin hút đủ nước thì mới sử dụng ở công đoạn cuối chế biến. Các pectin đều là những chất keo háo nước nên có khả năng hydrat hóa cao nhờ sự gắn các phân tử nước vào nhóm hydroxyl của chuỗi polymethyl galacturonic. Ngoài ra, trong phân tử pectin có mang điện tích âm nên chúng có khả năng đẩy lẫn nhau có khả năng làm giãn mạch và làm tăng độ nhớt của dung dịch. Khi làm giảm độ tích điện và hydrat hóa sẽ làm cho sợi pectin xích lại gần nhau và tương tác với nhau tạo nên một mạng lưới ba chiều rắn chứa pha lỏng ở bên trong.
Pectin là chất tạo gel quan trọng nhất được sử dụng để tạo ra cấu trúc gel cho thực phẩm. Khả năng tạo gel của nó được sử dụng trong những thực phẩm cần có sự ổn định của nhiều pha. Tác dụng tạo gel của pectin được sử dụng chủ yếu trong các sản phẩm mứt trái cây và mứt đông. Tác dụng của pectin là tạo ra cấu trúc mứt đông và mứt trái cây không bị thay đổi trong quá trình vận chuyển, tạo ra mùi vị thơm ngon cho sản phẩm và giảm sự phá vở cấu trúc. Trong một số trường hợp, pectin còn được sử dụng với carageenan để tăng hiệu quả tạo gel.
1.2.3 Aga
Được chiết từ tảo đỏ, hoà tan trong nước nóng và có tính chịu nhiệt cao. Bằng cách làm lạnh có thể tạo thành gel chuyển hoá nhiệt. Liều dùng : không quy dịnh tuỳ thuộc vào yêu cầu của thực phẩm dùng làm chất tạo gel và ổn định trong công nghiệp sản xuất tráng miệng, sữa đông, sữa sôcola, nước chấm sủi bọt, món ăn nhà bếp, kem, bánh kẹo .v.v. Liều dùng : không quy dịnh tuỳ thuộc vào yêu cầu của thực phẩm Chất chiết từ thân cây.
Tạo gel rất bền, cấu trúc gel cứng, dòn, trong. Khả năng tạo gel phụ thuộc vào nhiệt độ, ban đầu agar ở pha liên tục và nước ở pha phân tán. Khi đưa nhiệt độ lên cao lớn hơn 90oC, agar trở thành pha phân tán và nước là pha liên tục do lúc này hình thành dạng dung dịch bao gồm những tiểu phân mixen, ở giữa mixen là phân tử
agar. Khi hạ nhiệt độ xuống 35oC các hạt mixen được bao bọc xung quanh một lớp
nước liên kết lại tạo thành gel dẫn đến sự phân bố lại diện tích trên bề mặt của những hạt mixen. Khả năng hình thành gel thuận nghịch nhiệt là đặc điểm duy nhất làm cho agar có một sự kết hợp cần thiết trong nhiều ứng dụng. Khi tạo gel, các cầu nối hydro làm tăng tính bền vững của cấu trúc mạch agar, chống lại một cách mãnh liệt sự phân ly của hỗn hợp dịch ngay cả khi tăng khá mạnh nhiệt độ.
Cơ chế tạo gel của agar
1.2.4 Alginat
Được chiết từ tảo nâu, bao gồm axit alginic, alginat natri, alginat kali, alginat amôn, alginat canxi, alginat propylen-glycol. Phương pháp sử dụng : sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sữa đông, sữa sôcola, kem, bánh kẹo, món ăn nhà bếp nấu bằng cá, các sản phẩm thịt chín.
Liều dùng: 50mg/kg thể trọng đối với axit alginic, alginat natri và alginat amôn, 25 mg/kg thể trọng đối với alginat kali và alginat canxi
Trong điều kiện nhiệt độ cao ở trạng thái sôi và khi làm nguội sẽ tạo thành gel. Alginat cũng có khả năng kết hợp với ion Ca2+ để tạo gel.
Cơ chế tạo gel của Alginat
1.2.5 Carragenan
Được sản xuất thành công từ loài tảo biển Rhodophyceae, có cấu trúc là một mạch thẳng của polysaccharide -Sulphat, chứa galactose và anhydrogalac tose với các liên kết 1 - 3 và 1 - 4. Khi ở nhiệt độ cao, carrageenan sẽ liên kết thuận nghịch
với ion kali, hòa tan ở nhiệt độ cao và sẽ kết tủa các protein khi ở điều kiện nhiệt độ thấp. Là một chế phẩm ở dạng bột mầu trắng, không có mùi vị, được phân chia thành dạng k, τ, λ, μ, ν trong đó dạng k, τ hoà tan tốt trong nước nóng và có tác dụng tạo gel rất tốt còn dạng λ, μ, ν hoà tan dễ dàng trong nước lạnh và có tác dụng tạo sự ổn định, tăng độ liên kết ( épessissant ) cho thực phẩm.
Carrageenan được phân loại theo hàm lượng 3,6 - anhydrogalactose và vị trí nhóm ester sulfate, tạo nhiều sản phẩm có độ đông khác nhau. Việc thay đổi thành phần 3,6 - anhydrogalactose sẽ ảnh hưởng đến quá trình hydrat hóa, cấu trúc và độ bền của chất đông, nhiệt độ đông và nóng chảy. Nhìn chung, carrageenan có ba loại chính sau:
•Kappa carrageenan:
+Hoà tan ở nhiệt độ cao.
+Tạo khối đông (gel) cứng.
+Độ bền của khối đông tăng lên khi có mặt của muối kali.
•Lota carrageenan:
+Có thể tan một phần ở nhiệt độ thấp.
+ Chỉ hòa tan hoàn toàn khi đun nóng dung dịch.
+ Độ bền của gel tăng lên khi có mặt của muối kali.
+Hình thành khối đông dẻo và đàn hồi.
•Lambda carrageenan:
+Có thể tan hoàn toàn ở nhiệt độ thấp.
+Tạo dung dịch có độ nhớt cao mặc dù không tạo đông.
+Tương tác với protein tạo sự ổn định cho rất nhiều sản phẩm có nguồn gốc từ
bơ và pho mát, chủ yếu được dùng làm tăng độ đặc và cải tiến cấu trúc thực phẩm.
Phạm vi ứng dụng : dùng làm chất tạo gel và ổn định trong công nghiệp sản xuất đồ ăn tráng miệng, sữa đông, sữa sôcola, nước chấm, món ăn nhà bếp, kem, bánh kẹo .v.v. Liều dùng : không quy dịnh tuỳ thuộc vào yêu cầu của thực phẩm . Carrageenan có khả năng tạo gel ở nồng độ thấp ( nhỏ hơn 0.5% ). Ở dạng gel các mạch polysaccharide xoắn vòng như lò xo và cũng có thể xoắn với nhau tạo thành khung xương không gian ba chiều vững chắc, bên trong có thể chứa nhiều phân tử nước (hay dung môi).
Sự hình thành gel có thể gây ra bởi nhiệt độ thấp hoặc thêm các cation với một nồng độ nhất định. Quá trình tạo gel diễn ra phức tạp, được thực hiện theo hai bước:
- Bước 1: khi hạ nhiệt độ đến một giới hạn nào đó trong phân tử carrageenan có sự chuyển cấu hình từ dạng cuộn ngẫu nhiên không có trật tự sang dạng xoắn có trật tự. Nhiệt độ của quá trình chuyển đổi này phụ thuộc vào dạng và cấu trúc các carrageenan, cũng như phụ thuộc vào dạng và nồng độ của muối thêm vào dung dịch carrageenan. Do đó, mỗi một dạng carrageenan có một điểm nhiệt độ tạo gel riêng.
- Bước 2: các phần đã phát triển đầy đủ của chuỗi xoắn tập hợp lại tạo thành cấu trúc gel. Còn dưới điều kiện không tạo gel, ở các nồng độ polymer thấp sự hình thành và hợp lại của các cấu trúc xoắn sẽ dẫn tới tăng độ nhớt.
Như vậy, trước hết là sự chuyển đổi cấu hình từ dạng cuộn sang xoắn lò xo, tiếp đó là sự kết hợp các xoắn và tụ họp lại tạo thành các xoắn kép – gel. Như vậy do carrageenan tạo ra là do sự tập hợp có trật tự của các cấu trúc xoắn.
Cơ chế chuyển đổi từ dung dịch sang gel dưới tác dụng của nhiệt độ
1.3 Canxi clorua (CaCl2)
Là hợp chất ion của canxi và clo. Chất này tan nhiều trong nước. Tại nhiệt độ phòng, nó là chất rắn. Chất này có thể sản xuất từ đá vôi nhưng đối với việc sản xuất
sản lượng lớn thì người ta tạo nó như là một sản phẩm phụ của công nghệ Solvay.
Do nó có tính hút ẩm cao,người ta phải chứa muối này trong các dụng cụ đậy nắp kín. Clorua canxi có thể phục vụ như là nguồn cung cấp ion canxi trong dung dịch,
chẳng hạn để kết tủa do nhiều hợp chất của canxi là không hòa tan trong nước.
Clorua canxi được sử dụng phổ biến như là chất điện giải và có vị cực mặn, được
tìm thấy trong các loại đồ uống dành cho những người tập luyện thể thao và các dạng đồ uống khác.
3.1 Tiến hành thí nghiệm 2.1 Thí nghiệm 1
- Chuẩn bị dung dịch 200ml TPP 5% và 200ml TPP 10%: cân 10g và 20g TPP ở dạng bột trắng cho vào hai becker 250 ml rồi đổ thêm nước vào cho đủ 200 ml, ta được dung dịch TPP 5% và 10%
- Chuẩn bị mẫu: tôm tươi sau khi mua ở chợ về sẽ được lột bỏ vỏ, đầu, chân, đuôi, sau đó cân 20g cho vào mỗi mẫu:
M0 : 20g tôm + 50g nước M1 : 20g tôm + 50g dd TPP 5% M2 : 20g tôm + 50g dd TPP 10% Mẫu trắng Xử lý Ngâm phụ gia 9
Cân mẫu trước và sau ngâm
Kết quả Tôm tươi
Phụ gia
TPP 5%
TPP 10%
- Tiến hành lặp lại 3 lần cho mẫu TPP 5% và TPP 10% - Ta ngâm mẫu trong 30 phút rồi lấy ra, lau khô và cân lại
3.2 Thí nghiệm 2
- Chuẩn bị dung dịch: pha dung dịch đường 50%, chỉnh pH dung dich đường về giá trị 3,5 bằng dung dịch HCL 5%
M0: 50g dd đường 50%
M1: 50g dd đường 50% + 1% pectin ( 1% của 50g dd đường)
M2: 50g dd đường 50% + 1% agar ( 1% của 50g dd đường)
M3: 50g dd đường 50% + 1% alginate ( 1% của 50g dd đường)
M4: 50g dd đường 50% + 1% carragenan ( 1% của 50g dd đường)
Đun nóng tất cả các mẫu để cho các chất tan hoàn toàn, sau đó để nguội và quan sát.
Alginate Carrageenan
Pectin Agar
2.3 Thí nghiệm 3
M0: 30g nước + 0.5% [Ca2+] từ CaCl2
M1: 30g nước +1% pectin + 0.5% [Ca2+] từ CaCl2
M2: 30g nước + 1% agar + 0.5% [Ca2+] từ CaCl2
M4: 30g nước + 1% carragenan + 0.5% [Ca2+] từ CaCl2
Ta tính được số gam CaCl2 cần cho vào là: mCaCl2 = 0.41625g
- Sau khi cân nước, ta cho pectin, agar, alginate, carragenan lần lượt vào các mẫu, bắc lên bếp cho tan hoàn toàn rồi mới cho CaCl2 vào.
- Chú ý khi cho CaCl2 vào cần phải khuấy dều và nhanh tay để tránh hiện
tượng vón cục.
CaCl2 phải được cho vào các mẫu dưới dạng dung dịch tức là đã được hòa tan
trong nước, không được cho trực tiếp để tránh tan không hoàn toàn, sau đó để nguội và quan sát.
2.4 Thí nghiệm 4
Tiến hành y như thí ngiệm 3 nhưng thay CaCl2 bằng 0.1% [K+] từ KCl, ta tính được mKCl = 0,0573g. Sau đó để nguội và quan sát.
3. Kết quả - bàn luận 3.1 Kết quả
Thí nghiệm 1
Thí nghiệm 2
Mẫu m trước ngâm (g) m sau ngâm (g)
Trắng 5% TPP (1) 5% TPP (2) 5% TPP (3) 10% TPP (1) 10% TPP (2) 10% TPP (3) 19,35 19,32 19,68 19,60 19,64 14,49 9,71 19,36 20,47 19,80 19,73 20,05 14,92 10,13
M0: mẫu trắng M 1: 1% pectin M 2: 1% agar M3: 1% alginate M 4: 1% carragenan Đo độ nhớt: 1 phút 20 giây
Tạo gel, dẻo,
nhớt Tạo gel, cứng Không tạo gel, độ nhớt tăng Tạo đông, dẻo, đàn hồi
Thí nghiệm 3 M0: mẫu trắng M1: 1% pectin M2: 1% agar M3: 1% alginate M4: 1% carragenan Đo độ nhớt:
12 giây Không tạo gel, độ nhớt tăng
Không tạo gel, độ nhớt tăng
Đông, cứng,
giòn Không tạo gel, tăng độ nhớt
Thí nghiệm 4
M1: 1% pectin M2: 1% agar M3: 1% alginate M4: 1% carragenan
Tăng độ nhớt Tạo đông Tăng độ nhớt Tạo gel giòn, trong
3.2 Bàn luận Thí nghiệm 1
Khối lượng tất cả các mẫu sau khi ngâm nước và dung dịch TPP đều tăng lên. Mẫu ngâm nước có khối lượng tăng lên thấp nhất, tuy nhiên các mẫu tăng lên không đều nhau và cũng không có sự khác biệt rõ ràng đối với các mẫu 5 và 10% TPP.
Thí nghiệm 2
Hiện tượng xảy ra rõ ràng và chính xác
Thí nghiệm 3
Hiện tượng xảy ra đúng với các mẫu chỉ trừ agar: mẫu không tạo được gel mà chỉ tăng độ nhớt. Điều này chỉ có thể được giải thích là có sự sai sót trong quá trình thao tác, dẫn đến kết quả sai lệch
Thí nghiệm 4
Hiện tượng xảy ra rõ ràng và chính xác.
4. Trả lời câu hỏi
Câu 1 : Trình bày tính chất và cơ chế hoạt động của phụ gia sử dụng trong bài?
Agarose có cấu tạo mạch thẳng , trung tính, từ các gốc beta D-galactopyranose và 3-6- alhidro-L- galactose. Cả hai gốc có sự sắp xếp xen kẽ, độ bền các liên kết khác nhau. Liên kết alpha 1-3 dễ phân hủy bằng enzyme tạo thành neoagarobiose.
Liên kết Beta 1-4 dễ thủy phân với xúc tác của acid và tạo thành gốc agar- agarobiose. Agar-agarobiose làm cho Agar-agar trong môi trường nước có khả năng tạo gel.
Agaropectin có khà năng tạo gel thấp trong nước, cấu trúc của nó đến nay vẫn chưa xác định rõ. Chỉ biết rằng nó được tạo nên bởi sự sắp xếp xen kẽ giữa D- galactose và L-galactose và chúng chứa tất cả các nhóm phân cực trong agar
Acid alginic hay còn gọi là Alginate, trong rong Alginic thường ở dạng muối Alginate Ca, Fe, Mg tham gia vào cấu trúc của thành và màng tế bào. Là một Copolymer mạch thẳng được cấu tạo từ 2 gốc Uronat là alpha L- gluronat và Beta D- mannuromat thong qua liên kết 1-4 glucosit.
Câu 2 : Trình bày tác hại có thể xảy ra khi sử dụng sai những phụ gia trong bài thí nghiệm ?
Khi sử dụng quá liều lượng những phụ gia như pectin, agar, alginate, carrageenan thì sẽ không đạt được cấu trúc như mong muốn
Các tác dụng tốt của Polyphosphate:
- Polyphosphates được sử dụng như một phụ gia: chất ổn định, chất làm đông, và chất nhũ hoá.
- Tạo phức với ion kim loại - Khả năng giữ nước
- Ổn định nhũ tương - Gây nở
- Dùng làm dung dịch đệm
Các tác dụng xấu của Polyphosphate: