1 .Khái niệm
1.1.1 Phân loại hệ nhũ tương
Có rất nhiều hệ nhũ tương khác nhau. Trong thực phẩm, phân loại theo pha phân tán, chúng ta thường gặp 3 dạng:
- Hệ dầu trong nước: là hệ mà trong đó các giọt dầu phân tán trong pha liên tục tục là nước. Ví dụ: sữa, mayonnaises, kem sữa, bánh phết kem…(hình a)
- Hệ nước trong dầu: là hệ mà tong đó các giọt nước phân tán trong pha liên tục là dầu. Ví dụ: bơ, margarine, sốt dùng với salad,…(hình b)
- Hệ nước trong dầu trong nước: hệ nhũ tương dầu trong nước mà các giọt phân tán của nó có chứa nước. Đây là hệ khá phức tạp trong thực phẩm và cần những nghiên cứu sâu hơn về hệ này.
a: hệ nhũ tương dầu trong nước b: hệ nhũ tương nước trong dầu
Ngồi ra, khi dựa vào kích thước của các giọt lỏng chia thành 2 nhóm: - 0.2 – 50 mm (Kinetically Stable) - 0.01 – 0.2 mm (Thermodynamically Stable) 1.1.2 Sự hình thành nhũ tương 1.2 Chất tạo nhũ 1.2.1 Định nghĩa
Là chất làm giảm sức căng bề mặt của các pha trong hệ và từ đó duy trì được sự ổn định cấu trúc của hệ nhũ tương. Trong cấu trúc phân tử của chất nhũ hóa có cả phần háo nước (hydrophilic) và phần kị nước (hydrophobic).
Chất nhũ hóa được sử dụng nhằm tạo sự ổn định của hệ keo phân tán trong pha liên tục bằng cách hình thành một bề mặt điện tích trên nó. Đồng thời nó cịn làm giảm sức căng bề mặt của các giọt phân tán từ đó giảm được năng lượng hình thành các giọt trong hệ.
Trong quá trình sử dụng, người ta thường dùng giá trị HBL để đánh giá mức độ ưa béo hay ưa nước của chất nhũ hóa. Từ đó có thể lựa chọn loại nào phù hợp với sản phẩm cụ thể.
Nếu HBL cao (có nhiều gốc ưa nước hơn gốc ưa béo) thì chất nhũ hóa này phù hợp với hệ nước trong dầu và ngược lại.
1.2.2 Phân loại
Phụ gia làm bền nhũ tương chia làm 2 loại:
• Các ester của acid béo và các polyol hoặc axit hữu cơ
- Mono-&- di-glycerid
- Các dẫn xuất của monoglycerid.
- Ester của propylene glycol.
- Ester monoglycerid với acid béo.
- Dẫn xuất của acid lactic.
- Ester của sorbitol
• Các phospholipid như lecithine.
1.3 Lecithine 1.3.1 Đặc điểm
Lecithine là một thuật ngữ chung để chỉ định bất kỳ nhóm chất béo nào có màu nâu-vàng trong mơ động vật và thực vật và trong lòng đỏ trứng, bao gồm acid
phosphoric, choline, axit béo, glycerol, glycolipids, chất béo trung tính, và
phospholipid (vídụ: phosphatidylcholine, phosphati dylinositol). - Phân tán trong nước.
- Tan tốt trong dầu, các dung môi không phân cực. - Kí hiệu E 322.
- HLB = 3-4 ( đối với lecithin phân cực thấp ), HLB = 10-12 ( đối với lecithin hiệu chỉnh ).
1.3.2 Nguồn gốc
Các lecithin từ ban đầu được tìm ra vào năm 1847 bởi nhà hóa học người Pháp và dược sĩ Theodore Gobley để chỉ phosphatidylcholine thuần tuý. Gobley ban đầu tách lecithin từ lòng đỏ trứng và thành lập các cơng thức hóa học đầy đủ các phosphatidylcholine năm 1874. Gobley đã chứng minh sự hiện diện của lecithin trong tĩnh mạch máu, mật, mô não của con người, trứng cá, thịt gà và não cừu.
Lecithin có thể dễ dàng được chiết xuất từ hóa học (sử dụng hexane ) hoặc
bằng máy móc từ như đậu nành và các loại đậu. Nó có độ hịa tan thấp trong nước. Trong dung dịch nước phospholipid có thể hình thành cấu trúc mixel hoặc cấu trúc
phiến mỏng, tùy thuộc vào độ ẩm và nhiệt độ. Điều này dẫn đến một loại chất bề
trong thực phẩm và sử dụng trong y tế. Trong nấu ăn, đôi khi được sử dụng như một
chất nhũ hóa và ngăn ngừa sự bám dính.
1.3.3 Độc tính
Lecithine khơng độc tính. Trong ngành cơng nghiệp thực phẩm có sử dụng nhiều như: trong bánh kẹo nó làm giảm độ nhớt, thay thế các nguyên liệu đắt hơn, kiểm sốt đường kết tinh và tính dịng chảy của sơ cơ la, giúp đồng nhất trong việc pha trộn các thành phần, cải thiện dòng đời cho một số sản phẩm, và có thể được sử dụng như một lớp phủ. Trong hệ nhũ tương nó làm ổn định nhũ tương, giảm sự bắn tung tóe trong khi chiên, và cải thiện kết cấu. Lecithine làm giảm các chất béo trong bột nhào, bánh mì, trứng, giúp phân phối các thành phần trong bột, ổn định quá trình lên men, tăng khối lượng lên, bảo vệ các tế bào men trong bột khi đông lạnh, và hoạt động như chất chống dính. Nó cải thiện tính thấm ướt của ưa nước bột (ví dụ như chất béo protein thấp) và bột lipophilic (ví dụ như bột ca cao), kiểm sốt bột, và giúp bột phân tán hồn tồn trong nước.
Ví dụ, lecithin là chất nhũ hóa mà giữ ca cao và bơ ca cao với một lớp phủ ngoài . Trong bơ thực vật, đặc biệt là bơ có chứa hàm lượng chất béo cao (> 75%), lecithin được thêm vào là "chống bắn tung tóe" khi chiên .
Đó là sự chấp thuận của Thực phẩm và Dược Hoa Kỳ cho người tiêu dùng với trạng thái “ thường được công nhận như an toàn”. Lecithin được EU thừa nhận như là một phụ gia thực phẩm, được chỉ định bởi số E322. Có nghiên cứu cho thấy lecithin có nguồn gốc từ đậu nành có tác dụng đáng kể vào việc giảm cholesterol và chất béo trung tính, trong khi tăng HDL (cholesterol tốt) cấp trong máu. Tuy nhiên, các nghiên cứu về lecithin đậu nành đã không phù hợp và mâu thuẫn nhau từ những năm 1920.
1.3.4 Cơ chế tác dụng
Cơ chế cụ thể của lecithine xảy ra trong hệ nhũ tương như sau. Phản ứng hóa học tạo các chất mong muốn sẽ xảy ra khi ta đưa lecithine vào các hệ nhũ tương này để làm bền hệ nhũ tương.
Có 2 cách để các phân tử chất phản ứng gặp nhau:
- Cách thứ nhất: Các phân tử phản ứng của lecithine thấm qua lớp màng chất hoạt hóa bề mặt ra ngồi và gặp nhau. Nhưng thực tế thì phản ứng theo cách này là rất nhỏ, không đáng kể.
- Cách thứ hai: Khi các hạt vi nhũ tương của lecithin và phospholipid của dầu gặp nhau, nếu có đủ lực tác động thì 2 hạt nhỏ có thể tạo thành một hạt lớn hơn. Các chất phản ứng trong 2 hạt nhỏ sẽ hòa trộn, phản ứng xảy ra trong lòng hạt lớn và sản phẩm mong muốn được tạo thành
Khi các phân tử lecthine và phospholipid của dầu gặp nhau sẽ tạo nên sức căng bề mặt. Khi 2 chất lỏng khơng tan trộn lẫn với nhau thì giữa bề mặt phân pha của 2 chất lỏng này sẽ xuất hiện các ứng suất do sức căng bề mặt tạo nên. Năng lượng bề mặt là đại lượng tỉ lệ thuận với sức căng bề mặt và diện tích phân pha. Để ổn định hệ nhũ tương người ta cần cho các chất hoạt đồng bề mặt như lecithine. Các chất này làm giảm sức căng bề mặt của nước, góp phần giảm năng lượng bề mặt. Do đó làm bền hệ nhũ tương.
1.4 Lauryl sunfate 1.4.1 Đặc điểm
Cấu trúc không gian của Lauryl Sunfate.
Lauryl sulfate là một chất tẩy rửa và chất hoạt động bề mặt được tìm thấy trong nhiều sản phẩm chăm sóc cá nhân ( xà phòng, dầu gội đầu, kem đánh răng,…) Lauryl sulfate là chất tạo bọt rất hiệu quả.
Cơng thức hóa học của nó là C H 3(CH2)10CH2(OCH2CH2)nOSO3-. Đôi khi số đại diện n được quy định trong tên, ví dụ lauryl-2 sulfate. Các sản phẩm thương mại không đồng nhất trong số các nhóm ethoxyl, trong đó số n là trung bình, n được phổ biến cho các sản phẩm thương mại là n = 3.
1.4.2 Nguồn gốc
Lauryl sulfate được điều chế bởi ethoxylation của rượu dodecyl. Kết quả các ethoxylate được chuyển thành một este của axít sulfuric. Lauryl sulfate natri (còn gọi là sodium dodecyl sulfate hay SLS) được sản xuất tương tự, nhưng khơng có ethoxylation SLS và lauryl sulfate ammonium (ALS) thường được sử dụng thay thế trong các sản phẩm tiêu dùng.
Laurylsulfate là chất hoạt động bề mặt được sử dụng trong nhiều sản phẩm mỹ phẩm để làm sạch kem. Nó tương tự như xà phịng.
Lauryl sulfate là một kích thích tương tự với các chất tẩy rửa, với các kích thích tăng nồng độ. Lauryl sulfate gây kích ứng da ở động vật thí nghiệm và trong một số thử nghiệm trên con người. Lauryl sulfate là một chất kích thích được biết đến có liên quan đến bề mặt, và nghiên cứu cho thấy rằng laureth sulfate cũng có thể gây kích ứng sau khi tiếp xúc rộng ở một số người.
Nghiên cứu của OSHA, NTP, và IARC hỗ trợ các kết luận của các mỹ phẩm, Toiletry, và Hiệp hội Fragrance (CTFA) và Hiệp hội Ung thư Mỹ rằng SLES không phải là một chất gây ung thư. Các Cơ quan Bảo vệ Môi Trường Hoa Kỳ phân loại độc chất học 1,4 - dioxane có thể là chất gây ung thư (có quan sát thấy sự gia tăng của bệnh ung thư trong các nghiên cứu động vật kiểm sốt, nhưng khơng phải trong các nghiên cứu dịch tễ học của người bằng cách sử dụng các hợp chất), và được biết
đến là một chất kích thích (khơng có tác dụng ở mức độ 400 mg/m3) ở nồng độ cao
hơn đáng kể so với sản phẩm thương mại. Theo Dự Luật 65 của tiểu bang California, 1,4-dioxane được phân loại là chất gây ung thư.
Độc chất: Dioxane 1,4: chất gây ơ nhiễm
Một số sản phẩm có chứa SLES đã được tìm thấy có chứa các các chất gây ung thư ở mức thấp được biết đến dioxane-1,4, các Cục Quản lý dược và thực phẩm Hoa Kỳ đang theo dõi các cấp độ này. FDA khuyến khích các nhà sản xuất loại bỏ 1,4 - dioxane, mặc dù nó khơng phải là u cầu của luật liên bang.
1.4.4 Cơ chế tác dụng
Chất hoạt động bề mặt làm giảm sức căng bề mặt của nước. Các phân tử lauryl sulfate hấp phụ lên bề mặt pha lỏng tạo thành một chất hấp phụ hydrat hóa rất mạnh và hình thành một áp suất, tạo cho các hạt dầu độ bền vững rất lớn, cản trở sự kết dính chúng lại với nhau.
Lauryl sulfate có các nhóm có cực như các hợp chất sulfonat hoặc etoxysulfat được gắn vào các chuỗi hyđrocacbon. Các nhóm tổng hợp này mang điện âm, chúng chỉ liên kết yếu với các ion (của sắt, magiê, canxi) trong nước và nhờ đó khả năng của nó vẫn rất tốt.
1.5.1 Dầu thực vật
Có nguồn gốc thực vật, nằm ở thể lỏng trong mơi trường bình thường. Có khá nhiều loại dầu được xếp vào loại dầu ăn được gồm: dầu ô liu, dầu cọ, dầu nành, dầu canola, dầu hạt bí ngơ, dầu bắp, dầu hạt hướng dương, dầu cây rum, dầu lạc, dầu hạt nho, dầu vừng, dầu argan và dầu cám gạo. Nhiều loại dầu cũng được dùng để nấu ăn.
Lượng chất béo vừa đủ trong lượng tiêu thụ thực phẩm hàng ngày là chủ đề thường xuyên của những tranh luận. Một vài chất béo được yêu cầu phải có trong khẩu phần ăn, và chất béo (trong dầu ăn) rất cần thiết cho nấu ăn. Cơ quan Quản lý Dược phẩm & Thực phẩm Hoa Kỳ (FDA) khuyến cáo rằng phải có 30% hoặc ít hơn lượng calori tiêu thị hàng ngày nên từ chất béo. Những nhà dinh dưỡng học khác lại nó rằng lượng calori hàng ngày của 1 người mà có nguồn gốc từ chất béo khơng nên vượt quá 10%. Trong mơi trường cực lạnh, chế độ ăn có 2/3 chất béo thì được chấp nhận và nên như vậy, vì lý do sinh tồn. Trong khi tiêu thụ lượng nhỏ chất béo bão hòa là rất cần thiết thì việc tiêu thụ một lượng chất béo vượt quá giới hạn cho phép được chứng minh là nguyên nhân dẫn đến bệnh nhồi máu cơ tim. Dầu ăn là một loại thực phẩm chứa chất béo bão hòa cao gồm dầu dừa, dầu cọ và dầu nhân cọ.
Dầu đun nóng sẽ làm thay đổi đặc tính của nó. Một vài loại dầu rất tốt cho sức khỏe ở nhiệt độ bình thường nhưng sẽ trở nên khơng tốt khi đun nóng tới một nhiệt độ nào đó. Khi lựa chọn dầu, yếu tố quan trọng cần xem xét là sức chịu nóng của dầu, và nên tìm loại dầu phù hợp cho từng món ăn. Dầu phù hợp với nhiệt độ nóng cao (trên 280°C/500°F).
Dù có tinh lọc hay chưa, tất cả loại dầu đều nhạy cảm với hơi nóng, ánh sáng và phơi ngồi khí ơxy. Dầu bị ơi có mùi khó chịu và nếm rất chua, tất nhiên là giá trị dinh dưỡng của nó đã khơng cịn nữa. Để hạn chế q trình này, một lớp khí trơ, thường là nitơ sẽ được bơm vào các bồn chứa dầu ngay lập tức sau khi sản xuất.
1.5.2 Nước
Nước là một hợp chất hóa học của ơxy và hiđrơ, có cơng thức hóa học là H2O. Với các tính chất lí hóa đặc biệt (ví dụ như tính lưỡng cực, liên kết hiđrơ và tính bất thường của khối lượng riêng) nước là một chất rất quan trọng trong nhiều
ngành khoa học và trong đời sống. 70% diện tích của Trái Đất được nước che phủ nhưng chỉ 0,3% tổng lượng nước trên Trái Đất nằm trong các nguồn có thể khai thác dùng làm nước uống.
Bên cạnh nước "thơng thường" cịn có nước nặng và nước siêu nặng. Ở các loại nước này, các nguyên tử hidro bình thường được thay thế bởi các đồng vị đơteri và triti. Nước nặng có tính chất vật lý (điểm nóng chảy cao hơn, nhiệt độ sơi cao hơn, khối lượng riêng cao hơn) và hóa học khác với nước thường.
Nước là một dung mơi tốt nhờ vào tính lưỡng cực. Các hợp chất phân cực hoặc có tính ion như axít, rượu và muối đều dễ tan trong nước. Tính hịa tan của nước đóng vai trị rất quan trọng trong sinh học vì nhiều phản ứng hóa sinh chỉ xảy ra trong dung dịch nước.
Nước tinh khiết khơng dẫn điện. Mặc dù vậy, do có tính hịa tan tốt, nước hay có tạp chất pha lẫn, thường là các muối, tạo ra các ion tự do trong dung dịch nước cho phép dòng điện chạy qua
Về mặt hóa học, nước là một chất lưỡng tính, có thể phản ứng như một ax it
hay bazơ. Ở 7 pH (trung tính) hàm lượng các ion hydroxyt (OH-) cân bằng với hàm
lượng của hydronium (H3O+). Khi phản ứng với một axit mạnh hơn thí dụ như HCl,
nước phản ứng như một chất kiềm:
HCl + H2O ↔ H3O+ + Cl-
Với ammoniac nước lại phản ứng như một axit:
NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH-
2. Qui trình tiến hành thí nghiệm2.1 Qui trình chung 2.1 Qui trình chung
2.2 Thuyết minh qui trình
2.2.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát hệ dầu/nước
Chuẩn bị 3 mẫu: M0, M1, M2 chứa 45 mL nước. Cho phụ gia vào 3 mẫu theo bảng sau
M0 M1 M2
Không phụ gia 0.1 % Lecithine 0.1 % Lauryl sunfate
Khuấy 5 phút
Cho 5 mL dầu vào lần lượt 3 mẫu
2.2.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát hệ nước/dầu
Chuẩn bị 3 mẫu: M0, M1, M2 chứa 45 mL dầu. Cho phụ gia vào 3 mẫu theo bảng sau
M0 M1 M2
Không phụ gia 0.1 % Lecithine 0.1 % Lauryl sunfate
Khuấy 5 phút
Cho 5 mL nước vào lần lượt 3 mẫu
Đo thời gian từ lúc ngừng khuấy đến khi tách lớp và đo chiều cao từng lớp.
3. Kết quả - bàn luận3.1 Kết quả 3.1 Kết quả
3.1.1 Thí nghiệm 1: Hệ dầu/nước Lần Thời gian tách lớp (s) Chiều cao lớp nước (cm) Chiều cao lớp dầu (cm) Chiều cao lớp bọt (cm) M0 12 65 2,62,7 0,40,3 Khơng có bọtKhơng có bọt 3 5 2,6 0,4 Khơng có bọt M1 1 11 2,4 0,6 Có ít bọt 2 13 2,5 0,5 Có ít bọt 3 11 2,5 0,5 Có ít bọt M2 12 1920 2,62,4 0,30,3 0,20,3 3 21 2,4 0,4 0,2 3.1.2 Thí nghiệm 2: Hệ nước/dầu Lần Thời gian tách lớp (m-s) Chiều cao lớp nước (cm) Chiều cao lớp dầu (cm) Chiều cao lớp bọt (cm) M0 12 02-0001-47 0,40,5 3,33,4 Khơng có bọtKhơng có bọt 3 01-50 0,5 3,5 Khơng có bọt M1 1 15-20 0,7 3,0 Khơng có bọt 2 16-38 0,7 3,0 Khơng có bọt 3 17-54 0,6 2,9 Khơng có bọt M2 12 17-4523-10 0,40,2 3,03,2 0,90,9 3 20-06 0,2 3,2 0,8 3.2 Bàn luận 3.2.1 Thí nghiệm 1: Hệ dầu/nước
Giả sử thời gian tách lớp trong các lần lặp thí nghiệm của các mẫu khơng có sự