BÀI 3 : PHỤ GIA TẠO LÀM ĐẶC, LÀM DÀY
1. Tổng quan về phụ gia làm đặc, làm dầy
1.4. Một số phụ gia sử dụng trong bài thí nghiệm:
1.4.1. Agar Nguồn gốc:
Agar được thu nhận từ loại tảo biển đỏ thuộc họ Rhodophycence.
Cấu tạo:
Agar là một hỗn hợp phức tạp của các polysaccharide mà thành phần chủ yếu của mạch chính là D-galactose và 3,6-anhydro-L-galactose liên kết với nhau bằng lien kết 1-4 và 1-3. Chuỗi mạch chính được ester hóa một ít với acid sulfuric. Hàm lượng khác nhau giữa agarose (thành phần tạo gel chính chủa agar) và agaropectin (thành phần không tạo gel ) tạo nên bản chất của agar.
Tính chất:
Agar có dạng bột màu trắng hay vàng nhạt, khơng mùi hoặc có mùi nhẹ dặc trưng, khơng vị. Agar không tan trong nước lạnh, tan một ít trong ethanol amine và tan được trong nước nóng.
Cơ chế tạo gel:
Khi đun nóng polymer tạo thành một khối, khi dung dịch nguội đi các chuỗi sẽ bao lấy nhau và liên kết với nhau từng đôi một bằng liên kết hydro để tạo thành chuỗi xoắn kép, tạo ra một mạng lưới không gian ba chiều nhốt các chất khô bên trong do số lượng liên kết hydro rất lớn.
Khả năng tạo gel:
- Quá trình tạo gel xảy ra khi làm lạnh dung dịch agar.
- Agar có khả năng tạo gel mạnh nhất. Q trình tạo gel có thể xảy ra ở nồng độ thấp (0.04%), khơng cần chất hỗ trợ, gel tạo thành có độ bền cao nhất.
- Gel agar có tính thuận nghịch về nhiệt. Dung dịch agar sẽ tạo gel ở nhiệt độ khoảng từ 32- 40oC và tan chảy ở nhiệt độ khoảng 80-85oC.
- Hàm lượng đường có tác động đến cấu trúc agar, tăng lượng đường làm agar cứng hơn nhưng giảm độ kết dính.
Sử dụng trong sản phẩm mức trái cây thay thế cho pectin nhằm giảm lượng đường trong sản phẩm. ngồi ra, cịn được sử dụng trong các sản phẩm yohurt, sữa chocolate, bánh kẹo,…
1.4.2. Carrageenan Nguồn gốc:
Được chiết xuất từ loại tảo biển
Cấu tạo:
Carrageenan là một dạng phức hợp của nhiều polymer khác nhau, đơn phân là các gốc galactose và 3,6-anhydro-galctose (3,6-AG), có cả loại có gốc sulfite và khơng có gốc sulfite. Các gốc này kết hợp với nhau bằng liên kết -1,4 glycosidic.
Các polysaccharide phổ biến của carrageenan là kappa-, iota- và lambda-carrageenan. Các loại này khác nhau về mức độ sulfate hóa.
Tính chất của carrageenan:
- Màu hơi vàng, màu nâu vàng nhạt hay màu trắng. Dạng bột thô, bột mịn và gần như không mùi. - Không tan trong ethanol, tan trong nước ở nhiệt độ khoảng 80oC tạo thành một dung dịch sệt hay dung dịch màu trắng đục có tính chảy.
- Độ nhớt của dung dịch tùy thuộc vào loại carrageenan, khối lượng phân tử, nhiệt độ, các ion có mặt và hàm lượng carrageenan.
- Carrageenan có khả năng tương tác với nhiều loại gum đặc biệt là locust bean gum, trong đó tùy thuộc vào hàm lượng nó sẽ có tác dụng làm tăng độ nhớt, độ bền gel và độ đàn hồi của gel. - Ở hàm lượng cao carrageenan làm tăng độ bền gel của guar gum nhưng ở hàm lượng thấp, nó chỉ có thể làm tăng độ nhớt.
- Ổn định ở pH >7, phân hủy ở pH = 5-7, phân hủy nhanh ở pH < 5.
Khả năng tạo gel:
- Phụ thuộc rất lớn vào sự có mặt của các cation.
Ví dụ: Khi liên kết với K+, NH4+, dung dịch -carageenan tạo thành gel thuận nghịch về nhiệt. Khi liên kết với Na+ thì carrageenan hịa tan trong nước lạnh và khơng có khả năng tạo gel. - Muối K+ của -carrageenan có khả năng tạo gel tốt nhất nhưng gel giòn và dễ bị phân rã. Chúng ta có thể giảm độ giịn của gel bằng cách thêm vào locust bean gum.
-Carrageenan có ít liên kết ion nhưng khi tăng lực liên kết có thể tạo gel đàn hồi. Kappa: tạo gel chắc do có mặt ion kali, thường sở dụng cho sản phẩm sữa.
Iota: tạo gel mềm do có mặt ion calci.
Lambda: khơng tạo gel do có sự hiện diện của ion natri, được sử dụng như chất làm đặc. Khi liên kết với K+, NH4+, dung dịch -carageenan tạo thành gel thuận nghịch về nhiệt. Khi liên kết với Na+ thì carrageenan hịa tan trong nước lạnh và khơng có khả năng tạo gel. Muối K+ của -carrageenan có khả năng tạo gel tốt nhất nhưng gel giịn và dễ bị phân rã. Chúng ta có thể giảm độ giịn của gel bằng cách thêm vào locust bean gum.
Cơ chế tạo gel :
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 khơng có trật tự sang dạng xoắn có trật tự. Nhiệt độ của q 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. Cịn dưới điều kiện khơng 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 lị 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.
Ứng dụng:
Dùng làm chất tạo gel và ổn định trong công nghiệp sản xuất đồ ăn tráng miệng, sữa đơng, sữa sơcola, nước chấm, món ăn nhà bếp, kem, bánh kẹo…
1.4.3. Pectin Nguồn gốc
- Có mặt trong quả, củ, thân cây, đóng vai trị vận chuyển nước và lưu chất cho các trái cây đang trưởng thành, duy trì hình dáng và sự vững chắc của trái cây. Tiền thân của pectin là
- Trong công nghiệp pectin được thu nhận từ dịch chiết của các nguyên liệu thực vật, thường là táo hay các quả có múi.
Cấu tạo
Polysaccharide dị thể, mạch thẳng, là dẫn xuất methyl của acid pectic. Acid pectic là 1 polymer của acid D-galcturonic, liên kết với nhau bằng liên kết 1,4-glucoside. Một chuỗi gồm khoảng 10000 phân tử galactoronic tạo thành một phân tử pectin M= 10000-100000.
Tính chất
- Dạng bột màu trắng hoặc hơi vàng, hơi xám, hơi nâu. - Tan trong nước, không tan trong ethanol.
- Có khả năng tạo gel bền.
Khả năng tạo gel:
Các pectin và acid pectinic có các nhóm hydroxyl (-OH) nên có khả năng hydrat hóa cao.
Các phân tử pectin mang điện tích âm nên chúng có khả năng đẩy lẫn nhau, do đó làm giãn mạch và làm tăng độ nhớt của dung dịch. Vì vậy khi làm giảm độ tích điện và độ hydrat hóa sẽ làm cho các phân tử pectin xích lại gần nhau và tương tác với nhau tạo nên một mạng lưới 3 chiều rắn chứa pha lỏng ở bên trong.
Khả năng tạo gel phụ thuộc chủ yếu vào 2 yếu tố: chiều dài của chuỗi pectin và mức độ methoxyl hóa.
Ứng dụng:
- Pectin là tác nhân tạo gel quan trọng nhất được sử dụng để tạo ra cấu trúc gel cho thực phẩm,chủ yếu là những thực phẩm có nguồn gốc từ rau quả. Khả năng tạo gel của nó cịn được sử dụng ở những thực phẩm cần có sự ổn định của nhiều pha, hoặc trong sản phẩm cuối hoặc ở một giai đoạn tức thời trong quy trình sản xuất.
- Tác dụng tạo đặc của pectin được sử dụng chủ yếu ở những loại thực phẩm mà quy định không cho phép sử dụng những loại gum có giá thành rẻ hơn hay ở những loại thực phẩm cần có một hình dáng thật tự nhiên.
1.4.4. Xanthan gum Nguồn gốc:
Xanthan gum là một polysaccharide ngoại bào được tổng hợp bởi loài Xanthomonas campestris.
Cấu tạo:
Xanthan gum chứa D-glucose và D-mannose là các đường hexose chủ yếu, ngoài ra cịn có acid D-glucuronic và acid pyruvic. Các D-glucose lien kết với nhau qua liên kết β-1,4 và do đó có cấu tạo giống như phân tử cellulose. Mạch bên tương tác với mạch chính (nhờ lực liên kết thứ hai) để hình thành một phân tử khá cứng. Mạch bên trisaccharide: 2 phân tử mannose được tách biệt nhờ 1 phân tử glucuronic acid. Phân nửa nhóm mannose tận cùng liên kết với nhóm pyruvate & phân nữa cịn lại có chứa nhóm acetyl. Những nhóm carboxyl ở mạch bên thể hiện tính anion của phân tử gum.
Tính chất:
Xanthan gum tương tác với guar gum để tăng độ nhớt của dung dịch.Tương tác với locust bean gum tạo ra 1 loại gel thuận nghịch với nhiệt.
Xanthan gum khơng hịa tan trong dung mơi hữu cơ (nhưng hydrate hóa trong glycerol ở 650C). Sau khi hydrate hóa trong nước –> thêm đến 50% ethanol hoặc propanol –> không kết tủa xanthan gum.
Tương tác tốt với các chất làm đặc khác: tinh bột, carrageenan, pectin, gelatin, agar, alginate và dẫn xuất cellulose.
Xanthan gum có nồng độ 0.3% trong nước đã khử ion có nhiệt độ thay đổi hình dạng là 400C > trong TP có hàm lượng muối thấp là 900C –> muối giúp ổn định hình dạng có trật tự của
xanthan gum và ổn định độ nhớt của nó.
Khả năng tạo gel:
Trong nước lạnh Xanthan gum có thể hịa tan được dễ dàng , hình thành nên 1 dung dịch có độ nhớt cao ở nồng độ rất thấp( khoảng 1%w/w).
Ứng dụng:
Xanthan gum được ứng dụng trong 1 số loại thực phẩm như nước sốt salad, nước sốt thị và nước sốt rau quả, các sản phẩm sữa, sản phẩm kem, các sản phẩm nướng,…
1.4.5. Alginat
Nguồn gốc:
Alginate được chiết xuất từ rong biển, tảo bẹ lớn như Macrocystis pyrifera, Ascophyllum Nodosum và các loại như Laminaria. Ngoài ra, chúng cũng được sản xuất bởi hai loại vi khuẩn Pseudomonas và Azotobacter
Alginate có cơng thức phân tử là (C6H8O6)n, Alginate bào gồm axit alginic, alcinate natri, alginate canxi, alginate amon, alginate kali…
Tính chất:
Alginate có thể hấp thụ với lượng nước gấp 200-300 lần khối lượng của nó và có thể tạo nên một sự liên kết tạo cho dung dịch có độ nhớt. Chúng có màu trắng đến vàng nâu. Gel hình thành do alginate khơng có tính thuận nghịch về nhiệt.
Khả nảng tạo gel:
Alginate tạo thành gel khi có mặt cation Ca2+ hoặc ở pH thấp, các phân tửsẽ liên kết chéo với nhau bằng liên kết ion. Khi ở nhiệt độ cao ở trạng thái sơi, khi làm nguội thì alginate sẽ tạo gel.
Ứng dụng:
Alginate thường được sử dụng trong các loại thực phẩm như sữa đông, sôcôla, bánh kẹo, các sản phẩm thịt…
1.4.6. CMC (Carboxymethyl cellulose)
Nguồn gốc:
Phụ gia CMC carboxymethyl cellulose có nguồn gốc từ cellulose – một hợp chất hữu cơ rất phổ biến trong tự nhiên và là thành phần chính của hầu hết thành tế bào thực vật (cell wall). Nó là nguồn nguyên liệu đầu tiên được sử dụng để tạo ra những sản phẩm biến tính ứng dụng trong cơng nghiệp thực phẩm và các ngành khác.
Cấu tạo
Phụ gia tạo đặc Carboxymethyl cellulose (CMC) là một polymer, là dẫn xuất cellulose với các nhóm carboxymethyl (-CH2COOH) liên kết với một số nhóm hydroxyl của các glucopyranose monomer tạo nên khung sườn cellulose và thường được sử dụng dưới dạng muối Natri carboxymethyl
cellulose.
Phụ gia làm đặc, làm dầy CMC - Carboxymethyl cellulose E466.
Tính chất:
Là chế phẩm ở dạng bột trắng, hơi vàng, hầu như không mùi hạt hút ẩm. CMC tan trong cả nước nóng và nước lạnh.
CMC có khả năng tạo đơng thành khối vững chắc với độ ẩm rất cao (98%). Độ chắc và tốc độ tạo đông phụ thuộc vào nồng độ CMC, độ nhớt của dung dịch và lượng nhóm acetat thêm vào để tạo đơng. Nồng độ tối thiểu để CMC tạo đông là 0.2% và của nhóm acetat là 7% so với CMC. CMC không tan trong dung môi hữu cơ như ethanol, glycerol,… nếu trong cơng thức có các thành phần này phải tăng cường sự phân tán CMC trước bằng cách bổ sung đường, fructose syrup hoặc syrup đường nghịch đảo. Dầu ăn có thể được sử dụng, mặc dù khả năng hịa tan có thể chậm hơn vì dầu ăn tạo lớp vỏ bọc bao phủ các hạt CMC.
Ứng dụng CMC trong thực phẩm:
- Tăng cảm giác ngon miệng trong thức uống - Là chất ổn định trong các sản phẩm kem
- Duy trì cấu trúc bánh mì, tránh thốt ẩm, hạn chế rạn nứt khi nướng - Làm đặc các sản phẩm bánh, cocktail và siro
- Ngăn chặn protein trong sữa ngưng tụ