Khi dung dịch gelatin được ứng dụng đưa vào trong sản xuất thì độ nhớt của dịch gelatin là một chỉ tiêu quan trọng cần phải xem xét. Trong các sản phẩm “gummy” khả năng chảy là quan trọng trong sản xuất thì gelatin có độ nhớt thấp được sử dụng. Ngược lại, gelatin có độ nhớt cao lại được yêu cầu trong sản xuất “cream”. Gelatin có độ nhớt thấp có bất lợi là chúng đòi hỏi thời gian để định hình lâu hơn và sản phẩm cuối cùng thường mềm ở khoảng nhiệt độ cao.
Độ nhớt của dung dịch gelatin phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu sản xuất gelatin, điều kiện sản xuất, nồng độ và nhiệt độ của dung dịch gelatin. Trong dung dịch gelatin giống hệt nhau về khả năng tạo gel, thì độ nhớt của gelatin loại B thường cao hơn 30÷50% độ nhớt của gelatin loại A.
4.3. THỜI GIAN VAØ NHIỆT ĐỘ CẦN THIẾT ĐỂ ĐỊNH HÌNH DỊCH GELATIN [35, 54, 63, 76, 77, 82]
Trong quá trình sản xuất các sản phẩm có sự hiện diện của gelatin thì khi được làm nguội dung dịch gelatin sẽ chuyển thành dạng gel. Thời gian và nhiệt độ cần để định hình cho sản phẩm phụ thuộc vào sự biến dạng nhiệt độ trong quá trình làm nguội, loại gelatin được sử dụng, các thành phần trong công thức làm ra sản phẩm và tổng lượng nước được sử dụng.
Khi gia tăng tổng lượng nước sử dụng, quá trình định hình sẽ bắt đầu ở nhiệt độ thấp hơn có nghĩa là sự chuyển đổi từ dạng dung dịch sang dạng gel yêu cầu ít thời gian hơn (H.4.3). Điều này có thể được giải thích như sau: màng gel gelatin được tạo thành chỉ khi các phân tử gelatin tạo thành mạng không gian 3 chiều và sau đó được
giữ vững bởi các liên kết hydro, liên kết ion và các tương tác kỵ nước. Các phần gelatin càng linh động ở giai đoạn đầu của quá trình làm nguội thì chúng càng nhanh chóng tạo được sự sắp xếp về không gian cần thiết cho quá trình tạo gel. Tóm lại, nếu lượng nước nhiều thì độ nhớt của dịch gelatin sẽ giảm và sự di chuyển của các phần tử gelatin sẽ nhanh và dễ dàng hơn. Điều này làm cho thời gian đông lại của dịch gelatin sẽ diễn ra nhanh chóng tại nhiệt độ thấp hơn.
Hình 4.33 Độ nhớt của dịch tạo khuôn trong “gummy” trái cây khi làm nguội phụ thuộc vào hàm lượng nước [63]
4.4. TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH TRONG SẢN XUẤT [35, 54, 63, 76, 77, 82] Nhìn chung lại thì kích thước các phần của bột gelatin và độ nhớt của dịch gelatin là những nhân tố quan trọng khi xem xét quá trình tối ưu trong các ứng dụng có sử dụng gelatin. Trong các tính huống khác nhau thì quá trình định hình của gelatin lại đóng vai trò quan trọng đặc biệt là khi xem xét thời gian của quá trình.
Khi dịch gelatin diễn ra sự giảm độ nhớt bất thuận nghịch, sự mất khả năng tạo gel, cường độ màu tăng và sự giảm các giá trị cảm quan… thì các giá trị như: nhiệt độ, thời gian và pH cần phải được xem xét.
Trong khoảng nhiệt độ từ 60÷70oC, dung dịch gelatin có thể được giữ trong vòng vài giờ mà không mất khả năng tạo gel. Ví dụ như hình 4.5 sau 2h ở 60oC, dung dịch gelatin vẫn giữ 98% khả năng tạo gel so với dịch ban đầu. Dung dịch gelatin có thể
được nung nóng trong khoảng nhiệt độ từ 90÷100oC mà không mất khả năng tạo gel trong vòng vài phút. Tuy nhiên khi nhiệt độ lớn hơn 100oC thì sự mất khả năng tạo gel là rất lớn hoặc có thể duy trì được khả năng tạo gel trong khoảng thời gian rất ngắn (H.4.4). Do đó cần phải tránh nếu có thể và trong các sản phẩm tiệt trùng thì gelatin có nồng độ cao cần phải được sử dụng để bù vào lượng gelatin bị mất đi khả năng tạo gel bởi sự phân hủy do nhiệt.
Sự phá hủy các đặc tính gelatin còn diễn ra mạnh mẽ hơn khi chịu tác động của pH (H.4.6). Do vậy acid hay kiềm nên đưa vào các công đoạn sau của quá trình sản xuất.
Ngoài ra loại gelatin được sử dụng cũng cần được xem xét. Ví dụ như: gelatin loại A bền nhiệt hơn tại pH có tính acid nhẹ so với gelatin loại B (H.4.7).
Tóm lại, trong quá trình sản xuất cần phải nắm rõ sự hòa tan và tính lưu biến học của dung dịch gelatin cũng như sự tương tác của nó với các thành phần khác trong công thức từ đó xem xét các biến dạng về thời gian và nhiệt độ nhằm đảm bảo tối ưu hóa trong quá trình sản xuất. Các vấn đề như: sự tạo tảng, tạo bọt trong quá trình hòa tan, sự mất khả năng tạo gel của gelatin trong quá trình sản xuất và lưu trữ cần phải được quan tâm và hạn chế đến mức tối thiểu để phát huy các đặc tính kỹ thuật của gelatin.
Hình 4.34 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phân hủy gelatin ở pH=5 [63]
Hình 4.35 Sự giảm tương đối độ chắc của gel phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian lưu trữ [63]
Hình 4.36 Sự giảm tương đối độ chắc của gel của dung dịch gelatin 6,67% tại 60oC phụ thuộc vào pH và thời gian lưu trữ [63]
Hình 4.37 Sự giảm độ chắc của gel gelatin sau 3h tại 70oC ở các giá trị pH khác nhau [63]
CHƯƠNG 5. CÁC LĨNH VỰC ỨNG DỤNG GELATIN
5.1. GELATIN TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM [4, 5, 8, 10, 13, 16, 19,20, 24, 25, 26, 33, 34, 35, 39, 40, 41, 44, 49, 56, 58, 62, 63, 75, 76, 77, 78, 82] 20, 24, 25, 26, 33, 34, 35, 39, 40, 41, 44, 49, 56, 58, 62, 63, 75, 76, 77, 78, 82] Bảng 5.7 Tiêu chuẩn gelatin ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm [82]
Thông số. “US Food Chemical V, 2003” “EUROPEAN REGUALATION NO853/2004M 2073/2005.” Tổn thất trong lúc sấy. ≤15%(105oC) - Tro. ≤3%(550oC) - Sulfur dioxide (SO2). ≤50 mg/kg ≤50 mg/kg Peroxide (H2O2). - ≤10 mg/kg Cadmium (Cd). - ≤0,5mg/kg Arsenic (As) - ≤1 mg/kg Copper (Cu) - ≤30 mg/kg Lead (Pb) ≤1,5mg/kg ≤5 mg/kg Zinc (Zn) - ≤50 mg/kg Chromium (Cr) ≤10 mg/kg ≤10 mg/kg Mercury (Hg) - ≤0,15 mg/kg Pentachlorophenol ≤0,3 mg/kg -
Salmonella Không hiện diện trong 25g Không hiện diện trong 25g
E. coli Không hiện diện trong 25g -
Trong công nghiệp thực phẩm, gelatin là một trong những loại chất keo ưa nước, được sử dụng như tác nhân tạo gel, tạo độ đặc hoặc tác nhân ổn định cấu trúc. Gelatin
khác với các loại chất keo khác ở chỗ: trong khi hầu hết các loại chất keo khác là polyssacharide (như carrageenan, pectin, agar, …) thì gelatin là một loại protein chứa tất cả các acid amin thiết yếu, ngoại trừ trytophane. Hiện nay, lượng gelatin đươc sản xuất hàng năm trên thế giới ước tính khoảng trên 315.000 tấn và lượng gelatin được sử dụng trong công nghệ thực phẩm chiếm khoảng trên 60%, chủ yếu trong lĩnh vực công nghiệp sản xuất bánh kẹo.
Theo tổ chức y tế thế giới WHO thì gelatin là an toàn cho sức khỏe và gelatin không được xem như là một phụ gia thực phẩm. Trên đây là bảng tiêu chuẩn gelatin được ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm (B.5.1).
5.1.1. Ứng dụng gelatin trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo
Công nghiệp sản xuất bánh kẹo có lẻ là lĩnh vực có nhiều ứng dụng của gelatin nhất tính cho đến hiện nay. Gelatin được sử dụng trong các sản phẩm bánh kẹo ngọt như: “winegums”, “gummy bears”, “fruit chews”, “marshmallow” và ”licorice”. Chức năng của gelatin phụ thuộc vào loại sản phẩm. Trong “marshmallows”, gelatin đóng vai trò làm bền bọt. Trong “fruit chews” và “licorice”, gelatin tham gia tạo cấu trúc, độ dai cho sản phẩm. Trong “winegums” và “gummy bears”, đặc tính tạo gel của gelatin đóng vai trò quan trọng và độ Bloom yêu cầu từ 260÷280. Loại gelatin được sử dụng phụ thuộc vào đặc tính của sản phẩm cuối cùng.
Yêu cầu về việc sử dụng gelatin trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo:
Gelatin cần phải được hòa tan hoàn toàn trước để có thể phát huy các tính năng công nghệ của chúng. Để đạt được yêu cầu này thì cần phải thỏa mãn các vấn đề sau:
Lượng nước thích hợp.
Sự khuấy đảo hợp lý: khi phần gelatin được hydrate hóa chúng có khuynh hướng kết lại với nhau do vậy sự khuấy đảo hợp lý là cần thiết.
Nhiệt độ: gelatin cần được gia nhiệt đến 60oC để có thể hòa tan hoàn toàn. Nó có thể hòa tan rất nhanh khi được đưa trực tiếp vào nước nóng lớn hơn 90oC hoặc gia nhiệt gelatin đã được làm ướt trong nước lạnh.
Thời gian: gelatin cần thời gian để có thể hút nước. Khoảng thời gian này có thể kéo dài từ 15 phút cho đến 1 giờ tùy thuộc vào nồng độ dung dịch cần thu, kích thước các phần hòa tan và phương pháp sử dụng để chuẩn bị dịch hòa tan. Dung dịch gelatin này không tạo gel được cho đến khi nó được làm nguội đến nhiệt độ thích hợp và nó không giống như các chất tạo gel khác cần muối hoặc acid để tạo gel. Gel gelatin có tính thuận nghịch với nhiệt độ do vậy nó có thể tan chảy ra sau khi thể gel được tạo thành. Nhiệt độ tan chảy của chúng thấp hơn nhiệt độ thân nhiệt (khoảng 35÷36oC).
Giá trị Bloom của gelatin là chỉ số đo đạc độ mạnh của gel gelatin. Chỉ số này càng cao thì độ bền của gel càng lớn ở cùng một nồng độ.
Độ Bloom cho các ứng dụng tạo gel điển hình nằm trong khoảng từ 100÷
280 tuy nhiên gelatin có độ Bloom trung bình và cao hơn được ưa chuộng trong lĩnh vực “gummy” bởi vì chúng tạo ra một cấu trúc đặc trưng và cải thiện khả năng định hình. Những thành phần khác như glucose, surcose và hàm lượng ẩm cũng là những nhân tố quan trọng trong việc hình thành nên cấu trúc của sản phẩm “gum” .Vì vậy việc xem xét ảnh hưởng của gelatin cũng gắn liền với những nhân tố này.
Khi gelatin được ứng dụng trong sản xuất loại kẹo “chewy” thì độ Bloom thấp được ưa chuộng (độ Bloom nằm trong khoảng từ 70÷140). Mức độ sử dụng từ 0,2% trong kẹo “caramel” và “toffee” đến 2,5% trong kẹo “grained chew”. Nếu gelatin có độ Bloom cao được sử dụng thì lượng dùng có thể giảm đi một nửa.
Khi gelatin được ứng dụng trong sản xuất loại kẹo “marshmallow” thì giá trị Bloom chỉ đóng vai trò nhỏ trong việc hình thành cấu trúc sản phẩm.
Độ nhớt của gelatin:
Trong quá trình sản xuất các sản phẩm “gum”: độ nhớt của gelatin có thể tác động đến quá trình cố định trong sản xuất sản phẩm “gum”, đặc biệt là khi gelatin có hàm lượng cao. Tuy nhiên trong một vài nhà máy, cả quy trình và việc lập công thức được xem xét khi cần định ra độ nhớt phù hợp. Trong
nhiều trường hợp, độ nhớt của gelatin không đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất các sản phẩm “gum”.
Trong sản xuất các sản phẩm “chewy” thì độ nhớt của gelatin có thể có tác dụng thứ yếu trong quá trình đánh trộn tuy nhiên chúng có thể được điều chỉnh dễ dàng bằng sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình này.
Trong quá trình sản xuất các sản phẩm “marshmallow” thì độ nhớt của gelatin đóng vai trò quan trọng hơn trong những ứng dụng khác của gelatin trong công nghệ sản xuất bánh kẹo. Độ nhớt của gelatin ảnh hưởng đến quá trình đánh trộn syrup, quá trình giữ các bọt khí… .Độ nhớt của gelatin còn đóng vai trò quan trọng khi kết hợp với các phương pháp tạo hình được sử dụng. Với phương pháp tạo hình sử dụng các khuôn tinh bột thì độ nhớt của khối kẹo yêu cầu phải thấp để nó có thể chảy dễ dàng vào các khuôn, còn trong phương pháp ép đùn thì độ nhớt của khối kẹo phải cao để định hình cho sản phẩm sau khi đùn.
Gelatin là chất nhạy cảm với nhiệt độ và acid và đặc biệt là khi có sự kết hợp giữa hai yếu tố này có thể làm hỏng khả năng tạo gel của gelatin. Nếu quá trình nấu diễn ra nhanh thì gelatin có thể được đưa vào ngay từ đầu còn nếu quá trình nấu yêu cầu thời gian dài thì gelatin nên đưa vào quá trình trộn sau công đoạn nấu để hạn chế phản ứng Maillard và phản ứng nghịch đảo đường. Việc thêm acid vào nên giữ ở mức tối thiểu có thể được và nên thêm chỉ vào trước công đoạn đánh trộn tại nhiệt độ nhỏ nhất có thể.
Bảng 5.8 Bảng ứng dụng của gelatin trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo [82] Loại sản phẩm. Chức năng. Độ Bloom. Loại
gelatin.
Độ nhớt. Lượng sử dụng.
Gum gelatin. Tạo gel, tạo cấu trúc, xây dựng tính
đàn hồi.
180÷260. A/B. Thấp, cao. 6÷10%.
Gum rượu. Tạo gel, tạo cấu trúc, xây dựng tính
đàn hồi.
100÷180. A/B. Thấp, trung bình.
2÷6%.
Kẹo “chewy”. Tạo khí, tạo độ đàn dẻo, đàn hồi. 100÷150. A/B. Trung bình, cao. 0,5÷3%. Kẹo “marshmallows ”.
Tạo khí, tạo gel, tác nhân bền vững.
200÷260. A/B. Trung bình, cao.
2÷5%.
Kẹo “nuga”. Tạo tính dai, đàn hồi. 100÷150. A/B. Trung bình, cao. 0,2÷1,5 %. Kẹo “liquorice”.
Tạo gel, tạo cấu trúc, tính dẻo, đàn hồi. 120÷220. A/B. Thấp, trung bình. 3÷8%. Lớp màng phủ ngoài. Tạo lớp màng, tạo liên kết. 120÷150. A/B. Trung bình, cao. 0,2÷1%. Những vấn đề thường gặp trong quá trình sản xuất một số loại kẹo thông dụng có sử dụng gelatin.
Bảng 5.9 Những vấn đề thường gặp trong sản xuất kẹo “gum” [76]
Vấn đề. Nguyên nhân. Cách khắc phục.
Gum không được tạo thành.
Sự hỏng gelatin. Cắt giảm sự có mặt của nhiệt và acid.
Gelatin không hoà tan. Đảm bảo rằng quá trình hoà tan được tiến hành đúng: hai phần nước một phần gelatin, có khuấy trộn và nhiệt độ tối thiểu là 60oC.
Có thể do sự tương tác giữa các thành phần trong công thức.
Xem xét lại công thức sử dụng.
Gum bị mờ, đục. Có thể do sự tương tác giữa các thành phần trong công thức.
Xem xét lại công thức sử dụng.
Gelatin không hòa tan hoàn toàn.
Tuân thủ hướng dẫn về sự hòa tan gelatin.
Các bong bóng khí được giữ lại.
Xem xét lại quá trình hòa tan gelatin và công đoạn loại khí trong quy trình sản xuất.
Sự kết tinh lại đường.
Sử dụng quá nhiều sucrose. Tăng việc sử dụng glucose hoặc các DE của glucose
Sử dụng quá ít gelatin. Tăng mức độ sử dụng gelatin sẽ giúp ngăn cản quá trình kết tinh. Lượng ẩm nhiều. Tăng nhiệt độ nấu để làm tăng
khả năng hoà tan, tăng độ đồng nhất; xem xét lại công thức sử dụng.
Gum có màu vàng, nâu.
Nhiệt độ nấu cao. Giảm nhiệt, thời gian nấu nên ngắn lại, thêm gelatin sau khi nấu.
Gum quá mềm. Lượng gelatin sử dụng ít. Tăng lượng gelatin sử dụng. Độ “Bloom” không hợp lý. Tăng độ “Bloom”.
Sự hỏng gelatin. Cắt giảm sự có mặt của nhiệt và acid.
Việc sử dụng chất tạo ngọt không thích hợp.
Xem xét lại các chất tạo ngọt về hàm lượng ẩm.
Gum quá cứng Lượng gelatin sử dụng nhiều.
Giảm lượng gelatin sử dụng. Độ “Bloom” không hợp lý. Giảm độ “Bloom”.
Việc sử dụng chất tạo ngọt không thích hợp.
Xem xét lại các chất tạo ngọt về hàm lượng ẩm.
Bề mặt sản phẩm có hình dạng không được ưa chuộng.
Điều kiện hồ hóa không hợp lý.
Xem xét lại các điều kiện lý tưởng cho quá trình tạo hình và chất lượng bột đưa vào sản xuất. Sự lồi lõm ở mặt
sau của sản phẩm.
Sự đồng nhất trong quá trình định hình còn thấp.
Tăng nhiệt độ nấu để tăng sự đồng nhất.
Sản phẩm có mùi lạ.
Sử dụng thành phần kém phẩm chất.
Xem xét lại chất lượng của vật liệu sử dụng.
Tinh bột bị nhiễm mốc. Đảm bảo tinh bột được sử dụng hợp lý và độ ẩm 5÷8%.
Sản phẩm có tính dính, nhớt
Độ ẩm quá cao. Nấu ở nhiệt độ cao hơn để giảm ẩm; xem lại công thức sử dụng. Lượng nước thấp hơn độ ẩm
cân bằng.
Điều chỉnh lại chất tạo ngọt cho thích hợp với độ ẩm cân bằng của môi trường.
Acid được đưa vào quá sớm. Việc thêm acid chỉ trước quá trình định dạng để tránh làm hư hỏng gelatin và quá trình chuyển