Sinh học - Bài 4: Phụ gia tạo nhũ

Bài 4: PHỤ GIA TẠO NHŨ I. Tổng quan 1. Nguyên liệu dầu 1.1 Chỉ tiêu đánh giá chất dầu mở ª Đặc điềm: Có nguồn gốc thực vật, nằm ở thể lỏng trong môi 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 ngô, 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. 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 không 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 ngoài khí ôxy. Dầu bị ôi có mùi khó chịu và nếm rất chua, tất nhiên là giá trị dinh dưỡng của nó đã không còn nữa. Để hạn chế quá trình này, một lớp khí trơ, thường là nitơ sẽ được bơm vào các bồn chứa dầu ngay lập tức sau khi sản xuất. Một mẫu dầu tối phải đáp ứng các chỉ tiê sau Trạng thái cảm quan (CTVN 2627-1993) - trong suốt đặt trưng cho từng loại Không bị đục Không bị ôi khét Không có mảu sắc, mùi vị (xét ở 50∘C) Chỉ tiêu hóa lí hàm lượng nước: ≤ 0.2 – 0.3% độ chua:≤ 6∘ (số ml dd NaOH 1N dùng để trung hòa 100ml dầu) phản ứng Kreiss (dùng xác định độ ôi khét): âm tính chỉ số proxide: không quá 5 ( số ml Natri thiosulphate (Na2S2O3) 0.002N dùng đề thư 1g dầu) hàm lượng kim loại cho phép: As 0.10 ppm (mg/kg) Pb 0.10 ppm Cu 0.10 ppm Sn 40.00 ppm Zn 40.00 ppm Hg 0.05 ppm Cd 1.00 ppm Sb 1.00 ppm Chỉ tiêu vi sinh tổng số vi khuẩn hiếm khí 103/g coliform 10/g E.coli 3/g Saureus 0 Salmonella 0 Tổng số bào tử nấm mốc 0 2. Phụ gia 2.1 Lecithince 2.1.1 Đặc điểm - Lecithine là một thuật ngữ chung để chỉ định bất kỳ nhóm chất béo nào có màu nâu-vàng trong mô 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 ). 2.1.2 Cơ chế hoạt động 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: Các phân tử phản ứng của lecithine thấm qua lớp màng chất hoạt hóa bề mặt ra ngoài và gặp nhau. Nhưng thực tế thì phản ứng theo cách này là rất nhỏ, không đáng kể. Khi các hạt vi nhũ tương của lecithine 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 không 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. - vai trò: . Lecithin được tinh chết từ đậu nành nên nó cung cấp một lượng lớn các phospholipid. Nó là chất nhũ hóa giúp hòa tan trộn lẫn chất béo và nước. . Lecithin có nhóm chức Inositol là nhân tố kích thích sinh trưởng và giải độc tốt. . Lecithin có tác dụng tăng cường quá trình hấp thụ các chất béo, cân bằng Omega. Nó có khả năng chống oxy hóa giúp ngăn chặn quá trình phân hủy chất béo. . Lecithin làm tăng khả năng hấp thụ thức ăn, là môi trường hòa tan tốt các vitamin A, D, E, K. 2.2 Lauryl sulfat 2.2.1 Công thức cấu tạo 2.2.2 Cơ chế hoạt động - 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. 2.2.3 Vai trò - Laurylsulfate là chất hoạt động bề mặt được sử dụng như 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. - 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 phòng. 2.3 Nước Nước là một hợp chất hóa học của ôxy và hiđrô, có công thức hóa học là H2O. Với các tính chất lí hóa đặc biệt (ví dụ như tính lưỡng cực, liên kết hiđrô và tính bất thường của khối lượng riêng) nước là một chất rất quan trọng trong nhiều ngành khoa học và trong đời sống. Nước là một dung môi 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 hòa tan của nước đóng vai trò rất quan trọng trong sinh học vì nhiều phản ứng hóa sinh chỉ xảy ra trong dung dịch nước. Nước tinh khiết không dẫn điện. Mặc dù vậy, do có tính hòa 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 axit 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- QUY TRÌNH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆN Quy trình chung 0,1% phụ gia 20 pha phân tán Đo thời gian ngừng khuấy đến khi tách lớp Khuấy 5 phút Khuấy 3 phút 80 ml pha liên tục Đo chiều cao từng lớp 1.1.1 Thuyết minh quy trình 1.1.2 Khào sát thí nghiệ 1: Hệ dầu/ nước Chuẩn bị 3 mẫu: M0, M1, M2 chứa 20 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 80 mL nước vào lần lượt 3 mẫu Đo thời gian từ lúc ngừng khuấy đến khi tách lớp và đo chiều cao từng lớp. 1.1.3 Khảo sát thí nhiệm 2: Hệ nước/ dầu Chuẩn bị 3 mẫu: M0, M1, M2 chứa 20 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 80 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 luận 3.1 Kết quả 3.1.1 Thí nghiệ 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 1 6 2,6 0,4 Không có bọt 2 5 2,7 0,3 Không có bọt 3 5 2,6 0,4 Không 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 1 19 2,6 0,3 0,2 2 20 2,4 0,3 0,3 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 1 02-00 0,4 3,3 Không có bọt 2 01-47 0,5 3,4 Không có bọt 3 01-50 0,5 3,5 Không có bọt M1 1 15-20 0,7 3,0 Không có bọt 2 16-38 0,7 3,0 Không có bọt 3 17-54 0,6 2,9 Không có bọt M2 1 17-45 0,4 3,0 0,9 2 23-10 0,2 3,2 0,9 3 20-06 0,2 3,2 0,8 Bàn luận Hệ dấu/ nước Giả sử thời gian tách lớp trong các lần lặp thí nghiệm của các mẫu không có sự khác biệt, ta có thời gian tách lớp trung bình của các mẫu như sau: Mẫu Thời gian tách lớp trung bình (s) M0 5,3 M1 11,6 M2 20 Như vậy ta thấy thời gian tách lớp của mẫu 2 (sử dụng lauryl sunfate 0.1 %) là cao nhất. Điều này có thể thấy trong hệ nhũ tương dầu/ nước, lauryl sunfate là chất tạo nhũ tốt hơn lecithine với cùng nồng độ sử dụng. Điều này có thể được giải thích như sau: Lauryl sunfate là một chất hoạt động bề mặt dạng anion, có tính phân cực mạnh nên có khả năng hòa tan trong nước cao nên trong hệ dầu trong nước với pha liên tục là nước Lauryl Sulfate đóng vai trò là một chất nhũ hóa tốt. Bên cạnh đó Lauryl Sunfate là một chất có khả năng tạo bọt nên trong quá trình thí nghiệm chúng ta thấy có một lớp bọt trắng xóa nổi dềnh trên bề mặt dung dịch. Hệ nước/ dầu Giả sử thời gian tách lớp trong các lần lặp thí nghiệm của các mẫu không có sự khác biệt, ta có thời gian tách lớp trung bình của các mẫu như sau: Mẫu Thời gian tách lớp trung bình (m-s) M0 01-52 M1 16-37 M2 20-20 Trong hệ nước/dầu thì thời gian tách lớp của Lauryl sunfate vẫn cao hơn của Lecithine ở cùng nồng độ sử dụng. Tuy nhiên theo lý thuyết thì đối với hệ nước nước/dầu Lecithine sẽ ổn định hệ nhũ tương tốt hơn nhưng kết quả thực hiện trên thì ngược lại. Cho nên có lẽ đã có sai sót trong quá trình thí nghiệm. Vì lớp trong dầu quá ít và do tính chất nước nặng hơn nên chìm xuống đáy và cùng màu với đáy pecker, khó đo chính xác thời gian tách lớp 4. Trả lởi câu hỏi Câu 1: Nêu các bước hình thành hệ nhũ tương thực phẩm, phân loại hệ nhũ tương - Các bước hình thành hệ nhũ tương thực phẩm: có sự hình thành các giọt cầu có kích thước khá nhỏ của chất bị phân tán trong một phần khá lớn về thể tích của pha liên tục, hiện tượng này sảy ra do các gốc ưu béo sẽ co cụm vào bên trong để lộ các góc ưu nước bên ngoài (hay ngược lại) làm 2 pha không hòa tan trong nhau và có sự tách pha hình thành nên hệ nhũ tương. Việc hình thành hệ nhũ tương đi đôi với việc tạo nên một bề mặt liên pha quan trọng giữa 2 chất lỏng không trộn lần vào nhau được. Bề mặt chia pha này sẽ tăng theo luật số mũ khi đường kính của các giọt giảm. - 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 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, 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. Câu 2: Trình bày cơ chế hoạt động của phụ gia làm bền hệ nhũ tương Chất tạo nhũ là chất gồm 2 gốc ưa nước và kỵ nước, phần kỵ nước sẽ tương tác với các chất béo tạo ra liên kết cầu béo và chống lại sự hợp giọt. Chất làm bề nhũ tương phải có bề mặt liên pha bền có khả năng chống lại một cách cơ học sự hợp giọt, phải một sức căng bề mặt liên pha lớn. Nhũ là một hỗn hợp tương đối ổn định của một chất lỏng trong một chất lỏng, hai chất lỏng này không tan vào nhau. Khi t ạo nhũ, sự khuếch tán pha lỏng này trong pha lỏng kia làm tăng bề mặt tiếp xúc, nghĩa là làm tăng năng lượng tự do của hệ thống. Vì vậy, khi có chất hoạt động bề mặt, chúng l àm giảm sức căng bề mặt phân chia pha, tức là làm giảm năng lượng tự do bề mặt, do đó làm tốc độ kết dính của các hạt chậm lại nên hệ trở nên bền hơn về mặt nhiệt động. Chất hoạt động bề mặt có khả năng tạo nhũ (bền nhũ) là do chúng có khả năng di chuyển đến và chất chứa trên bề mặt phân chia pha giữa hai chất lỏng mà trong trường hợp này là bề mặt các hạt micell. Chất hoạt động bề mặt là chất có khả năng làm thay đổi năng lượng bề mặt mà nó tiếp xúc. Tính hoạt động bề mặt có thể dẫn đến hai hiệu ứng hoàn toàn riêng lẽ: - Làm giảm sức căng bề mặt phân chia pha của hệ thống - Bền hóa bề mặt phân chia pha bởi sự tạo th ành những lớp hấp phụ. Chất hoạt động bề mặt gồm hai phần: phần có ái lực với n ước hay phần đầu (head hyprophilic) và phần kỵ nước hay phần đuôi (tail hyprophilic). Chọn chất nhũ tương thường gồm 2 chất: một chất rất háo nước và một chất rất háo dầu, và tìm 2 tỉ lệ phù hợp để phối trộn sẽ có tác dụng làm bên nhũ tương tốt hơn nếu dùng từng chất một. Câu 3: Trình bày tính chất và cơ chế hoạt động của phụ gia sử dụng trong bài Phụ gia lecithine được sử dụng trong bài có 2 đầu ưa nước và kị nước. Đầu ưa dầu sẽ bị bao trùm bởi các cầu béo và đầu ưa nước sẽ bị bao trùm bởi các cầu nước gắn kết chúng lại với nhau trở thành nhũ tương. Câu 4: Trình bày tác hại có thể xảy ra khi sử dụng sai những phụ gia trong bài thí nghiệm? Không đạt được mục đích của thí nghiệm. Hệ nhũ tương tạo ra không đạt yêu cầu. Ảnh hưởng đến màu sắc làm giảm giá trị càm quan. Thời gian làm thí nghiệm có thể lâu. Có thể sử dụng loại phụ gia độc hại với cơ thể. Đối với lauryl sunfate là một chất gây ung thư, kích ứng da, loét Aphthous thì càng phải cẩn trọng. Câu 5: Nêu phương pháp xác định lecithine Lecithin là một phospholipide quan trọng. Người ta xác định lecithin bằng phản ứng và những enzyme sau: Phospholipase – C: Lecithin + H2O ® 1-2diglyceride + phosphorylcholine. Alkaline-phosphatase Phosphorylcholine + H2O ® choline + Pi. Choline – kinase: Choline ® ATP phosphoryicholine + ADP. Câu 6: Kể tên vài hệ nhũ tương thường gặp và phụ gia sử dụng? Nước tương sử dụng: Gum Xanthan, natri benzoat, caramel. Sữa chua sử dụng: carrageenan, alginet, gelatine. Kem sử dụng: monoglycerid, polysacchride. Chocolate sử dụng: lecithine, caramel. Câu 7, 8 : Nêu giá trị INS, ADI, ML của lecithin, lauryl sulphate, mono - &di-glycerid của axid béo? Kể tên những thực phẩm thường sử dụng lecithin, lauryl sulphate, mono - &di-glycerid của axid béo và liều lượng được phép sử dụng? INS (international numbering system) là kí hiệu được uỷ ban Codex về thực phẩm xác định cho mỗi chất phụ gia khi xếp chúng vào danh mục chất phụ gia thực phẩm. ADI (acceptable Daily Intake) là lượng xác định của mỗi chất phụ gia thực phẩm được cơ thể ăn vào hàng ngày thông qua thực phẩm hoặc nước uống mà không gây ảnh hưởng có hại đến sức khoẻ. ADI được tính theo mg/kg trọng lượng cơ thể/ngày. ADI có thể được biểu hiện dưới dạng: giá trị xác định, chưa quy định (CQĐ) và chưa xác định (CXĐ). ML (MaximumLevel) mức giới hạn tối đa của mỗi chất phụ gia sử dụng trong quá trình sản xuất, chế biến, xử lý, bảo quản, bao gói và vận chuyển sản phẩm. Lecithin Tên tiếng Việt: lecithin Tên tiếng Anh: lecithins INS: 322 ADI: CXĐ Chức năng: chống oxi hóa, nhũ hóa, ổn định STT Nhóm thực phẩm ML 1 Sữa bột, bột kem (nguyên chất) GMP 2 Sữa lên men (nguyên kem), không xử lý nhiệt sau lên men GMP 3 Sữa lên men (nguyên kem), có xử lý nhiệt sau lên men GMP 4 Kem thanh trùng, xử lý nhiệt độ cao (UHT), kem tách béo 5000 5 Thịt, thịt gia cầm và thịt thú tươi dạng xay nhỏ GMP 6 Thủy sản tươi, kể cả nhuyễn thể, giáp xác, da gai tươi GMP 7 Thủy sản, sản phẩm thủy sản đông lạnh, kể cả nhuyễn thể, giáp xác, da gai GMP 8 Thủy sản, sản phẩm thủy sản hun khói,sấy khô, lên men hoặc ướp muối, kể cả nhuyễn thể, giáp xác, da gai GMP 9 Muối GMP 10 Dầu trộn, gia vị ( bao gồm các chất tương tự muối) GMP 11 Thức ăn cho trẻ em dưới 1 tuổi GMP 12 Thức ăn bổ sung cho trẻ đang tăng trưởng 3000 13 Cà phê, chè, nước uống có dược thảo và các loại đồ uống từ ngũ cốc, không kể nước uống từ cacao 5000 Mono và diglycerit của axit béo Tên tiếng Việt: mono và diglycerit của axit béo Tên tiếng Anh: Mono-and-Di-glycerides of Fatty Acids INS: 471 ADI: CXĐ Chức năng:làm dày, nhũ hóa, ổn định, chất độn, chống tạo bọt STT Nhóm thực phẩm ML 1 Sữa và sữa bơ 2000 2 Sản phẩm sữa lên men và sữa có chất rennet (nguyên chất) không kể đồ uống từ sữa 100 3 Sữa bột, bột kem (nguyên chất) 2500 4 Mỡ và dầu thực vật 20000 5 Mỡ lợn, mỡ động vật, dầu cá và dầu động vật khác 100000 6 Thịt, thịt gia cầm và thịt thú tươi dạng xay nhỏ GMP 7 Thủy sản và sản phẩm thủy sản, kể cả nhuyễn thể, giáp xác, da gai đã qua chế biến 5000 8 Muối 5000 9 Thức ăn cho trẻ em dưới 1 tuổi 5000 10 Thức ăn bổ sung cho trẻ đang tăng trưởng 15000 11 Cà phê, chè, nước uống có dược thảo và các loại đồ uống từ ngũ cốc, không kể nước uống từ cacao GMP