Tìm hiểu chất phụ gia

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG Định nghĩa: Phụ gia: Theo TCVN: Phụ gia thực phẩm là những chất không được coi là thực phẩm hay một thành phần chủ yếu của thực phẩm, có hoặc không có giá trị dinh dưỡng, đảm bảo an toàn cho sức khỏe, được chủ động cho vào thực phẩm với lượng nhỏ nhằm duy trì chất lượng, hình dạng, mùi vị, độ kiềm hoặc độ acid của thực phẩm, đáp ứng về yêu cầu công nghệ trong chế biến, đóng gói, vận chuyển và bảo quản thực phẩm. Phụ gia tạo cấu trúc: là nhóm phụ gia thêm vào nhằm thay đổi cấu trúc nguyên liệu ban đầu, tạo ra cấu trúc mới hoặc làm ổn định cấu trúc của sản phẩm Phân loại: HYROCOLLOID: Xanthan gum, guargum, carrageenan, locust bean gum, agar-agar, pectin, alginate… Hyrocolloid à những polymer tan trong nước (polysaccharide và protein) hiện đang được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp với rất nhiều chức năng như tạo đặc hay tạo gel hệ lỏng, ổn định hệ bọt, nhũ tương và huyền phù, ngăn cản sự hình thành tinh thể đá và đường, giữ hương. Chúng có thể được phân loại tùy thuộc vào nguồn gốc, phương pháp phân tách, chức năng, cấu trúc, khả năng thuận nghịch về nhiệt, thời gian tạo gel hay điện tích. Nhưng phương pháp phân loại thích hợp nhất cho những tác nhân tạo gel là cấu trúc, khả năng thuận nghịch về nhiệt và thời gian tạo gel. Nguồn hydrocolloid quan trọng trong công nghiệp: - Thực vật: Trong cây: cellulose, tinh bột, pectin. Gum từ nhựa cây: gum arabic, gum karaya, gum ghatti, gum tragacanth Hạt: guar gum, locust bean gum, tara gum, tamarind gum Củ: konjac mannan Tảo (Algal) Tảo đỏ: agar, carrageenan Tảo nâu: alginate Vi sinh vật: xanthan gum, curdlan, dextran, gellan gum, cellulose POLYSACCHARIDE: tinh bột, tinh bột biến tính, maltose dextrin, chitosan… PROTEIN: caseinate, whey, bột mì và gluten, protein đậu nành, protein trứng, da heo, gelatin,… POLYPHOSPHATE. CHƯƠNG 2: MỘT SỐ LOẠI PHỤ GIA TẠO CẤU TRÚC: 2.1 Carrageenan (nhóm hyrocolloid) 2.1.1 Lịch sử phát hiện ra Carrageenan Carrageenan bắt đầu được sử dụng hơn 600 năm trước đây, được chiết xuất từ rêu Irish moss (Loài rong đỏ Chondrus crispus) tại một ngôi làng trên bờ biển phía Nam Ireland trong một ngôi làng mang tên Carraghen. Vào những năm 30 của thế kỷ XX, carrageenan được sử dụng trong công nghiệp biavà hồ sợi. Cũng trong thời kỳ này những khám phá về cấu trúc hóa học của carrageenan được tiến hành mạnh mẽ. Sau này, carrageenan được chiết xuất từ một số loài rong khác như Gigartina stelata thuộc chi rong Gigartina. Nhiều loài rong khác cũng được nghiên cứu trong việc chiết tách carrageenan để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Hình 1: tảo carrageenan Ngày nay, sản xuất công nghiệp carrageenan không c òn giới hạn vào chiết tách từ Irish moss, mà rất nhiều loài rong đỏ thuộc ngành Rhodophyta đã được sử dụng. Những loài này gọi chung là Carrageenophyte. Qua nhiều nghiên cứu, đã có hàng chục loài rong biển được khai thác tự nhiên hay nuôi trồng để sản xuất carrageenan, phổ biến nhất là : Kappaphycus alvarezii, Chondrrus crrispus, Sarcothalia crispate và Eucheuma denticulation được sử dụng để thu carrageenan dùng trong thực phẩm. Trong thực phẩm, người ta không sử dụng từng loại tảo riêng biệt mà luôn luôn kết hợp nhiều loại lại với nhau để tạo ra Carrageenan có các đặc tính riêng biệt và hoàn hảo hơn. Từ đó người ta chia carrageenan thành 3 loại điển hình sau: + Kappa carageenan: được tch chiết từ các loại tảo Kappaphycus alvarezii, Chondrrus crrispus, Sarcothalia crispate. + Iota carrageenan: được tách chiết từ tảo Eucheuma denticulation. + Lambda carrageenan: được tách chiết từ tảo Chondrrus crrispus, Sarcothalia crispate. 2.1.2 Cấu tạo của carrageenan Carrageenan là một polysaccharide dị thể của galactose –galactan. Ngoài mạch polysaccharide chính còn có thể có các nhóm sulfat được gắn vào carrageenan ở những vị trí và số lượng khác nhau. Vì vậy, carrageenan không phải chỉ l à một polysaccharid đơn lẻ, có cấu trúc nhất định mà là các galactan sulfat. Mỗi galactan sulfat là một dạng riêng của carrageenan và có ký hiệu riêng. Ví dụ: λ – , κ –, ι –, ν – carrageenan. Có thể nói carrageenan là một hỗn hợp phức tạp của ít nhất 5 loại polymer: λ – , κ –, ι –, ν.. - carrageenan, cấu tạo từ các gốc D-galactose và 3,6-anhydro D-galctose. Các gốc này kết hợp với nhau bằng liên kết -1,4 và -1,3 luân phiên nhau. Các gốc D-galactose được sulfate hóa với tỉ lệ cao. Các loại carrageenan khác nhau về mức độ sulfate hóa. Mạch polysaccharide của các carrageenan có cấu trúc xoắn kép. Mỗi vòng xoắn do 3 đơn gốc disaccharide tạo nên. Các polysaccharide phổ biến của carrageenan là kappa-, iota- và lambda- carrageenan: Kappa-carrageenan  là một loại polymer của D-galactose- 4-sulfate và 3,6-anhydro D-galctose. Iota-carrageenan cũng có cấu tạo tương tự Kappa-carrageenan, ngoại trừ 3,6-anhydro-galactose bị sulfate hóa ở C số 2. Lambda-carrageenan có monomer hầu hết là các D-galactose- 2-sulfate (liên kết 1,3) và D-galactose-2,6-disulfate (liên kết 1,4). Muy và nuy- carrageenan khi được xử lý bằng kiềm sẽ chuyển thành kappa và iota- carrageenan. Trong quá trình chiết tách, do tác động của môi trường kiềm các μ-,ν-,λ-carrageenan dễ chuyển hóa thành κ-, ι-, θ- carrageenan tương ứng. Các carrageenan có mức độ sulfat hóa khác nhau, thí dụ κ–carrageenan (25 % sulfat), ι–carrageenan (32 % sulfat), λ–carrageenan (35 % sulfat). Các sản phẩm này đã được thương mại hóa, chiếm vị trí quan trọng trong thị trường polysaccharide. 2.1.3 Tính chất Độ tan: Màu hơi vàng, màu nâu vàng nhạt hay màu trắng. Dạng bột thô, bột mịn và gần như không mùi. Carrageenan tan trong nước nhưng độ tan của nó phụ thuộc vào dạng, nhiệt độ, pH, nồng độ của ion và các chất tan khác. Nhóm carrageenan có cầu nối 3,6-anhydro không ưa nước, do đó các carrageenan nàykhông tan trong nước. Nhóm carrageenan không có cầu nối th ì dễ tan hơn. Thí dụ như λ-carrageenan không có cầu nối 3,6-anhydro và có thêm 3 nhóm sulfat ưa nư ớc nên nó tantrong nước ở điều kiện bất kỳ. Đối với κ –carrageenan thì có độ tan trung bình, muối natri của κ –carrageenan tan trong nước lạnh nhưng muối kali của κ –carrageenan chỉ tan trong nước nóng. Độ nhớt Độ nhớt của các dung dịch carrageenan phụ thuộc v ào nhiệt độ, dạng, trọng lượng phân tử và sự hiện diện của các ion khác tr ong dung dịch. Khi nhiệt độ và lực ion của dung dịch tăng thì độ nhớt của dung dịch giảm. Các carrageenan tạo th ành dung dịch có độ nhớt từ 25 – 500 Mpa, riêng κ –carrageenan có thể tạo dung dịch có độ nhớt tới 2000 Mpa. Sự liên quan tỷ lệ thuận giữa độ nhớt và trọng lượng phân tử của carrageenan có thểmô tả bằng công thức cân bằng của Mark -Houwink như sau: [η] = K(Mw)α Trong đó: η: độ nhớt Mw: trọng lượng phân tử trung bình K và α: hằng số phụ thuộc vào dạng của carrageenan và dung môi hòa tan Tương tác giữa carrageenan với protein Đây là một trong những tính chất quan trọng của carrageenan v à cũng là đặc trưng cho tất cả các chất tạo gel cũng như các chất không tạo gel là xuất hiện phản ứng với protein. Phản ứng này xảy ra nhờ các cation có mặt trong các nhóm protein tích điện tác dụng với nhóm sulfat mang điện âm của carrageenan và có tính quyết định đến độ bền cơ học của gel. Trong công nghiệp sữa, nhờ vào tính chất liên kết với các protein trong sữa mà carrageenan được sử dụng (với nồng độ 0,015 – 0,025 %) làm tác nhân để ngăn chặn sự tách lỏng và làm ổn định các hạt coca trong sữa sôcôla. Tạo gel Carrageenan có một tính chất vô cùng quan trọng là 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). Từ dạng dung dịch chuyển sang dạng gel là do tương tác giữa các phân tử polyme hòa tan với các phân tử dung môi ở bên trong, nhờ tương tác này mà gel tạo thành có độ bền cơ học cao. Phần xoắn vòng lò xo chính là những mầm tạo gel, chúng lôi kéo các phân tử dung môi vào vùng liên kết. Sự hình thành gel có thể gây ra bởi nhiệt độ thấp hoặc th êm các cation với một nồng độ nhất định. Quá trình hình thành gel diễn ra phức tạp, được thực hiện theo hai bước: Bước 1: khi hạ nhiệt độ đến một giới hạn n ào 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: gel của các polyme xoắn có thể thực hiện ở các cấp độ xoắn. Trong trường hợp đầu, sự phân nhánh và kết hợp lại sẽ xuất hiện cấp độ xoắn thông qua sự hình thành không đầy đủ của xoắn kép, theo hướng đó mỗi chuỗi tham gia vào xoắn kép với hơn một chuỗi khác. Trong trường hợp thứ hai, các phần đã phát triển đầy đủ của đa xoắn tụ hợp lại tạo thành gel. Còn dưới các điều kiện không tạo gel, ở các nồng độ polyme thấp sự hình thành và hợp lại của các xoắn sẽ dẫn đến tăng độ nhớt. Qua đó, có thể mô tả cơ chế tạo gel như sau: trước hết là xuất hiện sự chuyển đổi cấu hình từ dạng cuộn sang xoắn lò xo, tiếp sau là sự kết hợp các xoắn và tụ hợp lại có trật tự tạo thành xoắn kép – gel. Như vậy, gel là tập hợp các xoắn có trật tự hay c òn gọi là xoắn kép. 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 hòa tan trong nước lạnh và không 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 giòn của gel bằng cách thêm vào locust bean gum. 2.1.4. Phương pháp sản xuất carageenan trong công nghiệp. Carrageenan được thu nhận bằng cách chiết từ tảo biển bằng nước hay bằng dung dịch kiềm loãng. Carrageenan được thu lại bằng sự kết tủa bởi cồn, sấy thùng quay, hay kết tủa trong dung dịch KCl và sau đó làm lạnh. Cồn được sử dụng trong suốt quá trình thu nhận và tinh sạch là methanol, ethanol, và isopropanol. Sản phẩm có thể chứa đường nhằm mục đích chuẩn hóa, chứa muối để thu được cấu trúc gel đặc trưng hay tính năng tạo đặc. 2.1.5. Ứng dụng Carrageenan được sử dụng ở nhiều dạng khác nhau trong nhiều sản phẩm mà chúng ta sử dụng hàng ngày, nhất là trong lĩnh vực thực phẩm với một trong ba hoặc cả ba tác dụng sau: + Chất ổn định + Chất tạo gel + Chất tạo sự đông đặc Các sản phẩm có sử dụng carrageenan đã được sử dụng phổ biến trong nhiều thế kỷ. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh độ an toàn của carrgeenan, nó không gây độc, không có dấu hiệu gây viêm loét trên cơ thể và có thể sử dụng trong thực phẩm với một lượng không giới hạn. Tổ chức FDA của Mỹ đã xếp carrageenan vào danh mục các chất an toàn đối với các sản phẩm thực phẩm. Tính phổ biến của carrageenan được thể hiện ở 4 đặc điểm sau: Tham gia như một chất tạo đông đối với một số sản phẩm nh ư: kem, sữa, bơ, pho mát. Làm bền nhũ tương, giúp cho dung dịch ở trạng thái nhũ tương cân bằng với nhau mà không bị tách lớp. Có thể thay đổi kết cấu của sản phẩm với tính chất hóa lý, cơ học mong muốn, tạo ra các sản phẩm đông đặc có độ bền dai. Giúp ổn định các tinh thể trong các sản phẩm bánh, kẹo ngăn chặn đường và nước đá bị kết tinh. Chính vì vậy, carrageenan được ứng dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân, góp phần đa dạng hóa các sản phẩm thực phẩm. 2.1.6 Ứng dụng trong các ngành thực phẩm Carrageenan được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực chế biến thực phẩm khác nhau như: kem, phomat, bánh pudding, si rô, đồ uống lạnh, mứt ít đường và sữa chua, thịt cá. Các công ty chế biến thịt cá sử dụng carrageenan vì carrageenan có khả năng tăng hiệu suất các sản phẩm bằng cách giữ nước bên trong sản phẩm. Ngoài ra, carrageenan còn được thêm vào bia hoặc rượu để tạo phức protein và kết lắng chúng làm cho sản phẩm được trong hơn. Sử dụng carrageenan trong thực phẩm giúp gia tăng lợi nhuận khoảng 40%. Đảm bảo sự tươi ngon ( khả năng giữ nước) , ổn định cấu trúc của thịt , cá, và gia cầm trong suốt quá trình từ vận chuyển, tồn trữ và các giai đoạn chế biến. 2.2 Tinh bột – tinh bột biến tính: (nhóm polysaccharide) Tinh bột là polysaccharide chủ yếu có trong hạt, củ, thân cây và lá cây. Tinh bột cũng có nhiều ở các loại củ như khoai tây, sắn, củ mài. Một lượng đáng kể tinh bột cũng có trong các loại quả như chuối và nhiều loại rau. Tinh bột có nhiều trong các loại lương thực do đó các loại lương thực được coi là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất tinh bột. Hình dạng và thành phần hóa học của tinh bột phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt ... Tinh bột không phải là một chất riêng biệt, nó bao gồm hai thành phần chính là amylose và amylopectin. Hai chất này khác nhau về nhiều tính chất lý học và hóa học. 2.2.1 Cấu tạo: Tinh bột là loại polysaccharide khối lượng phân tử cao gồm các đơn vị glucose được nối nhau bởi các liên kết α-glucoside, có công thức phân tử là (C6H10O5)n, ở đây n có thể từ vài trăm đến hơn 1 triệu. Tinh bột giữ vai trò quan trọng trong công nghiệp thực phẩm do những tính chất hóa lý của chúng. Tinh bột thường dùng làm chất tạo độ nhớt, độ sánh cho các thực phẩm dạng lỏng hoặc là tác nhân làm bền keo hoặc nhũ tương như các yếu tố kết dính và làm đặc tạo độ cứng, độ đàn hồi cho nhiều loại thực phẩm. Ngoài ra tinh bột còn nhiều ứng dụng trong dược phẩm, công nghiệp dệt, hóa dầu... Tinh bột bao gồm hai dạng phân tử là amylose và amylopectin. Amylose chiếm 20-30% trong tinh bột tự nhiên, dạng mạch thẳng, có khả năng tạo gel, amylopectin dạng mạch phân nhánh, không có khả năng tạo gel. Công thức cấu tạo: Amylose Amylopectin Sự khác biệt giữa amylose và amylopectin không phải luôn luôn rõ nét. Bởi lẽ ở các phân tử amylose cũng thường có một phần nhỏ phân nhánh, do đó cũng có những tính chất giống như amylopectin. 2.2.2 Một số tính chất quan trọng của hạt tinh bột Tính chất nhớt – dẻo của hồ tinh bột Phân tử tinh bột chứa nhiều nhóm hydroxyl có khả năng liên kết được với nhau làm cho phân tử tinh bột tập hợp lại, giữ nhiều phân tử nước hơn khiến cho dung dịch có độ đặc, độ dính, độ dẻo và độ nhớt cao hơn. Tính chất này càng thể hiện mạnh mẽ hơn ở những tinh bột loại nếp. Khả năng tạo gel và thoái hóa của tinh bột Khi để nguội hồ tinh bột thì các phân tử sẽ tương tác với nhau và sắp xếp lại một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột có cấu trúc mạng 3 chiều. Để tạo được gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ đậm đặc vừa phải, phải được hồ hóa để chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan và sau đó được để nguội ở trạng thái yên tĩnh. Trong gel tinh bột chỉ có duy nhất các liên kết hydro tham gia. Khi gel tinh bột để một thời gian dài thì chúng sẽ co lại và một lượng dịch thể sẽ tách ra. Quá trình thoái hóa gồm 3 giai đoạn: Đầu tiên các mạch được uốn thẳng lại. Vỏ hydrat bị mất và các mạch được định hướng lại. Các cầu hydro được tạo thành giữa các nhóm -OH của các phân tử tinh bột khác nhau. Do các phân tử amylose có mạch thẳng nên định hướng với nhau dễ dàng và tự do hơn các phân tử amylopectin, vì thế hiện tượng thoái hóa gần như chỉ có liên quan với các phân tử amylose. Khả năng tạo màng Tinh bột có khả năng tạo màng là do amylose và amylopectin dàn phẳng ra, sắp xếp lại và tương tác trực tiếp với nhau bằng liên kết hydro hoặc gián tiếp qua phân tử nước. Khả năng tạo sợi Phương pháp tạo sợi như sau: Cho dịch tinh bột qua một bản có đục lỗ với đường kính lỗ thích hợp (lớn hơn 1mm). Khi đùn qua các lỗ này, chúng sẽ tự định hướng theo chiều của dòng chảy. Các phân tử tinh bột có xu hướng kéo căng ra và tự sắp xếp song song với nhau theo phương của trọng lực. Các sợi đã hình thành vừa ra khỏi khuôn kéo còn ướt được nhúng ngay vào một bể đựng nước nóng để định hình nhờ tác dụng của nhiệt. Các phân tử đã được định hướng trong từng sợi sẽ tương tác với nhau và với nước bằng cầu hydro để hình thành sợi miến. Các sợi đã hình thành được kéo ra khỏi bể rồi được nhúng tiếp vào bể đựng nước lạnh để các phân tử liên hợp lại với nhau được chặt hơn và tạo nhiều cầu hydro giữa các phân tử hơn. Sự kết tinh từng phần sẽ làm tăng độ bền cơ học và sự gắn bó các sợi với nhau. Các sợi tiếp đó được gia nhiệt để khử nước cũng như để làm tăng lực cố kết và độ cứng. Các sợi được tạo ra từ những tinh bột giàu amylose (đậu xanh, dong, riềng,…) thường dai hơn, bền hơn sợi làm từ tinh bột giàu amylopectin (ngô, nếp…) bởi vì các phân tử amylose dài nên tương tác giữa các phân tử dọc theo chiều dài lớn, sợi dai và chắc, còn các phân tử amylopectin có nhiều mạch nhánh ngắn, lực tương tác giữa các phân tử yếu hơn nên dễ đứt. Khả năng phồng nở của tinh bột Khi tương tác với chất béo dưới tác dụng của nhiệt độ thì tinh bột sẽ tăng thể tích rất lớn và trở nên rỗng xốp. Đó là do chất béo không phân cực nên xuyên thấm qua các vật liệu tinh bột, cellulose. Khi nhiệt độ tăng thì các tương tác kỵ nước cũng mạnh nên chúng có khuynh hướng tụ lại với nhau và xuyên qua các “cửa ải” tinh bột. Đồng thời, nhiệt làm tinh bột hồ hóa và chín, nhưng không khí cũng như các khí có trong khối bột không thấm qua lớp màng tinh bột đã tẩm béo nên sẽ giãn nở và làm tinh bột phồng nở. 2.2.3 Tinh bột biến tính: Định nghĩa: là tinh bột đã qua các điều kiện gia công nhất định (gia nhiệt, xử lý bằng kiềm, acid,…làm thay đổi cấu trúc tinh bột ban đầu Mục đích: Tinh bột tự nhiên với các tính chất đặc trưng đã và đang được khai thác để phục vụ cho nhu cầu sản xuất. Tuy nhiên, khi ngành công nghiệpthực phẩm mở rộng với chủng loại sản phẩm đa dạng thì tinh bột tự nhiên cho thấy nó có những hạn chế, hoặc có những tính chất mặc dù thích hợp cho sản phẩm này nhưng lại bất lợi cho sản phẩm khác. Trong thực tế sản xuất, ứng với mỗi một sản phẩm thực phẩm thường đòi hỏi 1 dạng tinh bột hoặc một dẫn xuất tinh bột nhất định. Có sản phẩm yêu cầu tinh bột giàu amylose lại có sản phẩm yêu cầu tinh bột thuần nhất amylopectin. Có sản phẩm cần dạng tinh bột có độ hòa tan tốt, có dạng cần tinh bột bền không bị thoái hóa ở nhiệt độ thấp. Có loại cần độ dẻo, độ trong, có loại không mong muốn những tính chất đó. Vì vậy, quá trình biến tính tinh bột nhằm đáp ứng một số yêu cầu kỹ thuật như tăng độ hòa tan, độ nhớt, độ dẻo, độ dai chắc, tránh hiện tượng thoái hóa cấu trúc gel tinh bột. Phương pháp biến tính tinh bột: Phương pháp biến tính vật lý Phương pháp biến tính hóa học Phương pháp biến tính hóa sinh Biến tính bằng cách kết hợp các phương pháp trên 2.2.3.1. Tinh bột biến tính bằng phương pháp vật lý: Tinh bột hồ hóa sơ bộ (Pregelatinized starch) Kiểu biến tính hồ hóa trước tạo cho tinh bột khả năng hồ hóa mà không cần nấu. Sản phẩm được gọi là “pregelatinized starch”, “pregel”, “pre-cooked starch” hay “instant starch”. Phương pháp này có thể áp dụng cho cả tinh bột tự nhiên và tinh bột đã biến tính bằng các phương pháp khác. Nguyên tắc của phương pháp biến tính này là hồ hóa huyền phù tinh bột bằng nhiệt rồi nhanh chóng sấy khô để trả lại trạng thái bột khô trước khi tinh bột bị thoái hóa. Trong thực tế, tinh bột được nấu và sấy khô cùng lúc, bằng cách dùng trống sấy, ép đùn (extrusion) hoặc sấy phun. Trong kỹ thuật sấy bằng trống và ép đùn, hạt tinh bột chịu nhiều tác động cơ học như nhiệt độ, lực cắt cơ học, áp suất nén cao, và bị thay đổi cấu trúc nhiều. Ngược lại, trong kỹ thuật sấy phun, huyền phù tinh bột được hồ hóa và sấy khô đồng thời nhờ hơi nóng, do đó hạt tinh bột hầu như còn nguyên vẹn, rất ít bị phá hủy bởi lực cắt và nhiệt. Sản phẩm này gọi là tinh bột CWS (cold-water swelling starch). Tinh bột hồ hóa sơ bộ có những tính chất sau: - Trương nhanh trong nước - Biến đổi chậm các tính chất khi bảo quản - Bền khi ở nhiệt độ thấp - Có độ đặc và khả năng giữ nước, giữ khí tốt Do đó người ta thường dùng tinh bột hồ hóa sơ bộ này trong mọi trường hợp khi cần độ đặc, giữ nước mà không cần nấu. Tinh bột xử lý nhiệt (Heat treated starch) Trong các điều kiện có kiểm soát, hạt tinh bột được xử lý nhiệt và sau đó được trả về trạng thái hạt ban đầu. Tinh bột sản phẩm không những duy trì được tính chất hồ hóa đúng mức (cook-up) mà hồ tinh bột còn có độ nhớt và độ bền được cải thiện. Có 2 loại quá trình xử lý nhiệt, cả hai đều gây ra biến tính vật lý nhưng không hồ hóa tinh bột, không phá hủy tính nguyên vẹn của hạt, hoặc không làm mất tính lưỡng chiết (birefringence). - Quá trình xử lý nhiệt ẩm (heat-moisture treatment): tinh bột được làm ẩm và gia nhiệt đến quá nhiệt độ hồ hóa, nhưng độ ẩm không đủ để quá trình hồ hóa xảy ra. Tinh bột xử lý nhiệt ẩm là dạng tinh bột biến tính vật lý lâu đời nhất. - Quá trình “annealing”: là quá trình gia nhiệt huyền phù tinh bột ở nhiệt độ dưới nhiệt độ hồ hóa và giữ trong một thời gian xác định. Các sản phẩm tinh bột xử lý nhiệt này được xem là tinh bột tự nhiên (native) và do đó chỉ cần ghi trên nhãn là “tinh bột thực phẩm” (“food starch”). Tinh bột xử lý vi sóng Phương pháp biến tinh tinh bột bằng vi sóng được xem là một trong những phương pháp “mới nhất” và “sạch nhất” hiện nay. Phương pháp này đang được nghiên cứu và hoàn thiện để ứng dụng rộng rãi trong thực tế nhằm thay thế các phương pháp biến tính hóa học. Nguyên tắc chung: tác dụng các tia có bước sóng khá ngắn mang năng lượng cao trong một khoảng thời gian xác định lên khối tinh bột (tinh bột có thể ở dạng khô hay dạng huyền phù). Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này là ta có thể linh hoạt thay đổi các tia có bước sóng khác nhau và thời gian thích hợp nhất nhằm thu được tinh bột có những tính chất như ý muốn: độ nhớt thích hợp, độ bền gel tăng, giảm khả năng thoái hóa, giảm nhiệt độ hồ hóa,… Tinh bột xử lý áp suất cao (High pressure treated starch) Bên cạnh phương pháp biến tính tinh bột bằng vi sóng thì phương pháp xử lý tinh bột ở áp suất cao cũng được xem là một trong những phương pháp “mới nhất” và “sạch nhất” hiện nay. Các nhà khoa học đang nghiên cứu những tính chất mới xuất hiện trên tinh bột sau khi xử lý ở áp suất cao dể ứng dụng chúng trong thực tế. Tinh bột có thể được xử lý ở dạng hạt khô hay dưới dạng huyền phù. Bằng cách thay đổi cường độ áp suất, nhiệt độ xử lý và thời gian thích hợp thì tinh bột sau xử lý sẽ có những tính chất như mong muốn: tinh bột hồ hóa ở nhiệt độ thường và trong nước lạnh, độ bền gel tăng, khả năng thoái hóa giảm, cải thiện độ trong, cấu trúc,… Trong bài báo cáo này, chúng ta sẽ nghiên cứu sâu hơn ảnh hưởng của áp suất cao lên sự thay đổi các tính chất của hạt tinh bột. 2.2.3.2. Tinh bột biến tính bằng phương pháp hóa học Biến tính tinh bột bằng phương pháp hóa học là quá trình biến tính thông dụng nhất hiện nay. Dưới tác động của một lượng nhỏ các tác nhân hóa học được cho phép sử dụng, tinh bột bị thay đổi tính chất. Quá trình biến tính hóa học có thể thực hiện ở 3 trạng thái tinh bột: - Trạng thái huyền phù (slurry), tinh bột phản ứng với các tác nhân hóa học trong môi trường nước. Khi phản ứng kết thúc, tinh bột được lọc, rửa và sấy khô. - Trạng thái sệt (paste), tinh bột được hồ hóa (gelatinize) với tác nhân hóa học trong điều kiện có ít nước và khuấy trộn liên tục. Khi phản ứng kết thúc, tinh bột được sấy khô. - Trạng thái rắn, tinh bột được làm ẩm bằng tác nhân hóa học trong nước, sấy, và cuối cùng phản ứng ở nhiệt độ cao. Tinh bột biến tính bằng cách cắt mạch (Degradation, conversion) Biến tính tinh bột bằng cách cắt mạch sẽ cho các sản phẩm tinh bột chứa các polymer có khối lượng phân tử thấp và độ nhớt giảm, thích hợp dùng trong các sản phẩm cần nồng độ chất khô cao như kẹo và các màng bao. Tinh bột thủy phân bằng acid Thủy phân acid là phương pháp được ứng dụng trong thương mại đầu tiên, từ những năm 1900. Acid được cho vào huyền phù tinh bột trong một quá trình được kiểm soát chặt chẽ, khuấy trộn liên tục trong điều kiện nhiệt độ tăng dần từ nhiệt độ môi trường (25oC) đến nhiệt độ hơi thấp hơn nhiệt độ trương nở của tinh bột (khoảng 55oC) cho đến khi đạt được mức độ thủy phân cần thiết. Chất phản ứng thường dùng là acid hypochloride hoặc acid sulfuric. Đây là quá trình thủy phân các liên kết α-1,4 và α-1,6-glucoside của tinh bột có acid xúc tác. Sự thủy phân xảy ra ở các vùng vô định hình của hạt tinh bột, làm giảm độ dài mạch polymer, cấu trúc hạt yếu đi nhưng hình dạng hạt tinh bột không thay đổi. Mục đích chính của quá trình thủy phân tinh bột là làm giảm độ nhớt khi nóng của hồ tinh bột (hot viscosity) để dùng trong các sản phẩm cần nồng độ tinh bột cao mà không bị đông đặc, khi làm nguội mới tạo thành gel có độ cứng cao. Sản phẩm được gọi là tinh bột “thin-boiling” hay “acid-thinned”. Tinh bột oxi hóa và tinh bột được tẩy màu (bleaching) Tinh bột có thể được biến tính bằng cách sử dụng các tác nhân oxi hóa trong những điều kiện có kiểm soát. Tùy thuộc vào loại tác nhân oxi hóa và liều lượng sử dụng mà kiểu biến tính này được phân làm 2 dạng: oxi hóa và tẩy màu (bleaching). - Quá trình tẩy màu (bleaching): các tác nhân được phép sử dụng bao gồm hydrogen peroxide (H2O2), ammonium persulfate, sodium hoặc calcium hypochlorite, potassium permanganate (KMnO4), và sodium chlorite. Mục đích của quá trình này là tẩy màu nhằm làm tăng độ trắng của tinh bột, bằng cách oxi hóa các hợp chất như carotene, xanthophyll và các sắc tố khác. Mặc dù mức độ xử lý thấp nhưng một số nhóm hydroxyl của tinh bột cũng bị oxi hóa tạo thành các nhóm carboxyl với tỷ lệ các nhóm carboxyl tạo thành không quá 0,1% trên tổng chất khô của sản phẩm. Tinh bột tẩy màu có các tính chất gần giống như tinh bột nguyên liệu ban đầu, nhưng có chỉ số vi sinh thấp hơn do tác dụng của các chất oxi hóa sử dụng. - Quá trình oxi hóa (oxidization): chỉ có sodium hypochlorite được phép sử dụng nhưng lượng sử dụng cho phép cao hơn nhiều so với quá trình tẩy. Quá trình này bao gồm 2 tác động xảy ra đồng thời: gắn các nhóm carboxyl (COOH) và carbonyl (C = O) lên mạch và depolymer hóa một phần các mạch tinh bột. Sự oxi hóa thường xảy ra ở các carbon 2, 3, và 6 của đơn vị D-glucose của mạch tinh bột. Người ta cho rằng khoảng 25% lượng tác nhân oxi hóa được dùng để cắt mạch carbon, trong khi 75% lượng tác nhân còn lại dùng để oxi hóa các nhóm hydroxyl (Fleche, G. 1985). Tinh bột oxi hóa có độ nhớt thấp, độ trong cao và bền ở nhiệt độ thấp. Giống như tinh bột thủy phân acid, hồ tinh bột oxi hóa khi nóng cũng có độ nhớt thấp do quá trình cắt mạch tinh bột. Tuy nhiên, sự chiếm chỗ trong không gian của các nhóm carboxyl và carbonyl cản trở các mạch tinh bột ngắn tiến lại gần và tái kết hợp với nhau, do đó gel tạo thành mềm. Tinh bột biến tính bằng cách làm bền hóa hoặc gắn thêm nhóm thế (Stabilization, substitution) Tinh bột tự nhiên sau khi hồ hóa thường có xu hướng tạo thành các gel cứng do sự tái sắp xếp và kết hợp của các phân tử amylose và tách nước (hiện tượng thoái hóa). Để hạn chế hiện tượng này, các nhóm hydroxyl trong phân tử tinh bột sẽ được làm bền bằng cách liên kết với những nhóm chức hóa học cồng kềnh. Chúng sắp xếp dọc theo mạch polymer tinh bột, chiếm chỗ trong không gian phân tử và cản trở các mạch polymer tái kết hợp với nhau. Tinh bột biến tính bằng cách này thích hợp dùng trong các sản phẩm thực phẩm cần làm lạnh hoặc lạnh đông. Hiệu quả của quá trình bền hóa tinh bột phụ thuộc vào số lượng và bản chất của nhóm thế. Mức độ thế DS là đại lượng đo số nhóm thế trên 100 đơn vị anhydroglucose. Các tinh bột có DS thấp (DS < 0,2 tương ứng 2 nhóm thế trên 10 đơn vị glucose) là những tinh bột thương mại quan trọng. Khi độ DS tăng, tương tác giữa các mạch polymer trong hạt tinh bột giảm, do đó quá trình trương nở và hồ hóa tinh bột xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn. 2.2.3.3 Tinh bột biến tính bằng phương pháp hóa sinh Thủy phân tinh bột bằng các enzyme chọn lọc là một quá trình biến tính tinh bột bằng phương pháp hóa sinh. Tùy thuộc vào mức độ thủy phân mà tạo thành một hỗn hợp với các sản phẩm có độ dài mạch khác nhau như glucose (dextrose), maltose, oligosaccharide, polysaccharide. Sản phẩm có phân tử lượng càng nhỏ thì độ ngọt càng cao và chỉ số DE - số đương lượng đường khử (dextrose equivalent) càng cao, với chỉ số DE 100 tương ứng với dextrose tinh khiết và DE 0 tương ứng với tinh bột tự nhiên. Tinh bột xử lý bằng enzyme amylase - α-amylase: là một endoenzyme, có khả năng phân cắt các liên kết α-1,4-glycoside trên mạch tinh bột và tạo ra các sản phẩm có mạch ngắn dần, không thủy phân được liên kết α-1,6 trên mạch amylopectin, và cũng không phân cắt đuợc các liên kết α-1,4 ở gần điểm phân nhánh. Khi thủy phân, độ nhớt của dịch tinh bột bị giảm nhanh chóng, do đó quá trình thủy phân tinh bột bằng α-amylase còn gọi là quá trình dịch hóa. - β-amylase: là exoenzyme, có khả năng thủy phân tinh bột chậm chạp nhưng sâu sắc. Nó tấn công từ đầu không khử của các mạch tinh bột và giải phóng ra từng đơn vị maltose bằng cách thủy phân các liên kết α-1,4. Phản ứng dừng lại khi đến điểm phân nhánh α-1,6 hoặc trước khi đến điểm phân nhánh nếu không còn đủ số lượng đơn vị glucose để phản ứng. Sản phẩm là đường maltose và các β-dextrin giới hạn, vì polysaccharide này không bị phân cắt nữa. - Glucoamylase: là endoenzyme, phản ứng cắt từng đơn vị glucose từ đầu không khử của mạch tinh bột, có khả năng thủy phân cả liên kết α-1,4 và α-1,6 glycoside, và quá trình thủy phân liên kết α-1,4 xảy ra nhanh hơn. Nếu thời gian phản ứng đủ lâu, cuối cùng toàn bộ phân tử tinh bột sẽ được thủy phân hoàn toàn thành glucose, bất kể mức độ phân nhánh của các phân tử tinh bột. Tinh bột xử lý bằng các enzyme cắt mạch nhánh (Debranching enzyme) - Các enzyme cắt mạch nhánh (debranching enzyme): các enzyme này thủy phân chọn lọc các liên kết α-1,6-glycoside. Có 2 enzyme loại này thường được sử dụng là isoamylase và pullulanase, trong công nghiệp thường được thu nhận từ vi khuẩn. - Cyclodextrin glycosyltransferase (CDGTase): enzyme này có thể tác động trên mạch tinh bột hay tinh bột đã biến tính, sản phẩm tạo thành là các mạch vòng chứa các đơn vị glucose liên kết nhau bởi các liên kết α-1,4. Enzyme này cắt các liên kết trong mạch tinh bột để tạo thành mạch thẳng chứa các đơn vị glucose, sau đó nối 2 đầu mạch lại tại thành cấu trúc vòng. CDGTase từ vi khuẩn được sử dụng để sản xuất các cyclodextrin chứa 6 (α-cyclodextrin), 7 (β-cyclodextrin) hoặc 8 (γ-yclodextrin) gốc glucose. 2.2.3.4 Tinh bột biến tính bằng cách kết hợp nhiều phương pháp Do sự phát triển ngày càng lớn mạnh của ngành công nghệ thực phẩm và yêu cầu ngày càng cao của các sản phẩm thực phẩm, tinh bột biến tính tạo ra phải đáp ứng tất cả các yêu cầu và mục đích công nghệ. Chính vì lẽ đó, việc kết hợp nhiều phương pháp xử lý tinh bột là hết sức cần thiết. Nguyên tắc chung là lần lượt kết hợp các phương pháp vật lý, hóa học hay hóa sinh xử lý tinh bột để đạt được mục đích công nghệ như mong muốn. Ví dụ như khi ta cần một sản phẩm tinh bột có thể hồ hóa ở nhiệt độ thường đồng thời có độ nhớt thấp và giảm mức độ thoái hóa xuống thấp nhất thi sẽ kết hợp xử lý nhiệt, áp suất cao và dùng các hợp chất thích hợp để tạo liên kết ngang. Loại tinh bột này ngày càng phổ biến và được ứng dụng rộng rãi hơn do những tính chất ưu việt của chúng. 2.2.4 Ứng dụng của tinh bột biến tính Tinh bột hồ hóa trước được dùng trong chế biến các thực phẩm ăn liền như bánh pudding ăn liền, trong sản xuất bánh kẹo, soup, cream, các món tráng miệng ăn liền và trong các ngành công nghiệp khác như khoan giếng dầu nhằm giữ cho dung dịch khoan một lượng nước cần thiết. Tinh bột thủy phân acid đặc biệt hữu dụng trong công nghệ sản xuất kẹo cần quá trình tạo gel. Các loại kẹo chứa tinh bột acid hóa thường mềm, cấutrúc dạng jelly, mềm dẻo nhưng bền. Tinh bột acid hóa cũng được dùng trong công nghiệp dệt để hồ sợi, làm cho sợi có độ bền và chịu được mài mòn. Trong sản xuất giấy, nó được dùng để làm bóng giấy, giảm trầy xước và tăng chất lượng in của giấy. Dextrin có độ nhớt tương đối thấp, khả năng tạo màng tốt, một số loại có độ hòa tan trong nước cao, nên được dùng làm lớp phủ ngoài (coating) của các sản phẩm thực phẩm và có thể thay thế nhiều loại gum đắt tiền. Một số dextrin đặc biệt có độ nhớt cao được dùng làm chất thay thế cho chất béo (fat replacer) trong các sản phẩm bánh và sữa. Tinh bột tẩy màu thường dùng trong sản xuất thuốc. Tinh bột oxi hóa được sử dụng để hồ bề mặt trong sản xuất giấy, hồ sợi trong công nghiệp dệt. Trong thực phẩm, tinh bột oxi hóa thường được dùng trong bột nhào và bánh mì để bao bọc các nguyên liệu khác như thịt, cá, rau. Nó tạo cho bột nhào có độ kết dính tốt và tạo cấu trúc giòn cho sản phẩm khi chiên. Hình 2.1. Ứng dụng của tinh bột biến tính trong thực tế. Tinh bột acetate được sử dụng để hồ vải, sản xuất chỉ dai và mềm dẻo. Trong thực phẩm, tinh bột acetate thường dùng làm chất làm đặc và chất ổn định cho nhiều sản phẩm, bao gồm cả các sản phẩm cần bảo quản lạnh và lạnh đông. Tinh bột acetate thương mại thường không bền khi đông lạnh và rã đông như tinh bột hydroxypropylate. Tinh bột octenylsuccinate được sử dụng làm chất ổn định trong các sản phẩm thực phẩm như các loại đồ uống và các loại nước xốt (salad dressing), làm tác nhân giữ mùi. Tinh bột octenylsuccinate có ái lực với các chất béo và dầu nên được dùng để thay thế cho gum arabic trong các hệ chất ổn định nhũ tương. Đây là ứng dụng quan trọng của tinh bột octenylsuccinate và là đặc điểm ưu việt của nó so với các tinh bột biến tính khác. Hồ tinh bột phosphate có độ trong tốt, bền ở nhiệt độ thấp và có tính nhũ hóa. Tinh bột này thường được dùng để làm nước xốt do có khả năng cải thiện độ bền của hệ nhũ tương dầu và giấm. Tinh bột hydroxypropylate được dùng trong các sản phẩm cần nhiệt độ thấp hoặc các sản phẩm lạnh đông. Tinh bột biến tính bằng cách tạo liên kết ngang được sử dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm trong các sản phẩm mà quy trình sản xuất đòi hỏi nhiệt độ, pH và sự khuấy trộn. Trong y học, tinh bột liên kết ngang với mức độ cao được dùng để pha chế bột sát trùng trong phẫu thuật vì không bị trương lên khi thanh trùng bằng hơi nóng. Tinh bột liên kết ngang còn là thành phần của dung dịch sét để khoang dầu mỏ, thành phần của sơn, gốm, làm chất kết dính cho các viên than, làm chất mang các chất điện ly trong pin khô. Tinh bột biến tính bằng phương pháp xử lý vi sóng hay áp suất cao là những sản phẩm mới còn đang được nghiên cứu và hoàn thiện từng bước nên việc ứng dụng trong thực tế hầu như chưa có. Nhưng với những tính chất ưu việt đã được nêu ra mà đặc biệt là chúng được xem là “sạch”, sau biến tính thi không khác gì so với tinh bột thường nên việc ứng dụng rộng rãi loại tinh bột này trong tương lai gần sẽ không còn gì trở ngại. Tinh bột biến tính bằng cách kết hợp nhiều phương pháp với nhau ngày càng thể hiện được những tính năng công nghệ đặc thù nên việc ứng dụng trong thực tế dễ dàng và phổ biến hơn. Với những ngành yêu cầu độ tinh sạch và tính năng công nghệ cao như thực phẩm, y dược… tinh bột này là sự lựa chọn thích hợp nhất. 2.3 Caseinate: 2.3.1 Định nghĩa và nguồn gốc: Caseinat là hỗn hợp muối của αs1, αs2, β và κ-casein , được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các nhũ tương thực phẩm, chủ yếu trong sản xuất các sản phẩm có liên quan đến sữa. Nó được sản xuất bằng cách acide hóa toàn bộ casein có trong sữa đến pH 4,6 rồi sau đó điều chỉnh pH đến 6 – 7 để thu được huyền phù đem thanh trùng và sấy phun. Quá trình xử lí như vậy sẽ loại bỏ hầu hết canxi photphat keo có trong casein sữa. 2.3.2 Tính chất: Caseinat có tính tạo nhũ. Tính chất nhũ hóa tốt của natri caseinat có thể là do vai trò của từng casein κ-casein, đặc biệt là αs1 và κ-casein (Dickinson và Golding, 1998). Các casein này có khả năng làm giảm sức căng bề mặt dị thể trong khi nhũ hóa và bảo vệ các hạt dầu nhỏ mới được hình thành khỏi kết tụ hoặc liên hợp trở lại bằng sự kết hợp của lực đẩy không gian và lực đẩy tĩnh điện (Dickinson v_ Davies, 1999). Chú ý khi sử dụng phụ gia này: 2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất công nghệ: Các nhũ tương được sản xuất từ casein này lại bị kết tụ rất nhanh khi có mặt của ion canxi. Sở dĩ xảy ra như vậy là do sự có mặt của các phosphoseryl trên phân tử αs1 và k-casein, các casein này có xu hướng liên kết mạnh mẽ với các ion canxi (Dickinson và Davies, 1999; Ye và Singh, 2001). Sự liên kết của các ion canxi với các casein làm giảm lực đẩy tĩnh điện dẫn đến sự hình thành các kết tụ. Sự thay đổi trạng thái kết tụ của casein như vậy sẽ ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ của nó trên bề mặt dị thể dầu/nước và độ bền của nhũ tương (Ye và Singh, 2001). Mật độ điện tích trên bề mặt của hạt dầu giảm cũng gây ra sự đứt gãy của các lớp protein đã được hấp thụ xung quanh hạt dầu, và vì vậy làm giảm độ bền không gian (Dickinson v_ Davies, 1999). Theo Mitidieri và Wagner (2002), protein có khả năng tạo và làm bền nhũ tương phụ thuộc vào hai yếu tố: + Đú khả năng làm giảm sức căng bề mặt dị thể + Và khả năng tạo một lớp màng mà nó sinh ra lực đẩy mạnh giữa các hạt do kết hợp sự tương tác tĩnh điện và không gian. Lớp màng này chịu được sự đứt gãy do nó có độ nhớt đàn hồi cao. 2.4 Gluten: 2.4.1 Nguồn gốc và cấu tạo: Gluten là sản phẩm được phân lập từ bột lúa mì sau khi đã tách tinh bột dưới tác động của nước. Gluten còn có tên gọi một cách dễ hiểu là Protein. Gluten thu nhận sau quá trình rửa khối bột nhào gọi là gluten ướt. Hàm lượng nước trong gluten ướt là 65-75%. Gluten ướt có tính dẻo, dai, đàn hồi và cũng có khả năng tạo màng. Chất này hoặc có dạng lỏng ít nhiều sánh hoặc bột nhão, có màu trăng trắng (gluten ẩm) hoặc có dạng bột màu kem (gluten khô). Gluten có cấu trúc bậc 4 phức tạp. Thành phần các chất trong gluten : 90% protein. 8% lipid. Tro và carbohyrate Gluten không tan trong nước nhưng nó có khả năng hút một lượng nước gấp hai lần khối lượng chất khô của nó và tạo thành một khối có tính đàn hồi cao. Gluten của bột mì thượng hạng thì có độ đàn hồi tốt và chịu độ kéo vừa phải. Hình 1.6 : Gluten ướt. Chất lượng gluten được đánh giá theo bảng sau : Bảng 1.2 : Các chỉ số đánh giá chất lượng gluten. [1] Phân loại Chỉ tiêu Gluten ướt chất lượng tốt Gluten ướt chất lượng xấu Mạnh Trung bình Yếu Cảm quan Đồng nhất, mềm mại, trắng ngà Xám, không mịn Độ đàn hồi Tốt Trung bình Ít Kém Độ căng Cao Trung bình Trung bình Thấp Độ giãn Trung bình Trung bình Lớn Lớn Gluten là một protein của bột mì. Nó được cấu tạo chủ yếu từ hai loại protein là gliadin và glutenin với tỉ lệ tương đương nhau. Gliadin và glutenin chiếm từ 85-95% protein trong gluten. Chính hai loại protein này tạo nên tính chất đàn hồi và mềm dẻo đặc trưng cho gluten bột mì. Gliadin phân thành bốn loại : α, β, γ, ω. Glutenin phân thành hai loại : glutenin mạch dài và glutenin mạch ngắn. Các thành phần gluten được thể hiện qua hình sau : Hình 1.4: Thành phần hóa học của gluten. 2.4.2 Tính chất công nghệ : Khi ta nhào trộn bột với nước thì gliadin và glutenin sẽ hút nước trương nở tạo thành một cấu trúc mạng có tính chất dai, dẻo và đàn hồi rất đặc trưng. Đó chính là cấu trúc mạng gluten. Hình 1.5 : Sự hình thành cấu trúc gluten Trong đó glutenin tạo tính đàn hồi và lực căng đứt lớn, còn gliadin tạo độ dính và chảy. Theo mô hình nghiên cứu về sự hình thành gluten (Belton, 1999 và Wang, 2003), thì glutenin mạch dài sẽ kết hợp với nhau bằng liên kết disulfure. Dưới tác động cơ học, liên kết disulfure và liên kết hydro sẽ nối vào nhau. Kết quả tạo nên một hợp chất cao phân tử. Sự liên kết của các cấu trúc đơn vị có thể xảy ra bằng liên kết chuỗi hydro. Gluten kết tụ dạng sợi to có kích thước đường kính cỡ micromet, có thể quan sát dưới kính hiển vi. Tuy nhiên trong một nghiên cứu gần đây, Xu (2003) lại cho rằng gliadin cũng là thành phần quan trọng tạo nên đặc tính đặc biệt của gluten. Cụ thể là ở hàm lượng nhỏ hơn 250mg/ml dịch huyền phù thì gliadin hầu như chỉ có tính dẻo, nhưng ở hàm lượng trên 300mg/ml thì gliadin có tính chất dẻo, dính và đàn hồi. Do đó mà gliadin là một thành phần quan trọng tạo nên tính chất đặc biệt cho gluten Chính 2 loại protein này đã làm nên nét đặc trưng cho gluten lúa mì và khi được hỗn hợp với một tỉ lệ thích hợp và với nước, nhờ có hai loại protein này mà gluten có những khả năng đàn hồi và mềm dẻo rất riêng biệt. Gluten có khả năng hút nước và trương nở mạnh, cho độ kết dính cao nên nó được sử dụng để hỗ trở việc tạo gel, làm cho sản phẩm có tính dai, đàn hồi và mềm mại cho sản phẩm. Gluten được sử dụng như chất kết dính, hỗ trợ tạo gel trong một số sản phẩm chế biến từ thịt như hamburger, đồ hộp thịt... Ngoài ra, gluten còn được sử dụng để làm giầu vitamin. 2.4 Gelatin: 2.4.1 Định nghĩa, nguồn gốc và cấu tạo: Định nghĩa : Hiện nay, có nhiều cách khác nhau để định nghĩa gelatin: Theo dược điển của Mỹ (American Pharmacopoeia-USP 29-NF 24, 2006): gelatin là sản phẩm thu được bởi sự thủy phân một phần collagen có nguồn gốc từ da, mô liên kết hoặc xương của động vật. Theo dược điển châu Âu (European Pharmacopoeia 5, 2005) : gelatin là một loại protein tinh chế, thu được bởi sự thủy phân một phần collagen bằng phương pháp acid (gelatin loại A), kiềm (gelatin loại B) hoặc ezyme. Theo “ Food Chemical Codex 5th, 2003” : gelatin là sản phẩm thu được bằng phương pháp thủy phân kiềm, acid hoặc ezyme collagen-thành phần chính của da, xương và mô liên kết ở động vật. Nguồn gốc : Nguyên liệu để sản xuất gelatin bao gồm: Nguyên liệu có nguồn gốc từ động vật có vú: da và xương động vật là nguồn nguyên liệu đầu tiên để sản xuất gelatin thương mại. Hiện nay nguồn nguyên liệu này vẫn đóng vai trò chính của ngành công nghiệp sản xuất gelatin (H.2.1). Da heo: có thể sử dụng ở dạng tươi, đông lạnh để sản xuất gelatin. Da heo được cung cấp bởi các nhà sản xuất thịt. Da chưa thuộc: trong công nghiệp chế biến da, da chưa thuộc được bảo quản bằng muối hoặc canxi hydroxit để giữ trạng thái tươi cho đến khi chúng được sử dụng trong quy trình sản xuất gelatin. Mẩu xương: trong quy trình sản xuất thịt thì xương là sản phẩm phụ và được sử dụng để sản xuất gelatin. Tuy nhiên trước khi được sử dụng nó phải trải qua quá trình tiền xử lý nghiêm ngặt. Bước đầu tiên là xương được cắt ra thành từng khúc dài khoảng từ 510mm. Sau đó là công đoạn xử lý tẩy nhớt bằng nước nóng, sấy khô và phân loại. Các mẩu xương này sẽ được lưu trữ trong các silo cho đến khi được đưa vào sử dụng. Ossein: là các mẫu xương qua quá trình khử khoáng. Quá trình khử khoáng sử dụng acid HCl loãng được tiến hành ở nhiệt độ thấp trong vài ngày sử dụng dòng chảy ngược để loại khỏi xương các phần chứa phosphate. Nguyên liệu có nguồn gốc từ cá: da cá và bong bóng cá gần đây được quan tâm để sản xuất gelatin. Mặc dù chất lượng gelatin thu được từ nguồn nguyên liệu này là chưa ổn định nhưng đây là nguồn nguyên liệu giàu tiềm năng trong tương lai. Hiện nay có khoảng 27 loại collagen đã được xác định. Collagen loại I: trong da và xương. Collagen loại II: trong sụn, thủy tinh thể của mắt. Collagen loại III: trong thành mạch máu. Collagen loại IV: có trong chất nền của màng ở các cơ quan trong cơ thể. Collagen loại V: có trong dây chằng, giác mạc, kẽ hở giữa các mô. Collagen loại VI: có trong gan, thận, màng sụn. Collagen loại VII: có trong sự nối liền của da và biểu bì. Collagen loại VIII: có trong tế bào màng trong. Collagen loại IX: có trong sụn. Collagen loại X: có trong sụn bị khoáng hoá và phình to. Collagen loại XI: có trong sụn. Collagen loại XII: có trong dây chằng, sợi liên kết collagen. Collagen loại XIII: có trong biểu bì, nang tóc, tế bào gốc của móng. Collagen loại XIV: có trong sợi liên kết collagen. Collagen loại XV: có trong nhiều mô khác nhau, tương đồng với collagen loại XVII. Collagen loại XVI: còn đang được nghiên cứu. Collagen loại XVII: có trong da. Collagen loại XVIII: có trong gan. Collagen loại XIX: có trong mắt, não, tinh hoàn, mô trong thời kỳ đầu phát triển. Collagen loại XX-XXVII: còn đang được nghiên cứu. 90% collagen trong cơ thể người và động vật là collagen loại I, II, III. Collagen loại I là phổ biến nhất và thường ở trong các mô liên kết như da, xương, gân. Collagen loại II hầu như tồn tại ở các mô sụn. Collagen loại III lại phụ thuộc rất lớn vào độ tuổi của động vật, da heo còn trẻ chứa tới 50%, theo thời gian tỷ lệ này giảm 510%. Những loại colagen khác chỉ hiện diện với lượng rất nhỏ và chỉ ở một vài cơ quan đặc biệt. Cấu trúc cơ bản của collagen loại I (loại collagen được sử dụng trong sản xuất gelatin) gồm 1014 amino acid và chúng liên kết với nhau hình thành nên chuỗi với khối lượng phân tử vào khoảng 100000g/mol. Chuỗi này được gọi là chuỗi alpha gồm 334 đơn vị lặp lại của chuỗi Gly-X-Y (H.1.2). Chỉ tại điểm kết thúc N-, C- chuỗi ngắn gồm 1526 amino acid không tuân theo cấu trúc này. Glycine chiếm khoảng 33% các amino acid, proline và hydroxyproline chiếm khoảng 22%. Proline thường xuất hiện ở vị trí X và hydroxyproline hầu như luôn xuất hiện ở vị trí Y. Và 45% các amino acid còn lại sẽ kết hợp với các amino acid này tạo nên mạng không gian và tính chất tĩnh điện cho collagen. Proline và hydroxyproline liên quan tới cấu trúc bậc 2 của collagen. Những amino acid này giúp giới hạn sự quay của bộ khung polypeptide do đó góp phần tạo nên sự bền vững cho cấu trúc xoắn ốc bậc 3. Nhóm hydroxyl của hydroxylproline đóng vai trò quan trọng trong sự bền vững cấu trúc xoắn ốc bậc 3 của collagen. Polypeptide của collagen mà thiếu hydroxylproline sẽ tạo nên cấu trúc gấp khúc ở nhiệt độ thấp và sẽ không bền vững ở nhiệt độ thân nhiệt. Kỹ thuật biến đổi collagen tạo gelatin là từng bước phá hủy cấu trúc các thành phần để thu được dẫn xuất hòa tan gelatin. Phương pháp sản xuất : Hiện nay có hai quy trình khác nhau được sử dụng để sản xuất gelatin theo quy mô công nghiệp, hai quy trình này khác nhau về phương thức sử dụng để phân tách mối liên kết collagen. Quy trình được sử dụng sẽ ảnh hưởng đến những đặc tính chính của sản phẩm gelatin thu được. Nhìn chung quá trình sản xuất gelatin sẽ bao gồm các bước cơ bản sau: Tiền xử lý nguyên liệu thô. Trích ly. Tinh sạch. Cô đặc. Sấy. Nghiền, sàng, trộn. Cấu tạo gelatin: Cấu trúc phân tử gelatin gồm có 18 amino acid liên kết với nhau theo một trật tự xác định, tuần hoàn, tạo nên chuỗi polypeptide với khoảng 1000 đơn vị, hình thành nên cấu trúc bậc 1 (B.1.1). Chiều dài chuỗi peptide phụ thuộc nguồn nguyên liệu và chuỗi có một đầu là nhóm amino, một đầu là nhóm carboxyl. Cấu trúc thường gặp của gelatin là Gly – X – Y (với X chủ yếu là nhóm proline còn Y chủ yếu là nhóm hydroxyproline) (H.1.5). Cứ 3 chuỗi polypeptide xoắn lại theo hình xoắn ốc tạo nên cấu trúc bậc 2. Ở cấu trúc bậc 3, chuỗi xoắn đó tự xoắn quanh nó, tạo nên cấu trúc phân tử dạng dây thừng, gọi là “proto fibril”. Trong phân tử gelatine có một số nhóm tích điện: carboxyl, imidazole, amino, guanidino. Tỷ lệ các nhóm này ảnh hưởng đến pH và pI của gelatin. Ngoài ra số lượng nhóm không mang điện tích như các nhóm hydroxyl (serine, threonine, hydroxyproline, hydroxylysine, tyrosine) và các nhóm peptide (-CO-NH-) quy định khả năng tạo liên kết hydro, quy định cấu trúc phân tử. Bảng : Thành phần phần trăm các amino acid của mẫu gelatin tinh khiết [54] Thành phần Phần trăm Alanine 11,3 Arginine* 9,0 Aspartic acid 6,7 Glutamic acid 11,6 Glycine 27,2 Histidine* 0,7 Proline 15,2 Hydroxyproline 13,3 Hydroxylysine 0,8 Isoleucine* 1,6 Leucine* 3,5 Lysine* 4,4 Methionine* 0,6 Phenylalanine* 2,5 Serine 3,7 Threonine* 2,4 Trytophan* 0 Tyrosine 0,2 Valine* 2,8 *Amino acid không thay thế. Hình: Cấu trúc Gly – X – Y thường gặp của gelatin Phân loại: Có rất nhiều cách để phân loại gelatin tùy thuộc vào phương pháp sản xuất, nguyên liệu, đặc tính sản phẩm… Sau đây là vài cách phân loại cơ bản: Phân loại dựa theo nguồn gốc nguyên liệu Dựa vào nguồn gốc nguyên liệu để sản xuất ra gelatin, người ta chia gelatin thành hai loại: Gelatin động vật: là gelatin sản xuất từ da, xương, gân động vật có vú. Gelatin cá: gelatin sản xuất từ da các loại cá như cá tuyết, cá trắm cỏ… Phân loại dựa theo phương pháp sản xuất Dựa vào phương pháp sản xuất ra gelatin, người ta chia gelatin thành hai loại: Gelatin loại A: quá trình sản xuất xử lý bằng acid, dùng khi sản xuất gelatin đi từ da heo. Gelatin loại B: quá trình sản xuất xử lý bằng kiềm, dùng khi sản xuất gelatin đi từ da bò và xương gia súc. Phân loại dựa vào hình dáng bên ngoài Dựa vào hình dáng bên ngoài, người ta chia gelatin thành hai loại: Gelatin dạng hạt Hình 1.6 Gelatin dạng hạt Gelatin dạng tấm Hình 1.7 Gelatin dạng tấm Một số cách phân loại khác. Gelatin hòa tan trong nước lạnh. Loại gelatin này được sản xuất bằng cách sử dụng công đoạn sấy phun hoặc sấy thùng quay. Theo cách này gelatin có thể được sấy có kèm theo phụ gia hoặc không. Cấu trúc vô định hình thu được khi quá trình tạo gel diễn ra trong lúc sấy. Cấu trúc vô định hình của gelatin loại này cho phép nó trương nở rất nhanh và rất mạnh. Mạng phân tử ba chiều của nó liên kết lỏng lẻo, sự sắp xếp của các phân tử là hoàn toàn ngẫu nhiên, lực liên kết giữa các phân tử cũng như lực liên kết nội phân tử rất yếu nên nước có thể dễ dàng xâm nhập vào cấu trúc phân tử với một lượng lớn nhất có thể và tạo thành cấu trúc tương tự gel. Về tính chất lưu biến học, gel của gelatin dạng này tương tự như gel của các dạng gelatin khác nhưng động học của quá trình tạo gel lại khác biệt. Trong khi gel gelatin loại này đạt được 90% độ chắc của nó sau 30 phút thì gel của gelatin thông thường yêu cầu nhiều thời gian hơn. Thêm vào đó, gel của gelatin thông thường có độ chắc cao hơn ngay cả khi tương tự về nồng độ và chất lượng gelatin sử dụng. Để tránh sự tạo tảng và đảm bảo sự đồng nhất thì tỉ lệ hòa tan nên dùng là 1:51:7. Gelatin thủy phân. Gelatin mất khả năng tạo gel khi bị thủy phân thành các polypeptid mạch ngắn. Các sản phẩm thủy phân này được tạo ra bằng cách sử dụng enzym thực hiện quá trình thủy phân, sau đó tiệt trùng, cô đặc và cuối cùng là sấy phun. Toàn bộ thành phần vẫn giống thành phần của gelatin ban đầu (89 93% protein, 2% tro và 5 9% ẩm). Gelatin thủy phân không có vị đắng, độ nhớt 2050mPa.s ở nồng độ dung dịch 35% ở 35oC, khối lượng phân tử dao động từ 300020000đvC do đó mà gelatin thủy phân được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Gelatin biến tính bằng phương pháp hóa học. Các nhóm amino-, carboxyl-, hydroxyl- trong các amino acid của gelatin có thể phản ứng với các chất hóa học để làm biến đổi các đặc tính hóa học và vật lý của gelatin. Gelatin biến tính loại này được sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực nhiếp ảnh và mỹ phẩm, việc sử dụng chúng trong lĩnh vực thực phẩm và y dược hiện đang bị cấm. 2.4.2 Tính chất: Khi gelatin được ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau, các đặc tính kỹ thuật của gelatin là yếu tố được quan tâm hàng đầu. Các đặc tính này ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm, khả năng ứng dụng của gelatin vào các loại sản phẩm khác nhau. Vì vậy cần phải nghiên cứu đầy đủ, sâu sắc các đặc tính kỹ thuật của gelatin nhằm nâng cao khả năng ứng dụng của gelatin. Điểm đẳng điện: Giống như các loại protein khác, gelatin có thể xem là acid hay base, điều này phụ thuộc vào giá trị pH. Trong dung dịch acid, gelatin mang tính dương, còn trong dung dịch base, gelatin mang tính âm. Tại điểm trung gian, khi gelatin không chuyển động trong điện trường thì xem là điểm đẳng điện. Hình: Đặc tính lưỡng tính của gelatin trong dung dịch Điểm đẳng điện của dung dịch gelatin phụ thuộc vào: + Nguồn nguyên liệu: gelatin có nguồn gốc từ ossein thì IEP trong khoảng 6,5 7,5; từ da heo thì IEP trong khoảng 7,59,0. + Phươnng pháp sản xuất: gelatin được sản xuất bằng phương pháp acid có IEP trong khoảng 6,59,0. Gelatin được sản xuất bằng phương pháp kiềm có IEP trong khoảng 4,85,2. Sự khác nhau này là do các phản ứng làm phá vỡ các liên kết trong quá trình sản xuất. Quá trình xử lí bằng kiềm đã cắt đứt hầu hết các liên kết và chỉ còn một tỉ lệ nhỏ các nhóm amin. Giá trị IEP và sự phân bố khối lượng phân tử sẽ có ảnh hưởng đến độ nhớt, độ bền gel của dung dịch gelatin… và từ đó quyết định đến khả năng ứng dụng của gelatin trong các lĩnh vực khác nhau. Sự phân bố khối lượng của Gelatin: Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin có thể được xác định bằng phương pháp sắc ký lọc gel (GPC), điện di gel polyacrymide và sắc ký lỏng cao áp (HPLC). Sự phân bố khối lượng của gelatin liên quan tới chuỗi và các oligomer của nó bắt nguồn từ việc bẻ gãy các mối liên kết của collagen (B.3.1). Bảng 3.1 Các phân đoạn phân tử chính trong gelatin [72] Phân đoạn phân tử Các đặc điểm chính Q Có khối lượng phân tử rất lớn, 1520x106 dalton. 1-4 Là các chuỗi oligomer của chuỗi (thường từ 58 chuỗi). X Là oligomer của 4 chuỗi . 285000 dalton (3 chuỗi). 190000 dalton (2 chuỗi). 95000 dalton. A-peptide 86000 dalton. Trong gelatin các chuỗi , luôn chiếm một tỷ lệ lớn. Ngoài ra gelatin cũng chứa các tổ hợp phân tử có khối lượng tới 10 triệu và các chuỗi polypeptide có khối lượng phân tử nhỏ hơn 80000 Việc xác định những phân đoạn này sẽ giúp hiểu rõ hơn về độ mạnh của gel, độ nhớt cũng như việc đảm bảo chất lượng gelatin được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau. Phân đoạn , và các phần có khối lượng phân tử lớn hơn sẽ góp phần nâng cao độ nhớt, độ mạnh của gel và điều ngược lại có liên quan đến hàm lượng các đơn vị dưới . Hình: Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin loại B 225 độ Bloom Tính tạo gel: Quá trình tạo gel của gelatin liên quan đến hai quy luật cơ bản sau: đầu tiên là các mối nối bên trong mạng phân tử trở nên sắp xếp có trật tự hơn, chắc hơn và kế đến là mạng phân tử được làm dày thêm. Khi gel gelatin được hình thành thì có sự tái tạo một phần collagen. Các nhà nghiên cứu nhìn chung chấp nhận rằng những khu vực giàu pyrolidine trong chuỗi gelatin hoạt động như vị trí trung tâm trong việc hình thành nên những vùng liên kết khi nhiệt độ thấp ở những vùng này. Và đặc biệt chuỗi glycine-proline-proline (hoặc hydroxyproline) có khuynh hướng chuyển về dạng xoắn proline-L-proline II, với sự tập hợp 3 dạng xoắn như thế sẽ hình thành nên cấu trúc tương tự như cấu trúc xoắn ốc của collagen, chúng hoạt động như điểm hoặc khu vực chuyển tiếp trong mạng gel. Các khu vực chuyển tiếp này được ổn định nhờ vào mối liên kết hydro bên trong, mối liên kết này sẽ bị bẻ gãy ở nhiệt độ 3540oC dẫn đến gel tan chảy. Độ mạnh của gel chủ yếu phụ thuộc vào nồng độ, sự phân bố các phần pyrolidine và hình dạng, kích thước chung của phân tử. Độ mạnh của gel hầu như không phụ thuộc vào giá trị pH trong khoảng pH=410. Ngoài khoảng giá trị pH này quá trình tạo gel trở nên chậm đi đáng kể, điều này có thể là do ảnh hưởng của sự thay đổi hệ thống điện tích, ngăn cản khả năng các chuỗi tiến đến các vị trí thích hợp để hình thành nên vùng chuyển tiếp. Hình: Tương tác phân tử xảy ra trong giai đoạn đầu quá trình tạo gel của gelatin Hình: Sự biến đổi sang dạng cấu trúc giống collagen trong quá trình tạo gel của gelatin Khả năng tạo gel là một trong những tính chất chức năng quan trọng nhất của gelatin. Độ bền của gel khi đông được đặc trưng bởi độ Bloom. Theo định nghĩa, độ Bloom là khối lượng tính bằng gam cần thiết tác dụng lên bề mặt gel tạo bởi ống có đường kính 13mm để khối gel lún xuống 4mm. Khối gel có hàm lượng gelatin là 6,67% được giữ ổn định ở 10oC trong 1618h. Gelatin trên thị trường có độ Bloom trong khoảng 50300 Bloom. Khả năng tạo gel của gelatin trong các loại dung môi khác nhau là khác nhau. Vì vậy khi đánh giá khả năng tạo gel của gelatin cần chú ý điểm này, sau đây là ảnh hưởng khả năng tạo gel của gelatin trong một số môi trường cơ bản. Gelatin trong nước: Gelatin trương nở khi được cho vào nước, hấp thụ một thể tích nước bằng 510 lần thể tích của bản thân nó. Khi được gia nhiệt đến nhiệt độ cao hơn điểm tan chảy, gelatin đã trương nở hòa tan và tạo thành gel khi được làm nguội. Quá trình chuyển đổi giữa dạng dung dịch và dạng gel có tính thuận nghịch. Ngoài ra, gel của gelatin bắt đầu tan chảy ở 2734oC và có khuynh hướng tan trong miệng. Các tính chất này được sử dụng trong nhiều quá trình chế biến thực phẩm. Quá trình tạo gel của gelatin trải qua 2 giai đoạn: Giai đoạn 1: hấp thụ và trương nở trong nước để tạo dung dịch, xảy ra tốt ở nhiệt độ ấm (45600C). Giai đoạn 2: tạo các liên kết ngang nối các phân tử gelatin với nhau, thường diễn ra ở nhiệt độ thấp (8120C). Khả năng hấp thụ nước của gelatin phụ thuộc vào đặc điểm nguyên liệu và các yếu tố công nghệ khi tạo gel như pH, nhiệt độ, nồng độ các chất khác trong dung dịch. pH của dung dịch gelatin Theo Bonazzi, Ripoche, Michon và Traoré, 1997, khả năng khuếch tán nước cao nhất tại pH = 6 với mẫu gelatin loại A. Điều này có thể giải thích do mối liên hệ giữa khả năng trương nở và điểm đẳng điện của dung dịch gelatin. Điểm đẳng điện của dung dịch gelatin trong thí nghiệm khoảng 5,2 nên giá trị pH nào càng gần thì khả năng khuếch tán nước càng cao. Như vậy, tại điểm đẳng điện thì khả năng khuếch tán nước là cao nhất (H.3.10). Nhiệt độ của dung dịch gelatin Nhiệt độ càng cao thì khả năng khuyếch tán của nước vào gelatin càng cao (H.3.11). Tùy điều kiện tiến hành, lĩnh vực ứng dụng mà sử dụng nhiệt độ hòa tan thích hợp để không làm mất đi các đặc tính kỹ thuật của gelatin. Thông thường nhiệt độ hòa tan gelatin thường không vượt quá 90oC. Độ bền gel của dung dịch gelatin phụ thuộc vào khả năng hấp thụ nước của gelatin và khả năng hình thành liên kết ngang giữa các phân tử gelatin. Thời gian để ổn định dung dịch gel hình thành liên kết ngang (thời gian trưởng thành) càng dài thì độ bền gel càng lớn cho đến khi đạt đến một giá trị bão hòa Nồng độ và loại gelatin Trong dung dịch cùng một loại gelatin (cùng một giá trị Bloom), nồng độ gelatin của dung dịch nào càng cao thì gel tạo thành càng chắc, độ bền gel càng lớn và ngược lại Hình: Độ bền gel phụ thuộc vào nồng độ và loại gelatin [35] Sự kết hợp giữa gelatin và tinh bột Khi các hạt tinh bột được đưa vào nước và được nung nóng ở nhiệt độ dưới nhiệt độ tạo gel thì các hạt tinh bột sẽ trương nở do amylose và amylpectin được giải phóng và trở nên hòa tan. Nếu nồng độ đủ lớn và quá trình xử lý nhiệt tạo ra độ nhớt ở pha “paste” thì hỗn hợp sẽ tạo thành gel khi được làm nguội. Amylose được hòa tan trong suốt quá trình tạo gel sẽ có thể hình thành nên mạng gel sau quá trình thoái hoá của amylose. Và quá trình thoái hoá này tạo khuynh hướng cho các phần tinh bột trở nên tăng sự không hoà tan khi được làm nguội. Amylose nhạy cảm với sự thoái hoá hơn là amylopectin. Gel hình thành từ amylose và các hạt tinh bột sẽ có độ mạnh gấp 3 lần so với gel amylose không có các hạt tinh bột. Trong khi đó thành phần amylopectin lại có chức năng của một chất độn vào mạng gel amylose và độ chắc của gel có liên quan tới mối tương tác của các chuỗi amylopectin. Bảng: Giá trị G’ đo được cho các mẫu gel khác nhau Mẫu. Giá trị G’(Pa) 5% Gelatin. 79,6 5% Gelatin/1% Tinh bột bắp. 104,6 5% Gelatin/ 3% Tinh bột bắp. 299,4 5% Gelatin/ 5% Tinh bột bắp. 467,5 5% Gelatin/ 1% Tinh bột bắp nếp. 128,4 5% Gelatin/ 3% Tinh bột bắp nếp. 116,8 5% Gelatin/5% Tinh bột bắp nếp. 72,5 Hình 3.17 diễn tả cấu trúc khác nhau giữa gel gelatin và gel của hỗn hợp gelatin/tinh bột trong đó gel của 5%(w/w) gelatin trông giống như cấu trúc dạng tổ ong với các khoảng không lớn, cấu trúc của gel 5%(w/w) tinh bột bắp và 5%tinh bột bắp nếp tương ứng đã xuất hiện một mạng lưới nhưng không xác định so với gel gelatin, cấu trúc gel 5%(w/w) gelatin/5%(w/w) tinh bột bắp tương tự như cấu trúc của gelatin nhưng trong đó xuất hiện nhiều khu vực được bao bọc bởi các phần tinh bột và chiều dài các sợi trở nên nhỏ hơn (điều này có thể là kết quả của sự đồng tạo gel của gelatin và tinh bột ở các khu vực riêng biệt) do đó làm chặt mạng gel và cấu trúc của 5%(w/w) gelatin/5%(w/w) tinh bột bắp nếp thì tương tự cấu trúc của gel gelatin nhưng các khoảng trống bây giờ đã nhỏ hơn do các hạt tinh bột bị gel hoá đóng vai trò của một chất độn vào các khoảng trống. Hình: Cấu tạo gel của (a) 5%(w/w) gelatin, (b) 5%(w/w) tinh bột bắp, (c) 5% tinh bột bắp nếp, (d) 5% (w/w) gelatin/5% (w/w) tinh bột bắp, (e) 5%(w/w) gelatin/5%(w/w) tinh bột bắp nếp 2.4.3 Ứng dụng gelatin: Bảng: 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 - Gelatin đã được sử dụng từ nhiều thập niên để sản xuất ra món thịt đông, các sản phẩm xúc xích. Vào thời điểm này gelatin còn được sử dụng rộng rãi để tiêm vào thịt nhằm mục đích tăng hàm lượng protein trong sản phẩm. Vì khả năng tạo liên kết tốt với nước gelatin còn được sử dụng để gia tăng hàm lượng ẩm và hạ giá thành sản phẩm. Tuy nhiên trong thời gian gần đây, việc sử dụng gelatin trong lĩnh vực này đã bị cắt giảm bởi các tổ chức bảo vệ người tiêu dùng. Một số sản phẩm từ thịt có sử dụng gelatin là: “Ham” (giăm bông): Đối với giăm bông có quá trình hun khói: bột gelatin hấp thu nước trong thịt và trong quá trình chế biến sẽ tạo một lớp màng giúp hàn kín khối thịt khi làm nguội. Đối với giăm bông có trải qua quá trình nấu: gelatin tạo gel với dịch lỏng tách ra trong quá trình chế biến, quá trình này giúp giữ nước bên trong và chung quanh sản phẩm. Gelatin cũng giúp làm cứng chắc lớp thạch thu được trực tiếp từ các mô liên kết nhằm tạo vẻ ngoài hấp dẫn và nhát cắt đẹp cho sản phẩm. Gelatin thủy phân được thêm vào các sản phẩm giăm bông nhằm tăng hàm lượng protein. Thịt hộp: gelatin tạo gel với nước thất thoát trong quá trình chế biến và thanh trùng. Gelatin được sử dụng trong sản phẩm này là loại gelatin có độ bền gel cao (200250 Bloom) với lượng 0,52%. Đối với các sản phẩm thịt có hàm lượng nước và hàm lượng chất béo cao rất dễ xảy ra hiện tượng tách nước, tách béo ảnh hưởng đến cấu trúc sản phẩm. Gelatin giúp liên kết nước, làm bền hệ nhũ tương, tạo cấu trúc đồng nhất. Lượng gelatin sử dụng phụ thuộc vào sự có mặt của các tác nhân liên kết khác. Nước thịt đông: nước thịt đông được dùng rộng rãi làm lớp phủ ngoài và trang trí cho các sản phẩm thịt như: giăm bông, patê, thịt hộp. Các sản phẩm nước thịt đông truyền thống được làm từ gelatin loại B và carrageenan. Sự kết hợp giữa hai chất này mang lại cho sản phẩm nước thịt đông các tính chất sau: Giảm thời gian định hình. Gel tạo thành chắc, bền vững. Tăng nhiệt độ tan chảy (thêm 10% carrageenan vào gelatin sẽ giúp làm tăng độ tan chảy từ 30oC lên 53oC). Bảng: Bảng ứng dụng của gelatin trong công nghệ sản xuất thịt Loại sản phẩm. Chức năng của gelatin. Độ Bloom. Loại gelatin. Độ nhớt. Hàm lượng sử dụng. Giăm bông. Tạo liên kết. 200250. A/B. Trung bình. 12%. Thịt đông. Tạo gel, tạo cấu trúc. 150280. A/B. Trung bình-cao. 3,58%. Thịt hộp. Tạo cấu trúc. 250280. A/B. Trung bình- cao. 1,53%. Thịt bò muối. Tạo liên kết. 250280. A/B. Trung bình- cao. 1,53%. Patê. Tác nhân làm ổn định. 180250. A/B. Trung bình-cao. 1,33%. Thịt đã nấu chín đông lạnh. Tạo liên kết với thịt. 200240. B. Trung bình-cao. 0,53%. 2.5 Da heo: 2.5.1 Thành phần cấu tạo: Bảng 5: Thành phần dinh dưỡng của 100g da heo Thành phần Tỷ lệ Thải bỏ 10 % Năng lượng 118 Kcal Protid 23,3 g Lipid 2,7 g Ca 11 mg P 8 mg Fe 0,4 mg Vitamin B1 0,29 mg Da heo có chứa collagen là một loại protein không tan trong nước. Trong quá trình gia nhiệt đến 55oC, phân tử collagen bị co ngắn đi một phần ba. Khi tới gần 61oC co ngắn đi 1/2, khi nhiệt độ gần 100oC thì collagen bị hòa tan và tạo ra gelatin (sự keo hóa hay sự gelatin hóa (gelatinization), ở nhiệt độ cao 115 ÷ 125oC và áp suất cao thì sự gelatin hóa xảy ra rất nhanh (Lê Ngọc Tú, 2001). 2.5.2 Tính chất công nghệ : Galentin có tính tạo keo, tạo gel và khả năng giữ nước rất tốt. 2.5.3 Ứng dụng : Tính tạo keo được áp dụng trong các sản phẩm thịt nấu đông, giò bó như giò thủ, giò da, nem. Công nghệ sản xuất gelatin thực phẩm và công nghiệp (keo da, vảy, vây…) Công nghệ sản xuất bóng bì tữ da lợn, một số sản phẩm thực phẩm truyền thống rất nổi tiếng. Công nghệ sản xuất một số mặt hàng có giá trị thực phẩm và tiêu thụ cao (mỹ vị) như: vây cá nhám, cá mập, yến sào, bong bóng cá (làm thực phẩm và chỉ khâu phẫu thuật). Công nghệ chế tác các loại thuốc cao chữa bệnh từ xương, sừng móng: cao khỉ, cao trăn, nai. 2.6 Trứng : Protein trong trứng có khả năng tạo gel, tạo cấu trúc cho sản phẩm. Lòng đỏ có vai trò là chất nhũ hóa do có chứa lecithin tạo cấu trúc đồng nhất cho hỗn hợp nguyên liệu và sản phẩm không bị tách béo sau quá trình hấp. 2.5 Polyphosphate Photphat thô được tìm thấy ở dạng nguồn khoáng tự nhiên, được biến đổi thành một dạng acid photphoric tinh khiết dùng trong thực phẩm. Tiếp đó được trung hòa với kiềm (NaOH, KOH tương ứng) để tạo thành orthor-photphat. Sau đó các polyphosphat khác nhau như pyrophotphat, tripolyphosphat, các đại phân tử meta-photphat được tạo thành trong quá trình phản ứng ở nhiệt độ cao (250 ¸ 8000C) từ các tỷ lệ biến đổi của các orthorphotphat khác nhau. Polyphosphat được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm, đặc biệt là trong hàng loạt các sản phẩm thịt cá cần giữ nước như giò, chả, nem, lạp xưởng, cá khô... Các nhà sản xuất các sản phẩm thịt muối và nấu thường phối hợp sử dụng polyphosphat và các muối nitrat- nitric. Các muối polyphosphat có trong danh mục phụ gia cho phép sử dụng: * E450 Diphosphates (i) Disodium diphosphate (ii) Trisodium diphosphate (iii) Dipotassium diphosphate (v) Tetrapotassium diphosphate (vi) Dicalcium diphosphate (vii) Calcium dihydrogen diphosphate * E451 Triphosphates (i) Pentasodium triphosphate (ii) Pentapotassium triphosphate * E452 Polyphosphates (i) Sodium polyphosphates (ii) Potassium polyphosphates (iii) Sodium calcium polyphosphate (iv) Calcium polyphosphates Đây là một phụ gia khá phổ biến trong công nghiệp chế biến thịt cá với tên gọi thông dụng Tari với tính năng cải thiện khả năng nhũ hoá và khả năng giữ nước của thịt. Có nhiều loại tari:tari-l,tari-k, tari-p… 2.5.1.Công thức cấu tạo 2.5.2 Tính chất vật lý: Màu trắng hay trong suốt không màu, dạng bột hay hạt nhỏ. Dễ hòa tan trong nước (gốc pholyphosphate càng dài thì khả năng hòa tan trong nước lạnh càng cao) 2.5.3 Tính chất công nghệ: Là chất đệm điều chỉnh pH sản phẩm. Khả năng liên kết một đầu với các nhóm mang điện dương, đầu còn lại liên kết với nước -> làm tăng khả năng giữ nước, khả năng liên kết (ứng dụng trong lạnh đông để hạn chế lượng nước rỉ ra sau khi rã đông) đồng thời làm tăng khối lượng sản phẩm. Ảnh hưởng đến tính hòa tan của các protein. Ngăn ngừa sự ôi hóa nhờ khả năng tạo phức với các kim loại xúc tác. Tác dụng kháng khuẩn nhẹ Đồng thời còn làm tăng mùi vị sản phẩm. 2.5.4 Ứng dụng: Được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm cần giữ nước như: chả, giò, nem, lạp xưởng,... Các sản phẩm thường phối hợp sử dụng polyphosphate và các muối nitrat-nitrit. Hàm lượng tối đa cho phép: 0,5% (tính trên P2O5). Trong sản phẩm pate, polyphotphat không được sử dụng quá 0,2 – 0,3%. Hạn chế: nếu dùng nhiều, sản phẩm tạo thành có cấu trúc giống cao su, gây vị tanh kim loại, gắt, vị xà phòng, ngứa lưỡi... 2.5.5. Một số loại phụ gia polyphosphate trên thị trường: Có khoảng 20 polyphosphate sử dụng có nhiều mục đích khác nhau trong chế biến thực phẩm. Các polyphosphate sử dụng trong chế biến thực phẩm chia làm 2 loại: Ortophosphate và polyphosphate ngưng tụ (các polyphosphate và meta polyphosphate). Các hợp chất phosphate có vai trò rất lớn trong sản xuất thực phẩm, các vai trò cơ bản của phosphate bao gồm: Tạo phức: Tạo phức một trong những chức năng quan trọng. Khi tạo phức với các ion kim loại, các phức này là các anion thành lập phức chất hòa tan với các ion kim loại, hiện diện trong dung dịch hoặc kết tủa, khả năng tạo phức chất của các ion kim loại được so sánh theo chiều dài dây polyphosphate, dây polyphosphate càng dài thì s ự tạo càng mạnh và sự tạo phức giảm khi tăng pH. Khả năng giữ nước Các polyphosphate được dùng trong chế biến thịt, cá, gia cầm, thủy sản rộng r ãi để điều chỉnh sự mất ẩm và giữ ẩm trong các sản phẩm sau khi chế biến hoặc r ã đông. Các phosphate thường sử dụng là: Tri polyphosphate nhưng nếu kết hợp với Na hexametaphosphate sẽ có tác dụng hiệu quả hơn. Các phosphate khi thêm vào các sản phẩm đầu tiên sẽ bị thủy phân tạo thành các pyrophosphate là các chất hoạt động chính. Trong chế biến thịt kết hợp 2 % muối v à 0,3 % phosphate được sử dụng gia tăng khả năng giữ nước, tương đương 0,8 M-1 M (4,6 %-5,8 %) NaCl được yêu cầu tối đa cho sự trương nở, nhưng khi thêm phosphate sẽ làm giảm lượng muối cần thiết. Tác dụng phosphate trên thịt muối với 3 l. do: gia tăng pH thịt, gia tăng lực ion và tạo phức với ion kim loại. Nhờ vào tính chất này mà phosphate được sử dụng như những chất bảo quản thủy sản để tránh sự mất ẩm trong quá trình bảo quản. Trong chế biến các sản phẩm, với sự tham gia của phosphate giúp cho sản phẩm có hiệu suất thu hồi cao. Ổn định nhủ tương Các phosphate được sử dụng trong chế biến phomat giúp sự ổn định của nhũ tương chất béo trong mạng protein-nước. Phosphate được đề nghị sử dụng vì khả năng tạo phức với các ion Ca2+ của para K casein hiện diện trong protein sữa. Kết quả l à có cấu trúc láng, dễ chảy, không có sự phân ly béo. Các phosphate đ ược sử dụng thông thường là: Na Orthophosphate, polyphosphate như Na pyrophosphate, Na hexametaphosphate. Các Orthophosphate kiềm sẽ cho các phomat mềm dễ chảy, các Orthophosphate acid và polyphosphate sẽ làm tăng độ nóng chảy, cấu trúc cứng. Liều lượng thường dùng dưới 3% trọng lượng sản phẩm cuối cùng. Bảng 22: Hàm lượng P2O5 và pH của một số polyphosphates (trong dung dịch 1% với nước) Tên gọi Công thức %P2O5 pH trong dung dich 1% Pyrophosphate disodium P2O7Na2 63.9 4-4.3 Pyrophosphates tetrasodium P2O5Na4 53.4 10-10.5 Triphosphate pentasodium P3O10Na5 57.9 >9.2 Pentaphosphates heptasodium P5O16Na7 62.0 8.2-8.6 Metaphosphate (PO4Na)n 69.6 6.3-7.5 Pyrophosphate tetrapotassium P2O7K4 43.2 10.3 Tác dụng bảo quản thực phẩm: Polyphosphates được sử dụng như một phụ gia: chất ổn định, chất làm đông, và chất nhũ hoá. Những polyphosphates hay được sử dụng là monophosphate (E 339-343), diphosphates (E450), triphosphates 9E451) và polyphosphates (E452). Vì thế poly phosphate đựơc ứng dụng nhiều trong chế biến cá, giò lụa, jambon. Cơ chế khả năng giữ nứơc của protein: Polyphosphates hoạt động như một cầu nối cation (Ca), do đó chúng cô lập cation. Khi đó, phức hợp actomyosin trong cơ bị tách ra thành actin và myosin. Actin và myosin hoà tan bởi nước muối, do đó tăng tính giữ nước của protein. Tác động của polyphosphates lên khả năng giữ nứơc của thịt: Tetrasodium pyrophosphate có tác động mạnh nhất. Sodium tripholyphosphates có tác dụng tương tự nhưng hoạt tính không bằng, trong khi hexameta phosphate không tương tác gì cả. 2.5.6 Hàm lượng sử dụng-An toàn sức khoẻ: Dựa trên những kiến thức hiện tại polyphosphates không gây hại cho sức khoẻ nếu hàm lượng bé hơn ADI (acceptable daily intake). Vì thế sự nghi ngờ polyphosphates chịu trách nhiệm cho bệnh hyperkinetic (hội chứng quá linh động) ở trẻ em vẫn chưa được xác nhận bởi những nghiên cứu khoa học. Tuy nhiên polyphosphates cũng gây những bất lợi sau (nếu sử dụng quá liều lượng). Làm cho sản phẩm có cấu trúc như cao su. Hàm lượng polyphosphates >0.3 gây vị chát. Làm cho sản phẩm có vị tanh đắng, có cảm giác ngứa lưỡi. Hàm lượng lớn ảnh hưởng đến sức khoẻ: đau bụng, tiêu chảy. Ở Việt Nam, theo quyết định số 760-2000-Bộ Thuỷ sản cho phép sử dụng polyphosphate (sodium, potassium) với hàm lượng tối đa cho phép là : 5g/kg còn Diphosphates (di, tri, tetra-sodium & di, tetra-potasium) Triphosphates (pentasodium, pentapotassium) thì 5g/kg đối với sản phẩm cá phi lê và 1g/kg đối với các sản phẩm khác. Sản phẩm polyphosphate trên thị trường: Sodium Hexametaphosphate ( SHMP ) CTHH: (NaPO3)6, KLPT: 611.82 CAS No.: 10124-56-8 H.S code: 2835 3900 10 Đóng gói: in 25kg PP túi or 50pound túi giấy. 20Mt/20'FCL.Đặc tính kỹ thuật: 68%, 70%, 65%, 60% Hình dạng: Bột hoặc hột. Thuật ngữ mua bán: FOB, CFR CIF Chất lượng: nhỏ dưới 1FCL Đóng gói: 25kg hoặc 50 pound / 1 ti.   Tên công ty: Sichuan Chenghong Phosph-Chemical Co., Ltd.   Ngừơi liên hệ: Ms. Marcy, Mr. Li   Địa chỉ: 23 Linjiang Road, Hongchuan Town, Hongya County, Meishan City, Sichuan Province. China   Zip: 620000   Telephone: 86-833-7496816, 7496972, 7496117   Fax: 86-833-7496017   Web Site: Potassium Polymetaphosphate(KPMP) : CTHH:(KPO3)x Đóng gói: túi 25kg hoặc túi giấy 50 pound. Thuật ngữ mua bán: FOB, CFR CIF. Tên công ty: Sichuan Chenghong Phosph-Chemical Co., Ltd.   Người liên lạc: Ms. Marcy, Mr. Li   Địa chỉ: 23 Linjiang Road, Hongchuan Town, Hongya County, Meishan City, Sichuan Province. China   Zip: 620000   Telephone: 86-833-7496816, 7496972, 7496117   Fax: 86-833-7496017   Web Site: 2.6 Các loại bột: Bột bắp, bột mì, bột đậu nành, bột năng, … 2.6.1 Nguồn gốc và cấu tạo: 2.6.1.1 Bột đậu nành: Các sản phẩm bột đạm đậu nành (đậu tương) là những sản phẩm thay thế rất tốt cho các sản phẩm từ động vật. Không giống như các loại hạt khác, đậu nành có thể bổ sung hoàn toàn lượng đạm. Hạt đậu nành chứa đầy đủ lượng axit amin cần thiết cho dinh dưỡng bởi chúng không bị tổng hợp trong cơ thể con người. Sản phẩm bột đạm đậu nành có thể thay thế cho thực phẩm từ động vật mà không cần phải điều chỉnh thực đơn. Thông thường các sản phẩm từ động vật chứa nhiều chất béo hơn, đặc biệt là chất béo bão hòa (không tốt cho tiêu hóa). Thực phẩm đạt tiêu chuẩn phải chứa ít nhất 6.25 grams bột đạm đậu nành và phù hợp với các tiêu chuẩn khác như hàm lượng chất béo, cholesterol và natri thấp. Các sản phẩm bột đạm đậu nành sau chế biến được chia thành ba loại tùy vào hàm lượng protein : Bột đạm (Flour), Concentrates và Isolates. Ba loại này được coi là những nguyên liệu đầu vào cơ bản của các sản phẩm bột đạm đậu nành. Trong một số trường hợp, những nguyên liệu này có thể được xử lý thêm trước khi đưa vào các sản phẩm thực phẩm Loại Bột đạm Bột đạm được tạo ra bằng cách nghiền hạt đậu nành đã sấy thành dạng bột mịn và chứa khoảng 50% hàm lượng đạm. Bột đạm cũng có ba dạng khác nhau: tự nhiên hay nguyên béo, khử béo và thêm lecithin. Dạng tự nhiên hay nguyên béo chứa nguyên lượng dầu có trong hạt đậu nành. Dạng khử béo, đã được tách bớt lượng dầu trong quá trình chế biến. Dạng thêm Lecithin tức là đã được bổ sung một lượng lecithin nhất định vào. Bột đạm không chứa Gluten, vì vậy loại bánh mỳ nở bằng men có dùng bột đạm loại này có cấu trúc rất chặt. Bột đạm đậu nành thô cũng tương tự như bột đạm đậu nành, chỉ khác là loại này được xay thành những hạt cỡ to hơn. Loại Concentrates Loại Concentrates được chiết xuất từ loại đậu nành khử béo, dạng vẩy và chứa 70% protein. Loại này chứa một lượng axit amin rất tốt cho tiêu hóa và giữ lại phần lớn chất xơ từ hạt đậu nành phục vụ cho quá trình tiêu hóa. Loại Isolates (Soy protein Isolate): Bột đạm tách từ các vẩy đậu nành khử béo tạo ra loại bột đạm Isolates - loại bột đạm tinh khiết nhất. Chứa đến 90% protein,có khi lớn hơn 95%. Bột đạm Isolates giứ lại hầu hết toàn bộ lượng đạm có trong hạt đậu nành. Chúng cũng chứa một lượng đáng kể axit amin có lợi cho tiêu hóa và vì chúng có vị rất nhẹ nên có thể thêm vào các sản phẩm thực phẩm mà không hề ảnh hưởng đến hương vị và đặc tính cơ bản của sản phẩm. Có tính năng cải thiện cấu trúc hay tạo cấu trúc trong các sản phẩm tạo gel, nhũ tương, … Có khả năng giữ nước, liên kết các thành phần chất béo, protein 1 cách nhanh chóng. Tạo sự cân bằng giữa nguồn protein động vật và protein thực vật. Giúp giảm giá thành sản phẩm. Bột đạm Textured: Được làm từ bột đạm tách béo thông qua một thiết bị nén cho phép tạo ra nhiều dạng và kích cỡ khác nhau. Chúng chứa khoảng 50% protein, các chất xơ và carbonhydrates tan từ hạt đậu nành. Khi thủy hợp, chúng trở nên dai. Chúng được ứng dụng rộng rãi như là chất giả thịt, thường là loại Textured. Loại bột đạm textured được bán ở dạng khô, có thể ở dạng hạt hoặc khoanh miếng, không có mùi. Đạm Textured Concentrates Được làm từ thiết bị nén và tồn tại ở nhiều dạng và kích cỡ khác nhau. Loại đạm này chứa đến 70% protein và chất xơ từ hạt đậu nành. Khi thủy hợp, chúng trở nên dai và tham gia vào việc hình thành cấu trúc của thịt thật. Ứng dụng của bột đậu nành vào trong ngành công nghệ chế biến thịt và thủy sản: Thịt khô cắt miếng, thịt bắp, thịt hộp, các sản phẩm gia cầm, các sản phẩm hải sản. Loại Textured (TSP) TSP luôn luôn ám chỉ tới loại sản phẩm là hỗn hợp của bột đạm Textured và Textured Concentrates. Chúng được dùng như sản phẩm giả thịt hoặc tương tự và có thể thêm vào thực đơn nhằm bổ sung hàm lượng đạm cần thiết. TSP có cấu trúc giống với cấu trúc của thịt bò và một số loại thịt khác. Tuy vậy, chúng phải được thủy hóa lại bằng nước sôi trước khi sử dụng. 2.6.1.2 Tinh bột bắp: Bảng tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm tinh bột bắp ( bột ngô): Thành phần Tỉ lệ Hàm lượng nước 13 – 14 % Tỉ lệ tro < 0,2 % Độ đạm < 0,5 % Chất béo < 0,5 % Độ mịn < 100 % Hàm lượng SO2 < 40 ppm Màu sắc Bột màu trắng Mùi vị Hương vị đặc trưng của bắp 2.6.2 Ứng dụng trong công nghệ chế biến thịt và thủy sản: Hỗ trợ việc tạo gel cho các sản phẩm thịt cá: Protein và tinh bột đều sắp xếp lại phân tử để tạo thành gel và tương tác với nhau. Chủ yếu là liên kết hydro và lực vanderval → Tinh bột có tính đồng tạo gel với Protein Tạo độ đàn hồi, cứng vững, khả năng giữ nước của gel Là phụ liệu nhằm giảm giá thành sản phẩm Lượng dung không quá 5%. Khi dung lượng lớn sẻ gây ảnh hưởng xấu đến cấu trúc và mùi vị của sản phẩm. Do sưj hỏng cấu trúc bởi thoái hóa tinh bột làm thoái hóa cấu trúc. Whey Protein Isolate (WPI): Định nghĩa: Whey Protein Isolate được thu bằng loại bỏ các thành phần không là Protein ra khỏi whey và có hàm lượng Protein ít nhất là 90%. WPI được phân tách bằng phương pháp vật lí như kết tủa, lọc membrane hay trao đổi ion. pH của WPI có thể được điều chỉnh bởi sự thêm vào các chất. Bảng thành phần: Protein 92.0% Lactose 0.5% Béo 1.0% Ash 2.0% Ẩm 4.5% Chỉ tiêu vi sinh: Coliform < 10/g Salmonella không có Listeria không có Staphylococci không có Ứng dụng trong công nghệ chế biến thịt và thủy sản: Được ứng dụng trong sản xuất thịt và xúc xích, có tác dụng giữ nước. Điều kiện bảo quản: Được bảo quản trong môi trường khô, nhiệt độ dưới 800F, độ ẩm môi trường dưới 65%. Thời hạn sử dụng sản phẩm nên từ 9 tháng đến 1 năm. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỊT VÀ THỦY SẢN 3.1 Sản xuất surimi: Định nghĩa: surimi là mặt hàng thủy sản bán thành phẩm. Được sản xuất từ thịt cá, qua quá trình rửa sạch, nghiền nhỏ…, nó không có màu, mùi vị đặc trưng. Thành phần hóa học: Nước : 75% Protein: 16% Lipid : 0.2% Năng lượng: 80calo/100g Không chứa cholesterol Mục đích sử dụng phụ gia: Bảo vệ cấu trúc protein cá trong quá trình trữ đông. Bảo quản cấu trúc đó khi đem ra sử dụng sau này. Phụ gia sử dụng và vai trò: Tinh bột lúa mì hoặc tinh bột sắn: đồng tạo gel với protein có sẵn trong thịt cá làm cấu trúc bền hơn dưới tác dụng của lực cơ học và giảm khả năng biến dạng khi không cấp đông. Hàm lượng sử dụng khoảng 3 – 6% Lòng trắng trứng: tăng độ bền cấu trúc, làm bề mặt surimi mịn hơn và trắng hơn. Polyphosphate: giúp tăng khả năng giữ nước của cấu trúc gel. Hàm lượng sử dụng khoảng 0.2 – 0,3% Protein đậu nành (isolated): góp phần tạo cấu trúc gel và hài hòa thành phần dinh dưỡng trong surimi. 3.2 Jambon Quy trình công nghệ: Phụ gia cấu trúc sử dụng và vai trò: Caseinat natri: dạng keo, có tác dụng làm bền với protein. Nó bao vây quanh các tâm hoạt động của protein, có khả năng giữ mỡ tốt (1kg Caseinat giữ được 7kg mỡ và 1kg nước). Carrageenan: có trong hồng tảo hay tảo đỏ, có khả năng giữ nước tốt (1kg Carrageenan giữ được 25kg nước). Protein đậu nành: có trong đậu nành, có khả năng giữ mỡ và nước. Polyphosphate: Là chất giữ nước trong sản phẩm, tăng sự liên kết giữa nước và thịt, nhờ chất này mà trong quá trình bảo quản không có sự rỉ nước từ trong thịt ra bên ngoài, có như vậy mới kìm hãm được sự phát triễn của vi sinh vật. Trong quá trình nhào trộn Jambon, nếu có bổ sung polyphosphat thì giữa các khối Jambon có hình thành một “chất bùn” giàu protein tơ cơ, nhờ đó mà dáng vẻ lát Jambon chặt chẽ hơn do sự đông tụ protein xảy ra hoàn toàn. 3.3 Thịt hộp: Quy trình công nghệ Thịt heo đông lạnh Bài khí Rã đông Ghép nắp Cắt nhỏ Tiệt trùng Nguyên liệu phụ Xay Bảo ôn Nhồi Dán nhãn Hấp Cắt lát Sản phẩm Vào hộp Phụ gia sử dụng và vai trò Tinh bột: Tinh bột bổ sung vào hỗn hợp nhũ tương nhằm mục đích: Hạ giá thành sản phẩm Hấp thu một lượng nước Tinh bột có khả năng tạo gel do sự tạo thành và sắp xếp lại các phân tử tinh bột tạo thành cấu trúc mạng 3 chiều do các liên kết hydro giữa các mạch polyglucoside hay gián tiếp qua cầu phân tử nước. Tinh bột cũng có khả năng đồng tạo gel với protein nhờ vào liên kết hydro và lực Van Der Waals. Trong trường hợp này cả protein và tinh bột đều sắp xếp lại phân tử để tạo gel. Tuy nhiên việc sử dụng tinh bột vào sản phẩm là có giới hạn, nếu quá nhiều chúng sẽ tạo mùi cho sản phẩm, làm giảm chất lượng. Muối polyphosphate: Vai trò chủ yếu của các muối polyphosphate khi ướp là làm gia tăng khả năng liên kết của nước với protein của mô cơ, và do đó làm gia tăng năng suất của sản phẩm sau cùng, tăng chất lượng của sản phẩm. 3.4 Giò lụa: Quy trình công nghệ: Phụ gia sử ụng: Polyphosphate (TARI K7): Là hỗn hợp diphosphate, triphosphate, và polyphosphate có pH = 8 ÷ 9 Mục đích sử dụng: • Khả năng trích ly protein rất cao • Tăng khả năng giữ nước tốt • Đồng nhất khối nhũ tương, khối mỡ • Cải thiện cấu trúc mềm mại của sản phẩm • Ngăn cản sự tách lớp của protein-mỡ-nước • Giảm sự hao hụt trọng lượng • Làm chậm sự ôi thiu • Ổn định màu sắc và hương vị của sản phẩm • Liều lượng sử dụng: khoảng 0,3÷0,5% khối lượng sản phẩm (0,2÷0,3 khối sản phẩm tính trên lượng P2O5) Tinh bột: Tinh bột có tác dụng hút ẩm nên khi ở hàm lượng nhỏ để liên kết các phân tử nước, tạo độ dẻo, độ đặc, độ dai, độ dính, tạo gel. Bột có tác dụng như một chất đệm để thay thế một phần thịt, làm giảm giá thành sản phẩm. Nhưng không được sử dụng nhiều bột vì ảnh hưởng đến chất lượng và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. Tinh bột sử dụng phải khô, trắng, sạch, không ẩm mốc và không lẫn tạp chất. Trong sản xuất giò lụa, có thể sử dụng tinh bột bắp biến tính hay tinh bột mì biến tính, tinh bột sẽ liên kết với gel protein làm cho sản phẩm có độ đàn hồi đặc trưng. Protein đậu nành: Là sản phẩm có hàm lượng protein cao (65 – 69%), trong protein đậu nành, globulin chiếm 85 – 95%, ngoài ra còn một lượng nhỏ albumin, prolamin và glutelin. Protein đậu nành có tính năng cải thiện cấu trúc hay tạo cấu trúc trong các dạng sản phẩm khác nhau (dạng gel, nhũ tương...), có khả năng giữ nước, liên kết các thanh phần chất béo, protein nhanh chóng nên được đưa vào trực tiếp trong quá trình tạo nhũ tương. Việc sử dụng protein còn tạo sự cân bằng giữa nguồn protein động vật và protein thực vật, cũng như để hạ giá thành cho sản phẩm giò lụa thì việc bổ sung protein đậu nành là thích hợp vì nó có giá thành rẻ và có các tính năng công nghệ khác. Caseinat: Casein không hòa tan, không đóng vón bởi nhiệt độ, chúng có khả năng kết nối thấp hơn so với muối của nó là Natri caseinat. Natri caseinat được sản xuất từ casein sữa bằng cách hòa tan chất này vào trong xút hoặc muối natri. Đây là một loại protein hòa tan được sử dụng trong chế biến thịt bởi khả năng liên kết tuyệt hảo của nó: nó có tính ái nước và có khả năng tạo nhũ rất tốt. Ngoài ra, chúng còn có lợi điểm là không đóng vón dưới tác dụng của nhiệt độ và đề kháng tốt ở nhiệt độ cao. Vai trò của Natri caseinat: Bao bọc quanh các phân tử phân tán trong môi trường nhũ tương thường là chất béo bằng một lớp vỏ keo làm cho chúng tách biệt với môi trường và tách lẫn nhau bởi lực đẩy mang điện tích âm mà chúng mang. Làm môi trường trở nên nhớt hơn, cản trở sự tách lớp của các hạt béo. Khả năng tạo gel của natri caseinat làm cho sản phẩm gia tăng tính săn chắc. Tuy nhiên việc sử dụng quá độ có thể cho ra một kết cấu quá chắc như cao su. Chúng được sử dụng ở dạng bột khô, dạng dung dịch lỏng hoặc nhũ tương mỡ. Các casein thực phẩm được quản lý theo quy định chung của cộng đồng chung châu Âu ngày 25/7/1983: hàm lượng protein tối thiểu phải đạt là 88%. Người ta tìm thấy trên thị trường các loại Natri caseinat ở những độ nhớt khác nhau từ mức thấp nhất (20 – 40 centipoies) đến mức cao nhất (15000 centipoies). Các caseinate có độ nhớt cao cho tính ổn định tốt hơn do chúng làm sệt pha nước làm ngăn cản sự dịch chuyển các hạt mỡ. Tuy nhiên, điều này không được thái quá vì nó cản trở quá trình tạo gel, kết quả tốt nhất có được ở độ nhớt khoảng 7000 - 15000 centipoies. Gelatin: Gelatin có công thức C102H151O39N31, không màu hoặc vàng nhạt, trong suốt, giòn, không mùi, vị, dạng vảy hoặc bột, hòa tan trong nước nóng, trong glycerol, không hòa tan trong dung môi hữu cơ. Gelatin hấp thụ nước và trương nở 5 – 10 lần khối lượng của nó để trở thành dạng gel trong dung dịch nước có nhiệt độ từ 30 – 35oC, tăng cường khả năng kết nối.