PHẦN I
TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
Chất hoạt động bề mặt là chất khi cho vào dung môi, sức căng bề mặt của
dung môi giảm xuống.
Phân loại chất hoạt động bề mặt:
Theo bản chất ái nước:
− Chất hoạt động bề mặt mang điện tích âm (Anionic surfactants)
− Chất hoạt động bề mặt mang điện tích dương (Cationic surfactants)
− Chất hoạt động bề mặt không mang điện tích (Non-ionic surfactants)
− Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính (Amphoteric/zwitterionic surphactants)
Theo bản chất nhóm kỵ nước:
Phân loại nguồn cung cấp:
− Gốc alkyl mạch thẳng thu từ acid béo tự nhiên.
− Các alkyl mạch ngắn từ alcol
− Các hydrocacbon dầu mỏ
− Từ phản ứng Fischer
Hệ nhũ tương:
Có rất nhiều hệ nhũ tương khác nhau trong thực phẩm, nhưng chúng ta
thường gặp 3 dạng:
a. Hệ d/n:
Pha phân tán: dầu.
Pha liên tục: nước.
Ví dụ: mayonnaises, kem sữa, bánh
phết kem…
b. Hệ n/d:
Pha phân tán: nước.
Pha liên tục: dầu.
Ví dụ: bơ, maragine, sốt dùng với
sa-lat…
c. Hệ n/d/n :
Hệ nhũ tương dầu trong nước là hệ khá phức tạp trong thực phẩm do các
giọt phân tán của nó có chứa nước.
Chất hoạt động bề mặt có vai trò rất lớn trong đời sống và sản xuất. Một
số ứng dụng của chất hoạt động bề mặt ở các lĩnh vực như:
Trong công nghiệp dệt nhuộm: Chất làm mềm cho vải sợi, chất trợ
nhuộm
Trong công nghiệp mỹ phẩm: Chất tẩy rửa, nhũ hóa, chất tạo bọt
Trong ngành in: Chất trợ ngấm và phân tán mực in
Trong nông nghiệp: Chất để gia công thuốc bảo vệ thực vật,
Trong xây dựng: Dùng để nhũ hóa nhựa đường, tăng cường độ đóng rắn
của bê tông
Trong dầu khí: Chất nhũ hóa dung dịch khoan
Trong công nghiệp khoáng sản: Làm thuốc tuyển nổi, chất nhũ hóa, chất
tạo bọt để làm giàu khoáng sản
Trong công nghệ thực phẩm: chất nhũ hóa, chất tạo bọt…
PHẦN II
NỘI DUNG CHÍNH
1. Mục đích sử dụng:
Chất hoạt động bề mặt được sử dụng trong thực phẩm với mục đích làm
bền nhũ tương. Nhũ tương là hệ phân tán của hai chất lỏng không trộn lẫn vào
nhau mà một trong hai có mặt dưới dạng những giọt nhỏ của pha bị phân tán, pha
còn lại ở dưới dạng pha liên tục. Phần lớn các nhũ tương thực phẩm đều là kiểu
dầu trong nước hoặc nước trong dầu. Hiện tượng tách pha là hiện tượng không
mong muốn trong sản xuất thực phẩm. Do đó, ta cần sử dụng chất hoạt động bề
mặt làm bền hệ nhũ tương để tránh hiện tượng tách lớp.
Phụ gia làm bền nhũ tương được chia làm hai loại: các ester một phần của
các acid béo và các polyol hoặc acid hữu cơ; phospholipid như lecithine.
Các loại thực phẩm khác nhau sử dụng chất hoạt động bề mặt khác nhau:
Sữa bột, bột dinh dưỡng: chất nhũ hóa (dùng chế biến dạng lỏng thành dạng
bột), chất ổn định, khí trơ.
Sữa uống: màu, mùi, chất nhũ hóa, chất ổn định.
Nước ngọt, nước trái cây: chất bảo quản, màu, mùi, chất ổn định, chống
oxy hóa, chất điều chỉnh độ acid.
Kem: chất tạo nhũ, chất ổn định, tạo cấu trúc, chống oxy hóa, hương liệu,
chất màu.
Mứt: chất tạo gel, chất bảo quản.
Bia: chất tạo bọt
2. Cơ chế hoạt động của các chất hoạt động bề mặt:
Các hệ nhũ tương thường không bền là do những nguyên nhân sau:
− Sự nổi lên hay sự lắng xuống của các giọt lỏng
− Sự kết tụ của các giọt lỏng
− Sự chảy của giọt lỏng này vào giọt lỏng khác
Để làm bền nhũ tương thực phẩm, ta sẽ thêm vào các chất hoạt động bề mặt
có tác dụng sau:
− Làm giảm sức căng bề mặt phân chia pha
− Tạo một lớp phân chia bề mặt
− Tạo các điện tích cùng dấu trên bề mặt pha phân tán, các lực tĩnh
điện sẽ chống lại lực hút Van der Wall giữa các giọt lỏng.
− Tạo hệ các giọt lỏng phân tán có kích thước các giọt nhỏ và đồng
đều.
− Tạo độ nhớt cao trong pha liên tục.
3. Một số chất hoạt động bề mặt thường dùng trong thực phẩm:
Protein:
Nhiều sản phẩm thực phẩm là hệ nhũ tương như sữa bò, sữa đậu nành, kem,
nước cốt dừa, bơ, phô mai nóng chảy, mayonnaise,… và những thành phần protein
thường đóng vai trò nổi bật trong việc làm bền các hệ này.
Protein được hấp thụ ở bề mặt phân chia giữa các giọt dầu phân tán và pha
nước liên tục có các tính chất vật lý và lưu biến (làm đặc, tạo độ nhớt, độ “cứng –
dẻo”) có tác dụng ngăn cản các giọt chất béo hợp nhất. Tùy theo pH, ion hóa các
gốc R của các acid amin trong mạch polypeptide cũng tạo ra các lực đẩy tĩnh điện,
góp phần làm bền hệ nhũ tương.
Protein ít có khả năng làm bền hệ nhũ tương nước/dầu, nguyên nhân là do
phần lớn protein có bản chất ưa nước và do đó chúng bị hấp phụ ở pha nước gần
bề mặt phân chia pha.
Hai giọt dầu khi
chưa có mặt protein
Pha dầu
Bề mặt
phân chia
Bề mặt
phân chia
Protein (biến tính) hấp
phụ ở bề mặt phân
chia ngăn cản các giọt
chất béo hợp nhất
Các lực đẩy tĩnh điện
xuất hiện có tác dụng
làm bền hệ nhũ tương
Khả năng hấp phụ và làm bền nhũ tương của protein
Chất hoạt động bề mặt ưa nước:
Carragreenan: (chất hoạt động bề mặt anion)
Carrageenan bắt đầu được sử dụng
hơn 600 năm trước đây, được chiết
xuất từ rêu Irish moss. Vào những
năm 30 của thế kỷ XX, carrageenan
được sử dụng trong công nghiệp bia
và hồ sợi. 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 và bánh kẹo.
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 như: 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.
Tương tác giữa carrageenan với protein:
Đây là một trong những tính chất quan
chặn sự tách lỏng và làm ổn định các
trọng của carrageenan và cũng là đặc
hạt coca trong sữa sôcôla.
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
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.
Cơ chế tạo gel: 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 còn gọi là xoắn
kép.
Ứng dụng trong công nghiệp sữa
Carrageenan có khả năng liên kết với protein của sữa, làm cho hạt nhũ
tương sữa – nước bền vững. Chính vì tính chất này mà carrageenan không thể
thiếu được trong công nghiệp chế biến sữa. Sữa nóng có chứa carrageenan được
làm lạnh sẽ tạo gel, giữ cho nhũ tương của sữa với nước được bền vững, không bị
phân lớp. Tác nhân chính trong quá trình tạo gel là do liên kết giữ các ion sulfat
với các đuôi mang điện của các phân tử protein và các cation Ca2+, K+ có mặt
trong sữa.
Ứng dụng trong các ngành thực phẩm khác
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.
Các công ty chế biến thịt cũng sử dụng carrageenan trong chế biến thịt 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.
Pectin (chất hoạt động bề mặt anion):
a. Nguồn gốc và cấu tạo:
Pectin là một polysaccharide tồn tại phổ biến trong thực vật, là thành phần
tham gia xây dựng cấu trúc tế bào thực vật. Ở thực vật pectin tồn tại chủ yếu ở 2
dạng là pectin hòa tan và protopectin không hòa tan.
Hợp chất pectin được đặc trưng bởi 2 chỉ số quan trọng là chỉ số methoxyl
“MI” biểu hiện cho phần trăm khối lượng nhóm methoxyl –OCH3 có trong phân tử
pectin và chỉ số este hóa “DE” thể hiện mức độ este hóa của các phân tử acid
galactoronic trong phân tử pectin.
Dựa trên mức độ methoxy hóa và este hóa, trong thương mại chia pectin
thành 2 loại: pectin có độ methoxyl hóa cao và pectin có độ methoxyl hóa thấp.
Pectin methoxyl hóa cao (High Methoxyl Pectin – HMP): DE >50 %
hay MI > 7%. Chất này có thể làm tăng độ nhớt cho sản phẩm. Muốn tạo đông cần
phải có điều kiện pH = 3,1 – 3,4 và nồng độ đường trên 60 %.
Pectin methoxyl hóa thấp (Low Methoxyl Pectin – LMP): DE < 50
% hay MI < 7%. Được sản xuất bằng cách giảm nhóm methoxyl trong phân tử
pectin. Pectin methoxy thấp có thể tạo đông trong môi trường không có đường.
Chúng thường được dùng làm màng bao bọc các sản phẩm.
Các pectin đều là những chất keo háo nước nên có khả năng hydrat hóa cao nhờ sự
gắn các phân tử nước vào nhóm hydroxyl của chuỗi polymethyl galacturonic.
Ngoài ra, trong phân tử pectin có mang điện tích âm nên chúng có khả năng đẩy
lẫn nhau có khả năng làm giãn mạch và làm tăng độ nhớt của dung dịch. Khi làm
giảm độ tích điện và hydrat hóa sẽ làm cho sợi pectin xích lại gần nhau và tương
tác với nhau tạo nên một mạng lưới ba chiều rắn chứa pha lỏng ở bên trong.
b. Ứng dụng:
Pectin là chất tạo gel quan trọng nhất được sử dụng để tạo ra cấu trúc gel
cho thực phẩm. Khả năng tạo gel của nó được sử dụng trong những thực phẩm cần
có sự ổn định của nhiều pha. Tác dụng tạo gel của pectin được sử dụng chủ yếu
trong các sản phẩm mứt trái cây và mứt đông.
Tác dụng của pectin là tạo ra cấu trúc mứt đông và mứt trái cây không bị
thay đổi trong quá trình vận chuyển, tạo ra mùi vị thơm ngon cho sản phẩm và
giảm sự phá vỡ cấu trúc. Trong một số trường hợp, pectin còn được sử dụng với
carageenan để tăng hiệu quả tạo gel.
Gelatin: (chất hoạt động bề mặt anion)
Là các polypeptid cao phân tử dẫn xuất từ collagen, là thành phần protein
chính trong các tế bào liên kết của nhiều loại động vật, bao gồm xương, da…
Cơ chế tạo gel:
− Gelatin trương nở khi cho vào
nước lạnh, lượng nước hấp thu
khoảng 5 – 10 lần thể tích chính nó.
− Tan chảy khi gia nhiệt, đông
đặc (tạo gel) khi làm lạnh. Sự chuyển
đổi SOL – GEL có tính thuận nghịch.
− Nhiệt độ nóng chảy 27 – 340C
Công dụng của Gelatin:
− Tạo đông: Gelly, Jam
− Ổn định: kem
− Nhũ hóa: tạo khí
− Làm đặc: súp, đồ hộp
− Kết dính: kẹo, sản phẩm thịt
− Làm trong: rượu
− Có khả năng tạo gel mà
không cần phối hợp với chất khác.
Lecithine: (chất hoạt động bề mặt lưỡng tính)
Là một trong những phospholipid phổ biến nhất và là tên thương hiệu trên
thị trường. Lecithine có thể là một hay hỗn hợp các phospholipid.
Trong cấu trúc phân tử của lecithine có 2 phần háo nước và háo béo, do đó
lecithine được dùng như chất nhũ hóa của hệ dầu trong nước. người ta chiết xuất
lecithine từ hạt đậu nành hoặc lòng đỏ trứng gà.
Ứng dụng của lecithine:
Quá trình lecithine hóa trong công nghệ sản xuất sữa bột:
− Một số sản phẩm sữa bột có hàm lượng chất béo khá cao nên khó hòa tan
vào trong nước do một số hạt sữa được bao bọc xung quanh bởi một màng
mỏng lipid tự do. Chính vì thế, chúng trở nên “kỵ nước”. Hiện tượng này xảy
ra ngay cả trong sản xuất sữa bột tan nhanh và ảnh hưởng đến khả năng hòa tan
của sản phẩm.
− Để khắc phục nhược điểm trên, người ta sử dụng quá trình lecithine hóa.
Bản chất của quá trình này là tạo một màng mỏng lecithine bao quanh các hạt
sữa. Nhờ khả năng nhũ hóa của lecithine, các hạt sữa với màng bao lipid sẽ trở
nên hòa tan trong nước lạnh, hạn chế được hiện tượng không tan hay đóng vón
khi pha sữa.
PHẦN IIII
CÁC QUY TRÌNH
Phô mai nguyên liệu
Sữa & các sản
phẩm từ sữa
Xử lý
Gia nhiệt và khuấy trộn
Hơi nước
Phụ gia
Đổ khuôn
Làm nguội
Bao bì
Cắt và bao gói
Phô mai nấu chảy
Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất phô mai nấu chảy có nồng độ chất khô cao
Theo sơ đồ trên, chất phụ gia được thêm vào ở giai đoạn gia nhiệt và khuấy
trộn. Mục đích của quá trình này là nấu chảy phô mai nguyên liệu nhằm phá vỡ
hoàn toàn cấu trúc gel ban đầu của chúng, tiếp theo là phối trộn phô mai đã được
nấu chảy với các nguyên liệu và phụ gia khác thành một hỗn hợp đồng nhất. Phụ
gia sử dụng ở đây là hỗn hợp trisodium citrate, sodium bicarbonate và acid citric
để tạo cấu trúc gel cho phô mai. Ngày nay, nhiều phụ gia mới xuất hiện, thông
dụng nhất là 4 phụ gia sau:
− Nhóm sodium polyphosphate (E.450)
− Nhóm sodium orthophosphate (E.339)
− Sodium citrate (E.331)
− Acid citric (E.330)
Quy trình sản xuất thạch dừa:
Phụ gia
Quy trình chế biến thạch dừa được trình bày trong sơ đồ phía trên.
− Dùng máy cắt để cắt khối cellulose tạo các miếng nhỏ, đều đặn.
− Ngâm sản phẩm trong dung dịch Na2CO3 3-5% trong 15’ để trung hoà
acid acetic còn sót bên trong thạch. Sau đó xả lại bằng nước lạnh.
− Đun sôi để làm trong sản phẩm và tao độ dai bằng cách bổ sung chất tạo
dai.
− Ngâm đường tạo độ ngọt và tăng độ trong cho sản phẩm.
− Bổ sung màu, mùi để hoàn thiện giá trị cảm quan.
- Xem thêm -