Chia sẻ cho anh em bài tập Môn học Công nghệ sản xuất đường bánh kẹo
Nội dung
Chương 1: Sự tạo gel.
1. Giới thiệu chung về gel.
1.1. Khái quát chung.
Gel là một hình thức trung gian giữa rắn và lỏng. Đây là liên kết ngang trong các phân tử polymer và tạo một mạng lưới giữa các phân tử trong một môi trường lỏng. Trong thực phẩm, chất lỏng này là nước, một dung môi có ảnh hưởng đến tính chất và khả năng hút lẫn nhau giữa các phân tử giữ sự toàn vẹn của mạng lưới polyme. Mạng lưới này giữ được nước (Oakenfull, 1987). Thực phẩm chế biến và phát triển sản phẩm mới đòi hỏi các thành phần như các chất tạo gel để xây dựng một hệ thống cấu trúc mong muốn trong thực phẩm. Gel có thể được mô tả bởi khả năng của nó để cố định các chất lỏng, bởi cấu trúc phân tử của gel, kết cấu của gel và tính chất lưu biến (Phillips và cộng sự, 1994).
Gel thực phẩm là chất viscoelastic và gel hóa một số sản phẩm được sản xuất trên toàn thế giới. Gel hình thành trong thực phẩm thường là polysaccharides và protein.
- Trong gel thực phẩm, các phân tử polymer được giữ bởi các liên kết cộng hóa trị với trừ liên kết disulfua trong một số gel protein. Thay vào đó, các phân tử được tồn tại bởi sự kết hợp của các lực liên phân tử yếu như liên kết hydro, lực tĩnh điện, lực Van der Waals và tương tác kỵ nước.
- Polysaccharides bao gồm hydrocolloids mạnh mẽ ngậm nước trong môi trường nước nhưng nó có xu hướng có cấu trúc khó xác định.
Cơ chế của gel phụ thuộc vào bản chất của các gel và các điều kiện hình thành gel như nhiệt độ, sự hiện diện của các ion, pH, và nồng độ của các chất tạo gel, ….
Có 2 quá trình tạo gel chủ yếu diễn ra trong quá trình sản xuất bánh là sự tạo gel protein và sự tạo gel polysaccharide. Cơ chế tạo gel của 2 quá trình này gần giống nhau và gel polysaccharide tạo ra có cấu trúc chắc và bền hơn gel protein.
1.2. Các yếu tố ảnh hưởng.
Bản chất và tính chất của gel bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như nồng độ protein, pH, tính chất, và nồng độ của chất điện phân (Mulvihill & Kinsella, 1988). Gel có thể xảy ra trong quá trình gia nhiệt, làm lạnh và phụ thuộc vào tính chất của protein và quá trình tự nó. Sự hình thành do nhiệt gây ra của mạng gel liên quan đến các hệ thống kết hợp của chuỗi gấp polypeptide thông qua các không kết cộng hóa trị (ví dụ như liên kết hidro, tương tác ion và kỵ nước) và trong một số trường hợp, thông qua liên kết hóa trị (liên kết disulfua) (Hermanssom, 1979; Xiong & Kinsella, 1990).
Protein-protein. Các mối liên kết giữa các phân tử chéo giữa các chuỗi hình thành của các polypeptide khác nhau và rất cần thiết để hình thành gel (Phillips và cộng sự, 1994). Các loại liên kết cộng hóa trị không tương tác, chẳng hạn như kỵ nước và tương tác Van der Waals, hydro và các tương tác ion có liên quan đến bản chất của protein, nồng độ của nó, độ pH, với cường độ biến tính gây ra bằng cách nung nóng và can thiệp vào những lực hút cơ bản của mạng lưới ba chiều. Vì vậy, làm phân tán mạng lưới này bằng tạo ra một lực hút lớn hơn.
Nói về chất của gel phụ thuộc vào sự cân bằng giữa sức mạnh hút và đẩy của các phân tử protein tham gia vào hệ thống. Nếu lực hấp dẫn chiếm ưu thế, coagulum một được hình thành và nước được giữ bởi hệ thống mạng. Nếu đẩy mạnh mạng lưới ba chiều không thể được hình thành (Kinsella, 1984).
Một hệ gel là trạng thái mà chất lỏng và rắn phân tán vào nhau, trong đó mạng lưới chất rắn chứa các thành phần chất lỏng kết dính lại tạo thành gel. Sự ngưng tụ của các hạt sẽ tạo thành mạng lưới. Tăng nồng độ dung dịch, thay đổi pH hay tăng nhiệt độ nhằm giảm rào cản tĩnh điện cho các hạt tương tác để các hạt kết tụ với nhau tạo thành gel. Nếu nung ở nhiệt độ bình thừơng thì sản phẩm là gel khô, nếu nung ở điều kiện siêu tới hạn sản phẩm là gel khí
2. Gel protein.
2.1. Khái quát chung.
Khi các phân tử protein bị biến tính tập hợp lại thành một mạng lưới không gian có trật tự thì hiện tượng đó được gọi là sự tạo gel. Polymer-polymer và polymer dung môi tương tác cũng như lực hút và lực đẩy được cân bằng nhờ vậy mà một hệ thống có trật tự được hình thành (Schmidt, 1981).
Cần phân biệt các hiện tượng tương tự như sự tạo gel, với cùng một đặc điểm chung là làm giảm mức độ phân tán của dung dịch. Khi các phân tử protein bị biến tính tập hợp lại thành một mạng lưới không gian có trật tự gọi là sự tạo gel protein như sự liên hợp (association), tập hợp (aggregation), sự kết tủa (precipitation), sự kết tụ (floculation) và sự đông tụ (coagulation).
Các phản ứng liên hợp protein thường có quan hệ với các biến đổi ở mức dưới đơn vị hay ở mức phân tử trong khi đó các phản ứng trùng hợp hoá hay tập hợp hoá lại tạo ra các phức hợp có kích thước lớn.
Sự kết tủa protein lại bao hàm tất cả các phản ứng tập hợp có thể dẫn đến mất toàn phần hay mất toàn bộ độ hoà tan.
Khi protein không bị biến tính nhưng do giảm lực đẩy tĩnh điện giữa các mạch mà dẫn đến các phản ứng tập hợp không trật tự thì sẽ xảy ra hiện tượng kết tụ.
Các phản ứng tập hợp không trật tự xảy ra do biến tính và các phản ứng tập hợp xáy ra do tương tác protein – protein chiếm ưu thế so với tương tác protein – dung môi sẽ dẫn dến tạo thành một khối lớn và thô, gọi là sự đông tụ.
Khả năng tạo gel là một tính chất chức năng rất quan trọng của nhiều hệ thống protein và đóng vai trò chủ yếu trong việc tạo cấu trúc hình thái do đó cũng là cơ sở để chế tạo ra nhiều sản phẩm thực phẩm. Phomat, giò, gel gelatin, đậu phụ, bột nhào làm bánh mì hay các thịt giả từ protein thực vật (được kết cấu bằng cách đùn hay kéo sợi) là những sản phẩm có cấu trúc gel).
Khả năng tạo gel của protein chẳng những được sử dụng để tạo độ cứng, độ đàn hồi cho một số thực phẩm mà còn để cải biến khả năng hấp thụ nước, tạo độ dầy, tạo lực liên kết (bán dính) giữa các tiểu phần cũng như làm bền các nhũ tương và bọt.
Các nút mạng lưới có thể được tạo ra do tương tác giữa các nhóm kỵ nước. Tương tác này thường được ổn định và tăng cường khi tăng nhiệt độ, làm cho các mạch polypeptide xít lại gần nhau hơn → khối gel trở nên cứng hơn.
Các nút lưới có thể được tạo ra do các liên kết hydro giữa các gốc acid amin với nhau. Liên kết hydro là liên kết yếu → tạo ra độ linh động nhất định giữa các phân tử với nhau → làm cho gel có được một độ dẻo nhất định.
Các nút lưới có thể được tạo ra do các liên kết tĩnh điện, liên kết cầu nối giữa các nhóm tích điện ngượcdấu, hay do các liên kết giữa các nhóm tích điện cùng dấu qua các ion đa hóa trị.
Các nút lưới có thể được tao nên do các liên kết disulfua → gel rất chắc và bền.
2.2. Cơ chế tạo gel.
Cơ chế và các tương tác có quan hệ đến việc hình thành mạng protein ba chiều đặc trưng cho gel hiện chưa hoàn toàn rõ. Nhiều nghiên cứu đẫ chỉ rõ rang rằng cần có giai đoạn biến tính và giãn mạch xảy ra trước giai đoạn tương taco trật tự giữa protein – protein và tập hợp phân tử.
Khi protein bị biến tính các cấu trúc bậc cao bị phá huỷ, liên kết giữa các phần tử bị đứt, các nhóm bên của axit amin trước ẩn ở phía trong thì bây giờ xuất hiện ra ngoài. Các mạch polypeptit bị duỗi ra, gần nhau, tiếp xúc với nhau và liên kết lại với nhau thành mạng lưới không gian ba chiều mà mỗi vị trí tiếp xúc của mạch lạ một nút. Các phần còn lại hình thành mạng lưới không gian vô định hình, rắn, trong đó có chứa đầy pha phân tán là nước.
Khi nồng độ tăng thì khả năng gel hoá tăng vì số những vị trí tiếp xúc để tạo ra nút mạng lưới tăng lên. Nồng độ protein càng lớn thì các hạt tiếp xúc trực tiếp không qua một lớp nào của của môi trường phân tán và khối gel càng dề vì ở những vị trí đặc biệt ở đầu mút, những góc cạnh các yếu tố bền dễ bị mất do đó dễ tạo ra nút mạng lưới.
Các nút mạng lưới có thể được tạo ra do tương tác giữa các nhóm ưa béo. Khi các nhóm này gần nhau, tương tác với nhau thì hình thành ra lien kết ưa béo, lúc này các phân tử nước bao quanh chúng bị đẩy ra và chúng có khuynh hướng như tụ lại. Tương tác ưa béo được tăng cường khi tăng nhiệt độ, làm các mạch polypeptit sít lại với nhau hơn do đó làm cho khối gel cứng hơn.
Nút mạng lưới cũng có thể được tạo ra do các liên kết hydro giữa các nhóm peptit với nhau, giữa các nhóm – OH của serin, treonin hay tirozin với các nhóm – COOH của glutamic hay của aspactic. Nhiệt độ càng thấp thì liên kết hydro càng được tăng cường và củng cố vì lúc này có điều kiện để tạo ra nhiều cầu hydro. Liên kết hydro là liên kết yếu, tạo ra một độ linh động nào đó giữa các phân tử đối với nhau, do đó làm cho gel có một độ dẻo nhất định. Các mắt lưới trong gel gelatin chủ yếu là do các liên kết hydro. Khi gia nhiệt các liên kết hydro bị đứt và gel sẽ nóng chảy ra. Khi để nguội liên kết tái hợp và gel lại hình thành.
Tham gia tạo ra các nút lưới trong gelcũng có thể do các liên kết tĩnh điện, liên kết cầu nối giữa các nhóm tĩnh điện ngược dấu hay do liên kết giữa các nhóm tĩnh điện cùng dấu qua các ion đa hoá trị như ion canxi chẳng hạn. Các mắt lưới còn có thể do các liên kết đisulfua taon nên. Trong trường hợp này sẽ tạo cho gel có tính bất thuận nghịch bởi nhiệt, rất chắc và bền.
pC3du4w45K0T49s
