Bài giảng được xuất bản mong nhận được ý kiến đóng góp từ kinh nghiệm sản xuất thực tế như số liệu, các thông số nhà máy ... mà hoàn thiện hơn và là sổ tay cho mọi tân sinh viên mới ra trường bốt bỡ ngỡ trong công việc
Mọi ý kiến đóng góp gửi về ngconghoan2881985@gmail.com, cong6hoan@gmail.com
Số Điện thoại 0918001595
4. Một số khái niệm cơ bản
Nước liên kết: Nằm kề các chất tan, hoặc các chất lỏng khác
không phải là nước, kém linh động và có tính chất khác biệt so
với nước tự do trong hệ thống, không lạnh đông ở -40 C
Constitutional water: là thành phần không tể thiếu trong các dung
dịch chứa chất lỏng khác nước (<0.03% tổng lượng nước)
Nằm ở khe hở của các hợp chất cao phân tử
Vincinal water: tương tác mạnh với đầu ưa nước bằng liên kết
ion hoặc liên kết lưỡng cực (0.5 0.4% tổng lượng nước)
Rất ổn định
5. Multilayer water: Gồm vài lớp nước từ lớp
nước thứ nhất xung quanh các nhóm ưa
nước bởi liên kết hidro giữa nước – nước và
nước – chất tan (3 2% tổng lượng nước)
Tăng tốc độ phản ứng
Nước liên kết yếu và sự hydrat hóa (water
binding and hydration): là nước liên kết yếu
với các chất nền ưa nước
Nước tự do (water holding capacity)
Một số khái niệm cơ bản
6. Lực tương tác của nước
Lực tĩnh điện
Liên kết hidro
Lực Van der Waals
Tương tác kỵ nước
chất tan
7. Lực tương tác của nước
Lực tĩnh điện Lực Van de Waals Lực liên kết hidro
Tương tác kỵ nước
8. SỰ HÌNH THÀNH TINH THỂ ĐÁ
Fkết hợp = F đẩy + F chuyển động Brown
Hiện tượng quá lạnh
Định luật Raoult: Δt = -1.84Cctan
Các phân tử nước liên kết định hướng sắp xếp lại tạo mạng
tinh thể chứa khí
Lạnh đông chậm: t<-25 C
Lạnh đông nhanh: t<-35 C
số lượng tinh thể đá
kích thước tinh thể đá
t
-1 -15 -30 -45 -60
%
images of ice cream produced with a
conventional freezer (left) an a low
temperature extruder (right). The air
cells (a) and ice crystals (b) are marked
11. best method for freezing ice cream
improve the quality of ice-cream we need to
Increase the air content in the ice-cream
Reduce the size of the crystallized particles
make the size distribution of the particles uniform
Alter the shape of the particles to a more rounded structure to improve the texture
As the picture above shows, freezing occurs when small nuclei of ice crystals start
to form which then grows in size to fill the entire volume. Thus if only a few crystals
are formed, they will all have a large size and more the number of nuclei, smaller
the size of each individual crystal. Colder the liquid more the number of nuclei.
12. Sự tương tác với
chất tan
Liên kết nước và các nhóm ion:
phần lớn là các liên kết giữa chất
tan và nước liên kết bền trong
thực phẩm
Lực hút tĩnh điện xảy ra mạnh
giữa điện tích cố định của ion và
đầu lưỡng cự của phân tử nước
13. Liên kết của nước và các chất tan có cực
nhưng không tích điện
Liên kết yếu
Tương tác lưỡng cực bằng liên kết hidro
Cho phép các thành phần có cực hòa tan
Mối liên hệ của nước và sự hư hỏng của
thực phẩm
Các loại thực phẩm khác nhau có cùng
hàm lượng nước nhưng tốc độ hư hỏng
khác nhau (chỉ xét hàm lượng nước thì
không đủ tin cậy)
Điều quan trọng là nước liên kết với cá
thành phần khác thúc đẩy các hoạt động
hư hỏng
Sự tương tác với chất tan
OH
CO
O-
16. Liên kết của nước với phân tử chất tan không phân cực chủ yếu là liên
kết Van der Waals, liên kết lưỡng cực yếu
Giảm sức căng bề mặt
Giảm diện tích bề mặt
Giảm trật tự khung mạng với các phân tử nước
Xảy ra tiến trình hợp giọt
Chất nhũ hóa có hàm lượng béo <7 : tan trong dầu
Chất nhũ hóa có hàm lượng béo >7 : tan trong nước
Độ ổn định phụ thuộc vào : chuyển động Brown, trọng lượng, tỉ trọng
pha, lực ma sát môi trường
Sự đảo pha Oil / Water – Water / Oil : độ dẫn điện từ cao xuống thấp
Sự tương tác với chất tan
17. Hoạt độ của nước
More bound water, then less water activity
Water activity
Ratio of the vapor pressure of water in a food at a specified
temperatureto the vapor pressure of pure water at same
temperature
Foods more perishable if higher water activity
Microorganisms need water!
To reduce water activity
Dry
Freeze
Add sugar or salt
19. Hoạt độ của nước
Tốc độ hư hỏng và sự phát triển của vi sinh vật trong điều kiện
bảo quản bình thường phụ thuộc vào hàm lượng nước và aw
Định nghĩa: Hoạt độ của nước là tỉ số giữa áp suất hơi nước trên
bề mặt nguyên liệu (P) và áp suất hơi nước tinh khiết (Po) ở cùng
một nhiệt độ
Hoạt độ của nước là tỉ số giữa áp suất hơi nước của thực phẩm
và áp suất hơi nước tinh khiết ở cùng một điều kiện
Aw = P / Po = ERH(%) / 100
20. Hoạt độ của nước
Ở trạng thái cân bằng
Năng lượng của nước bay hơi = Năng lượng nước trong
thực phẩm
Aw: hoạt độ của nước
P: áp suất hơi nước trên thực phẩm
Po: áp suất của hơi nước tinh khiết
R: hằng số khí lý tưởng
T: nhiệt độ
μfood
μvapor μfood = μvapor
RT Ln Aw = RT ln P/Po
Aw = P / Po
22. Sự phụ thuộc Aw vào nhiệt độ
Sự thay đổi nhiệt độ phụ thuộc như một
hàm số của độ ẩm
Nhiệt độ tăng thì hoạt độ của nước tăng
23. Đường đẳng nhiệt hấp phụ
Là đường cong chỉ mối liên hệ giữa hàm lượng nước trong
thực phẩm và Aw của nó ở cùng một nhiệt độ
Đường cong này thường được thiết lập theo phương pháp nội
suy (trong điều kiện cân bằng với vùng tiểu khí quyển xung
quanh nó )
Ứng dụng :
Trong quá trình sấy, cô đặc
Chống lại sự đóng bánh hoặc kết dính của sản phẩm dạng bột
Quyết định được độ ẩm của nguyên liệu trong bao bì
Đưa ra các công thức khi phối trộn các loại thực phẩm với
nhau
24. Quá trình cân bằng
Cần dùng dung dịch muối tinh khiết
Gây ô nhiễm do sự bay hơi
Cần diện tích bề mặt lớn
Đắt tiền (số lượng muối dùng lớn)
Cần thời gian dài để đạt trang thái cân
bằng
Tạo độ chân không
Một số muối có thể gây độc như: iod,
bromite
Có thể đo được Aw của thực phẩm có
nhiều thành phần
25. Đường đẳng nhiệt hấp phụ
Xác định điểm dừng của quá trình sấy
Xác định độ ổn định của thực phẩm
26. Tính chất của các vùng
Vùng 1
Hấp thụ mạnh
Không thể sử dụng được
như dung môi
Gắn trên bề mặt củacác chất
rắn
Lớp nước đơn phân
Nằm ở ranh giới giữa vùng 1
và 2
Nước liên kết chặt chẽ với
cá nhóm có cực của chất
khô
Vùng 2
Là lớp nước nằm ở xung quanh
các gốc ưa nước
Bao gồm nhiều lớp nước, liên kết
với các phân tử xung quanh bởi
liên kết nước - nước, nước – chất
tan thông qua liên kết hidro
Vùng 3
Liên kết yếu khá linhy động
có thể làm dung môi
Cho phép phản ứng hóa học xảy
ra và VSV phát triển
>95% tổng lượng nước
1 2 3
27. Hiện tượng trễ hấp phụ
Hiện tượng trễ hấp phụ là hiện tượng mà đường đẳng nhiệt hấp phụ
và phản hấp phụ không trùng nhau
Tại cùng ERH, hàm lượng nước của thực phầm ở đường đẳng nhiệt
phản hấp phụ cao hơn so với đường đẳng nhiệt hấp phụ
Độ lớn của hiện tượng trễ hấp phụ phụ thuộc vào
Tính chất ban đầu của thực phẩm, Sự thay đổi tính chất vật lý khi
khử nước, nhiệt độ, tốc độ khử nước, hàm lượng nước được khử ra
trong quá trình khử nước
Tại bất kỳ Aw nào, nước hút vào luôn cao hơn
Nguyên nhân
Aw nước vào > Aw nước ra do không phải thắng lực liên kết
Góc tiếp xúc to
Đường kính ống mao quản
H2O
28. Tính chất của dung dịch thực
Kích thước của chất tan và nước không giống nhau nên chiếm chỗ,
khó bay hơi
Lực tương tác của chất tan với nhau
dd lý tưởng: nước + chất tan
dd thực: Phân tử phân cực, trọng lượng & hình dạng phân tử
Sự solvat hóa nên độ linh động kém
Tính chất vật lý nước
Sự tương tác chất tan + chất tan , chất tan + nước tạo cấu trúc gel,
giữ nước
Tác động của mao dẫn
Thứ tự trộn lẫn chất tan với nhau
Chất tan phân ly thành ion
29. Sự thay đổi đường đẳng nhiệt theo
nhiệt độ bảo quản
Tại bất kỳ độ ẩm cân bằng, Aw tăng khi nhiệt độ tăng
20 C
30 C
40 C
32. Các phương pháp điều chỉnh Aw
trong thực phẩm
Mối liên hệ giữa RH và độ ẩm khí quyển ở trạng thái cân bằng
Tách nước, chẳng hạn như sấy
Thêm các chất tan
Đường, muối
Rượu đa chức
Propylen glycol
Tăng hoạc giảm độ ẩm thực phẩm trong bao bì
33. Một số nhược điểm khi Aw thấp
Giảm khả năng hòa tan
Giảm giá trị cảm quan
Có thể kết tinh trở lại trong quá trình bảo quản : mứt
Giảm tốc độ phản ứng
Xảy ra phản ứng Maillard
Có thể gây độc đối với việc thêm một số chất tan
34. Một số phương pháp xác định Aw
Phương pháp nội suy ( Đo độ ẩm tương đối cân bằng )
Dựa vào sự tăng giảm trọng lượng
Định luật Raoult
Aw = Xw / ( Xw + EXs )
Xw, Xs: %khối lượng của nước và chất tan
E = λw / λs: tỉ số phân tử lượng nước / phân tử lượng chất tan
35. Công thức Money – Born
Aw = 1 / ( 1 + 0.27N )
với N = Σ ( 100S / ( Xw * λs )
S: khối lượng chất hòa tan
Xw: khối lượng nước hiện diện
λs: trọng lượng phân tử của các
chất tan
Một số phương pháp xác định Aw
36. Một số phương pháp xác định Aw
Công thức Norish
Aw = mw * Σ 10^(kms
2)
Trong đó
mw, ms: phân mol nước và chất tan
k: hằng số , xác định bằng thực nghiệm
37. Công thức Grover
Aw = 1.04 – 0.1μ + 0.0045μ2
trong đó : μ = σi / Wi
σi: hằng số của chất tan
Wi = kg nước / kg chất tan
Một số phương pháp xác định Aw
38. Công thức Ross
Aw = a1 * a2 * a3 * . . .
trong đó: a1 , a2 , a3 là hoạt độ nước từng thành phần
Một số phương pháp xác định Aw
39. Dựa vào nhiệt độ điểm sương
Quan sát trạng thái bão hòa của nước để xác định chính xác
khi trạng thái ngưng tụ bắt đầu xuất hiện
Phụ thuộc vào nhiệt độ
Có thể kiểm tra bằng dd muối chuẩn
Một số phương pháp xác định Aw
40. Phương pháp đo độ hoạt đông bằng điện dung
Đặt mẫu cần đo vào ống, vặn chặt và đo ở một nhiệt độ xác định
Dùng sensor làm từ polymer hút ẩm và có liên kết vòng để đưa ra
dấu hiệu ERH
Sensor được hiệu chỉnh bằng dung dịch đã biết trước Aw
Aw = 0.15 – 0.85
Một số phương pháp xác định Aw
41. Phương pháp xác định hàm lượng
nước ở lớp đơn phân
Đặc điểm nước ở lớp đơn phân
Nằm ở vùng 1
Aw = 0 – 0.3
Nước ở trạng thái liên kết bền
Nước được định vị vào các nhóm có cực của một số chất như
NH3
+, COO- của protein hay OH- của tinh bột . . .
Có độ bền cao, khó tách ra, không đóng băng, không thể là
dung môi hay tác nhân phản ứng
42. Aw và sự hư hỏng của thực phẩm
Aw có liên quan mật thiết đến sự hư hỏng của thực phẩm trong quá
trình chế biến.
Aw tăng , tốc độ hưhỏng tăng
Các chất phản ứng trở nên linh động hơn
Trong phản ứng thủy phân, các chất có thể sử dụng nước làm dung
môi
VSV cũng có thể sử dung để phát triển nhanh chóng
43. Khi hoạt độ của nước cao thì tốc độ phản ứng Maillard giảm
Các chất phản ứng bị pha loãng
Nước là dung môi của các enzyme
Aw và sự hư hỏng của thực phẩm
44. Aw TỐI THIỂU CHO HOẠT ĐỘNG
SỐNG CỦA VSV
Bacteria
Staphylococcus areus Aw = 0.86
Molds
Aspergillus flavus Aw =0.78
Chyrysosporium fastidium Aw =0.69
Yeasts
Debaryomyces hansenii Aw = 0.83
torulopsis Aw = 0.7
Zygosaccharomyces bailii Aw = 0.8
51. Aw và phương pháp bảo quản
thực phẩm
Làm giảm Aw
Thêm các chất tan ưa nước
Làm giảm độ ẩm
Lạnh đông
Nước & chất tan Nước đá & chất tan Nhiệt độ Eutectic
53. Một số phương pháp xác địh độ ẩm
Phương pháp sấy đến khối lương không đổi
16 giờ ở nhiệt độ 100 C
8-10 giờ ở nhiệt độ 110 C
2-4 giờ ở nhiệt độ 120 C
Sai số 0.25% ẩm
Phương pháp sấy chân không
Sấy ở 25 – 100 mmHg, thời gian sấy 2-4 giờ
54. ỨNG DỤNG
Alcohol tác dụng lên vi sinh vật bằng cách
gây đông tụ protein, song alcohol ở nồng độ
cao khử nước mạnh tạo lớp vỏ bảo vệ vi sinh
vật
Nước muối sinh lý trong nuôi cấy vi sinh vật
tạo môi trường đẳng trương tránh tổn thương
thành tế bào, giảm mật số vi sinh vật