bài giảng công nghệ hóa học thực phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
BÀI GIẢNG
HÓA HỌC THỰC PHẨM
(DÙNG CHO SINH VIÊN H
Ệ ĐẠ
I H
Ọ
C
CHUYÊN NGÀNH CB, CNTP VÀ CNSH TH
Ự
C PH
Ẩ
M)
(2ĐVHT)
Cán bộ giảng dạy: TS. Vũ Ngọc Bội
ThS. Nguyễn Thị Mỹ Trang
NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH
• MỞ ĐẦU
• CHƯƠNG I. NƯỚC VỚI CẤU TRÚC
VÀ CHẤT LƯỢNG THỰC PHẨM
• CHƯƠNG II. PROTEIN - CHẤT TẠO
CẤU TRÚC CHO THỰC PHẨM
• CHƯƠNG III. POLYSACCARID -
CHẤT TẠO HÌNH CỦA SẢN PHẨM
CHƯƠNG I
NƯỚC VỚI CẤU TRÚC VÀ
CHẤT LƯỢNG THỰC PHẨM
1. VAI TRÒ CỦA NƯỚC TRONG ĐỜI SỐNG
VÀ SẢN XUẤT THỰC PHẨM
Đối với đời sống:
- Trong tế bào, cơ thể sinh vật nước là thành phần

bắt buộc, chiếm phần lớn 70-80%, cá biệt như sứa
98% …
- Nước tham gia trong các phản ứng quang hợp của
thực vật tạo hợp chất hữu cơ
-Trong cơ thể sống, nước tham gia trong các phản
ứng thủy phân hình thành sản phẩm.
- Do có hằng số điện môi lớn góp phần phân ly các
chất điện môi thành ion ….
- Nước có tác dụng bảo vệ các mô, cơ quan của
động vật (các khớp xương, não, tủy), chống các tổn
thương cơ học khi vận động.
- Nước: nhiệt dung, tỷ nhiệt và khả năng dẫn
nhiệt cao → điều hòa nhiệt của cơ thể, điều
hòa khí hậu.
Vì vậy ở nơi nào có nhiều nước, nơi ấy có
họat động sống phong phú
Đối với sản xuất công nghiệp
• Nước dùng để rửa nguyên liệu, chế tạo sản
phẩm và xử lý sản phẩm cuối cùng.
• Nước góp phần tạo cấu trúc nguyên liệu,
giúp hòa tan các polyme tạo trạng thái keo,
tạo cấu trúc cho sản phẩm, quyết định tính
chất cảm quan và lưu biến của thực
phẩm,…
• Nước là thành phần của một số sản phẩm:
công nghệ nước giải khát, bia, …
• Nước tham gia trong các phản ứng hóa học:
CaO + H
2
O → Ca(OH)

2
• Nước làm tăng cường các quá trình hô hấp,
nẩy mầm, lên men, ảnh hưởng đến quá trình
bảo quản sản phẩm.
• Nước là nguyên liệu có thể tái sinh, sau quá
trình sử dụng nước không thay đổi các đặc
tính của nó → nếu được xử lý có thể tái sử
dụng.
2
. HÀM L
ƯỢ
NG VÀ TR
Ạ
NG THÁI C
Ủ
A N
ƯỚ
C TRONG
S
Ả
N PH
Ẩ
M TH
Ự
C PH
Ẩ
M
Hàm lượng nước
Dựa vào thành phần của nước trong sản phẩm thực phẩm
→ chia ra 3 nhóm sau:

• Thực phẩm có hàm lượng nước cao trên 40%
(Rau, Tp lỏng … → dễ hư hỏng → khó bảo quản → cần có
biện pháp bảo quản nghiêm ngặt).
• Thực phẩm có hàm lượng nước trung bình 10 - 39% (SP
CB khô họăc TP bán lỏng do hàm lượng nước vẫn còn cao
nên cũng khó bảo quản → Phải bảo quản ĐK nhất định)
• Thực phẩm có hàm lượng nước thấp dưới 10% (Thực
phẩm khô hoặc các loạt hạt → thời gian bảo quản dài).
Nướ
c th
ườ
ng t
ồ
n t
ạ
i
ở
hai tr
ạ
ng thái:
t
ự
do và liên k
ế
t.
N
ướ
c t
ự
do: các phân t

ử
n
ướ
c không liên k
ế
t
v
ớ
i các thành ph
ầ
n c
ủ
a th
ự
c ph
ẩ
m.
N
ướ
c t
ự
do:
đầ
y
đủ
t/c c
ủ
a n
ướ
c nguyên

ch
ấ
t: - Môi tr
ườ
ng VSV phát tri
ể
n
- Dung môi hòa tan
- Có kh
ả
n
ă
ng bay h
ơ
i và
đ
ông
đặ
c
Nước liên kết: liên kết hóa học, liên
kết hóa lý và liên kết cơ lý (lk mao
quản).
Nước liên kết: không có đầy đủ tính
chất của nước nguyên chất
Nước tự do là thành phần ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hư hỏng của TP
3. C
Ấ
U T
Ạ
O VÀ TÍNH CH

Ấ
T C
Ủ
A N
ƯỚ
C
• 100
0
C có rất ít các pt nước liên
kết với nhau.
• 37
0
C có 15% các phân tử nước
liên kết với 4 phân tử nước khác.
• 0
0
C có 50% các phân tử nước
liên kết
• -183,9
0
C tất cả các liên kết
hydrogen giữa các phân tử nước
đều được hình thành.
Các phân t
ử
n
ướ
c luôn hình thành liên k
ế
t hydrogen (hi

ệ
n t
ượ
ng
này luôn hình thành và phá v
ỡ
ph
ụ
thu
ộ
c vào nhi
ệ
t
độ
c
ủ
a n
ướ
c)
(a) Trạng thái hơi (Hiện
di
ện dưới dạng các đơn
phân tử, không có liên kết
hydrogen
(b) Trạng thái lỏng (các
liên kết hydrogen không
ổn định: chúng được thiết
lập rồi mất đi …)
(c) Trạng thái rắn (1
phân tử nước liên kết với

4 phân tử nước xung
quanh, các phân tử được
cố định tạo ra cấu trúc
mạng → tinh thể đá)
TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC
Phân tử nước phân cực → tính chất rất đặc trưng:
• Khả năng hòa tan các chất phân cực hoặc các nhóm có
cực,…→ phân ly thành ion, nhóm phân cực → trở
thành dung môi sự sống; dung môi tẩy rửa.
• Các phân tử nước luôn tạo lk hydrogen → có nhiệt độ
sôi cao 100
0
C (ethan sôi - 183,3
0
C, ethanol sôi ở
78,3
0
C) → dm truyền nhiệt làm chín sp.
• Tạo sức căn bề mặt, nhiệt dung, tỷ nhiệt, dẫn nhiệt và
nhiệt hóa hơi cao (nước là chất làm mát, điều hoà nhiệt
cơ thể…)
• Là dung môi trơ về mặt hóa học.
4. HOẠT ĐỘ CỦA NƯỚC (a
w
)
Hoạt độ của nước: là tỷ số áp suất hơi của dung dịch và dung môi.
-P: áp suất hơi bão hòa của dung dịch; N: số phân tử gam dung môi
-P
0

: áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất; n: số phân tử gam chất tan
Không có đơn vị (thứ nguyên)
- a
w
Là số đo tương đối so với điều kiện chuẩn
Nước tinh khiết hoạt độ nước tinh khiết = 1
Hoạt độ nước của thực phẩm luôn < 1
Ví dụ: Tính họat độ nước của dung dịch chứa 1mol chất tan lý tưởng, 1lít
nước có 55,51mol nước (1000g/18)
- Nước tự do càng nhiều → P càng lớn → a
w
càng lớn
nN
N
P
P
a
0
w
+
==
9823,0
151,55
51,55
nN
N
a
w
=
+

=
+
=
Nồng độ mol của một số chất tan ứng với
giá trị a
w
ở 25
0
C
8,47
5,98
2,124,039,8
0,850
5,574,111,582,836,170,900
0,2770,2720,1010,1500,2810,995
GlycerolSaccharoseCaCl
2
NaClChất tan
lý tưởng
a
w
Các chất không tan → không làm giảm a
w
-
Các ch
ấ
t tan b/c khác nhau
→
m
ứ

c
độ
liên k
ế
t khác nhau
→
m
ứ
c
độ
gi
ả
m aw khác nhau.
-Ch
ấ
t tan lý t
ưở
ng làm gi
ả
m aw th
ấ
p h
ơ
n các ch
ấ
t tan
trong th
ự
c t
ế

.
- Các ch
ấ
t tan tích
đ
i
ệ
n ho
ặ
c phân ly thành ion
→
gi
ả
m
aw m
ạ
nh.
- Các nhóm phân ly thành ion thì làm gi
ả
m aw m
ạ
nh h
ơ
n
các ch
ấ
t có c
ự
c.
Ch

ấ
t
tan
Trong th
ự
c t
ế
mu
ố
n s
ử
d
ụ
ng ch
ấ
t tan làm gi
ả
m a
w
-
Kh
ả
n
ă
ng tan
- M
ứ
c
độ
an toàn

- Kh
ả
n
ă
ng làm gi
ả
m ho
ạ
t
độ
n
ướ
c
5.
ĐƯỜ
NG
ĐẲ
NG NHI
Ệ
T H
Ấ
P PH
Ụ
Đường cong biểu diễn hàm lượng nước
được giữ lại trong TP theo hoạt độ
nước (độ ẩm môi trường xung quanh)
Tác dụng
- Giải thích về mặt lý thuyết
- Dự đoán sự tái hydrat hóa của một
sản phẩm làm khô: làm a

w
cao
- Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến
đường đẳng nhiệt hấp phụ: khi nhiệt
độ tăng → sự khử nước tăng (sự tăng
mạnh cùng sự giảm độ ẩm tương đối
của khí quyển)
6. ẢNH HƯỞNG CỦA a
w
ĐẾN TÍNH CHẤT BIẾN ĐỔI VÀ CHẤT
LƯỢNG CỦA SẢN PHẨM THỰC PHẨM
0,2 0,4 0,6 0,8 1
a
w
Ả
nh h
ưở
ng c
ủ
a ho
ạ
t
độ
n
ướ
c
đế
n các
quá trình h
ư

h
ỏ
ng c
ủ
a s
ả
n ph
ẩ
m
1- Oxy hoá lipid
2- S
ẫ
m màu
phi
enzyme
3-
P
/
ư
enzyme
4- N
ấ
m m
ố
c
5- N
ấ
m men
6- Vi khu
ẩ

n
Vận tốc hư hỏng của sản phẩm
1
2
3
4
6
5
Lipid kém bền, bị biến đổi theo 2 hướng chính:
• Oxy hóa sinh học do enzyme và VSV.
• Oxy hóa do tác nhân vật lý và hóa học: Oxy
khí quyển, diện tích bề mặt tiếp xúc với oxy,
ánh sáng, diện tích bề mặt tiếp xúc với ánh
sáng, nhiệt độ, ion kim loại chuyển giao: Fe
3+
,
Cu
2+
, … Quá trình oxy hóa:
1- Ảnh hưởng của họat độ nước tới sự oxy hoá
lipid và bảo quản thực phẩm có lipid
Acid béo chưa bão hoà
RH
Xúc tác bởi
Gốc tự do
R
O
2
RH
R

Peroxide
ROOH
(RO + OH )
1. Khởi đầu các gốc tự do từ acid béo
chưa bão hoà hoặc từ các peroxide.
2. Phát triển peroxide từ các gốc tự do các aldehyde, keton
và gốc tự do khác các acid, alcohol
3. Kết thúc: hợp chất có mùi và màu các polyme
peroxide, furan
Kh
ở
i
đầ
u
Phát triển
Kết thúc
Ôxy
Nhiệt độ
Ánh sáng
Kim loại
RH → R
O
+ H
O
2RH + O
2
→ 2R
O
+ H
2

O
2
M
3+
+ RH→R
O
+M
2+
+ H
O
ROOH +
M
2+
→ RO
O
+ OH
O
+
M
3+
ROOH → RO + OH
2ROOH → RO
2
+ H
2
O + RO
ROOH + RH → RO + H
2
O + R
Lượng nước trong các sản phẩm có ảnh hưởng lớn đến phản

ứng oxy hóa lipid:
• Khi a
w
thấp gần 0, cường độ oxy hóa hơi cao. Khi a
w
= 0,05-
0,3 (tương ứng với vùng hình thành lớp đơn phân trên bề mặt
của sản phẩm: nước định vị vào các nhóm có cực của một số
chất NH
3
+
, COO
-
, OH
-
của Protein, tinh bột…) thì sự oxy hóa
chất béo xảy thấp nhất. Khi a
w
>0,3 thì cường độ phản ứng
oxy hóa tăng và đạt cực đại aw = 0,7.
Giải thích:
* Khi a
w
≈ 0:
- Sản phẩm chứa chất béo dạng khan → cấu trúc lỗ xốp, chất
béo lại phân bố trên bề mặt vi lỗ nên oxy có thể xâm nhập tự
do vào trong thực phẩm → oxy hóa chất béo xảy ra dễ dàng.
- a
w
≈ 0 enzyme và vi sinh vật không họat động nên không có

quá trình oxy hóa sinh học. Do vậy vận tốc tương đối của phản
ứng oxy hóa lipid hơi cao.
*
a
W
0,05 ÷ 0,3 (Vùng có hiệu ứng bảo vệ của nước) vận tốc
ph
ản ứng oxy hóa thấp nhất vì:
• Có lẽ tạo ra lớp nước hấp phụ bảo vệ trên bề mặt sản phẩm
làm sản phẩm bớt xốp.
• Nước liên kết tạo cầu nối hydrogen với hydroperoxyde
khiến cho sự phân giải các gốc này tạo gốc tự do bị hạn chế
(ROOH → RO
•
+ OH
•
bị hạn chế):
R – O
H
O – H O – H
H – O – H
→
t
ố
c
độ
oxy hóa gi
ả
m
• Nước bao vây M

+3
. (Người ta cho rằng nước là tác
nhân tạo liên kết phối trí với M
+3
→ M
+3)
.
• a
w
= 0,05 ÷ 0,3 nước chưa đủ cho họat động enzyme
và vi sinh vật nên oxy hóa sinh học không đáng kể.
Vì thế khi a
w
= 0,05 ÷ 0,3 vận tốc tương đối của phản
ứng oxy hóa lipid thấp nhất.
• a
w
> 0,5:
• Tốc độ phản ứng oxy hoá lại tăng do M
+3
và các tác
nhân tham gia → khuếch tán tới các miền oxy hóa.
• Khi a
w
> 0,5 phản ứng enzyme bắt đầu xảy ra mạnh
mẽ.
• Khi a
w
> 0,63 VSV bắt đầu hoạt động .
• Ở hoạt độ nước cao a

w
> 0,7, sự oxy hóa có thể bị
chậm lại do nồng độ của các thành phần tham gia quá
trình oxy hóa giảm.
* Chú ý trong quá trình bảo quản TP chứa
nhiều lipid xu thế làm giảm a
w
về vùng có
hiệu ứng bảo vệ bằng cách:
• Tách nước ra khỏi sản phẩm (sấy lạnh,
sóng hay phơi ở nơi nắng nhẹ,…).
• Dùng phụ gia giữ nước: saccharose,
NaCl, các loại muối phosphate kép,
sorbitol …
Ví dụ: làm lạp xưởng, thịt ngâm mắm,….
Các phản ứng
-Phản ứng đường khử - aminoacid (p/ư maillard, melanoidin).
-Ph
ản ứng caramen hóa.
-Phản ứng quinonamin
- Phản ứng đường - protein
-Các sắc tố sẩm màu hình thành ở trong
các sản phẩm có hàm ẩm thấp hoặc trung
bình khi a
w
> 0,5. và đạt max ở a
w
= 0,75
(tuỳ theo sản phẩm).
+ SP thực vật, quả : a

w
= 0,65 – 0,75.
+ SP thịt: a
w
= 0,3 – 0,6
+ SP sữa khô: a
w
= 0,7
- Tất cả phản ứng đều tạo màu cho sản
phẩm (màu vàng → nâu → đen); làm sản
phẩm có mùi thơm đặc trưng (tạo ra hợp
chất chứa nitơ, nitơ có vòng…).
Tất cả phản ứng đều phụ thuộc vào
nhiệt độ, loại chất tan, pH, a
w
…
Phản ứng caramen hóa
Đường
caramenlan
(màu vàng)
Caramelen (mầu nâu)
caramenlin
(nâu đen, đắng)
Glucose : 146 – 150
0
C
Fructose : 95 – 100
0
C
Saccarose : 160 – 180

0
C
Lactose: 223 – 252
0
C
Mất 10%
nước
Mất 14%
nước
Mất 25%
nước
2. Ảnh hưởng của họat độ nước tới phản ứng sẫm màu phi enzyme:
Sự tạo màu do phản ứng Melanoidin
Đường khử
Các hợp chất có
nhóm –C=O tự do
Amin
Aminoacid,
protein
Phức đường amin
Cacbonylamin
QT ngưng kết
Maillard
Biến đổi
Amadori
+
1-amin.1-dezoxy.2-xetoza
O
1
C - H

H –
2
C – OH
R’
H COOH
H - N – C – R’’
H
O
1
C - H H COOH
H –
2
C N – C – R’’
R’
+
OH COOH
R’ – C = CH – N – C – R’’
Là hợp chất có khả năng phản ứng và là
chất khởi đầu để tạo thành polyme có
màu sẫm gọi là melanoidin
Amin Các hợp chất có
hoạt tính cao
-Các polymer có
màu nâu.
- các hợp chất bay
hơi có mùi
CO
2
NH
3

Các qt enol hoá
liên tiếp
Các qt thoái
hoá liên tiếp