Tiểu luận hóa sinh thực phẩm Tìm hiểu về nước và tính năng của nước trong sản xuất chế biến thực phẩm

Tiểu luận Hóa Sinh: Tìm hiểu về Nước Giáo viên bộ môn
và tính năng của Nước trong chế biến thực phẩm Nguyễn Thị Mai Hương
1

BỘ CÔNG NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM.




BÁO CÁO ĐỀ TÀI

TÌM HIỂU VỀ NƯỚC VÀ TÍNH NĂNG
CỦA NƯỚC TRONG SẢN XUẤT CHẾ
BIẾN THỰC PHẨM







Giảng viên bộ môn
: NGUYỄN THỊ MAI HƯƠNG


Thành viên của nhóm :

ĐOÀN THỊ KIM ÁNH 10314511

TRẦN QUỐC DŨNG 10339761
LÂM THỊ Y LÀNH 10330771
HUỲNH NGUYỄN DUY LÝ 10373341
NGÔ THỊ THANH 10326711

Lớp : ĐHTP6ALT
TP. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2011




Tiểu luận Hóa Sinh: Tìm hiểu về Nước Giáo viên bộ môn
và tính năng của Nước trong chế biến thực phẩm Nguyễn Thị Mai Hương
2


MỤC LỤC
Trang
PHẦN I : TỔNG QUAN VỀ NƯỚC 4
I.1. KHÁI NIỆM 4
I.1.1 Nước là gì? 4
I.1.2. Hình thái của nước trên trái đất 4
I.2. VAI TRÒ CỦA NƯỚC TRONG ĐỜI SỐNG 4
I.3. HÀM LƯỢNG VÀ TRẠNG THÁI CỦA NƯỚC TRONG THỰC PHẨM 5
I.4. CẤU TẠO CỦA NƯỚC 5
I.5. TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC 9
I.5.1. Tính chất vật lý 9
I.5.1.1. Khối lượng riêng 9
I.5.1.2. Nhiệt độ sôi và nhiệt độ đông đặc 10
I.5.1.3. Nhiệt dung riêng 10

I.5.1.4. Sức căng bề mặt 11
I.5.2. Tính chất hóa học 11
I.6. KHẢ NĂNG HOÀ TAN CỦA NƯỚC 12
I.7. DẠNG ION CỦA NƯỚC 13
I.7.1 Dạng ion của nước 13
I.7.2. Dung dịch đệm 13
I.7.3. phương trình henderson-hasselbalch 15
I.8. SỰ THẨM THẤU NƯỚC VÀO TẾ BÀO 16
I.8.1. Một số khái niệm 16
Khuếch tán: 16
Thấm thấu: 16
Áp suất thẩm thấu: 16
I.8.2. Sự thẩm thấu nước vào tế bào. 17
I.9. HOẠT ĐỘ CỦA NƯỚC VÀ ĐƯỜNG ĐẲNG NHIỆT HẤP THỤ 19
I.9.1. Hoạt độ của nước 19
I.9.1.1. Công thức tính hoạt độ nước 19
I.9.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt độ nước 20
I.9.1.3. Phương pháp điều chỉnh hoạt độ nước 21
I.9.2. Đường đẳng nhiệt hấp thụ 21
I.9.3. Tác dụng của đường đẳng nhiệt hấp thụ 23
PHẦN II: TÍNH NĂNG CỦA NƯỚC TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM 24
II.1. VAI TRÒ CỦA NƯỚC TRONG SẢN XUẤT CHẾ BIẾN THỰC PHẨM 24
II.2. ẢNH HƯỞNG CỦA HOẠT ĐỘ NƯỚC ĐẾN THỰC PHẨM 24
II.2.1. Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến phản ứng oxy hóa chất béo 24
II.2.2. Ảnh hưởng của nước đến phản ứng sẫm màu enzyme 25
II.2.3. Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến sự phát triển của vi sinh vật. 26
II.2.4. Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến tính chất lưu biến của thực phẩm 26
II.2.5. Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến giá trị dinh dưỡng. 27
II.2.6. Ảnh hưởng của nước đến cấu trúc rau quả tươi. 27
II.2.7. Nước tham gia vào cấu trúc và trạng thái của các sản phẩm chế biến thực phẩm 27

Tiểu luận Hóa Sinh: Tìm hiểu về Nước Giáo viên bộ môn
và tính năng của Nước trong chế biến thực phẩm Nguyễn Thị Mai Hương
3



MỤC LỤC HÌNH
Trang
Hình I.1 :Mô hình phân tử nước 5
Hình I.2: Cấu trúc của đám mây điện tử của phân tử nước 6
Hình I.3: Sự phân bố các cực điện tích 7
Hình I.4: Liên kết hyđrô 8
Hình I.5: Đá nổi trên mặt nước 9
Hình I.6
: Nước sôi 9
Hình I.7: Thay đổi trạng thái nước 10
Hình I.8: Sức căng bề mặt 11
Hình I.9 : Đường đẳng nhiệt hấp thụ và phản hấp thụ 22

Tiểu luận Hóa Sinh: Tìm hiểu về Nước Giáo viên bộ môn
và tính năng của Nước trong chế biến thực phẩm Nguyễn Thị Mai Hương
4

PHẦN I : TỔNG QUAN VỀ NƯỚC
I.1. KHÁI NIỆM
I.1.1 Nước là gì?
Nước là hợp chất vô cơ được cấu tạo từ 2 nguyên tố Hydro và oxy trong số 92
nguyên tố hóa học có trong tự nhiên . Phần lớn Hydro và oxy tồn tại trong cơ thể sống
là ở dạng nước.Nước chiếm khoảng 75% khối lượng đa số các tế bào,tuy nhiên tỉ lệ
nước còn phụ thuộc vào sự có mặt của nguyện liệu khung ví dụ như xương. Trong các
cơ thể không có mô cứng, tỉ lệ thường vào khoảng 75% còn trong cơ thể người là
khoảng 65%
Nước là hợp chất hóa học độc nhất có rất nhiều tính chất quan trọng. Chủ yếu là
do phương thức liên kết giữa hydro và oxy tạo nên. Mỗi nguyên tử hydro góp một
điện tử vào đôi điện tử chung với nguyên tử oxy để tạo thành cái gọi là liên kết cộng
hóa trị,ba nguyên tử kết hợp thành phân tử nước không nằm trên cùng một đường
thẳng.
Hạt nhân nguyên tử oxy có điện tích dương mạnh nên có xu hướng kéo điện tử bật
khỏi nguyên tử hydro bé hơn, như vậy nó có ưu thế hơn trong mối liên kết cộng hóa
trị. Kết quả là phân tử nước có điện tích dương gần mỗi nguyên tử hydro và có điện
tích âm ở khu vực gần nguyên tử oxy. Những phân tử như thế gọi là những phân tử
phân cực. chính do những phân tử phân cực mài nước có những tính năng dị thường.
Vì có những tính năng đó mà nước là hợp chất vô cơ duy nhất tồn tại ở cả ba
trạng thái rắn lỏng và khí.
Do phân cực, các phân tử hấp dẫn nhau. Điều đó giải thích tại sao nước lại ở thể

lỏng trong nhiệt độ vá áp suất bình thường. Sự hấp dẫn tĩnh điện giữa các phân tử
nước tạo nên mối liên kết yếu gọi là liên kết hydro.
Trong nước đóng băng,toàn bộ các liên kết đều là mạnh cực đại và do đó các phân
tử đều phân bố trong một cấu trúc mạng lưới chuẩn.
I.1.2. Hình thái của nước trên trái đất
Thuỷ quyển là lớp vỏ lỏng không liên tục bao quanh trái đất gồm nước ngọt, nước
mặn ở cả ba trạng thái cứng, lỏng và hơi. Thuỷ quyển bao gồm đại dương, biển, ao hồ,
sông ngòi, nước ngầm và băng tuyết. Khối lượng của thuỷ quyển khoảng 1,4.1018 tấn.
Trong đó đại dương có khối lượng chiếm 97,4% toàn bộ thuỷ quyển. Phần còn lại là
băng trên núi cao và hai cực trái đất chiếm 1,98%, nước ngầm chiếm 0,6%; ao, hồ,
sông, suối, hơi nước chỉ chiếm 0,02%.
I.2. VAI TRÒ CỦA NƯỚC TRONG ĐỜI SỐNG
Trái đất là hành tinh duy nhất trong hệ mặt trời có sự sống do bởi có chứa một
lượng nước trên nó…Nước là tài nguyên vật liệu quan trọng nhất của loài người và
sinh vật trên trái đất. Con người mỗi ngày cần 250 lít nước cho sinh hoạt, 1.500 lít
nước cho hoạt động công nghiệp và 2.000 lít cho hoạt động nông nghiệp. Nước chiếm
99% trọng lượng sinh vật sống trong môi trường nước và 44% trọng lượng cơ thể con
người. Ðể sản xuất 1 tấn giấy cần 250 tấn nước, 1 tấn đạm cần 600 tấn nước và 1 tấn
chất bột cần 1.000 tấn nước.
Tiểu luận Hóa Sinh: Tìm hiểu về Nước Giáo viên bộ môn
và tính năng của Nước trong chế biến thực phẩm Nguyễn Thị Mai Hương
5

Ngoài chức năng tham gia vào chu trình sống trên, nước còn là chất mang năng
lượng (hải triều, thuỷ năng), chất mang vật liệu và tác nhân điều hoà khí hậu, thực
hiện các chu trình tuần hoàn vật chất trong tự nhiên. Có thể nói sự sống của con người
và mọi sinh vật trên trái đất phụ thuộc vào nước.
Trong cơ thể người và động vật nhờ nước mà các phản ứng thủy phân thức ăn
mới tiến hành được
I.3. HÀM LƯỢNG VÀ TRẠNG THÁI CỦA NƯỚC TRONG THỰC PHẨM

Dựa vào hàm lượng nước có thể chia các sản phẩm thực phẩm thành ba nhóm:
- nhóm các sản phẩm có hàm lượng nước cao( trên 40%). VD: Cam, Dừa, Cà
chua…
- nhóm các sản Phẩm có hàm lượng nước trung bình( từ 10-40%);
- nhóm các sản phẩm thực phẩm có hàm lượng nước thấp( dưới 10%);
Trong các sản phẩm thực phẩm, nước thường tồn tại dưới hai dạng: nước tự do và
nước liên kết.
Nước tự do là chất lỏng giữa các mixen. Nước tự do có tất cả các tính chất của
nước nguyên chất.
Nước liên kết được hấp thụ bền vững trên bề mặt các mixen và thường tồn tại dưới
một áp suất rất đáng kể do trường lực phân tử quyết định do đó khó bốc hơi. Tùy mức
liên kết, dạng nước này lại chia ra làm ba loại:
- nước liên kết hòa học, liên kết rất chặt chẽ với vật liệu và chỉ có thể tách ra khi
có tương tác hóa học hoặc khi xử lý nhiệt tương đối mạnh mẽ. Nước liên kết
hóa học hoặc ở dạng nước hydrat có trong thành phần của các nhóm hydroxyl(
liên kết ion) hoặc ờ dạng nước của hợp chất phân tử dưới dạng tinh thể hyrat:
- Nước liên kết hấp thụ hay nước liên kết hóa lý có độ bền của liên kết ở mức
trung bình và được tạo thành do các phản ứng có cực nằm ở trên bề mặt sản
Phẩm hút các lưỡng cực của nước. Khi tạo thành liên kết kiểu này, các phân tử
nước có khả năng bảo toàn được các tính chất của mình;
- Nước liên kết mao quản hay là nước liên kết cơ lý được hấp thụ bởi các phần tử
ở bề mặt mao quản rồi đi vào bên trong, ngưng tụ và làm đầy các mao quản.
I.4. CẤU TẠO CỦA NƯỚC

Hình I.1 :Mô hình phân tử nước.
Tiểu luận Hóa Sinh: Tìm hiểu về Nước Giáo viên bộ môn
và tính năng của Nước trong chế biến thực phẩm Nguyễn Thị Mai Hương
6

Phân tử nước bao gồm hai nguyên tử hyđrô và một nguyên tử ôxy. Về mặt hình

học thì phân tử nước có góc liên kết là 104,45°. Độ dài giữa hạt nhân của nguyên tử
oxy và hyđro trong liên kết O-H bằng 0.9584Ǻ (0.9584*10
-8
cm)


Đám mây điện tử trong phân tử nước hình thành do sự phối hợp của 5 cặp điện tử
của các nguyên tử oxy và hyđro. Các cặp điện tử đó phân bố như sau:
 Một cặp bên trong bao quanh hạt nhân oxy.
 Hai cặp ngoài phân bố không đều nhau giữa các nhân nguyên tử oxy và
hyđro: lệch nhiều hơn về phía oxy.
 Hai cặp điện tử còn lại của oxy không đem góp chung với hyđro, điện
tích của chúng phần nào không được điều hòa trong phân tử.



Hình I.2: Cấu trúc của đám mây điện tử của phân tử nước.
Như vậy phân tử nước có bốn cực điện tích: Hai cực âm tương ứng các cặp điện tử
dư của oxy, và hai cực dưong tương ứng với hai nhân nguyên tử hyđro có mật độ điện
Tiểu luận Hóa Sinh: Tìm hiểu về Nước Giáo viên bộ môn
và tính năng của Nước trong chế biến thực phẩm Nguyễn Thị Mai Hương
7

tử thấp. Có thể hình dung các cực điện tích đó phân bố ở bốn đỉnh của một hình tứ
diện không đều:

- -


+ +

Hình I.3: Sự phân bố các cực điện tích.
Do sự phân bố điện tích đối xứng như vậy, phân tử nước biểu hiện tính phân cực
rõ ràng. Nó là một lưỡng cực có momen lưỡng cực bằng 1.87 Đêbai. Do độ phân cực
lớn như vậy mà nước có khả năng hòa tan và ion hóa được nhiều hợp chất khác nhau.
Trong nước, ngoài các phân tử nước đơn giản H
2
O, còn chứa những phân tử liên
hợp, được biểu diễn bằng công thức tổng quát [H
2
O]
x
, x không xác định và luôn luôn
biến đổi, có trị số nguyên nhỏ x = 1, 2, 3, 4…
Hiện tượng liên hợp trong nước luôn xảy ra và cũng luôn bị phá vỡ. Số phân tử
nước đơn giản trong phân tử liên hợp thay đổi tùy trạng thái của nước. Chẳng hạn
nước đá với cấu trúc tinh thể trong đó mỗi đơn phân được liên kết với bốn phân tử
khác, có nghĩa là [H
2
O]
5
. Khi đun nóng, liên hơp phân tử bị phá hủy chuyển thành các
liên hợp [H
2
O]
2
và đến 100
o
C thì hầu hết các phân tử nước tồn tại dưới dang đơn phân
[H
2

O].
Nguyên nhân cơ bản của sự tạo thành những liên hợp phân tử [H
2
O]
x
là liên kết
hyđro. Liên kết hyđro thường được hình thành giữa hai nguyên tử bất kỳ qua nguyên
tử hyđro.



Tiểu luận Hóa Sinh: Tìm hiểu về Nước Giáo viên bộ môn
và tính năng của Nước trong chế biến thực phẩm Nguyễn Thị Mai Hương
8



Ở trạng thái lỏng, chuyển động nhiệt bình thường của các phân tử đủ để phá vỡ
liên kết hyđro.
Ở trạng thái đông đặc, nước có khả năng tạo thành bộ liên kết hyđro hoàn chỉnh
nhất vì khi đó dao động nhiệt của phân tử bị giảm đi. Thực tế chứng tỏ ở -183
o
C tất cả
các liên kết hyđro đều tham gia, ở 0
o
C chỉ có khoảng 50% và khi ở 100
o
C chỉ có một
số rất ít.
Do đó, trong tinh thể nước đá cứ một phân tử nước được bốn phân tử nước khác

bao quanh tạo thành hình tứ diện đều, tâm là nguyên tử oxy và các góc là nguyên tử
hyđro. Tiếp theo mỗi nguyên tử oxy trong bốn phân tử liên hợp lại đóng vai trò làm
nguyên tử trung tâm tạo thành những tứ diện khác. Vậy là nước đá có cấu trúc không
gian rỗng. Ở trong nước lỏng, dạng phân tử liên hợp kép đôi [H
2
O]
2
là dạng phổ biến
và bền vững nhất.
Như vậy là do cấu trúc đặc thù của phân tử nước và do đó kéo theo khả năng tạo
ra cầu hyđro mà các phân tử sắp xếp liên hợp với nhau theo một trật tự rất cao khiến
cho nước có những tính chất đặc biệt mà những hợp chất hóa học khác không thể có
được.
Các nhân tố có thể gây ảnh hưởng khác nhau đến cấu trúc của nước. Các chất điện
ly có khả năng hyđrat hóa mạnh như Na
+
, K
+
, Cl
-
thường làm giảm số liên kết hyđro
Hình I.4: Liên kết hyđrô
Tiểu luận Hóa Sinh: Tìm hiểu về Nước Giáo viên bộ môn
và tính năng của Nước trong chế biến thực phẩm Nguyễn Thị Mai Hương
9

giữa các phân tử nước, trong khi đó hyđrocacbon và các nhóm không cực ở các mạch
bên của protein lại có xu hướng làm tăng số liên kết hyđro. Các chất trong dung dịch
vốn có khả năng tự hình thành các liên kết hyđro cũng có thể làm biến đổi hoặc không
các liên hợp của phân tử nước phụ thuộc vào sự tương ứng hình học của chúng trong

hệ thống. Chẳng hạn như ure thì có thể làm xáo trộn trong khi đó amoniac lại không
có ảnh hưởng. Các chất có nhiều nhóm định chức khác nhau ( axit amin, protein) thì
tác dụng lên cấu trúc của nước theo các nhóm này. Trong các dung dịch rất đặc và
trong các hệ thống bán khô các tính chất của nước bị biến đổi rất sâu sắc.
Một số khí như freon, propan sẽ tạo với nứớc các hyđrat tinh thể ở nhiệt độ trên 0
o
C.
Người ta lợi dụng tính chất này để cô đặc hoặc khử khoáng các dung dịch nước.
I.5. TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC
I.5.1. Tính chất vật lý
Nước là chất lỏng trong suốt, không màu, không mùi, không vị.
I.5.1.1. Khối lượng riêng
Ở áp suất thường nước có khối lượng riêng lớn nhất ở 3,98
O
C là 1g/ml. Do nước
trong tự nhiên chứa những tỷ lệ loại phân tử khác nhau vì vậy có khối lượng riêng
không giống nhau (ví dụ như khối lượng riêng: nước mưa < nước tinh khiết < nước
biển ).Tính chất đặc trưng của nước là khi đun nóng hay làm lạnh khối lượng riêng
của nó đều giảm xuống. Điều trên được giải thích là do liên kết hydro của nước, cũng
như các chất khác khi nhiệt độ tăng thì các phân tử nước co lại ( các phân tử nước va
chạm mạnh làm đứt liên kết hydro ) còn nhiệt độ lạnh nở ra (liên kết hydro bị đứt khá
nhiều) sẽ làm cho khối lượng riêng nhỏ đi (ở đây ta có thể hình dung là đá nổi trên
mặt nước, còn khi nước sôi thì hơi nước sẽ bay lên )





Hình I.7: Thay đổi trạng thái
nư

ớ
c

Hình I.6 : Nước sôi
Tiểu luận Hóa Sinh: Tìm hiểu về Nước Giáo viên bộ môn
và tính năng của Nước trong chế biến thực phẩm Nguyễn Thị Mai Hương
10


Nhiệt độ, OC 0 4 15 20
Khối lượng
riêng, g/ml
0,999866 1,000000 0,999727 0,998230
Bảng I.1: Khối lượng riêng của nước theo nhiệt độ
I.5.1.2. Nhiệt độ sôi và nhiệt độ đông đặc
Do hiện tượng trùng hợp, nước có khối lượng mol nhỏ vào khoảng 18g/ mol vẫn ở
thể lỏng trong điều kiện chuẩn. Nước có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi đều cao
hơn so với các hợp chất tương tự với nó.
Nhiệt độ sôi của nước là nhiệt độ tại đó áp suất hơi bão hòa bằng áp suất khí
quyển. Do đó nhiệt độ sôi của nước giảm theo độ cao.
Nước có ba trạng thái. Ở dưới điểm đông đặc, nước ở trạng thái rắn là nước đá hay
bông tuyết. Giữa điểm đông đặc và điểm sôi nước là chất lỏng, được gọi là nước, trên
điểm sôi nước ở dạng hơi, được gọi là hơi nước. Nóng chảy là nước chuyển từ pha rắn
sang pha lỏng. Khi chuyển từ pha lỏng sang pha khí, người ta gọi đó là quá trình hơi.
Nước chuyển từ pha khí thành pha lỏng được gọi là quá trình ngưng tụ (như hiện
tượng tạo sương ở phía ngoài ly nước đá). Quá trình đóng băng mô tả sự chuyển đổi
của nước từ trạng thái khí sang rắn. Khi nước chuyển đổi trực tiếp từ trạng thái rắn
sang khí là quá trình thăng hoa.

Hơi nước





Nước đá nước
Hình I.7: Thay đổi trạng thái nước
I.5.1.3. Nhiệt dung riêng
Nước có nhiệt dung riêng lớn nhất so với các chất lỏng và chất rắn khác. Nhờ
nhiệt dung riêng lớn, nước đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa khí hậu trên
Tiểu luận Hóa Sinh: Tìm hiểu về Nước Giáo viên bộ môn
và tính năng của Nước trong chế biến thực phẩm Nguyễn Thị Mai Hương
11

trái đất. Nhiệt độ cần thiết để đun nóng 1ml nước từ 14,5 – 15,5
O
C được dùng làm đơn
vị nhiệt gọi là calo.
I.5.1.4. Sức căng bề mặt
Do sự tạo thành liên kết hydro, nước có sức căng bề mặt lớn hơn hầu hết các chất
lỏng khác. Sức căng bề mặt của nước là 73 dyn/ cm
3
. Sức căng bề mặt của nước có thể
giảm xuống khi có thêm chất hoạt động bề mặt có tính chất thấm ướt như xà phòng,
chất tẩy rửa tổng hợp. Khi thêm chất hoạt động bề mặt các giọt nước nằm trên bề mặt
trơn. Chất hoạt động bề mặt cản trở sự tạo thành hydro giữa các phân tử nước. Kết quả
là sức căng bề mặt giảm xuống, những giọt nước bị méo đi và nước chảy trải rộng ra.

Hình I.8: Sức căng bề mặt

I.5.2. Tính chất hóa học
Là phân tử phân cực, nước có khả năng hòa tan nhiều chất, chất điện ly và không
điện ly
Những chất điện ly như axit-bazơ và muối khi hòa tan trong nước phân ly thành
ion. Phần lớn các phản ứng hóa học xảy ra trong môi trường nước, trong đó gồm phản
ứng sinh hóa xảy ra trong cơ thể sinh vật.
Về mặt hóa học, nước có khả năng phản ứng hóa học. Nó kết hợp với nhiều oxit
của các nguyên tố và với các muối, tương tác được với nhiều nguyên tố.
Nước là dung môi tốt vì tính lưỡng cực. Các hợp chất phân cực như axit, rượu và
muối đều dễ tan trong nước. Tính hòa tan trong nước đóng vai trò rất quan trọng, vì
phần lớn các phản ứng xảy ra trong dung dịch nước.
Quá trình nước hòa tan các chất là quá trình hydrat hóa là quá trình quan trọng đặc
biệt trong các phản ứng hóa học. Đối với các hợp chất điện ly, hydrat hóa xảy ra nhờ
tương tác tĩnh điện giữa ion với phân tử lưỡng cực H
2
O hoặc nhờ liên kết cho nhận
giữa các ion với phân tử H
2
O có cặp electron tự do ở nguyên tử oxy. Đối với hợp chất
không điện ly và điện li kém mà trong phân tử có nhóm OH như các axit yếu, các hợp
chất hữu cơ như rượu, đường, quá trình liên kết hydrat hóa xảy ra nhờ lên kết hydro
giữa nhóm OH với phân tử H
2
O .
Những chất tan trong nước khi kết tinh từ dung dịch nước thường kèm theo một số
phân tử nước gọi chung là hydrat tinh thể. Khi để trong không khí có những hydrat
tinh thể hút thêm nước từ khí quyển biến thành dung dịch (sự chảy rữa). Có những
hydat tinh thể mất nước biến thành bột mịn (sự lên hoa) và có những hydrat không

Tiểu luận Hóa Sinh: Tìm hiểu về Nước Giáo viên bộ môn
và tính năng của Nước trong chế biến thực phẩm Nguyễn Thị Mai Hương
12

biến đổi. Nguyên nhân là tương quan áp suất của hơi nước trong không khí với áp
suất hơi bão hòa của hydrat tinh thể và của dung dịch bão hòa của hydrat .
Nước có khả năng phân ly thành nhiều muối bằng phản ứng thủy phân. Thực chất
đó là tương tác giữa muối và ion H
+
và OH
-
làm chuyển dịch cân bằng phân ly của
H
2
O. Có những muối thủy phân hoàn toàn như hydrua, nitrua, photphua, cacbua và
nhiều kim loại; một số thủy phân hoàn toàn như clorua của axit hữu cơ và một số thủy
phân giới hạn như các este và muối axit yếu hay bazơ yếu.
Trong nước, oxi có số oxi hóa -2, hydro +1 nên nước vừa có tính oxy hóa vừa có
tính khử. Những chất oxy hóa mạnh hay khử mạnh không thể tồn tại trong nước mà
phân hủy nước giải phóng oxy hoặc hydro.
Những chất oxy hóa trung bình hoặc khử trung bình thường cho phản ứng thuận
nghịch với nước ở nhiệt độ cao. Trong các chất oxy hóa chỉ có flo phản ứng với nước
ở nhiệt độ thường, các halogen khác phản ứng thuận nghịch. Trong các chất khử
photpho, cacbon , silic phản ứng không hoàn toàn khi đun nóng. Những kim loại kiềm
và kiềm thổ phản ứng mạnh với nước ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ thấp. Bột magie
và bột nhôm đang cháy sẽ tiếp tục cháy trong hơi nước ở 100
O
C. Fe, Ni, Co, Cr cho
phản ứng thuận nghịch ở 500
O

C. Sn và Pb thực tế không phản ứng, Hg và các kim loại
quý không phản ứng với nước ở bất kì nhiệt độ nào.
Nước còn là chất xúc tác cho rất nhiều phản ứng. Khi không có hơi nước, khí NO
không hợp với O
2
để tạo thành NO
2
, Fe không có khả năng tác dụng với clo tạo thành
FeCL
3
.
Người ta cũng đã chộn nước với nguyên liệu lỏng với tỉ lệ 30% nước và 70% dầu
hỏa trong bộ điện siêu âm thu được nhũ hóa tương cháy. Nhũ tương này cháy nhanh
và hoàn toàn. Như vậy nếu thay không khí bằng nước để đốt nguyên liệu trong động
cơ thì giảm được lượng nitơ oxit trong khí thải do đó giảm ô nhiễm trong môi trường.
I.6. KHẢ NĂNG HOÀ TAN CỦA NƯỚC
Khả năng hòa tan của nước phụ thuộc vào tính chất của nước,nước có khả năng
khuếch tán và hòa tan nhiều chất hóa học
Nước là dung môi cực tốt,lí do chính là vì phân tư nước có thể tạo liên kết hydro
với các phân tử của chất tan. Muối ăn,natri clorua hầu như không tan trong các chất
lỏng không phân cực như cloruaforom nhưng lại dễ dàng tan trong nước,do các cụm
phân tử nước phân cực bao quanh ion natri và clo trong mang muối và hình thành liên
kết hydro của chúng.
Nước cũng sẳn sang hòa tan rất nhiều các chất hữu cơ không phải ion như là
đường vì chúng chứa các nhóm bên phân cực. Các phân tử nước tạo các liên kết hydro
với các nhóm này do đó mà hòa tan chúng. Cũng như vậy các phân tử nước có thể kết
hợp quanh các đại phân tử vd: như bao quanh các phân tử protein để hình thành nên
một loai dung dịch gọi là keo. Nếu dung dịch keo loãng thì các phân tử khuếch tán
đều khắp dung dịch,sự phân bố như vậy gọi là sol. Ngược lại,các đại phân tử có thể
liên kết với nhau tạo nên mạng lưới thưa ngăn cản sự chuyển đọng của các phân tử

tan,dung dịch keo sẽ trở nên quánh đong kết và dược gọi là gel. Một số keo có khả
năng biến đổi từ sol(keo) sang gel(đông)
Một số các phân tử hữu cơ kể cả các detergent và phoospholipit(thành phần chủ
yếu của màng tế bào)có cả các phần phân cực và không phân cực. phần phân cực dể
Tiểu luận Hóa Sinh: Tìm hiểu về Nước Giáo viên bộ môn
và tính năng của Nước trong chế biến thực phẩm Nguyễn Thị Mai Hương
13

dàng tan trong nước gọi là ưa nước,ngược lại gọi là kị nước chúng không chứa các
nhóm tạo nên sự phân cực hoạt thiếu các nhóm có khả năng tạo thành liên kết hydro.
Các phân tử như thế có hình thành một lớp mỏng trên bề mặt nước hoạt có thể khuếch
tán dưới dạng các phân tử nhỏ bé hình cầu gọi là mixen(micceles).
I.7. DẠNG ION CỦA NƯỚC
I.7.1 Dạng ion của nước
Nước lỏng thường ở dạng ion:hydrogene ion (H+) và hydroxide (OH). Tuy nhiên
ở dạng (H+) không phải là dạng đặc thù trong nước. Thông thường trong nước, các
proton này nằm ở dạng hydrat hydrogen ion:(H
3
O
+
), thường được gọi là hydro ion.
Mặc dầu vậy, theo thói quen nhiều nơi vẫn ghi dạng H+. Như vậy nước lỏng sẽ có
dạng:


Trong phản ứng, theo định luật tác dụng khối lượng (1867), ở phương trình phản ứng
phân ly, ta có:


Với K

eq
là hằng số cân bằng trong phản ứng.
Từ đó ta thấy rằng nồng độ của nước tinh khiết(= 55,5M) lớn hơn so với nước
trong dung dịch (do nước dung dịch có tạo thành liên kết hydro với chất khác). vậy
trong nước tinh khiết ta có:
K
ep
x 5,55 = [H
+
][OH
-
]
Với K
ep
= 1,8 x 10
-16
vậy
1,8 x 10
-16
x 55,5 = 1,0 x 10
-14
= [H
+
][OH
-
]
Trong nước kết tinh [H
+
]=[OH
-

] do đó
[H
+
]=[OH
-
]=1,0 x 10
-7
M
Vậy, khi [H
+
]=[OH
-
] thì dung dịch mang tính trung tính. Tùy thuộc vào lượng
[H
+
] và [OH
-
] mà ta xác định được dung dịch có mang tính acid hay bazơ.
Từ nồng độ hydrogene ion ta cũng xác định được PH của dung dịch theo công
thức:
pH = -log [H+]
Thang đo pH nằm trong khoảng 0 đến 14
I.7.2. Dung dịch đệm
Do nồng độ hydrogene ion trong dung dịch ảnh hưởng rất nhiều đến các quá trình
diễn ra trong cơ thể sống, từ đó người ta đã chứng minh, pH là một trong những yếu tố
quan trọng có khả năng tác động nhiều thế giới xung quanh ta. Tuy nhiên trong thế
giới sống ( động thực vật, vi sinh vật…) nồng độ hydrogene ion luôn nằm trong một
giới hạn cố định.
H
2

O H
+
+ OH

-

K
eq
=
[H+][OH
-
]

[ H2O ]

Tiểu luận Hóa Sinh: Tìm hiểu về Nước Giáo viên bộ môn
và tính năng của Nước trong chế biến thực phẩm Nguyễn Thị Mai Hương
14

Ví dụ trong máu,thông thường pH = 7,4 và có khả năng dịch chuyển trong khoảng
7,35 – 7,45, phụ thuộc vào các lượng chất hòa tan trong đó. Trong một vài trường
hợp, đối với ( động vật bệnh hoặc người bị tai nạn, pH máu có thể bị thay đổi. Sự
nhiễm acid, là trạng thái pH của máu rơi xuống dưới 7,35 xảy ra khi mất cân bằng
trong cơ thể, hoặc khi thận hỏng. Sự nhiễm acid thường xảy ra với một số loại bệnh
hoặc với người nhịn đói lâu. pH bị giảm xuống dưới 7, thì bệnh thần kinh sẽ bị suy
nhược và có thể dẫn đến tử vong.
Khi pH máu tăng lên 7,45 thì sự nhiễm kiềm xảy ra. Trạng thái này xảy ra khi nôn
mửa hoặc khi sử dụng lượng lớn thuốc mang tính kiềm. Trong trường hợp này hệ thần
kinh sẽ kích động mạnh, hệ cơ bị chuyển sang trạng thái co thắt. Nếu kéo dài tình
trạng này cơ thể sẽ bị co giật và có thể dẫn đến ngưng thở.

Như vậy ta có thể thấy sự ảnh hưởng rõ rệt của nồng độ hydrogen ion đến cơ thể
sống. Chính vì vậy, để kiểm soát và ổn định nồng độ này ta cần đến sự hiện diện của
một loại dung dịch: dung dịch đệm.
Vậy dung dịch đệm là gì ? nó là một dung dịch có khả năng kết hợp với hydrogen
ion hoặc giải phóng ion này tùy thuộc vào trạng thái của dung dịch. Dung dịch đệm
giúp cho nồng độ của hydrogen ion gần như được ổn định. Các dung dịch đệm thông
dụng nhất bao gồm các axit yếu và các bazơ tương ứng của chúng. Khả năng chống lại
sự thay đổi pH của các dung dịch đệm phụ thuộc vào khả năng thiết lập sự cân bằng
trong dung dịch giữa các thành phần trong dung dịch đệm. Các dung dịch đệm luôn
tuân theo nguyên lý Le chatelier (phản ứng xảy ra theo chiều làm giảm sự căng thẳng
của phản ứng).
Ví dụ dung dịch đệm acetat bao gồm: acid acetic và muối acetat. Tác dụng đệm
hình thành khi sử dụng dung dịch NaOH để trung hòa axit acetic:
CH
3
COOH + OH
-
CH
3
OO
-
+ H2O
Nếu cho thên hydrogen ion vào dung dịch đệm acetat, thì các ion này sẽ kết hợp
với các anion acetat để tạo thành acid acetic :
H
+
+CH
3
OO
-

CH
3
COOH
Các phản ứng này làm giảm lượng hydrogen ion trong dung dịch và ổn định PH về
gần giá trị của pH ban đầu của dung dịch.
Nếu ion OH
-
, lúc này acid acetic sẽ bị phân ly thành anion acetat và hydrogen ion.
Các hydrogen ion này sẽ kết hợp với các ion OH
-
bị thêm vào thành phân tử H2O
Và như vậy lượng hydrogen ion cũng gần như không đổi
Khả năng của dung dịch đệm trong việc tác động đến pH của dung dịch phụ thuộc
vào các yếu tố :
- Nồng độ mol của acid và baz tương ứng
- Phần trăm của acid và baz này trong dung dịch
Khả năng đệm của dung dịch tỷ lệ với phần trăm của các thành phần trong dung
dịch. Nói một cách khác phụ thuộc vào lượng H
+
Hoặc OH- (có khả năng thay dổi
lượng hydrogen ion) có trong dung dịch. Nồng độ của dung dịch đệm được xác định
nhờ vào nồng độ của axit yếu và bazơ liên hợp của nó.
Tiểu luận Hóa Sinh: Tìm hiểu về Nước Giáo viên bộ môn
và tính năng của Nước trong chế biến thực phẩm Nguyễn Thị Mai Hương
15

Trong trường hợp của đệm bicarbonat, một trong những dung dịch đệm thường
gặp khả năng đệm cao nhất của dung dịch là khi pKa = 6,1 ( độ pKa ít gặp trong các
dung dịch đệm của cơ thể sống)
Các dạng đệm thường gặp trong cơ thể sống:

- Đệm bicarbonat: thường gặp trong thận. pKa =6,1 ở dạng:
CO
2
+ H
2
O HCO
3
- + H
+

- Đệm phosphat: thường gặp trong dịch của tế bào. pKa = 7,2. Ở dạng:
H
2
PO
4-
H
+
+ HPO
4
2-

Dihydrogen phosphat Hydrogen phosphat

Đệm protein: pKa = 7,4. Bao gồm các acid amin, polypedtid, protein dạng
ion…phụ thuộc vào từng cơ thể, từng thành phần mà cơ thể này hiện diện. Đây là
dung dịch đệm thường gặp nhất và cũng là dung dịch đệm tốt nhất của cơ thể sống.
I.7.3. phương trình henderson-hasselbalch
Đây là một phương trình thường được sử dụng để xác định xem ta sẽ sử dụng
dung địch đệm nào cho phù hợp. Phương trình này đã hòa nhập được khái niệm pH và
pKa.

Với phản ứng phân ly:
HA H+ A
-


Ta có: Ka=

Vậy nồng độ hydrogen ion sẽ là:

[H+]=Ka x


Lấy (-) log cả hai vế, ta có: -log[H+]=-logka - log

Theo định nghĩa, -log[H+] = pH, và log Ka = pKa. Vậy ta có thể viết như sau:

pH = pKa + log

Nếu ta đảo ngược phân số trong hàm log, thì phương trình sẽ được viết lại như sau:

[HA]
[A
-
]
[HA]
[A-]
[H+][A-]
[A-]
[HA]
[A-]

Tiểu luận Hóa Sinh: Tìm hiểu về Nước Giáo viên bộ môn
và tính năng của Nước trong chế biến thực phẩm Nguyễn Thị Mai Hương
16


PH=Pka + log

Đây chính là phương trình henderson-haselbalch
Hãy nhớ rằng,khi[A-] = [AH], thì phương trình được viết như sau:
pH = pka + log 1 = pka + 0

I.8. SỰ THẨM THẤU NƯỚC VÀO TẾ BÀO
Nước là thành phần quan trọng của tất cả các tế bào sống. Tế bào là một hệ thẩm
thấu, tốc độ xâm nhập của nước vào trong tế bào hoặc thoát ra khỏi tế bào phụ thuộc
vào tính thẩm thấu của tế bào.
I.8.1. Một số khái niệm:
Khuếch tán:
Khuếch tán là hiện tượng các phân tử của chất phân tán di chuyển từ nơi có nồng
độ cao đến nơi có nồng độ thấp hơn. Sự chuyển động này sẽ dừng lại khi hệ thống cân
bằng (cân bằng nồng độ).
Thấm thấu:
- Là hiện tượng khuếch tán mà trên đường di chuyển các phân tử của vật chất đang
khuếch tán gặp phải một màng ngăn.
- Tùy khả năng cho dung môi và chất tan qua màng ngăn, có các loại màng sau:
o Màng thẩm tích: cho cả dung môi và chất tan qua dễ dàng.
o Màng bán thấm: chỉ cho dung môi đi qua.
o Màng bán thấm chọn lọc: cho dung môi và một số chất tan nhất định đi
qua.
Áp suất thẩm thấu:
- Lực gây ra sự chuyển dịch của dung môi vào dung dịch qua màng.

- Tế bào chịu một áp suất của các chất hòa tan trong dịch tế bào gọi là áp suất
thẩm thấu. Áp suất thẩm thấu đó thay đổi theo nồng độ của dịch tế bào: nồng
độ càng cao thì áp suất thẩm thấu càng lớn và chính áp suất thẩm thấu có vai
trò quan trọng trong việc hút nước của tế bào. Theo Vanhôp, áp suất thẩm thấu
[A-]
[HA]
Tiểu luận Hóa Sinh: Tìm hiểu về Nước Giáo viên bộ môn
và tính năng của Nước trong chế biến thực phẩm Nguyễn Thị Mai Hương
17

phụ thuộc vào nồng độ phân tử, nhiệt độ, sự điện ly của dung dịch và tính theo
công thức:
P = RTCi
Trong đó: P: áp suất thẩm thấu (atm).
R: hằng số khí = 0,0821.
T: nhiệt độ tuyệt đối (273º + t).
C: nồng độ dung dịch theo M.
i: hệ số Vanhôp biểu thị mức độ ion hóa dung dịch: i = 1 + a(n – 1). a :
hệ số phân ly.
n: số ion mà phân tử phân ly.
I.8.2. Sự thẩm thấu nước vào tế bào.
Màng tế bào để cho nước qua màng: vào hoặc ra và luôn luôn giữ thế cân bằng đối
với môi trường. Nghĩa là màng giữ cho tế bào có áp suất thẩm thấu cố định. Tính chất
thẩm thấu đó của màng gọi là tính thấm (osmos). Như vậy, chính gradien áp suất thẩm
thấu là một trong những động lực vận chuyển chất qua màng một cách thụ động.
Độ lớn của áp suất thẩm thấu phụ thuộc vào nồng độ các phân tử bé và ion.
Đứng về quan điểm sinh học, người ta chia các dung dịch thành 3 nhóm:
Dung dịch đẳng trương (isotonic): có áp suất thẩm thấu bằng áp suất thẩm thấu
của tế bào.
Ví dụ: nếu ta cho tế bào vào dung dịch đẳng trương thì tế bào chất không thay đổi.

Dung dịch nhược trương (hypotonic): có áp suất thẩm thấu thấp hơn áp
suất thẩm thấu của tế bào.
Ví dụ: nếu cho tế bào vào dung dịch này thì nước sẽ đi vào tế bào, tế bào trương lên.
Dung dịch ưu trương (hypertonic): có áp suất thẩm thấu cao hơn áp suất thẩm
thấu của tế bào.
Ví dụ: nếu cho tế bào vào dung dịch này thì nước từ tế bào đi ra và làm cho tế bào
teo lại, tế bào chất tách khỏi màng cellulose.
Như vậy áp suất thẩm thấu đóng vai trò quan trọng đối với hoạt động sống của tế
bào.
Màng tế bào có tính thấm chọn lọc, nghĩa là màng để cho nước và các chất hoà tan
trong nước đi qua nhiều hơn so với các chất khác. Vì vậy mà áp suất thẩm thấu được
Tiểu luận Hóa Sinh: Tìm hiểu về Nước Giáo viên bộ môn
và tính năng của Nước trong chế biến thực phẩm Nguyễn Thị Mai Hương
18

giữ ổn định nhờ có cơ chế điều hoà nồng độ các chất hoà tan trong nước ở trong tế
bào.
Để so sánh tính thấm tương đối của các tế bào khác nhau đối với nước, người ta
thường dùng hằng số thẩm thấu tính bằng thể tích nước đi qua một đơn vị diện tích
của màng trong 1 đơn vị thời gian với sự sai khác áp suất thẩm thấu nội bào và ngoại
bào bằng 1.

dv/dt = KA(∏
tb
– ∏
mt
)

Trong đó: v: thể tích tế bào.
t: thời gian.

A: diện tích bề mặt tế bào.
∏
tb
: áp suất thẩm thấu nội bào.
∏
mt
: áp suất thẩm thấu môi trường ngoại bào.
Hằng số thẩm thấu thường được biểu diễn bằng số µm
3
nước chui qua µm
2
màng
tế bào trong thời gian 1 phút dưới tác dụng của hiệu số áp suất 1 atm.
Các loại tế bào khác nhau có tính thấm khác nhau phụ thuộc vào tính chất của môi
trường mà chúng thích nghi. Ví dụ: hằng số thẩm thấu của amip là 0,026; của hồng
cầu là 3,0. Như vậy, tính thẩm thấu của hồng cầu đối với nước gấp 100 lần đối với
amip. Qua đây cho ta thấy rõ ý nghĩa của sinh vật thích nghi với môi trường. Các sinh
vật sống trong nước ngọt có sự khác biệt rất lớn giữa nồng độ của môi trường bên
trong và bên ngoài tế bào. Vì vậy, chúng phải hạn chế sự xâm nhập của nước vào bên
trong tế bào, bằng cách có hằng số thẩm thấu rất nhỏ. Nếu không, chúng phải tiêu phí
năng lượng dùng để tống nước ra khỏi tế bào, hoặc thể tích tế bào phải thay đổi phụ
thuộc vào sự thay đổí áp suất thẩm thấu của môi trường. Ví dụ như trứng cầu gai hoạt
động giống như một thẩm thấu kế, nghĩa là thể tích trứng cầu gai thay đổi tùy theo sự
thay đổi của áp suất thẩm thấu của môi trường.
Tính thẩm thấu còn thay đổi tùy theo trạng thái sinh lý của tế bào. Ta trở lại ví dụ
trứng cầu gai: khi thụ tinh tính thẩm thấu tăng lên từ 2,3 – 4 lần và sau khi đã hoàn
thành sự phân chia tế bào tính thẩm thấu trở lại mức cũ.
Tiểu luận Hóa Sinh: Tìm hiểu về Nước Giáo viên bộ môn
và tính năng của Nước trong chế biến thực phẩm Nguyễn Thị Mai Hương
19

Đối với động vật bậc cao, áp suất thẩm thấu trong cơ thể được điều hòa chủ yếu do
thận và áp suất thẩm thấu của dịch mô gần bằng áp suất thẩm thấu của dịch nội
bào.
Đối với thực vật, áp suất thẩm thấu của dịch nội bào cao hơn so với môi trường
ngoài, nhưng tế bào không bị vỡ tung vì tế bào có màng cenllulose bao bọc; nhờ áp
suất thẩm thấu nội bào tăng mà làm cho sức trương của tế bào thực vật ổn định.
I.9. HOẠT ĐỘ CỦA NƯỚC VÀ ĐƯỜNG ĐẲNG NHIỆT HẤP THỤ
I.9.1. Hoạt độ của nước
Chính thành phần các chất hữu cơ và vô cơ trong các sản phẩm thực phẩm quyết
định đến tính chất cảm quan, mùi vị, giá trị thực phẩm cũng như độ bền của chúng khi
bảo quản. Trong các thành phần đó thì nước có ảnh hưởng lớn nhất. Với các loại sản
phẩm dù để tự nhiên hay cố tình làm giãm lượng nước đi(sấy, ép…) để tăng độ bền
của chúng khi bảo quản thì nước vẫn cứ chiếm một tỷ lượng lớn hơn. Ví dụ: trong
khoai tây sấy khô đến độ ẩm 6,5% thì ứng với 3,1 mol tinh bột và 0,46 protein có
3,6% mol nước.
Tương tác của chất khô và nước trong các sản phẩm thực phẩm cũng khác nhau:
có hợp chất như đường, axit, muối vô cơ, các hợp chất thơm và các sắc tố thìhào tan
trong nước, trong khi đó protein thì ở dạng keo hoặc như lipit hầu như không hoà tan
trong nước. Như vậy, mối quan hệ giữa nước và từng sản phẩm thực phẩm là khác
nhau.
Qua các nghiên cứu về sự ảnh hưởng của hàm ẩm tuyệt đối đến các sản phẩm thực
phẩm ở các điều kiện tối ưu, người ta đã phát hiện ra rằng độ ẩm tuyệt đối của các sản
phẩm thực phẩm chưa phải là chỉ số quyết định ( chẳng hạn đường kính có độ ẩm
0,12%, chè có độ ẩm 8% và phomat chứa 40% ẩm vẫn có thể bảo quản được trong
cùng một độ ẩm tướng đối của không khí là 70%) mà hoạt độ nước mới chính là chỉ
tiêu đặc trưng cho độ tiếp nhận của sản phẩm đối với tác động của khí quyển xung
quanh.
Hoạt độ nước là lượng nước tự do tồn tại trong sản phẩm hoặc vật chất. Nó được
xác định bởi tỷ số giữa áp suất bay hơi của nước trong vật chất chia cho áp suất bay

hơi của nước tinh khiết ở cùng nhiệt độ và được ký hiệu là a
w
.
Nước cất có hoạt độ nước bằng 1. Vì trong dung dịch( hay một thực phâm) một
phần bề mặt thoáng bị các phân tử của chất hoà tan hydrat hoá chiếm giữ nên số phân
tử dung môi thoát ra trong một đơn vị thời gian trên một đơn vị diện tích bề mặt sẽ
nhỏ hơn so với dung môi nguyên chất (a
w dung dịch
< a
w nước nguyên chất
). Khi nhiệt độ tăng
thì a
w
tăng, ngoại trừ 1 số sản phẩm tinh luyện với muối và đường.
I.9.1.1. Công thức tính hoạt độ nước
Gọi n – là số phân tử gam của chất hoà tan có trong N phân tử gam dung môi
P – áp suất hơi bão hòa của dung dịch
P
0
– áp suất hơi bão hòa của dung môi nguyên chất ở cùng nhiệt độ.
Tiểu luận Hóa Sinh: Tìm hiểu về Nước Giáo viên bộ môn
và tính năng của Nước trong chế biến thực phẩm Nguyễn Thị Mai Hương
20

Biểu thức toán học của định luật Raoul:
P/P
0
= N/(N+n)
Đặt a
w

= N/(N+n)

Ở điều kiện cân bằng có sự bằng nhau giữa họat độ nước của một dung dịch hay
một thực phẩm và áp suất hơi tương đối do dung dịch hay một thực phẩm đó tạo ra
trong khí quyển kín bao quanh nó. Độ ẩm tương đối và hoạt độ nước là những đại
lượng tỷ lệ thuận với nhau:
a
w
= độ ẩm tương đối bách phân/100
Ở điều kiện cân bằng, cũng có sự tương đương giũa độ ẩm tương đối của không
khí và hoạt độ nước của thực phẩm đặt trong không khí đó. Áp suất hơi sẽ không bị
giảm khi dung dịch hay thực phẩm có chứa các chất không hoà tan. Các chất hoà tan
chứa trong thực phẩm không phải là lý tưởng do đó sẽ làm giãm áp suất hơi lớn hơn
khi tính theo định luật Raoul.
Phần lớn các loại hoá chất đều làm giảm hoạt độ nước nhiều hơn khi tính toán
theolý thuyết vì các lý do sau:
- Do có sự liên hợp mạnh mẽ giữa phân tử nước và phân tử các loại trong dung
dịch.
- Có sự phân ly ít nhiều hoàn toàn của các chất điện ly có mặt.
- Các lực tác dụng đến cấu trúc của nước.
Hoạt độ nước là hàm số của độ ẩm, thành phần hoá học và cấu trúc của sản phẩm thực
phẩm.
I.9.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt độ nước
Hoạt độ nước phụ thuộc vào độ ẩm hay tổng lượng nước có trong thực phẩm đó.
Sản phẩm có hàm ẩm cao thường chứa nhiều nước tự do, do đó có hoạt độ nước cao.
- Hoạt độ nước có thể bị giảm khi tách nước đi hay thêm các chất hòa tan khác
nhau vào sản phẩm để làm cho lượng nước tăng lên.
- Hoạt độ nước còn phụ thuộc vào thành phần hoá học, trạng thái vật lý của sản
phẩm. Protein và tinh bột thường giữ một lượng nước nhiều hơn các lipit và các
chất kết tinh.

- Với các thực phẩm có chứa tinh bột thì khi gia nhiệt trước cũng làm biến đổi
khả năng giữ nước của các tinh bột vì chúng bị hồ hoá làm biến đổi từ mạng
lưới tinh thể không thấm nước sang một trạng thái vô định hình.
- Các thực phẩm giàu protein, khi thay đổi pH và lực ion sẽ thay đổi khả năng
giữ nước của thực phẩm. Ở pH đẳng điện khả năng giữ nước của sản phẩm là
cực tiểu nhưng ở pH cực trị khả năng giữ nước là cực đại.
- Hoạt độ nước cũng có thể giảm do hậu quả của lực mao dẫn. nước bị nhốt
trong mao quản là nước tự do, còn lớp nước ở thành mao quản là nước liên kết.
khi làm ẩm đều đặn thì áp suất hơi nước trên các chỗ lõm sẽ thấp hơn áp suất
hơi nước trên bề mặt phẳng . Sự giãm hoạt độ nước cũng phụ thuộc vào đường
kính của mao quản và dĩ nhiên là vào cấu trúc của các sản phẩm thực phẩm.
a
w
= P/P
0

Tiểu luận Hóa Sinh: Tìm hiểu về Nước Giáo viên bộ môn
và tính năng của Nước trong chế biến thực phẩm Nguyễn Thị Mai Hương
21

I.9.1.3. Phương pháp điều chỉnh hoạt độ nước
- Cho dòng không khí trực tiếp qua thực phẩm để điều chỉnh thực phẩm đó có
được a
w
định trước. Độ ẩm tương đối mong muốn của dòng khí có thể thu được
bằng cách pha trộn hổn hợp dòng không khí ẩm vàdong không khí khô qua
dung dịch H
2
SO
4

có a
w
đã biết hoặc qua dung dịch muối bão hòa có a
w
đã biết.
Sau đây là giá trị hoạt độ nước (ở 25
0
c) của một số dung dịch muối bão hòa:

Dung dịch
muối bão hòa
a
w
(Washburn
1926)
a
w

(Rockland
1960)
a
w

(Weat 1972)
LiCl.H
2
O

KC
2

H
3
O
2
(AXETAT)
MgCl
2
.6H
2
O
K
2
CO
3

Mg(NO
3
)
2
.6H
2
O
NaCl
(NH
4
)
2
SO
4

CdCl
2

Li
2
SO
4

K
2
CrO
4

KNO
3

Na
2
HPO
4

K
2
SO
4


0,15
0,2
0,33

-
0,55
0,76
0,81
-
-
0,88
0,94
0,95
0,97

0,12
0,23
0,33
0,44
0,52
0,75
0,79
0,82
0,85
0,88
0,94
0,98
0,97
0,15
0,2
-
0,44
0,52
-

0,81
-
-
0,88
-
0,95
-

- Các dung dịch muối bão hòa từ nguồn hữu cơ hoặc vô cơ thường dùng trong
phòng thí nghiệm để thu được a
w
mong muốn. Các dung dịch này có thể điều
chỉnh a
w
trong dòng khí, làm dung dịch chuẩn để khắc các dụng cụ đo a
w
hoặc
để làm dung dịch cân bằng cho các mẫu thực phẩm nhỏ.
-
Hoạt độ nước của một thực phẩm có thể điều chỉnh bằng cách thêm các hợp
phần hoặc những phụ gia có a
w
khác nhau.

-
Hoạt độ nước của thực phẩm cũng có thể thay đổi bằng phương pháp gia công.
Với sản phẩm khô thì bằng cách đóng bánh để phân phối lại ẩm. Có thể gia
nước vào sản phẩm thực phẩm khô bằng cách thăng hoa từ nước đá ở nhiệt độ
quá lạnh.

-
Glucoza, glyxerin, và propylenglycol là ba hợp chất hữu cơ thường được dùng
để hạ thấp a
w
trong thực phẩm. Đường nghịch đảo là tác nhân làm giãm a
w
quan
trọng trong một số bánh kẹo.

I.9.2. Đường đẳng nhiệt hấp thụ
Đường đẳng nhiệt hấp thụ ( hoặc phản hấp thụ) là đường cong để chỉ lượng nước
được giữ bởi một thực phẩm nào đó, khi ở điều kiện cân bằng và tại một nhiệt độ xác
định, phụ thuộc vào độ ẩm tương đối của khí quyển bao quanh. Hay ngược lại, nó chỉ
áp suất hơi gây ra bởi nước của một thực phẩm phụ thuộc vào hàm lượng nước của
chính thực phẩm đó.
Tiểu luận Hóa Sinh: Tìm hiểu về Nước Giáo viên bộ môn
và tính năng của Nước trong chế biến thực phẩm Nguyễn Thị Mai Hương
22

Đường đẳng nhiệt hấp thụ và phản hấp thụ có thể thu được bằng phương pháp
thực nghiệm đối với mỗi sản phẩm và ở mỗi một nhiệt độ nhất định.
Để xây dựng đường đẳng nhiệt hấp thụ, người ta đặt các mẫu của cùng một thực
phẩm khô có trọng lượng đã biết trong một dãy bình kín có độ ẩm tương đối của
không khí tăng dần. Để giữ cho độ ẩm tương đối trong từng bình không thay đổi có
thể dùng các dung dịch muối bão hòa hoặc dung dịch H
2
SO
4
có nồng độ nhất định.
Còn để xây dựng đường đẳng nhiệt phản hấp thụ thì lại đặt các mẫu của cùng một

thực phẩm ướt có trọng lượng đã biết trong một dãy bình có độ ẩm tương đối giảm
dần. Khi đạt được cân bằng người ta đo khối lượng nước ở các mẫu bằng cách cân
hoặc bằng phương pháp Karl Fisher).
Từ các số liệu thực nghiệm thu được, vẽ đồ thị W = f(a
w
).


Hình I.9 : Đường đẳng nhiệt hấp thụ và phản hấp thụ

Ở vùng a
w
nằm giữa 0 và 0,2 tương ứng với trạng thái liên kết của nước bền.
Trong vùng này của đường đẳng nhiệt nước tạo ra lớp đơn phân trong đó nước được
định vị vào các nhóm có cực của một số chất như nhóm NH
+
3
và COO
-
của protein và
các nhóm OH
-
của tinh bột và có thể cả nước kết tinh của các đường và muối. Trong
các thực phẩm, lượng nước này tồn tại trong sản phẩm khô(phi chất béo).
Sau đây là:

Tiểu luận Hóa Sinh: Tìm hiểu về Nước Giáo viên bộ môn
và tính năng của Nước trong chế biến thực phẩm Nguyễn Thị Mai Hương
23

Loại thực phẩm Lượng nước, g H
2
O/ 100g sản phẩm

Khoai tây sấy
Bích qui mặn
Sữa bột
Sữa bột đã tách kem
Thịt bò sấy


5 đến 8
4
2
3 đến 6
4 đến 6
Bảng I.2: giá trị của lớp nước đơn phân ở một số thực phẩm sấy
Năng lượng hấp thụ của nước ờ lớp này là vào khoảng 1 đến 15 kcal/ mol. Điều
này cho ta thấy rằng nước lớp này khó tách ra. Hơn nữa, nước của lớp đơn phân sẽ
không đóng băng. Vì thế nước của lớp này thực tế không thể là dung môi hoặc là tác
nhân phản ứng.
Khi a
w
> 0,3, các lớp nước liên tiếp đính liền vào lớp đơn phân qua cầu trung gian
là liên kết hydro. Nước thuộc vùng này chủ yếu là nước hyđrat hoá của các hợp chất
hòa tan như protein, muối
Cứ như vậy các lớp nước khác xếp chồng lên nhau với lực liên kết yếu dần với các
thành phần vô cơ và hữu cơ của thực phẩm.
Tiếp đến là nước ngưng tụ trong các lỗ của thực phẩm. Sự ngưng tụ nước trong
các lỗ này sẽ càng làm giảm áp suất hơi bão hòa khi đường kính của lỗ càng nhỏ. Sẽ

có 3% lượng nước được định vị trong các lỗ có đường kính khoảng 10
-6
cm ứng với a
w

= 0,9.
Phần cuối cùng của đường đẳng nhiệt hấp thụ ứng với hoạt độ nước gần cực đại và
thường ứng với độ ẩm không dưới 50%.
Nhìn vào đồ thị ta thấy khi 0,2 < a
w
> 1 thì hai đường đẳng nhiệt hấp thụ và phản
hấp thụ sẽ không trùng nhau. Sự không trùng nhau này của hai đường cong gọi là sự
trễ hấp thụ. Có nghĩa là hàm ẩm có được ứng với một a
w
thực hiện bằng con đường
phản hấp thụ từ vật liệu ướt sẽ cao hơn khi thực hiện bằng con đường hấp thụ. Sở dĩ
có hiện tượng trễ hấp thụ là do sự ngưng tụ nước trong các lỗ của mô. Các lỗ của mao
quản thực phẩm nói chung có bề mặt nhỏ hơn so với chiều sâu, do đó áp suất cần thiết
để lấp đầy cao hơn so với trường hợp các lỗ mao quản vẫn được làm trống. hiện tượng
trễ hấp thụ thường gặp trong rau quả.
I.9.3. Tác dụng của đường đẳng nhiệt hấp thụ
- Đường đẳng nhiệt hấp thụ cho phép giải thích lý thuyết.
- Đường đẳng nhiệt hấp thụ cho phép thấy trước hoạt độ nước của một hổn hợp
gồm các hợp phần có độ ẩm khác nhau.
- Đường đẳng nhiệt hấp thụ còn cho khả năng biết trước cách xử lý của một
thực phẩm khi bảo quản trong các điều kiện khác với các điều kiện đã xem xét.
Chẳng hạn đường cong hấp thụ cho thấy trước ảnh hưởng của các thay đổi độ
ẩm tương đối của khí quyển đến hàm lượng nước của một sản phẩm không
được bảo vệ (sản phẩm sẽ hút nước từ môi trường xung quanh).

Tiểu luận Hóa Sinh: Tìm hiểu về Nước Giáo viên bộ môn
và tính năng của Nước trong chế biến thực phẩm Nguyễn Thị Mai Hương
24

PHẦN II: TÍNH NĂNG CỦA NƯỚC TRONG SẢN
XUẤT CHẾ BIẾN THỰC PHẨM
II.1. VAI TRÒ CỦA NƯỚC TRONG SẢN XUẤT CHẾ BIẾN THỰC PHẨM
Nước tồn tại trong thực phẩm ở hai dạng nước tự do và nước liên kết.
Nước tồn tại hầu hết trong các sản phẩm thực phẩm ở trạng thái tự nhiên ngoại trừ
ngũ cốc.
Nước là thành phần không thể thiếu đối với công nghệ chế biến thực phẩm: được
dùng để nhào rữa nguyên liệu, vận chuyển và xử lí nguyên liệu, để chế tạo sản phẩm
và xử lý sản phẩm lần cuối, dùng để liên kết các nguyên liệu và các chất trong sản
phẩm.
Nước làm tăng cường các quá trình sinh học như hô hấp, nảy mầm, lên
men…Làm tăng giá trị cảm quan cho thực phẩm như độ bóng mịn dai dẻo. Ngoài ra
còn tham gia vào các quá trình gia nhiệt hoặc làm lạnh trong các quy trình sản xuất.
Nước là thành phần cơ bản của một số sản phẩm như bia, nước giải khát…
Nước tham gia trực tiếp vào các phản ứng hóa học và trở thành thành phần của sản
phẩm.
Ví dụ:
- phản ứng điều chế acidsulfuric:
SO3 + H2O - H2SO4
- phản ứng tôi vôi:
Ca + H2O - Ca(OH)2
- phản ứng điều chế rượu etylic:
CH2=CH2 + H2O –C2H5OH
- nhóm ngũ cốc

II.2. ẢNH HƯỞNG CỦA HOẠT ĐỘ NƯỚC ĐẾN THỰC PHẨM

II.2.1. Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến phản ứng oxy hóa chất béo
Lượng nước trong các sản phẩm chứa chất béo (hoặc trong chất béo) và các dạng
liên kết của nước với các yếu tố cấu thành của sản phẩm có ý nghĩa rất lớn.
Khi hoạt độ nước thấp, tương ứng với vùng hình thành lớp đơn phân ở trên bề mặt
sản phẩm, sự oxy hóa chất béo xảy ra mạnh mẽ. Nếu tăng hoạt độ nước thì cường độ
oxy bị giảm lại và khi a
w
= 0.3 thì cường độ oxy hóa là cực tiểu. Sau đó, cường độ oxy
hóa lại bắt đầu cho đến khi a
w
=0.7 thì cường độ oxy hóa cực đại.
Các sản phẩm chứa chất béo có hàm ẩm rất thấp, oxy có thể xâm nhập tự do vào
do đó sự oxy hóa chất béo xảy ra khá dễ dàng ngay cả khi áp suất phần của oxy trong
môi trường bên ngoài thấp. Trong điều kiện này nếu có mặt một lượng nước nhỏ trong
sản phẩm sẽ kiềm hãm một cách đáng kể quá trình oxy hóa. Hiệu ứng bảo vệ của nước
thường ở trong khoảng a
w
= 0.05-0.3 . Khi tăng hoạt độ nước, tốc độ oxy hóa một lần
nữa lại tăng là do tăng độ linh động của các chất phản ứng ở trong vùng hấp thụ đa
tầng và vùng ngưng tụ.
Tiểu luận Hóa Sinh: Tìm hiểu về Nước Giáo viên bộ môn
và tính năng của Nước trong chế biến thực phẩm Nguyễn Thị Mai Hương
25

Cơ chế kiềm hãm của nước đối với quá trình oxy hóa chất béo có thể giả định rằng
hyđroperoxyt (ROOH) tạo ra trong quá trình oxy hóa sẽ được liên kết với nước qua
cầu hydro. Thông thường ROOH tạo ra liền bị phân hủy để tân tạo ra hai góc tự do
RO
.
và

.
OH. Tốc độ phân mạch từ oxy hóa sẽ tăng lên chỉ khi có nồng độ ROOH khá
cao nghĩa là khi lớp lipit-nước được bảo hòa hoàn toàn bởi hydroperoxyt. Khi có mặt
một lượng ẩm nhất định thì thời gian của chu kỳ cảm ứng bị kéo dài và lượng ROOH
tự do ở giai đoạn này sẽ thấp là do tạo thành liên kết hydro giữa nước và
hydroperoxyt, khiến cho phân giải hợp chất này sẽ bị chậm lại.
Khi a
w
> 0.5 sự oxy hóa một lần nữa lại tăng là do ở mức ẩm này cách kim loại
khuếch tán dễ dàng hơn đến các miền oxy hóa.
Ở hoạt độ nước rất cao sự oxy hóa có thể bị chậm lại là do nồng độ các kim loại bị
pha loãng.
II.2.2. Ảnh hưởng của nước đến phản ứng sẫm màu enzyme
Sẫm màu là một trong các dạng hư hỏng của các sản phẩm thực phẩm. Sự sẫm
màu là do phản ứng caramen hóa, phản ứng melanoidin, phản ứng giữa các sản phẩm
oxy hóa các lipit với protein, phản ứng thoái phân các hợp chất cacbonyl có nối kép
đôi luân hợp như vitamin C, các reducton…Các sắc tố có màu sẫm sẽ được tạo ra ở
trong các sản phẩm có hàm ẩm thấp hoặc là trung bình khi a
w
> 0.5
Khi a
w
=0.65 - 0.70 tốc độ sẫm màu tăng là do thiết lập nên lớp kép của các phân
tử nước giữa các lớp mỏng protein, kết quả là các nhóm có cực của protein được lộ ra
và trở thành bảo hòa nước. Các phân tử protein sẽ tăng độ linh động và tăng khả năng
sắp xếp trong nội phân tử và giữa các phân tử nghĩa là tăng khả năng phản ứng.
Khi a
w
> 0.7 thì cường độ phản ứng giảm là do nồng độ các chất tác dụng bị giảm
xuống.

Tôc độ sẽ đạt cực đại khi a
w
= 0.75 tương ứng với nồng độ cực đại của các chất tác
dụng ở trạng thái hòa tan.
Một yếu khác rất quan trọng có quan hệ với hoạt độ nước là ảnh hưởng của nhiệt
độ. Năng lượng hoạt hóa của các phản ứng sẫm màu phi enzyme sẽ tăng lên dần dần
cùng với sự giảm a
w
, do đó phản ứng sẽ chậm lại khi ở a
w
thấp.
Phản ứng sẫm màu phi enzyme là vấn đề rất quan trọng trong sản xuất các thực
phẩm có độ ẩm trung gian. Hoạt độ nước từ 0.6-0.8 và môi trường rất thuận lợi cho
phản ứng làm sẫm màu.
Biện pháp làm giảm quy mô sẫm màu trong sản phẩm có độ ẩm trung gian bằng
cách dùng glyxerin như chất làm ẩm. Khi dùng glyxerin có thể làm giảm a
w
từ 0.75 -
0.65 đến 0.5 - 0.4
Ở các sản phẩm thực phẩm và quả, phản ứng làm sẫm màu xảy ra cực đại ở
a
w
=0.65 - 0.75, còn ở các sản phẩm thịt là 0.3-0.6 và các sản phẩm sữa khô (không có
chất béo) là 0.7
Tóm lại các sản phẩm có độ ẩm trung bình sẽ bảo quản tốt nhất khi a
w
vượt quá
điểm đặc trưng cho tốc độ sẫm màu cực đại nhưng lại chưa đạt được giá trị bắt đầu
gây hư hỏng do vi sinh vật.