Chương 1 Nước (hóa sinh thực phẩm)

HÓA SINH THỰC PHẨM

PHẦN MỞ ĐẦU

Tôn Nữ Minh Nguyệt – ĐHBK TPHCM


THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA SINH VẬT

Thành phần nguyên tố


Cơ thể sống được cấu tạo từ khoảng 30 loại nguyên tố



Đa số là những nguyên tố có phân tử lượng thấp



4 nguyên tố chủ yếu có hàm lượng lớn nhất là C, H, O, N

Phân bố các nguyên tố
Không đồng đều, có 3 loại theo hàm lượng %
1. Các nguyên tố đa lượng : >10-5 (99% khối lượng cơ thể sinh vật)
C, H, O, N, S, P ,Cl, Ca, Na, K, Mg, Fe, Zn
2. Nguyên tố vi lượng :

10-8 – 10-5 (1% còn lại)
Cu, Co, Mo, B, F, Cr, I, Mn, Al, Si, Sn, Ni

3. Nguyên tố siêu vi lượng: < 10-8
Hg, Au, U, Ra, Se, Vd


THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA CHẤT SỐNG

Nước:

60 - 80 %
Mất đi 12 – 15% lượng nước

Chất khô:

20 – 40%
Tất cả các chất khác ngoài nước: chất hữu cơ,
vô cơ, các nguyên tố vi lượng, siêu vi lượng
Chất khô hòa tan: đường, khoáng, vitamin,…
Chất khô không hòa tan: lipid, protein,…


THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA CHẤT SỐNG

Hợp chất vô cơ (các chất khoáng)
 Chiếm 2 – 6% chất khô
 Muối Ca , Na, K , Cl , PO4, hoặc ở dạng acid HCl (ở dạ
dày)
 Có hai chức năng chính:

Chức năng cấu trúc

Canxi , photpho: tạo khung xương.
Fluor : tạo ngà răng , men răng.

Chức năng điều hòa các hoạt động sống
Zn: có ảnh hưởng đến hormon Insulin (bệnh bướu cổ)
Cu: tham gia vào thành phần các enzym oxy hóa,
Fe: Tham gia vào thành phần Hemoglobin trong máu


THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA CHẤT SỐNG

Hợp chất hữu cơ
Protein, lipid, glucid, enzym, vitamin, acid nucleic, …
Sự phân bố các chất này khác nhau giữa động vật và thực vật

Hợp chất hữu cơ

Protein

Glucid

Lipid

Acid nucleic

Động vật

70%

< 5%

10%

15%

Thực vật

< 5%

50 - 70%

≤ 25%

10%


THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA THỰC PHẨM

Nguyên liệu chính của các loại thực phẩm


Động vật: gà vòt, heo bò, cá tôm,…



Thực vật: rau cải, cây lương thực, các loại quả,…



Vi sinh vật: thạch dừa, yaourt,…

Thành phần hóa học của thực phẩm
Nước,
Protein, glucid, lipid, …
Khoáng, vitamin, màu, mùi,…
Phụ gia:

tách từ các nguyên liệu tự nhiên
một số rất ít là những chất tổng hợp

tạo chất lượng (tạo mùi vò, màu sắc, cấu trúc,…),
tạo giá trò dinh dưỡng (protein, glucid, lipid, vitamin,…)
chất bảo quản (chống VSV, chống oxy hóa,…


HÓA SINH THỰC PHẨM

CHƯƠNG 1

NƯỚC
Tôn Nữ Minh Nguyệt – ĐHBK TPHCM


Vai trò sinh học

VAI TRÒ CỦA NƯỚC



Tham gia vào thành phần cấu trúc của tế bào: liên kết với

các polime sinh học tạo thành dòch tế bào



Dung môi hòa tan các chất và là môi trường để xảy ra các
phản ứng hóa học



Tham gia các phản ứng thủy phân, hydrat hóa, oxy hóa khử



Vận chuyển các chất đến các cơ quan cần thiết



Điều hòa thân nhiệt và ổn đònh nhiệt cho cơ thể



Là chất đệm ổn đònh pH ở pH trung tính



Bảo vệ tế bào, mô, cơ quan, khớp xương nhờ phần đệm
nước ở các gian bào



Đào thải được các chất dư thừa, cặn bã, chất độc và vi sinh
vật có hại ra khỏi cơ thể (thận)



Thiếu nước: rối loạn sinh lý, có thể chết khi lượng nước mất
hơn 12 % so vơí khối lượng cơ thể.


Vai trò trong sản xuất TP

VAI TRÒ CỦA NƯỚC

1. Nước là thành phần chính của hầu hết các nguyên liệu
trong sản xuất thực phẩm
Loại

Nguyên liệu

Hàm lượng nước [%]

Thòt, cá

Thòt heo, nguyên liệu, phần nạc
Thòt bò, nguyên liệu,
Thòt gà, các loại, không có da
Cá, phần thòt
Các loại quả mọng, anh đào, lê
Táo, đào, cam, bưởi
Đại hoàng, dâu, cà chua

Avocado, chuối, đậu Hà Lan
Ccải đg, broccoli, cà rốt, kh tây
Măng tây, đậu, cbắp, bông cải
Lúa
Ngũ cốc

53 – 60
50 – 70
74
65 – 81
80 – 85
90
90 – 95
74 – 80
85 – 90
90 – 95
13 – 14
16 -17

Trái cây

Rau

Lương
thực


VAI TRÒ CỦA NƯỚC
Vai trò trong sản xuất TP
2. Xử lý nguyên liệu: nhào rửa, làm sạch, vận chuyển

3. Tạo sản phẩm, xử lý sản phẩm
Nguyên liệu chính: bia, nước giải khát,…
Tham gia phản ứng: phản ứng thuỷ phân,…
Thực hiện quá trình sinh học: lên men, nẩy mầm,…
Tăng chất lượng sản phẩm: độ bóng, độ dai, độ mòn,…
4. Đốt nóng, làm lạnh các thiết bò, là chất tải nhiệt trong nồi 2
vỏ, nồi thanh trùng, nồi hấp


VAI TRÒ CỦA NƯỚC
Vai trò trong sản xuất TP
Loại TP

Độ ẩm [%]

Loại TP

Độ ẩm [%]

Bia

92 – 95

Đồ hộp thòt cá

60 – 70

Rượu

55 – 85

Xúc xích, thòt nguội

20 – 25

Sữa tiệt trùng

75 – 85

Lạp xưởng

15 – 20

Bánh mì

25 – 35
15 – 25

Sữa bột

4

Nước trái cây

80 – 90

Bánh trung thu

Trái ng đường

40 – 50

Biscuit

5–6

Mứt

15 – 40

Mì sợi khô

5–7

Bơ, margarine

16 – 18

Mì ăn liền

3–4

Dầu ăn

0

Kẹo cứng

<3

Kẹo mềm

4–5

Bún tươi
Bột ngũ cốc
Hạt cà phê rang

20 – 30
12 -14
5


Dạng đơn phân

CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC



Công thức phân tử : H2O (M=18)



Các đám mây điện tử của O và H tạo thành dạng tứ diện,
có độ phân cực mạnh.



O và 2H tạo thành 1 tam giác cân đỉnh là O. Góc tạo
thành giữa O và 2H là 104.5o



Khoảng cách liên kết O – H là 0,96 A o


Liên kết hydro

CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC

Liên kết hydro là liên kết yếu
Số lượng rất lớn
Năng lượng cắt đứt liên kết Hydro là 25 KJ/mol
Liên kết Hydro

AH+ ----------B-

B là các nguyên tử có độ âm điện cao như F, Cl, N,…


CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC
Liên hợp phân tử nước
 Công thức: [H2O]n

với n = 1,2,3,4,…

 Tạo thành do liên kết hydro giữa các phân tử nước
 Một phân tử nước có thể gắn với tối đa 4 phân tử nước khác
tạo nên cấu trúc tứ diện

CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC
Liên hợp phân tử nước
Quá trình tạo liên hợp nước --- hydrat hóa nước
Quá trình tách liên hợp nước --- dehydrat hóa nước
Hai quá trình này xảy ra đồng thời, túy vào trạng thái nước

Các yếu tố ảnh hưởng đến
quá trình liên hợp nước
Nhiệt độ làm thay đổi tốc độ dao động của các phân tử nước
Các chất điện ly Na+, K+,Cl- có thể tạo liên kết Hydro với nước
Các chất khg phân cực làm giảm chuyển dộng nhiệt của ptử nước


CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC
Trạng thái tồn tại của nước
Lỏng: 0 – 100oC (V mL) hydrat hóa  dehydrat hóa

100oC nước sôi  các phân tử nước ở dạng đơn phân

Khí:

Tại điểm hóa hơi (100oC)  dạng đơn phân (P atm)

Rắn: Tại điểm đông đặc (0oC)  dạng liên hợp

Dao đg nhiệt giảm tối đa, mức độ hydrat hóa đạt tối đa
Mỗi phân tử H2O đều liên kết với 4 phân tử H2O khác
Cấu trúc tinh thể của nước đá: tứ diện đều và cấu trúc rỗng

TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC

Tính chất vật lý
Nước có tính chất đặc biệt hơn các chất khác vì có cấu trúc
rỗng, tồn tại liên kết hydro giữa các phân tử và các dạng
liên hợp nước tạo cấu trúc bậc cao.
Nước là dung môi trơ về mặt hóa học, có độ nhớt thấp.
Độ phân cực cao nên có thể hòa tan nhiều chất khác nhau.
Trong khoảng nhiệt độ từ 0 – 4oC, tỷ trọng của nước biến
đổi không giống các chất khác, tỷ trọng nước lỏng ở 0oC
(0,9998g/mL) lớn hơn tỷ trọng nước đá ở 0oC (0,9168g/mL)


TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC

Tính chất vật lý
Tính chất
Khối lượng phân tử
Điểm nóng chảy (1atm)
Điểm sôi (1atm)
Nhiệt độ tới hạn
p suất tới hạn
Cân bằng Eutecti
Năng lượng hoá lỏng (0OC)
Năng lượng hoá hơi (100OC)
Nội năng
Tỷ trọng [g/mL]
Độ nhớt [Pa.s]
Sức căng bề mặt với kk [N/m]

p suất hơi [kPa]
Nhiệt dung riêng [J/g độK]
Độ dẫn nhiệt [W/m. độK]
Nhiệt khuếch tán [m2 /s]
Hằng số điện môi

Giá trò
18,0153
0,000 oC
100,000 oC
273,99 oC
218,6 atm
0,01 oC - 4,589 atm
6,012 KJ/mol
40,657 KJ/mol
50,91
20OKJ/mol
C
0OC (Nước)
0.99821
1,002. 10-3
72,75. 10-3
2,3388
4,1818
0,5984
1,4. 10-7
80,20

0.99984
1,793. 10-3

75,64. 10-3
0,6113
4,2176
0,5610
1,3. 10-7
87,90

0OC (đá)

- 20OC (đá)

0.9168
0,6113
2,1009
2,240
11,7. 10-7
-90

0.9193
0,103
1,9544
2,433
11,8. 10-7
-98


TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC
Các kiểu liên kết của nước
Liên kết hóa học
Liên kết ion : Ca2+ + 2COOLiên kết phân tử: CuSO4.5H2O, C6H12O6.H2O

Nước trong liên kết hóa học bền và không mất đi trong quá
trình xử lý, chiếm khoảng 4-6% lượng nước


TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC
Các kiểu liên kết của nước
Liên kết hóa lý
Nước hấp phụ: polymer sinh học (thành phần của TP) dễ
hấp phụ nước lên bề mặt phân tử của mình hình thành một
lớp nước hydrat hóa.

Nước thẩm thấu kết cấu: vì sự chênh lệch áp suất thẩm
thấu, nước sẽ thẩm thấu vào mạng gel của TP.

Lượng nước này chiếm khoảng 10-25% tổng lượng nước
trong vật liệu, năng lượng để tách ra nhưng dễ tách hơn
lượng nước liên kết hóa học


TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC
Các kiểu liên kết của nước
Liên kết vật lý
Nước mao quản: Do chênh lệch áp suất thủy tónh nước
tự do bên ngoài sẽ bò hút vào các ống mao dẫn.

Nưóc thấm ướt bề mặt: Nước cơ học, là lượng nước dư
bao phủ toàn bộ bề mặt vật liệu, đây chính là dung môi
của các dung dòch nước
Lượng nước ở dạng liên kết này chiếm 70 - 80% tổng hàm
lượng nước và rất dễ bò tách ra trong quá trình sấy. Đó là

nước ở dạng tự do.


HOẠT TÍNH NƯỚC
(aw : water activity)

Hoạt độ nước của một dung dòch là tỉ số áp suất hơi bão
hòa của dung dòch và dung môi

Biểu thức Raoult để tính hoạt tính nước:

Hoạt độ nước của một loại thực phẩm là tỷ số áp suất
hơi bão hòa phía trên bề mặt thực phẩm và áp suất hơi bão
hòa của nước nguyên chất
P < P0 nên aw < 1


HOẠT TÍNH NƯỚC
(aw : water activity)

Độ ẩm (W): là hàm lượng nước tự do có trong thực
phẩm = % nước tự do trong toàn bộ khối lượng sản phẩm
thực phẩm (đo bằng phương pháp sấy tới khối lượng
không đổi.

Hoạt tính nước (aw): không có đơn vò tính
Hoạt tính nước liên hệ với độ ẩm tương đối ở trạng thái
cân bằng (W%) theo công thức sau:

HOẠT TÍNH NƯỚC
(aw : water activity)

Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến công
nghệ chế biến và bảo quản thực phẩm


HOẠT TÍNH NƯỚC
(aw : water activity)

Các phương pháp giảm hoạt tính nước
để bảo quản thực phẩm
Cho dòng khí có độ ẩm tương đối xác đònh đi qua vật liệu cần
điều chỉnh hoạt độ nước
Sấy: đây là cách cổ điển, nâng nhiệt độ lên làm bay hơi nước.
Tuy nhiên không phải sản phẩm nào cũng có thể gia nhiệt được,
nhiệt độ sẽ làm thay đổi chất lượng sản phẩm
Bổ sung các chất có khả năng hydrat hóa cao: Glucid, protein,
… các chất này sẽ kết hợp và giữ lấy lượng nước tự do làm aw
giảm xuống