BÀI GIẢNG VÀ BÀI TẬP HÓA HỌC THỰC PHẨM

Trường Đại học Bà Rịa - Vũng Tàu
Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

HÓA HỌC THỰC PHẨM

Biên soạn: Ts. Đặng Thu Thủy

Vũng Tàu – 2013


CHƢƠNG 1: NƢỚC


1.1. Vai trò của nƣớc trong thực phẩm
Nước là thành phần của thực phẩm
Bảng 1.1. Hàm lượng độ ẩm trong một số sản phẩm
Nguyên liệu
Thịt
Trái cây và rau quả
Bánh mì
Ngũ cốc, bột
Pho mát
Sữa
Bia, nước trái cây

Hàm lượng nước
65-75 %
70-90 %
12-15 %
35 %
37 %

87 %
87-95 %

Nước có mặt trong các sản phẩm có nguồn gốc thực vật và động vật, chẳng hạn như
các thành phần nội bào và ngoại bào, môi trường phân tán, ảnh hưởng đến kết cấu,
cấu trúc ổn định xuất hiện, sản phẩm, trong thời gian lưu trữ;

3


1.2. Cấu tạo và liên hợp phân tử nƣớc
1.2.1. Cấu tạo phân tử nƣớc
Công thức phân tử: H2O (M=18)

4


1.2.2. Liên kết phân tử nƣớc
a, Liên kết hydrogen: là lực tương tác (có thể giữa các lưỡng cực - lưỡng cực) tồn tại
giữa một nguyên tố có độ âm điện lớn và hydrogen.

5


b, Liên kết hóa trị phân cực: được hình thành do sự góp chung hai electron hóa trị
độc thân có spin ngược nhau của hai nguyên tử tương tác, trong đó mỗi nguyên tử
đưa ra một, cho nên số liên kết cộng hóa trị bằng số electron ghép đôi.


c, Liên kết ion: Là lực hút tĩnh điện giữa các ion trái dấu (lực Coulomb).

d, Liên hợp phân tử nƣớc: (H2O)n
+ Trạng thái vật của nước


+ Yếu tố ảnh hưởng đến trạng quá trình liên hợp nước:
- Nhiệt độ: làm thay đổi tốc độ dao động của các phân tử nước.
- Các chất không phân cực: hydrocarbon, nhóm không cực ở mạch bên của
protein làm giảm chuyển động nhiệt của phân tử nước, làm tăng liên kết hydrogen
nên làm tăng quá trình liên hợp nước
- Các chất điện ly: Na+, K+, Cl-. Có khả năng hydrat hóa làm giảm số liên kết
hydrogen giữa các phân tử nước, làm quá trình liên hợp giảm.

- Một số khí: freon, propan. Chúng có khả năng tạo với nước các tinh thể ở nhiệt
độ trên 0 oC. Dựa vào tính chất này để cô đặc hoặc khử khoáng trong dung dịch
nước.


1.3. Trạng thái của nƣớc trong thực phẩm
1.3.1. Nƣớc tự do

Là nước không liên kết với các polymer thực phẩm, chỉ phục vụ cho cho các quá trình
sinh hóa, vi sinh, và hóa học.
Nước tự do: là một môi trường liên tục, hòa tan trong đó các thành phần thực phẩm
như: axit hữu cơ, khoáng chất, carbohydrate, chất thơm. Nước tự do có thể được
giảm đáng kể bằng cách làm khô, đông lạnh, ngưng tụ


1.3.2. Nƣớc liên kết

Tổ hợp nước, liên quan chặt chẽ với các thành phần của thực phẩm như protein,
carbohydrates, chất béo, do các liên kết hóa học và vật lý. Dựa vào dạng liên kết với
các thành phần thực phẩm và thứ tự giảm dần của năng lượng liên kết nước liên kết
được chia thành ba nhóm, hóa học, hóa lý và cơ học.


+ Nước liên kết hóa học: một phần của chất khô.
Ví dụ: nước của tinh thể polysaccharides (tinh bột, vv).

Nước liên kết hóa học có năng lượng liên kết cao nhất, rất bền, rất khó để phá vỡ và
phải tiến hành ở nhiệt độ cao.

Maltose


+ Nước liên kết hóa lý (nước liên kết hấp thụ): được hình thành do các phân tử có cực
(nhóm có cực của protein, chất béo) nằm ở bề mặt thực phẩm hút các lưỡng cực của

các phân tử nước. Nước này tạo thành một vỏ hydrat hóa xung quanh các nhóm ưa
nước của protein và lipid. Nước liên kết hóa lý không hòa tan chất dinh dưỡng của sản

phẩm, gần như không bị loại bỏ khỏi sản phẩm khi sấy khô, không hữu ích cho vi sinh
vật phát triển.

Protein


+ Nước liên kết cơ lý (nước liên kết mao quản) là độ ẩm được giữ lại trong các mao
mạch
và cấu

trúc
ma
trận của
các
thành
phần
sản phẩm.
+ Nước liên kết cơ lý có thể được loại bỏ bằng cách làm khô, hoặc đông lạnh. Nước
liên kết cơ lý ảnh hưởng đến sự bảo toàn của các sản phẩm gel, ví dụ, sự mất mát của
nước cơ lý dẫn đến sự giảm mạnh về chất lượng


1.4. Hoạt độ của nƣớc (Aw)
1.4.1. Định nghĩa
Hoạt độ của nước là: tỷ số giữa áp suất bay hơi nước trên sản phẩm (Pw) và
áp suất bay hơi của nước tinh khiết (P 0) ở cùng một nhiệt độ.

Aw = Pw / P0
Hoạt độ của nước là: độ ẩm tương đối (ψ) ở trạng thái cân bằng, mà tại đó sản
phẩm không hấp thụ hơi ẩm và không bốc hơi vào không khí, giảm đi một trăm
lần:
Aw = ψ/100

Giá trị của các hoạt động nước (Aw) trong thực phẩm:
- trái cây: 0,97, 0,95;
- bánh mì, bột mì, ngũ cốc: 0,80;
- đường: 0,1;
- thịt: 0,97.

1.4.2. Sự ảnh hƣởng của các yếu tố lên hoạt độ nƣớc
+ Tổng hàm lượng nước trong thực phẩm. Thực phẩm có hàm lượng nước cao
(có chứa nhiều nước tự do) thì có hoạt độ nước cao.
+ Thành phần hóa học của thực phẩm: các hợp chất như protid, glucid, lipid,… có
phản ứng khác nhau với nước nên các sản phẩm khác nhau có hoạt độ nước
khác nhau.

+ Cấu trúc của thực phẩm: ví dụ tinh bột có cấu trúc mắt lưới giữ nước kém,
nhưng khi gia nhiệt chuyển sang cấu trúc vô định hình tinh bột có khả năng giữ
nước cao hơn.
+ pH môi trường và lực ion


1.5. Đƣờng đẳng nhiệt hấp thu
1.5.1. Đƣờng đẳng nhiệt hấp thu là gì?
Đường đẳng nhiệt hấp thu đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa hàm
ẩm (hàm lượng nước trong thực phẩm) với hoạt độ của nước trong đó ở nhiệt
độ không đổi.

Hình. Đường đẳng nhiệt hấp thu và trạng thái liên kết của nước trong thực phẩm
có độ ẩm trung bình


Vùng I
Vùng I của đường đẳng nhiệt tương ứng với nước có độ hấp thụ mạnh nhất và
kém linh động trong hầu hết các loại thực phẩm. Nước này được hấp thụ thông qua
các tương tác có cực giữa phân tử nước, liên kết ion và liên kết lưỡng cực. Nước
không đóng băng ở -40 °C. Nước ở vùng I không thể là dung môi, hàm lượng không
đáng kể, còn tồn tại trong thực phẩm sấy khô như là một phẩn của thực phẩm.
Cuối vùng I và vùng II (danh giới giữa vùng I và II) tương ứng với nước đơn lớp.

Vùng II
Vùng II bao gồm nước ở vùng I và II cộng với nước tái hấp thu, chứa trong khu
vực II, tạo thành nước đa lớp và tương tác với các phân tử lân cận bằng liên kết
hydrogen. Enthalpy bay hơi của nước đa lớp cao hơn so với nước tinh khiết. Hầu hết
nước ở vùng này không đóng băng ở -40 °C. Nước này có khả năng làm dung môi,
đóng vai trò như một chất dẻo và làm “trương” ma trận chất rắn. Nước trong khu vực
I và II thường chiếm nhỏ hơn 5 % tổng lượng nước của thực phẩm, ngay cả trong
các loại thực phẩm có độ ẩm cao.


Vùng III
Vùng III của đường đẳng nhiệt của nước, là nước trong khu vực I và II, và thêm
vào để tạo thành vùng III. Trong thực phẩm, nước này ít liên kết và linh động nhất.
Nước tồn tại trong mao quản, và nước tự do thấm ướt. Nước được hấp thu (hoặc
loại bỏ) cho sự hình thành vùng III có enthalpy bay hơi gần như giống như nước tinh
khiết, đóng băng và là dung môi quan trọng cho các phản ứng hóa học và sự phát
triển của vi sinh vật. Bình thường hàm lượng nước của vùng III chiếm 95% độ ẩm
trong thực phẩm có độ ẩm cao.


1.5.2. Sự trễ hấp thu
Sự trễ hấp thu là gì? Đường đẳng nhiệt hấp thu đạt được bằng cách thêm
nước (tái hấp thu) vào sản phẩm khô, không hoàn toàn trùng khớp với đường
đẳng nhiệt thu được bằng cách giải hấp. Hiện tượng này được gọi là sự trễ hấp
thu.

Hình. Đường đẳng nhiệt hấp thu và giải hấp


Sự trễ hấp thu có thể thay đổi đáng kể, tùy thuộc vào các yếu tố như:

+ bản chất của thực phẩm,
+ nhiệt độ,
+ vận tốc giải hấp,
+ mực nước, được loại bỏ khi giải hấp.


Nguyên nhân
+ Sự trễ hấp thu chỉ xảy ra trong các vùng liên kết yếu.
+ Do nước trong mao quản khó bay hơi hơn bởi sự ngưng tụ nước trong các lỗ

mô.


1.5.3 Tác dụng của đƣờng đẳng nhiệt hấp thu
Cho phép dự đoán các tính chất của thực phẩm để lựa chọn các tham số
thích hợp cho quá trình chế biến, bảo quản.


1.6. Ảnh hƣởng của hoạt độ nƣớc đến chất lƣợng và an toàn thực phẩm

Hình. Mối quan hệ giữa Aw và vận tốc của các phản ứng khác nhau xảy ra trong thực
phẩm ở nhiệt độ 25-45 °C.


1.6.1 Ảnh hƣởng của hoạt độ nƣớc đến quá trình oxy hóa lipid