KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ KỸ THUẬT CỦA QUÁ TRÌNH NẤU LÊN TÍNH CHẤT CỦA CARAMEL NHÓM I VÀ THỬ NGHIỆM CHẾ BIẾN RƯỢU MÙI QUẾ CARAMEL

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ KỸ THUẬT
CỦA QUÁ TRÌNH NẤU LÊN TÍNH CHẤT CỦA CARAMEL
NHÓM I VÀ THỬ NGHIỆM CHẾ BIẾN
RƯỢU MÙI QUẾ - CARAMEL

Họ và tên sinh viên: TRẦN QUỐC VĨNH TRƯỜNG
Ngành: BẢO QUẢN VÀ CHẾ BIẾN NÔNG SẢN THỰC PHẨM
Niên khóa: 2005-2009

Tháng 08/2009


KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ KỸ THUẬT CỦA
QUÁ TRÌNH NẤU LÊN TÍNH CHẤT CỦA CARAMEL NHÓM I VÀ
THỬ NGHIỆM CHẾ BIẾN RƯỢU MÙI QUẾ - CARAMEL

Tác giả

TRẦN QUỐC VĨNH TRƯỜNG

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành
Bảo quản và chế biến nông sản thực phẩm

Giáo viên hướng dẫn:
ThS. Phạm Tuấn Anh

 

Tháng 08 năm 2009
i


LỜI CẢM ƠN
Con kính tặng thành quả này cho Bố Mẹ và các thành viên của gia đình, những
người đã nuôi dưỡng, dạy dỗ con nên người, luôn khuyên nhủ, động viên và chia xẻ
cùng con những vui buồn trong cuộc sống.
Em ghi nhớ công ơn của các Thầy Cô Khoa Công Nghệ Thực Phẩm Trường
Đại Học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt cho em những kiến thức quý
báu về công nghệ thực phẩm và những vốn kinh nghiệm vô giá trong cuộc sống.
Xin cho em bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Phạm Tuấn Anh vì sự giúp đỡ
tận tình trong suốt quá trình học và sự hướng dẫn nhiệt tình, sâu sắc cùng sự quan tâm
lo lắng cho em trong thời gian thực hiện đề tài.
Sẽ mãi mãi không quên về tập thể Bảo quản 31. Cảm ơn các bạn đã luôn bên tôi
chia sẻ vui buồn, khó khăn của đời sinh viên, đã cho tôi những kỷ niệm khó phai và đã
động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài này.
Một lần nữa xin cảm ơn tất cả.
Trần Quốc Vĩnh Trường

 

ii


TÓM TẮT
Đề tài “Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố kỹ thuật của quá trình nấu lên tính
chất của caramel nhóm I và thử nghiệm chế biến rượu mùi quế - caramel” được chia

làm hai phần:
Trong phần 1, chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ
nấu và nồng độ chất xúc tác lên tính chất của caramel nhóm I sản xuất với xúc tác
NaOH chuyên dùng cho rượu mùi. Các yếu tố được theo dõi là thời gian giữ nhiệt của
quá trình nấu, cường độ màu và hàm lượng chất khô của sản phẩm.Thí nghiệm trải qua
hai giai đoạn: thí nghiệm thăm dò và thí nghiệm chính, được bố trí theo phương pháp
“Bề mặt đáp ứng” kiểu CCD với sự hỗ trợ của phần mềm JMP 4.0. Kết quả thí nghiệm
cho thấy tỷ lệ đường/nước = 8 là thích hợp cho quá trình nấu màu caramel. Nhiệt độ
nấu và nồng độ xúc tác có ảnh hưởng lên thời gian giữ nhiệt của quá trình nấu. Thời
gian giữ nhiệt giảm khi nhiệt độ nấu và nồng độ xúc tác tăng. Cường độ màu của sản
phẩm chịu ảnh hưởng trực tiếp của nhiệt độ nấu. Nhiệt độ nấu càng cao thì cường độ
màu càng cao. Hai yếu tố thí nghiệm ảnh hưởng không có ý nghĩa lên hàm lượng chất
khô của sản phẩm. Sau khi thực hiện các thí nghiệm chúng tôi chọn ra chế độ nấu tốt
nhất cho màu caramel nhóm I sử dụng xúc tác NaOH như sau: nhiệt độ nấu 155 ºC,
nồng độ xúc tác NaOH 0,45%.
Trong phần 2, chúng tôi tiến hành ứng dụng sản phẩm màu caramel sản xuất
theo chế độ nấu đã được chọn ở trên bằng cách thử nghiệm chế biến rượu mùi quế caramel. Thí nghiệm trải qua hai giai đoạn thí nghiệm thăm dò và thí nghiệm chính
được bố trí theo phương pháp “Bề mặt đáp ứng”, kiểu Box-Behnken với sự hỗ trợ của
phần mềm JMP 4.0. Cơ sở để chọn ra công thức chế biến được ưa thích nhất là kết quả
đánh giá cảm quan về màu sắc, mùi và vị của các cảm quan viên. Kết quả thí nghiệm
cho thấy hai yếu tố hàm lượng quế và caramel có ảnh hưởng đến điểm cảm quan của
sản phẩm trong đó hàm lượng quế có ảnh hưởng rất mạnh. Kết thúc thí nghiệm chúng
tôi chọn được công thức chế biến sản phẩm rượu mùi quế - caramel được ưa thích
nhất: hàm lượng quế 1,8%; hàm lượng đường 0,8% và hàm lượng màu caramel 3%
(w/v), độ rượu 30º. Sản phẩm chế biến từ công thức này được các cảm quan viên đánh
giá cao nhất (19,124 điểm) và đạt xếp loại chất lượng loại tốt theo TCVN 3217 : 1979.
 

iii

MỤC LỤC
Trang
Trang tựa........................................................................................................................ i
Lời cảm ơn.................................................................................................................... ii
Tóm tắt......................................................................................................................... iii
Mục lục ....................................................................................................................... iv
Danh sách các chữ viết tắt ......................................................................................... viii
Danh sách các bảng ..................................................................................................... ix
Danh sách các hình ........................................................................................................x
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU ................................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề...............................................................................................................1
1.2. Mục đích của đề tài.................................................................................................2
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN ........................................................................................3
2.1. Màu Caramel ..........................................................................................................3
2.1.1. Định nghĩa.....................................................................................................3
2.1.2. Phân loại........................................................................................................3
2.1.3. Phương pháp sản xuất ...................................................................................4
2.1.4. Ứng dụng ......................................................................................................5
2.1.5. Những vấn đề có liên quan ...........................................................................7
2.1.5.1. Liều lượng .......................................................................................7
2.1.5.2. Việc dán nhãn..................................................................................7
2.2. Phản ứng caramel hóa.............................................................................................8
2.2.1. Tổng quát ......................................................................................................8
2.2.2. Phản ứng trong môi trường acid ...................................................................9
2.2.3. Phản ứng trong môi trường kiềm ................................................................12
2.2.4. Những hợp chất thơm .................................................................................12
2.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng .................................................................................13
2.2.5.1. Nhiệt độ.........................................................................................13
2.2.5.2. pH..................................................................................................14

 

iv


2.2.5.3. Hoạt độ nước.................................................................................14
2.2.5.4. Bản chất của đường khử ...............................................................14
2.3. Rượu mùi ..............................................................................................................15
2.3.1. Tính chất của ethanol ..................................................................................15
2.3.2. Thức uống có cồn........................................................................................15
2.3.2.1. Định nghĩa.....................................................................................15
2.3.2.2. Phân loại........................................................................................15
2.3.3. Định nghĩa rượu mùi...................................................................................15
2.3.4. Phân loại......................................................................................................16
2.4. Giới thiệu tổng quát về quế ..................................................................................16
2.4.1. Giới thiệu ....................................................................................................16
2.4.2. Phân loại......................................................................................................18
2.4.3. Dược tính của quế .......................................................................................19
2.4.4. Sử dụng quế ................................................................................................20
CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...........................22
3.1. Địa điểm và thời gian tiến hành thí nghiệm .........................................................21
3.2. Vật liệu và hóa chất sử dụng ................................................................................21
3.2.1. Đường saccharose .......................................................................................21
3.2.2. Chất xúc tác.................................................................................................21
3.2.3. Rượu Bàu Đá...............................................................................................21
3.2.4. Quế ..............................................................................................................22
3.2.5. Dụng cụ và thiết bị sử dụng ........................................................................22
3.3. Bố trí thí nghiệm nấu caramel .............................................................................22
3.3.1. Thí nghiệm thăm dò ....................................................................................22
3.3.1.1. Xác định tỷ lệ đường/nước phù hợp .............................................22

3.3.1.2. Xác định khoảng nhiệt độ thích hợp cho quá trình nấu caramel ..23
3.3.1.3. Xác định khoảng nồng độ xúc tác thích hợp.................................23
3.3.2. Thí nghiệm chính ........................................................................................23
3.3.3. Quy trình nấu màu caramel.........................................................................23
3.4. Bố trí thí nghiệm phối chế rượu mùi ....................................................................24
3.4.1. Thí nghiệm thăm dò ....................................................................................25
 

v


3.4.1.1. Xác định khoảng hàm lượng quế thích hợp ..................................25
3.4.1.2. Xác định khoảng hàm lượng đường thích hợp .............................25
3.4.1.3. Xác định khoảng hàm lượng màu caramel bổ sung thích hợp......25
3.4.2. Bố trí thí nghiệm chính ...............................................................................25
3.4.3. Phương pháp nghiên cứu trong thí nghiệm pha chế rượu mùi ...................26
3.5. Phương pháp xác định các chỉ tiêu hóa lý ............................................................26
3.5.1. Hàm lượng chất khô....................................................................................26
3.5.2. Cường độ màu (IC) .....................................................................................27
3.6. Phương pháp đánh giá cảm quan..........................................................................27
3.7. Phương pháp xử lý số liệu ....................................................................................29
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................30
4.1. Các thí nghiệm nấu caramel .................................................................................30
4.1.1. Thí nghiệm thăm dò ....................................................................................30
4.1.1.1. Kết quả khảo sát tỷ lệ đường nước ...............................................30
4.1.1.2. Kết quả khảo sát khoảng nhiệt độ thích hợp.................................31
4.1.1.3. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ xúc tác thích hợp ....................33
4.1.2. Thí nghiệm chính ........................................................................................34
4.1.3. Kết quả thực hiện thí nghiệm chính............................................................35
4.1.3.1. Thời gian giữ nhiệt........................................................................35

4.1.3.2. Hàm lượng chất khô......................................................................38
4.1.3.3. Cường độ màu...............................................................................39
4.1.4. Lựa chọn chế độ nấu tốt nhất......................................................................41
4.2. Các thí nghiệm chế biến rượu...............................................................................43
4.2.1. Thí nghiệm thăm dò ....................................................................................43
4.2.1.1. Kết quả xác định khoảng hàm lượng quế .....................................43
4.2.1.2. Kết quả xác định khoảng hàm lượng đường .................................44
4.2.1.3. Khoảng hàm lượng màu caramel bổ sung ....................................45
4.2.2. Thí nghiệm chính ........................................................................................46
4.2.3. Kết quả thực hiện thí nghiệm chính............................................................46
4.2.3.1. Điểm cảm quan màu .....................................................................47
4.2.3.2. Điểm cảm quan mùi ......................................................................49
 

vi


4.2.3.3. Điểm cảm quan vị .........................................................................51
4.2.3.4. Điểm cảm quan chung ..................................................................54
4.2.4. Quy trình chế biến rượu mùi quế - caramel ................................................58
4.2.4.1. Quy trình .......................................................................................58
4.2.4.2. Thuyết minh quy trình ..................................................................59
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .................................................................61
5.1. Kết luận.................................................................................................................61
5.2. Đề nghị .................................................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................63
PHỤ LỤC ...................................................................................................................65

 

vii


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ADI: Acceptable daily intake
As: Absorbant
CCD: Central Composite Design
EBC:  European Brewery Convention (a standard for measuring beer colour)
FAO: Food and Agriculture Organization
FDA: Food and Drug Administration
GRAS: Generally recognized as safe
IC: Intensity Colour
ICUMSA: International Commission for Uniform Methods of Sugar Analysis
ITCA: International Technical Caramel Association
WHO: World Health Organization
TCVN: Tiêu Chuẩn Việt Nam

 

viii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1: Hệ thống phân loại màu caramel theo ITCA ...............................................4
Bảng 2.2: Nhiệt độ xảy ra phản ứng caramel trên một số loại đường ..........................9
Bảng 4.1: Thời gian nấu trung bình của các nghiệm thức tỷ lệ đường/nước .............30
Bảng 4.2: Thời gian giữ nhiệt trung bình ở các mức nhiệt độ....................................32
Bảng 4.3: Thời gian giữ nhiệt trung bình ở các mức nồng độ xúc tác .......................33
Bảng 4.4: Bố trí thí nghiệm chính kiểu CCD .............................................................34

Bảng 4.5: Kết quả thí nghiệm chính ...........................................................................35
Bảng 4.6: Mức ý nghĩa các hệ số của phương trình hồi qui thời gian giữ nhiệt.........37
Bảng 4.7: Mức ý nghĩa các hệ số của phương trình hồi qui cường độ màu ...............42
Bảng 4.8: Điểm trung bình cảm quan so hàng các nghiệm thức
hàm lượng quế............................................................................................43
Bảng 4.9: Điểm trung bình cảm quan so hàng các nghiệm thức
hàm lượng đường .......................................................................................44
Bảng 4.10: Điểm trung bình cảm quan so hàng các nghiệm thức
hàm lượng màu caramel.............................................................................45
Bảng 4.11: Kết quả bố trí thí nghiệm chế biến rượu ..................................................46
Bảng 4.12: Điểm trung bình hiệu chỉnh chỉ tiêu màu.................................................47
Bảng 4.13: Điểm trung bình hiệu chỉnh cảm quan mùi..............................................49
Bảng 4.14: Điểm trung bình hiệu chỉnh cảm quan vị .................................................52
Bảng 4.15: Điểm cảm quan chung của các mẫu rượu ................................................55

 

ix


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1: Phản ứng hình thành enediol ......................................................................10
Hình 2.2: Phản ứng tạo HMF .....................................................................................11
Hình 2.3: Isomaltol và 2-(hydroxyacetyl)furan..........................................................11
Hình 2.4: Phản ứng caramel hóa trong môi trường kiềm ...........................................12
Hình 2.5: Isobenzene furanone và Alginetin ..............................................................13
Hình 2.6: Ảnh minh họa và ảnh chụp lá, hoa và quả cây quế ....................................17
Hình 2.7: Vỏ quế khô .................................................................................................17
Hình 2.8: Công thức cấu tạo cinnamic aldehyde........................................................18

Hình 3.1: Sơ đồ quá trình nấu caramel .......................................................................24
Hình 3.2: Sơ đồ quy trình chế biến trong thí nghiệm chế biến rượu..........................26
Hình 3.3: Sơ đồ bố trí đánh giá cảm quan theo Marc Danzart ...................................29
Hình 4.1: Sự tương thích giữa thời gian giữ nhiệt thực tế và dự đoán.......................36
Hình 4.2: Tác động của các yếu tố khảo sát lên thời gian giữ nhiệt...........................36
Hình 4.3: Tác động của các yếu tố khảo sát lên thời gian giữ nhiệt...........................37
Hình 4.4: Mô hình bề mặt đáp ứng của chỉ tiêu thời gian giữ nhiệt...........................37
Hình 4.5: Sự tương thích giữa hàm lượng chất khô thực tế và dự đoán ....................38
Hình 4.6: Tác động của các yếu tố khảo sát lên hàm lượng chất khô ........................38
Hình 4.7: Sự tương thích giữa cường độ màu thực tế và dự đoán .............................41
Hình 4.8: Tác động của các yếu tố khảo sát lên cường độ màu .................................41
Hình 4.9: Tác động của các yếu tố khảo sát lên cường độ màu .................................40
Hình 4.10: Mô hình bề mặt đáp ứng của chỉ tiêu cường độ màu ...............................41
Hình 4.11: Tác động của các yếu tố khảo sát đến các chỉ tiêu theo dõi .....................41
Hình 4.12: Hình ảnh các nghiệm mẫu màu caramel từ các nghiệm thức...................42
Hình 4.13: Hình ảnh sản phẩm màu caramel nấu từ nghiệm thức được chọn ...........42
Hình 4.14: Sự tương thích giữa điểm cảm quan màu thực tế và lý thuyết.................48
Hình 4.15: Tác động của các yếu tố khảo sát lên điểm cảm quan màu......................48
Hình 4.16: Tác động của các yếu tố khảo sát lên điểm cảm quan màu......................49
Hình 4.17: Sự tương thích giữa điểm cảm quan mùi thực tế và lý thuyết..................49
 

x


Hình 4.18: Tác động của các yếu tố khảo sát lên điểm cảm quan mùi ......................50
Hình 4.19: Tác động của các yếu tố khảo sát lên điểm cảm quan mùi ......................51
Hình 4.20: Sự tương thích giữa giữa điểm cảm quan vị thực tế và lý thuyết.............53
Hình 4.21: Tác động của các yếu tố khảo sát lên điểm cảm quan vị .........................53
Hình 4.22: Tác động của các yếu tố khảo sát lên điểm cảm quan vị .........................54

Hình 4.23: Sự tương thích giữa điểm cảm quan chung thực tế và lý thuyết ..............56
Hình 4.24: Tác động của các yếu tố khảo sát lên điểm cảm quan chung...................56
Hình 4.25: Tác động của các yếu tố khảo sát lên điểm cảm quan chung...................56
Hình 4.26: Hình ảnh 15 mẫu rượu chế biến từ thí nghiệm chính...............................57
Hình 4.27: Hình ảnh mẫu rượu J có công thức chế biến được chọn ..........................58
Hình 4.28: Quy trình chế biến rượu mùi quế - caramel .............................................59

 

xi


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Caramel là nhóm chất tạo màu được sử dụng rộng rãi trong công nghệ thực
phẩm. Caramel giúp tạo màu từ vàng cam đến nâu tối và gần đen cho các sản phẩm
được bổ sung tùy theo nhóm màu caramel và lượng sử dụng. Caramel góp phần tạo
mùi vị đặc trưng, tạo màu sắc hấp dẫn hơn, giúp thu hút thị giác, vị giác của người tiêu
dùng. Các nhóm thực phẩm có sử dụng caramel như một chất phụ gia tạo màu là rất
nhiều, từ nước giải khát, rượu bia, bánh kẹo đến nước chấm, nước tương, nước sốt và
nhiều loại thực phẩm khác.
Vì caramel được xếp vào nhóm những chất màu thực phẩm có nguồn gốc tự
nhiên nên nó ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm để thay
thế các chất màu tổng hợp cho màu sắc tương tự. Tuy nhiên ta chỉ thu nhận được
caramel sau quá trình xử lý các nguyên liệu chứa đường ở nhiệt độ cao. Quá trình hình
thành caramel là một chuỗi dài các phản ứng rất phức tạp, qua nhiều giai đoạn và
nhiều sản phẩm trung gian. Tùy theo các điều kiện nấu như nhiệt độ, thời gian, áp suất,
nồng độ, loại chất xúc tác… mà quá trình caramel hóa xảy ra theo những hướng khác
nhau, tạo ra những sản phẩm có tính chất khác nhau và được sử dụng trong những

nhóm thực phẩm khác nhau.
Tuy chưa có con số thống kê cụ thể nhưng khối lượng caramel sử dụng trong
ngành thực phẩm tại Việt Nam là không nhỏ. Với nhu cầu như vậy nhưng hiện nay ở
nước ta chưa có nghiên cứu đáng kể nào về ứng dụng của caramel trong chế biến thực
phẩm và cũng chưa có cơ sở nào chuyên sản xuất các loại màu caramel phục vụ cho
các công ty sản xuất thực phẩm trong nước.
Rượu mùi là một trong những dòng sản phẩm rượu phong phú và đa dạng nhất
trên thế giới. Về cơ bản, sản phẩm rượu mùi được sản xuất bằng cách ly trích hương vị
của trái cây hoặc thảo mộc tự nhiên bằng dung dịch alcol có độ cồn cao sau đó pha chế
 

1


với một số hương liệu, chất màu khác. Tuy là dòng rượu thông dụng và đa dạng trên
thế giới nhưng ở Việt Nam, tình hình sản xuất và tiêu thụ rượu mùi vẫn còn kém phát
triển. Tuy nhiên, Việt Nam có nhiều điều kiện để phát triển sản xuất rượu mùi nhằm
cung cấp cho nhu cầu của người dân trong nước ngày càng đòi hỏi những sản phẩm
rượu có chất lượng cao và xuất khẩu ra thị trường quốc tế. Những điều kiện thuận lợi
đó là nguồn trái cây và thảo mộc tự nhiên, phong phú, hương vị đặc trưng có thể sản
xuất ra các sản phẩm rượu mùi đặc trưng của Việt Nam có chất lượng cao và hương vị
đặc biệt quyến rũ những người sành rượu trên khắp thế giới. Trong số đó, quế đã được
sử dụng nhiều trong thực phẩm và dược phẩm cả ở trong nước và quốc tế. Với hương
vị đặc trưng kèm theo đó là dược tính tốt, quế ngày càng được ưa chuộng và được sử
dụng nhiều trong ngành thực phẩm.
Để góp phần vào sự phát triển của công nghệ thực phẩm ở nước ta đặc biệt là
việc sản xuất và sử dụng màu caramel, sản xuất rượu mùi, được sự chấp thuận của Ban
Chủ Nhiệm khoa Công Nghệ Thực Phẩm, dưới sự hướng dẫn của Thạc sĩ Phạm Tuấn
Anh, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC
YẾU TỐ KỸ THUẬT CỦA QUÁ TRÌNH NẤU LÊN TÍNH CHẤT CỦA CARAMEL

NHÓM I VÀ THỬ NGHIỆM CHẾ BIẾN RƯỢU MÙI QUẾ - CARAMEL”.
1.2. Mục đích của đề tài
Đề tài nhằm các mục đích sau:
- Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nấu, nồng độ chất xúc tác lên các tính chất của
caramel nhóm I từ nguyên liệu đường saccharose.
- Trên cơ sở đó tìm ra chế độ nấu tốt nhất cho sản phẩm này.
- Nghiên cứu thử nghiệm chế biến rượu mùi caramel.
- Xây dựng qui trình chế biến cho sản phẩm rượu mùi quế - caramel.
- Xác định ảnh hưởng của các thành phần đến mức độ ưa thích của các cảm quan
viên đối với từng chỉ tiêu cảm quan của rượu.
- Tìm ra công thức sản phẩm rượu được ưa thích nhất.

 

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1. Màu caramel
2.1.1. Định nghĩa
Theo D.D. Williamson Co.,Inc, 2008, màu caramel (từ đây về sau, màu caramel
được viết tắt là caramel) là chất màu thực phẩm được sử dụng nhiều nhất và rộng nhất
trên thế giới. Caramel là chất lỏng hay chất rắn có màu từ vàng đến nâu đậm, là kết
quả của quá trình xử lý nhiệt các nguyên liệu chứa đường. Quá trình nấu có thể sử
dụng xúc tác để thúc đẩy quá trình xảy ra nhanh hơn và theo những hướng xác định.
2.1.2. Phân loại
Trong thực tế, ở các qui trình sản xuất caramel trong công nghiệp, người ta
thường dùng xúc tác để thúc đẩy phản ứng caramel hóa. Các chất đó có thể là axit,
kiềm, các hợp chất sulfite hoặc amoni. Axit thì thường dùng sulfuric, sulfurơ,

phosphoric, acetic và citric; kiềm thì thường dùng hydroxide amonium (NH4+), natri,
kali và canxi; các muối là amonium, natri và kali carbonate, bicarbonate, phosphate (cả
mono và diphosphate), sulfate và bisulfite. Dựa vào thành phần các chất trợ giúp được
sử dụng và các tính chất chủ yếu của sản phẩm mà người ta phân caramel ra làm bốn
nhóm như được thể hiện trên Bảng 2.1.

 

3


Bảng 2.1: Hệ thống phân loại màu caramel theo ITCA
Phân nhóm theo ITCA

I

II

III

IV

Tên chuyên môn

Plain

Caustic
Sulfite

Beer,

Soft drink
Ammonia

Chỉ số phân loại

150(a)/
E150a

150(b)/
E150b

150(c)/
E150c

150(d)/
E150

Rượu
nặng và
rượu mùi

Rượu cô
nhắc chiết
xuất từ
thực vật

Bia, nước
chấm,
nước sốt,
bánh,

nhiều loại
khác

Nước giải
khát
không lên
men và
nhiều loại
khác

Hệ keo tích điện âm
Cường độ màu cao
Ổn định trong rượu 75%
Ổn định trong dung dịch muối 20%
Ổn định ở pH 3
Ổn định ở pH<2
Ổn định với Tannins
Có dùng SO2 khi sản xuất
Dùng các hợp chất amoni khi sản
xuất
Thí dụ ứng dụng.

(Nguồn: D.D. Williamson Co.,Inc, 2008)
2.1.3. Phương pháp sản xuất
Caramel có thể được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều loại thức phẩm và đồ
uống. Trong cách sản xuất truyền thống, người ta nấu sirô saccharose trong các nồi hở.
Tuy nhiên những loại caramel chuyên dụng thì được sản xuất từ những dung dịch
đường cô đặc như sirô glucose trong những thiết bị nấu điều chỉnh được và có xúc tác,
đôi khi là dưới áp suất cao. Sau khi phản ứng hoàn thành, hỗn hợp sẽ được làm lạnh
nhanh sau đó đem pha trộn và tồn trữ. (Rayner, 1993)

 

4


2.1.4. Ứng dụng
Nhìn chung caramel loại I được sử dụng trong thức uống có độ cồn cao, loại II
được sử dụng cho thức uống độ cồn cao có chất chiết từ thực vật, loại III sử dụng rộng
rãi trong bia, nước sốt và nước chấm, và cuối cùng, loại IV được sử dụng cho nước
giải khát không lên men và nhiều loại thực phẩm khác. Tuy nhiên trong cùng một loại
thì vẫn có nhiều sản phẩm caramel khác nhau về cường độ màu. Việc sử dụng loại
caramel nào tất nhiên phải phụ thuộc vào yêu cầu của sản phẩm cần màu đậm đến đâu.
Hiện nay bảng mẫu về việc sử dụng loại caramel theo cường độ màu cho các sản phẩm
khác nhau trở nên phổ biến. (Kamuf, 2008)
Nước giải khát không lên men sử dụng một lượng đáng kể caramel, và sự cần
thiết của caramel đối với chất lượng của sản phẩm này cũng đã được biết rõ. Caramel
được sử dụng trong nước cola vì rất nhiều lý do nhưng quan trọng nhất là nó gây “bắt
mắt” đối với người tiêu dùng. Caramel tạo ra màu ưa nhìn và có tác dụng lôi kéo
người tiêu dùng. Mặt khác, caramel đóng vai trò là chất tạo nhũ trong đó. Anwar và
Calderon của Pepsi-Cola Company đã khám phá ra chất tạo nhũ caramel vào năm
1971. Họ đã nói rõ trong khám phá của mình như sau:
“ nó có thể tạo nhũ tương trong nước cho các chất tạo hương tan trong dầu mà không
cần dùng đến các chất gôm tự nhiên. Những chất tạo hương không tan trong nước có
thể được cho thêm vào caramel hoặc caramel có thể được cho vào chúng. Hàm lượng
chất hương chứa được trong hệ nhũ tương này phụ thuộc vào từng loại chất tạo hương
riêng. Các chất chứa tỷ lệ terpene cao như tinh dầu cam thì việc tạo nhũ cho chúng sẽ
khó khăn hơn các chất chứa tỷ lệ terpene thấp hơn như tinh dầu chanh. Hệ nhũ có thể
được hoàn thành bằng cách đồng hóa, bằng phương pháp khuấy mạnh hoặc dùng
những thiết bị khác. Hương của sản phẩm sẽ được ưa thích và sẽ ổn định hơn hơn khi
đường kính trung bình của hạt nhũ tương nhỏ hơn 3 micrometers.”

Caramel cũng góp phần bảo vệ các chất tạo hương của nước giải khát chứa
trong các chai trong suốt khỏi sự phân hủy của ánh sáng mặt trời. Và trong khi đường
và gôm đảm nhiệm phần lớn chức năng này thì caramel với tỷ trọng 1,25-1,36 cũng
góp phần tạo cảm giác trong miệng cho sản phẩm hoàn thiện.
Nước cola chứa hệ keo tích điện âm và chứa axit nên màu sử dụng phải thích
 

5


hợp với môi trường này (caramel cũng phải tích điện âm), nếu không sẽ có cặn hình
thành. Nhưng mặt khác, sự hình thành “vòng cổ chai” trong các chai chứa nước giải
khát thường làm hỏng hệ nhũ của các chất tạo hương vị mà nguyên nhân là do đường
kính hạt quá lớn (hơn 1 micrometers nếu caramel là chất tạo nhũ), hoặc một vấn đề của
hệ nhũ bằng gôm. (Kamuf, 2008)
Cả caramel tích điện dương và âm đều thích hợp cho nước chấm từ đậu nành,
và loại caramel được chọn phải ổn định trong dung dịch muối nồng độ cao (nhiều loại
nước chấm đậu nành có lượng muối lên đến 20%). Loại tích điện dương thường có khả
năng này cao hơn. Đồng thời nó cũng giúp các loại nước tương đậu nành sản xuất
bằng phương pháp thủy phân bằng axit hay enzyme có màu rất giống so với màu của
nước tương lên men tự nhiên.
Sữa chocolate và bánh biscuit sẽ không có được màu tối giống chocolate tự
nhiên nếu chỉ sử dụng caramel. Đối với bánh quy, màu tối sẽ đẹp nhất khi sử dụng kết
hợp caramel và bột cacao. Bằng cách sử dụng caramel và lượng nhỏ hỗn hợp màu đỏ
có một ít xanh và vàng thì sẽ cho màu tối giống chocolate tốt nhất cho sữa chocolate.
(Kamuf, 2008)
Caramel sử dụng trong bia phải có hệ keo dương và ổn định trong alcol. Trong
bia có các hệ keo protein tích điện dương nên nếu thêm vào đó caramel tích điện âm
thì sẽ gây nên những vẩn mây ngay lập tức và sau đó sẽ hình thành những khối kết tụ
đủ lớn và kết tủa sau một thời gian ngắn.

Trong rượu vang, whisky và rượu mùi, cả những loại caramel sử dụng trong
nước giải khát không lên men và cả những loại chuyên biệt đều được sử dụng nhưng
được khuyến cáo phải phụ thuộc vào tính chất và yêu cầu của sản phẩm ứng dụng. Nếu
rượu vang được lọc trong bằng gelatin và axit tannic, axit tannic phải được thêm vào
với lượng đủ để loại ra hoàn toàn gelatin, nếu không, lượng gelatin còn sót lại và
caramel sẽ kết tủa và bị loại trong quá trình lọc gây màu sáng dễ nhận thấy trong sản
phẩm. Để cải thiện tính ổn định trong rượu mùi, đặc biệt là những loại rượu bạc hà,
việc trộn lẫn caramel với rượu trước khi thêm những thành phần khác là rất quan
trọng. Rượu rum mạnh có màu đẹp nhất khi dùng saccharose trộn với caramel loại I.
Nếu so sánh với caramel loại I sử dụng không kèm với đường (saccharose hay sirô
bắp), ta sẽ thấy việc sử dụng kèm với đường sẽ cho sản phẩm có khả năng ổn định
 

6


trong dung dịch alcol có độ cồn cao cao hơn.
Caramel được nấu với xúc tác là hydroxyde natri thì chuyên được sử dụng cho
rượu và nó có cường độ màu khoảng 20.000 đơn vị EBC. Loại caramel này có điện
tích yếu và ổn định trong sản phẩm có độ cồn cao như rượu rum hoặc whisky. Loại
caramel này cũng có thể được sấy khô thành dạng bột để dùng trong các sản phẩm
thực phẩm. (Rayner, 1993)
Một vấn đề khác đối với nước giải khát có cồn là trong những chai trong suốt,
màu rượu bị nhạt dần như rhum hay những loại có sử dụng caramel dưới tác động của
ánh sáng huỳnh quang. Nhưng các loại sản phẩm này khi bị ánh sáng mặt trời chiếu
vào thì tốc độ nhạt màu sẽ tăng lên gấp 10 lần. Những nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng
mức độ nhạt màu sẽ thấp nhất khi sản phẩm dùng caramel loại I. (Kamuf, 2008)
2.1.5. Những vấn đề có liên quan
2.1.5.1. Liều lượng
Vào tháng 6/1985, ITCA đã đề nghị đánh giá mức độ an toàn của caramel thông

qua các cơ quan FAO, WHO, Joint Expert Committee on Food Additives (JECFA),
the European Economic Community (EEC), FDA và nhiều cơ quan khác trên thế giới.
Việc kiểm nghiệm đã được tiến hành tại ba phòng thí nghiệm: Hazelton Laboratories
America (Madison, WI), BioResearch Laboratories of Canada, và The Central Institute
for Nutrition (TNO/CIVO) ở Netherlands. Dựa trên kết quả kiểm tra của các phòng thí
nghiệm trên, JECFA đã đưa ra ADI cho các nhóm caramel như sau:
-

Nhóm I: không giới hạn

-

Nhóm II, III, IV: 0-200 mg/kg thể trọng
Tại Mỹ, caramel đã được FDA đưa vào danh mục GRAS – các chất phụ gia an

toàn cho người sử dụng.
2.1.5.2. Việc dán nhãn
Caramel được công nhận là đạt tiêu chuẩn HALAL – thức ăn được chấp nhận
cho người Hồi giáo.
Caramel được làm dưới tiêu chuẩn đồng nhất không gồm có những chất bị ngăn
cấm bởi bộ luật về thức ăn kiêng của người Do Thái và phục vụ cho chế độ ăn kiêng,
đạt tiêu chuẩn Kosher - thức ăn được chấp nhận cho người Do Thái.
Các sản phẩm có sử dụng caramel đều phải liệt kê thành phần trên bao bì. Cũng
 

7


như các chất phụ gia khác, màu caramel cũng có mã số riêng của nó. Các mã số này đã
được trình bày trong Bảng 2.1.

2.2. Phản ứng caramel hóa
2.2.1. Tổng quát
Phản ứng caramel là một trong những loại phản ứng nâu hóa quan trọng nhất
trong các qui trình chế biến trong thực phẩm, cùng với phản ứng Maillard và sự nâu
hóa dưới tác dụng của enzym. Phản ứng caramel tạo ra màu và vị của những loại thực
phẩm như bánh mì, cà phê, nước giải khát, bia và đậu phộng. Những ảnh hưởng không
mong đợi của phản ứng caramel được ví dụ là màu sậm và mùi khét của đường khi bị
cháy khét. Trong thực tế, quy trình phản ứng caramel là chuỗi gồm nhiều phản ứng
hóa học nối tiếp nhau, nhưng vẫn còn ít hiểu biết về bản chất của nó.
Phản ứng caramel bắt đầu bằng quá trình làm tan chảy đường tại nhiệt độ cao,
theo sau là sự sủi bọt. Tại giai đoạn này đường saccharose thủy phân thành glucose và
fructose. Sau đó những phân tử đường sẽ bị mất nước tạo dạng enediol. Bước tiếp theo
là phản ứng tạo đồng phân từ aldoses tới ketose và tiếp đó là phản ứng loại nước.
Chuỗi phản ứng sau cùng bao gồm những phản ứng hình thành các hợp chất tạo mùi
và những phản ứng tạo polymer. Các hợp chất cao phân tử hình thành từ phản ứng
caramel có cấu trúc rất phức tạp. Vào năm 1858, nhà hóa học người Pháp M.A. Gelis
đã đem lại những hiểu biết đầu tiên về màu caramel. Công trình của Gelis chỉ ra rằng
caramel từ đường saccharose gồm 3 thành phần chính sau:
-

Caramelans (C24H36O18)

-

Caramelens (C36H50O25)

-

Caramelins (C125H188O80)
Phản ứng caramel bắt đầu xảy ra ở nhiệt độ tương đối cao khi so sánh với

những phản ứng nâu hóa khác và nhiệt độ phản ứng cũng phụ thuộc vào loại đường.
Bảng 2.2 trình bày tóm tắt nhiệt độ này của một số cacbonhydrate phổ biến. Bảng này
xây dựng trên những mẫu chỉ chứa một loại cabonhydrate. Trong thực phẩm thường
gặp trường hợp hỗn hợp của một vài cacbohydrate khác nhau và tỷ lệ thành phần của
từng loại cũng khác nhau. Do đó nhiệt độ để phản ứng caramel có thể xuất hiện trong
một sản phẩm có nhiều loại đường thì phụ thuộc vào thành phần và tỷ lệ của các loại
đường trong hỗn hợp.
 

8


Bảng 2.2: Nhiệt độ xảy ra phản ứng caramel trên một số loại đường
Loại đường

Nhiệt độ

Fructose

110° C

Galactose

160° C

Glucose

160° C

Maltose

180° C

(Nguồn: food-info.net, 2008)
Tuy nhiên nhìn chung thì phản ứng caramel đòi hỏi nhiệt độ cao hơn 120° C.
Phản ứng có khi được xúc tác bởi axit hay kiềm do đó khoảng pH cho phản ứng xảy ra
rất rộng (3 đến 9).
Các hợp chất hóa học tạo thành từ phản ứng caramel thì rất phức tạp và cho đến
nay hiểu biết về chúng là rất ít. Mặc dù vậy, khi phân tích caramel sản xuất từ các loại
đường khác nhau cho thấy các chất tương tự nhau. Bryce và Greenwood (1963), (trích
dẫn bởi Eskin, 1990) đã sử dụng phương pháp sắc ký để phân tích caramel và đã phát
hiện ra rằng caramel từ đường sucrose, glucose hoặc tinh bột đều chứa những hợp chất
giống nhau. Heyns và Kilier (1968), (trích dẫn bởi Eskin, 1990) sau một loạt những
nghiên cứu trên mono-, di-, và polysaccharide cũng đã phát hiện ra rằng các chất bay
hơi được tạo ra ở nhiệt độ cao hầu hết là giống nhau. Những hiểu biết từ các nghiên
cứu trên đã được xem xét lại bởi Feather và Harris (1973), (trích dẫn bởi Eskin, 1990)
đã chỉ rõ rằng chỉ có một con đường duy nhất cho các phản ứng phân hủy đường dưới
ảnh hưởng của kiềm hoặc axit.
2.2.2. Phản ứng trong môi trường axit
Bước đầu tiên bao gồm sự chuyển đổi từng bước D-glucose thành D-fructose và
D-mannose theo như Hình 2.1. Sự chuyển đổi có thể qua các bước trung gian dưới xúc
tác acid hữu cơ tạo pH 2,2 – 2,9 (Hodge và Osman, 1976), (trích dẫn bởi Eskin, 1990).
Sự chuyển đổi giữa các loại đường thường xảy ra bước đầu ở dạng 1, 2-enolic và phụ
thuộc vào mức độ nới lỏng cấu trúc vòng của các phân tử đường Phản ứng enol hóa
xảy ra rất chậm dưới điều kiện môi trường axit vì sự chuyển gốc hydroxyl thành gốc
carbonyl bị loại bỏ rất nhanh.

 

9


Hình 2.1: Phản ứng hình thành enediol
Nếu tiếp tục xử lý nhiệt thì sẽ cho kết quả là đường bị khử nước, dẫn đến tạo
thành hydroxymethyfurfural, axit levulinic và humin. Phản ứng này được trình bày
trong hình 2.2. Cơ chế của phản ứng loại nước của đường từ 1, 2-enol thành 5(hydroxymethyl-2-furaldehyde) cơ bản được nghiên cứu bởi Anet (1964), (trích dẫn
bởi Eskin, 1990). Quá trình này được bắt đầu bằng phản ứng loại một nhóm hydroxyl
của 1, 2-enediol tại vị trí α để tạo gốc carbonyl. Sản phẩm tiếp theo là một dicarbonyl,
tức đã bị biến đổi xa hơn so với lúc ban đầu. Nhiều giả thuyết cho rằng các sản phẩm
trung gian trong phản ứng này lần lượt là 3-deoxyaldos-2-ene, 3-deoxyosulose và
osulos-3-ene (Isbell, 1994; Wolfrom và cộng sự, 1948), (trích dẫn bởi Eskin, 1990).
Những hợp chất này đã được cô lập bởi Anet (1962) từ quá trình thoái biến axit của
fructose. Nếu đường ban đầu là pentose thì sản phẩm cuối là 2-furaldehyde. Ví dụ như
từ D-xylose thì hiệu suất phân giải xấp xỉ 93% 2-furaldehyde, mặc dù đối với các
pentose khác thì thấp hơn nhiều. Cấu tạo của 3-deoxyglyculose cũng giống như một
sản phẩm trung gian, tuy nhiên kết quả của sự hợp nhất đồng vị tại C-3 tạo nên vòng
furan chính là 5-hydroxymethyl- 2-furaldehyde (HMF) là một trong những sản phẩm
quan trọng nhất của phản ứng caramel.

 

10


Hình 2.2: Phản ứng tạo HMF
Isomaltol và 2-(hydroxyacetyl)furan được hình thành trong quá trình phân giải
D-fructose dưới tác động của axit, tạo ra 2, 3-enediol. Nó được tạo ra bằng cách loại
một phân tử nước từ C-4 và C-1 để tạo ra vòng furanone. Harris và Feather (1975) tìm
ra rằng D-fructose bị phân hủy dưới điều kiện xúc tác acid với tốc độ nhanh hơn so với

các loại đường aldose. Cấu tạo của Isomaltol và 2-(hydroxyacetyl)furan được trình bày
trong hình 2.3.

Hình 2.3: Isomaltol và 2-(hydroxyacetyl)furan

 

11


2.2.3. Phản ứng trong môi trường kiềm
Phản ứng đầu tiên của qua trình thoái biến đường dưới môi trường kiềm qua 1,
2- và 2, 3-enediol. Phản ứng trong môi trường kiềm chịu nhiều ảnh hưởng của xúc tác
cho phản ứng enol hóa đường hơn trong môi trường axit. Trong môi trường kiềm nhẹ,
dây chuyền phản ứng được thể hiện ở hình 2.4. Trong môi trường kiềm mạnh, phản
ứng enol hóa tiếp tục diễn ra theo chuỗi carbon, kết quả là tạo ra một hỗn hợp đầy đủ
các sản phẩm phân tách bao gồm cả axit saccharinic. Cấu tạo của acid metasaccharinic
được trình bày trong hình 2.4.

Hình 2.4: Phản ứng caramel hóa trong môi trường kiềm
Một đặc điểm đặc biệt của phản ứng phân giải hexose trong môi trường kiềm là
sự chia nhỏ trên khoảng rộng với mỗi lần phản ứng lại cho kết quả là các sản phẩm
phân cắt 2 và 4 carbon, bao gồm cả axit saccharic, axit lactic và axit 2, 4dihydroxybutyric. Sự tái hợp của những sản phẩm phân cắt lại tạo ra những hợp chất
mới rất đa dạng, có thể kể ra như axit 2, 4-dihydroxybutyric (Eskin, 1990).
2.2.4. Những hợp chất vòng thơm
Một số lượng các hợp chất vòng thơm được cô lập từ sản phẩm của dung dịch
 

12

D-glucose và D-fructose khi bị xử lý nhiệt ở 160 ºC và pH 4,5. Trong khi những hợp
chất tạo thành thì giống nhau ở cả hai loại đường hexose, thì hiệu suất lại thấp hơn ở
D-glucose. Hợp chất tạo mùi quan trọng nhất là hydroxymethylfufural, mặc dù sản
phẩm cũng gồm một lượng lớn các hợp chất phenolic khác.
Những hợp chất phenol cao hơn được tìm thấy trong quá trình phân giải đường
hexose dưới môi trường acid là isobenzen furanone, trong khi chất tạo màu alginetin là
sản phẩm chính từ đường pentose và axit hexuronic (Eskin, 1990). Cấu tạo của các
chất này được thể hiện trong hình 2.5.

Hình 2.5: Isobenzene furanone và Alginetin
Sự khác nhau trong các trường hợp này là không rõ ràng, nhất là khi đường bị
phân hủy dưới điều kiện môi trường kiềm. Forsskahl và cộng sự (1976) chú ý rằng có
sự giống nhau giữa các hợp chất phenolic khi xử lý đường dưới điều kiện kiềm hoặc
trung tính. Những hợp chất được nhận dạng có chứa vòng enol và phenol. Những hợp
chất này được tách ra từ các chất tạo mùi của cà phê rang bởi Gianturco và cộng sự
(1963) và nó có mùi giống mùi caramel nặng. Những hợp chất phenolic duy nhất được
phát hiện trong cả điều kiện xử lý acid và kiềm cho glucose là catechol, 4-methyl-1, 2benzene diol và 3, 4-dihydroxy benzaldehyde.
Sự tăng thêm về màu kèm theo sự hình thành những cao phân tử do một chuỗi
các phản ứng polymer hóa. Theander (1981) (trích dẫn bởi Eskin, 1990), báo cáo rằng
acid redutic và catechol là những hợp chất tạo màu mạnh hơn các chất vòng fufural.
2.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng
2.2.5.1. Nhiệt độ
Nhiệt độ ảnh hưởng đáng kể lên quá trình caramel hóa. Những phản ứng của
quá trình caramel hóa diễn ra ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy của đường (ví dụ
như glucose 146 - 150 ºC, fructose 95 - 100 ºC, saccharose 160 - 180 ºC, lactose 223 252 ºC). Khi có mặt chất xúc tác, những phản ứng có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn.
 

13