Đề tài Tổng quan tài liệu về chất béo trong bánh kẹo

LỜI MỞ ĐẦU Bánh kẹo là một lĩnh vực rộng lớn gồm có công nghiệp sản xuất bánh, kẹo, và socola Công nghệ sản xuất bánh là làm ra các loại bánh ngọt và bánh nướng có thể tìm thấy trong các cửa hàng hay siêu thị. Đối với các loại bánh này thường hay sử dụng chất béo dạng dẻo. Chất béo có vai trò rất quan trọng trong việc tạo nên cấu trúc sản phẩm Trong công nghiệp sản xuất kẹo, đặc điểm của sản phẩm được quyết định bởi đường. Nhưng chất béo cũng đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc tạo nên cấu trúc của kẹo, thường khoảng 20%. Ngày xưa chất béo được bổ sung bằng cách cho bơ hay sữa đặc. Ngày nay, người ta lại ưa chuộng cách cho dầu thực vật vào trong quá trình chế biến kẹo. Công nghiệp sản xuất socola là làm ra các sản phẩm có 1 hay nhiều thành phần có nguồn gốc từ cocoa. Không giống như kẹo, socola là một sản phẩm chất béo liên tục (fat-continuous). Tính chất của socola được quyết định chủ yếu bởi chất béo( chiếm khoảng 26-35%). Chất béo trong socola có đặc điểm là kết tinh ở 200C làm cho sản phẩm trơn bóng và có khoảng nhiệt nóng chảy 30-350C tan chảy trong miệng Theo truyền thống thì socola chỉ được làm từ bơ cocoa ( hay có thêm bơ sữa đối với socola sữa). Nhưng do giá cả bơ cocoa cao nên các nhà sản xuất đã dùng các chất béo thay thế bơ cocoa. Tuy nhiên theo luật ở một số quốc gia thì hạn chế hay cấm sử dụng các chất béo này trong sản xuất socola Qua đó, ta thấy vai trò của chất béo trong bánh kẹo hết sức quan trọng. Nó ảnh hưởng đến tính chất, cấu trúc, đặc điểm cảm quan của bánh kẹo. Cũng như tốc độ kết tinh chất béo, loại tinh thể tạo thành ảnh hưởng đến bề mặt bóng loáng và khả năng đổ khuôn tách khuôn. Vì vậy, trong sản xuất bánh kẹo đặc biệt là sản xuất socola các nhà sản xuất rất quan tâm đến vấn đề lựa chọn loại chất béo cũng như cách thức chế biến sao cho sản phẩm tạo thành đạt chất lượng Nội dung bài báo cáo này nhằm nêu rõ đặc điểm, tính chất và những biến đổi của chất béo trong quá trình chế biến bánh kẹo. Đồng thời cũng đưa ra một số chất béo có khả năng thay thế bơ cocoa trong sản xuất socola. Phần1: GIỚI THIỆU Vài nét về chất béo: Chất béo là gì? Chất béo gồm các hợp chất tan trong dung môi hữu cơ và không tan trong nước. Về mặt hóa học, chất béo được hiểu là hỗn hợp các triglyceride(TAG- là triester của các acid béo với glycerol). Nó chứa đến 90-99% TAG, 1-8% diglycerides và một ít monoglycerides, phospholipid, tocopherols và sterols. Chất béo có thể ở dạng rắn hay lỏng ở nhiệt độ thường tùy thuộc vào cấu trúc và thành phần của nó. Chất béo thường được gọi là dầu hay mỡ là theo thói quen của người Việt Nam. Tại nhiệt độ phòng, triglyceride ở dạng lỏng gọi là dầu còn triglyceride ở dạng dẻo hay rắn thì gọi là mỡ. Riêng chất của sữa gọi là bơ. Phân loại chất béo trong thực phẩm: Chất béo không bão hòa (unsaturated fat): Monounsaturated fat: phân tử acid béo chứa một liên kết đôi Các nguồn chứa monounsaturated fat: Avocados Canola oil Olive oil Peanut oil and other nuts Safflower oil Sesame oil Sunflower oil Tea-oil Camellia Polyunsaturated fat: phân tử acid béo có hơn một liên kết đôi Chất béo dạng trans: có thể là monounsaturated fat hay polyunsaturated fat Chất béo bão hòa (saturated fat): là các chất béo chỉ chứa các acid béo bão hòa Bảng 1: phân loại chất béo trong thực phẩm Cấu trúc phân tử và thành phần cấu tạo của chất béo Bảng 2: Một vài acid béo thường gặp trong chất béo và ký hiệu của chúng Ký hiệu Acid béo Chiều dài mạch Số nối đôi Ký hiệu Acid béo Chiều dài mạch Số nối đôi 4 butyric acid (butanoic acid) 4 0 S stearic acid (octadecanoic acid) 18 0 6 caproic acid (hexanoic acid) 6 0 O oleic acid (cis-9-octadecanoic acid) 18 1 8 caprilic acid (octanoic acid) 8 0 E elaidic acid (trans-9-octadecanoic acid) 18 1 C capric acid (decanoic acid) 10 0 l linoleic acid (cis-cis-9,12-octadecadienoic acid) 18 2 L lauric acid (dodecanoic acid) 12 0 R ricinoleic acid (12-hydroxy-9-octadecenoic acid) 18 1 M myristic acid (tetradecanoic acid) 14 0 A arachidic acid (eicosanoic acid) 20 0 P palmitic acid (hexadecanoic acid) 16 0 B behenic acid (docosanoic acid) 22 0 Đặc điểm acid béo của TAG: Các acid béo là các hydrocacbon no hay khơng no. Tính chất vật lý của các TAG phụ thuộc chủ yếu vào thành phần và cấu trúc của các acid béo tạo nên nĩ. Chiều dài và độ no của mạch acid béo ảnh hưởng trước tiên đến nhiệt độ nóng chảy và kết tinh của chất béo. Mạch hydrocacbon: Mạch hydrocacbon chứa từ 4 đến 30 nguyên tố cacbon (thường là từ 12 đến 24C). Nếu mạch hydrocacbon không có nối đôi thì mạch thẳng, ngược lại mạch gấp khúc. Chiều dài và độ no của mạch acid béo là yếu tố đầu tiên ảnh hưởng đến nhiệt độ nóng chảy và kết tinh của chất béo. Mạch carbon càng dài và độ no càng lớn thì thành phần pha rắn càng cao. Nếu trong mạch carbon của chất béo có một nối đôi thì gây ra “gãy mạch” dẫn đến làm giảm nhiệt độ nóng chảy. mạch hydrocacbon của acid béo Thông thường, các TAG được ký hiệu bằng ba ký tự đặc trưng cho 3 acid béo R1, R2, R3. Thí dụ PSP biểu thị cho glycerol-1,3-dipalmitate-2-stearate. Nếu TAG có R1, R2 và R3 giống nhau, gọi là monoacid; còn lại thì sẽ gọi là TAG có acid hỗn hợp. Một vài acid béo thường gặp trong chất béo và ký hiệu của chúng được trình bày trong bảng. Các dạng thù hình của TAGs Ơû trạng thái rắn, phân tử TAG có thể tồn tại ở nhiều dạng tinh thể khác nhau nên gọi là chất đa định hình (polymorphism). Các dạng tinh thể này ảnh hưởng nghiêm trọng đến nhiệt độ nóng chảy của chúng. Tinh thể của chất béo có 3 dạng cơ bản: α, β’, β. Tuy nhiên nhiều chất béo có nhiều hơn 4 dạng cơ bản này, các dạng trung gian β-2, β-3…. Hình dạng phân tử TAG có hai cách sắp xếp: hình nĩa và hình ghế. Sự xắp xếp các dạng ghế có thể tạo cấu trúc chồng 2 hay chồng 3. Do một phân tử TAG có 3 nhánh acid béo. . Hai nhánh acyl tại vị trí số 1 và số 3 thường xếp “thẳng hàng” với nhau. Riêng nhánh acyl ở vị trí số 2 sẽ xếp dọc theo mạch C của một trong hai nhánh còn lại. Khi các phân tử TAG kết tinh sẽ sắp xếp với nhau theo 2 cách trình bày trong hình. Các cách sắp xếp này khiến cho các TAG hợp lại thành từng khối. Nếu nhánh acyl tại vị trí số 2 của 2 Triglycerid nằm về 2 phía thì chất béo kết tinh dạng “chồng đôi”. Nếu liên kết giữa các TAG là do sắp xếp sát nhau của các nhánh acyl ở vị trí số 1 và số 3, chất béo sẽ kết tinh dạng “chồng ba”. Trạng thái chồng 2 (double) : thường gặp ở phân tử triglyceride có acid béo no Trạng thái 3 lớp(triple): thường gặp ở phân tử triglyceride có acid béo no và không no acid béo no acid béo không no Đặc điểm tinh thể α,β,β’ Dạng α: Các nhánh acyl kết tinh theo dạng lục lăng (hexagonal), không có góc nghiêng nên được gọi là cấu trúc dạng H. Khoảng cách giữa các nhánh trong mạng kết tinh khoảng 0,42nm. Dạng β’: Khoảng cách giữa các nhánh acyl kết tinh không đều đặn. Chúng kết tinh dưới dạng mạng orthorhombic và perpendicular (O). Khoảng cách giữa các nhánh có thể trong khoảng 0,37–0,40 nm hay là trong khoảng 0,42–0,43 nm. Giữa cách nhánh kết tinh tạo thành các góc nghiêng trong khoảng từ 500 – 700. Dạng β: Ở dạng thù hình b, các nhánh kết tinh lại dưới dạng tam tà với các góc nghiêng giữa các nhánh trong khoảng 500 – 700. Các nhánh acyl sắp xếp song song và chặt sít với nhau. Khoảng cách giữa các nhánh acyl khoảng 0,46 nm, có một số điểm trong mạng thì khoảng cách này bị rút ngắn thành 0,36–0,39 nm. Khi chất béo tạo nên từ hỗn hợp của các acid béo no, do độ dài của mạch khác nhau nên các dạng thù hình phức tạp hơn, ngoài 3 dạng thù hình chính còn xuất hiện thêm nhiều dạng trung gian khác như b2’, b3’... Nếu trong chất béo có cả các acid béo không no thì cấu trúc lại càng phức tạp vì mạch carbon của các acid béo không no bị “gãy” nên các nhánh sắp xếp với nhau không chặt chẽ. Thí dụ đơn giản nhất khi chất béo có 1 nhóm ester tạo thành với acid oleic, mạch của acid có thể bố trí dưới 2 dạng S-C-S’ và S-C-S. Do đó trong mạch xuất hiện thêm dạng thù hình g Đặc điểm α:hexagonal β:trilinic β’:orthorhombic Cấu trúc kết tinh Turning fork:dạng nĩa Turning fork dạng nĩa Chain fork:dạng ghế Góc tạo bởi nhóm acyl và mặt phẳng glyceryl 900 68-700 590 Độ dài bắt cặp hai lần Dài nhất giữa Ngắn nhất Cấu trúc Lộn xộn,không chặt chẽ, lỏng lẽo, dễ bị thay đổi giữa Vững chắc,bền nhất Cấu trúc hiển vi Dạng lớp mỏng 5µm Dạng kim rất nhỏ 1µm Dạng kim tất dài,sắp xếp khít 25-50µm Nhiệt độ nóng chảy Thấp nhất Trung bình Cao nhất Màu sắc Đục (nhưng cho ánh sáng truyền qua được một phần) giữa Đục nhất trong 3 loại(không cho ánh sáng truyền qua) Điều kiện tạo thành Khi làm lạnh nhanh sau một thời gian sẽ chuyển hóa thành β,β’ giữa Làm lạnh cực nhanh So sánh ba dạng tinh thể Bảng 3: so sánh các dạng tin h thể Tính chất vật lý: Nhiệt độ nóng chảy: Chiều dài mạch Cacbon tăng →tnc tăng( tuy nhiên không nhiều lắm) Số nối đôi tăng → tnc giảm(rất đáng kể) Ví dụ: acid stearic(18:0) tnc=710C acid oleic(18:1) tnc=130C acid linoleic(18:2) tnc=-50C Acid béo mạch nhánh có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn mạch thẳng do sự sắp xếp lỏng lẻo hơn Acid béo có số cacbon chẵn có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn Dạng cis có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn dạng trans Nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp acid béo sẽ thấp hơn của acid béo có nhiệt nóng chảy thấp nhất Triglycer ides(TAG) có nhiệt độ nóng chảy khác nhau do các dạng kết tinh α,β,β’ và gần bằng acid béo tự do. MAG>DAG>TAG Phospholipid có nhiệt độ nóng chảy rất cao nhưng nếu nằm trong hỗn hợp acid béo thì t0nc giảm đột ngột Tóm lại: Sự nóng chảy không xảy ra ở một nhiệt độ nhất định Biến đổi trong một khoảng nhiệt độ tùy thuộc vào thành phần các acid béo có mặt trong chất béo Khả năng nóng chảy của chất béo được đánh gía thông qua: Phần trăm chất béo rắn SFC (solid fat content-SFC) Chỉ số rắncủa chất béo SFI( solid fat index-SFI) SFI biểu thị tỷ lệ chất béo ở dạng rắn/dạng lỏng tại một nhiệt độ nhất định và có liên quan chặt chẽ đến trạng thái của sản phẩm tại nhiệt độ đó Cùng chất béo: giá trị SFI giảm khi nhiệt độ tăng Ơû cùng nhiệt độ:SFI càng cao thì chất béo càng rắn Nhiệt độ cần quan tâm: Nhiệt độ môi trường(25-400C tùy vùng khí hậu) Thân nhiệt 370C Nhiệt độ phối trộn chất béo vào hỗn hợp kẹo hay bột nhào Mối tương quan giữa nhiệt độ và SFI của một vài chất béo thông dụng Bảng 4: Nhiệt độ nóng chảy (°C) và giá trị SFC của một số loại chất béo Nhiệt độ sôi Nhiệt độ sôi tăng theo chiều dài mạch cacbon, khoảng 200C khi tăng 20C Ví dụ: stearic t0s> 3000C ở áp suất thường. Khi tách bằng chưng cất phân đoạn phải dùng áp suất chân không gần như tuyệt đối Nối đôi không ảnh hưởng nhiều lắm Methylester có nhiệt độ sôi nhỏ hơn 300C so với acid béo tự do(FFA) TAG có nhiệt độ sôi rất cao Độ nhớt: Phân tử lượng càng lớn thì độ nhớt càng tăng Acid béo không no (UFAs) có độ nhớt nhỏ hơn acid béo no(SFAs) MEs(methylester), EEs(Ethylester)<FFA TAG>FFA Acid béo tự do bị oxy hóa(tạo trime, dimer)>> acid béo tự do chưa bị oxy hóa. Từ đó dựa vào độ nhớt để xác định mức độ oxy hóa Độ hòa tan trong dung môi hữa cơ: FFAs: tan tốt trong dung môi phân cực trung bình: chloroform, cyclohexan, benzene SFAs(acid béo no): hòa tan kém hơn trong các dung môi không phân cực(hexan) hay trong rượu ở nhiệt độ thường nhưng tan rất tốt trong rượu ở nhiệt độ cao UFAs(acid béo không no) hòatan tất tốt trong hầu hết các loại dung môi MAG hòa tan rất tốt trong rượu, kém trong dung môi không phân cực(petroether) TAG tan tốt trong chloroform, didthylether, aceton, không hòa tan trong rượu Sáp hòa tan trong xăng hay rượu Phospholipids tan tốt trong petroether, một phần trong ethanol và hầu như không hòa tan trong aceton Sức căng bề mặt: sức căng bề mặt giảm khi nhiệt độ tăng. Sức căng bề mặt bị ảnh hưởng bởi độ tinh khiết của chất béo Tính chất hóa học: Phản ứng với Iod Giá trị iod là số gam iod phản ứng với 100g chất béo Phản ứng cộng với nối đôi, biểu thị độ không no của acid béo Những acid béo no có giá trị Iod bằng 0 Phản ứng thuỷ phân: Xúc tác: acid, kiềm, enzyme lipase TAG→DAG→MAG→glycerol Phản ứng cộng H2 Hydro hóa là phản ứng cộng hydro vào các nối đôi của acid béo không no trong các glycerides Như chúng ta đã thấy, ở nhiệt độ thường mỡ động vật ở trạng thái rắn còn dầu thực vật ở trạng thái lỏng là do trong mỡ động vật có hàm lượng acid béo no tương đối cao hơn. Khi kết hợp hydro vào nối đôi của acid béo sẽ làm cho dầu thực vật trở nên giống với chất béo động vật. Dầu động vật đã hydro hóa hoàn toàn cũng giống heat như mỡ cừu, do đó trong thực tế sản xuất , có trường hợp người ta chỉ hydro hóa đến một mức độ nào đó Hydro hóa chọn lọc: Mục đích: nhằm để giảm hàm lượng acid linolenic và do đó làm tăng độ bền của dầu. Chẳng hạn hydro hóa dầu đậu tương đã làm giảm hàm lượng acid linolenic từ 9% xuống dưới 1%, ứng với chỉ số iot từ 130 xuống 115 Xúc tác; Ni (hay Cu, Pd) Điều kiện: hydro phải thật sạch vì cacbon oxyt và các hợp chất lưu huỳnh có thể bị hấp thụ vào chất xúc tác rồi đầu độc nó, nhiệt độ cao Hydro hóa từng phần hay toàn bộ Mục đích: tạo ra các chatá béo rắn làm nền để sản xuất margarine hoặc để sản xuất mỡ nhũ hóa Điều kiện: nhiệt độ và áp suất thấp hơn chọn lọc, thời gian dài và nòng độ xúc tác nhiều hơn → phản ứng hydro hóa ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng vì nó làm giảm hàm lượng các acid béo cần thiết, hàm lượng vitamin, và màu sắc các chất màu carotenoit có mặt trong dầu Phản ứng chuyển ester hóa Alcoholysis Rượu → ester mới + rượu mới R1-CO-O-R2 + R3-OH→ R1-CO-O-R3 + R2-OH Đây là một phản ứng quan trọng , người ta sử dụng glycerol để tạo hỗn hợp TAG. MAG, DAG để tạo chất nhũ hóa Acidoysis R1-CO-O-R2 + R3-COOH → R3-CO-O-R2+ R1COOH Phản ứng này dùng để thay đổi thành phần acid béo trong TAG, từ đó thay đổi tính chất vật lý chất béo Phản ứng nội chuyển ester R1COOR2 + R3COOR4 →R1COOR4 + R3COOR2 Phản ứng này không làm thay đổi thành phần hóa học mà thay đổi tính chất vật lý Xúc tác của phản ứng : xúc tác hóa học: acid, kiềm(NaOH), hoặc xúc tác enzyme Oxy hóa chất béo Gây màu và mùi ôi cho sản phẩm Tùy thuộc vào bản chất oxy hóa và điều kiện phản ứng mà tạo ra các sản phẩm oxy hóa như peroxide, cetoacid… Dầu khi tiếp xúc với ánh sáng, không khí cũng có thể xảy ra quá trình oxy hóa Bảng 5: tính chất vật lý và hoá học của chất béo Phần 2: CÁC BIẾN ĐỔI CỦA CHẤT BÉO TRONG QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN Sự kết tinh chất béo: Sự thay đổi pha rất quan trọng trong đặc điểm, sự sản xuất, và cách sử dụng chất béo trong bánh kẹo. Khi đó, nhiệt và thể tích đều thay đổi. Và sự kết tinh là sự chuyển pha quan trọng nhất. Sự kết tinh là một hiện tượng quan trọng trong sản xuất và sử dụng chất béo bánh kẹo . Sự chuyển từ dạng tinh thể này sang dạng tinh thể khác là một quá trình quan trọng đối với triglycerid và chất béo trong bánh kẹo 1.Định nghĩa quá trình kết tinh: là quá trình tạo ra các tinh thể từ dung dịch. Nó là quá trình truyền khối từ pha lỏng sang pha rắn tạo ra các tinh thể tinh khiết Sự sinh mầm tinh thể Sự sinh mầm hay hay hình thành tinh thể từ trạng thái lỏng là yếu tố quan trọng nhất trong việc điều khiển quá trình kết tinh. Tốc độ kết tinh là yếu tố chính quyết định số lượng và kích thước tinh thể, dạng cấu hình và sự phân phối các tinh thể rắn. Sự kết tinh chỉ xảy ra khi pha đạt quá bão hòa hay quá lạnh. Tuy nhiên trạng thái quá bão hòa hay quá lạnh không là điều kiện đủ mà phải có năng lượng xáx định để hình thành hạt nhân Mầm tinh thể là gì? Mầm tinh thể hay hạt nhân tinh thể là tinh thể nhỏ nhất có thể tồn tại trong dung dịch ở một nhiệt độ xác định. Sự hình thành mầm tinh thể từ pha lỏng yêu cầu các phân tử sắp xếp thành mạng tinh thể và có một năng lượng tự do cần thiết cho sự chuyển pha này. Nhưng khi sự sinh mầm xảy ra thì năng lượng lại giảm Thuyết sinh mầm Sinh mầm đồng thể Là sự sinh mầm là sự lớn lên của các phân tử trong pha lỏng. Đó là sự hình thành của các phân tử hay ion cùng loại với nhau tạo các dimer và dimer trở thành trimer, quá trình cứ thế tiếp tục đến khi tạo dạng ổn định. Quá trình này phụ thuộc vào nhiệt độ và sự quá bão hòa Sinh mẩm dị thể Do sự tương tác bề mặt giữa các hạt rắn và chất quá bão hòa làm giảm năng lượng tự do hình thành kích thước tới hạn cho hạt nhân ổn định. Xảy ra khi có mặt các hạt bụi, các vết trầy sướt hay các hạt khác làm giảm năng lượng bề mặt Sự sinh mầm thứ hai: Là sự sinh mầm xảy ra khi có mặt các tinh thể khác Nó có thể xảy ra bất cứ khi nào có các thành phần nào tách ra khỏi bề mặt tinh thể. Khi các tinh thể va chạm tạo thành các mãnh vỡ trong quá trình khuấy trộn thì hiện tượng này xảy ra, nhưng nếu các mãnh vỡ nhỏ hơn kích thước tới hạn thì nó sẽ tan ra chứ không hình thành loại hạt nhân này Trong suốt quá trình cất phân đoạn chất béo, sự sinh mầm lần thứ hai là điều không mong muốn vì những tinh thể nhỏ tạo thành xen lẫn trong các tinh thê lớn thì sẽ cản trở cho quá trình phân tách. Do đó khi cất phân đoạn thì khuấy sao cho nhiệt chuyển đổi từ từ Sự sinh mầm loại này bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, phụ gia, độ tinh khiết, sự khuấy trộn, tốc độ khuấy, số lượng và kích thước tinh thể , và sự xù xì của bề mặt Động học sinh mầm Tốc độ sinh mầm được tính bằng tốc độ hình thành hạt nhân (số lượng hình thành trên một đơn vị thể tích trong một đơn vị thời gian). Thời gian cần thiết để bắt đầu sự sinh mầm là bắt đầu từ trạng thái quá lạnh. Phương trình mô tả sự sinh mầm của lipid: Với : N: số phân tử trên 1 mol K: hằng số Boltzman T: nhiệt độ tuyệt đối h: hằng số planck Gd: độ linh động của p