Đề tài Các chất tạo ngọt thực phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÀI BÁO CÁO CÁC CHẤT TẠO NGỌT THỰC PHẨM Giảng viên : Th.S Tôn Nữ Minh Nguyệt Sinh viên : HC05TP TPHCM-11/2006 Mục lục Trang Giới thiệu chung 2 A – Các chất tạo ngọt dinh dưỡng 3 I – Glucose 3 II – Galactose 4 III – Saccharose 5 IV – Maltose 6 V – Lactose 7 B – Các chất tạo ngọt kém dinh dưỡng 8 I – Sorbitol 8 II – Mannitol 9 III – Xylitol 10 IV – Fructose 11 V – Mannose 12 C – Các chất tạo ngọt không dinh dưỡng 14 I – Saccharin 14 II – Aspartame 16 III – Sucralose 18 IV – Cyclamate 19 V – Neotame 20 VI – Acesulfam potassium 21 VII – Alitame 22 Quy định ở Việt Nam về các chất tạo ngọt không dinh dưỡng 22 D – Chất tạo vị lợ 23 I – Sự ra đời của bột ngọt 23 II – Bột ngọt là gì? 23 III – Bột ngọt được sản xuất như thế nào? 26 IV – Trong thực phẩm nên cho bao nhiêu bột ngọt sẽ đạt hiệu quả tốt? 26 Lời kết 29 Tài liệu tham khảo 30 Giới thiệu chung Vị ngọt là một trong năm vị cơ bản (ngọt, chua, mặn, đắng và lợ), cũng là loại vị đem lại cảm giác dễ chịu. Ngoài những loại thực phẩm tự nhiên ngọt sẵn như các loại trái cây, thì ngày nay con người đã sản xuất ra rất nhiều các loại chất tạo ngọt, đóng vai trò là chất phụ gia làm tăng giá trị cảm quan cho thực phẩm. Trong tự nhiên có hàng trăm hợp chất có vị ngọt, đa phần là hợp chất hữu cơ, nhưng có rất ít trong số đó được cho phép sử dụng trong thực phẩm. Thậm chí có những chất ngọt nhưng rất độc như chloroform, nitrobenzene, chì acetate (CH3COO)2Pb… Các chất tạo ngọt thường được gọi là đường. Tuy nhiên không phải tất cả đều là hợp chất carbonhydrate, mà trong đó còn có cả các chất có nguồn gốc từ acid amine. Dựa vào giá trị dinh dưỡng người ta chia chất tạo ngọt ra làm 3 loại: chất tạo ngọt dinh dưỡng, chất tạo ngọt kém dinh dưỡng và chất tạo ngọt không dinh dưỡng. Cả 3 loại này sẽ lần lượt được giới thiệu sau đây. A- CÁC CHẤT TẠO NGỌT DINH DƯỠNG Chất tạo ngọt dinh dưỡng là những chất được hấp thụ gần như hoàn toàn trong cơ thể, các chất này bị oxy hóa tạo ra năng lượng cho các quá trình chuyển hóa và hoạt động của con người. Nhóm các chất tạo ngọt dinh dưỡng gồm có glucose, galactose, saccharose, maltose, lactose… I. Glucose 1.Nguồn gốc: Glucose là loại đường tiêu biểu nhất. Trong tự nhiên được tìm thấy ở dạng tự do có trong các loại hoa quả, đặc biệt có nhiều trong nho chín nên còn được gọi là đường nho. Glucose phổ biến ở cả động vật và thực vật, là thành phần của nhiều oligo và polysaccharide quan trọng như: maltose, saccharose, tinh bột và cellulose. 2.Công thức hóa học CTPT: C6H12O6 CTCT: dạng mạch hở hoặc mạch vòng Alpha D – Glucose Glucose 3.Tính chất – Ứng dụng Glucose là những tinh thể không màu, có vị ngọt, tan nhiều trong nước, ít tan trong rượu, nóng chảy ở 146oC. Trong cơ thể người và động vật, glucose là nguồn cung cấp năng lượng quan trọng; trong máu, glucose là 1 thành phần cố định. Khi glucose đi vào cơ thể, nó được dự trữ trong gan dưới dạng glycogen, nếu dư thừa nó sẽ được chuyển hóa thành lớp mỡ dưới da nhờ có hormone insulin. Khi cơ thể hoạt động , nó sẽ chuyển hóa lại thành glucose, thông qua 1 chuỗi các phản ứng xúc tác enzyme, glucose được oxi hoá thành CO2, hơi nước , và năng lượng dưới dạng ATP. C6H12O6 + O2 CO2 + H2O + năng lượng Dưới tác dụng của các enzyme, đường glucose dễ bị phân tích thành các sản phẩm khác như rượu etylic, acid lactic, acid butyric, acid limonic. Trong công nghiệp glucose được điều chế bằng cách thủy phân các polysaccharide trong thiên nhiên như tinh bột, saccharose, cellulose dưới tác dụng của acid vô cơ hay enzyme. Glucose được hấp thu dễ dàng, nó được dùng làm thức ăn có giá trị dinh dưỡng cao. Glucose còn được dùng trong y học như huyết thanh glucose được tiêm cho người bệnh khi lượng glucose trong máu không ổn định. Glucose còn được dùng để tổng hợp vitaminC. Đa số các động vật, trừ chuột bạch, khỉ và người, đều có khả năng tổng hơp vitamin C từ glucose. II.Galactose α–D–galactose D–Galactose Trong tự nhiên thường tồn tại ở dạng D – Galactose. Có trong thành phần của đường sữa lactose(glucose+ galactose), trong củ cải đường và các chất nhầy, chất gôm của thực vật. Galactose nóng chảy ởø 160oC, khó lên men hơn glucose và mannose. Galactose chỉ bị lên men bởi các nấm men riêng biệt. D – Galactose là đơn vị cấu tạo nên melibiose, agar-agar, dẫn xuất của D – Galactose là acid galacturonic là thành phần của pectin. Trong mô thần kinh, galactose tồn tại dưới dạng phức chất cerebroside. Galactose cũng được tổng hợp từ cơ thể, là thành phần của glycolipid và glycoprotein. Trong 1 số mô nó có chứa năng lượng dinh dưỡng nên được xem là 1 chất ngọt dinh dưỡng. Galactose kém ngọt hơn glucose và không tan trong nước. Galactose cùng với glucose là thành phần của disaccharide lactose. Sự thuỷ phân lactose để tạo glucose và galactose được xúc tác bởi enzym b - Galactosidase. Trong 2 cuộc nghiên cứu gần đây đã đưa ra giả thuyết có thể có sự liên hệ giữa galactose và bệnh ung thư buồng trứng, nhưng những nghiên cứu khác đã thất bại trong việc đưa ra những bằng chứng cho sự liên hệ này. Ảnh hưởng của các dẫn xuất galactose: sự thiếu hụt galactokinase gây ra bệnh đục thuỷ tinh thể. Nếu có 1 chế độ ăn uống galactose tự do kịp thời thì bệnh đục thuỷ tinh thể sẽ bị đẩy lùi mà không có biến chứng nào có thể xảy ra. Sự thiếu hụt UDP galactose 4 - epimera rất hiếm , nó gây ra tật điếc. III.Saccharose 1.Trạng thái tự nhiên Saccharose rất phổ biến trong tự nhiên, có nhiều trong mía, củ cải đường (dùng để sản xuất đường) và một số thực vật khác nên saccharose còn được gọi là đường mía. Trong củ cải đường và mía có chứa 20 – 25% đường saccharose. Trong đời sống saccharose có những tên gọi khác nhau: Đường phèn: saccharose kết tinh ở 300C dưới dạng những cục lớn. Đường kính: saccharose có độ tinh khiết khá cao. Đường cát: saccharose có lẫn tạp chất màu vàng nâu, v.v… 2.Cấu tạo hóa học Saccharose do một phân tử a- D- Glucopiranoside (1®2) b- D- Frucofuranoside a - Glucose ở dạng piranose liên kết với một phân tử ở dạng furanose bằng liên kết glucoside xảy ra ở C1 của gốc a - Glucose và C2 của gốc b - Fructose , loại đi một phân tử H2O. Do vậy saccharose còn được gọi là ( có độ quay cực bằng +66.50) 3.Tính chất – Ứng dụng Saccharose (còn gọi là sucrose) là tinh thể không màu, không mùi, có vị ngọt, tan nhiều trong nước, nhất là nước nóng, nóng chảy ở 1850C, tỷ trọng: 1.5879g/cm3 Ở nhiệt độ cao, với xúc tác là enzyme invertase hoặc HCl, saccharose bị thủy phân tạo thành đường nghịch đảo. Phản ứng nghịch đảo đường như sau: C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 Saccharose Glucose Fructose (+66.50) (+52.50) (-92.40) Như vậy phản ứng đã làm thay đổi góc quay cực từ phải sang trái nên gọi là đường nghịch đảo. Lợi ích của phản ứng này là tăng lượng chất khô 5,26%, tăng vị ngọt, tăng độ hòa tan của đường, tránh hiện tượng kết tinh lại nhờ tính hòa tan cao của fructose và tính khó kết tinh của glucose. Tính hòa tan của đường chung không những có thể được tăng lên nhờ thêm đường nghịch đảo mà cả khi thêm glucose hay siro glucose. Điều đó còn cho phép điều chỉnh độ nhớt của các dung dịch đường. Khi làm lạnh các dung dịch đường bão hòa saccharose(thu được ở nhiệt độ cao) sẽ tạo nên các dung dịch quá bão hòa của saccharose. Vận tốc kết tinh từ saccharose của các dung dịch này cũng như kích thước các tinh thể tạo thành có thể giảm đáng kể nhờ thêm vào dung dịch glucose, đừơng nghịch đảo, siro glucose. Tính chất này được úng dụng trong kỹ nghệ mứt kẹo để tạo nên các sản phẩm trong đó có saccharose dù ở nồng độ rất cao nhưng vẫn không kết tinh. IV. Maltose: CTPT: C12H22O11 CTCT: Maltose là disaccharide chứa 2 gốc α – glucopyranose liên kết với nhau nhờ nhóm OH ở vị trí C1 và C4. Do còn một nhóm OH glucoside nên maltose có tính khử bằng một nửa của glucose. Maltose còn được gọi là a - D – Glucopyranoside (1 ® 4 ) D – Glucopyranose. Maltose có nhiều trong thóc nảy mầm và trong malt đại mạch, mạch nha nên còn được gọi là đường nha. Thủy phân maltose bằng acid hoặc enzyme maltase thu được 2 phân tử α – D – glucose. Maltose được sản xuất bằng cách thủy phân tinh bột bằng enzyme β – amylase, có thể thu được ở giai đoạn đầu của quá trình lên men rượu tinh bột. Maltose được ứng dụng trong công nghệ bánh kẹo tạo vị ngọt thanh, tránh hiện tượng tái kết tinh đường, tạo cấu trúc mềm dẻo cho kẹo. V. Lactose CTPT: C12H22O11 CTCT: Lactose được cấu tạo từ 1 phân tử β – D – galactose và 1 phân tử α – D – glucose, trong phân tử lactose còn lại 1 nhóm OH glucoside nên tính khử của nó bằng ½ của glucose. Lactose còn được gọi là β – D – galactopyranoside (1 -> 4) D – glucopyranose. Lactose có mặt trong tất cả các loại sữa nên còn được gọi là đường sữa(4-8%). Cơ thể hấp thu lactose nhờ enzyme lactase, một số cá thể không có enzyme này. Độ ngọt của lactose chỉ bằng 1/6 saccharose. Ở nhiệt độ thường, lactose hòa tan trong nước ít hơn saccharose 10 lần. Nhưng ở 1000C thì độ tan của nó xấp xỉ saccharose. Lactose kết tinh chậm, tinh thể cứng và có nhiều dạng tinh thể. Vitamine B2 có thể ức chế sự kết tinh lactose. B – CÁC CHẤT TẠO NGỌT KÉM DINH DƯỠNG Bên cạnh các chất tạo ngọt thông dụng như đường saccharose, glucose, fructose,… Một số hợp chất khác cũng có tác dụng tạo vị ngọt như sorbitol, mannitol, xylitol,… Đây là những loại đường kém dinh dưỡng, được ứng dụng trong các sản phẩm thực phẩm dùng cho người ăn kiêng, chewing gum không gây sâu răng… Sorbitol, mannitol, xylitol là các loại đường alcohol, không chứa nhóm aldehyde, thay vào đó là nhóm – CH2OH. Sorbitol và mannitol là đồng phân của nhau, CTPT: C6H12O6. Xylitol là 1 loại đường alcohol 5C, CTPT:C5H12O5. Chúng có dạng bột trắng, không mùi và có vị ngọt. Sorbitol Sorbitol được xem là glucitol, trong đó nhóm aldehyde ( - CHO ) của glucose được thay thế bằng nhóm – CH2OH. glucose sorbitol Sự thay đổi này trong phân tử chỉ đủ làm cho sorbitol khó bị cơ thể hấp thụ và hấp thụ rất chậm, chứ không giảm mạnh độ ngọt. Do đó sorbitol được xếp vào nhóm chất tạo ngọt kém dinh dưỡng. Khối lượng phân tử của sorbitol là 182,17 g/mol, nóng chảy ở 950C, sôi ở 2960C. Cơ thể có thể tự tổng hợp sorbitol, ngoài ra sorbitol còn có trong các loại quả hột cứng và các loại rau. Lượng calories có trong sorbitol chỉ bằng khoảng 2/3 lượng calories của đường: 1g sorbitol tạo ra 2,6 calories (11kJ) trong khi 1g đường cung cấp 4 calories (17kJ). Độ ngọt của sorbitol bằng 60% đường saccharose. Do cơ thể hấp thu sorbitol kém nên nó không làm tăng lượng insulin trong máu như đường và đặc biệt là sorbitol không gây sâu răng. Do những tính chất về cảm quan, dinh dưỡng như trên nên sorbitol được dùng như 1 loại đường thay thế, thường dùng trong thực phẩm ăn kiêng, kẹo ít ngọt, chewing gum không đường, nước ngọt, … Với vai trò là nguyên liệu trong sản phẩm thực phẩm, sorbitol có 2 tác dụng: chất tạo ngọt và chất giữ ẩm. Tạo độ ngọt bằng 60% saccharose, là đường dùng trong thực phẩm ăn kiêng bởi vì cơ thể hấp thụ sorbitol rất chậm, không làm tăng nồng độ glucose trong máu, do đó không làm tăng lượng insulin trong cơ thể. Chính vì vậy mà dùng sorbitol thay đường rất hữu dụng. Sorbitol có tác dụng giữ ẩm: được dùng trong các loại bánh ngọt, chocolate – là những chất dễ bị khô cứng. Dùng sorbitol để duy trì độ mềm vừa đủ và độ tươi của sản phẩm trong quá trình bảo quản. Sorbitol thường được sử dụng kết hợp với những nguyên liệu khác như đường, chất tạo gel, protein và dầu thực vật. Trong cơ thể, sự phân hủy hoàn toàn sorbitol cho sản phẩm là hexane, từ đó tạo năng lượng cho cơ thể theo phương trình 19 C6H14O6 13 C6H14 + 36 CO2 + 42 H2O Do cơ thể hấp thụ sorbitol kém và chậm, sorbitol được xem là thành phần nguyên liệu kém hoạt động. Nhưng với một lượng sorbitol quá cao trong cơ thể (khoảng 50g đối với người lớn) có thể gây hại cho dạ dày và ruột. Quá nhiều sorbitol trong tế bào sẽ gây nguy hiểm. Mannitol Mannitol còn có tên gọi là đường manna, mannite, D – mannitol, ở dạng bột màu trắng, không mùi, vị ngọt. Mannitol là đồng phân của sorbitol và cũng là một loại đường alcohol, có CTPT là C6H14O6 giống sorbitol nhưng hình dạng khác nhau. sorbitol mannitol Tuy nhiên, trong dung dịch mannitol có khuynh hướng mất đi nguyên tử H khi liên kết với H2O, tạo nên tính acid, dẫn tới sự thay đổi pH. Lượng calories của sorbitol chỉ bằng ½ lượng calories của saccharose và có độ ngọt bằng ½ độ ngọt của saccharose. Cơ thể hấp thụ mannitol kém. Do đó khi hấp thụ vào cơ thể, mannitol không làm tăng lượng insulin trong máu. Đặc biệt mannitol cũng không gây sâu răng. Mannitol được ứng dụng trong sản xuất chewing gum, giúp chewing gum không bị hút ẩm trở nên kết dính. Tác dụng này là nhờ vào khả năng chống hút ẩm từ không khí của mannitol. III.Xylitol Cấu tạo hóa học của Xylitol Cấu trúc tinh thể của xylitol Xylitol còn được gọi là đường gỗ hay đường bulô. CTPT: C5H12O5, Khối lượng phân tử: 152,15 g/mol. Nó có dạng, vị và gây cảm giác hoàn toàn giống với đường. Xylitol tồn tại ở nhiều dạng. Ở dạng tinh thể, nó có thể thay thế cho đường trong quá trình chế biến các món ăn, làm bánh… Xylitol còn là thành phần của chewing gum, bạc hà, nước nhỏ mũi… Xylitol là chất tạo ngọt tự nhiên, không những an toàn, không gây hiệu quả xấu mà còn rất tốt cho răng, giúp ổn định insulin và nồng độ hormone trong máu. Xylitol được tìm ra như thế nào? Trong suốt thế chiến thứ II, đất nước Phần Lan đã trải qua sự thiếu hụt đường trầm trọng, lại không sản xuất đường nội địa. Những nhà khoa học Phần Lan đã tìm ra giải pháp: dùng xylitol làm đường thay thế. Xylitol có trong vỏ cây bulô, chứa lượng calories thấp. Trên thực tế xylitol đã được giới khoa học biết đến trước đó, và được sản xuất lần đầu tiên năm 1891 bởi một nhà hóa học Đức. Xylitol được các nhà sản xuất thực phẩm giới thiệu trên sản phẩm như thế nào? Ngày nay xylitol được sử dụng rất rộng rãi trong các sản phẩm bánh, kẹo, chewing gum không đường… Trên nhãn hiệu sản phẩm, xylitol được giới thiệu là “Hidrat Carbon ” hay rõ hơn là “polyol”. Xylitol là 1 chất tạo ngọt phổ biến dùng trong thực đơn dành cho người ăn kiêng. Bởi vì xylitol được cơ thể hấp thụ rất chậm và tạo ra năng lượng kém : 1g xylitol cung cấp 2,4 calories. Trên 25 năm được thử nghiệm rộng rãi trong nhiều điều kiện, sorbitol được chứng nhận là chất tạo ngọt tốt cho răng, làm giảm tỉ lệ sâu răng. IV.Fructose Fructose hay levulose là 1 loại đường đơn ( monosaccharide) được tìm thấy trong nhiều loại thực phẩm, và là 1 trong 3 loại đường máu quan trọng nhất cùng với glucose và galactose. Mật ong, trái cây, dưa gang, khoai lang, hành… chứa fructose, thường là kết hợp với saccharose hay glucose. Fructose còn là sản phẩm của phản ứng nghịch đảo đường nhờ enzyme invertase dưới tác dụng của nhiệt độ. Saccharose glucose + fructose Fructose được khuyên dùng cho những bệnh nhân tiểu đường và những người bị giảm đường huyết. Đó là do fructose chứa lượng ít glycemic hơn so với glucose. Cấu trúc của fructose: Fructose ngọt hơn glucose, nó gồm các đồng phân sau: alpha-D-Fructose beta-D-Fructose alpha-L-Fructose beta-L-Fructose Fructose thường được dùng thay thế cho saccharose trong quá trình sản xuất. Bởi vì fructose thường rẻ hơn saccharose, bên cạnh đó, nó không gây hậu quả xấu trong vấn đề tăng lượng glucose trong máu. Fructose khi được cơ thể hấp thụ sẽ tạo ra lượng calories tương đương với các loại monosaccharide khác: 4 calories (17kJ/g). Tuy nhiên do độ ngọt của fructose rất cao nên trong quá trình sản xuất, chỉ cần sử dụng lượng rất nhỏ fructose cũng đủ tạo độ ngọt mong muốn cho sản phẩm. Vì nguyên nhân như vậy nên fructose được xếp vào nhóm các loại đường kém dinh dưỡng. V.Mannose CTPT: C6H12O6 CTCT: Nhiệt độ nóng chảy: 132 0C D – mannose có trong vỏ cam, trong một số loại rong biển và nấm.. Mannose có trong thành phần của nhiều loại polysaccharide khác nhau như hemicellulose, chất nhầy. Khi thủy phân các polysaccharide này sẽ thu được mannose. Ngoài ra khi oxy hóa mannitol cũng có thể thu được mannose. Mannose dễ dàng bị lên men bởi nấm men. Cơ thể hấp thu mannose chậm hơn hấp thu glucose 8 lần. Do đó mannose được xếp vào nhóm chất tạo ngọt kém dinh dưỡng. Khi bị hấp thu, mannose không bị chuyển hóa thành glycogen, cũng không được dự trữ ở gan, mà đi thẳng vào máu. Mannose sẽ được lọc hoàn toàn bởi thận và chuyển xuống bọng đái. C – CHẤT TẠO NGỌT KHÔNG DINH DƯỠNG (CHẤT TẠO NGỌT NHÂN TẠO - ARTIFICIAL SWEETENERS) Ngày nay, công nghiệp thực phẩm phát triển mạnh mẽ, các loại đường ăn có nguồn gốc tự nhiên đang dần được thay thế bởi các loại chất tạo ngọt nhân tạo trong hầu hết các sản phẩm thương mại có đường. Hầu hết các loại chất tạo ngọt này ngọt hơn đường saccharose rất nhiều lần, nhưng cung cấp rất ít năng lượng, nghĩa là không có giá trị về mặt dinh dưỡng, thậm chí có một số loại hiện vẫn còn gây ra nhiều tranh cãi về ảnh hưởng của chúng đối với sức khỏe con người. Một điều thú vị là đa số các chất tạo ngọt này được tìm ra hết sức tình cờ trong phòng thí nghiệm. Các chất này có ý nghĩa về mặt kinh tế, vì chi phí sản xuất rẻ, cộng với độ ngọt hơn hẳn đường ăn hàng ngày. Về mặt y học, các chất này được sử dụng cho bệnh nhân mắc bệnh tiểu đường, vì lý do là chúng tạo ra giá trị về mặt cảm quan, đó là vị ngọt mong muốn, nhưng lại không cung cấp năng lượng, nghĩa là không làm tăng hàm lượng đường trong máu. Phần lớn chất tạo ngọt nhân tạo được cho phép sử dụng trong thực phẩm ở nhiều nước trên thế giới, phổ biến nhất là các loại sau: saccharin, aspartame, sucralose, neotame, acesulfame potassium, alitame… I. Saccharin 1.Nguồn gốc Saccharin là chất tạo ngọt nhân tạo đầu tiên, được Remsen và Fahlberg tìm ra năm 1879. Trong phòng thí nghiệm,saccharin được điều chế từ một dẫn xuất của toluen, đó là