HÓA THỰC PHẨM GIÁO TRÌNH chuong 1: NƯỚC

đ môi tr ng t ng thì c th c n 3,5 lít/ngày ho c khi c th ph i v n đ ng nhi u nhu c u

n c t ng lên đ n 4 lít/ngày Tr s sinh có th c n 140 g/kg th tr ng (g p 4 l n ng i

l n) Trong c th ng i và đ ng v t nh n c mà ph n ng th y phân th c n m i đ c

ti n hành M t m t n c đ c b sung t môi tr ng ngoài vào c th , m t khác n c l i

đ c bài ti t t c th ra môi tr ng xung quanh Qua s trao đ i mà c th s đào th i

đ c các ch t d th a, c n bã, ch t đ c có h i ra kh i c th

Con ng i và đ ng v t b sung n c t th c u ng và th c n Trong 2,5 lít n c

c n m i ngày thì 1 lít t n c u ng, 1,2 lít t th c n và 0,3 lít trong các ph n ng n i sinh trong c th Qua tính toán, khi oxy hóa 100g protein t o 41ml n c, 100g glucide t o

55ml n c, 100g lipid t o 107ml n c

Khi vào c th , n c đ c chuy n nhanh t i t ng mô t bào nh h th ng tu n hoàn Sau đó t i các c quan n c đ i m i và bài xu t ra ngoài Trong đi u ki n th ng, c th bài xu t 2,5 lít n c trong đó 50% qua th n (n c ti u), 13% qua ph i (hô h p), ph n còn

l i kho ng 32% s bài ti t qua da (m hôi) T l này thay đ i r t l n tùy thu c vào đi u

ki n bên ngoài Khi làm vi c trong phân x ng gia công nóng thì n c bài ti t qua da là

ch y u Khi th i ti t l nh, không xu t m hôi đ c thì l ng n c bài ti t qua th n s chi m ph n l n

N c là thành ph n ch y u, b t bu c trong m i t bào và c th s ng Do phân t

n c có tính phân c c nên n c có nh ng đ c tính hoá – lí đ c bi t làm cho nó có vai trò

r t quan tr ng đ i v i s s ng Các phân t n c trong t bào t n t i d ng t do ho c liên

k t v i các thành ph n khác Vì v y, n c v a là thành ph n c u t o v a là dung môi hòa tan nhi u ch t tan c n thi t cho các ho t đ ng s ng c a t bào Trong t bào, n c phân b

ch y u ch t nguyên sinh N c là môi tr ng khu ch tán và môi tr ng ph n ng ch

y u c a các thành ph n hoá h c trong t bào N c còn là nguyên li u cho các ph n ng sinh hoá trong t bào nh : ph n ng th y phân, ph n ng hydrat hóa, ph n ng oxy hóa

kh sinh h c

Do có kh n ng d n nhi t, to nhi t và b c h i cao nên n c đóng vai trò quan tr ng trong quá trình trao đ i nhi t, đ m b o s cân b ng và n đ nh nhi t đ trong t bào nói riêng và c th nói chung N c gi nhi m v đi u hòa thân nhi t và n đ nh nhi t cho c

th Thân nhi t c a m i loài sinh v t có khác nhau chút ít nh ng lúc nào c ng ph i không thay đ i Thân nhi t c a con ng i là 370C

Nh tính ch t d hòa tan trong n c c a các ch t, n c đóng vai trò v n chuy n các

ch t đ n các c quan c n thi t c a c th Do tính đi n ly y u, n c gi vai trò c a m t

Các lo i qu m ng: anh đào, lê

Táo, đào, cam, b i

N c là nguyên li u chính c a s n ph m bia, n c gi i khát… N c tham gia vào

vi c t o c u trúc và tr ng thái c a các s n ph m ch bi n Thông quá các t ng tác v t lý

v i protein, polysaccharide, lipid và mu i, n c góp ph n quan tr ng trong vi c t o c u trúc c ng nh t ng c ng ch t l ng c m quan c a th c ph m N c nh h ng đ n kh

L p x ng

Bánh mì Bánh trung thu Biscuit

Mì n li n Bún t i

-Ph n ng đi u ch r u etylic

CH2 = CH2 + H2O C2H5OH

-Ph n ng th y phân đ ng sucrose

C12H22O11 + H2O 2 C6H12O6

N c là m t lo i dung môi r t t t có kh n ng hòa tan m t s ch t r n, khi n ng đ

ch t tan trong n c càng l n thì nhi t đ sôi càng cao và nhi t đ đông đ c c a dung d ch càng th p N c là m t dung môi đ c bi t có kh n ng xâm nh p hòa tan r t nhi u các ch t

vô c , h u c thành dung d ch V i phân t nh và phân c c m nh, n c c ng có kh n ng

th m t và phân rã các ch t khó tan t o thành các h phân tán nh keo, huy n phù

N c làm t ng c ng các quá trình sinh h c nh hô h p, n y m m, lên men

Phân t n c đ c c u t o t m t nguyên t oxy k t h p v i hai nguyên t hydro

b ng các liên k t c ng hoá tr Nguyên t oxy và hai nguyên t hydro t o thành m t tam giác cân đ nh là nguyên t oxy Góc t o thành gi a nguyên t oxy và hai nguyên t hydro

là 104,450, kho ng cách liên k t gi a nguyên t oxy và nguyên t hydro là 0,9684 A0 Công

th c phân t n c là H2O Phân t l ng c a n c là 18

Hình 1.2 C u trúc c a phân t n c

Do đôi electron trong m i liên k t b kéo l ch v phía oxy nên phân t n c có hai

đ u tích đi n trái d u nhau Các đám mây đi n t c a oxy và hydro t o thành d ng t di n,

có đ phân c c m nh Nh v y, phân t n c có 4 c c tích đi n Hai c c âm t ng ng

v i các c p đi n t d c a nguyên t oxy và hai c c d ng t ng ng v i hai nhân nguyên

t hydro có m t đ đi n t th p Do s phân b đi n tích đ i x ng nh v y, phân t n c

bi u hi n tính phân c c rõ ràng và nh vào s phân c c này mà n c có kh n ng hòa tan

đ c nhi u h p ch t khác nhau

1.2.2 Liên h p phân t n c

N c là m t phân t phân c c, nên các phân t n c có tính ch t h p d n l n nhau

nh l c hút t nh đi n S h p d n này t o nên m i liên k t hydro, nh đó nhi t đ th ng chúng tr ng thái l ng Các phân t n c t ng tác l n nhau thông qua liên k t hydro là

m t liên k t không b n v ng N ng l ng đ phân ly liên k t hydro là 25 kJ/mol Liên k t

c a các phân t n c thông qua liên k t hydro ch t n t i trong m t ph n nh c a m t giây, sau đó các phân t n c tách ra kh i liên k t này và liên k t v i các phân t n c khác

ng kính nh c a nguyên t hydro đóng vai trò quan tr ng cho vi c t o thành các liên

k t hydro, b i vì ch có nh v y nguyên t hydro m i có th đ n g n nguyên t oxy m t

ch ng m c đ y đ Các ch t khác có tr ng l ng phân t t ng đ ng v i n c.Ví d :

H2S không t o thành các liên k t t ng t vì hi u s đi n tích quá nh gi a các ph n liên

k t Vi c t o chu i c a các phân t n c thông qua liên k t c u n i hydro là nguyên nhân cho n c có nhi u tính ch t đ c bi t Ví d n c m c dù có kh i l ng mol nh vào kho ng

18g/mol v n th l ng trong đi u ki n tiêu chu n Ng c l i, H2S t n t i d ng khí cùng trong nh ng đi u ki n này N c có kh i l ng riêng nh nh t 40C và nh vào đó mà

b ng đá có th n i lên trên m t n c; hi n t ng này đ c gi i thích nh vào liên k t c u

n i hydro

Hình 1.3 Liên k t hydro gi a các phân t n c

Quan sát c u trúc hoá h c c a n c th y hai nguyên t hydro liên k t v i m t nguyên t oxy t o ra phân t n c có tính phân c c mang đi n tích d ng khu v c g n

m i nguyên t hydro và mang đi n tích âm khu v c g n v i nguyên t oxy S h p d n

t nh đi n gi a các phân t n c t o nên m i liên k t hydro t o ra các m ng l i n c M t phân t n c có th g n v i t i đa b n phân t n c khác t o nên c u trúc t di n đ t o

thành liên h p phân t n c, công th c: [H2O]n v i n = 1, 2, 3, 4, 5… Giá tr n thay đ i

theo nhi t đ ( th h i n = 1; th r n n = 5 )

tr ng thái r n, c u trúc c b n g m m t phân t n c trung tâm và b n phân t xung quanh, t p h p thành hình t di n (hình 1.3)

Hình 1.4 C u trúc t di n c a n c đá

S b n hóa c u trúc c a n c đá không nh ng do có m t các ion l tr ng c a nó,

mà còn do đ a thêm vào nh ng phân t t o đ c liên k t hydro v i các phân t n c M t khác, c u trúc c a n c đ c làm b n, khi n c còn n m tr ng thái l ng và khi tr n l n

nó v i ch t khác

Các y u t nh h ng đ n quá trình liên h p c a n c

C u trúc liên h p phân t c a n c tr ng thái dung d ch không b n do chuy n

đ ng nhi t bình th ng c a các phân t n c c ng đ đ phá v liên k t hydro Vì th các liên h p n c liên t c đ c hình thành và b phá v cho đ n khi đ t đ c tr ng thái cân

b ng v đ ng l c h c Chính s không b n v ng c a các liên h p phân t n c là nguyên nhân khi n n c có đ nh t th p tr ng thái l ng d ng phân t liên h p kép đôi là b n

v ng nh t Khi đun nóng n c đ n 1000C thì h u h t các phân t n c t n t i d i d ng

đ n phân t H2O Vì v y, nhi t đ làm thay đ i t c đ dao đ ng c a các phân t n c và

Nhi t dung c a n c r t khác th ng v đ l n và thay đ i theo nhi t đ T

0270C nhi t dung c a n c gi m xu ng và ngay sau đó l i t ng lên Nhi t hóa h i c a

n c c ng cao h n các ch t l ng quen thu c do nhi t l ng c n đ c cung c p đ đun nóng và đ phá v các liên k t hydro ây là các tính ch t c n l u ý khi tính toán các quá

trình nhi t nh n u, thanh trùng, cô đ c, s y, làm l nh đông các s n ph m

D i áp su t bình th ng n c có kh i l ng riêng (t tr ng) cao nh t là 40C: 1g/cm³ đó là vì n c v n ti p t c giãn n khi nhi t đ gi m xu ng d i 40C i u này không đ c quan sát b t k m t ch t nào khác i u này có ngh a là: kho ng nhi t đ

trên 40C, n c có đ c tính gi ng m i v t khác là nóng n , l nh co; nh ng kho ng nhi t

đ d i 40C, n c l i l nh n , nóng co Do hình th đ c bi t c a phân t n c (v i góc liên k t 104,450), khi b làm l nh các phân t ph i d i xa ra đ t o liên k t tinh th l c giác

m Vì v y mà t tr ng c a n c đá nh h n n c th l ng

Trong v t lý đi m ba tr ng thái c a m t ch t là t i nhi t đ và áp su t mà đó 3 pha

c a ch t đó (khí, l ng, r n) có th cùng t n t i trong cân b ng nhi t đ ng l c h c V i

n c, nhi t đ 0,00980C và áp su t 4,579mmHg n c có th t n t i đ ng th i 3 tr ng thái: n c đá, n c l ng và h i n c, nhi t đ đó g i là đi m ba c a n c

phân c c cao nên có th hòa tan nhi u ch t khác nhau N c có kh n ng hòa tan và khu ch tán nhi u ch t hóa h c là do t ng tác c a các c c phân t n c lên b m t các ch t nhúng trong n c làm l c gi a các nguyên t và l c gi a các phân t c a chúng

gi m đi 80 l n N c có h ng s đi n môi, tính l ng c c cao N c phân ly các ch t khác

nh ng b n thân l i b n v ng và là dung môi tr v m t hóa h c C u trúc phân t c a n c

v i nhi u l h ng cho phép nó sau khi c t đ t các liên k t hydro thì k t h p v i các phân

t ho c các ph n phân t c a nh ng ch t khác do đó t o đi u ki n cho n c hòa tan d dàng đ c nhi u ch t

N c có kh n ng phân tán nhi u h p ch t ch a các nhóm không c c đ t o mixen

do xu h ng m t s l ng l n các phân t n c t ng tác v i nhau nh liên k t hidro

đ a vào n c m t c u trúc không c c đòi h i m t n ng l ng l n

Khi đ a vào n c các ch t khác nhau d i d ng dung d ch keo s t o ra thu c tính

k t h p, tùy thu c vào s l ng phân t có m t s làm tính ch t c a n c thay đ i: gi m

áp su t h i bão hòa, t ng đi m sôi, gi m đi m đóng b ng, gi m s c ng b m t, t ng đ

nh t, t o ra áp su t th m th u qua màng bán th m…

6,012 KJ/mol 40,657 KJ/mol 50,91 KJ/mol

72,75.10-3 2,3388 4,1818 0,5984 1,4.10-7

80,20

0,99984 1,793.10-3

75,64.10-30,6113 4,2176 0,5610 1,3.10-7

87,90

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

Liên k t phân t : Do c u trúc phân t t o ra các liên k t v i các phân t n c, ví d

CuSO4.5H2O, Na2HPO4.12H2O hay các lo i protein, acide nucleic hydrat hóa

N c trong liên k t hóa h c b n và không m t đi trong quá trình x lý, chi m kho ng

4÷6% l ng n c

1.3.2.2 Liên k t hóa lý

N c h p ph : Do b n ch t hóa h c c a các ch t s ng đa s là polymer, có tr ng

l c phân t l n h n n c nên d h p ph n c lên b m t phân t c a mình hình thành

m t l p n c hydrat hóa N c h p ph c ng khá b n v ng, mu n tách c n ph i có m t

n ng l ng nào đó

N c th m th u k t c u: đây có khái ni m màng bán th m, do các ch t trong t

bào s ng g m các đ i phân t polymer sinh h c và các ti u phân t s k t h p v i nhau hình thành c u trúc m ng gel, gi ng nh nh ng m ng l i N c vào các l h ng trên

- N c t do trong mao qu n: do chênh l ch áp su t th y t nh n c t do bên ngoài

s b hút vào các ng mao d n trong c u trúc c a th c ph m

- N c t do th m t b m t: là l ng n c d bao ph toàn b b m t v t li u,

đây chính là dung môi c a các dung d ch n c

1.4 Ho t đ n c

Giá tr th c ph m c ng nh tính ch t c m v , đ b n c a các s n ph m th c ph m khi b o qu n là do thành ph n các ch t h u c và vô c trong chúng quy t đ nh Trong các

th c ph m đó n c có nh h ng l n h n c

T ng tác gi a các ch t khô và n c trong s n ph m th c ph m c ng khác nhau Các h p ch t nh : đ ng, acid, mu i vô c , các h p ch t th m và các s c t thì hòa tan

trong n c trong khi đó protein tr ng thái keo ho c lipid thì không tan trong n c Nh

v y m i quan h gi a n c và t ng lo i h p ph n trong s n ph m th c ph m là khác nhau

Th c t ch ng t khi nghiên c u các đi u ki n t i u trong quá trình b o qu n th c

ph m, th y r ng hàm m tuy t đ i c a các s n ph m th c ph m không ph i là y u t quy t

đ nh th i gian b o qu n c a m t s n ph m Ch ng h n đ ng kính có đ m 0,12%, chè

có đ m 8%, pho mát là 40% v n có th b o qu n trong cùng m t đ m t ng đ i c a

không khí là 70% T nh ng n m 1952, W J Scott đã đ a ra k t lu n r ng th i gian b o

qu n c a th c ph m không ph thu c vào hàm l ng n c mà ph thu c vào ho t đ n c

ph n c a nó trong dung d ch Do s t ng tác gi a các phân t dung môi v i các ph n t

ch t hòa tan nên kh n ng bay h i n c c a dung d ch n c kém h n dung môi n c

nguyên ch t

Hình 1.5 Áp su t h i c a n c trong th c ph m và n c nguyên ch t

Trong th c ph m, luôn có m t l ng n c nh t đ nh do đó s có m t áp su t h i

riêng ph n c a n c

N u g i P0: áp su t h i bão hòa c a dung môi n c nguyên ch t nhi t đ T

P: áp su t h i riêng ph n c a n c trong dung d ch, v t th m nhi t đ T

n: s phân t gam ch t hòa tan

N: s phân t gam dung môi

Bi u th c toán h c c a đ nh lu t Raoult có d ng:

T s áp su t h i c a dung d ch và dung môi đ c g i là ho t đ n c và đ c ký

hi u là aw:

n N

N P

Ho t đ n c nguyên ch t b ng 1 đ n v Ho t đ n c c a m t dung d ch hay m t

th c ph m luôn luôn nh h n 1 đi u ki n cân b ng có s b ng nhau gi a ho t đ n c

c a m t dung d ch hay m t th c ph m và áp su t h i t ng đ i do dung d ch hay th c

ph m t o ra trong khí quy n kín bao quanh nó

m t ng đ i (W): là hàm l ng n c t do có trong th c ph m n v tính: %

n c t do trong toàn b kh i l ng s n ph m th c ph m (xác đ nh b ng ph ng pháp s y

t i kh i l ng không đ i)

Ho t đ n c (aw): không có đ n v tính Ho t đ n c liên h v i đ m t ng đ i

tr ng thái cân b ng (W%) theo công th c sau:

đi u ki n cân b ng, c ng có s t ng đ ng gi a đ m t ng đ i c a không khí

và ho t đ n c c a th c ph m đ t trong không khí đó T đó th y r ng ho t đ n c phù thu c vào đ m hay t ng l ng n c có trong th c ph m đó S n ph m có hàm m cao

th ng ch a nhi u n c t do, do đó ho t đ n c cao

Các ch t không hòa tan trong th c ph m không làm gi m áp su t h i riêng ph n c a

n c do đó không nh h ng đ n ho t đ n c Các ch t hòa tan trong th c ph m s làm

nP

P

nN

nP

P

nN

nP

PP

PP

nN

nPPP

0 0

0 0

0

0 0

1

100% 

aw

B ng 1.4 Ho t đ n c c a m t s dung d ch bưo hòa 20 0 C Dung d ch bưo hòa N ng đ [% tr ng l ng] a w

0,20

1.5 ng đ ng nhi t h p th

ng đ ng nhi t h p th (ho c ph n h p th ) là đ ng cong đ ch l ng n c

đ c gi b i m t th c ph m nào đó, khi đi u ki n cân b ng và t i m t nhi t đ xác đ nh,

ph thu c vào đ m t ng đ i c a khí quy n bao quanh Hay ng c l i, nó ch áp su t h i gây ra b i n c c a m t th c ph m ph thu c vào hàm l ng n c c a chính th c ph m

đó

ng đ ng nhi t h p th và ph n h p th có th thu đ c b ng ph ng pháp th c nghi m đ i v i m i s n ph m và m i m t nhi t đ nh t đ nh

1.5.1 ng đ ng nhi t h p th và tr ng thái c a n c trong các th c ph m

Phân tích đ ng đ ng nhi t h p th và ph n h p th s cho phép nh n đ nh m t cách khái quát các d ng liên k t chính c a n c v i các c u t c a th c ph m Các nhà nghiên

c u đ u th ng nh t là trên các đ ng đ ng nhi t và ph n h p th ít ra có hai vùng khác

nhau

1.5.1.1 N c liên k t b n

Hình 1.6 ng đ ng nhi t h p th và ph n h p th

o n I (hình 1.6) có ho t đ n c n m kho ng gi a 0 và 0,3 t ng ng v i tr ng thái n c t n t i d ng liên k t b n có đ h p ph m nh và kém linh đ ng nh t Trong vùng này c a đ ng đ ng nhi t n c t o ra l p đ n phân trong đó n c đ c đ nh v vào các nhóm có c c c a m t s ch t Ví d : nhóm NH3+và COO- c a protein và các nhóm

OH-c a tinh b t và có th c n c k t tinh c a các mu i và đ ng Trong th c ph m l ng

n c này ch a t 3 đ n 10g trong 100g s n ph m khô (phi ch t béo)

B ng 1.6 Giá tr c a l p n c đ n phân m t s th c ph m khô