Các biến đổi của nguyên liệu sau quá trình thanh trùng, tiệt trùng

Hoàn thiện sản phẩm: ứng dụng trong sx bia, loại bỏ các vsv lên men còn sót lại sau quá trình lọc giúp chất lượng sp k bị biến đổi trong suốt quá trình bảo quản Chuẩn bị: thanh trùng mô

Thanh trùng và tiệt trùng

Mục đích:

Bảo quản: quá trình thanh trùng/tiệt trùng sẽ làm vô hoạt bất thuận

nghịch enzyme và ức chế hệ vi sinh vật trong thực phẩm, nhờ đó sẽ kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm

Vd: Thanh trùng nước ép táo giúp loại bỏ các vsv còn sót lại trong quá trình chế biến giúp sp bảo quản lâu hơn

Chế biến: quá trình thanh trùng/tiệt trùng được xem là một phương

pháp chế biến nhiệt trong công nghiệp thực phẩm Đối với các nguyên liệu tươi như thịt, cá,… quá trình tiệt trùng nhiệt giúp làm chín sản phẩm

Vd: sd T cao trên 100 độ C để tiệt trùng sp đồ hộp thịt bò, đây vừa là qt tiêu diệt vsv vừa là qt nấu chín sp bên trong hộp chứa đựng

Hoàn thiện sản phẩm: ứng dụng trong sx bia, loại bỏ các vsv lên men

còn sót lại sau quá trình lọc giúp chất lượng sp k bị biến đổi trong suốt quá trình bảo quản

Chuẩn bị: thanh trùng môi trường sữa trước khi lên men làm sữa chua

để loại bỏ các vsv ngoại lai trước đó có sẵn trog sữa và chỉ tạo ra mt thuần khiết cho vsv lên men lactic tạo sữa chua

Các biến đổi của nguyên liệu sau quá trình thanh trùng, tiệt trùng

Vật lý: một số chỉ tiêu vật lý của thực phẩm sẽ thay đổi như thể tích,

trọng lượng, độ giòn, độ dai…Tùy theo từng trường hợp cụ thể mà

những biến đổi nói trên sẽ có ý nghĩa tích cực hoặc tiêu cực

Ví dụ như trong công nghệ sản xuất cá đóng hộp, quá trình tiệt trùng nhiệt sẽ làm cho cấu trúc của mô và xương cá trở nên mềm mại giúp cho người sử dụng dễ tiêu hóa thức ăn, nhờ đó làm tăng giá trị sử dụng của sản phẩm

Tuy nhiên trong công nghệ sản xuất đồ hộp trái cây, quá trình thanh trùng làm mềm mô trái => sp giảm độ giòn so vs trái cây tươi, từ đó giá trị cảm quan của sản phẩm bị giảm đi

Hóa học: nhiệt độ là một tác nhân quan trọng thúc đẩy các phản ứng hóa

học xảy ra Phản ứng hóa học phi enzyme (dưới tác dụng của nhiệt) phổ biến nhất là phản ứng Maillard Sản phẩm của phản ứng được gọi tên chung là melanoidin có màu sẫm và sự có mặt của chúng sẽ ảnh hưởng đến màu sắc lẫn hương vị thực phẩm

Tùy theo từng đối tượng nguyên liệu mà phản ứng Maillard sẽ có những ảnh hưởng khác nhau đến chất lượng thực phẩm

Ví dụ, trong sản xuất sữa tiệt trùng, nếu phản ứng Maillard xảy ra mạnh

mẽ do nhiệt độ cao và thời gian tiệt trùng kéo dài thì sữa sẽ bị sậm màu, giá trị dinh dưỡng và cảm quan của sản phẩm bị giảm đi đáng kể Tuy nhiên, trong công nghệ sản xuất nước artichoke đóng lon thì các sản phẩm của phản ứng Maillard sẽ làm cho thức uống có màu vàng đặc trưng, ảnh hưởng tốt đến giá trị cảm quan của sản phẩm

Hóa lý: sự gia tăng và giảm nhiệt độ trong quá trình thanh trùng và tiệt trùng có thể gây ra những biến đổi về pha như nước và một số chất dễ

bay hơi sẽ chuyển sang pha khí, protein hòa tan trong thực phẩm lỏng có thể bị đông tụ và chuyển sang pha rắn…

Sinh học: nhiệt độ cao sẽ làm cho quá trình trao đổi chất của tế bào sinh

vật ngừng lại, các vi sinh vật trong thực phẩm sẽ bị ức chế hoặc tiêu diệt

Hóa sinh: nhiệt độ cao sẽ làm biến tính bất thuận nghịch các enzyme có

mặt trong thực phẩm, do đó chúng sẽ bị vô hoạt

CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC 5.1 Quá trình thủy phân

5.1.1 Khái niệm và mục đích

1 Khái niệm

Quá trình thủy phân là quá trình phân cắt một hợp chất cao phân

tử thành các phân tử đơn giản hơn dưới tác dụng của các chất xúc tác và

có sự tham gia của nước Chất xúc tác có thể là enzym hoặc phi enzym

2 Mục đích

 Chế biến : chuyển hóa các chất có trong nguyên liệu ban đầu

để tạo ra sản phẩm mong muốn

Vd : Từ nguyên liệu có chứa protein như bã đậu nành, quá trình thủy phân sẽ tạo ra sản phẩm nước

tương Xúc tác vô cơ thường là HCl

 Khai thác - làm giàu và thu nhận các cấu tử có giá trị trong

nguyên liệu

Ví dụ:

 Trong công nghệ sản xuất bia, để lấy được dịch đường cho quá trình lên men, ta tiến hành thủy phân tinh bột có trong gạo và malt

để thu đc dịch đg => khai thác đường có trong nguyên liệu từ tinh bột

 Khai thác acid amin từ nguyên liệu giàu protein trong sản xuất nước chấm

 Chuẩn bị - làm thay đổi tính chất của nguyên liệu tạo điều

kiện thuận lợi cho các quá trình tiếp theo

Ví dụ:

 Trong công nghệ sản xuất nước ép trái cây, ta tiên hành thủy phân pectin để làm trong nước quả

 Thủy phân protopectin có trong vỏ cam, quýt giúp quá trình bóc vỏ diễn ra nhanh hơn do protopectin khi bị thủy phân tạo pectin làm vỏ có cấu trúc mềm hơn => chuẩn bị cho quá trình bóc

vỏ diễn ra thuận lợi hơn

 Thủy phân xelluloza trong sản xuất bao bì

 Bảo quản – thủy phân nhằm mục đích kéo dài thời gian bảo

quản của sản phẩm

Ví dụ: Thủy phân protein trong bia để tăng thời gian bảo quản bia

vì một số protein cao phân tử có khả năng keo tụ trong dịch đường làm

cho bia bị đục trong quá trình bảo quản.

5.1.2 Nguyên liệu, sự biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm

1 Nguyên liệu

Nguyên liệu đưa vào quá trình thủy phân rất đa dạng

 Nguồn gốc:

 Động vật: Glucozen, protein,…

 Thực vật: Tinh bột, lipit, pectin…

 Vi sinh vật: Cao nấm men

 Thể - tồn tại ở thể tự do hoặc liên kết

 Trạng thái:

 Huyền phù: Nước quả…

 Hệ phân tán thô: Các chất hòa tan, chất không hòa tan và dung môi

Chất xúc tác sử dụng trong quá trình thủy phân có hai loại:

 Chất xúc tác hóa học: HCl, HNO3…

 Chất xúc tác sinh học – enzyme

2 Sự biến đổi của nguyên liệu

Biến đổi vật lí và hóa lí

 Trạng thái – nguyên liệu chuyển từ trạng thái không tan sang trạng thái tan

Ví dụ: Tinh bột không tan thủy phân thành đường chuyển thành trạng thái tan

 Nồng độ chất tan – nồng độ chất tan của dung dịch tăng lên

 Keo tụ protein – protein bị keo tụ do nhiệt độ cao hoặc pH,

do tác động của phản ứng thủy phân

 Hòa tan – hòa tan các chất có trong nguyên liệu vào trong dung dịch

Vật lý :

 Thể tích, khối lượng, khối lượng riêng của nguyên liệu thay đổi phụ thuộc vào bản chất của nguyên liệu và chế độ thủy phân

 Nhiệt độ : mọi pư hh đều tuân theo định luật Van-Hoff

Tức T tăng thì V phản ứng thủy phân tăng

Riêng pư xúc tác bằng enzym thì k tuân theo định luật này, do enzym đặc hiệu và hoạt động trog đk tối thích của nó về T và pH, vượt qua đk ts thích thì enzym bị bất hoạt nên k xúc tác đc pư xảy

ra như các chất xt vô cơ

Và điều này tương tự như trog phản ứng oxi hóa

Biến đổi hóa học – có sự chuyển hóa các chất làm thay đổi thành

phần hóa học của nguyên liệu, sản phẩm thu được gồm: Sản phẩm chính mong muốn và sản phẩm phụ không mong muốn ảnh hưởng xấu đến chất lượng của sản phẩm thực phẩm.

Tỉ lệ sản phẩm phụ và sản phẩm chính phụ thuộc vào:

 Tác nhân thủy phân (vô cơ hay hữu cơ)

 Chế độ thủy phân

Ví dụ: Sản xuất nước chấm cần thủy phân protein, nếu dùng enzyme sẽ sinh ít sản phẩm phụ, nếu dùng H+ sẽ sinh nhiều sản phẩm phụ là 3MCPD – chất có khả năng gây ra bệnh ung thư

Biến đổi hóa sinh

 Tế bào – màng tế bào bị thủy phân, phá hủy

Ví dụ: Thủy phân cao nấm men làm cho màng tế bào nấm men bị phá hủy

 Enyme có sẵn trong nguyên liệu hoạt động ở điều kiện tối

thích và bị vô hoạt ở nhiệt độ cao.

 Vi sinh vật – mức độ hoạt động của vi sinh vật phụ thuộc :

 Nhiệt độ thấp, pH không quá thấp hoặc quá cao vi sinh vật hoạt động mạnh

 Nhiệt độ cao, pH quá cao hoặc quá thấp vi sinh vật bị tiêu diệt

Biến đổi cảm quan – thay đổi các chỉ số cảm quan

 Vị - tăng hoặc xuất hiện thêm vị mới

 Màu, mùi – các sản phẩm thủy phân cho mùi đặc trưng vì không những sinh ra sản phẩm chính mà còn có những sản phẩm phụ khác

3 Sản phẩm

Sản phẩm thu được sau quá trình thủy phân có sản phẩm chính và sản phẩm phụ, tỷ lệ sản phẩm chính và sản phẩm phụ phụ thuộc vào chế

độ thủy phân và chất xúc tác

5.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân

Trong quá trình thủy phân biến đổi chủ yếu là biến đổi hóa học và

có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân

3.1 Hoạt tính xúc tác và nồng độ ion H +

 Hoạt độ xt axit vô cơ > xúc tác axit hữu cơ

 Khi sử dụng acid vô cơ làm chất xúc tác, acid phân ly càng mạnh thì phản ứng thủy phân xảy ra càng mạnh Trong các loại acid làm chất xúc tác vô cơ thì HCl có hoạt tính lớn nhất nên được sử dụng phổ

biến nhất, H2SO4 có hoạt tính bằng 50% HCl nhưng rẻ hơn, ít bay hơi, ít độc cho người và ít ăn mòn thiết bị, khả năng phân ly kém

 Khi sử dụng enzyme làm chất xúc tác, mỗi loại enzyme có tính đặc hiệu riêng và hoạt động trong những điều kiện thích hợp về nhiệt độ và pH của môi trường Ở những điều kiện thích hợp thì hoạt tính của enzyme cao và quá trình thủy phân diễn ra mạnh mẽ Do đó, phải chọn enzyme và điều kiện thích hợp cho từng loại enzyme

Ví dụ:

 Enzyme amylaza thủy phân tinh bột thành đường glucoza và dextrin

 Enzyme proteaza thủy phân protein thành acid amin tự do

- Phụ thuộc bản chất nguyên liệu và yêu cầu của sản phẩm mà lựa chọn chất xúc tác

3.2 Chất xúc tác và nồng độ chất xúc tác

Lượng chất xúc tác và nồng độ chất xúc tác tăng thì tốc độ thủy phân tăng nhưng chỉ tăng có mức độ đủ để thủy phân tương đối triệt để, sản phẩm thủy phân ít bị phân hủy, nhưng tăng sp phụ và chi phí

Hàm lượng thấp – k đạt đc H% thủy phân

Xác định hàm lượng chất xúc tác tối ưu dựa vào cơ chế thủy phân

và bằng thực nghiệm

Ví dụ: thủy phân saccharose để sx đường nghịch đảo sử dụng hàm lượng acid citric: 750g/100 Kg nguyên liệu

3.3 Ảnh hưởng của cơ chất thủy phân

Nồng độ cơ chất của nguyên liệu đưa vào quá trình thủy phân Nếu nguyên liệu tăng năng suất của quá trình sẽ tăng lên, giảm chi phí nhưng H% thủy phân giảm Khi giới hạn nồng độ cơ chất của nguyên liệu ở mức độ nhỏ, phản ứng thủy phân sẽ triệt để hơn, time nhanh hơn nhưng C k đạt y/c Do đó tùy thuộc vào yêu cầu chất lượng sản phẩm mà khống chế nồng độ cơ chất

Hiệu suất thủy phân: Tỷ lệ hàm lượng cơ chất đã được thủy phân so với hàm lượng cơ chất ban đầu

C thấp: phản ứng thủy phân triệt để, hiệu suất thủy phân tăng, giảm thời gian nhưng nồng độ sản phẩm thấp

C cao: tăng năng suất và giảm chi phí năng lượng

Xác định C cơ chất tối ưu bằng thực nghiệm

Ví dụ: thủy phân tinh bột sx đường nha thì C tinh bột ban đầu: 40 – 43% w/w

3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường

Khi thủy phân bằng acid nhiệt độ yêu cầu lớn hơn 1000C Khi nhiệt độ tăng lên thì tốc độ thủy phân tăng nhưng sự tăng nhiệt độ chỉ có giới hạn vì nếu tăng quá cao có thể sẽ có các hợp chất hữu cơ khác bị thủy phân gây tổn thất sản phẩm – xảy rả các pư phụ và phân hủy sp thủy phân, đồng thời làm tăng chi phí

Ví dụ: Thủy phân tinh bột ở nhiệt độ 1400C, thủy phân protein ở nhiệt độ 1201600C

Đối với quá trình thủy phân bằng enzyme thì nhiệt độ thủy phân

tối thích đối với từng loại enzyme và tốc độ quá trình thủy phân phụ thuộc vào từng loại enzyme, nồng độ enzyme và pH của môi trường

Xác định T tối ưu = thực nghiệm

3.5 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân

Thời gian thích hợp sẽ có tác dụng thúc đẩy quá trình thủy phân

Ví dụ: Thủy phân tinh bột bằng acid thời gian 2025phút

Thời gian thủy phân dài

- Hàm lượng sản phẩm tăng

- Nhưng tăng chi phí

- Giảm năng suất

- Tăng sản phẩm phụ

=> biết kết thúc quá trình thủy phân khi nào để đảm bảo kinh tế và chất lượng

5.1.4 Phương pháp thực hiện

1 Chọn chất xúc tác

Chất xúc tác ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của sản phẩm thu được sau quá trình thủy phân và tốc độ của các phản ứng thủy phân.

Chất xúc tác được lựa chọn dựa vào các tiêu chí sau:

 Mức độ và tốc độ của phản ứng thủy phân

 Thành phần hóa học và tỉ lệ các sản phẩm thu được sau quá trình thủy phân

 Mức độ ảnh hưởng đến sản phẩm sau quá trình thủy phân

 Tính độc hại, ăn mòn thiết bị.

 Giá thành và mức độ phổ biến của chất xúc tác

Khi thủy phân có thể chọn chất xúc tác là acid hoặc enzyme, đôi khi phối hợp hai phương pháp enzyme và acid

2 Chọn chế độ thủy phân

 Nhiệt độ và thời gian thủy phân phụ thuộc vào nguyên liệu cần thủy phân

 Lượng nước cần bổ sung trong suốt quá trình thủy phân liên

quan đến nồng độ cơ chất Nếu thủy phân sâu dùng nồng độ cơ chất

loãng, nếu không cần thực hiện phản ứng thủy phân triệt để đến cùng ta

sử dụng nồng độ cơ chất vừa đủ chất phản ứng

 Hàm lượng chất xúc tác sử dụng

 Áp suất trong quá trình thủy phân Thông thường khi thủy phân bằng acid chọn phương án áp suất cao để phản ứng xảy ra nhanh và triệt để, còn thủy phân bằng enzyme chọn phương pháp thủy phân trong điều kiện áp suất thường

 Phương pháp thủy phân liên tục hay gián đoạn Phương pháp thủy phân liên tục có ưu điểm rút ngắn thời gian thủy phân, giảm tiêu hao nhiên liệu, tăng chất và lượng sản phẩm và tạo điều kiện tự động hóa tốt Phương pháp làm việc gián đoạn cần phải nghiên cứu kĩ mối quan hệ phụ thuộc giữa mức độ thủy phân với thời gian để xác định được thời gian thích hợp đạt mức độ thủy phân cực đại

3 Thiết bị thủy phân

Sử dụng các thiết bị nhiệt gia nhiệt trực tiếp hoặc gián tiếp, đảm bảo điều chỉnh được các thông số kĩ thuật, không bị ăn mòn và

có cánh khuấy.

- Phương thức truyền T

- P làm việc

- vật liệu

- khuấy trộn

Thiết bị chủ yếu là bình trụ bằng thép được hàn với hai phần côn trên và dưới Để ngăn ngừa sự hoen gỉ, bề mặt bên trong của thiết bị được phủ lớp bêtông (70 ÷ 90mm) có lớp phủ mặt Lớp phủ mặt là những vật liệu chịu nhiệt và bền với acid - gạch gốm, bản grafit, gạch samot chịu lửa

5.2 Quá trình làm thay đổi màu

5.2.1 Khái niệm và mục đích

1 Khái niệm

Quá trình làm thay đổi màu là quá trình chuyển hóa các chất màu có sẵn trong nguyên liệu thành các chất không màu hoặc các chất màu khác, hoặc có thể biến các chất không màu thành các hợp chất có màu mới dưới tác động của một số yếu tố lí hóa học…

Quá trình làm thay đổi màu trong công nghệ thực phẩm nhằm mục đích hạn chế sự thay đổi đến mức thấp nhất để giữ được màu tự nhiên của sản phẩm Ví dụ: Chế biến chè xanh, sấy khô rau quả… hoặc khử màu để tăng chất lượng của sản phẩm, tạo cho sản phẩm có màu sắc

đẹp Ví dụ: Tẩy màu tinh bột, tẩy màu các dung dịch đường… Ngoài ra còn tạo các màu đặc trưng cho sản phẩm bằng phương pháp bổ sung màu thực phẩm vào sản phẩm Ví dụ: Pha màu rượu, pha màu nước quả, nước giải khát…

Sự thay đổi màu trong công nghệ thực phẩm do các nguyên nhân sau đây:

1.1 Tác nhân vật lý

Như tác động của ánh sáng làm tăng màu hoặc mất màu hoặc do tác dụng cơ học như khuấy, trộn, đảo làm cho sản phẩm trắng dần

1.2 Tác nhân hóa học

Do các môi trường acid, kiềm hoặc trung tính, do độ ẩm làm thay đổi màu tự nhiên Hoặc do các phản ứng caramen tạo màu nâu, phản ứng Maiallard trong các quá trình gia nhiệt đường hoặc cô đặc kết tinh các sản phẩm dưới tác dụng nhiệt

Ngoài ra, còn có các phản ứng kết hợp phenol với ion sắt

Ví dụ:

 Với ion Fe3+ thường tạo màu tím với các hợp chất chứa amin

 Với ion Fe2+ thường tạo màu xanh với các hợp chất chứa amin

1.3 Tác nhân vi sinh vật

Một số nấm mốc gây hại làm thay đổi màu như mốc xanh, mốc vàng, mốc xám,… hoặc tạo màu do tác dụng của enzyme

1.4 Tác nhân sinh học

Do quá trình chín của nguyên liệu làm thay đổi màu sắc cho tới khi có màu đặc trưng

Ví dụ:

 Cà chua chín có màu sắc thay đổi xanh thành đỏ

 Chuối chín có màu sắc thay đổi xanh thành vàng

Sự thay đổi sắc do các nguyên nhân trên dẫn đến sự thay đổi về chất lượng hóa sinh và chất lượng cảm quan của sản phẩm, mùi vị

2 Mục đích

 Chế biến : Tạo màu đặc trưng cho sản phẩm thực phẩm bằng

các phản ứng hóa học hoặc bổ sung màu trực tiếp cho sản phẩm

Ví dụ: Như trong quy trình sx bia, người ta bs thêm chất tạo màu caramen để bia có màu cánh gián đẹp mắt hơn

Trog công nghệ sx nước ngọt cocacola, ban đầu nước có màu xanh, sau đó người ta bs màu thành nâu để thu hút người tiêu dùng

 Bảo quản : Hạn chế sự biến đổi, giữ màu cho nguyên liệu –

giữ màu sắc tự nhiên cho nguyên liệu

Ví dụ: Giữ màu xanh cho chè xanh, rau xanh trong quá trình chần, hấp…

 Chuẩn bị và khai thác - quá trình dấm chín được sử dụng để

chuẩn bị cho các quá trình tiếp theo

Vd: chuối xanh => dấm chín => có màu vàng, chuyển hóa tb thành

đg => sx mứt quả

 Hoàn thiện chất lượng của sản phẩm – rau quả khi đạt