chất thơm trong công nghệ thực phẩm :

chất thơm trong công nghệ thực phẩm :

1 Ý nghĩa chất thơm trong công nghệ thực phẩm :

Cũng như màu sắc, hương thơm là một tính chất cảm quan quan trọng của thực phẩm vìchúng có tác dụng sinh lý rõ rệt Chất thơm ảnh hưởng đến nhịp đập của tim, hệ tuần hoàn,đến hô hấp, nhịp thở, tiêu hóa, thính giác, thị giác và cả xúc giác Vì vậy trong công nghệ thựcphẩm người ta thường tìm các biện pháp kỹ thuật để bảo quản chất thơm và tìm cách điềukhiển các phản ứng hóa học để tạo ra các chất thơm mới

2 Vài nét về chất thơm :

Trong hơn 2 triệu chất hữu cơ thì có khoảng 400 chất có mùi ít hoặc nhiều Mùi củanhững chất thơm là do những nhóm nguyên tử đặc biệt gọi là nhóm mang mùi quyết định.Những nhóm mang mùi cơ bản thường là nguyên tử O, S, N, P, As, Se Các nhóm mang mùihữu cơ là ≡ C – OH Nếu tăng số nhóm mang mùi trong một phân tử lên thì lại không làmtăng mùi mà lại làm yếu mùi và đôi khi là tắt mùi hoàn toàn

Các chất rất giống nhau về cấu tạo và tính chất có thể có mùi khác nhau, ngược lại nhữngchất hoàn toàn khác nhau có thể có mùi giống nhau Đôi khi mùi còn phụ thuộc vào nồng độcủa chất trong không khí

Có 2 loại chất thơm :

- Chất thơm (tinh dầu) tự nhiên

- Chất thơm tổng hợp

3 Các chất mùi tự nhiên :

3.1 Tinh dầu và nhựa :

Các chất mùi thường gặp trong tự nhiên là tinh dầu và nhựa Tinh dầu và nhựa thuộcnhóm isoprenoid, nghĩa là những dẫn xuất của isoprene Nhóm hợp chất này gồm rất nhiềuchất : ngoài tinh dầu và nhựa còn có steroid, carotenoid, cao su

Tinh dầu và nhựa được tạo thành và thoát ra trong các cơ quan đặc biệt của quả cây : tronglông tuyến và vẩy đối với tinh dầu; trong ống nhựa đối với nhựa

Về bản chất hóa học, tinh dầu là hỗn hợp các chức khác nhau : hydrogen, alcohol, ester,phenol, acid, aldehyde, cetone…

Tuy nhiên quan trọng hơn cả trong hợp phần tinh dầu là terpene và các dẫn xuất chứa oxycủa terpene

Các dẫn xuất của terpene thường chứa rượu, aldehyde, cetone …

Đa số thành phần chính của các loại tinh dầu đều là terpene hay terpenoid (dẫn xuất củaterpene) được cấu tạo từ các đơn vị isoprene nối với nhau theo quy tắc đầu đuôi

Terpene / terpenoid đơn giản nhất được cấu tạo từ:

- 2 đơn vị isoprene được gọi là monoterpenoid

- nếu có nhiều hơn 2, ta có các loại terpenoid là sesquiterpenoid

- 3 đơn vị isoprene, diterpenoid

- 4 đơn vị isoprene, triterpenoid

và chỉ có monoterpenoid mới là thành phần chính có trong các tinh dầu Isoprene:

1

Khung isoprene của terpene:

(cần lưu ý là các đơn vị của terpenoid chỉ cần có dạng khung của isoprene)

Ví dụ như limonene, thành phần chính trong tinh dầu của họ cam, chanh, quýt, bưởi:

hay nerol và geraniol:

dấu mũi tên " " dùng để phân cách đơn vị isoprene đầu với đơn vị isoprene đuôi

3.2.1 Monoterpenes :

Cấu trúc monoterpenes :

Các monoterpens thẳng tiêu biểu là myrcene và ocimene

2

Và các dẫn xuất chứa oxy của chúng là linalol, geraniol, citronellol, citral

Monoterpenes đơn vòng phổ biến hơn cả là limonen và dẫn xuất chứa oxy của nó làmenthone, piperitenone, piperitone, carvone…

3.2.2 Sesquiterpenes :

Sesquiterpenes có thể xem là hợp chất do ba đơn vị isoprene tạo thành Công thức cấu tạochung là C15H24 Cấu trúc sesquiterpenes :

3

Sesquiterpenes cũng chia ra mạch thẳng và mạch vòng, thường là các hợp chất đơn vònghoặc đa vòng Những sesquiterpenes thẳng và vòng tiêu biểu là farnesene, humulene.

Các dẫn xuất chứa oxy của sesquiterpenes có farnesol, nerolidol, santonin

3.2.3 Diterpenes và Tritrepenes :

- Diterpenes có công thức hóa học là C20H32 Diterpenes trong tự nhiên bao gồm một sốhợp chất không lớn Diterpenes hoàn toàn không bay hơi cùng hơi nước Đặc biệt phổ biếnrộng rãi trong các nhựa là acid nhựa

- Triterpenes thường gặp ở thực vật dưới dạng vết, glucozide hoặc trạng thái tự do Tiêubiểu cho triterpenes là squalen Squalen có trong chất béo của gan cá mập, cũng như các loài

cá khác

4 Tính chất chung của tinh dầu :

- Tinh dầu hòa tan rất ít trong nước và hòa tan nhiều trong rượu nồng độ cao Rượu ethylic

là dung môi có cực mạnh vì có hằng số điện môi lớn ( = 27) Do có cực mạnh nên có thể hòa) Do có cực mạnh nên có thể hòatan được nhiều hợp chất hữu cơ trong đó có các cấu tử của tinh dầu

- Dưới tác dụng của oxy không khí, một phần tinh dầu chủ yếu là hợp chất không no bịoxy hóa và cho mùi nhựa

4

- Mùi thơm của tinh dầu do ester, phenol, aldehyde, cetone và những hợp chất hữu cơkhác quyết định : chiếm 10% tổng lượng tinh dầu Còn lại 90% là do mùi tạp, các chất caophân tử và chất đệm (là sesquiterpenes).

Ethyl propionate Trái câyMethyl anthranilate Nho

Ethyl- (E, Z)-2,4-decadienoate Lê

Ethyl maltol Ngọt (đường), kẹo bông

Methyl salicylate Lộc đề

5 Đánh giá phẩm chất tinh dầu :

Mỗi loại tinh dầu có các tính chất cảm quan và tính chất lý hoá đặc trưng, nhờ đó ta

có thể đánh giá chất lượng tinh dầu nguyên chất hay pha tạp chất khác cũng như định lượng

và định tính

5.1 Tính chất cảm quan :

a Màu sắc : so sánh với thanh màu sắc tiêu chuẩn : không màu, vàng nhạt, vàngđậm, đỏ thẫm, đen…

b Độ trong : trong suốt, hơi đục, đục, rất đục…

c Mùi : tính chất đặc trưng của tinh dầu có thể phân biệt các loại tinh dầu khácnhau, tốt hay xấu Mùi tinh dầu được biểu hiện : thơm, dịu, hắc, khó chịu vớicường độ mùi nhẹ hay sốc

b Chỉ số khúc xạ hay chiết suất :

5

 Tỉ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ của một tia sáng có độ dàisóng xác định đi từ không khí qua tinh dầu ở nhiệt độ nhất định vì vậy cóthể xác định độ tinh khiết của tinh dầu nhờ vào chiết suất.

 Ánh sáng thường sử dụng là ánh sáng vàng của đèn natri có bước sóng589,3 ± 0,3 nm

 Ta thường đo chỉ số chiết suất ở nhiệt độ 200C, ký hiệu η20 D ( trừtrường hợp tinh dầu không ở thể lỏng ở 200C thì tiến hành đo ở 250C hay

300C )

c Độ quay cực ( Năng suất quay cực) :

 Hầu hết tinh dầu đều có khả năng làm quay mặt phẳng của ánh sángphân cực khi ánh sáng này đi qua Từ đó ta có thể phát hiện các chất phatrộn trong tinh dầu

 Những tinh dầu làm quay mặt phẳng ánh sáng về bên trái, ký hiệu (-),quay mặt phẳng ánh sáng về bên phải, ký hiệu (+)

 Độ quay cực được xác định bởi giá trị của góc quay cực 200C Ký hiệu 20

d Hàm lượng aldehyde và cetone : trong tinh dầu có chứa aldehyde và cetoneđặc trưng ảnh hưởng đến chất lượng tinh dầu vì vậy cần xác định hàm lượngnày

e Hàm lượng phenol : do một số tinh dầu có hợp chất phenol là cấu tử tạo mùi ảnh hưởng chất lượng tinh dầu

6 Phẩm chất nguyên liệu tinh dầu và bảo quản nguyên liệu tinh dầu :

- Độ tươi : nguyên liệu càng tươi thì hàm lượng tinh dầu càng cao, tổn thất do bay hơicàng ít, nhất là đối với hoa, giữ cho hoa tươi sau khi hái sẽ làm tăng thêm một lượng nhỏ tinhdầu từ hoa Nếu nguyên liệu sau khi thu hái về không có điều kiện chế biến ngay thì phải

6

dùng các biện pháp để nguyên liệu không bị bốc nóng, bay hơi, mốc, nấu hỏng Có thể rảinguyên liệu thành lớp mỏng nơi thoáng gió hoặc trong phòng có điều hòa không khí ẩm

- Độ chín kỹ thuật : là thời điểm thu hái nguyên liệu có hàm lượng tinh dầu cao nhất

- Độ sạch nguyên liệu : khi thu hái thì các tạp chất sẽ lẫn vào tinh dầu như tạp chất vô cơ

có đất, đá, cát sỏi, vụn kim loại, tạp chất hữu cơ có các loại cây không phải cây tinh dầu khikhai thác

- Thời gian và cự ly vận chuyển nguyên liệu : vị trí cơ sở chế biến nguyên liệu càng gầnnguồn nguyên liệu càng tốt Đối với nguyên liệu dễ bị dập nát thì cần tránh bị nén quá chặt do

bó, do vật nặng đè nén lên gây nên sự tự bốc nóng làm tổn thất tinh dầu

- Bảo quản nguyên liệu tinh dầu : quan trọng nhất là ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩmkhông khí

 Ở khoảng nhiệt độ cao 45 – 500C các nguyên liệu tươi sẽ gây nên ôi ngốt và tổnthất tinh dầu do bay hơi

 Ở nhiệt độ quá thấp (00C), nước trong nguyên liệu sẽ bị đông lại và mất đi trongquá trình làm tan và chế biến Đối với tinh dầu từ nguyên liệu hoa tươi và họ Citrusthì phải nhanh chóng chế biến ngay

- Với nguyên liệu tươi khi bảo quản tạm thời cần duy trì độ ẩm cân bằng không khí, khithu hái phải phân loại sơ bộ để nguyên liệu càng sạch, càng đồng nhất

- Cất giữ tinh dầu trong những chai thủy tinh tối, nên bảo quản ở nhiệt độ mát Đậy kínnắp khi không sử dụng vì sẽ có sự oxy hóa nhanh chóng

7 Chế biến tinh dầu trong thực phẩm :

Biến đổi trong chế biến tinh dầu

- Bị oxy hóa: các hợp chất không no trong tinh dầu dễ bị oxy hóa và cho sản phẩm có mùinhựa

- Bay hơi do nhiệt độ: một số tinh dầu có nhiệt độ sôi khá thấp dễ bay hơi và thất thóat trong quá trình chế biến

- Bị chuyển hóa thành các chất khác: một số cấu tử thơm trong tinh dầu bị biến đổi thành chất khác làm mất mùi ban đầu

Các cách hạn chế

- Tách các hợp chất dễ bị oxy hóa không phải cấu tử tạo mùi ( lọai terpene trong tinh dầu)

- Các thiết bị phải kín để giảm sự thất thoát

- Có thể thêm các chất định hương để bền mùi

8 Các phương pháp khai thác tinh dầu :

Tuỳ loại tinh dầu mà áp dụng các phương pháp khai thác khác nhau để thu được năngsuất cao Các phương pháp tách tinh dầu cần thoả các yêu cầu sau:

 Không làm biến đổi mùi vị tinh dầu

 Qui trình chế biến phù hợp, thuận lợi, nhanh chóng

 Tách được triệt để tinh dầu từ nguyên liệu với tổn thất tinh dầu trong quá trình chếbiến và trong bã là thấp nhất

 Chi phí sản xuất thấp

7) Do có cực mạnh nên có thể hòa

8.1 Phương pháp ép :

 Phương pháp ép thường được dùng để tách tinh dầu trong vỏ quả (chanh, cam,quýt, bưởi …) do tinh dầu trong nguyên liệu này trong túi tiết của biểu bì chỉ cần

ép là thu được tinh dầu

 Ưu điểm : giữ được mùi vị của tinh dầu

 Nhược điểm : trong quá trình ép ngoài tinh dầu có lẫn tạp chất khác như dịch quả,mô… Vì vậy cần có biện pháp xử lý phù hợp để thu được tinh dầu nguyên chất

8.2 Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước :

 Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước thường được sử dụng với những tinhdầu bay hơi được ra khỏi nguyên liệu và ngưng tụ thành thể lỏng khi gặp lạnh.Việc sử dụng hỗn hợp nước và tinh dầu làm giảm nhiệt độ sôi trong quá trìnhchưng cất, do nhiệt độ sôi của hỗn hợp thường thấp hơn nhiệt độ sôi của nước vàcủa tinh dầu

 Những ảnh hưởng chính trong phương pháp chưng cất

- Sự khuếch tán: ở nhiệt độ sôi của nước, một phần tinh dầu bị hòa tan trongnước thấm dần ra ngoài bề mặt rồi bị hơi nước lôi cuốn đi, lượng nước không hòatan tinh dầu tiếp tục đi vào bên trong hòa tan và quy trình được lặp lại Như vậynhững hợp chất dễ hòa tan với nước sẽ được lôi cuốn trước, limonene trong tinhdầu họ citrus ít tan nên thường được lôi cuốn sau cùng

- Thủy phân: các thành phần ester trong tinh dầu dễ thủy phân thành alcol vàacid nên chú ý thời gian thực hiện càng nhanh càng tốt

- Nhiệt độ : nhiệt độ cao làm phân hủy tinh dầu do đó chỉ sử dụng nhiệt độ trên

1000C ở gần cuối quá trình khi các cấu tử thơm đã được lôi cuốn gần hết

 Phương pháp này cũng có thể được sử dụng để thu phần tinh dầu còn trong bã saukhi ép

 Có các loại chưng cất sau: chưng cất trực tiếp với nước, chưng cất bằng hơi nướckhông có nồi hơi riêng và chưng cất bằng hơi nước có nồi hơi riêng

 Ưu điểm: - Thiết bị gọn, dễ chế tạo, qui trình đơn giản

- Thời gian chưng cất khá nhanh

- Trong quá trình chưng cất có thể tách riêng một số thành phần hóahọc của tinh dầu bằng phương pháp cất phân đoạn

 Nhược điểm: - Không áp dụng cho nguyên liệu có hàm lượng tinh dầu thấp hoặctinh dầu không chịu được nhiệt độ cao

- Tinh dầu giảm chất lượng nếu có thành phần dễ bị thuỷ phân

- Không thu được nhựa và sáp là những chất định hương tốt

- Lượng tinh dầu còn trong nước chưng khá lớn nên phải áp dụngcác phương pháp lọc ly tâm hay thêm NaCl để tăng tỉ trọng của nước (trường hợp

tỉ trọng của nước và tinh dầu gần nhau) để tách tinh dầu

- Tiêu tốn lượng nước lớn

8.3 Phương pháp trích ly:

 Sử dụng các dung môi bay hơi hòa tan các chất cần thiết trong nguyên liệu sau đóđem hỗn hợp đi tách ở áp suất thấp Dung môi thường sử dụng là ether dầu hoả,CO2 lỏng

8

 Ưu điểm : - Chất lượng tinh dầu cao do có thể thu được sáp và nhựa thơm từnguyên liệu.

- Thực hiện ở nhiệt độ thường

 Nhược điểm : - Thiết bị trích ly phức tạp và đắt tiền

- Khó khăn việc chọn dung môi không ảnh hưởng đến chất lượngtinh dầu, an toàn trong qui trình và rẻ tiền

- Do dung môi dễ bay hơi nên lượng thất thoát tinh dầu cũng khálớn ( 20-30%) do vậy cần chú ý thu hồi tinh dầu từ lượng dung môi này

 Ưu điểm : - Tinh dầu ít lẫn tạp chất

- Qui trình đơn giản, thực hiện ở nhiệt độ thường

 Nhược điểm : đối với chất hấp phụ là chất béo thì khó tinh chế và bảo quản, quitrình còn thủ công có thể khắc phục bằng cách sử dụng các chất hấp phụ rắn nhưthan hoạt tính

9 Một số tinh dầu ứng dụng trong công nghệ thực phẩm :

9 1 Họ Rutaceae ( họ Cam) – Giống Citrus :

Thành phần chính của tinh dầu họ Citrus ( vỏ quả) là Limonene thuộc monoterpene Tinh dầu thường được lấy từ vỏ quả, có khi từ hoa

Limonene

Qui trình công nghệ sản xuất tinh dầu cam, chanh, quýt:

9

a Sản xuất tinh dầu cam, chanh, quýt bằng phương pháp trích ly: Nguyên liệu là vỏ

cam, chanh, quýt, nếu cần bảo quản để sản xuất lâu dài thì nghiền nhỏ (10*6 mm) và ngâmtrong dung dịch muối ăn 25 %

Nguyên liệu được ngâm trong cồn thực phẩm 80 %V trong thùng nhôm, sau 48 giờ,chiết ra và thay bằng cồn cao độ hơn (90 - 94 %V), ngâm tiếp trong 24 giờ, tỉ lệ cồn và vỏ saocho đủ để ngập hết vỏ trong thùng, cồn ngâm xong đem cất để lấy riêng từng phần Phần đầuđục, để riêng ra để cất lại, phần kế đó trong, có mùi thơm là thành phẩm

Loại có độ cồn 60 %V trở lên trộn chung lại để pha nước ngọt, loại 15 - 60%V cho vàonồi cất để cất lại

b Sản xuất tinh dầu cam, chanh, quýt bằng phương pháp chưng cất: Cất tinh dầu cam,

chanh, quýt tốt nhất là từ vỏ tươi Trước khi cất cần nghiền nhỏ (2*2 mm), thời gian chưngcất 2,5 - 4 giờ

Tinh dầu cam, chanh, quýt thu được bằng phương pháp này chứa nhiều terpene vàsesquiterpenes nên dễ bị oxy hóa ở điều kiện thường, do đó sau khoảng 5 tuần bảo quản đã cómùi khó chịu Phải tách bớt terpene và sesquiterpenes bằng cách hòa tan tinh dầu trong cồncao độ (96 %V), tinh dầu sẽ hòa tan hoàn toàn, sau đó thêm nước cất vào để hạ nồng độ cồnđến 65 %V, các dạng terpene sẽ không hòa tan ở cồn thấp độ nổi lên trên, lọc đi ta sẽ thuđược tinh dầu không còn terpene Loại tinh dầu này có thể sử dụng trực tiếp để pha chế rượumùi, nước giải khát mà không sợ đục.Tinh dầu lọai terpene bền mùi và dễ bảo quản hơn.Tinh dầu cam, chanh, quýt đã loại terpene cần đóng trong các chai lọ có màu, tránh tiếpxúc trực tiếp với ánh sáng, không khí

c Sản xuất tinh dầu bằng phương pháp ép: phương pháp này cho hiệu suất cao và đang

được áp dụng rộng rãi

9.1.1 Tinh dầu chanh

a Nguyên liệu: vỏ xanh của quả chanh già

b Phương pháp lấy tinh dầu:

- Phương pháp cất với nước

Độ quay cực 20 D : +56 o – +66o

- Hàm lượng aldehyde ( hàm lượng citral) : 3 – 4%

d Thành phần hóa học Bảng 9.1.1 Thành phần hoá học trong tinh dầu chanh

e Ứng dụng : hương liệu sản xuất kẹo cứng, kẹo có nhân , nước giải khátkhông cồn, rượu mùi trái cây

9.1.2 Tinh dầu cam đỏ

a Nguyên liệu : vỏ quả

b Phương pháp lấy tinh dầu : Phương pháp cất hơi nước

c Tính chất :

- Mùi đặc trưng

- Hằng số vật lý :

Tỉ trọng d20 : 0,85 – 0,86Chiết suất n 20 D: 1,47) Do có cực mạnh nên có thể hòa1 – 1,47) Do có cực mạnh nên có thể hòa9