Phụ gia chống oxy hóa
Tổng quan lý thuyết
1.1 Phụ gia chống oxy hóa
Phụ gia chống oxy hóa là các chất được thêm vào thực phẩm để vô hiệu hóa gốc tự do, từ đó làm chậm quá trình ôi hóa chất béo Chúng giúp kéo dài thời gian hình thành các hợp chất gây oxi hóa và còn có khả năng vô hoạt peroxide, góp phần bảo quản chất lượng thực phẩm hiệu quả hơn.
Trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm, các phản ứng oxy hóa có thể xảy ra, dẫn đến sự biến đổi phẩm chất và giảm giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.
Sự oxy hóa chất béo thường dẫn đến các biểu hiện như mùi vị khó chịu, màu sắc thay đổi, độ nhớt sản phẩm biến đổi và sự mất mát chất dinh dưỡng.
Biện pháp ngăn ngừa sự oxi hóa:
Sử dụng bao bì đặc biệt để cách ly sản phẩm giàu chất béo với các tác nhân làm tăng quá trình oxi hóa
Rót đầy, hút chân không, làm đầy không gian tự do bằng cách sử dụng chất trơ
Đặc biệt là sử dụng phụ gia chống oxi hóa
Phụ gia chống oxi hóa là các chất được thêm vào thực phẩm để ngăn chặn hoặc kiềm hãm các gốc oxi hóa tự do trong cất béo, giúp bảo vệ sản phẩm khỏi sự thay đổi màu sắc và mùi vị.
Phụ gia chống oxi hóa có hai loại:
Có bản chất axit: axid citric, acid malic, acid ascorbic…
Có bản chất phenolic: BHA, HBT, TBHQ…
1.1.2 Cơ chế quá trình oxy hóa chất béo
Sự tự oxy hóa chất béo là phản ứng dây chuyền được châm ngòi bằng sự tạo thành các gốc tự do từ các phân tử acid béo
Bước khởi đầu của quá trình có thể được tăng cường nhờ vào năng lượng từ gia nhiệt hoặc chiếu sáng, đặc biệt là ánh sáng UV Các hợp chất hữu cơ và vô cơ, thường dưới dạng muối sắt (Fe) và đồng (Cu), cũng đóng vai trò là chất xúc tác mạnh mẽ, kích thích quá trình oxy hóa.
Các gốc alkyl R phản ứng với O2 tạo thành gốc peroxide ROO Phản ứng này diễn ra nhanh chóng trong điều kiện khí quyển, dẫn đến nồng độ của alkyl thấp hơn nhiều so với gốc peroxide Gốc peroxide hấp thu điện tử từ các phân tử lipid, tạo thành hydroperoxide ROOH và một gốc peroxide khác, từ đó xúc tác cho các phản ứng tiếp theo Sự tự oxy hóa lipid được gọi là phản ứng gốc tự do, và khi các gốc tự do tương tác, chúng tạo ra các sản phẩm không phải gốc tự do, kết thúc chu trình phản ứng.
Ngoài hiện tượng tự oxy hóa, lipid còn có thể bị oxy hóa bằng enzyme lipoxygenase
Cơ chế của chất chống oxy hóa:
Chất chống oxy hóa ngăn chặn sự hình thành gốc tự do bằng cách cung cấp nguyên tử hydro Khi làm điều này, chất chống oxy hóa cũng trở thành gốc tự do nhưng với hoạt tính kém hơn Sau đó, gốc tự do lipid kết hợp với gốc tự do của chất chống oxy hóa để tạo thành các hợp chất bền vững.
Phản ứng của chất chống oxy hóa với gốc tự do:
ROo + AH ROH + A o ROOo + AH ROOH + A o
RO o + Ao ROA ROO o + Ao ROOA
1.1.3 Tổng quan về phụ gia chống oxy hóa Butyl hydroxytoluen (BHT)
Tên hóa học: 2,6-Ditertiary-butyl-p-cresol; 4-methyl-2,6-ditertiary-butylphenol
Khối lượng phân tử: 220,36 (dvC)
BHT là chất rắn màu trắng, ở dạng tinh thể, hình sợi, không vị, thoảng mùi
Tan kém trong dầu, mỡ, rượu Không tan trong nước và propan – 1,2 – diol
Bền nhiệt, nhiệt độ nóng chảy 69 – 72 o C
BHT có khả năng chống oxy hóa kém hơn BHA do cấu trúc cồng kềnh hơn Ngoài ra, sự hiện diện của sắt trong một số sản phẩm thực phẩm hoặc bao bì có thể dẫn đến việc BHT tạo ra màu vàng.
BHT là một hợp chất ít độc, không gây ảnh hưởng đến sức khỏe ở liều lượng 50 mg/kg thể trọng, trong khi liều lượng gây chết ở chuột là LD50 = 1000 mg/kg thể trọng Khi được hấp thụ qua đường miệng, BHT nhanh chóng thẩm thấu qua dạ dày và ruột, sau đó được bài tiết ra ngoài qua nước tiểu và phân.
Nghiên cứu cho thấy, ở người, sự bài tiết BHT qua thận được thử nghiệm với khẩu phần 40mg/kg thể trọng, trong đó 50% liều lượng được bài tiết trong 24 giờ đầu và 25% còn lại trong 10 ngày tiếp theo Sự chuyển hóa chủ yếu diễn ra qua con đường oxy hóa, với oxy hóa nhóm methyl chiếm ưu thế ở loài gặm nhấm, thỏ và khỉ, trong khi oxy hóa nhóm tert-butyl lại chiếm ưu thế ở người.
Thử nghiệm trên động vật cho thấy, liều lượng BHT cao khi đưa vào cơ thể trong
40 ngày hoặc hơn sẽ gây độc cho các cơ quan
Liều lượng BHT cao ở các loài vật được thử nghiệm cũng gây ra các ảnh hưởng sau:
Làm tăng sự hấp thu iod ở tuyến giáp
Tăng trọng lượng của tuyến trên thận
Giảm khối lượng của lá lách, làm chậm quá trình vận chuyển các acid hữu cơ, gây tổn thương thận
1.1.4 Tổng quan về phụ gia chống oxy hóa vitamin E
Tocopherol là một trong những chất chống oxy hóa tự nhiên phổ biến nhất, được nghiên cứu rộng rãi về khả năng chống oxy hóa trong thực phẩm và được chấp nhận sử dụng tại nhiều quốc gia trên thế giới.
Vitamin E được tìm thấy trong ngũ cốc, hạt dầu, và cũng được tìm thấy trong rau quả, trong sữa và bơ
Các tocopherol tự nhiên phổ biến nhất bao gồm α, β, γ và δ-tocopherol, tất cả đều có khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ.
Hoạt tính chống oxy hóa có thể tăng dần theo thứ tự nhất định, nhưng đôi khi thứ tự này có thể thay đổi do ảnh hưởng của môi trường và các điều kiện khác, chẳng hạn như nhiệt độ.
Tocopherol là một chất lỏng không màu, dễ hòa tan trong dầu thực vật và các dung môi như rượu ethylic, ether etylic và ether dầu hỏa Chất này có khả năng chịu nhiệt tốt, có thể tồn tại ở nhiệt độ lên đến 170oC trong không khí, nhưng lại dễ bị phân hủy bởi tia tử ngoại Một trong những tính chất quan trọng nhất của tocopherol là khả năng bị oxy hóa bởi các chất oxy hóa khác nhau Trong quy trình bảo quản, người ta thường sử dụng dung dịch tocopherol pha trong dầu với nồng độ không dưới 31%.
Mã số phụ gia: E307, đối với tocopherol hỗn hợp mã số có thể là E307b hay E307c
Cấu trúc phân tử α-tocopherol
Khối lượng phân tử: 430.71 g/mol
Có dạng dầu màu vàng nhạt hoặc nâu đỏ, không mùi, nhớt
Tính tan: không tan trong nước, tan trong ethanol, trộn lẫn với ether
Độ tinh khiết: Chì không quá 2 mg/kg
Chống oxy hóa giúp bảo vệ cơ thể khỏi tác động của các gốc tự do, được hình thành từ quá trình chuyển hóa tự nhiên hoặc do các yếu tố môi trường.
Tiến hành thí nghiệm – Kết quả và bàn luận
2.1 Xác định chỉ số acid
Chỉ số acid là số mg KOH cần dùng để trung hòa acid béo tự do có trong 1g dầu hoặc mỡ
Chỉ số acid là yếu tố quan trọng để đánh giá chất lượng lipid; khi chỉ số này tăng, chất lượng sản phẩm sẽ giảm Ngược lại, chỉ số acid thấp cho thấy dầu có chất lượng tốt và được bảo quản hiệu quả.
Dưới tác động của các enzym thủy phân như lipaza và photpholipaza, triglycerit sẽ bị cắt đứt tại các liên kết este khi có sự hiện diện của nước và nhiệt độ, dẫn đến quá trình thủy phân và hình thành acid béo tự do.
Trung hòa lượng axít béo tự do có trong chất béo bằng dung dịch KOH phản ứng xảy ra:
Chuẩn bằng KOH 0.01N đến hồng
Lắc nhẹ, đun cách thủy
Chuẩn bằng KOH 0.01N đến hồng
M0 : mẫu không bổ sung phụ gia
Mẫu M2 được bổ sung 0.1% vitamin E và được đun sôi trong 10 phút để cung cấp nhiệt, tạo điều kiện thuận lợi cho các enzyme thủy phân như lipaza và photpholipaza hoạt động, từ đó thủy phân triglycerit thành axit béo tự do Nhiệt độ và oxy trong không khí cũng thúc đẩy quá trình oxi hóa chất béo, dẫn đến sự hình thành các hợp chất peroxit và axit béo tự do.
Cho cồn trung tính vào để tạo dung môi hòa tan chất béo, giúp tăng tốc độ phản ứng giữa axit béo tự do và KOH, đồng thời làm cho điểm cuối của phản ứng dễ nhận biết hơn, từ đó giảm thiểu sai số.
Chuẩn độ bằng dung dịch KOH 0.01N
Để trung hòa lượng acid béo tự do trong mẫu thử, tiến hành hòa tan chúng trong dung môi cồn trung tính kết hợp với chỉ thị phenolphthalein Quá trình chuẩn độ sẽ hoàn tất khi dung dịch chuyển sang màu hồng nhạt và duy trì màu sắc này trong ít nhất 30 giây.
Phương trình phản ứng xảy ra như sau:
RCOOH + KOH RCOOK + H2O Ghi lại thể tích KOH tiêu tốn, từ đó tính toán được chỉ số axit của mẫu sử dụng
Mẫu M0 (ml) Mẫu M1 (ml) Mẫu M2 (ml)
Chỉ số acid được xác định theo công thức:
56.11: Phân tử lượng của KOH (đvC)
V: Thể tích dd KOH 0,01N tiêu tốn (mL)
N: Nồng độ của dung dịch KOH (= 0.01N)
K: Hệ số hiệu chỉnh của dung dịch KOH 0.01N (K = 1) m: Khối lượng mẫu dầu cần phân tích (g)
- Kết quả tính toán chỉ số axit:
Mẫu trắng không có phụ gia cho thấy chỉ số acid cao nhất, trong khi mẫu bổ sung BHA có chỉ số acid thấp hơn, và mẫu bổ sung vitamin E có chỉ số acid thấp nhất trong số các mẫu đã thử nghiệm.
Các sản phẩm dầu mỡ để lâu thường có chỉ số acid cao hơn Tại các nhà máy sản xuất dầu thực vật, việc kiểm tra chỉ số acid là yêu cầu bắt buộc để đảm bảo chất lượng sản phẩm trước khi lưu thông trên thị trường.
2.2 Xác định chỉ số peroxyt
Chỉ số peroxyt (PoV) đo lường lượng chất có trong mẫu thử, được tính bằng mili đương lượng oxy hoạt tính oxi hóa KI trên 1kg mẫu, theo các điều kiện thao tác quy định.
Chỉ số này phản ánh sự ôi hóa của dầu mỡ
Peroxyt có tác dụng với dung dịch KI, tạo ra I2 tự do trong môi trường acid acetic và cloroform Quá trình chuẩn độ I2 tự do được thực hiện bằng dung dịch Na2S2O3 chuẩn, sử dụng chỉ thị hồ tinh bột Chuẩn độ được dừng lại khi dung dịch chuyển từ màu tím đen sang không màu.
Chuẩn bị mẫu: tương tự chỉ số aicd
Bổ sung thêm CH3Cl để tạo môi trường hòa tan hoàn toàn chất béo có trong mẫu
Bổ sung CH3COOH: mục đích là để tạo pH môi trường trong khoảng 4 – 6 Phản ứng giữa
Để đảm bảo độ chính xác trong quá trình tiến hành phản ứng giữa KI và peroxyt, cần thực hiện trong môi trường có pH từ 4 đến 6 Nếu môi trường quá axit, phản ứng oxi hóa với oxy trong không khí dễ xảy ra, dẫn đến sai số tương đối lớn.
4I - + O2 + 4H + 2I2 + 2H2O Trong môi trường kiềm thì I2 sẽ bị khử thành iodua, cũng gây sai số khi chuẩn độ
KI được cho thêm vào để phản ứng với peroxit giải phóng ra I2 dưới dạng tự do
Lắc mạnh giúp hòa tan hoàn toàn chất béo và thúc đẩy phản ứng diễn ra nhanh chóng Phản ứng này cần thời gian và phải được thực hiện trong điều kiện tối, vì trong hợp chất ICl, iodua có tính khử và dễ bị oxy hóa thành I2 khi tiếp xúc với oxy trong không khí.
Bổ sung hồ tinh bột và chuẩn với Na2S2O3 đến mất màu
Hồ tinh bột được sử dụng như một chất chỉ thị trong phép chuẩn độ, giúp xác định điểm tương đương giữa I2 và Na2S2O3 Điểm tương đương đạt được khi màu xanh của hồ tinh bột kết hợp với I2 biến mất.
Phản ứng giữa I2 và Na2S2O3 tạo ra 2NaI và Na2S4O6 Sau khi thêm hồ tinh bột, cần tiến hành chuẩn độ ngay lập tức vì iot có khả năng hấp thụ mạnh lên bề mặt hồ tinh bột Nếu để quá lâu, iot sẽ thẩm thấu sâu vào cấu trúc của hồ tinh bột, dẫn đến sai số lớn trong kết quả.
Lưu ý khi tiến hành thí nghiệm:
+ Tiến hành ở chỗ tối, tránh ánh sáng mặt trời
+ Để thuốc thử tiếp xúc với chất béo trong thời gian cần thiết
+ Thuốc thử cần phải thừa, lượng thừa cần phải gần bằng nửa lượng cho vào
Mẫu M0 (ml) Mẫu M1 (ml) Mẫu M2 (ml)
Chỉ số Peroxyt được tính theo công thức sau:
N : Nồng độ chính xác dd Na2S2O3 (= 0.001N)
V2 : Thể tích Na2S2O3 0.001N cho mẫu thử (=0mL)
V1 : Thể tích Na2S2O3 0.001N cho mẫu trắng m : Khối lượng mẫu dầu cần phân tích
- Kết quả tính toán chỉ số Peroxyt:
Chỉ số peroxyt cao nhất được ghi nhận ở mẫu không có phụ gia chống oxy hóa Trong khi đó, mẫu có bổ sung phụ gia BHT cho thấy chỉ số peroxyt thấp hơn so với mẫu bổ sung vitamin E.
Một số nguyên nhân gây sai số có thể xảy ra:
Hóa chất KI có thể bị hỏng nếu không được sử dụng và bảo quản đúng cách Mặc dù được đựng trong chai nâu có nút, KI vẫn bị ảnh hưởng bởi oxy trong không khí, dẫn đến việc dung dịch KI chuyển sang màu vàng.
PHỤ GIA TẠO NHŨ
Tổng quan về phụ gia tạo nhũ
Nhũ tương là hệ thống bao gồm hai chất lỏng không hòa tan nhưng có khả năng trộn lẫn Trong nhũ tương, một chất lỏng tồn tại dưới dạng những giọt nhỏ của pha bị phân tán, trong khi pha còn lại giữ vai trò liên tục.
Phụ gia làm bền nhũ tương thường là các chất hoạt động bề mặt, có cấu trúc phân tử với nhóm háo nước (hydrophile) và nhóm kị nước (hydrophobe) Những phụ gia này được sử dụng để ổn định pha phân tán trong pha liên tục, tạo cầu nối giữa hai pha này, giúp cải thiện tính đồng nhất và độ bền của nhũ tương.
Trong thực phâm, phân loại nhũ tương chúng ta thường gặp 2 dạng:
Hệ nhũ tương W/O : nước trong dầu, là hệ mà tong đó các giọt nước phân tán trong pha liên tục là dầu
Hệ nhũ tương O/W: là hệ mà trong đó các giọt dầu phân tán trong pha liên tục tục là nước
Nhũ tương nước/dầu còn gọi là nhũ tương loại 1 hay nhũ tương thuận Nhũ tương dầu/nước còn gọi là nhũ tương loại 2 hay nhũ tương nghịch
Có thể nhận biết và phân biệt loại nhũ tương bằng các phương pháp sau:
Thêm một ít nước vào hệ nhũ tương, nước chỉ trộn lẫn trong nhũ tương dầu/nước mà không trộn lẫn trong nhũ tương n/d
Thêm một ít chất màu tan trong nước hoặc dầu sẽ nhuộm màu giọt chất lỏng, giúp xác định nhũ tương qua kính hiển vi điện tử Đo độ dẫn điện của nhũ tương cho thấy độ dẫn điện của nhũ tương lớn hơn nước, trong khi độ dẫn điện của dầu rất nhỏ.
Nhũ tương có thể được phân loại theo nồng độ của pha phân tán, bao gồm ba loại chính: loãng, đặc và rất đặc.
Nhũ tương loãng có nồng độ pha phân tán dưới 0,1%, và không chỉ đơn giản là việc pha loãng nhũ tương đậm đặc Nó sở hữu nhiều tính chất đặc trưng, trong đó kích thước các hạt nhũ tương loãng rất khác biệt so với hạt nhũ tương đặc và rất đặc, với đường kính khoảng 10^-5 cm Các hạt này mang điện tích do sự hấp phụ các ion của chất điện ly vô cơ trong môi trường Khi không có chất điện ly, bề mặt hạt nhũ tương sẽ hấp phụ các ion OH- và H+ từ sự phân ly của nước.
Nhũ tương đậm đặc chứa tới 74% thể tích pha phân tán, với đường kính hạt tương đối lớn hơn 1 micromet, có thể quan sát được bằng kính hiển vi thông thường.
Nhũ tương đậm đặc, chẳng hạn như nhũ tương gelatin hóa, có tỷ lệ pha phân tán vượt quá 74% thể tích Các hạt trong nhũ tương này không còn hình cầu như các loại nhũ tương khác mà có hình dạng đa diện, tương tự như tổ ong, và có tính chất cơ học giống như gel, cho phép cắt bằng dao.
1.3 Thông số đặc trưng của phụ gia ổn định hệ nhũ tương
Giá trị HLB (Hydrophilic-Lipophilic Balance) của Butylat hydroxy toluene được sử dụng để phân loại các chất hoạt động bề mặt dựa trên tỉ số giữa khối lượng các nhóm kỵ nước và ưa nước trong phân tử, giúp xác định tính chất và ứng dụng của chúng trong công nghiệp.
HLB = 7 + ∑(chỉ số nhóm ưa nước) - ∑(chỉ số nhóm kỵ nước)
1.4 Các chất phụ gia ổn định hệ nhũ tương
Lecithine là chất tạo nhũ phổ biến nhất trong công nghệ chế biến thực phẩm, có khả năng tạo nhũ và làm bền hệ nhũ tương Đây là thuật ngữ chỉ nhóm chất béo có màu nâu vàng trong mô động vật, thực vật và lòng đỏ trứng, bao gồm các thành phần như acid phosphoric, choline, axit béo, glycerol, glycolipids, chất béo trung tính, và phospholipid, chẳng hạn như phosphatidylcholine, phosphatidylinositol và phosphatidylethanolamine.
Tan tốt trong dầu, các dung môi không phân cực
HLB = 3 – 4 (đối với lecithine phân cực thấp), HLB = 10 – 12 (đối với lecithin hiệu chỉnh)
Lecithin là một phospholipid hoạt động bề mặt, giúp ổn định hệ nhũ tương và tạo độ nhớt mong muốn trong quá trình trộn và đổ khuôn Nó ảnh hưởng đến quá trình tinh thể hóa chất béo, ngăn ngừa hiện tượng “fat bloom” trên bề mặt sản phẩm, đồng thời duy trì độ bóng mượt của chocolate và giữ cho hương vị ngọt ngào lâu dài Thông thường, lecithin được chiết xuất từ chất béo trong đậu tương.
Lecithin được chiết xuất từ hạt đậu tương Nó cung cấp cho cơ thể cholin và inositol
Lecithin từ lòng đỏ trứng giúp ổn định nhũ của dầu trong nước và có thể được hydroxyl hóa để tăng tính tan Nó dễ dàng được chiết xuất từ đậu nành và các loại đậu bằng phương pháp hóa học hoặc máy móc, mặc dù có độ hòa tan thấp trong nước Trong dung dịch, phospholipid có thể tạo thành cấu trúc mixel hoặc phiến mỏng, tùy thuộc vào độ ẩm và nhiệt độ, dẫn đến chất bề mặt amphipathic Lecithin được sử dụng như chất bổ sung trong thực phẩm và y tế, cũng như trong nấu ăn để làm chất nhũ hóa và ngăn ngừa bám dính.
Liều lượng: Giới hạn tối đa trong thực phẩm là 147 mg/kg
Lecithine hoạt động trong hệ nhũ tương bằng cách tạo ra phản ứng hóa học, giúp sản xuất các chất mong muốn Khi được thêm vào các hệ nhũ tương, lecithine đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định và duy trì tính bền vững của hệ thống này.
Có 2 cách để các phân tử chất phản ứng gặp nhau:
Các phân tử lecithine phản ứng thấm qua lớp màng chất hoạt hóa bề mặt và gặp nhau, tuy nhiên, phản ứng theo cách này rất nhỏ và không đáng kể.
Khi các hạt vi nhũ tương của lecithine và phospholipid trong dầu gặp nhau với đủ lực tác động, chúng có thể kết hợp để tạo thành một hạt lớn hơn Quá trình này cho phép các chất phản ứng trong hai hạt nhỏ hòa trộn, dẫn đến phản ứng xảy ra trong lòng hạt lớn và tạo ra sản phẩm mong muốn.
Khi phân tử lecithine và phospholipid trong dầu gặp nhau, chúng tạo ra sức căng bề mặt giữa hai chất lỏng không tan trộn lẫn Sức căng bề mặt này tạo ra các ứng suất tại bề mặt phân pha, và năng lượng bề mặt tỷ lệ thuận với sức căng bề mặt và diện tích phân pha Để ổn định hệ nhũ tương, cần sử dụng các chất hoạt động bề mặt như lecithine, giúp giảm sức căng bề mặt của nước và từ đó giảm năng lượng bề mặt, làm bền hệ nhũ tương.
Trả Lời Câu Hỏi
Câu 1 Trình bày ý nghĩa của chỉ số peroxyt, acid, iod của dầu thực vật?
Là số gram Iode được giải phóng bởi peroxyt có trong 100 gram chất béo
Chỉ số này phản ánh sự ôi hóa của dầu mỡ
Chỉ số càng gần 1 thì càng dễ bị oxi hóa Chỉ số
