Tiểu luận cấu trúc hệ bọt trong bột nhào và trong sản phẩm bánh

Khái niệm và sự hình thành Hệ bọt là một hệ các bọt khí phân tán trong pha liên tục là lỏng hoặc bán rắn có các chất hoạt động bề mặt hòa tan.[1] Khí ở đây có thể là không khí, có thể l

TRƯỜ T

VI N CÔNG NGH SINH H C VÀ THỰC PHẨM

- -

TIỂU LUẬN MÔN

CÔNG NGH SẢN XUẤT ƯỜNG, BÁNH KẸO

Ề TÀI

GVHD: Th.S HỒ XUÂ ƯƠ

SVTH : TRẦN CÔNG NAM MSSV: 09079861

Lớp : DHTP5 – Mã HP: 210504401

Tp Hồ Chí Minh, 26 tháng 02 năm 2012

- -

MỤC LỤC

I NỘI DUNG - 1

2.1 Thế nào là hệ bọt trong bột nhào và trong sản phẩm bánh? - 1

2.1.1 Khái niệm và sự hình thành - 1

2.1.2 Vai trò của hệ bọt - 1

2.2 Cấu trúc hệ bọt - 2

2.3 Điều kiện hình thành hệ bọt - 6

2.4 Độ bền và ổn định của hệ bọt - 6

2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ bọt - 9

2.6 Phương pháp tạo bọt - 11

II TÀI LI U THAM KHẢO - 13

1

I NỘI DUNG

2.1 Thế nào là hệ bọt trong bột nhào và trong sản phẩm bánh?

2.1.1 Khái niệm và sự hình thành

Hệ bọt là một hệ các bọt khí phân tán trong pha liên tục là lỏng hoặc bán rắn có các chất hoạt động bề mặt hòa tan.[1]

Khí ở đây có thể là không khí, có thể là CO2, còn dung dịch huyền phù chứa nước, protein, tinh bột,…

Hình 1: Bọt trong cấu trúc bột nhào

Như vậy sự hình thành hệ bọt diễn ra khi có sự pha trộn và phân tán khí trong pha liên tục Đối với bột nhào trong quá trình nhào trộn, động lực cơ học sẽ thúc đẩy quá trình hình thành hệ bọt bằng cách sắp xếp lại cấu trúc của các phần tử tạo gel và nhốt khí vào

trong đó

Các chất có khả năng góp phần vào việc tạo bọt trong bột nhào thường là protein (lòng trắng trứng – albumin, gluten, …), các lipid, các polysacchrides

2.1.2 Vai trò của hệ bọt

Hệ bọt trong bột nhào có một vai trò quan trọng đóng góp vào đặc điểm cảm quan

và giá trị của bánh sau này Hệ bọt làm tăng thể tích của bột nhào và sản phẩm bánh, với cấu trúc xốp như vậy để đáp ứng một nhu cầu công nghệ nào đó

Hệ bọt trong bột nhào còn có vai trò như là một yêu cầu thành phẩm đối với một số loại bánh cần độ xốp như bánh bông lan…

2

2.2 Cấu trúc hệ bọt

Bọt khí được bao quanh bởi các phân tử hoạt động bề mặt,

Hình 2: Cấu trúc của bọt

Dịch bột nhào (dough liquor) là một pha nước có chứa protein, chất béo và các polysaccharides Bọt được tạo thành tương tự như bọt trong chất lỏng, nó ảnh hưởng đến sự phát triển và kết hợp của tế bào khí Những đứt gãy hoặc rách lớp film này làm giảm đi khả năng lưu giữ khí, nó phụ thuộc vào độ nhớt và sức căng bề mặt của dịch bột nhào (dough

liquor) Các polysaccharides chủ yếu là các arabinoxylan, nó cho phép ổn định bề mặt phân

pha giữa các tế bào khí (gas cell) Các protein giúp ổn định cấu trúc bọt này bằng cách bám quanh bề mặt tế bào khí Các chất béo gây mất ổn định lớp protein bằng cách giảm sức căng bề mặt của lớp film.[10]

3

Hình 3: Cấu trúc bao quanh bọt khí[10]

Liên quan đến sự ổn định của các tế bào khí và cơ chế lưu giữ khí, chúng có thể bị ảnh hưởng bởi giai đoạn lỏng của bột và có sự tham gia của chất hoạt động bề mặt, chẳng hạn như protein và pentosans hòa tan trong bột nhào, và, có lẽ quan trọng hơn, tinh bột không phân cực và lipid cũng đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành và ổn định của các tế bào bọt khí Có nhiều bằng chứng cho giả thuyết rằng lớp film chất lỏng đóng vai trò quan trọng trong các cơ chế giữ khí trong bột Giả thuyết này đề xuất rằng có hai giai đoạn liên quan chặt chẽ, các giai đoạn này diễn ra liên tiếp trong việc khuếch trương bột

Trong giai đoạn đầu tiên, các tế bào khí vẫn còn rời rạc cho đến khi không còn phát triển liên tục trong ma trận protein – tinh bột, khu vực được ngăn cách bằng một lớp film

Hình 4: Cryo-SEM Picture of a

4

lỏng Thời gian và mức độ phát triển không liên tục như vậy xảy ra phần lớn phụ thuộc vào các protein có bản chất là gluten

Giai đoạn thứ hai liên quan đến sự gia tăng diện tích bề mặt của lớp film chất lỏng nhưng không liên tục trở nên ngày càng thường xuyên trong quá trình khuếch trương Sự thất bại của lớp film mỏng trong việc duy trì tốc độ tạo ra diện tích bề mặt mới dẫn đến sự

vỡ ra của lớp film này, và do đó, khả năng lưu giữ khí bị mất Chất béo và các yếu tố bổ sung cũng ảnh hưởng đến lưu giữ khí trong bột nhào, như vậy cấu trúc xốp của bột nhào được hình thành.[5]

Hình 5: (A) Cấu trúc hệ bọt; (B) Phân phối bọt glycoprotein,

polysaccharides định hướng quay vào chất lỏng, protein kỵ nước

Có hai lớp bọt chính: hình cầu và các bọt polyedric Bọt dựa trên protein được hình thành bởi các bong bóng khí Mỗi giọt nhỏ có liên kết với nhau bởi một lớp film mỏng liên

tục của các phân tử protein và từng bong bóng khí được tách ra bởi lamella Bong bóng khí lúc ban đầu dạng hình cầu (áp lực nội bộ cao), và lamella dày đặc, có chứa một lượng lớn chất lỏng Chất lỏng trong bọt polyedric được phân phối giữa các kênh lamellar nơi vị trí

của các lớp film (Adamson, 1982). [6]

5

Trong sự hình thành bọt dựa trên protein, có một chuỗi các phản ứng xảy ra Là một đầu năng lượng vào nếu cần thiết để kích hoạt quá trình, các protein hòa tan và bề mặt phân pha lỏng – khí bằng cách khuếch tán, hấp thụ, nồng độ và sức căng bề mặt trung tâm (Phillips, năm 1981, Đức & Phillips, 1989) Sắp xếp lại của polypeptide xảy ra trên bề mặt phân pha và định hướng lại bởi tính phân cực di động, hướng đầu ưa nước vào bề mặt nước, và các phân đoạn không phân cực quay vào phần khí Quá trình này xảy ra thông qua

sự tương tác không cộng hóa trị của các polypeptide, và là cơ sở hình thành một lớp film gắn kết liên tục, (Phillips, 1981) Các thành phần cấu trúc và sự tương tác hấp dẫn tĩnh điện (mạnh) cho phép các thành phần các cải thiện tính chất tạo bọt, các lực đẩy tương tác tĩnh điện làm giảm khả năng tạo bọt Phần mở rộng của các tương tác phân tử của protein trong lỏng – khí và các thuộc tính của lớp film trên bề mặt phân pha phụ thuộc vào loại protein

và các điều kiện chi phối khác, để xác định hình thành và ổn định bọt (Phillips và cộng sự, 1994).[6]

Các đặc tính tạo bọt của các protein cơ bản liên quan đến tính chất hình thành những lớp film mỏng ở bề mặt phân pha lỏng – khí Protein có thể được mở ra và tính chất tạo bọt

sẽ tốt hơn khi được hấp phụ nhanh chóng trên bề mặt phân pha (Phillips và cộng sự, 1994).[6]

Đối với các loại bột làm bánh có thành phần yến mạch, một nghiên cứu về vai trò của lipid và tryptophan trong việc làm bền và ổn định hệ bọt trong bánh hay là nghiên cứu thành phần và tính chất tạo bọt của các thành phần hòa tan trong nước từ yến mạch được xử

lý khác nhau:

Các tính chất nướng bánh của yến mạch là không đáng kể, chủ yếu là do sự thiếu các ma trận gluten và do đó các thuộc tính bề mặt pha của dung dịch là rất quan trọng cho việc lưu giữ khí trong bột yến mạch Nước chiết xuất từ việc sấy yến mạch chứa chất béo không phân cực trung tính và có tính chất tạo bọt kém, trong khi loại bỏ các chất béo hexane làm cải thiện khả năng tạo bọt và ổn định bọt Nước chiết xuất từ siêu tới hạn CO2 này chiết xuất từ yến mạch (CO2, yến mạch) là chất béo không cực và có sự ổn định bọt tốt

và khả năng tạo bọt tuyệt vời Hơn nữa, lipid-binding protein yến mạch, tryptophan, tập

trung nhiều trong yến mạch, CO2 có trong bọt và dường như đóng một vai trò quan trọng trong cấu trúc bọt Bổ sung CO2 chiết xuất từ yến mạch với số lượng nhỏ (<0,05%) của lipid không cực trong yến mạch đã phá hủy thuộc tính tạo bọt của nó Trong một thử nghiệm nướng sơ bộ, việc bổ sung các chất béo không cực, CO2, yến mạch và lúa mì, tinh bột trong công thức nấu ăn nướng trong hàng nướng với khối lượng giảm Các nghiên cứu cho thấy rằng các chất béo trung tính không cực đã có mặt trong giai đoạn nước yến mạch trong một số lượng mà suy yếu bọt Hơn nữa, đây là nghiên cứu đầu tiên cho thấy rằng

tryptophan, lipid-binding protein yến mạch, được tập trung nhiều trong bọt chuẩn bị của

lipid tự do trong yến mạch chiết nước không phân cực Tóm lại, tryptophan có thể được coi

6

là những protein tạo bọt hoạt động của yến mạch ngăn chặn sự bất ổn định lipid do cấu trúc bọt có thể cải thiện các tính chất trong bánh nướng yến mạch.[3]

2.3 iều kiện hình thành hệ bọt

Để bột nhào có được cấu trúc bọt cũng như chất lượng của hệ bọt, thì chúng ta cần cung cấp những điều kiện trong quá trình nhào bột.Một trong những điều kiện để bọt hình thành là trong khối bột phải có protein (ở đây là protein trứng – globulin), thành phần leucithin trong lòng đỏ trứng ngoài chức năng là chất tạo nhũ, có khả năng nhũ hoá chất béo tốt, giúp cho bánh cho bánh có cấu trúc bền vững hơn, nó còn tạo điều kiện tạo cấu trúc để giữ bọt khí trong cấu trúc gel của nó Bọt được bao quanh bởi protein lòng trắng trứng

Bột mì với hàm lượng gluten cao cũng có khả năng tạo điều kiện cho hệ bọt được hình thành Trong đó gliadin đóng vai trò khá quan trọng trong quá trình tạo bọt Một vài nghiên cứu về điều kiện tạo bọt cho thấy gliadin có tính chất tạo bọt tuyệt vời ở pH trung tính hoặc kiềm Gliadin có thể hòa tan hoàn toàn ở pH axit hoặc kiểm, và độ hòa tan tối thiểu ở pH ở gần trung tính Lực căng bề mặt trong hệ của gliadin thấp nhất ở pH trung tính, cao hơn ở pH kiềm và cao nhất ở pH axit, tính chất tạo bọt cũng tương ứng như thế Tại các giá trị pH kiềm hay axit thì bọt được tạo do γ-gliadin, trong khi ở pH 8.0 thì sự tạo bọt tương đương giữa α- gliadin và γ-gliadin Vì vậy, γ-gliadin chủ yếu đóng góp vào các thuộc tính tạo bọt của gliadin Gliadin tạo bọt kém ở pH bằng 2.0, để cải thiện tính chất này, chúng ta phải bổ sung 0.25 đến 0.1% NaCl Theo đó, lượng dư axit amin tích điện dương sẽ gây cản trở quá trình hình thành và ổn định bọt.[7]

2.4 ộ bền và ổn định của hệ bọt

Độ bền của bọt phụ thuộc nhiều vào các thành phần trong hệ bột nhào Muốn bọt bền thì ta phải làm sao đó cho các bóng bọt không bị vỡ, nghĩa là lớp film mỏng bao quanh bọt phải có khả năng bền vững và đàn hồi tốt, đặc biệt phải ngăn được sự di chuyển của khí, tức là không thấm khí Khi protein được hấp phụ vào bề mặt liên pha thì nó sẽ giúp lớp film của bọt có được các điều kiện trên, một phần làm bọt bền hơn Một yếu tố nữa là thể tích của các bóng bọt, thể tích càng nhỏ, càng phân tán thì hệ bọt càng bền.[2]

Các lực lượng hoạt động trong các giai đoạn khác nhau của sự ổn định bọt là:

Lực hấp dẫn tĩnh điện: là cần thiết để hình thành mạng lưới protein và sự gắn kết

các lớp film, lớn hơn nó có thể gây đông tụ các polypeptide Mặt khác, vai trò của điện tích

âm trong ổn định bọt được cho là do lực đẩy tĩnh điện trong các lớp film liền kề Đặc điểm quan trọng đối với sự hình thành lớp film tối ưu trong hệ thống, đơn giản đó là có thể trì

7

hoãn sự hình thành lớp film và nguyên nhân gây ra sự không bền hệ bọt Chẳng hạn như, một số tính chất lưu biến để cải thiện sự ổn định lớp film là tối đa trong phạm vi điểm đẳng điện của nhiều protein, tại điểm này độ hòa tan ở mức tối thiểu Để xác định các thuộc tính tạo bọt của một protein, điều cần thiết là cần biết sự cân bằng giữa các thành phần kỵ nước

và ion, mặc dù vị trí chính xác của các thành phần này dưới dạng phân tử trong không gian

ba chiều là chưa xác định (Phillips và cộng sự, 1994.).[6]

Các cặn không phân cực đóng góp phần nhiều vào các lực tương tác kỵ nước ở bề mặt phân pha Vì vậy, chúng làm tăng hoạt động bề mặt, trong đó lượng cặn thấm nước có liên quan đến việc giảm hoạt động bề mặt, và do đó có thể cải thiện chất lượng lớp film và

sự ổn định bọt (Nakai & Li-Chan, 1985) Sự ổn định bọt phụ thuộc vào khả năng hoạt động

bề mặt của protein cải thiện tính đàn hồi của lớp film Sự ổn định cũng có thể phản ánh sự cân bằng giữa các lực lượng bên trong các lớp film và các lực tương tác giữa các bong bóng bọt kề nhau (Kinsella & Philips, 1989).[6]

Quá trình hình thành bọt liên quan mật thiết đến vận tốc đảo trộn, hình dạng của thiết bị và các thuộc tính bề mặt của nguyên liệu để tạo bọt trong bột nhào (Phillips và cộng sự, 1990) Lượng khí tối đa được pha trộn trong quá trình đánh trộn phản ánh trạng thái cân bằng động thực tế tốt hơn giữa sức mạnh cơ khí và phá hủy bong bóng bọt Điều này có thể coi là một biện pháp thực tế trong việc ổn định bọt Sự ổn định bọt được đo bằng thời gian cần thiết bởi một chất lỏng lượng nhất định được thoát ra từ bọt Phần mở rộng của lớp film protein được hình thành có liên quan đến khả năng của các protein để làm giảm sức căng bề mặt giữa những bọt khí nhỏ và dịch protein Sự ổn định bọt phụ thuộc vào bản chất của lớp film, trong đó phản ánh sự mở rộng của các tương tác trong nội bộ ma trận film (Phillips và cộng sự, 1994).[6]

Các đặc điểm cấu trúc của protein dẫn đến hình thành bọt nhanh là trọng lượng phân

tử thấp và các phân tử amphipathic Để hình thành một viên nang (capsule) protein giữ

bong bóng không khí trong đó, các thành phần protein nên liên kết bằng tương tác không cộng hóa trị (non-covalent), chẳng hạn như tương tác tĩnh điện và kỵ nước, liên kết hydro

và các mối liên kết disulphide (S-S) Các đặc điểm phân tử vốn có với protein ảnh hưởng đến sự hình thành và ổn định của bọt do protein tạo nên (Kinsella & Phillips, 1989) Sự cân bằng quan trọng của tương tác không cộng hóa trị dẫn đến sự hình thành của một lớp film

có tính liên kết và nhớt, điều này là cần thiết để ổn định bọt.[6]

Các lực đẩy tĩnh điện có thể làm giảm sự ổn định bọt và làm chậm sự hình thành các lớp film Mối liên kết disulphide làm giảm tính linh hoạt của protein Sự thay đổi của liên kết disulphide trong nhóm thiol có tính chất chức năng quan trọng Thay đổi phân tử được gây ra bằng cách giảm các mối liên kết disulphide trong các phân tử protein, cải thiện sự

8

hình thành lớp film ở trong bọt xốp và ổn định của cấu trúc của nó (Đức & Phillips, 1989).[6]

Sự hình thành các mối liên kết disulphide trong sự hình thành bọt và các thuộc tính tạo bọt của ovalbumin đã được nghiên cứu bởi Doi và cộng sự (1989), họ kết luận rằng các yếu tố cần thiết để hình thành bọt ổn định của ovalbumin là không hình thành mối liên kết disulphide, nhưng hình thành mạng bằng cách tương tác khác không phải liên kết cộng hóa trị Vai trò quan trọng của liên kết disulphide là ổn định cấu trúc protein, hạn chế phân tử

trải ra và ngăn chặn “the total exposition” của các vùng kỵ nước (Li-Chan & Nakai,

1991) Sự hình thành các liên kết disulphide ở hai pha lỏng - khí có thể cải thiện sự ổn định bọt Nồng độ protein, độ dày màng, sức mạnh của các ion, độ pH, nhiệt độ, và sự hiện diện của các thành phần khác trong hệ thống thực phẩm, ngoài tính chất vật lý hóa học của protein, ảnh hưởng đến tính chất tạo bọt Chẳng hạn như, sự gia tăng của nồng độ protein

thường gây ra sự hình thành của một lớp film “lamellar” dày, trong đó sản lượng bọt ổn

định hơn (Phillips và cộng sự, 1994).[6]

Bánh trứng đường (làm từ lòng trắng trứng với đường) và các bánh có lòng trắng

trứng có thể tạo ra cấu trúc do ovomucins và ovoglobulins Tuy nhiên, khi vắng mặt ovalbumin, khối lượng bánh xẹp lại sau khi phát triển trong thời gian đánh trộn (Yang &

Baldwin, 1995).[6]

Khi chỉ có ovalbumin trong hỗn hợp bột nhào bánh “thiên thần” (Angel cake),

khoảng thời gian dài đánh trộn là cần thiết để tạo bọt và các sản phẩm cuối cùng sẽ có một

kết cấu dày (MacDonnel et al, 1955) Khi lòng trăng trứng bị bỏ globulin và ovomucin, đòi

hỏi phải đánh trộn với thời gian dài hơn, và khi những hỗn hợp này được sử dụng trong

bánh gây giảm thể tích Nếu các ovoglobulins được bổ sung trở lại trong hỗn hợp bánh, có

sự gia tăng thể tích, nhưng thời gian cho giai đoạn đánh trộn vẫn còn dài Khi ovomucin được thêm vào để thay thế cho ovoglobulin, thời gian cho giai đoạn đánh trộn được giảm

đi, nhưng thể tích của bánh không được cải thiện Khi cả ovoglobulin và ovomucin được thêm vào, chất lượng bánh tăng lên rõ rệt Ngoài ra một số lượng lớn ovomucin được bổ

sung sẽ gia tăng vận tốc của sự hình thành bọt và đông tụ nhiều protein ở bề mặt bọt, cộng với giảm tính đàn hồi của lớp film xung quanh bọt Vì vậy, thể tích của một chiếc bánh

nướng từ hỗn hợp này là nhỏ hơn Ngoài ra một số lượng lớn hơn ovoglobulin trong lòng

trắng trứng tạo ra tính chất tạo bọt yếu và làm tăng thể tích bánh Sự ổn định trong những

trường hợp này thường thấy chỉ khi số lượng của ovomucin bổ sung là thường xuyên

(MacDonnel et al, 1955) Alleoni & Antunes (2004) quan sát thấy mối tương quan tích cực

giữa hàm lượng của ovalbumin và thể tích của chất lỏng thoát ra khỏi bọt trong lòng trắng

trứng gà có hoặc không có lớp phủ protein whey dày đặc Thể tích của chất lỏng thoát ra

tăng và sự ổn định bọt giảm cùng với tăng hàm lượng s-ovalbumin.[6]