Nội dung

TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA NÔNG NGHIỆP & TNTN BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Giáo trình CHẾ BIẾN THỰC PHẨM ĐẠI CƯƠNG (Tài liệu sử dụng cho sinh viên ngành Phát Triển Nông Thôn) Người biên soạn TRẦN XUÂN HIỂN LƯU HÀNH NỘI BỘ Năm 2005 Chương 1: THÀNH PHẦN VÀ GIÁ TRỊ CỦA THỰC PHẨM Thành phần hóa học của thực phẩm bao gồm: nước, protein, glucid, lipid, acid hữu cơ, vitamin, khoáng chất, enzym và một số thành phần khác. Thành phần hóa học của thực phẩm không những ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng mà còn quyết định cả tính chất lý học, hóa học và sinh học của thực phẩm. Nước 1. Vai trò và tác dụng của nước trong đời sống và sản xuất thực phẩm Nước có vai trò rất quan trọng đối với sự sống. Nước là hợp phần chính chiếm tới 60% cơ thể người và cũng là hợp phần phong phú nhất trong các loại thực phẩm ở trạng thái tự nhiên trừ ngũ cốc. Nước tham gia vào phản ứng quang hợp của cây xanh để tạo nên các chất hữu cơ trên trái đất. to 6CO2 + 6H2O ------------> C6H12O6 + 6CO2 Trong cơ thể người và động vật, nhờ nước mà các phản ứng thủy phân mới tiến hành được. Hầu như tất cả các loại thực phẩm đều chứa nước, nhưng hàm lượng nước trong thực phẩm khác nhau rất nhiều, có loại thực phẩm chứa nhiều nước, có loại thực phẩm chứa ít nước. Bảng 1.1: Hàm lượng nước trong một số thực phẩm Loại thực phẩm Tỷ lệ, % Chứa nhiều nước - Rau quả tươi - Thịt, cá tươi - Trứng - Sữa tươi 75 – 95 62 – 68 70 – 72 87 - 90 Chứa ít nước - Trà, thuốc lá - Đậu nành, phộng, mè - Sữa bột - Đường - Mỡ nước 11 - 13 5–8 < 2,50 0,05 0,03 (Thương phẩm và hàng thực phẩm, Nguyễn Thị Tuyết) Nước là nguyên liệu cần thiết không thể thiếu được đối với công nghiệp hóa học và công nghiệp thực phẩm. Nước dùng để nhào rửa nguyên vật liệu, vận chuyển và xử lý nguyên liệu, để chế tạo sản phẩm và xử lý sản phẩm lần cuối. Nước còn dùng để liên kết các nguyên liệu và các chất trong sản phẩm. Nước là thành phần cơ bản của một số sản phẩm như bia, nước giải khát… Nước tham gia trực tiếp vào các phản ứng hóa học và trở thành thành phần của thực phẩm. Nước làm tăng cường các quá trình sinh học như hô hấp, nẩy mầm, lên men… Nước làm tăng chất lượng cũng như làm tăng giá trị cảm quan của thực phẩm. Các tính chất cảm quan như độ bóng, độ mịn, dai, dẻo và dẹp của nhiều sản phẩm phụ thuộc vào sự có mặt của nước. Nước còn dùng để đốt nóng và làm lạnh các động cơ trong nồi hơi và trong các máy ép thủy lực. 2. Hàm lượng và trạng thái của nước trong sản phẩm thực phẩm. Dựa vào hàm lượng nước có thể chia các sản phẩm thực phẩm thành 3 nhóm: • • • Nhóm các sản phẩm thực phẩm có hàm lượng nước cao (trên 40%) Nhóm các sản phẩm thực phẩm có hàm lượng nước trung bình (10 – 40%) Nhóm các sản phẩm thực phẩm có hàm lượng nước thấp ( dưới 10%) Trong các sản phẩm thực phẩm nước thường ở dưới 2 dạng: nước tự do và nước liên kết. • • Nước tự do là chất lỏng giữa các mixen. Có trong dịch tế bào, hòa tan các chất hữu cơ và vô cơ, tham gia vào quá trình biến đổi sinh hóa, dễ bay hơi khi phơi sấy. Vì vậy, thực phẩm nào chứa nhiều nước tự do càng dễ hư hỏng, khó bảo quản. Nước tự do có tất cả các tính chất của nước nguyên chất. Nước liên kết được hấp thụ bền vững trên bề mặt các mixen và thường tồn tại dưới một áp suất đáng kể do trường lực phân tử quyết định, là nước không tách tách ra khỏi thực phẩm, không tham gia vào quá trình sinh hóa và quá trình vi sinh vật nên loại nước này không gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng thực phẩm. Tùy mức độ liên kết, dạng nước này lại chia ra làm 3 loại: o Nước liên kết hóa học o Nước liên kết hấp thụ o Nước liên kết mao quản 3. Hoạt độ của nước Trong một dung dịch hay một thực phẩm một phần bề mặt thoáng bị các phân tử của chất hòa tan hydrat hóa chiếm giữ, nên số phân tử dung môi thoát ra trong một đơn vị thời gian trên một đơn vị diện tích bề mặt sẽ nhỏ hơn so với dung môi nguyên chất, đo đó có cân bằng: <-----Hơi -------> được thiết lập ở áp suất nhỏ hơn so với dung môi nguyên chất. Tỷ số áp suất hơi của dung dịch và dung môi được gọi là haọt độ nước và được ký hiệu là aw: Dung dịch Áp suất hơi sẽ không bị giảm khi dung dịch hay thực phẩm có chứa các chất không hòa tan. Hoạt độ nước là hàm số của độ ẩm, thành phần hóa học và cấu trúc của sản phẩm thực phẩm. aw trước tiên có liên quan đến tổng số nước ở trong sản phẩm. Sản phẩm có hàm ẩm cao thường chứa nhiều nước tự do, do đó có hoạt độ nước cao. aw có thể bị giảm đi không chỉ bằng cách tách nước đi mà còn bằng cách thêm các chất hòa tan khác nhau vào sản phẩm để làm cho hàm lượng nước liên kết tăng lên. aw không chỉ phụ thuộc vào thành phần hóa hcọ mà còn vào trạng thái vật lý cảu sản phẩm. Protein và tinh bột thường giữ một lượng nước nhiều hơn các lipid và các chất kết tinh (ví dụ, các đường) 4. Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến tính chất biến đổi và chất lượng của các sản phẩm thực phẩm. Cường độ hư hỏng của dạng sản phẩm này hay sản phẩm khác là do một loạt các yếu tố bên trong và bên ngoài mà trước hết là do hoạt độ nước của sản phẩm quyết định. Nhìn chung với các sản phẩm có hoạt độ nước cao thì quá trình sinh học chiếm ưu thế. Tuy nhiên, trong sản phẩm có hàm lượng lipid nhiều thì ngay cả khi có aw cao thì quá trình phi sinh học (oxy hóa vẫn trội hơn). Đối với những sản phẩm có hàm ẩm thấp và trung bình thì các quá trình phi sinh học như sự oxy hóa và sự sậm màu rất thường xảy ra. Tốc độ của các quá trình này phụ thuộc rất mạnh vào hoạt độ nước. 5. Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến cấu trúc và trạng thái của sản phẩm thực phẩm. Rau quả tươi chứa nhiều nước nên thường có độ căng, độ bóng và độ giòn nhất địnhững, khác với rau quả khi bị héo thì teo lại do mất nước. Áp suất thủy tĩnh này gọi là áp suất trương và thường tạo ra một độ căng nào đó đối với tế bào và do đó làm tăng kích thước tế bào. Nước làm biến tính protein là phá hủy hoàn toàn các có thể bậc cao, tạo ra một sự biến đổi sâu sắc về lượng khiến cho protein khác với các chất khác. Nhờ biến tính mà sau đó các phân tử protein tương tác với nhau tạo ra một mạng lưới có trật tự gọi là gel, nghĩa là tạo ra một có thể mới cho những thực phẩm kiểu như phomat, giò…Nước còn ảnh hưởng đến khả năng tạo như tương và khả năng tạo bọt của protein do đó tạo ra một trạng thái cũng như một kết cấu đặc trưng của nhiều sản phẩm thực phẩm chứ protein. Nước còn là chất hóa dẻo của tinh bột do đó mà tinh bột tạo ra độ dai, dẻo, độ đục, độ trong, tạo màng, tạo sợi … cho nhiều sản phẩm thực phẩm. Trong cơ thể người và động vật nhờ nước mà các phản ứng thủy phân thức ăn mới tiến hành được. Nước là nguyên liệu cần thiết không thể thiếu được đối với công nghiệp hóa học và công nghệ thực phẩm. Protein 1. Thành phần và cấu tạo của protein Tất cả các protein đều chứa các nguyên tố C, H, O, N. Một số còn chứa một lượng nhỏ S. Tỉ lệ phần trăm khối lượng các nguyên tố này trong phân tử protein: C 50 – 55% H 6.5 – 7.3% O 21 – 24% N 15 – 18% S 0– 0.24% Ngoài các nguyên tố trên, một số protein còn chứa một lượng rất nhỏ các nguyên tố khác như: P, Fe, Zn, Cu, Mn, Ca … Acid amin là cấu tử cơ bản của protein, hay nói cách khác những hợp chất hữu cơ mạch thẳng hoặc mạch vòng trong phân tử có chứa ít nhất một nhóm amin (-NH2) và một nhóm carboxyl (-COOH). Công thức tổng quát của a acid amin: Các acid amin mà cơ thể không tổng hợp được phải lấy từ thức ăn thực vật gọi là acid amin không thay thế (cần thiết). Với người có 8 acid amin cần thiết: Valin, Isoleucin, Lysin, Methionin, Treonin, Phenylalanin và Tryptophan. Ở trẻ em đang lớn và gia cầm còn có thêm Histidin, Arginin. Cứ 1g protein cung cấp cho cơ thể 4,10 Kcal 2. Phân loại protein theo thành phần hoá học • Protein đơn giản: Trong thành phần chỉ chứa các acid amin như Albumin, Globulin, Prolamin, Glutelin. • Protein phức tạp: Ngoài acid amin ra, trong phân tử của chúng còn chứa các hợp chất khác như acid nucleic, glucid, lipid… Các hợp chất này còn gọi là nhóm ngoại. Do protein kết hợp với nhóm ngoại, phần protein trong phân tử protein phức tạp gọi là apoprotein như Nucleoprotein, Chromoprotein, Lipoprotein Glucoprotein và Mucoprotein, Phosphoprotein 3. Tính chất lý hóa cơ bản của protein Đa số các phân tử protein có khả năng hòa tan trong nước, sự hòa tan này liên quan đến khả năng hydrat hóa phân tử protein. Bất kỳ một yếu tố nào phá hủy được sự hydrat hóa sẽ làm giảm được tính hòa tan của protein và kết tủa nó. Dưới tác dụng của các tác nhân lý hóa, các phân tử protein bị biến tính, không có khả năng hòa tan trở lại. Sự biến tính protein là sự phá vỡ cấu trúc đặc hiệu của chúng, do đó các tính chất lý hóa, các chức năng sinh học bị phá hủy. Protein mang tính lưỡng tính, nó có thể mang điện tích dương hay âm là tùy thuộc vào số góc acid amin mang tính kiềm hay acid. Khi nhóm -NH2 và nhóm -COOH trong phân tử protein bằng nhau thì phân tử protein không tích điện, gọi đó là điểm đẳng điện của protein, tại đây nó dễ kết tủa nhất. 4. Vai trò sinh học của protein. Protein là thành phần không thể thiếu được của tất cả các cơ thể sống. Protein là nền tản về có thể và chức năng của cơ thể sinh vật. Dưới đây là một số chức năng quan trọng của protein: • • • • • • • • Xúc tác Vận tải Chuyển động Bảo vệ Truyền xung thần kinh Điều hòa Kiến tạo chống đỡ cơ học Dự trữ dinh dưỡng .5. Vai trò và giá trị của protid trong dinh dưỡng Protein là hợp phần chủ yếu quyết định toàn bộ các đặc trưng của khẩu phần thức ăn. Khi thiếu protein trong chế độ ăn hàng ngày sẽ dẫn đến nhiều biểu hiện xấu cho sức khỏe như suy dinh dưỡng, sút cân mau, chậm lớn đối với trẻ em, giảm khả năng miễn dịch, khả năng chống đở của cơ thể đối với một số bệnh, sẽ gây ảnh hưởng xấu đến hoạt động bình thường của nhiều cơ quan chức năng như gan, tuyến nội tiết và hệ thần kinh, sẽ làm thay đổi thành phần hóa học và cấu tạo hình thái của xương (lượng calci giảm, lượng magie tăng cao). Do đó mức protein cao chất lượng tốt (protein chứa đủ các acid amin không thay thế) là cần thiết trong khẩu phần ăn cho mọi lứa tuổi. • • Protein là thành phần nguyên sinh chất của tế bào Protein tham gia cân bằng năng lượng của cơ thể • Protein là chất kích thích ngon miệng .6. Hàm lượng protein trong các nông sản phẩm chính Thức ăn cung cấp protein cho người gồm 2 nhóm lớn: Nguồn thức ăn động vật (thịt, cá, trứng, sữa ...), nguồn thức ăn thực vật (gạo, khoai tây, bánh mì, một số loại rau, đậu ..). Thức ăn nguồn gốc động vật có chứa hàm lượng protein nhiều hơn thức ăn nguồn gốc thực vật trừ một số loại đậu. Bảng 1.2: Hàm lượng của protein trong một số thực phẩm, % Loại thực phẩm Thịt lợn nạc Thịt gà Thịt bò Bột mì loại 1 Cá lóc (quả) Hàm lượng 19 20,3 – 22,4 18 – 21 11 18,2 Loại thực phẩm Cá diếc Trứng vịt Hàm lượng 17,7 13 Đậu nành 34 Đậu Hà lan 6,5 Sữa đặc có đường 8,1 (Thương phẩm hàng thực phẩm, Nguyễn Thị Tuyết) Protein là hợp phần chủ yếu, quyết định toàn bộ các đặc trưng của khẩu phần thức ăn. Chỉ trên nền tảng per cao thì tính chất sinh học của các cấu tử khác mới thể hiện đầy đủ. 7. Vai trò của protein trong công nghệ thực phẩm Ngoài giá trị sinh học và giá trị dinh dưỡng trong công nghệ sản xuất thực phẩm, protein cũng đóng vai trò rất quan trọng. • • Protein là chất có khả năng tạo cấu trúc, tạo hình khối, tạo trạng thái cho các sản phẩm thực phẩm. Nhờ khả năng này mới có qui trình công nghệ sản xuất ra các sản phẩm tương ứng từ các nguyên liệu giàu protein. Protein gián tiếp tạo ra chất lượng cho các thực phẩm. Các acid amin (từ protein phân giải ra) có khả năng tương tác với đường khi gia nhiệt để tạo ra được màu vàng nâu cũng như hương thơm đặc trưng của bánh mì gồm 70 cấu tử thơm. Glucid 1. Cấu trúc, tính chất lý hóa và vai trò của glucid trong dinh dưỡng Glucid được phân nhóm tùy thuộc vào số lượng của nguyên tử carbon trong phân tử, như triose (3 đơn vị carbon), pentose (5 đơn vị carbon), hexose (6 đơn vị carbon). Về mặt dinh dưỡng loại glucid có tầm quan trọng là hexose và trong đó D-glucose là loại quan trọng nhất. Glucid và các đồng phân lập thể của chúng tham gia vào thành phần tổ chức của cơ thể, có chức năng và tính đặc hiệu cao. Trong dinh dưỡng người vai trò chính của cacbohydrat là sinh năng lượng. Hơn ½ năng lượng của khẩu phần ăn hàng ngày là do glucid cung cấp. Glucid còn là nguồn năng lượng cho hoạt động cơ, glucid được oxy hóa trong cơ thể cả theo con đường hiếu khí và kỵ khí. Ngoài vai trò sinh năng lượng ở mức độ nhất định, glucid còn có vai trò tạo hình. Glucid là nhóm hợp chất hữu cơ khá phổ biến ở cả cơ thể động vật, thực vật và vi sinh vật. Ở cơ thể thực vật glucid có thể chiếm tới một tỷ lệ khá cao, tới 80 – 90% trọng lượng khô. Còn ở cơ thể thể người và động vật hàm lượng glucid thường thấp hơn hẳn (không quá 2%). Cũng cần chú ý rằng, ngay ở thực vật, hàm lượng glucid cũng biến đổi trong giới hạn khá rộng rãi. Mặc dù cơ thể luôn phân hủy glucid để cung cấp năng lượng, mức glucid trong cơ thể vẫn ổn định nếu ăn vào đầy đủ. Lượng glucid cung cấp đầy đủ sẽ làm giảm phân hủy protid đến mức tối thiểu. Trong cơ thể chuyển hóa của các glucid có liên quan chặt chẽ với chuyển hóa protid và lipid. Cứ 1g glucid cung cấp 4,10 Kcal a. Các glucid đơn giản Thuộc nhóm này gồm có mono và di saccharide. Chúng có đặc tính chung là dễ hòa tan trong nước, đồng hóa và sử dụng nhanh để tạo glycogen. Các glucid đơn giản đều có vị ngọt, khi vào cơ thể xuất hiện tương đối nhanh trong máu. • • Mono saccharide (C6H12O6): Glucose và Fructose Disaccharide : Saccharose (đường mía hay củ cải đường) và lactose (đường sữa) Các loại đường có độ ngọt khác nhau. Nếu lấy độ ngọt của saccharose là 100, thì độ ngọt của các loại đường khác được thể hiện qua bảng sau : Saccharose100 Mantose 32.5 Lactose 16.0 Fructose 173 Glucose 74 Ramnose 32.5 Galactose 32.1 Đường nghịch chuyển (chuyển 130 hóa) b.Các polysaccharide · Tinh bột Tinh bột là thành phần dinh dưỡng chính của thực phẩm thực vật, đặc biệt là các loại hạt và đậu cũng như khoai tây. Tinh bột giữ vai trò quan trọng trong công nghệ thực phẩm do những tính chất lý hóa của chúng. Trong hạt tinh bột khoai tây có 19 – 22% amilose và 78 – 91% amilopectin, ở hạt lúa mì và hạt ngô amilose chiếm 25% còn amilopectin chiếm 75%. Trong cơ thể người tinh bột là nguồn cung cấp glucose chính. Sự biến đổi chậm thành glucose tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng chúng hoàn toàn nhất trong cơ thể. Trong điều kiện tiêu hao năng lượng trung bình lượng đường cần thiết chủ yếu dựa vào tinh bột. Phản ứng đặc hiệu cho tinh bột cũng mất đi theo quá trình trên. Amylodextrin cho màu xanh hạt, acrodextrin và maltodextrin không cho phản ứng với iode. Sản phẩm cuối cùng của các biến đổi dextrin là đường maltose. · Glycogen Có tương đối nhiều ở gan (tới 20% trọng lượng tươi). Trong cơ thể glycogen được sử dụng để dinh dưỡng các cơ, cơ quan và hệ thống đang hoạt động dưới dạng chất sinh năng lượng. Sự phục hồi glycogen xảy ra khi nghỉ ngơi nhờ sự tái tổng hợp glycogen từ glucose của máu. · Các chất pectin Các chất pectin có thể coi như các hemicellulose vừa có các chức năng cơ học chống đỡ, chức năng của các chất bảo vệ, vừa có giá trị dinh dưỡng nhất định. Phân tử pectin thường gồm một phân tử polysaccharide nào đó và một acid pectinic. Các chất pectin cũng dễ dàng bị phân giải bởi các men có mặt trong vi khuẩn, nấm và các tổ chức thực vật cao cấp. Pectin có nhiều trong các loại quả, củ như cam 12.4%, mơ 4 ¸ 7.1%, mận 3.1 ¸ 8%, táo 1.6 ¸ 5.6%, cà rốt 2.4 ¸ 4.8%. · Cellulose Là thành phần cấu tạo của thực vật, về cấu trúc hóa học rất gần với polysaccharide. Cellulose trong ruột có thể được phân giải và đồng hóa do một số vi khuẩn đường ruột có loại men phân giải cellulose. Do đó ở mức độ nhất định nó có giá trị dinh dưỡng. Các loại hạt có hàm lượng cellulose cao, tuy nhiên hàm lượng này giảm nhiều trong quá trình xay xát. Lượng cellulose trong rau quả khoảng 0.7 ¸ 2.8%, trong quả 0.5 ¸ 1.3%, khoai tây 0.7 ¸ 1.0%. Cellulose có tác dụng kích thích nhu động ruột, vì thế dùng để điều hòa bài tiết. Gần đây nhiều nghiên cứu cho thấy cellulose tạo điều kiện bài xuất cholesterol ra khỏi cơ thể và như vậy có vai trò nhất định trong phòng ngừa xơ vữa động mạch. Cellulose còn giữ vai trò nhất định trong điều hòa hệ vi khuẩn có ích ở ruột và tạo điều kiện tốt cho chức năng tổng hợp của chúng. 2. Vai trò sinh học của glucid Glucid đảm nhiệm nhiều vai trò quan trọng trong cơ thể sinh vật. • • • Glucid là chất cung cấp năng lượng chủ yếu cho cơ thể. Riêng glucid đã cung cấp tới 60% năng lượng cho các quá trình sống. Tuy độ sinh nhiệt kém xa lipid (chỉ bằng một nửa) tuy nhiên glucid lại có ưu thế nổi bật là hòa tan tốt trong nước, môi trường cho các phản ứng xảy ra trong cơ thể. Glucid có vitamin tạo cấu trúc, tạo hình (xullulose) Glucid có vai trò bảo vệ (mucopoly saccarit) • Glucid cũng góp phần tạo cho tế bào có được các tương tác đặc hiệu (ví dụ, polysaccarit trên màng tế bào hồng cầu hay hình thành tế bào một số vi sinh vật ). 3. Vai trò của glucid trong công nghệ thực phẩm Glucid trong công nghệ sản xuất thực phẩm có vai trò rất đa dạng và vô cùng quan trọng: • • Glucid là chất liệu cơ bản, cần thiết không thể thiếu được của ngành sản xuất lên men. Các sản phẩm như rượu, bia, nước giải khát, mì chính, acid amin vitamin, kháng sinh đều được tân tạo ra từ cội nguồn glucid. Glucid tạo ra được cấu trúc, hình thù, trạng thái cũng như chất lượng cho các sản phẩm thực phẩm: tạo kết cấu và tạo chất lượng Do glucid là thức ăn chính của con người nên ở cơ thể bình thường thì 65 ¸ 70% nhu cầu năng lượng do glucid cung cấp mặc dù lượng glucid không chiếm quá 1% trọng lượng cơ thể. 4. Thành phần và hàm lượng glucid trong một số nông sản phẩm chính Hàm lượng glucid trong các loại thức ăn khác nhau rất khác nhau. Ngược lại với protein, hàm lượng glucid trong thức ăn thực vật hơn hẳn và gấp nhiều lần so với thức ăn động vật, trong đó phải kể đến các loại ngũ cốc và các loại đậu giàu chất bột, rồi kế đến là các loại quả chín. Trong thức ăn động vật trừ sữa mẹ và sữa bò, còn lại hàm lượng glucid trong các loại thịt hầu như không đáng kể. Ở thức ăn thực vật thì hàm lượng glucid trong khoai mì tươi bằng 1/3 ¸ ½ hàm lượng glucid trong hạt ngũ cốc. Ở các loại đậu như đậu nành, đậu xanh … có hàm lượng glucid tương đương với khoai mì nhưng hàm lượng cellulose lại lớn hơn. Bảng 1.3: Hàm lượng các loại glucid trong một số thực phẩm Hàm lượng các loại glicid trong một số thực phẩm, % Tên sản phẩm Tinh bột Đường tan Glucid khác 63 65 3.6 4.3 2.0 8.0 Ngô 70 3.0 7.0 Kê 60 3.8 2.0 Lúa gạo Lúa mì ( Dinh dưỡng người, Lê Doãn Diên)