Tài liệu Tìm hiểu về công nghệ sản xuất kẹo cao su (chewing gum)

Ñoà aùn toát nghieäp Ths. Phaïm Thò Haûi Quyønh Chương 1: TỔNG QUAN I. Lịch sử về kẹo cao su (chewing gum) [1] Người ta cho rằng, từ hàng ngàn năm trước (ít nhất là thời kì đồ đá) con người đã nhai kẹo cao su ở dạng tự nhiên của nó. Người ta đã tìm thấy hóa thạch 5000 năm tuổi (dấu răng in trên nhựa cây bạch dương) tại Kierikki, Yili-li, Phần lan. Một trong những mẩu kẹo cao su được tìm thấy gần đây nhất là ở gần thành phố Hình 1.1: Hóa thạch kẹo cao su 5000 năm tuổi Ellos thuộc miền Tây Thụy Điển năm 1993. Miếng kẹo 9.000 năm tuổi có trộn mật ong, đã được nhai kỹ, còn cả dấu răng. Các loại nhựa vỏ cây vào thời kì đó được tin rằng có tác dụng sát trùng và các đặc tính thuốc khác. Đặc biệt là phụ nữ, họ dùng để làm sạch răng. Dạng phổ biến nhất của “kẹo cao su” là các miếng nhựa cây, cỏ ngọt, lá cây, hạt ngũ cốc, các loại sáp… Người Hy Lạp cổ đại nhai nhựa cây Mastiche, người Maya cổ đại ở Châu Mỹ nhai nhựa cây Chicle, người Bắc Mỹ nhai nhựa cây vân sam. Sản phẩm kẹo cao su thương mại ra đời đầu tiên vào năm 1848, John Bacon Curtis sống ở thành phố Bangor (bang Maine, Mỹ) đã tạo ra cây kẹo cao su đầu tiên. Curtis đun nhựa cây vân sam, vớt bỏ vỏ cây và cành non, cuốn thành những thanh dài, cắt thành từng khúc, lăn qua bột ngô để các viên kẹo không dính lại với nhau, sau đó bán 1 xu 2 viên cho các điểm bán lẻ khắp nước Mỹ. Năm 1852, John Bacon Curtis xây Hình 1.2: John Bacon Curtis dựng xưởng sản xuất chewing-gum đầu tiên trên thế giới và bán sản phẩm khắp nước. Curtis cũng cho ra lò loại kẹo cao su làm bằng sáp pha thêm chất ngọt và gia vị có mùi vani hoặc cam thảo. Do nhu cầu đối với bột gỗ quá lớn dẫn đến cây vân sam bị đốn nhiều nên lượng nhựa cây không còn đáp ứng đủ nhu cầu chế biến kẹo. Hơn nữa, mùi vị nhựa vân sam không còn hấp dẫn nên nó được thay thế bằng nguyên liệu khác. Bước đột phá kế tiếp trong lịch sử kẹo cao su thuộc về nhà phát minh - nhiếp ảnh gia người Mỹ Thomas Adams (1818-1905) và người hùng lưu vong Mexico Antonio Lopez de Santa Anna (người đã bao vây thành Alamo năm 1836). Santa Anna mang từ Châu Mỹ về SVTH: Nguyeãn Thò Mai Trang 1 Ñoà aùn toát nghieäp Ths. Phaïm Thò Haûi Quyønh chất nhựa của cây chicle và mong muốn Thomas Adams biến chất nhựa này thành cao su để bán với giá rẻ để thu lợi nhưng không thành công. Trong lần nhìn thấy một cô gái ra khỏi hiệu thuốc với viên kẹo cao su White Mountain của Curtis, Adams chợt nảy ra một ý tưởng hoàn toàn mới: nếu không thể biến chất này thành cao su thì ít ra cũng có thể dùng nó để nhai. Vậy là, ông tức tốc về nhà, lấy mấy viên nhựa chicle gửi cho chủ hiệu thuốc nhờ bán giùm. Mẻ nhựa sau, Hình 1.3: Thomas Adams ông tiến hành cắt thành từng thỏi, gói trong giấy lụa màu sau đó đem bán. Năm 1871, Adams chế tạo thành công máy làm kẹo cao su và bổ sung thêm hương vị vào kẹo cao su. Một trong số đó là kẹo Black Jack hương cam thảo. Vào thập niên 1880, cơ sở của ông đã có tới 250 nhân viên (phần Santa Anna, ông chết trong nghèo khổ ở Mexico năm 1876, sau khi kế hoạch biến nhựa mủ thành cao su giá rẻ thất bại). Những chiếc máy làm kẹo cao su được chế tạo từ cuối thế kỷ 19 nhanh chóng lỗi thời do kẹo làm ra dễ bị hôi và máy thường trục trặc. Năm 1918, Ford S. Mason cho ra đời thế hệ máy làm kẹo cao su hiện đại. Cuối thế kỷ 19, đã có nhiều người quan tâm đến ngành kinh doanh kẹo cao su. John Colgan thuộc Louisville (bang Kentucky, Mỹ) đã cho thêm nhựa thơm từ cây tolu (balsam tolu), lấy tên thương hiệu là Taffy-Tolu. Edward E. Beeman, nhà chế tạo người Cleveland, cho ra đời loại kẹo cao su mà khi ăn sẽ “sản sinh chất pepxin giúp dạ dày tiêu hóa”. Ông chào hàng kẹo cao su như là một phương thuốc điều trị chứng ợ nóng. William J. White là người đầu tiên cho bạc hà vào kẹo cao su và tăng lượng sirô ngũ cốc, để kẹo giữ mùi thơm. Kẹo cao su hiệu Yucatan rất được ưa chuộng. 1891 William Wrigley Jr thành lập công ty Wrigley chuyên sản xuất kẹo cao su. Công ty Wrigley ký hợp đồng sản xuất với Công ty Zeno Gum. Đầu tiên, Zeno Gum sản xuất kẹo cao su từ sáp nhưng Wrigley yêu cầu thay bằng nhựa chicle. Sản phẩm đầu tiên được đặt tên Lotta, rồi Vassar và sau đó là Sweet Seventeen Orange. Năm 1893, ông tung ra chewing-gum hương trái cây và bạc hà với tên Juicy Fruit và Spearmint. SVTH: Nguyeãn Thò Mai Trang Hình 1.4: William Wrigley Jr 2 Ñoà aùn toát nghieäp Ths. Phaïm Thò Haûi Quyønh Năm 1906, Frank Henry Fleer cho ra đời loại kẹo cao su có thể tạo ra bong bóng, gọi là Blibber-Blubber. Nhưng nó chẳng gây được tiếng vang nào. Vì bong bóng sẽ nổ sau khi ra khỏi miệng và cao su văng dính khắp mặt. Cho đến một ngày tháng 8/1928, một công nhân của Fleer tên là Walter E. Diemer đã tìm ra lời giải. Sau một Hình 1.5: Walter E. Diemer năm phụ trách pha chế, Diemer tìm được công thức hợp chất giúp tạo ra bong bóng to và sau khi nổ thì lớp cao su dễ dàng bung ra, không dính vào mặt. Năm 1984, công ty Wrigley giới thiệu sản phẩm kẹo cao su không đường (sugarfree gum) đầu tiên. Ngày nay, chúng ta vẫn sử dụng kẹo cao su nhưng được sản xuất ít đường và ít dẻo hơn với nhiều đặc tính (gum nhai, gum thổi, gum bọc đường), hương vị (bạc hà, peppermint, spearmint, articmint, trái cây…) và hình dáng khác nhau (hình tròn, dạng oval, hình vuông, hay hình chữ nhật…). Kẹo cao su còn được dùng như dược phẩm khi các nhà sản xuất cho ra đời loại chứa aspirin, nicotin, chất nhuận tràng và chống say sóng. SVTH: Nguyeãn Thò Mai Trang 3 Ñoà aùn toát nghieäp Ths. Phaïm Thò Haûi Quyønh II. Phân loại kẹo cao su [5] Hiện nay người ta phân loại kẹo cao su theo 2 hình thức sau: • Theo chức năng: kẹo gum thổi (bubble gum), kẹo cao su nhai (chewing gum), kẹo cao su không đường (sugar free gum), kẹo cao su chức năng (functional gum), kẹo cao su thuốc (medicated gum)… • Theo hình thức cấu tạo: kẹo cao su cuộn, kẹo cao su dạng thỏi, kẹo cao su dạng viên, kẹo cao su có nhân, kẹo cao su dạng miếng cắt nhỏ… 2.1. Phân loại theo chức năng Bảng 1.1: Phân loại kẹo cao su theo chức năng Gum thổi (bubble gum): được tạo ra với công thức có thể thổi thành bong bóng. Kẹo cao su thổi người ta thường sản xuất dạng không nhân, có nhân, hoặc bọc đường. Kẹo cao su nhai (chewing gum): được sản xuất để nhai thông thường, thường được chế biến dạng thỏi. Kẹo cao su không đường (sugar free): được sản xuất bởi các chất tạo ngọt như sorbitol, xylitol, aspartame, manitol…và được bọc đường bên ngoài. Đôi khi nhà sản xuất cũng thêm nhân vào sản phẩm. Kẹo cao su chức năng (functional gum): là kẹo cao su có chức năng cung cấp năng lượng như: nhân sâm, trà xanh, caffeine… SVTH: Nguyeãn Thò Mai Trang 4 Ñoà aùn toát nghieäp Ths. Phaïm Thò Haûi Quyønh Kẹo cao su thuốc kẹo cao su thuốc (medicated gum): kẹo cao su được chế biến để làm hệ thống phân phối thuốc vào nước bọt do đó hoạt chất của thuốc ngấm vào máu nhanh hơn uống thuốc. 2.2 Phân loại theo hình dạng Bảng 1.2: Phân loại kẹo cao su theo hình dạng cấu tạo Kẹo cao su cuộn (bubble tape): kẹo cao su sẽ được cuộn tròn trong hộp nhựa, khi sử dụng người ta sẽ ngắt một đoạn theo nhu cầu. Kẹo cao su dạng thỏi (stick gum): kẹo cao su nhai thường được sản xuất ở dạng này. Kẹo cao su dạng viên (pellet gum): ở dạng này chủ yếu là kẹo cao su bọc đường. Kẹo cao su có nhân (center-filled gum): kẹo dạng viên hoặc dạng tròn có nhân mềm hoặc syrup bên trong. Kẹo cao su thổi dạng miếng cắt nhỏ (spaghetti gum). Kẹo cứng kết hợp với kẹo cao su (candy & gum combinations): chủ yếu là kẹo gum thổi được bọc trong kẹo mút (lollipop). SVTH: Nguyeãn Thò Mai Trang 5 Ñoà aùn toát nghieäp Ths. Phaïm Thò Haûi Quyønh III. Nguyên liệu sản xuất [4] Phần này, tác giả sẽ giới thiệu về một số nguyên liệu được dùng trong công nghệ sản xuất kẹo cao su gồm: gum nền, chất tạo ngọt, các chất phụ gia khác 3.1. Gum nền (gumbase) [5] Gum nền là nguyên liệu chủ yếu để sản xuất kẹo cao su. Trên thế giới có hơn 200 công thức gum nền khác nhau, nhưng các công thức này thường là một bí mật thương mại. Nhưng nhìn chung thì nó gồm thành phần chính là chất đàn hồi (elastomers). Chất đàn hồi, có thể dùng chất đàn hồi tự nhiên được lấy từ nhựa cây như chất nhựa của cây chicle, cây jelutong, cây couma macrocarpa, hoặc dùng cao su tổng hợp. Gum nền có tính chất đàn hồi và kị nước, không có dinh dưỡng. Chính vì tính chất kị nước nên kẹo cao su giữ được tính dẻo và đàn hồi khi nhai trong miệng lâu. 3.1.1. Chất đàn hồi [5] 3.1.1.1. Chất đàn hồi tự nhiên: Chất đàn hồi tự nhiên có thể lấy từ nhựa của các cây chicle, gutta percha, jelutong. Nhựa của các cây này cấu tạo từ các poly của isoprene đồng phân dạng trans 1,4. Ở nhiệt độ thấp nó có cấu trúc tinh thể, ở nhiệt độ 600C nó sẽ mềm ra. Hình 1.6: Công thức hóa học của một transpolyisoprene 3.1.1.1.1. Chicle: Chicle là loại cao su tự nhiên được lấy từ mủ của cây manilkara chicle có nguồn gốc ở Trung Mỹ. Cây phân bố từ Veracruz (Mexico) về phía nam tới Atlantico (Colombia). Việc lấy mủ cây cũng giống như cây cao su. Cây chỉ được khai thác một lần trong 3 hoặc 4 năm. Hình 1.7: tạo vết cắt trên cây chicle để lấy mủ SVTH: Nguyeãn Thò Mai Trang 6 Ñoà aùn toát nghieäp Ths. Phaïm Thò Haûi Quyønh 3.1.1.1.2. Gutta Percha : Cây có nguồn gốc Đông Nam Á và miền tây Australia, phân bố từ Đài Loan về phía nam đến Malaysia, và phía đông đến quần đảo Solomon. Cách lấy mủ cũng giống như lấy mủ cây chicle. Hình 1.8: Cây, hoa, quả cây gutta percha 3.1.1.1.3. Jelutong: Cây thân gỗ sống ở Malaysia, Borneo, Sumatra, miền nam Thái Lan. Cũng lấy nhựa như cây cao su. 3.1.1.1.4. Couma macrocarpa: Có nguồn gốc từ Trung và Nam Mỹ, tên gọi khác leche caspi. Cũng lấy nhựa như cao su. Theo truyền thống của người Peru, nhựa cây có thể chữa được bệnh tiêu chảy và bệnh về da. 3.1.1.2. Chất đàn hồi tổng hợp: Thường sử dụng là Polyacetate Etilen là một chất dẻo cao phân tử, khi gia nhiệt sẽ dẻo và mềm. Tan trong dung môi hữu cơ. Phân tử lượng cao hay thấp phụ thuộc vào đặc tính của chúng và phân tử lượng ảnh hưởng trực tiếp đến độ đàn hồi, bóng nhẵn của kẹo cao su. Ngoài ra, còn sử dụng Butadien styrene, Polyvinylacetate (PVA) SVTH: Nguyeãn Thò Mai Trang 7 Ñoà aùn toát nghieäp Ths. Phaïm Thò Haûi Quyønh 3.1.2. Các hình thức gum nền thường gặp [6]. Thông thường người ta sản xuất gum nền ở các dạng sau: Dạng tấm (slabs) Dạng miếng (sheets) Dạng viên (pellets) Dạng giọt nước (drops) Dạng hạt (pearls) Các đặc tính của từng loại gum nền sẽ do nhà cung cấp thông tin cho nhà sản xuất biết. Vì thông thường các thành phần của gum nền là một bí mật thương mại. Từ nguyên liệu gum nền này kết hợp với các loại nguyên liệu khác như chất tạo ngọt, chất phụ gia…nhà sản xuất sẽ tạo ra nhiều loại gum có tính chất, hương vị, hình dáng, màu sắc khác nhau như gum nhai, gum thổi, gum bọc đường… SVTH: Nguyeãn Thò Mai Trang 8 Ñoà aùn toát nghieäp Ths. Phaïm Thò Haûi Quyønh 3.2. Chất tạo ngọt Chất tạo ngọt chủ yếu đóng vai trò tạo ngọt cho kẹo cao su. Tùy theo tính chất của sản phẩm là nhà sản xuất có thể sử dụng đường saccharose được nghiền mịn, glucose syrup hay sử dụng chất tạo ngọt nhân tạo khác như sorbitol, xylitol, manitol, maltitol… 3.2.1. Đường saccharose [1]. Đường saccharose được bổ sung vào các sản phẩm kẹo cao su nhai và kẹo cao su thổi, ít sử dụng cho các loại kẹo cao su bọc đường. Nhưng trong sản phẩm kẹo cao su người ta sử dụng đường saccharose được nghiền mịn. Ngoài vai trò là chất tạo ngọt cho kẹo cao su, đường saccharose còn có đặc tính hút ẩm nên tạo độ ẩm nhất định cần thiết cho sản phẩm và tạo kết cấu cho sản phẩm. Đường saccharose là một loại đường rất phổ biến trong tự nhiên. Nó có nhiều trong thân cây mía, củ cải đường (khoảng 20%), vì vậy trong công nghiệp sản xuất đường người ta thường dùng mía và củ cải đường. Ngoài ra, saccharose còn có ở lá, thân, rễ của nhiều loại thực vật. Saccharose là loại đường dễ hòa tan, nó có ý nghĩa rất quan trọng đối với sự dinh dưỡng của con người. Saccharose là một disaccharide cấu tạo từ glucose và fructose. Hai monosaccharide này liên kết với nhau nhờ hai nhóm OH glucozit, vì vậy saccharose không có tính khử. Saccharose có công thức phân tử: C12H22O11 Hình 1.9: Công thức hóa học của saccharose và cấu trúc không gian của nó Sacchrose có tên hóa học là α-D-glucopyranoside hay β-D-fructofuranosyl. Nó có khối lượng phân tử 342.3g/mol và nóng chảy ở 1860C. Saccharose có tính hút ẩm nên nó ảnh hưởng đến kết cấu của một số sản phẩm thực phẩm. Khi cần duy trì một độ ẩm nhất định trong thực phẩm thì sự có mặt của chất hút ẩm là cần thiết, ví dụ khi làm bánh, mứt, kẹo… SVTH: Nguyeãn Thò Mai Trang 9 Ñoà aùn toát nghieäp Ths. Phaïm Thò Haûi Quyønh 3.2.2. Glucose syrup [5] Đây cũng là thành phần quan trọng trong việc sản xuất kẹo cao su. Nó được sử dụng để làm mềm kết cấu, tăng khối lượng, ngăn chặn sự kết tinh của đường, là chất giữ ẩm và tăng cường hương vị cho sản phẩm. Glucose syrup là sản phẩm của quá trình thủy phân tinh bột, có thể thủy phân monosaccharide hay disaccharide các saccharide cao phân tử hơn. Thành phần chủ yếu của glucose syrup là: glucose, maltose, dextrin, fructose. Tùy theo mức độ thủy phân tinh bột mà hàm lượng của bốn thành phần này có khác nhau và từ đó cũng quyết định tính chất và giá trị sử dụng của glucose syrup. Glucose syrup là một loại đường nghịch đảo. Nó không bị kết tinh, hòa tan dễ dàng trong dung dịch, có vị ngọt nhẹ. Trong sản phẩm kẹo cao su người ta thường sử dụng glucose syrup có hàm lượng đường khử DE = 42. 3.2.3. Sorbitol [5] Được bổ sung vào trong quá trình trộn gum như là chất tạo ngọt chính cho các sản phẩm kẹo cao su bọc đường. Sorbitol là một loại đường rượu, cơ thể người chuyển hóa rất chậm. Sorbitol được thu nhận bằng cách giảm mạch glucose thay thế nhóm aldehyde bằng một nhóm hydroxyl. Là chất tạo ngọt nhân tạo. Tên hóa học: (2S, 3R, 4R, 5R)-Hexane-1,2,3,4,5,6-hexol. Công thức hóa học: C6H14O6 Hình 1.10: Công thức hóa học của sorbitol và cấu trúc không gian của nó Đặc tính: • Độ ngọt của nó bằng 51% so với saccharose • Nóng chảy ở nhiệt độ 93-980C tùy theo hình thức. • Sorbitol rất ổn định và không bị kết tinh khi chế biến • Có tính giữ ẩm. SVTH: Nguyeãn Thò Mai Trang 10 Ñoà aùn toát nghieäp Ths. Phaïm Thò Haûi Quyønh • Có thể chịu nhiệt độ cao mà không xảy ra phản ứng Maillard. • Có thể kết hợp tốt với các thành phần nguyên liệu khác như đường, các chất gel, protein, chất béo thực vật. • Nó chứa năng lượng khoảng 2.6 Kcal/g. • Trong sản xuất kẹo, sorbitol được sử dụng để tăng tuổi thọ của kẹo. Chức năng của sorbitol là làm chậm lại sự cứng lại của đường thường liên quan đến sự hư hỏng của kẹo. Nó cũng giúp tạo độ mềm dẻo, cấu trúc và hương vị. • Sorbitol không bị lên men bởi các vi sinh vật trong miệng nên thường được sử dụng để phòng chống sâu răng. • Dung dịch sorbitol 70% có thể thay thế các chất giữ ẩm khác vì xét về hàm lượng sử dụng nó chỉ cần 1 lượng ít hơn các loại khác 10%. • Sorbitol được sử dụng cho các sản phẩm dành cho người tiểu đường vì nó chậm hấp thu trong ruột và được chuyển hóa như fructose. • Đối với cơ thể người, sau khi uống sorbitol được chuyển hóa thành fructose nhờ vào men sorbitol-deshydrogenase sau đó chuyển thành glucose, chỉ một lượng nhỏ sorbitol không chuyển hóa được đào thải qua thận, phần còn lại được thải qua đường hô hấp dưới dạng CO2. Có tính nhuận tràng với nguyên lý là hấp thụ nước vào ruột già qua đó kích thích tiêu hóa. Cơ thể cũng có cơ chế tự tổng hợp sorbitol cho cơ thể khi không có mặt sorbitol trong thức ăn. Sorbitol kết hợp với kayexalate giúp cơ thể loại bỏ các ion Kali dư thừa trong ruột-các kayexalate trao đổi ion Natri cho các ion Kali trong ruột trong khi sorbitol giúp loại bỏ nó. Có quá nhiều sorbitol mắc kẹt trong các tế bào võng mạc, các tế bào thủy tinh thể, tế bào Schawann có thể gây nên các bệnh về giác mạc, thủy tinh thể, hoặc các bệnh liên quan đến thần kinh ngoại biên. Ngoài ra sorbitol cũng làm tăng thêm hội chứng ruột kích thích dẫn đến đau bụng nặng. SVTH: Nguyeãn Thò Mai Trang 11 Ñoà aùn toát nghieäp Ths. Phaïm Thò Haûi Quyønh 3.2.4. Xylitol [5] Xylitol ngoài vai trò là chất tạo ngọt nó còn là chất chống sâu răng được bổ sung vào kẹo cao su. Xylitol là một loại đường rượu. Nó có tên hóa học 1,2,3,4,5 pentahydoxypentane. Công thức phân tử của xylitol C5H12O5 Hình 1.11: Công thức hóa học của xylitol Xylitol có phân tử gam 152.15g/mol, điểm nóng chảy: 92-960C, nhiệt độ sôi: 2160C. Nó được tìm thấy trong chất xơ của các loại trái cây và rau xanh. Nó có thể được tổng hợp từ quả mâm xôi, quả mận, bắp. Tính chất: • Xylitol có độ ngọt bằng 102% so với saccharose, với cùng một khối lượng nhưng nó cung cấp năng lượng chỉ bằng 2/3 so với saccharose (khoảng 1.9 cal/g). • Nó không có hậu vị • Xylitol được xem là chất tạo ngọt ngăn ngừa sâu răng, nước bọt có chứa xylitol nhiều kiềm hơn nước bọt có chứa đường khác, có sự tham gia của xylitol nồng độ acid amin cơ bản trong nước bọt tăng. Nghiên cứu gần đây cho thấy xylitol có tác dụng giảm mảng bám trên răng, và đưa ra rằng trong xylitol có thành phần tương tự sucrose dẫn dụ sau đó bỏ đói vi sinh vật gây mảng bám cho phép miệng tái tạo sự hư hỏng trên răng với sự ngắt quãng ít hơn. Khi nước bọt có tính kiềm, calcium và muối phosphate trong nước bọt bắt đầu kết tủa thành lớp men nơi răng còn thiếu. • Xylitol hấp thu chậm hơn so với đường saccharose nên nó an toàn cho người bị tiểu đường. • Xylitol cũng có tiềm năng trong việc điều trị bệnh loãng xương, nó cải thiện mật độ của xương. SVTH: Nguyeãn Thò Mai Trang 12 Ñoà aùn toát nghieäp • Ths. Phaïm Thò Haûi Quyønh Nghiên cứu cho thấy nhai kẹo cao su có chứa Xylitol cũng giúp ngăn ngừa bệnh nhiễm trùng tai giữa. Việc nhai và nuốt giúp xử lý ráy tai và làm sạch tai giữa, còn Xylitol giúp ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn trong ống eustachian nối liền mũi và tai. Khi vi khuẩn vào cơ thể chúng ngừng các tế bào bằng cách treo lên bởi nhiều phức đường. Bản chất mở của xylitol và khả năng hình thành nhiều dạng đường có cấu trúc khác nhau can thiệp vào khả năng của vi khuẩn bắt chúng phải tuân theo. 3.2.5. Aspartame [3] Được cho vào trong quá trình trộn gum kết hợp với các loại chất tạo ngọt khác để tạo vị ngọt dịu cho sản phẩm. Aspartame là một methyl ester của acid aspartic hay phenylalanine dipeptide. Có tên hóa học L-α-Aspartyl-L-Phenylalanine methyl ester. Công thức phân tử C14H18N2O5. Hình 1.12: Công thức hóa học của aspartame và cấu trúc không gian của nó Là chất tạo ngọt không có saccharide được sử dụng thay thế đường trong một số loại thực phẩm đặc biệt thực phẩm dành cho người tiểu đường và bệnh nhân bị bệnh phenylketonuria (là bệnh di truyền hiếm gặp) bệnh ngăn chặn phenylalanine được chuyển hóa đúng trong cơ thể. Trong thực phẩm nó được đánh số E951. Aspartame có dư vị ngọt, hậu vị hơi đắng. Aspartame có độ ngọt cao hơn sucrose 200 lần và vị ngọt nó cũng dai hơn. Chính vì tính chất này mà mặc dù Aspartame sản sinh 4kcal/g nhưng số lượng aspartame cần thiết cần dùng để tạo độ ngọt không nhiều nên lượng calories cung cấp vào cho sản phẩm không đáng kể. Vị ngọt của aspartame kéo dài lâu hơn nên nó thường được pha trộn với các chất tạo ngọt nhân tạo khác như kali acesulfame để tạo hương vị giống đường. Giống như các peptid khác aspartame thủy phân thành các acid amin dưới tác dụng của nhiệt độ hoặc pH cao. Sự ổn định của Aspartame dưới tác động của nhiệt độ có thể cải thiện khi ở trong môi trường chất béo hoặc maltodextrin. Trong điều kiện acid mạnh hoặc kiềm aspartame sẽ tạo ra methanol bằng phản ứng thủy phân. SVTH: Nguyeãn Thò Mai Trang 13 Ñoà aùn toát nghieäp Ths. Phaïm Thò Haûi Quyønh Sự ổn định của aspartame khi hòa tan trong nước phụ thuộc vào pH. Ở nhiệt độ phòng nó ổn định ở pH 4.3, với pH này nó có hạn sử dụng là 600 ngày, nhưng với pH 7 hạn sử dụng của nó chỉ vài ngày. Với những sản phẩm yêu cầu hạn sử dụng lâu hơn ta có thể pha trộn aspartame với một chất tạo ngọt ổn định hơn như saccharin. Sản phẩm của sự phân hủy aspartame là cyclic dipeptide của nó (dạng diketopiperazin), de-esterified dipeptide (aspartyl-phenylalanine), và thành phần cấu tạo của nó (phenylalanine, aspartic acid, methanol). Ở nhiệt độ 180 0C aspartame phân hủy thành một dẫn xuất diketopiperazin. Trong các sản phẩm đồ uống các amin trong aspartame có thể xảy ra phản ứng Maillard với nhóm aldehyde hiện diện trong một số hợp chất thơm. Có thể ngăn ngừa sự mất hương vị trong phản ứng bằng cách bảo vệ các aldehyde như là acetal. Khi aspartame vào cơ thể nó phân hủy thành các thành phần tự nhiên còn sót lại như aspartic acid, phenylalanine, methanol. Ngoài ra, sản phẩm phân hủy còn có formandehyde và formic acid đây là hai chất đang được nghi ngờ trong việc ngộ độc methanol. 3.2.6. Acesulfame potassium [5] Được cho vào trong quá trình trộn gum kết hợp với các loại chất tạo ngọt khác để tạo vị ngọt dịu cho sản phẩm. Acesulfame potassium là muối của Kali, là chất tạo ngọt nhân tạo không năng lượng. Acesulfame potassium có công thức phân tử C4H4KNO4. Tên hóa học là potassium 6-methyl2, 2-dioxo-oxathiazin-4-olate. Hình 1.14: Công thức hóa học của acesulfame potassium Nó có dạng tinh thể màu trắng. Trong thực phẩm được đánh số E950. Acesulfame potassium ngọt hơn saccharose 180-200 lần. Giống như saccharin nó có dư vị đắng, đặc biệt ở nồng độ cao. Kraft food được cấp bằng sáng chế sử dụng natri ferulate để che vị đắng của Acesulfame potassium. Acesulfame SVTH: Nguyeãn Thò Mai Trang 14 Ñoà aùn toát nghieäp Ths. Phaïm Thò Haûi Quyønh potassium thường được pha với các chất tạo ngọt khác thường là sucrose và aspartame để tạo vị giống đường và có dư vị tốt. Acesulfame potassium bền dưới tác động của nhiệt độ ở cả môi trường bình thường lẫn môi trường có tính acid, điều này cho phép Acesulfame potassium có thể sử dụng trong các sản phẩm nướng hoặc sản phẩm có thời hạn sử dụng dài. 3.2.7. Sucralose [5] Được cho vào trong quá trình trộn gum kết hợp với các loại chất tạo ngọt khác để tạo vị ngọt dịu cho sản phẩm. Sucralose được sản xuất bằng cách thay thế nhóm hydroxyl của đường sucrose bằng chloride. Tên hóa học 1,4,6-trichlorogalactosucrose. Công thức phân tử C12H19Cl3O8 Hình 1.15: Công thức hóa học của sucralose và cấu trúc không gian của nó Tan rất tốt trong nước, sau khi hòa tan nước có màu trắng đục. Sucralose ổn định dưới tác động của nhiệt độ khoảng 1800C và một số điều kiện pH và không hút ẩm, nên nó được sử dụng nhiều trong các sản phẩm nướng và sản phẩm có thời gian sử dụng dài. Trong thực phẩm được đánh số E955. Sucralose tinh khiết khô bị phân hủy dưới nhiệt độ cao, nó bền hơn khi ở dạng dung dịch hoặc pha với maltodextrin. Khối lượng phân tử 397.64g/mol, điểm nóng chảy 125 0C. Độ hòa tan trong nước 283g/l (200C). Sucralose ngọt hơn 600% so với saccharose. Sucralose không có năng lượng, không gây sâu răng, thích hợp cho bệnh nhân tiểu đường. Phần lớn Sucralose ăn vào không hấp thụ và thải ra ngoài, nó chỉ hấp thụ khoảng 11-27%, trong đó 20-30% lượng hấp thụ được chuyển hóa, phần còn lại qua thận và bài tiết qua nước tiểu. 3.2.8. Manitol [5] SVTH: Nguyeãn Thò Mai Trang 15 Ñoà aùn toát nghieäp Ths. Phaïm Thò Haûi Quyønh Được thêm vào trong quá trình trộn gum để tạo vị ngọt cho sản phẩm. Đồng thời, nó là thành phần chính trong syrup để bọc đường kẹo cao su. Nó chống hút ẩm và kết dính cho sản phẩm. Manitol là một loại đường rượu, nó là đồng phân của sorbitol. Tên hóa học: (2R,3R,4R,5R)-Hexan-1,2,3,4,5,6-hexol. Công thức phân tử: C6H14O6 Hình 1.16: Công thức hóa học của manitol và cấu trúc không gian của nó Manitol nóng chảy ở nhiệt độ 165-1690C. Ở dạng dung dịch nó có độ pH trung bình. Đôi khi dung dịch này là giải pháp để giảm pH. Manitol không hút ẩm, không đổi màu ở nhiệt độ cao và có hương vị dễ chịu. Manitol ngọt bằng 69% so với saccharose. Manitol có hàm lượng năng lượng ít và chỉ chuyển hóa khoảng 7-10%, còn lại đào thải qua đường nước tiểu. Vì vậy, manitol là chất tạo ngọt sử dụng an toàn cho người bị tiểu đường. Ngoài ra, nó cũng có tác dụng chống sâu răng do nó không bị lên men khi các vi khuẩn trong miệng tác động. Manitol cũng là một chất nhuận tràng. 3.2.9. Maltitol [5] Trong sản xuất kẹo cao su đường Maltitol được thêm vào trong quá trình trộn gum để tạo vị ngọt cho sản phẩm với mục đích này nó được dùng ở dạng lỏng. Nó còn được dùng để rắc trên bề mặt kẹo sau quá trình định hình và trước khi bọc đường để chống dính và chống hút ẩm cho kẹo, với mục đích này nó được sử dụng ở dạng bột mịn. Maltitol là một đường rượu. Nó được tinh chế từ tinh bột thông qua quá trình thủy phân và hydro hóa maltosse. Có tên hóa học: 4-O-D-Glucopyranosyl-D-Glucitol. Công thức hóa học: C12H24O11 SVTH: Nguyeãn Thò Mai Trang 16 Ñoà aùn toát nghieäp Ths. Phaïm Thò Haûi Quyønh Hình 1.17: Công thức hóa học maltitol Là chất không màu, trong suốt dạng huyền phù, dễ tan trong nước, là chất trung tính. Nó là chất tạo ngọt được sử dụng thay thế cho đường sucrose trong công nghiệp thực phẩm lành mạnh cho con người. Maltitol có tính nhuận trường nhưng nếu dùng ở liều lượng lớn nó có thể là nguyên nhân gây ra bệnh dạ dày khi sử dụng 100g mỗi ngày. Đặc tính: • Nó có vị ngọt dịu, vị ngọt của nó bằng 70% sucrose. • Không hút ẩm • Nhiệt kháng tốt, kháng acid • Không lên men: hầu hết các vi khuẩn trong miệng đều không thể sử dụng maltitol cho việc lên men nhằm sản xuất ra acid. Nó được dùng cho thực phẩm ngoài mục đích ngăn ngừa sâu răng còn nhằm kéo dài thời hạn sử dụng của sản phẩm, được sử dụng cho các loại nước uống có acid lactic làm cho thức uống có vị ngọt dai • Độ nhớt cao: là chất làm đặc và chất tạo ngọt • Không hút ẩm và chống kết tinh: có thể điều chỉnh độ ẩm trong thực phẩm, làm khô nhanh chóng, chống kết tinh • Ổn định tốt: nó có thể chịu nhiệt cao, không xảy ra phản ứng Maillard, nó cũng ổn định trong acid. Nó cơ bản không thể sử dụng trong việc trao đổi chất trong cơ thể người, không gây hiện tượng tăng glucose trong máu nên được sử dụng cho các sản phẩm thự phẩm dành cho bệnh nhân tiểu đường và những người đang kiểm soát trọng lượng cơ thể. • Hàm lượng calorie thấp: nó chứa năng lượng khoảng 2100cal/g (sucrose 4000cal/g) 3.3. Các chất phụ gia 3.3.1. Xathan gum [3] Xathan gum được sử dụng trong các dung dịch nhân của kẹo cao su để tạo hệ gel trong nhân, làm nhân có kết cấu đặc. SVTH: Nguyeãn Thò Mai Trang 17 Ñoà aùn toát nghieäp Ths. Phaïm Thò Haûi Quyønh Xathan gum có bản chất là một polysaccharide ngoại bào. Trong cấu trúc của xathan gum bao gồm đường glucose, manose, glucuronic acid. Xathan gum được tổng hợp bởi chủng sinh vật Xanthomonas campestris và một số sinh vật khác bằng cách lên men trong môi trường chứa glucose, NH4Cl, acid amin và khoáng chất. Sau quá trình lên men Xathan gum sẽ được tách ra khỏi môi trường bằng cách kết tủa với dung dịch isopropyl alcohol, chất xúc tác là KCl Hình 1.18: Công thức hóa học của xathan gum Trọng lượng phân tử của xathan gum 106Da, nó tan tốt trong nước. Dung dịch có độ nhớt cao thể hiện tính chất của một chất lỏng giả dẻo và sự tăng giảm độ nhớt của nó phụ thuộc vào nhiệt độ. Đồng thời, độ nhớt cũng chịu tác dụng của lực, dung dịch có độ nhớt cao khi không chịu tác dụng của lực và khi không chịu tác dụng của lực thì độ nhớt giảm rất nhanh thành dạng lỏng. Xathan gum được coi là dẫn xuất của cellulose nhưng mạch trisaccharide của đường manose và glucuronic acid làm cho các phân tử không mềm dẻo và làm cho nó tạo thành chuỗi xoắn. Đặc điểm này giúp nó tương tác với bản thân và các chuỗi phân tử dài khác tạo thành hỗn hợp đặc và chất keo trong nước. Xathan gum có khả năng làm bền nhũ tương mặc dù nó không phải là chất nhũ hóa và ổn định khả năng lơ lửng của các hạt nhỏ. Xathan gum còn có tính bền nhiệt, và ổn định trong các điều kiện pH Các dung dịch, hệ nhũ tương, gel nếu có xathan gum thường rất bền khi bị biến đổi giữa các trạng thái lạnh đông hay tan giá. Xathan gum thường được sử dụng trong các sản phẩm dạng lỏng. Nó giúp cho sản phẩm đặc lại khi chịu tác động của các tác nhân gây biến dạng như lắc, trộn, nhai. Nó cũng giúp tạo kết cấu cho các sản phẩm. Là chất kết dính làm đồng nhất các hạt lơ lửng SVTH: Nguyeãn Thò Mai Trang 18 Ñoà aùn toát nghieäp Ths. Phaïm Thò Haûi Quyønh Trong thực phẩm nó thường được sử dụng khoảng 5% hoặc nồng độ thấp hơn. Nó được đánh số E415 3.3.2. Glycerin [5] Glycerin là một hợp chất polyol, là chất không màu, không mùi và nhớt. Trong cấu tạo phân tử của nó có ba nhóm hydroxyl ưa nước, điều này giúp nó hòa tan trong nước và hút ẩm tự nhiên. Glycerin có tên hóa học là propan 1,2,3-triol, công thức phân tử C3H5(OH)3. Hình 1.20: Công thức hóa học của glycerin và cấu trúc không gian của nó Trong thực phẩm glycerin hoạt động như chất giữ ẩm, là dung môi, chất tạo ngọt, và để bảo quản thực phẩm. Trong thực phẩm nó được đánh số E422. Độ ngọt của glycerin bằng 60% độ ngọt của saccharose. Nó không làm tăng đường huyết nên thích hợp sử dụng cho bệnh nhân bị tiểu đường. Nó không bị lên men bởi các vi sinh vật gây mảng bám trên răng nên có cũng có tác dụng chống sâu răng. 3.3.3. Acid citric [2] Acid citric được cho vào kẹo cao su để chống oxy hóa cho sản phẩm, đồng thời tạo vị cho sản phẩm. Là chất bảo quản tự nhiên (có tính chống oxy hóa) nó cũng được sử dụng để tạo vị chua cho thực phẩm nó được đánh số E330. Trong sinh hóa nó là tác nhân trung gian quan trọng trong chu trình acid citric vì vậy nó xuất hiện trong quá trình trao đổi chất của hầu hết vi sinh vật. Nó cũng được coi là tác nhân làm sạch tốt về mặt môi trường. Acid citric là một acid hữu cơ yếu. Tên hóa học 2-hydroxypropan 1,2,3-tricacboxylic. Công thức phân tử C6H8O7 SVTH: Nguyeãn Thò Mai Trang 19 Ñoà aùn toát nghieäp Ths. Phaïm Thò Haûi Quyønh Hình 1.21: Công thức hóa học của acid citric và cấu trúc không gian của nó Acid citric có trong rau quả chủ yếu là quả họ citrus. Ở nhiệt độ phòng acid citric kết tinh ở dạng tinh thể màu trắng. Nó có thể tồn tại ở dạng tinh thể khan hay ngậm một nước (monohydrat). Nó ở dạng khan khi acid citric kết tinh từ nước nóng và ở dạng monohydrat khi nó kết tinh từ nước lạnh. Dạng monohydrat có thể biến thành dạng khan khi nung nóng tới nhiệt độ trên 740C. Acid citric cũng hòa tan (76%) trong ethanol khan tuyệt đối ở nhiệt độ 150C. Khi bị nung nóng trên 1750C nó bị phân hủy giải phóng CO 2 và H2O. Tỉ trọng: 1.665g/cm3. Độ hòa tan trong nước 133g/100ml ở 200C. Chiết suất của đường và acid citric gần như tương đồng, điều này gây khó khăn cho việc đo chiết suất của đường trong sản phẩm. 3.3.4. Titanium dioxide [5] Titanium dioxide dùng trong syrup để bọc đường cho kẹo cao su. Giúp kẹo cao su có độ trắng sáng sau khi bọc đường và không bị ngả màu sau thời gian bảo quản. Titanium dioxide có được do phản ứng oxy hóa tự nhiên của Titan. Là chất tạo sắc tố trắng. Nếu dùng trong thực phẩm nó có số E171. Công thức phân tử TiO2 Hình 1.22: Cấu trúc không gian của TiO2 Titanium dioxide được tìm thấy tự nhiên trong các khoáng vật ở các dạng như: rutile, anatase, brookite, và 2 hình thức áp suất cao monoclinic baddleyite và orthorhombic α-PbO 2 được tìm thấy ở gần miệng núi lửa Ries ở Bravaria. Dạng phổ biến nhất là rutile cũng là dạng ổn định nhất. Các dạng anatase và brookite đều biến thành dạng rutile dưới tác dụng của nhiệt độ. Phân tử gam 79.866g/mol. Điểm nóng chảy 18430C. Nhiệt độ sôi 29720C Titanium dioxide là chất tạo màu trắng và mờ dục được sử dụng rộng rãi nhất vì nó có độ sáng cao, chỉ số khúc xạ vào khoảng 2.7. Độ hoạt động quang hóa của TiO 2 giúp lớp phủ bề ngoài của nguyên liệu có khả năng tự làm sạch và khử trùng khi tiếp xúc với bức xạ tia cực tím SVTH: Nguyeãn Thò Mai Trang 20