Tài liệu Công nghệ sản xuất đường bánh kẹo quá trình nhào bột.

Tiểu luận: CNSX đường bánh kẹo GVHD: Hồ Xuân Hương MỤC LỤC Tiểu luận: CNSX đường bánh kẹo GVHD: Hồ Xuân Hương Các tính chất lưu biến của khối bột nhào 1. Tổng quan 1.1. Cấu trúc bột nhào Bột nhào là nói đến một khối ẩm được hình thành sau khi phối trộn bột mì, nước và các thành phần khác. Các tính chất lý hóa của bột nhào đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp sản xuất bánh mì, mì ống, ngũ cốc ăn sẵn. Bột nhào được hình thành do sự tương tác phức tạp giữa các thành phần lúa mì trong quá trình nhào trộn. Quá trình hình thành bột nhào bắt đầu từ việc bổ sung nước và tiến hành hoạt động nhào trộn. Ban đầu tất cả các thành phần được hydrat hóa, khối bột trở nên dính, nếu tiếp tục trộn, độ nhớt sẽ tăng, đặc tính dính của khối bột nhào biến mất và một khối bột không dính được hình thành. Ở giai đoạn này bột nhào là một khối nhớt với cả hai đặc tính giãn nở và đàn hồi. Vai trò của năng lượng trong quá trình nhào trộn là rất quan trọng trong sự hình thành khối bột nhào. Trong quá trình hình thành bột nhào đặc biệt là bột nhào làm bánh mì với mục đích để mang lại sự thay đổi những tính chất vật lý của bột nhào để nó có khả năng giữ lại khí CO2 (sinh ra trong quá trình lên men của nấm men) trong khối bột. Khả năng giữ khí của khối bột có vai trò đặc biệt quan trọng trong giai đoạn nướng. Trong giai đoạn đầu của quá trình nướng hoạt động của nấm men là lớn nhất, khí CO2 sinh ra được quan sát thấy ở pha lỏng của bột nhào. Bột nhào nở tốt ở giai đoạn này, cấu trúc gluten là cần thiết để chịu đựng được áp lực khi bột nở. Những tính chất vật lý của khổi bột nhào được quan tâm trong quá trình nướng bánh là khả năng chống lại biến dạng (resistance to deformation), độ đàn hồi (elasticity), độ giãn (extensibility) và độ dính (stickiness). Ví dụ về dải cao su có thể được sử dụng để giải thích các tính chất này. Khi dải cao su bị kéo bởi các ngón tay, nó cần một lực để làm thay đổi hình dạng của nó do nó kháng lại sự biến dạng. Nếu tác động một lức vừa phải rồi thả một đầu của dải cao su ra thì nó sẽ trở về vị trí ban đầu của nó. Điều này phản ánh tính đàn hồi. Nếu giải băng cao su bị kéo dài vượt quá giới hạn thì nó sẽ tới một điểm giãn và cuối cùng bị phá vỡ, điều này thể hiện độ giãn dài. Tính chất thứ tư, tính dính, được tự giải thích như là bất cứ thứ gì bị dính vào bề mặt thì gọi là có tính dính. Do đó sự hình thành bột nhào có sự thay đổi, bổ sung những tính chất vật lý quan trọng của bột nhào, góp phần tạo nên đặc tính cho sản phẩm cuối. Hầu hết những thay đổi mong muốn, kết quả từ sự hình thành bột bào “tối ưu” ảnh hưởng đến khả năng giữ khí của bột nhào và cho phép bột nở đều dưới tác động của CO2. Bột nhào với đặc tính giãn dài thì đặc biệt quan trọng trong việc giữ khí, trong khi đó việc giảm độ bền và độ đàn hồi đóng vài trò chính trong việc sửa đổi cấu trúc bọt khí trong quá trình chế biến. Để phân biệt giữa sản xuất khí và giữ khí trong lên men bột nhào. Sản xuất khí dùng để chỉ sự sinh ra của khí CO2 là khí sinh ra trong quá trình lên men của nấm men. Nếu những tế bào nấm men trong bột nhào vẫn sống, cung cấp nguồn thức ăn đầy đủ cho nấm men thì sự sinh khí vẫn tiếp tục, nhưng sự nở của bột nhào có thể chỉ diễn ra nếu khí CO2 được giữ lại trong khối bột nhào. Không phải tất cả khí sinh ra đều được giữ lại trong khối bột nhào trước khi nó được đưa đến lò nướng. Tỷ lệ giữa khí phụ thuộc vào sự hình thành mạng gluten trong bột nhào, mạng này giúp giữ khí lại. 1.2. Cơ sở của tính lưu biến Tính lưu biến là nghiên cứu sự biến dạng và dòng chảy của vật chất. Biến dạng liên quan đến chất rắn và sự chảy của chất lỏng. Có các phép đo tính lưu biến như sự biến dạng của nguyên liệu, lực tác dụng và sự biến dạng đạt được. Độ lớn của lực được ứng dụng cho nguyên liệu để Tiểu luận: CNSX đường bánh kẹo GVHD: Hồ Xuân Hương làm biến dạng nó trong vùng lực tác dụng lên. Lực tác dụng lên một đơn vị diện tích được gọi là ứng suất, có công thức tính: τ = F/A. 2 Trong đó τ là ứng suất (N/m ), F là lực tác dụng (N), A là diện tích mà lực tác dụng lên (m2). Các nguyên liệu thực phẩm có tính nhớt và đàn hồi bị tác động của ứng suất trong quá trình xử lý và chế biến. Tùy thuộc vào cường độ đàn hồi và độ nhớt nguyên liệu sẽ phục hồi lại một phần hình dạng ban đầu khi thu hồi ứng suất. Phản ứng này của nguyên liệu được gọi là khả năng phục hồi. Nếu sự phục hồi không đáng kể, nguyên liệu được cho là có tính nhớt. Nếu phục hồi lại đáng kể thì nguyên liệu được cho là có tính đàn hồi. Tuy nhiên phần lớn vật liệu đều có cả tính nhớt và tính đàn hồi và nguyên liệu như vậy được gọi là có tính nhớt – đàn hồi (viscoelastic)1 như bột nhào và gluten. 2. Tính lưu biến của khối bột nhào Những tính chất lưu biến rất quan trọng trong việc xác định động thái của khối bột nhào trong quá trình xử lý cơ học và sự ảnh hưởng của nó đến chất lượng sản phẩm cuối. Tính lưu biến của bột nhào có vai trò quan trọng trong việc dự đoán và kiểm soát chất lượng sản phẩm. Sự thay đổi tính đàn hồi và tính nhớt của các loại bột nhào khác nhau được xem như yếu tố quan trọng trong sản xuất. Mục đích chính của các phép đo tính lưu biến là phân biệt các loại lúa mì theo chất lượng nướng (baking quality). Kiểm tra tính lưu biến có thể dự đoán một cách chính xác loại bột lúa mì nào khi nướng sẽ tiết kiệm được thời gian, nguyên liệu và nhân công. Những kiểm tra cơ bản cung cấp thông tin về những tính chất lưu biến của bột như độ nhớt (dễ biến dạng), độ đàn hồi (dễ phục hồi). Khối bột nhào của bột lúa mì là sự kết hợp của các tính chất trên, vì vậy nó được phân loại là nguyên liệu có tính nhớt – đàn hồi. Những kiểm tra bằng thực nghiệm, thường dùng để phân tích chất lượng bột nhào như Extensigraph2, Farinograph3 và Mixograph4 không thể đo được những tính lưu biến của bột nhào của những mẫu bất thường và những mẫu có độ biến dạng và tỷ lệ biến dạng không đồng nhất. Bằng thực nghiệm các đồ thị Farinograph, Extensogrpah và Mixograph thể hiện rằng các tính chất cơ học của bột nhào đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý các thuộc tính của bột nhào và chất lượng của sản phẩm cuối Các tính chất lưu biến của khối bột nhào tương tự như tính chất của guten. Sự biến dạng của khối bột nhào được kiểm tra bằng thực nghiệm và trong thực tế quá trình nướng thì có liên quan khá nhiều đến đại lượng biến dáng được áp dụng trong các kiểm tra cơ bản. Tại biến dạng lớn, số lượng và chất lượng protein có ảnh hưởng lớn đến tính lưu biến của bột nhào và hiệu suất của quá trình sản xuất bánh mì. Sự tương tác giữa tính bột với tinh bột không ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng quá trình sản xuất. Vì vậy nên các kết quả kiểm tra tương quan tốt với thực tế quá trình nướng. Tuy nhiên tương tác giữa tính bột – tinh bột luôn nhiều hơn tương tác protein – protein khi kiểm tra những tính lưu biến cơ bản nên những tác động tích cực của protein bị hạn chế do tinh bột chiếm ưu thế. 1 Một sự kết hợp của tính nhớt và tính đàn hồi. Nếu vật liệu biến dạng khi tác dụng lực và nó trở lại được kích thước ban đầu sau khi thu hồi lực, vật liệu đó là vật liệu nhớt đàn hồi. 2 Đánh giá kéo giãn của bột nhào 3 Đánh giá độ hấp thu nước của bột, độ mạnh của bột nhào, thời gian nhào trộn và độ ổn định của bột nhào 4 Đánh giá động thái nhào trộn bột mì Tiểu luận: CNSX đường bánh kẹo GVHD: Hồ Xuân Hương Đối với hầu hết các nghiên cứu, bột nhào từ các loại bột mì của các giống cây trồng khác nhau được nhào trộn trong các máy trộn khác nhau ở thời gian nhào trộn và độ hấp thu nước cố định. Trong thực tế, những giá trị hấp thu nước và thời gian nhào trộn tối ưu của các loại bột mì khác nhau là khác nhau. Điều này thường bị bỏ qua trong các nghiên cứu về bột nhào. Đó là những yếu tố làm cho việc giải thích các phép đo động lực học lưu biến của khối bột nhào trở nên khó khăn, ảnh hướng đến chất lượng của sản phẩm cuối. Để khắc phục vấn đề này và làm cho những kết quả kiểm tra có ý nghĩa hơn, những phép đo động lực học lưu biến phải được thực hiện trực tiếp trên gluten. Những tính chất lưu biến của bột nhào phụ thuộc tính chất, thành phần của gluten và xu hướng tương tác lẫn nhau trong quá trình nướng. Vì vậy việc nghiên cứu những tính chất lưu biến của gluten và sự tương tác giữa chúng ảnh hưởng đến tính lưu biến của gluten là rất quan trọng. 3. Tính lưu biến của bột nhào và gluten Bột nhào mạnh có thể được đánh giá từ Mixograph trên cơ sở: thời gian nhào trộn (MT), độ bền tối đa của bột nhào (PDR)5, yêu cầu công suất đầu vào (WI). Những loại bột nhào có thời gian nhào trộn từ dài hơn (4 – 6 phút), độ bền tối đa của bột nhào từ trung bình đến cao (40 – 80 đơn vị Mixograph) và yêu cầu công suất đầu vào cao hơn (180 – 220) được gọi là bột nhào rất mạnh. Bột nhào yếu hình thành nhanh chóng với yêu cầu công suất đầu vào thấp ( 80). Gluten lúa mì trong Mixograph yêu cầu công suất đầu vào (năng lượng) cao hơn, thời gian nhào trộn dài hơn bột nhào của bột mì tương ứng. Độ mạnh của bột nhào hoặc gluten liên quan đến thành phần protein Glutenin. Glutenin ảnh hưởng tích cực đến độ mạnh của bột nhào và thời gian nhào trộn. Gliadin có xu hướng làm giảm độ mạnh và độ bền của bột nhào. 3.1. Tính đàn hồi 3.1.1. Định nghĩa về tính đàn hồi Tính đàn hồi có liên quan chặt chẽ tới cao su lưu hóa. Nhưng cấu trúc liên kết ngang của cao su không thể sử dụng để giải thích tính đàn hồi của gluten. Các hai đều có khối lượng phân tử lớn, tuy nhiên gluten là vât liệu không có cấu trúc liên kết ngang. Các phân tử có thể bị tách ra bới các tác nhân phân tách như sodium dodecylsulfate (SDS). Tính đàn hồi trong bánh mì là một nhận thức về mặt cảm quan, được cảm nhận khi bột nhào bị kéo căng. Độ đàn hồi tốt khi bột nhào nhanh chóng co lại gần đúng với hình dạng ban đầu của khối bột. Một cách kiểm tra khác là người làm bánh sẽ kéo khối bột nhào thành màng mỏng (Hình 1), việc tạo thành một màng mỏng không có những vết nứt (lỗ trên màng) thì được đánh giá là chất lượng gluten tốt và do đó biểu thị độ đàn hồi tốt. Trong quá trình khuấy trộn, bột nhào sẽ được đẩy lên trên móc khi điều kiện khuấy trộn tốt nhất (Hình 2). Đó được gọi là hiệu ứng Weissenberg6, cũng là một dấu hiệu của tính đàn hồi. Giá trị của độ đàn hồi được suy ra từ định luật Hook. Độ biến dạng của một chất rắn đàn hồi điển hình hoàn toàn có thể phục hồi. Độ phục hồi được biểu diễn bằng phương trình: D = F/G (định luật Hook) D: độ phục hồi co giãn, F: lực, G: modun 3.1.2. Tính đàn hồi của gluten và bột nhào Độ đàn hồi thực tế của hầu hết các vật liệu rắn là một trong ba thông số vật lý góp phần tạo nên độ ổn định của vật liệu. Khi độ đàn hồi, độ nhớt và độ cố kết của vật liệu cùng đồng thời 5 Peak dough resistance: độ bền của bột nhào lúc bột bền chắc đạt tối đa Là hiện tượng xảy ra khi cho một thanh quay vào trong một dung dịch lỏng dạng polymer. Thay vì chảy ra bên ngoài dung dịch sẽ bám lên thanh quay và được đẩy lên xung quanh thanh quay. 6 Tiểu luận: CNSX đường bánh kẹo GVHD: Hồ Xuân Hương diễn ra thì sẽ rất khó để đo được độ đàn hồi dựa vào độ nhớt và độ cố kết. Gluten và bột nhào thường được cho là có tính nhớt – đàn hồi. Gluten và bột nhào bao gồm hai đặc tính “giống như rắn” (solid – like) (tính cố kết và tính đàn hồi) và “giống như lỏng” (liquid – like) (tính nhớt – không thể phục hồi) cùng tồn tại đồng thời. Định luật Hook không thể áp dụng được cho khối bột nhào và gluten. Độ đàn hồi của bột nhào và gluten được xác định từ kết quả các tính chất lưu biến. Trong thực tế có phương pháp để tách tính nhớt và tính đàn rồi ra, tuy nhiên việc so sánh các mẫu khác nhau chỉ được chấp nhận khi bao gồm cả tính cố kết. 3.1.3. Khối lượng phân tử ảnh hưởng đến tính đàn hồi Ngoài việc kiểm tra tính lưu biến để xác định độ đàn hồi thì biến đổi hóa học của gluten cũng được sử dụng để chứng minh mức độ quan trọng của tính đàn hồi cho quá trình nướng. Những phương pháp thay đổi tính đàn hồi bằng cách thay đổi khối lượng phân tử của gluten hay độ hòa tan của nó. Việc giảm một phần hay hoàn toàn các liên kết disulfua giữa các phân tử làm giảm khối lượng phân tử và độ đàn hồi (Belitz et al., 1986) và gây bất lợi trong khi nướng. Nếu điều chỉnh áp suất cao (Kieffer và Wieser, 2004) hoặc sử dụng emzymes như Transglutaminase (Bauer et al., 2003) sẽ tạo ra các liên kết cộng hóa trị mới và làm tăng khối lượng phân tử gluten, điều này đẫn tới làm giảm độ nhớt, tăng độ đàn hồi của gluten và khối bột nhào ổn định hơn. 3.1.4. Vai trò của liên kết hidro đến các tính chất lưu biến của bột nhào và gluten Khối lượng phân tử lớn của gluten không phải lý do duy nhất tạo nên tính đàn hồi. Trong thực tế phân tử gluten được cố kết đặc biệt, chủ yếu nhờ vào khả năng hình thành những liên kết hydro giữa các chuỗi bên amide của amino acid glutamine. Những liên kết hydro có thể dễ dàng đổi chỗ cho nhau, chúng có thể được tách ra và sửa đổi lại trong quá trình biến dạng của vật liệu. Tuy nhiên tổng năng lượng liên kết của chúng trong gluten khá lớn: 10 liên kết hydro tương đương với một liên kết disunfua, số liên kết hydro có thể hình thành nhiều hơn 30 lần số liên kết disulfua do số lượng glutamine trong gluten. Chức năng của liên kết này được thấy rõ khi khối bột nhào được làm lạnh hoặc được gia nhiệt. Ở nhiệt độ thấp liên kết hydro được tăng cường, nhưng ở nhiệt độ cao thì ngược lại, liên kết hydro bị yếu đi. Độ bền và độ đàn hồi của gluten (Hình 3) và bột nhào bị biến đổi theo cùng một kiểu. Khi nâng nhiệt độ lên 60oC độ bền giảm, nếu tiếp tục gia nhiệt sẽ có hiện tượng biến tính và độ giãn cũng giảm. 3.1.5. Vai trò của tính không tan của gluten Tính cố kết sẽ không còn nếu protein bị hòa tan. Bản chất không tan là do sự cân bằng anion và cation trong chuỗi amino acid của nhóm cuối của các tiểu đơn vị (Belitz et al., 1982). Những thí nghiệm về sự hòa tan của gluten được dùng để suy ra tầm quan trọng của tính đàn hồi trong sản xuất bánh mì. Trong các trường hợp giảm liên kết disulfua hoặc một phần gluten bị hòa tan thì bản chất của gluten sẽ bị thay đổi hoàn toàn. Hay nói cách khác không có bất kì gluten nào trong khối bột nhào có khả năng tạo ra được cấu trúc gắn kết. 3.1.6. Cớ chế của biến dạng đàn hồi  Vai trò của gliadin và glutenin Gluten được chia thành hai loại dựa vào khả năng hòa tan của chúng: gliadin chiếm 65 – 75% gluten và còn lại là glutenin. Gliadin chủ yếu là các monomer, khổi lượng phân tử nhỏ (30000 – 50000), tan trong etanol, glutenin là các polymer khối lượng phân tử lớn, không tan trong etanol. Gliadin trong môi trường dung dịch nước là một chất lỏng nhớt giống như mật ong, trong khi đó glutenin thì hầu như không giãn mạch, bền vững và đàn hồi. Khi nhào trộn thành phần gliadin và glutenin thích hợp sẽ tạo ra tính chất nhớt – đàn hồi và khả năng giãn nở trong Tiểu luận: CNSX đường bánh kẹo GVHD: Hồ Xuân Hương điều kiện áp suất thấp được tạo ra bởi nấm men. Gliadin thường được coi như là chất tạo dẻo hay là dung môi cho glutenin, nhưng điều này chỉ sảy ra khi hai thành phần này là một hỗn hợp đồng nhất. Số lượng và chất lượng các thành phần gliadin và glutenin ảnh hưởng đến tính chất và chức năng của khối bột nhào cũng như sản phẩm cuối (Wieser và Kieffer, 2001). Tỷ lệ gliadin/glutenin dùng để xác định độ cứng và độ đàn hồi của gluten. Số lượng gliadin và glutenin cao phân tử (GMP) trong bột mì làm tăng độ cứng và thời gian khuấy trộn bột nhào (Weegels et al., 1996)  Cơ sở tính đàn hồi của glutenin Cấu trúc bậc một của các tiểu đơn vị được hình thành do sự lặp đi lặp lại những miền có chứa chủ yếu là các amino acid glutamine, proline và glycine. Trình tự của các amino acid này được sắp xếp theo hình xoắn ốc giống như một chiếc lò xo kim loại. Do đó những vùng này được ví như những chiếc gậy (rob – like) có tính đàn hồi. Nhiều chuỗi xoắn ốc liên kết lại với nhau bằng liên kết disulfua hình thành nên một sợi đàn hồi. Những phân tử ở hình dạng này chỉ chịu ảnh hưởng của lực cắt lớn. Quan sát những sợi gluten trong bột nhào bằng kính hiển vi cho thấy có nhiều phân tử kết dính lại với nhau để tạo ra một cấu trúc đàn hồi lớn. Những sợi này được bọc một mảng gliadin trên bề mặt, khi thêm nước vào các sợi glutenin co lại thành những hình dạng không xác định. Chúng ta có thể chứng minh tính đàn hồi và độ cố kết cao của gluten trong các sợi. Khi được khuấy trộn các sợi này sẽ dễ dàng dính lại với nhau và hình thành nên một khối gluten lớn. Nhiều khối hay nhiều sợi tự động kết dính khi tiếp xúc là cơ sở hình thành nên cấu trúc gluten. Điều này chỉ sảy ra trong hệ thống bột mì nguyên chất (Unbehend et al., 2004). Gluten cũng có thể được hình thành mà không cần sự kết dính của glutenin nhưng như thế khối bột nhào sẽ kém đàn hồi. 3.1.7. Sự cần thiết của tính đàn hồi cho bột nhào Nghiên cứu cho thấy độ đàn hồi phụ thuộc vào phương pháp xác định và không tương quan với khối lượng nướng. Có thể độ đàn hồi được đánh giá quá cao kèm theo các thông số vật lý khác như độ nhớt, độ cố kết nhưng những ví dụ khác như yếu tố ảnh hưởng đến mức độ gãy vỡ của mạng gluten hay thể tích cực đại có tầm quan trọng hơn. Độ đàn hồi là một thông số để nhận biết một mạng gluten bền và ổn định. Nếu bột nhào không có tính đàn hồi thì việc tạo hình cho sản phẩm là không thể, ví dụ như hình sạng tròn của bánh mì. 3.2. Biến dạng nhớt Biến dạng đàn hồi và biến dạng nhớt được theo dõi bằng cách quan sát các sợi hay bó sợi khi chúng bị nhúng trong nước. Khi độ giãn vượt quá biến dạng đàn hồi, các sợi bắt đầu giãn mỏng ra. Đầu tiên không thấy được sự tạo mỏng của sợi, khi độ giãn dài tăng lên, lúc này sợi glutenin dày lên và lập thành một khối, trượt dọc lên nhau. Chúng dường như được bôi trơn bằng một mảng gliadin phủ trên bề mặt. Chức năng này của gliadin được đã chứng minh bằng cách khi cho thêm gliadin vào tinh bột người ta thấy sự trượt của các sợi glutenin diễn ra nhanh hơn. Nếu độ giãn dài tiếp tục tăng lên, các sợi sẽ trở nên mỏng và đứt gãy, phần cuối của các sợi sẽ liên kết thành hình cầu, theo bề mặt nhỏ nhất nhất do sức căng bề bặt. Sức căng bề mặt cũng là nguyên nhân gluten hình thành trong nước và trong bột nhào mà không hình thành trong khí. Việc quan sát các sợi gluten bằng kính hiển vi đã cho thấy hoạt động của gluten trong bột nhào. Nó cũng giải thích tại sao có thể đo được độ đàn hồi và tại sao giá trị đo không liên quan đến sự tăng thể tích. Bột nhào co giãn mạnh trong giai đoạn đầu của sức chịu đựng, sau đó nếu sự co giãn mạnh hơn nữa bột bắt đầu chảy cho đến khi các sợi của mạng gluten bắt đầu mỏng đi và đứt gãy. Thời điểm đứt gãy của khối bột và thể tích tối đa ở một hình dạng tốt của khối bột nhào sẽ phụ Tiểu luận: CNSX đường bánh kẹo GVHD: Hồ Xuân Hương thuộc vào đường kính của sợi và sự liên tục của cấu trúc. Điều đó có nghĩa là nó sẽ phụ thuộc vào độ cố kết của gluten. 4. Cơ sở tính nhớt – đàn hồi của gluten Khối bột nhào từ bột lúa mì bao gồm tinh bột, protein, chất béo, nước và khí. Nếu lấy gluten ra khỏi bột mì thì khối bột nhào sẽ không thể hình thành tính nhớt – đàn hồi, vì vậy gluten là thành phần quan trọng hình thành nên khung cấu trúc bột nhào. Thông thường tính đàn hồi của gluten được quy cho thành phần glutenin, trong khi đó tính nhớt đến từ thành phần gliadin. Như vậy tính nhớt – đàn hồi của gluten có được là nhờ sự cân bằng thành phần glutenin và gliadin. Nguyên nhân xuất hiện sự thay đổi trong thành phần và tính đàn hồi của glutenin là do sự khác biệt về tính nhớt – đàn hồi của gluten giữa các giống lúa mì. Vì lý do đó người ta tin rằng tính nhớt đàn hồi của gluten được điều khiển bởi glutenin. Giả thiết “linear glutenin”7 được chấp nhận rộng rãi trong việc giải thích tính nhớt – đàn hồi của gluten và khối bột nhào. Theo giả thiết này những chuỗi polypeptid của glutenin dạng thẳng dài được nối với nhau bởi cầu nối disunfua, tại mỗi vị trí tiếp xúc là một nút, phần còn lại hình thành nên mạng lưới không gian ba chiều. Dưới điều kiện có ứng suất, cấu trúc glutenin có khả năng chống lại biến dạng, được gọi là tính đàn hồi. Nó cũng cho phép các polyme glutenin trở lại như ban đầu khi thu hồi ứng suất. Độ nhớt phụ thuộc chủ yếu vào sự trượt của các phân tử tại nút mạng. Sự chuyển đổi giữa liên kết S-H và liên kết S-S và sự cắt đứt các liên kết S-S ảnh hưởng đến độ nhớt của dòng chảy. Sự cắt đứt các liên kết S-S sảy ra khi tỷ lệ biến dạng vượt quá tỷ lệ mà tại đó các phân tử trượt. Sự chuyển đổi liên kết S-H và S-S sảy ra trong glutenin, dẫn đến kết quả glutenin bị chịu một giá trị ứng suất lớn hơn giới hạn đàn hồi của nó. 5. Vai trò của tính nhớt – đàn hồi của bột nhào và gluten trong việc giữ khí và sản xuất bánh mì Ý nghĩa công nghệ của bột mì có liên quan đến tính nhớt – đàn hồi của khối bột nhào, giúp cho bột nhào giữ được khí trong suốt quá trình lên men và đầu giai đoạn nướng. Khả năng giữ khí nhờ tính nhớt – đàn hồi của khối bột nhào tạo nên cấu trúc xốp cho sản phẩm bánh mì. Thành phần gluten trong lúa mì là thành phần chủ yếu tạo nên tính nhớt – đàn hồi cho khối bột nhào. Protein của các loại ngũ cốc khác như ngô, gạo, lúa mạch đen không có khả năng tạo ra loại bột nhào có tính nhớt – đàn hồi, vì vậy bột mì của các loại ngũ cốc này không có khả năng giữ khí nên sản phẩm thường là những ổ bánh nhỏ và đặc. Quá trình làm bánh mì được thực hiện thông qua 3 giai đoạn: phối trộn, lên men và nướng. Công đoạn phối trộn: nước và bột mì được nhào trộn thành một khối bột nhào dính, nhớt và đàn hồi. Chức năng quan trọng của công đoạn này là sự kết hợp của không khí với khối bột nhào. Việc sục không khí vào là cần thiết trong trường hợp nấm men sản sinh ra không đủ lượng CO2 để đảm bảo sản phẩm cuối có độ nở tốt, ruột bánh mịn, không thô. 6. Thành phần của bánh mì ảnh hưởng đến tính lưu biến của khối bột nhào Nước, đường, nấm men, các chất oxi hóa, chất khử, chất nhũ hóa là những thành phần quan trọng được thêm vào trong sản phẩm bánh mì để cải thiện tính chất của bột nhào, chất lượng sản phẩm và thời gian sử dụng. Việc bổ sung thêm phụ gia cũng làm thay đổi các tính lưu biến của khối bột nhào. 6.1. Ảnh hưởng của nước đến tính lưu biến của khối bột nhào 7 Gluten trong lúa mì được liên kết với nhau bằng liên kết S – S từ đầu cho đến đuôi mạnh. Kết quá là hình thành một chuỗi thẳng của protein gọi là linear glutenin Tiểu luận: CNSX đường bánh kẹo GVHD: Hồ Xuân Hương Những tính chất lưu biến của bột nhào phần lớn phụ thuộc vào hàm lượng nước của khối bột. Lượng tinh bột thất thoát, protein và pentosan có ảnh hưởng lớn đến khả năng hấp thụ nước của bột mì. Giá trị hấp thu nước của bột8 mì phụ thuộc vào thành phần protein của nó (Hình 4) Hàm lượng nước cung cấp cho pha lỏng của bột nhào. Pha lỏng sẽ ảnh hưởng đến tính chất của bột nhào bởi số lượng và các loại chất hòa tan như muối, khoáng và các chất hữu cơ. Những chất hòa tan có ảnh hưởng đến pH của bột nhào. Trong quá trình nhào trộn khối bột protein ảnh hưởng đến pH thông qua sự phân ly của chuỗi amino acid. pH ban đầu của khối bột nhào khoảng 5.5, quá trình lên men làm giảm pH do sự bão hòa CO2 trong nước và các sản phẩm acid hữu cơ. Bột nhào chua có giá trị pH thấp nhất. pH ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất vật lý của gluten và hệ lipit – nước. Sự giảm pH trong quá trình lên men ảnh hưởng đến độ bền của gliadin. Muối có mặt trong pha lỏng của bột nhào. Hàm lượng muối trong nước có ảnh hưởng đến đặc tính của bột nhào. Nước có độ cứng trung bình được ưa chuộng dùng làm bột nhào, nước rất mềm là nguyên nhân làm cho khối bột nhào mềm và dính trong khi đó nước rất cứng làm chậm quá trình lên men. Việc tăng mực nước trong bột nhào làm tăng thời gian nhào trộn cần thiết để đạt được độ đồng nhất tối ưu. 6.2. Ảnh hưởng của nấm men đến tính lưu biến của khối bột nhào Nấm men được sử dụng trong bột nhào để làm nở bột, tăng thể tích và tạo cấu trúc xốp cho sản phẩm. Nấm men phân hủy đường thành CO2 và etanol. Nấm men góp phần tạo cấu trúc bột nhào, tạo màu, mùi, vị và giá trị dinh dưỡng cho sản phẩm bánh mì. Nếu không có nấm men sản phẩm bánh mì sẽ phẳng và đặc, hương vị kém. Việc sinh khí CO2 của nấm men bị ảnh hưởng bởi các yếu tối như nhiệt độ, pH, nồng độ cồn, áp suất thẩm thấu và số lượng nấm men sử dụng. Nấm men sinh khí CO2 nhiều nhất ở pH 5.5. Các sản phẩm của nấm men: CO2, etanol, acid hữu cơ sinh ra trong quá trình lên men ảnh hưởng đến cấu trúc bột nhào. 6.3. Ảnh hưởng của phản ứng thiol – disulfua Phản ứng thiol – disulfua là phản ứng chuyển đổi của nhóm SH (thiol) thành S-S (disulfua) của protein trong bột nhào ở giai đoạn chế biến. Nhóm thiol trong bột nhào làm tăng độ giãn (extensibility) hay độ yếu (weakness)/độ dính (stickiness) trong khi đó nhóm S-S làm tăng độ đàn hồi và độ mạnh của khối bột. Tất cả các nhóm thiol và disulfide có trong bột không tham gia vào các phản ứng trao đổi. Các nhóm này tham giam như những chất hoạt động hóa học. Ngoài ra, các phản ứng trao đổi giữa nhóm thiol và các nhóm disulfide có thể có hoặc có thể không ảnh hưởng đến tính nhớt – đàn hồi của khối bột nhào, và dó đó những nhóm này chỉ được miêu tả như những nhóm hoạt động lưu biến khi nó ảnh hưởng đến tính nhớt – đàn hồi của khổi bột nhào. Việc loại bỏ các nhóm thiol từ bột nhào được coi là mang lại lợi ích cho quá trình xử lý bột như tính dính của khối bột được tìm hiểu có liên quan đến số nhóm thiol trong bột. Số lượng các nhóm thiol giảm trong quá trình nhào trộn. Gần một nửa số nhóm thiol bị mất trong phút đầu tiên của quá trình nhào trộn. Khi ngưng khuấy trộn, bột nhào “nghỉ ngơi”, số nhóm SH tiếp tục giảm, mức độ giảm bằng không sau 10 phút. Số nhóm SH giảm khi nhào trộn khối bột trong không khí có mặt chất oxi hóa như iodate hay bromate. 8 Water absorption value of flour: là lượng nước bột mì cần để nhào trộn thành bột nhào trong quá trình xử lý và chế biến. Nó được đo bằng Farinograph Tiểu luận: CNSX đường bánh kẹo GVHD: Hồ Xuân Hương Bổ sung cysteine (chứa nhóm thiol) vào bột nhào làm cho khối bột mềm ra. Tương tự như vậy, bổ sung chất glutathione vào bột nhào cũng sẽ làm mềm bột hoặc làm bột yếu đi. Hiệu quả làm mềm là do phản ứng của các kiên kết disulfide. Việc thêm vào một số chất khử như cysteine-L hydrochloride sẽ có lợi trong trường hợp bột quá mạnh, như vậy bột không phát triển đúng cách trong quá trình trộn. Việc bổ sung cysteine làm giảm thời gian trộn bột và bột nhào hình thành đạt yêu cầu mà không cần tốn nhiều năng lượng. Như vậy, năng lượng yêu cầu trong quá trình hình thành khối bột có thể được giảm. 6.4. Ảnh hưởng của đường Việc bổ sung đường đặc biệt là sucrosse có một số tác dụng có lợi trong quá trình nướng bánh. Đường là thức ăn cho nấm men, nhưng nếu nồng độ đường quá cao có thể gây thẩm thấu vào trong tế bào. Đường tạo ra màu nâu vỏ cho vỏ bánh thông qua các phản ứng Maillard và phản ứng caramen. Sucrose cũng làm tăng thêm vị ngọt cho sản phẩm. Tỷ lệ đường/bột cao có thể ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của khổi bột nhào. Ở mức 5g đường/100g bột hoặc cao hơn thì đường sẽ ảnh hưởng đến hàm lượng nước của bột nhào. Đường làm thay đổi độ nhớt của tinh bột hay bột nhào trước và sau khi gia nhiệt. Khi trộn bột mì và nước với tỉ lệ bằng nhau thì khối bột khô, nhưng khi trộn bột mì, nước và đường với tỉ lệ bằng nhau thì khối bột sẽ lỏng, có thể tự chảy. Việc bổ sung đường làm tăng nhiệt độ hồ hóa của tinh bột. Các loại đường khác nhau có tác dụng khác nhau. Hiệu quả của đường disaccharide cao hơn đường monosaccharide và hiệu quả của đường dissaccharide là tốt nhất. 6.5. Ảnh hưởng của chất oxi hóa và chất khử Các chất oxi hóa khử như kali bromat và acid ascorbic từ lâu đã được sử dụng làm phụ gia để cái thiện chất lượng nước của bột mì. Số lượng nhóm thiol (nhóm SH) của bột mì mới say giảm 20 – 30% trong vòng vài giờ để ngoài không khí, bột hoàn thiện quá trình này diễn ra nhanh hơn khi thêm các tác nhân oxi hóa như KBrO3. Điều này cho thấy sự hoàn thiện của bột mì mới say là do sự thay đổi oxi hóa. Quá trình oxi hóa cũng giúp tẩy trắng bột mì, tuy nhiên tác dụng tẩy trắng chú yếu là do KBrO3, acid ascobic không có tác dụng này. Các chất oxi hóa như KBrO3, acid ascobic làm cho bột nhào mạnh hơn, cứng hơn và đàn hồi hơn, trong khi đó những chất khử như L-cysteine hydrochloride làm cho bột yếu hơn, mềm hơn và giãn hơn. Quá trình oxi hóa gây ra liên kết chéo (cross – linking) của các phân tử protein do đó làm tăng độ cứng và tình đàn hồi của bột nhào. Các chất khử phá vỡ các liên kết S – S do đó làm bột giãn hơn, yếu hơn và mềm hơn. L cysteine (chất khử) làm giảm thời gian nhào trộn bằng cách phá vỡ liên kết S – S, tạo ra nhóm SH tự do. Nó làm giảm cường độ đàn hồi và tăng độ giãn của mạng gluten trong khối bột nhào. Mặt khác việc bổ sung KBrO3 hay acid ascobic làm tăng thời gian nhào trộn của bột. 7. Ảnh hưởng của chế độ làm việc, thời gian nhào trộn và nhiệt độ đến tính lưu biến của bột nhào Sự thay đổi các thuộc tính lưu biến của bột nhào là do bột nhào trải qua các bước khác nhau trong quá trình hình thành. Việc nhào trộn hay phát triển bột nhào được xem là hoạt động quan trọng nhất trong gia công bột nhào. Từ lúc trước nhào trộn cho tới lúc sau nhào trộn đều có ảnh hưởng sâu sắc đến chất lượng sản phẩm cuối. Khi là một hỗn hợp tối ưu, bột nhào sẽ không dinh, dễ dàng chế biến và có độ nhớt – đàn hồi phù hợp để sản xuất ra các sản phẩm tốt sau khi nướng. Farinograph và Mixograph được sử dụng rộng rãi để đo được các thông tin thực nghiệm trong quá trình trộn. Trong các máy trộn, độ bền của bột nhào dưới tác dụng của cánh trộn được Tiểu luận: CNSX đường bánh kẹo GVHD: Hồ Xuân Hương ghi lại. Sự thay đổi của bột nhào trong quá trình trộn và đường cong kết quả nhào trộn giúp cung cấp các thông số: thời gian nhào trộn, độ bền tối đa và độ ổn định của bột nhào. Bột được xay từ các loại lúa mì khác nhau có yêu cầu đối với quá trình nhào trộn khác nhau. Bột có thời gian nhào trộn trung bình thích hợp để làm bánh mì, trong khi đó bột có thời gian nhào trộn ít hơn thích hợp để sản xuất bánh biscuit và bánh cookie. Yêu cầu nhào trộn khác nhau của bột mì liên quan đến thành phần gluten. Gliadin làm bột nhào giãn dài ra, trong khi đó glutenin làm cho bột cứng và đàn hồi. Nếu gliadin nhiều hơn thì thời gian nhào trộn ngắn hơn, nhiều glutenin hơn thì thời gian nhào trộn lâu hơn. Tỷ lệ gliadin/glutenin trong bột rất quan trọng để xác định thời gian nhào trộn. Quá trình nhào trộn ảnh hưởng bởi các thuộc tính lưu biến của bột nhào. Khi bắt đầu nhào trộn, protein tổng hợp và tương tác với nhau. Khi nhào trộn, trong bột nhào hình thành một mạng không gian ba chiều của các đơn vị protein tổng hợp. Tại lúc nhào trộn đạt tối ưu, các đơn vị này tạo thành các màng khi được giãn dài ra. Nếu nhào trộn lâu hơn các màng nãy sẽ bị thủng lỗ và cuối cùng là bị phá vỡ hoàn toàn. Mixograph được sử dụng để phân biệt các loại bột mì trên cơ sở độ mạnh của bột nhào (Hình 5). Độ mạnh của các loại bột có thể được đánh giá dựa vào Mixograph (đường cong nhào trộn) trên cơ sở của thời gian nhào trộn (mixing time), công suất đầu vào (work input) cũng như đường cong Mixograph. Công suất đầu vào là giá trị được tính bằng cách tính phân diện tích vùng giữa hai đường từ lúc thời gian bằng không đến độ bền tối đa của bột nhào (PDG) và có đơn vị là (% torque⋅min). Đường cong Mixograph hiển thị chỉ ra mối quan hệ giữa đặc tính nhào trộn và độ mạnh bột nhào. Nó được quan tâm để xem liệu việc kiểm soát ứng suất lưu biến có thể có khả năng liên quan đến các phép đo động lực các đặc tính quá trình nhào trộn của bột nhào. Các tính chất lưu biến động học của bột nhào của các loại bột mì khác thể hiện khác nhau trong quá trình nhào trộn. (Hình 6). Modun đàn hồi (G’) và modun nhớt (G’’) của bột mì yếu giảm, thời gian trộn tăng lên. Mặt khác bột nhào mạnh và bột nhào rất mạnh có giá trị G’ thấp hơn khi nhào trộn, tăng đến cực đại tại thời gian nhào trộn tối ưu (xác định bằng Mixograph) của nó rồi giảm nhẹ, sau đó không đổi khi tiếp tục nhào trộn. G’’ có xu hướng diễn ra tương tự. Phải chú ý rằng giá trị G’ và G’’ khi nhào trộn bột nhào yếu cao hơn bột nhào mạnh và rất mạnh. Xu hướng này bị đảo ngược khi bột nhào được nhào trộn vượt quá thời gian nhào trộn tối ưu của nó (Hình 6). Giải thích cho việc giá trị G’ và G’’ cao hơn khi nhào trộn bột yếu là do bột yếu hấp thu nước thấp hơn, kết quả là bột khô hơn khi nhào trộn. Điều ngược lại cho bột nhào mạnh và rất mạnh là giá trị hấp thu nước cao hơn đáng kể, bột nhào ẩm hơn khi được nhào trộn. Từ hình 6 cho thấy giá trị G’ và G’’ cua bột nhào rất mạnh vẫn tương đối ổn định trong thời gian nhào trộn dài và các thông số giảm rất ít ngày cả khi ở trong giai đoạn nhào trộn cao. Nhận xét này hoang toàn phù hợp với đường cong Mixograph (Hình 5) cho bột mì rất mạnh. Một điểm quan trọng là tất cả các loại bột giá trị G’ luôn cao hơn đáng kể so với G’’ trong toàn bộ quá trình nhào trộn. Nhận xét này cho thấy rằng chứng tỏ bột nhào không bị phá vỡ cấu trúc bởi hoạt động nhào trộn ngay cả khi trong giai đoạn nhào trộn cao. Khi trộn bột nhào vượt ra ngoài giới hạn tối ưu sẽ làm giảm khả năng chống lại các lực phá vỡ trong máy trộn, nhưng thực tế cấu trúc bột nhào không bị thay đổi đáng kể. Nhiệt độ có ảnh hưởng đến tính chất lưu biến của bột nhào. Nếu tăng nhiệt độ vượt quá o 50 C, độ nhớt của bột nhào tăng mạnh. Điều này là do sự gelatin hóa của tinh bột, đến một mức nào đó là do sự polyme hóa của gluten. Sự tăng nhiệt độ cũng làm cho các phản ứng sinh hóa Tiểu luận: CNSX đường bánh kẹo GVHD: Hồ Xuân Hương diễn ra nhanh hơn như hoạt động của enzyme và nấm men. Tốc độ của các phản ứng sinh hóa cũng ảnh hưởng đến tính lưu biến của bột nhào. Tiểu luận: CNSX đường bánh kẹo GVHD: Hồ Xuân Hương Phụ lục 1 Hình ảnh Hình 1: Sự kéo dài cục bột nhào (trái) và khối gluten (phải) tạo ra những lỗ hở: Hình 2: Kiểm tra bột nhào và hiệu ứng Weissenberg Hình 3: Độ bền và độ giãn dài của gluten khi nhiệt độ thay đổi Tiểu luận: CNSX đường bánh kẹo GVHD: Hồ Xuân Hương Hình 4: Mối quan hệ giữa thành phần protein với giá trị độ hấp thu nước của bột mì Hình 5: Đường cong nhào trộn của bột mì yếu (a), bột mì mạnh (b) và bột mì rất mạnh (c) (a) Tiểu luận: CNSX đường bánh kẹo GVHD: Hồ Xuân Hương (b) (c) Hình 6: Sự thay đổi của modul đàn hồi (G’, trái) và modul nhớt (G’’, phải) liên quan đến thời gian nhào trộn. Tiểu luận: CNSX đường bánh kẹo GVHD: Hồ Xuân Hương Phụ lục 2 Tài liệu tham khảo 1. B.S.Khatkar RHEOLOGY AND CHEMISTRY OF DOUGH – Đại học khoa học và công nghệ Guru Jambheshwar, Hisar – Haryana (Ấn Độ) 2. Tiến sĩ Lutz Popper chủ biên và các cộng sự FUTURE OF FLOUR – Thuộc bản quyền của công ty Mühlenchemie – Đức - 14. The Role of Gluten Elasticity in the Baking Quality of Wheat – R.Kieffer - 18.10 Dough Rheology as a Function of Flour Treatment.