Tài liệu Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM    BÁO CÁO TIỂU LUẬN Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh Môn học: Công nghệ sản xuất đường bánh kẹo GVHD: Hồ Xuân Hương SVTH : MSSV : Thành Phố Hồ Chí Minh, Ngày 27, Tháng 2, Năm 2013 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh Mục lục Chương 1: Sự tạo gel.............................................................................................................................4 1. Giới thiệu chung về gel..................................................................................................................4 1.1. Khái quát chung..........................................................................................................................4 1.2. Các yếu tố ảnh hưởng.................................................................................................................4 2. Gel protein......................................................................................................................................5 2.1. Khái quát chung..........................................................................................................................5 2.2. Cơ chế tạo gel.............................................................................................................................6 2.3. Điều kiện tạo gel.........................................................................................................................8 3. Gel polysaccharide.........................................................................................................................9 3.1. Khái quát chung..........................................................................................................................9 3.2. Khả năng tạo gel của một số chất.............................................................................................10 3.2.1. Sự tạo gel của tinh bột...........................................................................................................10 3.2.2. Sự tạo gel của agar................................................................................................................10 3.2.3. Carrageenan..........................................................................................................................11 3.2.4. Yếu tố ảnh hưởng..................................................................................................................11 Chương 2. Vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh.........................................................................13 1. Vai trò đối với bánh......................................................................................................................13 2. Một vài mô tả...............................................................................................................................13 3. Biện pháp tăng cường gel.............................................................................................................14 Tài liệu tham khảo...............................................................................................................................17 Phụ lục.................................................................................................................................................18 Công nghệ sản xuấất đường bánh kẹo Page 2 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh Lời mở đầu Trong cuộc sống, gel tồn tại và gắn liền với nhiều sản phẩm trên thị trường nói chung và thực phẩm nói riêng. Đối với thực phẩm mà nói, gel đóng vai trò vô cùng quan trọng để hinh thành sản phẩm không những thế nó còn ảnh hưởng mạnh đến chất lượng sản phẩm trên thị trường. Người ta cũng thường hay nhắc và đánh giá bánh nào ngon, cái nào mềm và xốp mịn vậy gel có tác động tới những yếu tố trên không. Để hiểu rõ hơn về gel, cơ chế hoạt động, các yếu tố nào ảnh hưởng mạnh tới việc hình thành gel và vai trò của nó mà ở đây tìm hiểu về tác dụng của nó trong bánh nên em chọn đề tài “Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh”. Do thời gian hạn chế, em không thể tìm hiểu kĩ và đánh giá thực tế hoàn chỉnh, các số liệu và nội dung chủ yếu được tham khảo qua báo chí, sách và qua mạng internet nên không tránh khỏi thiếu sót trong đề tài tiểu luận. Em mong nhận lời nhận xét của cô và em gửi lời cảm ơn chân thành đến cô đã hướng dẫn tận tình trong quá trình làm đề tài. Công nghệ sản xuấất đường bánh kẹo Page 3 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh Nội dung Chương 1: Sự tạo gel. 1. Giới thiệu chung về gel. 1.1. Khái quát chung. Gel là một hình thức trung gian giữa rắn và lỏng. Đây là liên kết ngang trong các phân tử polymer và tạo một mạng lưới giữa các phân tử trong một môi trường lỏng. Trong thực phẩm, chất lỏng này là nước, một dung môi có ảnh hưởng đến tính chất và khả năng hút lẫn nhau giữa các phân tử giữ sự toàn vẹn của mạng lưới polyme. Mạng lưới này giữ được nước (Oakenfull, 1987). Thực phẩm chế biến và phát triển sản phẩm mới đòi hỏi các thành phần như các chất tạo gel để xây dựng một hệ thống cấu trúc mong muốn trong thực phẩm. Gel có thể được mô tả bởi khả năng của nó để cố định các chất lỏng, bởi cấu trúc phân tử của gel, kết cấu của gel và tính chất lưu biến (Phillips và cộng sự, 1994). Gel thực phẩm là chất viscoelastic và gel hóa một số sản phẩm được sản xuất trên toàn thế giới. Gel hình thành trong thực phẩm thường là polysaccharides và protein. - Trong gel thực phẩm, các phân tử polymer được giữ bởi các liên kết cộng hóa trị với trừ liên kết disulfua trong một số gel protein. Thay vào đó, các phân tử được tồn tại bởi sự kết hợp của các lực liên phân tử yếu như liên kết hydro, lực tĩnh điện, lực Van der Waals và tương tác kỵ nước. - Polysaccharides bao gồm hydrocolloids mạnh mẽ ngậm nước trong môi trường nước nhưng nó có xu hướng có cấu trúc khó xác định. Cơ chế của gel phụ thuộc vào bản chất của các gel và các điều kiện hình thành gel như nhiệt độ, sự hiện diện của các ion, pH, và nồng độ của các chất tạo gel, …. Có 2 quá trình tạo gel chủ yếu diễn ra trong quá trình sản xuất bánh là sự tạo gel protein và sự tạo gel polysaccharide. Cơ chế tạo gel của 2 quá trình này gần giống nhau và gel polysaccharide tạo ra có cấu trúc chắc và bền hơn gel protein. 1.2. Các yếu tố ảnh hưởng. Bản chất và tính chất của gel bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như nồng độ protein, pH, tính chất, và nồng độ của chất điện phân (Mulvihill & Kinsella, 1988). Gel có thể xảy ra trong quá trình gia nhiệt, làm lạnh và phụ thuộc vào tính chất của protein và quá trình tự nó. Sự hình thành do nhiệt gây ra của mạng gel liên quan đến các hệ thống kết hợp của chuỗi gấp polypeptide thông qua các không kết cộng hóa trị (ví dụ như liên kết hidro, tương tác ion và kỵ nước) và trong một số trường hợp, thông qua liên kết hóa trị (liên kết disulfua) (Hermanssom, 1979; Xiong & Kinsella, 1990). Protein-protein. Các mối liên kết giữa các phân tử chéo giữa các chuỗi hình thành của các polypeptide khác nhau và rất cần thiết để hình thành gel (Phillips và cộng sự, 1994). Các loại liên kết cộng hóa trị không tương tác, chẳng hạn như kỵ nước và tương tác Van der Waals, hydro và các tương tác ion có liên quan đến bản chất của protein, nồng độ của nó, độ pH, với cường độ biến tính Công nghệ sản xuấất đường bánh kẹo Page 4 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh gây ra bằng cách nung nóng và can thiệp vào những lực hút cơ bản của mạng lưới ba chiều. Vì vậy, làm phân tán mạng lưới này bằng tạo ra một lực hút lớn hơn. Nói về chất của gel phụ thuộc vào sự cân bằng giữa sức mạnh hút và đẩy của các phân tử protein tham gia vào hệ thống. Nếu lực hấp dẫn chiếm ưu thế, coagulum một được hình thành và nước được giữ bởi hệ thống mạng. Nếu đẩy mạnh mạng lưới ba chiều không thể được hình thành (Kinsella, 1984). Một hệ gel là trạng thái mà chất lỏng và rắn phân tán vào nhau, trong đó mạng lưới chất rắn chứa các thành phần chất lỏng kết dính lại tạo thành gel. Sự ngưng tụ của các hạt sẽ tạo thành mạng lưới. Tăng nồng độ dung dịch, thay đổi pH hoặc tăng nhiệt độ nhằm giảm rào cản tĩnh điện cho các hạt tương tác để các hạt kết tụ với nhau tạo thành gel. Nếu nung ở nhiệt độ bình thừơng thì sản phẩm là gel khô, nếu nung ở điều kiện siêu tới hạn sản phẩm là gel khí 2. Gel protein. 2.1. Khái quát chung. Khi các phân tử protein bị biến tính tập hợp lại thành một mạng lưới không gian có trật tự thì hiện tượng đó được gọi là sự tạo gel. Polymer-polymer và polymer dung môi tương tác cũng như lực hút và lực đẩy được cân bằng nhờ vậy mà một hệ thống có trật tự được hình thành (Schmidt, 1981). Cần phân biệt các hiện tượng tương tự như sự tạo gel, với cùng một đặc điểm chung là làm giảm mức độ phân tán của dung dịch. Khi các phân tử protein bị biến tính tập hợp lại thành một mạng lưới không gian có trật tự gọi là sự tạo gel protein như sự liên hợp (association), tập hợp (aggregation), sự kết tủa (precipitation), sự kết tụ (floculation) và sự đông tụ (coagulation). Các phản ứng liên hợp protein thường có quan hệ với các biến đổi ở mức dưới đơn vị hoặc ở mức phân tử trong khi đó các phản ứng trùng hợp hoá hoặc tập hợp hoá lại tạo ra các phức hợp có kích thước lớn. Sự kết tủa protein lại bao hàm tất cả các phản ứng tập hợp có thể dẫn đến mất toàn phần hoặc mất toàn bộ độ hoà tan. Khi protein không bị biến tính nhưng do giảm lực đẩy tĩnh điện giữa các mạch mà dẫn đến các phản ứng tập hợp không trật tự thì sẽ xảy ra hiện tượng kết tụ. Các phản ứng tập hợp không trật tự xảy ra do biến tính và các phản ứng tập hợp xáy ra do tương tác protein – protein chiếm ưu thế so với tương tác protein – dung môi sẽ dẫn dến tạo thành một khối lớn và thô, gọi là sự đông tụ. Khả năng tạo gel là một tính chất chức năng rất quan trọng của nhiều hệ thống protein và đóng vai trò chủ yếu trong việc tạo cấu trúc hình thái do đó cũng là cơ sở để chế tạo ra nhiều sản phẩm thực phẩm. Phomat, giò, gel gelatin, đậu phụ, bột nhào làm bánh mì hoặc các thịt giả từ protein thực vật (được kết cấu bằng cách đùn hoặc kéo sợi) là những sản phẩm có cấu trúc gel). Khả năng tạo gel của protein chẳng những được sử dụng để tạo độ cứng, độ đàn hồi cho một số thực phẩm mà còn để cải biến khả năng hấp thụ nước, tạo độ dầy, tạo lực liên kết (bán dính) giữa các tiểu phần cũng như làm bền các nhũ tương và bọt. Công nghệ sản xuấất đường bánh kẹo Page 5 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh Các nút mạng lưới có thể được tạo ra do tương tác giữa các nhóm kỵ nước. Tương tác này thường được ổn định và tăng cường khi tăng nhiệt độ, làm cho các mạch polypeptide xít lại gần nhau hơn → khối gel trở nên cứng hơn. Các nút lưới có thể được tạo ra do các liên kết hydro giữa các gốc acid amin với nhau. Liên kết hydro là liên kết yếu → tạo ra độ linh động nhất định giữa các phân tử với nhau → làm cho gel có được một độ dẻo nhất định. Các nút lưới có thể được tạo ra do các liên kết tĩnh điện, liên kết cầu nối giữa các nhóm tích điện ngượcdấu, hoặc do các liên kết giữa các nhóm tích điện cùng dấu qua các ion đa hóa trị. Các nút lưới có thể được tao nên do các liên kết disulfua → gel rất chắc và bền. 2.2. Cơ chế tạo gel. Cơ chế và các tương tác có quan hệ đến việc hình thành mạng protein ba chiều đặc trưng cho gel hiện chưa hoàn toàn rõ. Nhiều nghiên cứu đẫ chỉ rõ rang rằng cần phải có giai đoạn biến tính và giãn mạch xảy ra trước giai đoạn tương taco trật tự giữa protein – protein và tập hợp phân tử. Khi protein bị biến tính các cấu trúc bậc cao bị phá huỷ, liên kết giữa các phần tử bị đứt, các nhóm bên của axit amin trước ẩn ở phía trong thì bây giờ xuất hiện ra ngoài. Các mạch polypeptit bị duỗi ra, gần nhau, tiếp xúc với nhau và liên kết lại với nhau thành mạng lưới không gian ba chiều mà mỗi vị trí tiếp xúc của mạch lạ một nút. Các phần còn lại hình thành mạng lưới không gian vô định hình, rắn, trong đó có chứa đầy pha phân tán là nước. Khi nồng độ tăng thì khả năng gel hoá tăng vì số những vị trí tiếp xúc để tạo ra nút mạng lưới tăng lên. Nồng độ protein càng lớn thì các hạt tiếp xúc trực tiếp không qua một lớp nào của của môi trường phân tán và khối gel càng dề vì ở những vị trí đặc biệt ở đầu mút, những góc cạnh các yếu tố bền dễ bị mất do đó dễ tạo ra nút mạng lưới. Các nút mạng lưới có thể được tạo ra do tương tác giữa các nhóm ưa béo. Khi các nhóm này gần nhau, tương tác với nhau thì hình thành ra lien kết ưa béo, lúc này các phân tử nước bao quanh chúng bị đẩy ra và chúng có khuynh hướng như tụ lại. Tương tác ưa béo được tăng cường khi tăng nhiệt độ, làm các mạch polypeptit sít lại với nhau hơn do đó làm cho khối gel cứng hơn. Nút mạng lưới cũng có thể được tạo ra do các liên kết hydro giữa các nhóm peptit với nhau, giữa các nhóm – OH của serin, treonin hoặc tirozin với các nhóm – COOH của glutamic hoặc của aspactic. Nhiệt độ càng thấp thì liên kết hydro càng được tăng cường và củng cố vì lúc này có điều kiện để tạo ra nhiều cầu hydro. Liên kết hydro là liên kết yếu, tạo ra một độ linh động nào đó giữa các phân tử đối với nhau, do đó làm cho gel có một độ dẻo nhất định. Các mắt lưới trong gel gelatin chủ yếu là do các liên kết hydro. Khi gia nhiệt các liên kết hydro bị đứt và gel sẽ nóng chảy ra. Khi để nguội liên kết tái hợp và gel lại hình thành. Tham gia tạo ra các nút lưới trong gelcũng có thể do các liên kết tĩnh điện, liên kết cầu nối giữa các nhóm tĩnh điện ngược dấu hoặc do liên kết giữa các nhóm tĩnh điện cùng dấu qua các ion đa hoá trị như ion canxi chẳng hạn. Các mắt lưới còn có thể do các liên kết đisulfua taon nên. Trong trường hợp này sẽ tạo cho gel có tính bất thuận nghịch bởi nhiệt, rất chắc và bền. Công nghệ sản xuấất đường bánh kẹo Page 6 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh Một số protein có bản chất khác nhau có thể tạo gel khi được đun nóng đồng thời (sự đồng tạo gel). Các protein cũng có thể tạo gel bằng cách cho tương tác với các chất đồng tạo gel như các polysacarit, làm thành cầu nối giữa các hạt do đó gel tạo ra có độ cứng và độ đàn hồi cao hơn. Cũng có thể them các chất alginate hay pectinat tích điện âm vào gelatin tích điện dương để tạo ra tương tác ion không đặc hiệu giữa các chuỗi peptit do đó sẽ tao cho gel có nhiệt độ nóng chảy cao (80oC). Người ta cũng thường thêm caraghenat polysulfat (tích điện âm) vào sữa (pH của sữa) để tạo ra ion tương tác đặc hiệu với vùng tích điện dương casein K. Vì thế mà các mixen casein có thể được chứa trong các gel caraghenat. Khối gel mới tạo thành còn chứa một lượng lớn nước ở phía trong. Nhiều gel có thể chứa tới 98% nước. Ngoài lớp nước hydrat hoá liên kết chặt chẽ với các nhóm có cực của chuỗi protein, còn co nước ở dạng dng môi tự do. Người ta nhận thấy, mặc dù nước bị nhốt này có tính chất giống như nước của một dung dịch muối loãng được giữ bằng lực vật lý, vẫn không thể bị đầy ra một cách dễ dàng. Có thể là khi tạo gel đã tạo ra một cái bẫy để nhốt nước. Hoặc cũng có thể các lỗ của mạng lưới protein giữ được nước dạng mao quản. Khi đi từ dung dịch nước protein, các giai đoạn đầu của quá trình tạo gel bằng nhiệt có thể như sau (phương trình (*)): 1/ Phân li thuận nghịch cấu trúc bậc bốn thành các dưới đơn vị hoặc monomer. 2/ Biến tính không thuận nghịch các cấu trúc bậc hai và ba (sự giãn mạch vẫn còn là từng phần). (PN)n  nPN  nPD (*) Trong đó PN – protein tự nhiên; PD – Protein đã bị biến tính; n - số đã biết. Người ta thấy, trạng thái gel cuối cùng tương ứng với các tập hợp protein từng phần bị biến tính (PD)x , (x  n) nên có thể là phương trình (**) hoặc (***): xPN (PN)x đun nóng xPN (**) đun nóng xPD đun nóng (PD)x đun nóng (PD)x (***) hoặc làm lạnh Phần đầu của phương trình (**) là phản ứng kết tụ, phần thứ hai của phương trình (**) là phản ứng đông tụ khô. Trong điều kiện thuận lợi cho biến tính hơn là cho tập hợp (protein mang điện tích lứn ở pH thấp hoặc cao, lực ion rất yếu, có mặt số ion, có mặt các tác nhân phân ly như: ure, guanidin, các chất tẩy rửa) thì sự đun nóng sẽ làm xảy ra phản ứng theo phương trình (***). Giai đoạn tập hợp càng chậm so với giai đoạn biến tính thì càng có điều kiện để các mạch polypeptit đã được giãn mạch ra từng phần, sẽ có trật tự, đồng đều, trơn, trương mạnh, rất đàn hồi và Công nghệ sản xuấất đường bánh kẹo Page 7 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh trong suốt; gel bền, không bị co tách dịch. Ngược lại các gel được tạo thành từ các tiểu phần protein có tập hợp thô sẽ đục, ít đàn hồi và đặc biệt không bền (gel bị co và dễ chảy dịch). Sự giãn mạch các phân tử protein sẽ làm xuất hiện các nhóm phản ứng nhất là các nhóm kỵ nước (ưa béo) của protein hình cầu. Do đó các tương tác kỵ nước giữa protein – protein sẽ thuận lợi và là nguyên nhân chính của việc tạo tập hợp liên tục. Các protein có khối lượng phân tử cao và có tỷ lệ phần trăm axit amin kỵ nước cao sẽ tạo gel có mạng lưới chắc. Khi ở nhiệt độ cao các tương tác ưa béo sẽ thuận lợi trong khi đó sự hình thành các liên kết hydro lại dễ dàng khi làm lạnh. Sự gia nhiệt cũng có thể làm phơi bày các nhóm – SH ở bên trong, do đó xúc tiến việc hình thành hoặc trao đổi các cầu đisulfua. Khi có mặt nhiều nhóm – SH và –S-S - sẽ tăng cường hệ thống mạng giữa các phân tử và gel tạo ra bền với nhiệt. Các cầu canxi lam cho gel có độ cứng và độ bền tốt hơn. Vùng pH thuận lợi cho sự tạo gel sẽ được mở rộng cùng với sự tăng nồng độ protein. Vì khi ở nồng độ protein cao thì các liên kết ưa béo và liên kết đisulfua có điều kiện để tạo thành sẽ bù trừ lại các lực đẩy tĩnh điện cảm ứng vốn do protein tích điện cao sinh ra. Ở điểm đẳng điện do vắng mặt các lực đẩy nên gel tạo ta kém phồng, ngậm ít nước và cứng. Các protein có tỷ lệ axit amin ưa béo cao (trên 31,5% số phân tử) như hemoglobin, ovalbumin, sẽ có vùng pH tạo gel thay đổi phụ thuộc vào nồng độ protein. Trái lại các protein có phần trăm các axit amin ưa béo thấp (22÷31%) như  - globulin, serumalbumin, gelatin và protein của đậu tương… thì lại không thay đổi pH tạo gel khi nồng độ protein thay đổi. 2.3. Điều kiện tạo gel. Trong phần lớn các trường hợp, gia nhiệt là cần thiết cho việc tạo gel. Đôi khi cũng có thể làm lạnh bên trong hoặc axit hóa nhẹ. Cho thêm muối đặc biệt là ion Ca2+ có thể cần thiết để làm tăng tốc độ tạo gel hoặc tăng độ cứng của gel (đối với trường hợp protein đậu nành, lactoserum, serum albumin). Nhiều protein có thể tạo gel mà không cần đun nóng, chỉ nhờ thủy phân nhẹ bằng enzyme (mixen casein, lòng trắng trứng, fibrin), đơn giản là có thể cho thêm Ca2+ (mixen casein) hay từ môi trường kiềm đưa về pH trung tính hoặc pI đẳng điện. Trong khi nhiều gel được hình thành từ protein trong dung dịch, một số hệ phân tán trong nước hoặc dung dịch muối ăn của protein ít hoặc không tan trong nước cũng có thể tạo thành gel. Như vậy, tính tan của protein không phải lúc nào cũng cần thiết cho sự tạo gel. Sự gia nhiệt, trong đa số trường hợp là rất cần thiết cho quá trình tạo gel. Việc làm lạnh sau đó cũng cần thiết và đôi khi một sự axit hoá nhẹ nhàng cũng có ích. Thêm muối (đặc biệt là ion canxi) có thể cũng cần, hoặc là để tăng tốc độ tạo gel goặc để gia tăng độ cứng cho gel. Nhiều gel cũng có thể được tạo ra từ protein dịch thể (lòng trắng trứng, dịch đậu tương), từ các thể protein không tan hoặc ít tan phân tán trong nước hoặc trong muối (collagen, protein tơ cơ, isolate (dịch đậm đặc) đậu tương) từng phần hoặc toàn bộ bị biến tính. Như vậy độ hoà tan của protein không phải luôn luôn cần thiết cho sự tạo gel.  Yếu tố ảnh hưởng. - Nhiệt độ: nhiệt độ thấp → tạo nhiều liên kết hydro ⇒ gel bền hơn. Công nghệ sản xuấất đường bánh kẹo Page 8 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh - Axit hóa hoặc kiềm hóa nhẹ→ pH ≈ pI ⇒ gel tạo thành chắc hơn. - Các chất đồng tạo gel như các polysaccharide làm cầu nối giữa các hạt ⇒ gel có độ cứng và độ đàn hồi cao hơn  Ví dụ về protein của lòng trắng trứng Montejano et al. (1984) cho rằng quá trình cứng lại của lòng trắng trứng bắt đầu ở 71 ° C và tăng 83 ° C, và độ đàn hồi tốt nhất giữa 70 và 74 ° C. Biến tính của ovalbumin xảy ra từ 79 ° đến 84 ° C. Sự gia tăng của nhiệt độ và thời gian làm nóng cải thiện các liên kết với các phân tử nước và tăng liên kết ngang trong cấu trúc gel (Yang & Baldwin, 1995). Sự ổn định của s-ovalbumin liên quan đến sự biến tính bằng cách nung nóng có thể ảnh hưởng đến tính chất gel của lòng trắng trứng. Shitamori et al. (1984) báo cáo rằng mặc dù các thông số của pH trong việc hình thành gel tương tự như ovalbumin và s-ovalbumin, sự tạo thành gel của sovalbumin ở nhiệt độ thấp nhiều hơn so với tạo gel ovalbumin. Độ cứng gel của lòng trắng trứng cao trong pH thay đổi từ 9,0 đến 9,45 hơn khi độ pH thay đổi từ 7,7 và 8,1. S-ovalbumin có thể cùng với các protein khác tăng cường độ cứng của lòng trắng gel nghĩa là, khi pH khoảng 9,0 có sự gia tăng trong tỷ lệ phần trăm của protein này trong lòng trắng trứng. Khi bánh được nấu chín ở nhiệt độ cao có rất ít sự khác biệt về độ dày lên và chất lượng của sản phẩm. Khi nấu được tiến hành trong hơi nóng, nhiệt độ tối ưu là 87 ° C và nhiệt độ biến tính là 92 ° C sự khác biệt trong khả năng tạo gel giữa các protein hình cầu được thể hiện rõ dưới nhiều hình thức khác nhau của mức độ tương tác protein-protein. Disulfua mối liên kết giữa các phân tử làm tăng sự ổn định của mạng gel. Các chuỗi polypeptide tăng lên về kích thước dẫn tới đứt của các tương tác không cộng hóa trị và có lợi cho sự ổn định mạng gel. Các nhóm thiol không thể tiếp cận có thể tiếp xúc và được kích hoạt bởi sự lỏng lẻo của phân tử protein trong quá trình gia nhiệt, hoặc bằng cách thay đổi trong các điều kiện dung môi. Do đó, các nhóm thiol phản ứng được tiếp xúc và có thể hình thành liên kết disulfua. Các phản ứng của những thay đổi giữa các phân nhóm thiol-disulfua có thể thúc đẩy sự gia tăng của các mối liên kết disulfua chéo trong mạng gel, theo sơ đồ phản ứng. - S - S - S * H + - S * H - S - S - «HS - S - S - S - S-SH Phân tử dimerous hình thành bởi phản ứng này có thể tiếp tục phản ứng với nhóm sulphydrylic trong các phân tử protein khác. Ferry (1948) giới thiệu khái niệm rằng gel xảy ra theo hai bước, ông nhấn mạnh tầm quan trọng của mối quan hệ giữa sự biến tính và tập hợp. Nếu lực liên kết đang bị phá vỡ bởi sự biến tính thì sự chuỗi liên kết sẽ được hình thành và gia tăng. Điều này sẽ dẫn đến sự tích tụ của các protein biến tính như là một giai đoạn trung gian. Trong những điều kiện này, một lớp mỏng gel được hình thành và ngày càng gia tăng. 3. Gel polysaccharide. Công nghệ sản xuấất đường bánh kẹo Page 9 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh 3.1. Khái quát chung. Polysaccharide là các glycosyl từ đường hexose và pentose. Mỗi gốc glycosyl có một số điểm có khả năng tạo liên kết với Hydro. Mỗi nhóm –OH trên gốc glycosyl có thể kết hợp với một phân tử nước và vì vậy mỗi gốc đều có thể hoàn toàn solvat hóa. Do đó phân tử polysaccharide có thể tan được trong nuớc. Một số phân tử polysaccharide như cellulose không tan được trong nước là do các phân tử có cấu trúc thẳng và liên kết chặt khít với nhau nên nước không có khả năng tiến gần các nhóm hydroxy (-OH). Polysaccharide khi có mặt trong thực phẩm như các loại bánh đều thể hiện một số tính chất có lợi dựa trên cấu trúc phân tử, kích thước và lực liên kết phân tử, chủ yếu là liên kết Hydro. Rất nhiều các polysaccharide không tan trong nước và không tiêu hóa được, chủ yếu là cellulose và hemicellulose nhưng những loại này thường không có trong bánh. Những polysaccharide còn lại trong thực phẩm thì tan được trong nước và phân tán đều trong nước. Chúng đóng vai trò tạo độ kết dính, tạo đặc, tăng độ nhớt và tạo gel. 3.2. Khả năng tạo gel của một số chất. 3.2.1. Sự tạo gel của tinh bột. Khi để nguội hồ tinh bột thì các phân tử sẽ tương tác với nhau và sắp xếp lại một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột có cấu trúc mạng ba chiều. Để tạo được gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ đậm đặc vừa phải, phải được hồ hoá để chuyển tinh bột thành trạng thái hoà tan và sau đó được để nguội ở trạng thái yên tĩnh. Khác với gel protein, trong gel tinh bột chỉ có duy nhất các liên kết hydro tham gia. Liên kết hydro có thể nối trực tiếp các mạch polyglucozit lại với nhau hoặc gián tiếp qua cầu phân tử nước. Vì tinh bột chứa cả amilopectin và amiloza nên trong gel tinh bột có vùng kết tinh và vùng vô định hình. Tham gia vào vùng kết tinh có các phân tử amiloza và các đoản mạch amilopectin kết dính với nhau. Cấu trúc nhiều nhánh mà chủ yếu là các nhánh bên của phân tử amilopectin sẽ cản trở sự dàn phẳng và sự kết tinh. Vùng kết tinh vừa nằm trong các hạt đã trương vừa nằm trong dung dịch nước giữa các hạt sẽ tạo ra độ bền và độ đàn tính của gel. Phần của đại phân tử Am và AP nối vào mixen kết tinh nhưng nằm trong phần vô định hình ở giữa các mixen sẽ tạo cho gel một áp suất nhất định không bị phá huỷ và trong một chừng mực đáng kể áp suất này do số lượng tương đối của các phân tử trong phần vô định hình quyết định. Các tinh bột vừa chứa Am và AP nên có khuynh hướng tạo gel như nhau khi ở nồng độ tương đối thấp. Chỉ có tinh bột khoai tây là khả năng này kém hơn, có thể là do hàm lượng Am của nó cao hơn nhưng trước hết là do độ dài bất thường và mức độ phân nhánh yếu của Am sẽ cản trở sự uốn thẳng để tạo ra cấu trúc mixen. Các tinh bột giàu amilopectin như tinh bột ngô nếp, có độ phân nhánh cao thường cản trở sự tạo gel khi ở nồng độ thấp nhưng khi ở nồng độ cao (khoảng 30%) thì cũng tạo được gel. Tinh bột cũng có thể đồng tạo gel với protein. Nhờ tương tác này mà khả năng giữ nước, độ cứng và độ đàn hồi của gel protein được tốt hơn. Gel từ tinh bột giàu Am thường cứng và đàn hối kém. 3.2.2. Sự tạo gel của agar. Công nghệ sản xuấất đường bánh kẹo Page 10 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh Quá trình tạo gel xảy ra khi làm lạnh dung dịch agar. Dung dịch agar sẽ tạo gel ở nhiệt độ khoảng 40 - 50C và tan chảy ở nhiệt độ khoảng 80 - 85C. Gel agar có tính thuận nghịch về nhiệt. Khi đun nóng polymer tạo thành một khối, khi dung dịch nguội đi các chuỗi sẽ bao lấy nhau và liên kết với nhau từng đôi một bằng liên kết hydro để tạo thành chuỗi xoắn kép, tạo ra một mạng lưới không gian ba chiều nhốt các chất khô bên trong do số lượng liên kết hydro rất lớn . Quá trình hình thành gel và độ ổn định của gel bị ảnh hưởng bởi hàm lượng agar và khối lượng phân tử của nó. Kích thước lỗ gel khác nhau phụ thuộc vào nồng độ agar, nồng độ agar càng cao kích thước lỗ gel càng nhỏ. Khi làm khô gel có thể tạo thành một màng trong suốt, bền cơ học và có thể bảo quản lâu dài mà không bị hỏng. Khả năng tạo gel phụ thuộc vào hàm lượng đường agarose. Sự có mặt của ion sunfat làm cho gel bị mờ, đục. Do đó tránh dùng nước cứng để sản xuất. Chúng có khả năng giữ mùi vị, màu, acid thực phẩm cao trong khối gel nhờ nhiệt độ nóng chảy cao (85 -90C). Gel agar chịu được nhiệt độ chế biến 100C, pH 5–8, có khả năng trương phồng và giữ nước. Hình 1 3.2.3. Carrageenan. Ở dạng gel các mạch polysaccharide xoắn vòng như lò xo và cũng có thể xoắn với nhau tạo thành khung xương không gian ba chiều vững chắc, bên trong có thể chứa nhiều phân tử nước (hay dung môi). Từ dạng dung dịch chuyển sang dạng gel là do tương tác giữa các phân tử polyme hòa tan với các phân tử dung môi ở bên trong, nhờ tương tác này mà gel tạo thành có độ bền cơ học cao. Phần xoắn v òng lò xo chính là những mầm tạo gel, chúng lôi kéo các phân tử dung môi vào vùng liên kết. Sự hình thành gel có thể gây ra bởi nhiệt độ thấp hoặc thêm các cation với một nồng độ nhất định. Quá trình hình thành gel diễn ra phức tạp, đ ược thực hiện theo hai bước: - Bước 1: khi hạ nhiệt độ đến một giới hạn nào đó trong phân t ử carrageenan có sự chuyển cấu hình từ dạng cuộn ngẫu nhiên không có trật tự sang dạng xoắn có trật tự. Nhiệt độ của quá trình chuyển đổi này phụ thuộc vào dạng và cấu trúc các carrageenan, cũng như phụ thuộc vào dạng và nồng độ của muối thêm vào dung dịch carrageenan. Do đó, mỗi một dạng carrageenan có một điểm nhiệt độ tạo gel riêng. -Bước 2: gel của các polyme xoắn có thể thực hiện ở các cấp độ xoắn. Trong trường hợp đầu, sự phân nhánh và kết hợp lại sẽ xuất hiện cấp độ xoắn thông qua sự hình thành không đầy đủ của xoắn kép, theo hướng đó mỗi chuỗi tham gia vào xoắn kép với hơn một chuỗi khác. Trong trường hợp thứ hai, các phần đã phát triển đầy đủ của đa xoắn tụ hợp lại tạo thành gel. Còn dưới các điều kiện không tạo gel, ở các nồng độ polyme thấp sự hình thành và hợp lại của các xoắn sẽ dẫn đến tăng độ nhớt. Qua đó, có thể mô tả cơ chế tạo gel như sau: trước hết là xuất hiện sự chuyển đổi cấu hình từ dạng cuộn sang xoắn lò xo, tiếp sau là sự kết hợp các xoắn và tụ hợp lại có trật tự tạo thành xoắn kép gel. Như vậy, gel là tập hợp các xoắn có trật tự hay còn gọi là xoắn kép. Hình 2: Tác dụng của nhiệt độ đối với cơ chế chuyển đổi từ dung dịch sang gel. 3.2.4. Yếu tố ảnh hưởng.  Liên kết giữa các phân tử: Công nghệ sản xuấất đường bánh kẹo Page 11 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh Độ bền gel phụ thuộc chủ yếu vào lực liên kết giữa các phân tử. Nếu chiều dài của vùng liên kết dài, lực liên kết giữa các chuỗi sẽ đủ lớn để chống lại áp lực và chống lại chuyển động nhiệt của các phân tử, gel tạo thành sẽ chắc bền. Nếu chiều dài của vùng liên kết ngắn và các chuỗi không được liên kết với nhau mạnh, các phân tử sẽ tách rời dưới tác dụng của áp lực hay sự tăng nhiệt độ (làm cho các chuỗi polymer chuyển động nhiệt), gel sẽ yếu và không ổn định.  Cấu trúc các phân tử: Những phân tử có nhánh không liên kết với nhau chặt chẽ, vì vậy không tạo những vùng liên kết có kích thước và sức mạnh đủ lớn để tạo thành gel. Chúng chỉ tạo cho dung dịch có độ nhớt và độ ổn định. Nhưng phân tử mạch thẳng tạo gel chắc bền hơn.  Điện tích phân tử: Đối với các polysacchride tích điện, lực đẩy tĩnh điện giữa các nhóm tích điện cùng dấu sẽ ngăn cản sự tạo thành liên kết. Ngoài ra còn phụ thuộc vào nhiệt độ, pH và sự có mặt của các yếu tố khác trong dung dịch. Công nghệ sản xuấất đường bánh kẹo Page 12 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh Chương 2. Vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh. 1. Vai trò đối với bánh. Mạng gel rất quan trọng trong quá trình sản xuất bánh. Ngoài gel được tạo thành bởi gluten – thành phần chính trong bột làm bánh, các polysaccharide còn có sự tạo gel protein của các sản phẩm bổ sung để tạo hương vị như trứng, sữa…Tính chất gel rất quan trọng, nó ảnh hưởng đến cảm quan của sản phẩm. Khi có sự tạo thành gel trong sản phẩm thì các sản phẩm bánh sẽ có độ phồng, xốp, cấu trúc chắc chắn.  - Vai trò của mạng gel: Tính dễ kéo dãn  có thể thay đổi hình dạng của sản phẩm bánh sau này. Tính không thấm khí giữ lại được các khí tạo ra  bột nhào trương nở. Tính dễ đàn hồi  trương nở được  giữ khí  hình thành cấu trúc xốp cho sản phẩm bánh. Có khả năng giữ nước cao  sản phẩm có độ mềm sau khi nướng. 2. Một vài mô tả. Bọt thực phẩm là hệ phân tán của các bóng bọt trong một pha liên tục là chất lỏng hoặc chất nửa rắn. Các bóng bọt thường chứa không khí hoặc khí CO2 và có áp suất lớn hơn áp suất ngoài. Màng bóng bọt rất mỏng rất dễ nứt và vỡ. Khi gel được hấp thụ vào bề mặt liên pha sẽ tạo ra một màng đàn hồi và không thấm khí có khả năng bảo vệ bóng bọt. Khí hình thành trong thực phẩm không chỉ ảnh hưởng đến kết cấu và độ cứng mà nó làm cho sản phẩm nhẹ hơn nhưng cũng thay đổi hình dáng, màu sắc và cảm giác miệng. Khi bị tác động bởi nhiệt lương khí tồn tại trong đó không ổn định đồng thời, hệ thống thoát nước và hạn chế thoát khí bằng cách tăng độ nhớt của chất lỏng trong bánh và gel đươch hình thành để khắc phục điều đó. Nếu không khí được giữ hoàn toàn trong mạng lưới gel thì sản phẩm tạo thành có chất lương tốt. Gel giúp kiểm soát kích thước bong bóng và phân phối khong khí trong chế biến bánh công nghiệp. Trong sản xuất bánh nếu không có mạng gel thì lượng bọt tạo ra rất khó kiểm soát do đó không khí không được phân bố đồng đều và sản phẩm trình tạo thành xuất hiện hàng loạt các kích cỡ bong bóng to nhỏ khác nhau khiến bánh thành phẩm không ngon cảm quan không dược đánh giá cao. Hệ thống gel hình thành giúp làm giảm kích thước của bong bóng và giảm thiểu hiệu ứng nổi và phân tầng theo chiều dọc trong quá trình làm bánh như vậy sản phẩm cũng có chất lượng tốt hơn. Gel này góp phần thiết lập sự phân bố đều bọt và nhỏ tạo sự mềm mại duy trì trong thời gian dài đồng nghĩa với việc nướng bánh bánh sẽ trương nở đồng đều bởi lượng khí được giữ trong bánh. Bánh nướng đã tăng khối lượng và độ ẩm, ít vụn nát. Nó cải thiện tính đồng nhất bột, cũng cải thiện sự gắn kết hạt tinh bột, do đó cung cấp một cấu trúc tốt cho các sản phẩm. Nó cũng làm tăng sự hấp thụ nước và khả năng của bột để giữ lại khí. Gel có thể được định nghĩa là mạng lưới ba chiều cao phân tử liên tục giữ số lượng lớn dung môi cho thấy độ cứng cơ học trong suốt thời gian thực hiện và bảo quản. Công nghệ sản xuấất đường bánh kẹo Page 13 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh Gel giúp cho lưu giữ hương thơm của nguyên liệu tốt hơn đồng thời ổn định hệ nhũ tương trong những giai đoạn làm bánh. Gel cũng làm tăng khả năng giữ nước và khối lượng ổ bánh giảm độ cứng và thoái hóa tinh bột. Gel có khả năng hấp phụ lý hóa học các chất có mùi thông qua tương tác Van der Waals, liên kết đồng hóa trị, hoặc liên kết tĩnh điện → Có khả năng cố định được mùi Gel hoạt động khiến cho độ nhớt của sản phẩm tăng cao và tạo độ xốp, dày lên, ổn định và giữ độ ẩm cho bánh cho tới khi thành phẩm giúp bánh mềm hơn nhưng vẫn giữ được cấu trúc hoàn chỉnh. Sự gia tăng về khối lượng cũng như độ xốp cao và mềm hơn. Nó cũng được sử dụng trong bánh chuẩn bị hỗn hợp để kiểm soát lưu biến và lưu giữ khí để hiệu suất nướng cao. Ví dụ nhỏ về gluten. Để Gluten có thể hình thành được mạng gel, trước hết nó phải được hấp thụ nước. Sau đó nhờ vào quá trình chế biến ( trộn/mixing hoặc nhào/knead ) gel được hình thành với những liên kết mới gluten mới được chuyển cấu trúc có tính đàn hồi. Trong quá trình bột hay hỗn hợp được lên men, cấu trúc gel này sẽ giữ lại những khí gas ( hay còn gọi là sản phẩm đã được lên men ).Dưới tác động của nhiệt, cấu trúc trở nên vững chắc hơn và tạo nên cấu trúc cũng như độ vững cho các sản phẩm và có lớp màng không thấm khí giữ được lượng không khí trong sản phẩm . Nếu gel hình thành kém, quá yếu dẫn tới nó không có thể kéo dãn và chịu nổi với lớp màng mỏng xung quanh là bong bóng khí được hình thành trong quá trình lên men. Các bong bóng khí sau đó sẽ nở và vỡ gây sản phẩm không đủ độ lớn và kích thước nhỏ. 3. Biện pháp tăng cường gel. Vì quá trình tạo gel là vô cùng cần thiết nên đối với các quá trình tạo gel yếu hoặc gel không có cấu trúc như mong đợi thì người ta sẽ bổ sung thêm các loại phụ gia tạo gel để cải thiện cấu trúc và tạo gel như mong muốn.Ngoài ra, chúng ta còn co thể sử dụng muối, các ion Ca2+ để tăng việc tạo gel hình thành mạng gel bền vững.  Biện pháp cụ thế: - Mạng gel được hình thành với Avicel keo MCC: Thixotropy-gel được thực hiện với Avicel keo MCC dễ phân hủy với cắt, khi cắt được lấy ra, gel sẽ cải cách theo thời gian với sự mất mát tối thiểu đến độ nhớt. Avicel MCC là do các tính chất truyền đạt những hạt này khi đã được phân tán trong nước hoặc chất lỏng. Foam Stability-Avicel MCC là một chất ổn định bọt hàng đầu. Mạng lưới vi dày giai đoạn nước giữa các tế bào không khí và hoạt động như một rào cản vật lý để duy trì các tế bào không khí trong hệ thống treo. Mặc dù Avicel MCC không có tài sản hình thành bộ phim đáng kể, nó làm việc để tăng sức mạnh phim (Hình 3). Ổn định nhũ tương - Avicel ® MCC hình thành một mạng lưới của các hạt keo khi đã được phân tán trong nước. Mạng lưới chất keo đặt tại giao diện dầu-nước để cơ thể ngăn chặn các giọt dầu từ hợp nhất (Hình 4). Do đó Avicel hoạt động ổn định nhũ tương cũng như dày giai đoạn nước để cải thiện bám lấy tài sản. Công nghệ sản xuấất đường bánh kẹo Page 14 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh Nhiệt độ ổn định nhiệt độ thay đổi này có ảnh hưởng ít hoặc không có các chức năng và độ nhớt của các chất tán xạ Avicel. Khách sạn này là cực kỳ quan trọng trong việc chuẩn bị các sản phẩm nhiệt ổn định, đặc biệt khi các axit có mặt. Avicel MCC sẽ nắm giữ lên trong quá trình xử lý nhiệt, nướng, xử lý đáp trả lại tiệt trùng, và làm nóng lò vi sóng với sự mất mát tối thiểu về độ nhớt. Rút ngắn Texture-Avicel MCC có thể được sử dụng để sửa đổi kết cấu nó có thể rút ngắn kết cấu hoặc thêm vào cơ thể mà không tạo ra một kết cấu gummy hoặc nhão. Trong các hệ thống thực phẩm này chất lượng kết quả trong một mouthfeel sạch hơn và phát hành hương vị tuyệt vời. Đình chỉ hạt - sự ổn định và lưu biến thixotropic của Avicel MCC làm cho nó một trợ giúp treo hữu ích. Trong một hệ thống nước, ma trận 3-chiều đặt lên ở các cấp độ sử dụng thấp để có hiệu quả đình chỉ các hạt bụi. Thay thế chất béo và dầu - Avicel MCC có thể được sử dụng để thay thế một số hoặc tất cả các dầu trong loại sản phẩm nhũ tương. Avicel bắt chước nhiều người trong số các tính chất lưu biến kết hợp với nhũ tương dầu (Hình 5). Kiểm soát tăng trưởng Ice Crystal - ma trận 3 chiều tạo ra với phân tán Avicel keo MCC và diện tích bề mặt của microcrystals tạo ra một hệ thống ổn định duy trì một trạng thái đồng nhất trong quá trình đông / tan chảy. Avicel giúp ngăn chặn di cư độ ẩm và ức chế sự tổng hợp protein và các chất rắn khác. Mạng lưới 3 chiều được hình thành với Avicel là cực kỳ hiệu quả trong việc duy trì hệ thống ba pha của nước / chất béo không khí /. Công nghệ sản xuấất đường bánh kẹo Page 15 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh Kết luận Xã hội ngày càng phát triển cùng với khoa học công nghệ chất lượng cuộc sống càng ngày được tốt hơn. Song bên cạnh đó yêu cầu về kỹ thuật, quy trình và chất lượng sản phẩm cũng cao hơn vì thế tất cả mọi lĩnh vực nói chung và nghành công nghệ thực phẩm nói riêng cần được sáng tạo khắc phục những nhược điểm hiên tại. Hy vọng với bài báo cáo này giúp đỡ cho nhũng người cần và hiểu sâu thêm về gel trong thực phẩm. Khẳng định gel có vai trò quan trọng trong sản xuất bánh và cũng cần co những biện pháp để tăng chất lượng gel. Xin chân thành cảm ơn. Công nghệ sản xuấất đường bánh kẹo Page 16 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh Tài liệu tham khảo     Đàm Sao Mai, Hóa sinh thực phẩm, NXB Đại học Quốc Gia TP.HCM, 2009. Lê Ngọc Tú, Hóa sinh công nghiệp, NXB Khoa họa và Kỹ thuật Hà Nội. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-90162006000300013 http://luanvan.co/luan-van/gel-protein-cau-truc-va-phuong-phap-tao-cau-truc-gel-cua-cac-    protein-trong-cac-thuc-pham-giau-protein-2711/ http://cdtp4.files.wordpress.com/2011/09/chuong-1-protein3.pdf http://www.fmcbiopolymer.com/Food/Ingredients/CelluloseGel/FunctionalProperties.aspx. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-90162006000300013 Công nghệ sản xuấất đường bánh kẹo Page 17 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh Phụ lục Hình 1 Hình 2 Công nghệ sản xuấất đường bánh kẹo Page 18 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh Hình 3 Hình 4 Công nghệ sản xuấất đường bánh kẹo Page 19 Sự tạo gel và vai trò của mạng gel trong sản xuất bánh Hình 5 Công nghệ sản xuấất đường bánh kẹo Page 20