Trong bài trước, chúng ta đã tìm hiểu về Sulfur dioxide (SO2), một chất chống vi sinh vật trong sản xuất thực phẩm. Bài viết này, chúng ta tiếp tục tìm hiểu một chất mới nằm trong nhóm này, đó là Acid sorbic và các muối của nó.
Tính chất của Acid sorbic
Acid sorbic (C6H8O2) có khối lượng phân tử 112,23, tinh thể trắng có mùi đặc trưng và có vị chua, nhiệt độ chảy trong khoảng 132-135°C. Trong cấu trúc phân tử của nó có 2 nối đôi. Ở nhiệt độ phòng, độ hòa tan của nó là 0,16g/100g nước và 0,7g/100g dung dịch NaCl 10%. Trong cồn khan và acid acetic băng, độ hòa tan của acid sorbic khoảng 13g/100g. Trong chất béo (dầu), độ hòa tan của nó là 0,5-1,0g/100g tùy theo loại chất béo. Độ hòa tan của acid sorbic tăng theo tỷ lệ thuận khi dung dịch nước có chứa các tỷ lệ ethanol hoặc acid acetic tăng dần. Để kết hợp dạng tinh thể vào các nguyên liệu khô, đầu tiên trộn nó với muối, bột mỳ hoặc tinh bột bắp. Để hòa tan trong các chất lỏng, có thể hòa tan nó vào trong NaOH, KOH hoặc hòa tan trong propylene glycol, ethanol trong các ứng dụng mà thực phẩm được nhúng vào dung dịch acid sorbic hoặc phun dung dịch đó trên bề mặt.
Cần lưu ý là acid sorbic bị bay hơi khi gia nhiệt và có thể được chưng cất bằng hơi nước, do đó trong chế biến thực phẩm, ví dụ như các loại kẹo jelly dùng chất ngọt nhân tạo (không có hoặc có ít đường saccharose, có thể cần chất bảo quản), nên bổ sung acid sorbic vào sau quá trình nấu để tránh thất thoát acid sorbic.
Các muối sorbate của acid sorbic
Potassium sorbate có khối lượng phân tử 150,22, dạng hạt hoặc bột màu trắng, có độ hòa tan lớn nhất trong số các hợp chất sorbate. Ở nhiệt độ phòng, 138g potassium sorbate hòa tan trong 100g nước và lên đến 54g trong 100g dung dịch NaCl 10%. Trong alcohol, potassium sorbate có độ hòa tan là 200g/100ml alcohol ở 20°C. Loại muối này được sử dụng để chế biến các dung dịch có nồng độ acid sorbic cao và chúng được dùng thích hợp cho các ứng dụng nhúng hoặc phun lên bề mặt. Calcium sorbate là hợp chất dạng bột, không mùi, không vị giống như bột talc (một hợp chất khoáng magnesium silicate).
Ở dạng rắn, acid sorbic, potassium sorbate và đặc biệt là calcium sorbate rất bền, mặc dù chúng có hai nối đôi trong phân tử. Trong dung dịch, sự có mặt của oxygen có thể gây ra sự phân hủy do oxy hóa, kết quả là tạo ra sự biến màu. Tuy nhiên trong bảo quản thực phẩm thực tế, hiện tượng này là không quan trọng vì nhìn chung, thực phẩm đã được tiêu thụ trước khi sự phân hủy này xảy ra ở mức độ đáng kể. Nhiều nguyên liệu thực phẩm khác, như chất béo và hương liệu, còn nhạy với sự oxy hóa hơn acid sorbic nhiều.
Hoạt động chống vi sinh vật của acid sorbic
Hoạt động chống vi sinh vật của acid sorbic dựa trên một số yếu tố. Trước tiên là hoạt động ức chế các loại enzyme khác nhau trong tế bào vi sinh vật. Nó có thể can thiệp vào một số chu trình trao đổi chất và ức chế các enzyme xúc tác trong các chu trình đó. Hiệu ứng ức chế của acid sorbic có thể không chỉ là sự ức chế một enzyme đơn. Những điểm tấn công trong tế bào là khác nhau đối với vi khẩn, nấm men, nấm mốc. Một hoạt động quan trọng khác của acid sorbic là tác động lên thành tế bào. Ví dụ, acid sorbic ức chế ức chế sự phát triển của Escherichia Coli (E. coli) và sự hấp thu acid amin, chẳng hạn như serine và alanin; ức chế sự tổng hợp acid nucleic và hoạt tính của enzyme lactate dehydrogenase. Sự phá hủy từng phần của màng tế bào làm tăng dòng chảy proton vào tế bào, khiến cho vi sinh vật phải sử dụng một lượng lớn năng lượng để trung hòa sự khác biệt điện thế.
Để acid sorbic có thể phát huy hoạt động của nó trong tế bào vi sinh vật thì nó phải thấm qua màng tế bào. Khi điều này xảy ra, chủ yếu là các cấu tử không phân ly sẽ đi vào tế bào. Vì vậy, ở pH=3,15, khoảng 40% lượng acid sorbic sẽ tiến vào bên trong tế bào, trong khi ở khoảng giá trị pH trung tính, có đến 99% còn nằm trong sản phẩm. Hiện tượng này đã giải thích cho hoạt động của acid sorbic phụ thuộc pH như thế nào. Để đảm bảo thực phẩm, tỷ lệ phần không phân ly của acid sorbic là có hoạt động hiệu quả nhất. Do hằng số phân ly thấp (1,73 10-5), không giống như các acid bảo quản khác, acid sorbic vẫn có thể được sử dụng để bảo quản cá thực phẩm có độ acid yếu, pH cao. Có lý do để tin rằng acid sorbic có thể hoạt động chống vi sinh vật ngay cả khi nó ở dạng phân tử phân ly. Tuy nhiên hoạt động này kém hơn khoảng 100 lần so với hoạt động của dạng acid không phân ly.
Một số vi sinh vật có thể trao đổi chất acid sorbic (nghĩa là chuyển hóa, phân hủy acid sorbic) nếu nồng độ của nó thấp dưới mức gây chết vi sinh vật (sublethal dose) và số lượng vi sinh vật cao. Vì vậy, acid sorbic không thích hợp cho việc bảo quản các sản phẩm đã chứa một lượng vi sinh vật cao, nên nó chỉ được dùng để bảo quản thực phẩm chứa lượng vi sinh vật thấp và có tiêu chuẩn vệ sinh sản xuất tốt. Các nghiên cứu sâu hơn đã chứng tỏ sự phân hủy acid sorbic bởi aspergillus và penicillium.
Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm
Sản phẩm chất béo
So với các chất bảo quản khác, acid sorbic có hệ số phân chia dầu – nước thuận lợi, vì thế trong các hệ nhũ dầu – nước, một tỷ lệ khá cao của acid sorbic hoặc các muối sorbate vẫn còn trong pha nước, là pha duy nhất mà vi sinh vật bị tác động bởi chất bảo quản. Do đó, có thể sử dụng acid sorbic ở nồng độ 0,05-0,1% để bảo quản magarine. Acid sorbic được thêm vào pha béo và/hoặc potassium được thêm vào pha nước với một liều lượng thích hợp.
Một ứng dụng thương mại có ý nghĩa khác là sử dụng các muối sorbate để bảo quản mayonnaine và các sản phẩm có chưa mayonnaine (có vai trò như một nguyên liệu). Vì là hệ nhũ dầu – nước nên các sản phẩm chưa meyonnaine nhạy với sự tấn công của vi sinh vật hơn là hệ nhũ nước – dầu. Người ta đã phát triển một hỗn hợp potassium sorbate và sodium benzoate thương mại và sản phẩm này đã được đưa ra thị trường để phòng ngừa sự hư hỏng gây ra bởi vi khẩn lactic trong các sản phẩm có tính acid yếu.
Sản phẩm từ sữa
Tất cả các sản phẩm phô mai là là một lĩnh vực chính của acid sorbic do hoạt động của nó thuận lợi hơn các acid bảo quản khác trong dãy pH cao và tác dụng đặc trưng đối với nấm mốc. Acid sorbic và các sorbate được sử dụng để bảo quản phô mai cứng trong quá trình làm chín cũng như trong thành phẩm. Hoạt động của acid sorbic chống vi sinh vật hình thành độc tố mycotoxin là đặc biệt quan trọng. Có nhiều phương pháp bảo quản phô mai bằng acid sorbic, muối sorbate và việc chọn lựa phương pháp nào là tùy thuộc vào loại phô mai và mục đính bảo quản. Các phương pháp đó là:
- Thêm acid sorbic hoặc potassium sorbate vào phô mai hoặc phô mai chế biến (processed cheese: là sản phẩm phô mai có kết hợp với các thành phần nguyên liệu khác như chất nhũ hóa, màu, chất béo sữa, phụ gia khác…)
- Thêm acid sorbic ở dạng phun bụi trên bề mặt (dusting) phô mai
- Thêm potassium vào nước muối
- Nhúng vào, phun hoặc quét dung dịch muối sorbate trên bề mặt phô mai
- Xử lý phô mai cứng đang ủ chín bằng huyền phù calcium sorbate
- Sử dụng vật liệu bao bì có tính chất chống nấm để đóng gói hoặc lớp màng phủ chứa acid sorbic, potassium sorbate hoặc calcium sorbate cho sản phẩm phô mai
Khi bổ sung trực tiếp vào phô mai tươi hoặc phô mai đã chế biến, nói chung acid sorbic được sử dụng với nồng độ khoảng 0,05-0,07%. Đối với phương pháp xử lý bề mặt phô mai, yêu cầu nồng độ acid sorbic khoảng 0,1-0,4g/dm2. Nồng độ acid sorbic sử dụng trong các vật liệu bao bì chống nấm vào khoảng 2-4g/m2.
Sản phẩm thịt
Dung dịch potassium sorbate 10-20% có thể ức chế các loại nấm mốc không mong muốn trong xúc xích cứng. Người ta cũng đã thử nghiệm phương pháp nhúng thịt bò, thịt gia cầm vào dung dịch potassium sorbate 5-10% để bảo vệ chúng chống lại sự phát triển của vi sinh vật sinh độc tố và gây hư thối. Khi sử dụng phương pháp này đi kèm với sự làm lạnh thích hợp và đóng gói chân không, sản phẩm tăng được độ bền đáng kể.
Người ta cũng đã xem xét khả năng sủ dụng acid sorbic thay thế hoặc kết hợp với một lượng nhỏ nitrite (lượng này thấp hơn lượng nitrite bình thường khi sử dụng một mình) để kiểm soát clostridia và các vi khuẩn sinh độc tố khác trong thịt ướp muối. Khi sử dụng trên các môi trường dinh dưỡng, các ý kiến trước đó cho rằng acid sorbic gần như không có hiệu quả với các loại vi sinh vật này. Nhưng người ta lại khám phá rằng khi kết hợp sorbate với một lượng nhỏ nitrite và/hoặc các hợp chất phosphate ở khoảng pH=6 trên sản phẩm thịt đã tạo ra hiệu quả ức chế clostridia và sự hình thành độc tố của chúng bằng hoặc thậm chí là tốt hơn một mình nitrite ở nồng độ thường sử dụng. Thêm vào đó, trong điều kiện phòng thí nghiệm, acid sorbic có thể ức chế sự hình thành của một số hợp chất nitrosamin. Tuy nhiên trong các sản phẩm thương mại, không thể sử dụng acid sorbic và potassium sorbate để thay thế hoàn toàn nitrite vì chúng không tạo ra màu đỏ, cũng như không giúp tạo ra các hương vị cho thịt đã chế biến
Sản phẩm rau quả
Aicd sorbic được sử dụng ở các dạng muối sorbate hòa tan trong nước để bảo quản sản phẩm rau quả lên men như các loại rau quả dầm (pickle). Khi acid sorbic được sử dụng để chống lại sự hư hỏng cho các sản phẩm này thì hoạt tính tương đối yếu của nó đối với vi khẩn lactic lại là một đểm thuận lợi. Nếu liều lượng 0,05-0,15% potassium sorbate (liều lượng cụ thể sẽ tùy thuộc hàm lượng muối của sản phẩm) thêm vào các sản phẩm rau quả trước khi lên men thì sự lên men acid lactic chỉ bị ức chế rất nhẹ, trong khi nó lại ức chế các loại nấm men, nấm mốc tạo ra lớp màng không mong muốn trên bề mặt sản phẩm, vì vậy bảo đảm cho quá trình lên men acid lactic “sạch”. Do vậy, sản lượng của sản phẩm ngâm rầm có thể tăng lên 20%. Các ứng dụng rất quan trọng khác của potassium sorbate trong sản xuất thương mại là bảo quản các sản phẩm rau quả lên men theo các phương pháp của vùng phương Đông và các loại xốt gia vị. Acid sorbic thường được kết hợp với muối ăn và/hoặc giấm để bảo quản khoai tây.
Sản phẩm trái cây
Acid sorbic được sử dụng ở nồng độ 0,05% để bảo quản mận khô ăn liền. Sản phẩm được sản xuất bằng cách làm ẩm lại mận đã được sấy khô trước đó. Do hoạt độ nước thấp nên các sản phẩm này chỉ nhạy với sự tán công của nấm mốc. Các loại thịt trái cây có thể được bảo vệ để chống lại sự lên men và sự tấn công của nấm mốc bằng việc thêm 0,1-0,13% potassium sorbate. Tuy nhiên acid sorbic lại không có hiệu quả với sự oxy hóa và sự hư hỏng do enzyme nên nó được kết hợp với một lượng nhỏ sulfur dioxide trong các sản phẩm như vậy trong các loại mứt đông, marmalade và jelly, liều lượng 0,05% acid sorbic là thường đủ để bảo quản vi các sản phẩm này có hàm lượng đường cao. Thông thường chỉ dung acid sorbic để xử lý bề mặt cho các sản phẩm có đóng gói. Trong một số nước, acid sorbic cũng là chất bảo quản quan trọng cho các sản phẩm mứt chế biến tại nhà.
Đồ uống
Các lưu ý ở phần trên có liên quan đến các loại thịt trái cây cũng được áp dụng đẻ bảo quản nước ép trái cây 100%. Acid sorbic cũng được sủ dụng ở dạng potassium sorbate để bảo quản nước ép trái cây dùng làm nguyên liệu cho các quá trình chế biến tiếp theo. Nói chung, cách sử dụng phổ biến potassium sorbate là kết hợp nó với một lượng nhỏ SO2 để bảo vệ sản phẩm chống sự oxy hóa, sự hư hỏng do vi khuẩn và các phản ứng enzyme (sự lên men acid lactic và acid acetic). Thêm vào đó, nên thực hiện quá trình thanh trùng để vô hoạt enzyme và làm giảm số lượng vi sinh vật. Nồng độ sử dụng của potassium sorbate trong khoảng 0,05-0,2% tùy thuộc vào bản chất của nước ép và thời gian bảo quản mong muốn. Đối với nước ngọt có ga, sử dụng potassium khoảng 0,02% với vai trò hỗ trợ bảo quản để chống lại sự hư hỏng do nấm mem.
Aicd sorbic rất quan trọng đối với các sản phẩm rượu vang vì nó giúp rượu vang chống lại sự tái lên men do nồng độ bình thường của sulfur dioxide chỉ có hiệu quả thấp đối với nấm mem và không đủ khả năng chống lại sự tái lên men. Kết hợp 200mg acid sorbic, tương đương với 270mg potassium sorbate/l rượu vang, và khoảng 20-40mg SO2 dạng tự do sẽ bảo vệ tốt và toàn diện cho rượu vang. Rượu vang muốn làm bền bằng acid sorbic thì phải được làm sạch vi sinh vật càng nhiều càng tốt bằng các biện pháp thích hợp. Acid sorbic không thể bảo vệ rượu vang chống lại các thay đổi do các enzyme, nên men do vi khuẩn và oxy hóa nên sử dụng kết hợp với sulfur dioxide là hết sức cần thiết. Do phổ hoạt động của acid sorbic khác với phổ của sulfur dioxide nên nó không thể thay thế cho sulfur dioxide. Một lượng sulfur dioxide nhất định là cần thiết, kết hợp với các biện pháp khác để ức chế vi khẩn sinh acid lactic cũng như ức chế một số chủng có khả năng khử acid sorbic thành sorbinol và hợp chất này có thể phản ứng với ethanol để hình thành 1-ethoxy-2,4-hexadiene và 2-ethoxy-3,5 hexadiene. Hợp chất chất thứ hai này có một mùi “hoa” rất mạnh và là nguyên nhân gây ra “sự trở mùi hoa hồng” cho rượu vang loại rượu được xử lý bằng acid sorbic một cách không thích hợp. Sự khuyết tật trong rượu vang này sẽ bị ngăn chặn nếu vi khuẩn sinh acid lactic bị ức chế bằng việc sử dụng sulfur dioxide thích hợp.
Các sản phẩm bánh nướng
Giống như acid propionic, loại đã được sử dụng rộng rãi để bảo quản trong các sản phẩm bánh nướng, acid sorbic vẫn có hiệu quả ở dãy pH cao. So sánh với các muối propionate, acid sorbic có hoạt động chống vi sinh vật mạnh hơn đáng kể, đặc biệt đối với Tricosporon variabile, một loại nấm mốc thỉnh thoảng được tìm thấy trong báng mỳ làm từ lúa mạch đen (rye). Aicd sorbic được thêm vào trong quá trình nhào bột với nồng độ khoảng 0,1-0,2% khối lượng bột mỳ.
Acid sorbic được dùng trong bánh nướng, đặc biệt là bánh mì, không chỉ vì lý do kinh tế mà còn do hiệu quả của nó đối với các loại nấm mốc sinh aflatoxin. Sử dụng acid sorbic không tạo ra vấn đề với bột nổi, được dùng để làm nở bột nhào của bánh bông lan và các loại bánh nướng có cấu trúc xốp mịn hoặc các loại bánh xốp (pastry). Trong các trường hợp này, acid sorbic được thêm vào bột nhào với liều lượng khoảng 0,1-0,2%, tùy thuộc vào bản chất của sản phẩm và thời gian bảo quản mong muốn. Hiệu ứng của acid sorbic đối với nấm men lại có ảnh hưởng xấu đến độ nở của bánh mỳ (nghĩa là nó ức chế nấm men dùng để lên men bột nhào). Hoạt động ức chế này phải được bù lại bằng việc tăng số lượng nấm men và/hoặc kéo dài thời gian lên men. Một giải pháp cho vấn đề này là sử dụng sorboyl palmitate một hợp chất anhydride hỗn hợp của acid sorbic và acid palmitate. Bản thân sorboyl palmitate không có hoạt động chống vi sinh vật, nhưng chúng bị tách ra trong quá trình nướng để giải phóng acid sorbic giúp bảo vệ bánh mì thành phẩm chống lại nấm mốc,… palmitate không ức chế độ nở của cái bánh mì nhưng nó không được đưa vào sản phẩm thương mại do giá thành không phù hợp. Để tạo ra một sự lựa chọn thay thế, acid sorbic được phát triển ở một trạng thái giúp nó hòa tan rất chậm trong qua trình nhào bột và nó không ảnh hưởng đến quá trình lên men tạo nở của bột nhào nhưng sau đó nó sẽ thể hiện được tính hiệu quả đầy đủ trong bánh mì thành phẩm khi qua quá trình nướng. Các đặc tính này có được bằng cách sử dụng một kích thước hạt đặc trưng của acid sorbic. Trên thị trường, sản phẩm này có tên thương mại là Panosorb.
Sản phẩm kẹo
Acid sorbic rất hiệu quả ở dải pH cao của nhiều sản phẩm kẹo do nó có hoạt động hiệu quả đối với các loại nấm men osmophilic (là các loại có thể phát triển trong môi trường có áp suất thẩm thấu cao, hoạt độ nước thấp, ví dụ như Saccharomyces rouxii, có hoạt độ nước tối thiểu là 0.62) và tương đối trung tính về mùi vị. Acid sorbic có một số vai trò quan trọng về mặt thương mại trong việc bảo quản các loại nhân chocolate và kẹo nhân quả (praline). Nồng độ acid sorbic được sử dụng cho mục đích này là khoảng 0,05-0,2 tùy theo hàm lượng đường và acid của sản phẩm hoặc cho các yếu tố khác ảnh hưởng đến hoạt động bảo quản của nó.
Tài liệu tham khảo
[1] Erich Luck, Martin Jager. Antimicrobial Food Additives. Germany: Springer, 1996.
[2] Thomas E. Furia. Handbook of food additive. Volume I, Bostom: CRC press, 1972.
Thanh Bình RD VNO
