Trong loạt bài trước, chúng ta đã tìm hiểu về một loạt các chất chống vi sinh vật như acid sorbic, SO2, acid propionic, acid acetic… Trong bài này, chúng ta tiếp tục tìm hiểu về một loại chất mới: acid benzoic, muối benzoate và các ứng dụng trong sản xuất thực phẩm.
Tính chất của acid benzoic
Acid benzoic có công thức phân tử là C6H5COOH, KLPT 121,11, tinh thể trắng hình kim hoặc dạng vảy, nhiệt độ chảy ở 122°C. Ở nhiệt độ phòng, độ hòa tan của nó là 0,34g/100ml nước và 1-2g/100g chất béo. Acid benzoic tan tốt trong cồn khan. Sodium benzoate có KLPT là 144,11, dạng bột kết tinh màu trắng và độ hòa tan là 63g/100g nước.
Hoạt động chống vi sinh vật
Hoạt động chống vi sinh vật của acid benzoic dựa trên các hoạt động can thiệp khác nhau trên cấu trúc enzyme của tế bào vi sinh vật. Ví dụ trong nhiều loại vi khuẩn và nấm men, các loại enzyme kiểm soát quá trình trao đổi chất acid acetic và sự phosphoryl oxy hóa bị ức chế. Ngoài cơ chế vô hoạt enzyme, acid benzoic cũng có tác động lên thành tế bào.
Để có thể phát triển hoạt tính bên trong tế bào vi sinh vật, acid benzoic phải thấm qua thành tế bào. Khi điều này xảy ra, phần acid không phân ly sẽ dễ dàng tiến vào tế bào hơn. Do đó, hoạt động của acid benzoic phụ thuộc vào giá trị pH. Cũng tương tự như một số acid bảo quản khác, chỉ có phần acid không phân ly mới có hoạt động chống vi sinh vật. Do hằng số phân ly khá cao (6,46 105) nên acid benzoic chỉ được dùng để bảo quản sản phẩm có độ acid mạnh (pH thấp). Dãy pH tối thích chống vi sinh vật của nó là 2,5-4,0; dãy này thấp hơn so với acid sorbic và acid propionic. Tùy thuộc vào nồng độ, acid benzoic cũng làm hạ thấp giá trị pH nội bào. Hiệu ứng này cũng giúp ức chế sự phát triển và phá hủy tế bào và như được lưu ý trước đó, hiệu ứng này được cho là do phần acid không phân ly đóng góp nhiều hơn. Muối ăn có một hiệu ứng cộng hưởng đáng kể với acid benzoic. Về tổng thể, hoạt động của acid benzoic chủ yếu chống lại nấm men, nấm mốc, bao gồm cả các loại hình thành aflatoxin. Vi khuẩn chỉ bị ức chế một phần. Acid benzoic có ít hiệu quả đối với vi khuẩn sinh acid lactic và clostridia. Tuy nhiên, ở pH = 2,3-2,4, acid benzoic có thể ức chế sự phát triển của nhiều vi sinh vậtgây lên men với nồng độ 0,02-0,03%, nhưng nhìn chung trong thực tế, ít có thực phẩm nào rơi vào dãy pH này.
Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm
Acid benzoic và sodium benzoate được dùng từ lâu và rất phổ biến để bảo quản nhiều loại thực phẩm khác nhau. Trong đó, chúng thích hợp đối với các thực phẩm và đồ uống có dãy pH = 4,0 – 4,5, chẳng hạn như nước giải khát có gas, nước ép trái cây, mứt trái cây (jam), kẹo mềm có vị chua, đồ uống từ nước táo, thực phẩm dầm dấm… Tuy nhiên ở nồng độ cao, nó có thể tạo ra mùi vị không mong muốn cho các sản phẩm này.
Sản phẩm chất béo
Trong nhiều thập kỷ trước đây, acid benzoic là chất bảo quản có ưu thế trong các sản phẩm magarine với liều lượng khoảng 0,08-0,15 %. Acid benzoic được thêm vào pha béo và/hoặc sodium benzoate được thêm vào pha nước với liều lượng thích hợp. Trong thực tế, acid benzoic không phải là chất bảo quản lý tưởng cho margarine bởi vì margarine có dãy giá trị pH khá cao và dãy này vượt khỏi dãy tối thích với acid benzoic. Ngoài ra, hệ số phân bố giữa pha nước và pha béo của nó cũng không thực sự thuận lợi nên hiện nay, acid benzoic chỉ còn một vai trò nhỏ trong bảo quản margarine.
Tuy nhiên, acid benzoic và muối sodium benzoate vẫn còn vai trò quan trọng để bảo quản mayonnaire và sản phẩm cao cấp, “sử dụng ăn ngay (ready–to–eat)” có chứa mayonnaire. Các sản phẩm này là hệ nhũ dầu/nước nên nhạy cảm với sự tấn công của vi sinh vật. Trong trường hợp này, sodium benzoate thường được dùng kết hợp với potassium sorbate. Hỗn hợp này có hiệu quả chống lại các loại vi khuẩn sinh acid tốt hơn hiệu quả riêng rẽ của từng chất. Hơn nữa, hàm lượng potassium sorbate làm cho hỗn hợp giảm nhẹ các tính chất cảm quan xấu hơn là chính bản thân sodium benzoate.
Sản phẩm rau quả và trái cây
Acid benzoic thường đượng dùng rộng rãi ở dạng muối sodium benzoate để bảo quản rau quả dầm dấm với nồng độ 0,1-0,2%. Đây là loại ứng dụng khá thích hợp cho acid benzoic vì các sản phẩm này có độ pH khá thấp. Hơn nữa, do rau quả dầm dấm có độ acid cao và thường có bổ sung gia vị nên có thể hạn chế sự bất lợi về hương vị do acid benzoic gây ra. Tuy nhiên ở thời điểm hiện nay, ngay cả ứng dụng nổi bật này của acid benzoic cũng ít quan trọng do người ta có thể sử dụng acid sorbic và kết hợp với thanh trùng để bảo quản sản phẩm.
Về nguyên tắc, acid benzoic là một chất bảo quản tốt đối với trái cây có độ acid cao, nên thực tế nó vẫn được dùng để bảo quản các sản phẩm này, một phần vì nó có giá rẻ, mặc dù nó có rủi ro về mùi vị cho sản phẩm cao hơn acid sorbic. Trong sản xuất, người ta sử dụng chủ yếu muối sodium benzoate để bảo quản các sản phẩm trái cây vì nó có độ hòa tan cao hơn acid benzoic. Thêm 0,1-0,13% sodium benzoate có thể bảo vệ thịt trái cây chống lại sự tấn công của nấm mốc và sự lên men. Cũng giống như acid sorbic, acid benzoic không có hiệu quả đối với sự hư hỏng do enzyme và sự oxy hóa. Vì vậy, trong các sản phẩm thương mại, người ta vẫn phải kết hợp một lượng nhỏ sulfur dioxide hoặc các chất chống oxy hóa khác trong các sản phẩm trái cây này.
Đồ uống
Acid benzoic thường được dùng ở dạng muối sodium benzoate, chủ yếu để bảo quản các loại nước ép trái cây dùng làm nguyên liệu cho các quy trình chế biến tiếp theo. Nói chung sử dụng sodium benzoate kết hợp với một lượng nhỏ sulfur dioxide để bảo vệ sản phẩm chống lại sự oxy hóa, sự hư hỏng do enzyme và do các loại vi khuẩn lên men acetic, lactic. Thêm vào đó, nước ép trái cây còn được thanh trùng để khử hoạt enzyme và làm giảm số lượng vi sinh vật. Liều lượng sodium benzoate thường dùng là 0,05-0,2% tùy thuộc vào loại nước ép trái cây và thời gian mong muốn cho sản phẩm còn giữ được độ tươi. Đối với các sản phẩm nước ngọt (soft drink), chỉ cần một lượng 0,02% sodium benzoate là đủ để tăng cường bảo vệ cho sản phẩm chống lại sự hư hỏng do nấm men. Tuy nhiên, có nhiều kết quả nghiên cứu trên nước ngọt (thực hiện năm 1992, 1993) đã cho thấy khi có mặt acid ascorbic (được bổ sung phổ biến trong nước ngọt để bảo vệ hương vị của sản phẩm) và các ion kim loại, đặc biệt khi có mặt ánh sáng, muối benzoate có thể chuyển thành benzen, một hợp chất có độc tính cao, nhưng nhìn chung ở một hàm lượng rất thấp, chỉ ở mức độ ppb (phần tỷ kg). Vào thập niên 2000, vấn đề này lại được nêu ra và đã gây xôn xao dư luận, tranh cãi trong giới sản xuất và khoa học, cũng như ảnh hưởng công việc kinh doanh đến các tập đoàn sản xuất nước ngọt lớn trên thế giới trong thời gian đó.
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
