Tổng quan Quá trình thủy phân trong công nghệ thực phẩm

Nội dung về biến đổi của quá trình thủy phân các đa chất dưới các xúc tác acid, kiềm, enzyme trong công nghệ thực phẩm đã được foodnk giới thiệu khá nhiều đến các bạn qua các bài viết, đây là bài viết cũng được giới thiệu từ rất lâu trên các phiên bản cũ của foodnk, hôm nay tổng hợp lại để các bạn có một cái nhìn tổng quan hơn về quá trình thủy phân.

Cơ sở khoa học của Quá trình thủy phân

Cơ sở khoa học của quá trình thủy phân là quá trình phân giải một hợp chất hóa học có phân tử lượng cao, với sự tham gia của nước để tạo ra những hợp chất hóa học mới có phân tử lượng thấp hơn.

Trong công nghiệp thực phẩm hiện nay, để quá trình thủy phân diễn ra nhanh chóng và hiệu suất cao, các nhà sản xuất luôn luôn sử dụng các chất xúc tác. Những chất xúc tác phi enzyme phổ biến hiện nay gồm có:

Acid vô cơ

Acid H₃PO₄ và HCl là hai chất xúc tác vô cơ thường được sử dụng nhất. Còn H₂SO₄ và HNO₃ là những chất oxy hóa mạnh nên không được sử dụng làm chất xúc tác trong công nghiệp thực phẩm. Các nguyên liệu để chế biến thực phẩm thường chứa nhiều hợp chất hóa học khác nhau. Nếu sử dụng H₂SO₄ và HNO₃ là chất xúc tá thì có thể sinh ra các phản ứng phụ và làm ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm.

Cần lưu ý là mọt số các acid vô cơ trên thị trường hiện nay thường có lẫn một số ion kim loại nặng và một số tạp chất hóa học độc hại cho sức khỏe người tiêu dùng. Vì vậy khi chọn xúc tác, cần chọn nguồn acid có độ tinh khiết theo quy định.

Một số thông tin về H₃PO₄ và HCl

H₃PO₄: ở dạng tinh thể không màu, trong suốt, nóng chảy ở 42,4^oC, nó dễ tan trong nước. Giá trị pK1=2.12, pK2=7.21, pK3=12.67. Trên thị trường hiện nay thường bán thương phẩm ở dạng lỏng, nồng độ acid là 85%.

HCl: có giá trị pK=8.0. Dung dịch HCl 37% có tỉ trọng là 1.18g/cm3. Thị trường hiện nay có bán dạng lỏng.

Acid hữu cơ

• Acid citric: có nhiều trong nhóm trái có múi, đặc biệt là trong trái chanh nên được gọi là acid chanh. Giá trị pK1=3.09, pK2=4.75, và pK3=5.41. Hiện nay, acid citric được sản xuất bằng phương pháp lên men, sử dụng nấm Aspergillus niger. Trên thị trường thường bán ở dạng tinh thể.

• Acid tartaric: có nhiều trong trái nho. Các giá trị pK1=2.98 và pK2=4.34. Hiện nay người ta sản xuất acid tartaric chủ yếu bằng phương pháp trích ly, sử dụng nguyên liệu là bã nho từ quá trình lên men sản xuất rượu vang nho.

• Acid malic: có nhiều trong trái táo nên còn được gọi là acid táo. Các giá trị pK1=3.4 và pK2=5.05. Acid malic được sản xuất bằng cả hai phương pháp: tổng hợp hóa học và lên men vi sinh vật .

Nhìn chung các acid hữu cơ có cường lực xúc tác yếu hơn so với acid vô cơ. Tuy nhiên, ưu điểm lớn khi sử dụng acid hữu cơ làm xúc tác là sản phẩm sẽ không bị lẫn kim loại nặng và một số hợp chất độc hại cho sức khỏe người tiêu dùng. Ngoài ta, khả năng gây ra những phản ứng phụ trong quá trình thủy phân khi sử dụng xúc tác acid hữu cơ thấp hơn nhiều sơ với xúc tác acid vô cơ.

Quá trình thủy phân

Mục đích công nghệ và phạm vi thực hiện

Hai mục đích chính của quá trình thủy phân trong công nghệ thực phẩm là chế biến và khai thác. Dưới đây là một số ví dụ:

Mục đích chế biến

Từ nguyên liệu tinh bột, quá trình thủy phân sẽ tạo ra nhiều loại sản phẩm khác nhau như đường nha, các maltodextrin… Trong quy trình sản xuất các sản phẩm như vậy, quá trình thủy phân có mục đích là chế biến: chuyển hóa nguyên liệu thành sản phẩm. Chất xúc tác thường là HCl.

Từ nguyên liệu có chứa protein như bã đậu nành, quá trình thủy phân sẽ tạo ra sản phẩm nước tương. Xúc tác vô cơ thường là HCl…

Mục đích khai thác

Trong công nghệ vi sinh, người ta thường sử dụng những nguyên liệu có chứa đường như tinh bột và cenllulose. Khi đó quá trình thủy phân các nguyên liệu nói trên thành các đường lên men như glucose, maltose… sẽ có mục đích là khai thác. Chất xúc tác vô cớ có thể sử dụng là HCl. Tiếp theo quá trình thủy phân, người ta sẽ bổ sung thêm các cơ chất rồi cấy VSV để thực hiện lên men tạo ra các sản phẩm lên men.

Các biến đổi của nguyên liệu trong quá trình thuỷ phân

Biến đổi hóa học

a) Phản ứng thủy phân

Phản ứng thủy phân xảy ra nhằm mục đích biến đổi nguyên liệu thành sản phẩm.

Một số ví dụ:

Thủy phân saccharose trong sản xuất đường nghịch đảo:

Thủy phân tinh bột trong sản xuất đường nha:

Trong quá trình này sản phẩm chính là maltose, ngoài ra người ta còn tìm thấy một ít đường glucose và các oligosaccharide khác như maltotriose (DP3), DP4, DP5… Mức độ thủy phân tinh bột thường được đánh giá qua chỉ số DE. Chỉ số DE là số gam đường khử (tính theo dextrose) có trong 100g chất khô của dịch thủy phân. Theo lý thuyết chỉ số DE dao động từ 0-100. Đường nha có chỉ số DE khoảng 40-44.

Thủy phân protein bã đậu nành trong sản xuất nước tương:

Tương tự như trong quá trình thủy phân tinh bột, sản phẩm gồm nhiều loại sản phẩm như trên phản ứng…

b) Các phản ứng khác

Ngoài phản ứng thủy phân, trong quá trình thủy phân còn nhiều phản ứng phụ được diễn ra đồng thời do nguyên liệu sử dụng trong phản ứng chứa nhiều các hợp chất khác nhau, như phản ứng tạo màu, tạo mùi. Một số sản phẩm phụ của các phản ứng phụ có thể có lợi, một số có hại và trong công nghiệp, việc điều khiển các phản ứng phụ để có lọi là rất khó thực hiện.

Vật lý

Các biến đổi vật lý có thể dễ dàng nhận ra trong quá trình thủy phân là nhiệt độ, thể tích, tỷ trọng…

Hóa lý

Một số biến đổi về pha có thể xảy ra trong quá trình này. Ví dụ trong quá trình thủy phân tinh bột thành đường nha, khi cho tinh bột vào nước sẽ tạo nên hệ huyền phù tinh bột. Khi phản ứng thủy phân kết thúc ta thu được syrup dạng lỏng.

Sinh học và hóa sinh

Các quá trình thủy phân sử dụng xúc tác phi enzyme thường diễn ra ở nhiệt độ cao, nên các enzyme và vi sinh vật trong nguyên liệu sẽ bị ức chế. Do đó những biến đổi sinh học, hóa sinh là không đáng kể.

FOODNK