Tiểu luận Tìm hiểu cơ chế tạo màu sắc trong quá trình sản xuất bánh mỳ

Phần 1 - Lời mở đầu Ngày nay, mức sống của người dân càng ngày càng được nâng cao, cùng với sự gia tăng mạnh mẽ của sản lượng lương thực thực phẩm cùng với sự phát triển ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, thì quan niệm về ăn uống cũng được thay đổi theo. Nếu trước đây, nhu cầu về ăn uống của người dân là phải được ăn no; thì ngày nay nhu cầu về ăn uống của người dân đã trở thành ăn ngon. Vì vậy, một sản phẩm thực phẩm muốn tồn tại được trên thị trường thì ngoài yếu tố đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm chắc chắn phải có thì yếu tố quan trọng đầu tiên là phải đảm bảo tính chất cảm quan. Cụ thể sản phẩm đó phải có được màu sắc – mùi hương – vị hài hòa và hấp dẫn. Trong 3 yếu tố trên thì màu sắc là một tính chất cảm quan quan trọng, và là yếu tố đầu tiên tiếp xúc với người tiêu dùng khi họ lựa chọn sản phẩm. Tác dụng sinh lý của màu sắc không mạnh bằng mùi hương và vị, nhưng rõ ràng, một sản phẩm có màu sắc hấp dẫn, hay có thể nói nôm na là “ngon mắt” thì sẽ rất hấp dẫn tiêu dùng và kích thích cảm giác ngon miệng khi ăn. Vì vậy trong sản xuất thực phẩm, người ta tìm mọi biện pháp công nghệ để bảo vệ những màu sắc tự nhiên của nguyên liệu, hoặc có những sản phẩm thì lại phải tìm các biện pháp công nghệ để điều khiển các phản ứng tạo ra những màu sắc mới hấp dẫn hơn so với màu nguyên thủy của nguyên liệu. Muốn làm được điều này, chúng ta cần nghiên cứu về cảm quan sản phẩm ở một mức độ cao hơn; nghĩa là nghiên cứu về nguồn gốc gây ra biến đổi cảm quan nói chung và màu sắc nói riêng, để từ đó can thiệp vào công nghệ. Chúng ta đều biết, màu sắc của sản phẩm có được là do tác động vật lý của các chùm tia sáng có bước sóng khác nhau phản xạ từ sản phẩm đến cơ quan cảm giác là mắt. Nơi tiếp nhận kích thích của mắt là võng mạc và trên võng mạc thì có các tế bào thị giác, các tế bào này được chia làm 2 nhóm có hình dạng và chức năng khác nhau. Đó là: Tế bào hình trụ: chỉ nhận biết hình dạng, nhiều hơn Tế bào hình nón: chỉ nhận biết màu sắc, ít hơn, tế bào này chỉ hoạt động khi có ánh sáng Có thể thấy một điều, tế bào hình nón ít hơn so với tế bào hình trụ; nên rõ ràng là việc nhận định về màu sắc là khó khăn hơn so với nhận định về hình dạng. Do đó, muốn tạo ấn tượng mạnh về màu sắc thì ta cần có những tác động vật lý mạnh hơn. Khoa học cảm quan cũng có những nghiên cứu rõ rệt về ý nghĩa và tác động của màu sắc lên sản phẩm thực phẩm. Người ta nhận thấy thực phẩm có màu nóng đỏ thì thường có tính kiềm, thực phẩm có màu xanh lá cây thường có tính trung tính còn thực phẩm có màu xanh da trời thì thường có tính axit (mặc dù ta rất ít khi gặp thực phẩm có màu xanh da trời). Màu sắc thay đổi cũng làm cảm nhận về độ đặc, nồng độ thay đổi theo; như vậy rõ ràng màu sắc làm cho cảm nhận của người sử dụng về sản phẩm thay đổi. Ví dụ, một cốc café pha loãng, nếu ta bổ xung một chút màu caramen sẽ làm cho người tiêu dùng cảm nhận về cốc café đặc hơn. Chúng ta không nên hiểu đây là cách đánh lừa người tiêu dùng, vì rõ ràng khi người tiêu dùng cảm nhận tốt về cốc café, họ sẽ thưởng thức nó cẩn thận hơn và cảm nhận chất lượng của cốc café đầy đủ hơn. Thông thường sản phẩm thực phẩm gồm có 3 kiểu màu sắc: Màu tự nhiên của nguyên liệu: màu này rất khó giữ, chủ yếu có ở các sản phẩm rau quả dùng tươi Màu giống màu tự nhiên: tổng hợp sao cho cố giống màu tự nhiên, thường để bổ xung cho những sản phẩm cần màu của nguyên liệu ban đầu nhưng màu đó lại bị biến đổi (biến mất) trong quá trình chế biến Màu tổng hợp: màu này hoàn toàn không có trong tự nhiên, được tạo thành trong quá trình chế biến Trong 3 kiểu màu trên, màu tổng hợp là phổ biến hơn cả; vì màu tự nhiên gần như không thể giữ được trong quá trình chế biến thực phẩm; còn màu giống màu tự nhiên thường chỉ mang tính chất mô phỏng, không thể giống hoàn toàn màu tự nhiên, và trong vài trường hợp có thể tạo nên các ấn tượng không tốt cho người tiêu dùng. Màu tổng hợp tạo ra các màu nhân tạo không thể có cảm quan giống hoàn toàn màu tự nhiên, nhưng các quá trình chế biến có thể tạo ra những màu mới cũng rất hấp dẫn mà trong nguyên liệu ban đầu không có, thậm chí còn hấp dẫn hơn cả màu nguyên thuỷ của nguyên liệu ban đầu, qua đó tính chất cảm quan về màu sắc của sản phẩm cơ bản là được nâng cao; thêm nữa phương pháp này thường không tốn kém lắm vì sử dụng chính các thành phần trong nguyên liệu và các yếu tố kỹ thuật trong quá trình chế biến để tổng hợp lên màu sắc mới. Trong các sản phẩm thực phẩm, bánh mỳ là một sản phẩm điển hình cho phương pháp tổng hợp các chất màu nhân tạo mà lại nâng cao giá trị cảm quan cho sản phẩm. Đa số các quá trình tạo chất màu nhân tạo trong bánh mỳ có sự tham gia của gluxit từ nguyên liệu bột mỳ, màu nhân tạo có được là màu vàng ruộm, hấp dẫn hơn nhiều so với màu trắng ngà của nguyên liệu bột mỳ ban đầu. Và để có thể tạo ra các sản phẩm có màu sắc hấp dẫn và đồng đều nhất, chúng ta cần hiểu rõ về nguồn gốc và cơ chế của sự tạo màu nhân tạo trong quá trình chế biến bánh mỳ. Tiểu luận này của em xin đi vào tìm hiểu cơ chế tạo màu sắc trong quá trình sản xuất bánh mỳ; từ đó đưa ra các thông số công nghệ để quá trình sản xuất thu được các sản phẩm có chất lượng và độ đồng đều cao nhất. Phần 2 - Công nghệ sản xuất bánh mỳ A - Sản phẩm bánh mỳ Bánh mỳ là một sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao: chứa đủ các axit amin cần thiết cho cơ thể, hàm lượng tinh bột cao, hàm lượng vitamin đầy đủ, …; ngoài ra còn một lý do để bánh mỳ trở thành một sản phẩm quen thuộc là tính tiện lợi và màu sắc cũng như mùi vị hấp dẫn của nó. B - Cấu tạo nguyên liệu làm bánh mỳ - Bột mỳ Hạt lúa mỳ (Triticum Aestivum L.) có cấu tạo 4 lớp: lớp vỏ quả, lớp vỏ hạt, lớp a-lơ-rông và lớp nội nhũ. Trong đó có giá trị dinh là lớp a-lơ-rông và lớp nội nhũ. Lóp a-lơ-rông chứa các thành phần dinh dưỡng quan trọng như protein, chất béo, đường, xelluloza, chất tro và các vitamin, nhưng hàm lượng không nhiều. Lớp nội nhũ chiếm 82% khối lượng toàn hạt, là phần chủ yếu để sản xuất bột mỳ làm bánh mỳ. Lớp nội nhũ chứa đầy tinh bột và các thể protein. Trên khía cạnh dinh dưỡng thì đây là nguồn dinh dưỡng quý giá mà bột mỳ và bành mỳ mang lại, trên khía cạnh cảm quan thì đây là những nguyên liệu cần thiết để tổng hợp nên màu sắc cho bánh mỳ trong quá trình chế biến. Lớp nội nhũ chứa gần như toàn bộ tinh bột của hạt (chiếm tới 80%), ngoài ra còn có các loại đường như đường saccaroza (2%), đường khử (0,2%), xelluloza (0,1%), … Trong thành phần bột mỳ làm bánh mỳ thì có 2 thành phần quan trọng trong tạo màu sắc cho sản phẩm là protein chiếm 12% và đặc biệt là gluxit (gồm chủ yếu là tinh bột, xenluloza) chiếm tới 80%. C - Quy trình sản xuất bánh mỳ: Bột mỳ Nhào bột mỳ Sản phẩm Nướng Lên men kết thúc Lên men bột nhào Khía Lên men sơ bộ Vê định hình Khối bột nhào Chia bột nhào Vê bột nhào Phần 3 – Các quá trình tạo màu sắc xảy ra trong các công đoạn sản xuất bánh mỳ Ta thấy trong quá trình sản xuất bánh mỳ có 2 phản ứng tạo màu sắc cơ bản và đều có sự tham gia của gluxit là: phản ứng caramen hóa (ở công đoạn nướng tạo vỏ bánh) và phản ứng Maillard (ở công đoạn nướng), ngoài ra phản ứng lên men (ở 2 công đoạn lên men bột nhào, lên men sơ bộ) mặc dù không trực tiếp tạo màu cho sản phẩm nhưng từ quá trình này mới thuỷ phân tạo ra các đường đơn và các axit amin, là các thành phần trực tiếp tham gia phản ứng caramen hóa và phản ứng Maillard tạo màu cho sản phẩm. 3.1 – Công đoạn lên men bột nhào: Sử dụng nấm men chủng Saccharomyces cerevisae hoặc Saccharomyces Carlsbergenes, vai trò nấm men trong quá trình lên men có nhiều nhưng quan trọng là để thuỷ phân tạo ra các thành phần thấp phân tử (đường đơn và axit amin) và lên men tạo mùi hương đặc trưng cho bánh mỳ. Các quá trình sinh hóa ảnh hưởng tới quá trình tạo màu xảy ra sau này như sau: Thuỷ phân tinh bột: Tạo ra các hợp chất đường thấp phân tử nhờ hệ enzym thủy phân amylaza trong bột mỳ thuỷ phân thành phần tinh bột trong bột mỳ: a - amylaza (C6H10O5)n → Dextrin phân tử lượng thấp (Tinh bột) (Đường ơligo-saccarit) b - amylaza (C6H10O5)n → C12H22O11 (Tinh bột) (Đường đi-saccarit) c - amylaza (C6H10O5)n → n C6H12O6 (Tinh bột) (Đường mono-saccarit) Các đường đơn trên được tạo thành trong quá trình thủy phân tinh bột, sẽ là các nguyên liệu chính cho các phản ứng tạo màu caramen hóa và Maillard sau này trong quá trình nướng của sản phẩm bánh mỳ. Thuỷ phân protein: Tạo ra các hợp chất peptit thấp phân tử nhờ hệ enzym thủy phân proteinaza trong bột mỳ thuỷ phân thành phần protein trong bột mỳ: proteinaza (– C O – NH –)n → Peptit phân tử lượng thấp (Protein) (ơligo-peptit) proteaza (– C O – NH –)n → Axit amin (Protein) Các axit amin và peptit thấp phân tử trên được tạo thành trong quá trình thuỷ phân protein sẽ là các nguyên liệu chính cho phản ứng tạo màu Maillard sau này. 3.2 – Công đoạn lên men sơ bộ: Để khôi phục lại cấu trúc sau vê, tăng độ xốp bánh, tăng độ thuỷ phân các thành phần cao phân tử thành các thành phần thấp phân tử là đường đơn và axit amin. Thời gian lên men sơ bộ thường vào khoảng 5 (ph). 3.3 – Công đoạn nướng: Đây là công đoạn quyết định cho việc tạo màu sản phẩm, toàn bộ các chất màu sẽ được tạo thành trong công đoạn này. Vì vậy cần xem xét kĩ lưỡng về các phản ứng tạo màu xảy ra; về các thành phần tham gia, cơ chế phản ứng, các sản phẩm chất màu tạo thành sau phản ứng. 2 phản ứng tạo màu cơ bản là phản ứng caramen hóa và phản ứng Maillard đều xảy ra trên bề mặt sản phẩm trong công đoạn nướng này. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao khi nướng, trong bột mỳ xảy ra hàng loạt quá trình hóa lý và hóa sinh, tạo ra hàng loạt biến đổi về hình dáng, màu sắc, khả năng tiêu hóa và cả mùi vị. Trên khía cạnh màu sắc, quá trình nướng là quá trình xảy ra cả 2 phản ứng tạo màu của bánh mỳ là phản ứng Maillard và phản ứng caramen hóa. Các biến đổi xảy ra trong quá trình nướng bánh: Phản ứng caramen hóa: Khi nướng bánh, nhiệt độ lò nướng tl = 230oC, trong khi đó nhiệt độ khối bột mỳ là nhiệt độ môi trường và thường có giá trị tb = 27oC, sự chênh lệch nhiệt độ này sẽ gây ra quá trình bay hơi ở bề mặt khối bột, do sự chênh lệch ẩm giữa bề mặt và trong lòng khối bột nên ẩm từ trong lòng khối bột sẽ đi ra bề mặt. Nhưng nếu lượng ẩm đi ra không đủ bù vào lượng ẩm bay hơi này thì bề mặt khối bột mất nước và trở nên cứng. Tiếp tục nướng thì các đường đơn ở bề mặt đạt nhiệt độ cao (160oC) và bắt đầu xảy ra phản ứng caramen hóa. Khi đó, các đường đơn trên bề mặt bị caramen hóa tạo thành các sản phẩm phụ có mùi vị và màu sắc hấp dẫn, gọi chung là caramen. Khi đường đơn bị đun ở nhiệt độ giữa 210o ÷ 220o nó sẽ xuất hiện một màu nâu, đó chính là caramen. Đại thể caramen gồm có 3 chất chính là: Caramelan; Caramelen và Caramelin. Nhóm chất này cụ thể như sau: Caramelan: là một chất màu nâu, mùi không thơm (odourless) và có vị đắng mạnh. Caramelen: là một chất có màu gụ (mahogany) và dễ tan trong nước. Caramelin: là một chất màu đen, sáng, khó nóng chảy, nói một cách chính xác là tổ hợp của 3 đồng phân: Caramelin A: tan trong nước Caramelin B: không tan trong nước Caramelin C: không tan trong mọi dung môi thường Các sản phẩm thuộc nhóm caramen này sẽ cho bề mặt bánh một màu vàng đậm, thậm chí có thể thành nâu đen nếu nhiệt độ nướng bánh lên quá cao, vì vậy cần khống chế nhiệt độ nướng ở mức cao hơn khoảng 210 ÷ 220 một chút (khoảng 230oC). Các cơ chế phản ứng cụ thể: Đầu tiên là sự caramen hóa đường saccaroza ở nhiệt độ 1600C xảy ra nhanh, nước thoát ra, phân giải saccaroza thành 2 đường đơn là glucozan và fructozan như sau: C12H22O11 + H2O à C6H10O5 + C6H10O5 Saccaroza Glucozan Fructozan Tiếp đó ở nhiệt độ 185 ÷ 1900C, 2 đường glucozan và fructozan kết hợp tạo thành đường izosaccarozan như sau: C6H10O5 + C6H10O5 à C12H20O10 Glucozan Fructozan Izosaccarozan Khi nhiệt độ cao hơn nữa, 2 phân tử izosaccarozan loại 2 phân tử nước tạo thành hợp chất caramelan như sau: 2C12H20O10 – 2H2O à C24H36O18 Izosaccarozan Caramelan Sau đó izosaccarozan kết hợp với caramelan loại 3 phân tử nước tạo thành hợp chất caramelen như sau: C12H20O10 + C24H36O18 – 3H2O à C36H50O25 Izosaccarozan Caramelan Caramelen Khi nhiệt độ cao hơn 2000C, saccaroza bị phân hủy thành caramelin như sau: 2C12H22O11 – 9H2O à C24H26O13 Saccaroza Caramelin Phản ứng thủy phân: Khi nướng bánh, các phản ứng thủy phân gluxit, protein bằng enzym càng xảy ra mạnh, do nhiệt độ tối thích của các enzym này đều khá cao, và có thể đạt được nhiệt độ đó trong quá trình nướng bánh. Chính quá trình thủy phân này tạo ra thêm các đường đơn, axit amin cho phản ứng Maillard. Phản ứng Maillard: Khi nướng bánh, trên bề mặt ngoài phản ứng caramen hóa còn có 1 phản ứng tạo màu rất quan trọng đó là phản ứng Maillard xảy ra giữa các phần tử đường đơn và hệ protein thấp phân tử của bột mỳ. Đây là phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao, giữa các đường đơn ở bề mặt khối bột mỳ với các axit amin thu được từ quá trình thủy phân ở nhiệt độ cao. Cuối cùng tạo thành chuỗi các sản phẩm bậc cao phức tạp; các hợp chất Nitơ dị vòng; sự trùng hợp hóa và oxy hóa đồng thời các andehyt tạo thành các sản phẩm có màu vàng hơi nhạt và mùi vị dễ chịu (như lacton, pyrazin, …). Các chất này còn có tác dụng kích thích tiêu hóa. Phản ứng Maillard gồm có 3 giai đoạn: Giai đoạn đầu: Phản ứng ngưng tụ cacbonylamin: là sự ngưng tụ đường với axit amin . Glucoza Axit amin Bazơ schiff N – Glucozit Phản ứng chuyển vị Amadori: là sự đồng phân hóa của phức đường - amin, kết quả là hình thành nối kép giữa C1 và C2. Phức đường - amin 1 – amin – 1 – deoxy – 2 – xetoza Dạng enol của 1 – amin – 1 – deoxy – 2 – xetoza Giai đoạn trung gian: Tạo thành furfurol và ozon: Nếu đi từ đường hexoza thì tạo thành bazơ shiff của hydroxy-metyl-furfurol còn nếu đi từ đường pentoza thì tạo thành bazơ shiff của furfurol; sau đó bị thuỷ phân tạo thành hydroxy-metyl-furfurol hoặc furfurol. Tạo thành reducton có 6 C: các amino-deoxy-xetoza bị khử 2 phân tử H2O sẽ tạp thành các phân tử reducton có 6 C. hydroxymetylglioxal reducton hay enolandehyt của axit Phân hủy đường: một trong những giai đoạn trung gian của phản ứng Maillard là sự phân hủy các phân tử đường từ sản phẩm của quá trình chuyển vị Amadori để tạo thành các sản phẩm khác nhau: tri-ozon-reducton, aldehyt piruvic, axeton, diaxetyl, … Phân huỷ các hợp chất amin: bazơ shiff bị phân ly thành andehyt và hợp chất amin; sự tương tác giữa furfurol và axit amin hoặc sự chuyển nhóm amin giữa axit amin với reducton cũng tạo thành andehyt; … Chính hợp chất amin do bazơ shiff bị phân ly này sẽ cho các sản phẩm chứa nitơ và có màu vàng nâu sau này. Giữa furfurol hoặc hydroxy-metyl-furfurol và axit amin có thể xảy ra sự tương tác oxy hóa. Kết quả là từ axit amin tạo thành aldehyt có ít hơn 1 nguyên tử C. Aldehyt cũng có thể được tạo thành do kết quả của sự chuyển amin giữa axit amin với reducton. Giai đoạn cuối: bao gồm rất nhiều những phản ứng phức tạp, có thể chia thành 2 kiểu chính.: Phản ứng ngưng tụ andol: với sự tạo thành polime không chứa Nitơ, điền hình là sự ngưng tụ andehyt axetic. Phản ứng trùng hợp hóa andehyt: với sự tạo thành các hợp chất Nitơ dị vòng; sự trùng hợp hóa và oxy hóa đồng thời các andehyt tạo thành pyrazin – có màu vàng nâu và mùi dễ chịu. Có thể thấy rằng, phản ứng Maillard đã tạo ra những hợp chất có màu vàng nâu mới rất hấp dẫn cho sản phẩm thực phẩm nói chung và sản phẩm bánh mỳ nói riêng. Các sản phẩm màu này kết hợp với nhau tạo thành một màu vàng ruộm rất đặc trưng và hấp dẫn cho sản phẩm thực bánh mỳ. Do đó trong sản xuất bánh mỳ người ta tạo điều kiện cho phản ứng Maillard phát triển tối đa. Màu sắc cũng như mùi vị hấp dẫn của vỏ bánh mỳ hầu như do phản ứng này quyết định. Vì vậy những biện pháp kỹ thuật tương ứng trong quy trình sản xuất lên men để tạo axit amin tự do và đường khử, điều chỉnh nhiệt độ trong giai đoạn nướng đều nhằm mục đích đó. Phần 4 - Kết luận Trong ngành Công nghiệp chế biến thực phẩm hiện nay, khi nhu cầu ăn uống của con người ngày càng cao thì yêu cầu đối với các sản phẩm thực phẩm cũng ngày càng được nâng cao. Ngoài các giá trị dinh dưỡng, tính đảm bảo vệ sinh và an toàn thực phẩm thì những giá trị cảm quan cũng đang được quan tâm hơn; trong đó màu sắc của các sản phẩm thực phẩm là những cảm quan đầu tiên khi sử dụng. Vì vậy việc xem xét về các chất tạo màu cũng như cơ chế của các phản ứng tạo màu là hết sức cần thiết, để có các thay đổi công nghệ cho phù hợp trong quá trình chế biến để thu được những sản phẩm vừa đảm bảo dinh dưỡng vừa cảm quan hấp dẫn. Tài liệu tham khảo PGS. TS. Hà Duyên Tư, TS. Nguyễn Thị Minh Tú – Các tính chất cảm quan thực phẩm (Dành cho SV Cao học – Ngành CNTP tại Hà Nội) – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội – 2008. Lê Ngọc Tú (chủ biên), La Văn Chứ, Đặng Thị Thu, Phạm Quốc Thắng, Nguyễn Thị Thịnh, Bùi Đức Hợi, Lưu Duẩn, Lê Đoàn Diên – Hóa sinh học công nghiệp – Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật – Hà Nội – 1997. Lê Ngọc Tú (chủ biên), Bùi Đức Hợi, Lưu Duẩn, Ngô Hữu Hợp, Đặng Thị Thu, Nguyễn Trọng Cẩn – Hóa học thực phẩm – Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật – Hà Nội – 2003. Tài liệu tham khảo từ Internet.