TỔNG QUAN VỀ POLYGLYCEROL POLYRICINOLEATE (PGPR)
Sơ lược về chất phụ gia
Phụ gia thực phẩm đã được phát triển để đáp ứng nhu cầu sản xuất thực phẩm, đảm bảo chất lượng và độ tươi của sản phẩm từ nhà máy đến tay người tiêu dùng Chúng được thêm vào thực phẩm với nhiều mục đích như cải thiện chất lượng dinh dưỡng, hỗ trợ chế biến và làm cho món ăn hấp dẫn hơn Tuy nhiên, phụ gia chỉ được phép sử dụng nếu đáp ứng các yêu cầu về công nghệ, không gây hiểu lầm cho người tiêu dùng và không ảnh hưởng đến sức khỏe Việc sử dụng phụ gia thực phẩm phải được ghi rõ trên bao bì với danh mục và mã số E tương ứng.
Tại Hoa Kỳ, phụ gia thực phẩm được quản lý bởi Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm (FDA) thông qua hai quy định chính: các chất được công nhận là GRAS (Được công nhận chung là An toàn) theo 21CFR184 và Phụ gia thực phẩm trực tiếp theo 21CFR172 Các chất GRAS thường có quy định sử dụng ít nghiêm ngặt hơn, nhưng tiêu chuẩn nhận dạng của FDA có thể hạn chế việc sử dụng chúng trong một số thực phẩm tiêu chuẩn hóa Ngược lại, Phụ gia thực phẩm trực tiếp chỉ được phép sử dụng trong một số loại thực phẩm cụ thể với mức tối đa cho phép thấp, cùng với các phương pháp sản xuất và hằng số phân tích được xác định Có bốn loại phụ gia thực phẩm chính: phụ gia dinh dưỡng, chất chế biến, chất bảo quản và chất cảm quan.
Chất phụ gia dinh dưỡng được sử dụng để phục hồi và tăng cường các chất dinh dưỡng trong thực phẩm, giúp điều chỉnh sự thiếu hụt trong chế độ ăn uống Việc bổ sung dinh dưỡng bắt đầu từ năm 1924 với iốt trong muối ăn để ngăn ngừa bệnh bướu cổ Các vitamin như A, D, B, và C thường được thêm vào sản phẩm từ sữa, ngũ cốc, và đồ uống trái cây để làm giàu giá trị dinh dưỡng Ngoài ra, các chất béo thiết yếu, khoáng chất như canxi và sắt, cũng như chất xơ là những chất phụ gia dinh dưỡng quan trọng Trong khi đó, chất phụ gia chế biến được thêm vào thực phẩm nhằm hỗ trợ quá trình chế biến và duy trì độ nhất quán của sản phẩm.
Chất phụ gia bảo quản thực phẩm được chia thành hai nhóm chính: chất chống oxy hóa và chất kháng khuẩn Chất chống oxy hóa giúp trì hoãn hoặc ngăn chặn sự hư hỏng thực phẩm thông qua cơ chế oxy hóa, trong khi chất kháng khuẩn ức chế sự phát triển của vi sinh vật gây hư hỏng và bệnh Ngoài ra, chất cảm quan bao gồm các thành phần như chất tạo màu (có thể là tự nhiên hoặc tổng hợp), hương liệu và chất tạo ngọt.
Giới thiệu về Polyglycerol Polyricinoleate (PGPR)
Polyglycerin polyricinoleate (PGPR) là một chất phụ gia thực phẩm ổn định, được ký hiệu là E476 trong phân loại quốc tế Chất này được sản xuất từ glycerol polyme hóa và acid ricinoleic polyme hóa PGPR nổi bật như một chất nhũ hóa nước trong dầu trong ngành công nghiệp thực phẩm, nhờ khả năng tạo ra nhũ tương ổn định ngay cả với hàm lượng nước lên tới 80% PGPR thường được sử dụng trong nhũ tương mỡ bôi trơn thiếc trong ngành bánh và cũng có vai trò quan trọng trong việc sản xuất các chất phết ít chất béo Trong ứng dụng này, PGPR có thể được sử dụng độc lập hoặc kết hợp với monoglycerid để đạt được tỷ lệ chất lượng và chi phí tối ưu.
PGPR là một chất nhũ hóa không ion có khả năng hòa tan cao trong pha béo, vượt trội hơn so với các este polyglycerol khác Được phát minh vào năm 1955 bởi Unilever Limited, PGPR được sử dụng chủ yếu trong nhũ tương nước trong dầu và sô-cô-la, hoạt động như một hợp chất hoạt động bề mặt Mặc dù có nhiều ứng dụng tiềm năng, việc sử dụng PGPR trong thực phẩm vẫn bị hạn chế do nguồn gốc từ dầu thầu dầu, chủ yếu tập trung vào sô-cô-la, sản phẩm tương tự sô-cô-la, chất béo dạng phết và một số nhũ tương thực phẩm khác.
Polyglycerol polyricinoleate (PGPR) là một chất nhũ hóa quan trọng trong ngành thực phẩm, đặc biệt trong sản xuất sô-cô-la và lớp phủ sô-cô-la PGPR giúp cải thiện đặc tính của sô-cô-la nóng chảy bằng cách giảm ứng suất năng suất, hỗ trợ việc phủ bánh kẹo và giảm lượng bơ ca cao cần thiết Ngoài ra, PGPR còn tăng khả năng chịu đựng của sô-cô-la trước hiện tượng đông đặc do nước An toàn của PGPR đã được nghiên cứu kỹ lưỡng, và nó đã được sử dụng trong nhũ tương bôi trơn từ năm 1952, sau các thử nghiệm trên chuột vào năm 1951 PGPR cũng lần đầu tiên được áp dụng trong sô-cô-la couverture tại Anh vào năm 1952, nhưng sau đó đã bị thu hồi do yêu cầu thử nghiệm sinh học mới và không được sử dụng lại cho đến sau này.
Polyglycerol polyricinoleate (PGPR) is produced through the polymerization of glycerol and ricinoleic acid Ricinoleic acid, also known as 12-hydroxy-9-cis-octadecenoic acid, is a natural omega-9 unsaturated fatty acid found in the seeds of the mature castor bean plant (Ricinus communis L., family Euphorbiaceae) The polymerization of ricinoleic acid results in the formation of ricinoleic acid esters.
Tên gọi
Danh pháp IUPAC: (Z)-12-hydroxyoctadec-9-enoic acid; propane-1,2,3-triol
Tên thương mại quốc tế: ADMUL WOL
Cấu trúc của Polyglycerol Polyricinoleate (PGPR)
PGPR trong sô-cô-la không cấu trúc trong huyền phù như lecithin, nhưng nó giúp tăng phần thể tích pha liên tục và giữ nước, ngăn ngừa hiện tượng ngậm nước và trương nở các hạt rắn Gần đây, nhiều nhà sản xuất sô-cô-la đã kết hợp PGPR và lecithin để đạt được giá trị năng suất mong muốn và độ nhớt dẻo, đồng thời cân bằng hiệu ứng giảm độ nhớt.
Tính chất vật lý và hóa học của Polyglycerol Polyricinoleate (PGPR)
PGPR là một chất lỏng có độ nhớt cao, có màu từ vàng đến nâu nhạt và có mùi vị trung tính Chất này hòa tan trong dầu thực vật, ete, hydrocacbon và hydrocacbon halogen hóa, nhưng không hòa tan trong nước và propylene glycol PGPR cũng có thể phân tán trong glycerol và ethanol.
Nhiệt độ nóng chảy của chất này dưới 0 ºC và nhiệt độ sôi không xác định Điều này xảy ra do sự sắp xếp lại cấu trúc phân tử, sự phân hủy hoặc vị trí phân tử trước khi đạt đến nhiệt độ sôi.
PGPR có thể được thủy phân thông qua xúc tác kiềm, acid hoặc enzym Phương pháp thủy phân kiềm thường được áp dụng trong quá trình phân tích và sản xuất.
Hình 1: Cấu trúc hóa học của Polyglycerol Polyricinoleate (PGPR) [1]
Mẫu Polyglycerol Polyricinoleate (PGPR) được xác định qua các thành phần chính là polyglycerol và acid béo Kết quả xét nghiệm dương tính với acid ricinoleic có thể thu được thông qua phân tích sắc ký khí hoặc đo giá trị hydroxyl của acid béo, nằm trong khoảng 150 – 170 Phương pháp phân tích thường bao gồm quá trình thủy phân bằng kiềm để xác định PGPR Sau khi thủy phân, thành phần polyglycerol có thể được xác định bằng phương pháp sắc ký khí phân tích pha ưa nước.
PGPR có đặc tính hoạt động bề mặt nhờ vào polyricinoleat ưa mỡ và polyglycerol ưa nước, với giá trị HLB nằm trong khoảng 1–5 Điều này cho phép PGPR tạo thành nhũ tương nước trong dầu khi được thêm vào hỗn hợp nước và dầu PGPR hoạt động bằng cách giảm sức căng bề mặt giữa pha nước và pha dầu, với mức giảm này tăng lên theo lượng PGPR được sử dụng, như đã được xác nhận qua các nghiên cứu về giao diện nước và dầu bằng các phép đo độ đàn hồi và độ nhớt.
Lợi ích của Polyglycerol Polyricinoleate (PGPR)
PGPR, với chuỗi polyglycerol ưa nước dài, là một trong những chất tạo nhũ tương dầu trong nước hiệu quả nhất trong ngành thực phẩm Chất này có khả năng liên kết nước mạnh mẽ, giúp tạo ra nhũ tương nước trong dầu rất ổn định, ngay cả khi hàm lượng nước lên tới 80%.
Việc bổ sung PGPR vào sô-cô-la nóng chảy giúp giảm đáng kể độ nhớt và ứng suất năng suất, với hiệu quả tối ưu đạt được khi kết hợp 0,25% PGPR và 0,5% lecithin Sự kết hợp này tạo ra sô-cô-la có độ nhớt và ứng suất năng suất thấp hơn so với chỉ sử dụng lecithin, giúp khắc phục khó khăn khi sử dụng mức chất béo thấp Ngoài ra, PGPR còn cải thiện độ ổn định độ nhớt, giảm độ nhạy với nhiệt độ cao và rút ngắn thời gian chế biến Bằng cách điều chỉnh cách pha chất béo kết tinh trong giai đoạn cuối của quá trình sản xuất, chất phụ gia này cũng nâng cao hình thức, kết cấu và giữ chất lượng của sô-cô-la thành phẩm.
Trong quá trình chuẩn bị chất chuyển hóa, việc bổ sung PGPR giúp giảm đáng kể ứng suất chảy của sản phẩm nóng chảy, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình đúc bằng cách tăng cường giải phóng không khí bị mắc kẹt Điều này dẫn đến các lớp sơn hoàn thiện mỏng hơn và đồng đều hơn Đặc biệt, trong lớp phủ cho kem đông lạnh, PGPR còn có ưu điểm là làm giảm độ nhớt khi có một lượng nhỏ nước, ngăn ngừa tình trạng lớp phủ quá dày.
Độc tính của Polyglycerol Polyricinoleate (PGPR)
Sau khi hấp thu qua đường uống, PGPR bị thủy phân bởi lipase trong đường tiêu hóa, giải phóng acid polyricinoleic, acid ricinoleic và các acid béo khác từ dầu thầu dầu, polyglycerol và glycerol Di- và triglycerol được hấp thu và bài tiết qua nước tiểu, trong khi glycerol được giải phóng từ các lipid trong chế độ ăn và được ester hóa lại sau khi hấp thụ PGPR có độc tính cấp tính qua đường miệng thấp, được dung nạp ở liều cao mà không gây tác dụng phụ, và không liên quan đến độc tính di truyền hay khả năng gây ung thư Mặc dù nghiên cứu độc tính sinh sản với PGPR còn hạn chế, các nghiên cứu trên người cho thấy không có dấu hiệu tác dụng phụ đáng kể.
Nghiên cứu cho thấy không có chất gây ung thư nào được phát hiện đối với PGPR sau khi thử nghiệm trên chuột, khi cho chuột ăn 5% PGPR trong 2 năm PGPR không ảnh hưởng tiêu cực đến sự tăng trưởng, tiêu thụ thức ăn, tỷ lệ sống, huyết học và sự xuất hiện mô học Kết quả cũng cho thấy không có bất lợi nào đối với trọng lượng nội tạng, ngoại trừ gan và thận nặng hơn ở chuột cái được cho ăn PGPR Các nghiên cứu này được thực hiện theo các hướng dẫn và tiêu chuẩn của những năm 1960.
Tỷ lệ sống sót sau 18 tháng và 2 tuổi trong nghiên cứu trên chuột đáp ứng các tiêu chuẩn hiện hành, mặc dù tỷ lệ mắc bệnh đường hô hấp ở chuột cao hơn so với các nghiên cứu hiện tại.
Mức tiêu thụ PGPR ở động vật thí nghiệm trong các nghiên cứu về khả năng gây ung thư (khoảng 2,5 g/kg thể trọng/ngày) cao hơn nhiều so với lượng PGPR ước tính hàng ngày khi sử dụng trong các ứng dụng như bôi trơn sô-cô-la và thiếc Trong khi đó, mức tiêu thụ PGPR trung bình hàng ngày của con người tối đa ước tính chỉ là 2,64 mg/kg trọng lượng cơ thể Do đó, có thể kết luận rằng việc tiêu thụ PGPR không gây ra nguy cơ ung thư.
Tiêu chuẩn chất lượng của Polyglycerol Polyricinoleate [4]
Theo quy định của Ủy ban Chuyên gia Quốc tế về Phụ gia Thực phẩm (JECFA), PGPR phải có ít nhất 75% di-, tri- và tetraglycerol, đồng thời không được chứa quá 10% polyglycerol có heptaglycerol hoặc cao hơn.
PGPR được xác định cụ thể hơn bởi những tiêu chuẩn trong bảng 1 [8]
Bảng 1: Tiêu chuẩn chất lượng Polyglycerol Polyricinoleate
2 Giá trị acid tối đa 2
5 Asen Không quá 3 mg / kg
6 Chì Không quá 2 mg / kg
7 Thủy ngân Không được quá 1 mg / kg
8 Cadmium Không được quá 1 mg / kg
Các tạp chất độc hại như asen, chì, thủy ngân và cadmium được phép tồn tại với nồng độ lần lượt là 3, 2, 1 và 1 mg/kg Mức độ ô nhiễm này có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người, khi mức phơi nhiễm gần đạt ngưỡng giá trị hướng dẫn của EFSA PGPR (E 476) được sản xuất từ glycerol và dầu thầu dầu, trong đó ricin có thể còn sót lại trong bột ép từ hạt thầu dầu sau quá trình chiết xuất.
Quy trình sản xuất PGPR (E 476) phải đảm bảo không có dư lượng chất độc di truyền hoặc gây ung thư, với biên độ phơi nhiễm (MOE) không dưới 10.000 Cần thiết lập giới hạn tối đa cho các tạp chất tiềm ẩn trong glycerol, nguyên liệu thô sử dụng trong sản xuất PGPR Đặc biệt, sự hiện diện của epichlorohydrin và glycidol trong PGPR từ quy trình sản xuất polyglycerol cần được chú ý do có thể gây ra lo ngại về an toàn.
Thử nghiệm độ ổn định của PGPR được tiến hành ở nhiệt độ 15 °C trong 32 tháng, trong đó các chỉ số vật lý và hóa học như giá trị acid, giá trị iốt, giá trị xà phòng hóa, chỉ số khúc xạ, giá trị hydroxyl và giá trị peroxit đã được đo lường Kết quả cho thấy không có sự thay đổi đáng kể nào ở các thông số này.
Bước đầu tiên trong quá trình phân hủy PGPR trong thực phẩm là sự thủy phân các gốc acid ricinoleic từ polyglycerol Ba mẫu sô-cô-la sữa được thêm PGPR và lưu trữ trong 12 hoặc 16 tháng cho thấy hàm lượng gốc ricinolate được đo bằng GC không có sự khác biệt đáng kể, chứng tỏ sự ổn định của ricinolat Không có kết luận nào về độ ổn định của phụ gia thực phẩm nguyên vẹn hay mức độ thủy phân cần thiết để tạo ra acid ricinoleic tự do Trong thử nghiệm bảo quản nhũ tương dầu ở 30 °C, độ cứng của nhũ tương chứa PGPR vẫn cao sau 3 tháng, cho thấy cấu trúc của PGPR không thay đổi đáng kể.
Mức giới hạn được phép sử dụng
Theo quy định của EU, mức tối đa cho phép của PGPR (E 476) được xác định trong Phụ lục II của Quy định (EC) số 1333/2008 về phụ gia thực phẩm Hiện tại, PGPR được phép sử dụng trong EU với mức tối đa từ 4.000 đến 5.000 mg/kg cho năm loại thực phẩm khác nhau, theo quy định tại Phụ lục 2, Thông tư số 27/2012/TT-BYT Giới hạn tối đa này được trình bày trong bảng 1.
Bảng 2: Giới hạn tối đa đối với PGPR trong thực phẩm [3]
02.2.2 Mỡ phết, mỡ phết dạng sữa và phết hỗn hợp 4000 CS256&CS253 05.1.1 Hỗn hợp cacao (bột) và bánh cacao 5000 97, CS105&CS141 05.1.4 Sản phẩm cacao, sô-cô-la 5000 101&CS087
06.4.3 Mỳ ống, mì dẹt đã được làm chín và các sản phẩm tương tự
PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP POLYGLYCEROL POLYRICINOLEATE (PGPR)
Tổng hợp polyglycerol
Quá trình tổng hợp polyglycerol diễn ra thông qua quá trình khử nước, trong đó glycerol và chất xúc tác được đun nóng trong môi trường chân không Nước được tạo thành trong phản ứng sẽ được loại bỏ bằng chưng cất Mức độ trùng hợp và chiều dài chuỗi polyglycerol có thể được điều chỉnh thông qua nhiệt độ và thời gian phản ứng Hơn nữa, mức độ phân nhánh của polyglycerol cũng có thể được kiểm soát bằng cách lựa chọn chất xúc tác phù hợp.
Tổng hợp polyricinoleate [10]
Acid ricinoleic (acid 12-hydroxy-9-cis-octadecenoic) là một acid béo omega-9 không bão hòa đơn, có trong cây thầu dầu trưởng thành (Ricinus communis L, họ Euphorbiaceae)
Khoảng 90% acid béo trong dầu thầu dầu là acid ricinoleic, trong khi 10% còn lại bao gồm acid oleic, acid linoleic, acid stearic và một lượng nhỏ các acid béo khác Cấu trúc của acid ricinoleic cho phép quá trình este hóa diễn ra, tạo ra các polyme dimer hoặc dài hơn gọi là estolide, ngay cả ở nhiệt độ phòng nhưng nhanh hơn khi đun nóng Sản phẩm sau quá trình ngưng tụ được gọi là acid ricinoleic ngưng tụ hoặc polyricinoleat Việc thủy phân dầu thầu dầu có thể thực hiện bằng kali hydroxit ethanolic và urê, hoặc thông qua cavitation siêu âm Tuy nhiên, các kỹ thuật sử dụng áp suất hoặc nhiệt độ cao có thể gây ra phản ứng phụ và sản phẩm biến tính, làm giảm năng suất và chất lượng của acid béo trong acid ricinoleic, dẫn đến màu sắc cao và mùi hôi mỹ phẩm.
Hình 4: Cấu trúc hóa học của polyricinoleic acid [1]
Hình 5: Cấu trúc hóa học của ricinoleic acid [1]
Quá trình tổng hợp polyricinoleat bắt đầu bằng việc đun nóng acid béo từ dầu thầu dầu đến một nhiệt độ phản ứng nhất định Nhiệt độ này được duy trì cho đến khi giá trị acid đạt mức không thấp hơn nữa Trong quá trình này, nước được tạo ra và loại bỏ thông qua chưng cất, dẫn đến sự hình thành các polyme của acid ricinoleic cùng với các acid béo khác không có nhóm hydroxyl Phản ứng sẽ tiếp tục cho đến khi các acid béo không có nhóm hydroxyl kết thúc, làm cho quá trình tạo polyme không thể tiếp tục Nếu phản ứng kéo dài sau giai đoạn này, hiện tượng loại bỏ có thể xảy ra.
Tổng hợp PGPR
Phương pháp sản xuất hóa học PGPR bao gồm bốn giai đoạn chính: chuẩn bị acid béo từ dầu thầu dầu, ngưng tụ acid béo này, điều chế polyglycerol, và cuối cùng là este hóa một phần acid béo dầu thầu dầu cô đặc với polyglycerol.
Dầu thầu dầu chứa các acid béo được điều chế thông qua quá trình thủy phân với nước và hơi nước ở áp suất cao 400 psi mà không cần chất xúc tác Acid béo chính trong dầu thầu dầu là acid ricinoleic, chiếm 80-90%, và có vai trò quan trọng trong phản ứng ngưng tụ Ngoài ra, còn có các acid béo khác như acid oleic (3-8%), acid linoleic (3-7%) và acid stearic (0-2%).
2.3.1.2 Sự ngưng tụ của Acid Ricinoleic để tạo ra Acid Polyricinoleic
Sự ngưng tụ acid béo được thực hiện bằng cách đun nóng các acid béo trong dầu thầu dầu ở nhiệt độ cao dưới điều kiện chân không và có carbon dioxide để ngăn chặn oxy hóa Các mẫu được kiểm tra định kỳ cho đến khi hàm lượng acid béo tự do đạt 35 – 40 mg KOH/g, tương đương với khoảng bốn phần trăm dư lượng acid béo trên mỗi phân tử sản phẩm Nhiệt độ phản ứng dao động từ 157 ºC đến 230 ºC hoặc từ 205 ºC đến 210 ºC Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng áp suất giảm, từ 20 mmHg đến 400 mmHg, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phản ứng.
Có thể sử dụng carbon dioxide hoặc nitơ để đảm bảo một bầu không khí trơ
Trong giai đoạn ngưng tụ, acid ricinoleic có khả năng phản ứng, trong đó phản ứng este hóa mạch thẳng là phản ứng mong muốn Ngược lại, phản ứng este hóa mạch vòng được coi là quá trình kết thúc chuỗi, nhưng không có bằng chứng nào cho thấy sự hiện diện của vật liệu mạch vòng trong acid polyricinoleic Mặc dù mất nước cũng có thể xảy ra, nhưng chỉ ở mức độ nhỏ.
Việc điều chế polyglycerol đạt được bằng cách đun nóng glixerol đến nhiệt độ trên
Ở nhiệt độ 200 °C và với sự có mặt của một lượng nhỏ kiềm (kali hydroxit), nhiều phân tử glycerol sẽ ngưng tụ, tạo thành liên kết ete thông qua quá trình mất nước Để ngăn chặn quá trình oxy hóa, khí cacbonic được sủi bọt qua bình phản ứng Cuối cùng, glyxerol không thay đổi được loại bỏ bằng phương pháp chưng cất sau khi phản ứng hoàn tất.
Quá trình kiểm soát sự gia tăng chỉ số khúc xạ dẫn đến sự hình thành hỗn hợp polyglycerol với các gốc glycerol khác nhau Nhóm 1 và 3-hydroxy của glycerol có khả năng phản ứng mạnh hơn so với nhóm 2-hydroxy, do đó polyglycerol chủ yếu tạo thành mạch thẳng Bên cạnh đó, trong hỗn hợp phản ứng có thể xuất hiện một lượng nhỏ sản phẩm phụ từ sự ngưng tụ giữa nhóm 1-hydroxy của một phân tử glycerol và nhóm 2-hydroxy của phân tử khác Sản phẩm diglycerol chu kỳ chiếm 4% trong polyglycerol và 0,4% trong PGPR.
2.3.1.4 Este hóa acid Polyricinoleic với Polyglycerol
Giai đoạn cuối của quá trình bao gồm việc đun nóng polyglycerol với acid polyricinoleic trong cùng một bình khi điện tích còn nóng Điều kiện phản ứng este hóa tương tự như ngưng tụ acid béo, và quá trình này tiếp tục cho đến khi giá trị acid của mẫu rút ra đạt yêu cầu (giá trị acid ≤ 6 mg KOH/g tại Châu Âu) và chiết suất.
Phương pháp sản xuất hóa học mặc dù hiệu quả nhưng có nhược điểm lớn là thời gian phản ứng kéo dài, dẫn đến chi phí năng lượng cao Nhiệt độ vận hành cao cũng có thể ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng sản phẩm cuối cùng, gây ra vấn đề về màu sắc và mùi, khiến sản phẩm không phù hợp cho ngành công nghiệp thực phẩm.
Lipase từ các nguồn vi sinh vật như vi khuẩn và nấm mang lại nhiều lợi ích, không chỉ về khả năng xúc tác các phản ứng mà còn đáp ứng các tiêu chí kinh tế Đặc biệt, lipase từ Mucor javaicus đã được ghi nhận với tiềm năng ứng dụng cao trong các ngành công nghiệp.
Rhizopus arrhizus và Rhizopus oryzae là hứa hẹn nhất cho sự phát triển thành công nghiệp sản xuất “xanh” của PGPR [10]
Lipase (E.C 3.1.1.3) là enzym chủ yếu tham gia vào quá trình thủy phân acylglycerid, hoạt động hiệu quả trong điều kiện phản ứng nhẹ và tạo ra sản phẩm phù hợp làm phụ gia thực phẩm Ngoài acylglycerid, lipase còn có khả năng xử lý một số este khác như este thiol, amit, và este polyol/polyacid, cho thấy tính linh hoạt của enzym này Đặc biệt, một số loại lipase còn được ưa chuộng trong quá trình tổng hợp hơn là trong ứng dụng thủy phân.
Khả năng xúc tác của lipase trong tổng hợp sản phẩm như dược phẩm, mỹ phẩm, da, chất tẩy rửa, thực phẩm, nước hoa, chẩn đoán y học và các vật liệu tổng hợp hữu cơ là rất quan trọng Lipase cũng được sử dụng để xúc tác các phản ứng liên quan đến acid béo hydroxyl, chẳng hạn như acid ricinoleic Quá trình este hóa thường chỉ bao gồm cơ chất, enzym và nước là sản phẩm phụ duy nhất.
Dư lượng dung môi hữu cơ trong sản phẩm thực phẩm là không mong muốn, vì nhiều dung môi có thể độc hại và bị cấm trong quy trình chế biến Việc loại bỏ các vết dung môi này không chỉ tốn kém mà còn làm tăng chi phí sản xuất.
Phương pháp enzym để sản xuất PGPR thông qua xúc tác sinh học bao gồm hai bước thực hiện trong hệ thống không dung môi Giai đoạn đầu là sự trùng hợp của acid ricinoleic, dẫn đến việc hình thành acid polyricinoleic, hay còn gọi là estolide của acid ricinoleic, với sự xúc tác của lipase cố định từ Candida rugosa Ở giai đoạn thứ hai, acid polyricinoleic sẽ được este hóa với polyglycerol, sử dụng lipase từ nguồn tương ứng.
Rhizopus arrhizus, Rhizopus oryzae và Mucor javanicus được sử dụng làm chất xúc tác trong các quy trình sinh hóa Tuy nhiên, một hạn chế lớn của phương pháp này là cần phải sử dụng các enzyme khác nhau cho từng phản ứng, dẫn đến chi phí xử lý cao hơn.
Sản xuất PGPR với Novozym 435 làm chất xúc tác sinh học thường diễn ra trong lò phản ứng chân không và lò phản ứng ngoài trời Tuy nhiên, việc sử dụng lò phản ứng dạng mẻ hở có khuấy đứng có thể gây ra một số vấn đề tiêu cực cho phản ứng Để tránh nhũ tương làm giảm tốc độ phản ứng và tăng giá trị acid cuối cùng, cần vận hành với sự kết hợp tối ưu giữa nhiệt độ phản ứng, tốc độ và kiểu cánh quạt.
ỨNG DỤNG CỦA POLYGLYCEROL POLYRICINILEATE (PGPR)
Sô-cô-la và các sản phẩm từ sô-cô-la
Polyglycerol polyricinoleate (PGPR) là một chất quan trọng trong việc điều chỉnh đặc tính lưu biến của sô-cô-la Việc thêm một lượng nhỏ PGPR không chỉ cải thiện độ mềm của sô-cô-la mà còn giúp tiết kiệm bơ ca cao Hơn nữa, PGPR có khả năng làm giảm độ nhớt của sô-cô-la nhão mà không gây ra sự hình thành tinh thể.
Việc kết hợp PGPR với lecithin có thể gia tăng lợi ích của chúng Tỷ lệ tối ưu của hỗn hợp lecithin và PGPR có thể thay đổi tùy thuộc vào ứng dụng, với các tỷ lệ phổ biến là 2:1, 2,5:1 hoặc 3:1.
Trộn lecithin vào sô-cô-la giúp giảm đáng kể ứng suất cắt, từ đó giảm lượng bơ ca cao cần thiết mà vẫn giữ nguyên giá trị năng suất của hỗn hợp Điều này không chỉ làm mỏng lớp phủ sô-cô-la mà còn cải thiện khả năng xử lý sản phẩm.
PGPR tăng cường tính ưa béo của sucrose, dẫn đến giảm tương tác sucrose-sucrose và cải thiện tính lưu động của huyền phù dựa trên chất béo PGPR có ái lực với đường cao hơn lecithin, nhưng lại ít hơn với các hạt như cacao và hạt sữa, làm giảm ái lực tổng thể với các hạt rắn so với lecithin Điều này có nghĩa là PGPR ít khả năng giảm chất béo cố định trên các hạt rắn, từ đó tăng lượng chất béo tự do và giảm độ nhớt, đặc biệt là độ nhớt dẻo, so với lecithin.
Việc bổ sung PGPR không chỉ giúp giảm hàm lượng chất béo và chi phí, mà còn kiểm soát giá trị năng suất, từ đó tạo điều kiện cho việc tạo khuôn và lớp phủ trở nên dễ dàng hơn.
Việc bổ sung PGPR trong quá trình đúc khuôn sô-cô-la giúp cải thiện dòng chảy, phân phối và giảm thiểu bọt khí, từ đó tạo ra lớp phủ đồng nhất và hoàn chỉnh Điều này không chỉ ngăn ngừa rò rỉ mà còn kiểm soát tốt hơn độ dày của lớp sô-cô-la Đặc biệt, PGPR còn tăng cường khả năng chống nhiễm nước của lớp phủ, rất quan trọng trong các sản phẩm như kem.
Nghiên cứu từ FEI chỉ ra rằng giá trị năng suất không thể kiểm soát chỉ bằng việc điều chỉnh sự đông kết của chất béo, mà việc bổ sung PGPR có ảnh hưởng lớn đến giá trị này Cụ thể, PGPR làm giảm giá trị năng suất nhiều hơn so với các chất nhũ hóa khác như lecithin, este acid citric và este đường Ngoài ra, PGPR cũng tác động tiêu cực đến giá trị năng suất của huyền phù chứa hạt rắn đặc từ đường và sữa bột trong bơ ca cao, cũng như hỗn dịch có thêm đường và sữa bột, thường thấy trong sô-cô-la trắng.
Kiểm soát đặc tính dòng chảy của sô-cô-la là rất quan trọng, đặc biệt khi bổ sung PGPR và amoni phosphatide Việc chỉ sử dụng PGPR chủ yếu ảnh hưởng đến giá trị năng suất, trong khi amoni phosphatide tác động đến cả năng suất và độ nhớt của sản phẩm Khi kết hợp cả hai chất, cả năng suất và độ nhớt dẻo đều giảm, với mức giảm năng suất phụ thuộc vào liều lượng PGPR được bổ sung.
Khả năng kiểm soát đặc tính dòng chảy là yếu tố quan trọng trong sản xuất sô-cô-la Việc bổ sung 0,2% PGPR theo trọng lượng giúp duy trì khả năng kiểm soát dòng chảy ngay cả trong công thức ít chất béo, cho phép đạt được đặc tính dòng chảy tương tự với mức chất béo giảm xuống đến 4% mà vẫn giữ được khả năng kết nạp tuyệt vời.
Ứng dụng trong bánh quy
Để nâng cao khả năng xử lý sản phẩm, có thể tạo ra lớp phủ sô-cô-la dày và nặng trên bánh quy, đồng thời cũng có thể áp dụng lớp phủ sô-cô-la mỏng và phẳng, giúp không khí dễ dàng thoát ra hơn.
Ứng dụng trong kem
Trong môi trường ẩm ướt, việc tăng cường độ kết dính của lớp phủ sô-cô-la ở nhiệt độ thấp là rất quan trọng Điều này giúp lớp phủ sô-cô-la nhanh chóng hình thành, đồng thời cải thiện tốc độ kết dính và độ bám dính của nó.
Chất phết
Việc sử dụng PGPR giúp duy trì độ nhớt ổn định của nhũ tương, đặc biệt quan trọng trong quá trình kết tinh để tạo ra mạng lưới tinh thể chất béo phù hợp Để đảm bảo nhũ tương nước trong dầu ổn định, cần có hỗn hợp chất nhũ hóa phù hợp và phương pháp khuấy đúng, nhằm giữ cho kích thước giọt nước ở mức nhất định Nếu không, nhũ tương có thể phân hủy thành hai pha tách biệt hoặc chuyển thành nhũ tương dầu trong nước, dẫn đến sản phẩm có kết cấu giống như xốt mayonnaise PGPR thường được thêm vào với tỷ lệ tối đa 0,4% trọng lượng theo quy định của EU, kết hợp với các chất nhũ hóa và chất xúc tiến kết tinh khác, để tạo ra sản phẩm có thể trải đều với mức chất béo dưới 40% trọng lượng.
PGPR là một ứng dụng quan trọng trong ngành thực phẩm, đặc biệt là trong việc sử dụng làm chất nhũ hóa nước trong dầu để sản xuất các sản phẩm phết ít chất béo Nó có thể được sử dụng độc lập hoặc kết hợp với monoglycerid để đạt được tỷ lệ chất lượng và chi phí tối ưu PGPR cũng tương thích với các sản phẩm sữa như sữa bột tách kem, giúp cải thiện cảm quan cho sản phẩm.
Chất PGPR có khả năng tương thích tốt với nhiều loại chất ổn định bổ sung như gelatin, alginate và caseinat, góp phần cải thiện giác miệng và hương vị của bánh.
PGPR được sử dụng như chất nhũ hóa trong bơ thực vật, bơ thực vật ít béo, phết, creamers và các sản phẩm từ sữa với tỷ lệ không vượt quá 1% trọng lượng Trong đồ uống và các chất tăng cường thực phẩm, PGPR kết hợp với các phụ gia khác có khả năng tạo ra sự ổn định nhũ tương nước trong dầu, hoạt động như một nhũ tương đơn lẻ hoặc một phần của nhiều nhũ tương PGPR giúp giảm quá trình kết tụ và kết bông, đóng vai trò là chất liên kết giữa các hạt chất béo kết tinh và pha nước, từ đó ổn định nhũ tương Khi được bổ sung từ 0,1% đến 1% trọng lượng, PGPR còn có tác dụng che hoặc ngăn chặn mùi vị không mong muốn trong nhũ tương ăn được có chứa 15–85% trọng lượng chất béo, giúp cải thiện hương vị sản phẩm.