Hiện tượng thẩm thấu và những ứng dụng

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.77 MB, 53 trang )

1/13/2010
1
Ẩ ẤHIỆN TƯỢNG THẨM THẤU
VÀ NHỮNG ỨNG DỤNG
Bùi Hữu Thuận
Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm
Trường Đại Học Cần Thơ
Nguyên liệu sinh học và sự ổn định
• Các nguyên liệu được dùng làm thực phẩm,
thịt cá rau trái củ vi sinh vậtvv thườngthịt, cá, rau, trái, củ, vi sinh vật v.v… thường
chứa nhiều nước khi thu hoạch.
•Lượng nước quá nhiều này làm cho độ hoạt
động của nước (water activity, A
w
) cao và
như vậy theo qui luật, các sản phẩm mau hư.
• Tách nước hay giảm A
w
là phương pháp cơ
bản trong việc kéo dài thời gian sử dụng thực
phẩm.
1/13/2010
2
1/13/2010
3
1/13/2010
4
1/13/2010
5
• Có những phương pháp cơ bản để giảm
AA

w
:
• Lấy nước ra
: người ta lấy nước ra khỏi
nông sản bằng cách làm cho nước bốc
hơi như trong trường hợp cô đặc các dung
dịch (cô đặc nước trái cây) hay lấynướcdịch (cô đặc nước trái cây) hay lấy nước
ra bằng cách sấy thực phẩm dạng rắn
(sấy thịt, cá, rau, trái …)
Bốc hơi
1/13/2010
6
Sấy
• Thêm chất tan vào (chất làm khô thực phẩm):
Chất tan được thêm vào cũng làm giảm A
w
, do
ồ ấ ế
gg
w
tăng nồng độ chất liên kết với nước, và giúp bảo
quản thực phẩm.
• Bên cạnh đó chúng thêm vị vào sản phẩm, làm
các sản phẩm có hương vị tốt hơn.
•Các chất thêm có thể còn có vai trò trợ giúp bảo
quản sản phẩm nhờ các gia vị có chất bảo quản
tự nhiên như chống vi sinh vậtvàchống oxy hóatự nhiên như chống vi sinh vật và chống oxy hóa
v..v.. (hành, tỏi, gừng, riềng ….).
•Chất thêm được dùng nhiều nhất là muối, đường,
acid các gia vị.

1/13/2010
7
Ướp muối
1/13/2010
8
Muối phó mát
Muối phó mát kỹ nghệ
1/13/2010
9
• Kết hợp hai phương pháp: vừa lấy bớt
ớ ừ thấ hất t à để ảnước ra, vừa thấm chất tan vào để sản
phẩm lâu hư, bảo vệ chất thực phẩm có
giá trị cao (vitamin, chất chống oxy hóa tự
nhiên), tăng vị, cải thiện giá trị cảm quan
cho sản phẩm. Chúng ta có thể kể đến
các sản phẩm như các thứ xốt rau, trái,
thịt khô, vịt lạp, trái cây khô, các sản phẩm
độ ẩm trung gian …
Vịt lạp
1/13/2010
10
1/13/2010
11
Salami
1/13/2010
12
1/13/2010
13
1/13/2010
14

1/13/2010
15
•Tấtcả các phương pháp trên làm cho trạng
thái thực phẩm chuyển từ vùng kém ổn địnhthái thực phẩm chuyển từ vùng kém ổn định
sang vùng tựổn định, vì thế thựcphẩmsẽ
lâu hư hơn.
•Hìnhsauđây chỉ các trạng thái củathực
phẩm theo tọa độ phầnchất khô tan, phần
nước. Theo đóvùn
g kém ổn định có tỉ sốg ị
hàm lượng nướcvàchất khô hòa tan lớn,
ngượclạivùngcótỉ số phầnnướcvàphần
chấtkhôtannhỏ là vùng ổn định hơn.
1/13/2010
16
Nước
Hướng chế biến làm
tăng sự ổn định
1
Vùng kém ổn
định
Chất khô tan
Vùng tự ổn định
Chất khô
không tan
1
0
Thành phần thực phẩm và ổn định
•Sảnphẩm độ ẩm trung gian, mộtthể loạisảnphẩm
không rấtkhô,không quá ướt, khá lâu hưđược

ể ề ế
g g q
phát triển nhiềutrênthế giớivừa đáp ứng đượcyêu
cầucảm quan vừa đáp ứng đượcyêucầubảoquản
đượcxemnhư là thành tựucủasự hiểubiếtvề bảo
quảnthựcphẩm.
•Kỹ thuậtbảoquảngắnliềnvớicácsảnphẩmloại
này là kỹ thuậtràocản (hurdle technology), ởđó
việc dùng tổng hợp các phương pháp bảo quảnviệc dùng tổng hợp các phương pháp bảo quản,
mỗibiện pháp ứcchế mộtsố loạihư hỏng, liều
dùng củatừng biện pháp riêng lẽ không mạnh lắm
chưa đủ ngăncảnsự hư hỏng nhưng nếukếthợp
lạivới nhau, chúng có giá trị phốihợp, bảovệđược
thựcphẩm.
1/13/2010
17
• Theo phương pháp này, các biện pháp
bả ả dù h hà tá h đbảoquản dùng nhẹ nhàng, tránh được
các qui định về hàm lượng chấtbảoquản,
nhưng kếthợp chúng lạicóhiệuquả trong
bảoquảnvàlàmchotínhchấtdinhdưỡng
và cảm quan củathựcphẩmtốthơn.
Công nghệ rào cản
1/13/2010
18
• Đốivớithựcphẩmmàcấutrúclànhững
khối Khi muốn đưa chất thêm vào cũng nhưkhối. Khi muốn đưa chất thêm vào cũng như
lấynước ra, khuếch tán là cơ chế củacác
tiến trình này.
•Nhiềunăm qua vớisự phát triển công nghệ,

các nhà khoa họctrêntoànthế giới đãnhận
ra nhiều điềumớivề tiến trình này.Nhiềuy
nghiên cứu đã đượcthựchiệntại nhiềunước
trên thế giới để hiểuthêmtínhchấtcủahiện
tượng và ứng dụng chúng.
•Tácdụng củacácloạichất tan, phân tử khối
hất t ồ độ hiệt độ t táchất tan, nồng độ,nhiệt độ,sự tương tác
củacácchấttan,ápsuất, điệntrường, và
các loạicấutrúccủa nguyên liệuthựcphẩm
được nghiên cứutrênsự thấm, độ sâu
thấm, phân bố chấttannồng độ theo không
và thời gian v..v.. Sự hiểubiếtvề tiếntrình
thẩmthấu ngày một nhiều.
1/13/2010
19
• Thêm vào đósự hiểubiết và thành công của
kỹ nghệ chế tạo màng lọc phân tử cũng đã làmkỹ nghệ chế tạo màng lọc phân tử cũng đã làm
cho công nghệ này có thêm những ứng dụng
mới, khắpcáctiếntrìnhchế biếnvàbảoquản
thựcphẩm.
•Nhờ hiểubiết khoa học, tiếnbộ kỹ thuật, sự
tiếnbộ trong giảithuật các phương trình
truyền rất phức tạp nhờ máy vi tính v…v… giúptruyền rất phức tạp nhờ máy vi tính v…v… giúp
ngườitacóthể hiểu, giải các bài toán chính
xácvàmôphỏng tiến trình, tiến đến điềukhiển
đượctiến trình tách nướcvàthấmnhư mong
muốn.
Lọc tiếp xúc
1/13/2010
20

Khuếch tán và thẩm thấu
•Khi vật chất hiện diện có nồng độ khác
nhau mộthiệntượng tự nhiên xảyrađểnhau, một hiện tượng tự nhiên xảy ra để
điều hòa lại nồng độ gọi là sự khuếch tán.
• Trong hiện tượng này chất khuếch tán di
chuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi có
nồng độ thấp. Những chất khác cũng sẽ
chuyển động ngượclại để điều hòa nồngchuyển động ngược lại để điều hòa nồng
độ. Những hiện tượng này xảy ra mạnh
mẽ trong thể lỏng và trong thể khí
Hiện tượng khuếch tán vật chất
1/13/2010
21
Khuếch tán đường trong nước
Khuếch tán chất màu
1/13/2010
22
•Nếuhiệntượng này xảyraở mộtnơibị ngăn
cản bởi các màng tự nhiên hay nhân tạo ở đócản bởi các màng tự nhiên hay nhân tạo ở đó
các màng này chỉ cho phép những phân tử nhỏ
đi qua, những phân tử lớnhơn không qua
được, hiệntượng này phụ thuộc vào kích thước
các phân tử,nógọilàthẩmthấunếunhư chỉ
cho nước đi qua và thẩm phân nếunhư cho
ấthêm mộtcỡ nào đócácchấttanlớnhơn đi
qua.
•Hiệntượng như vậythường gặp ở trong cơ thể
sinh vật hay ở nông sảnthựcphẩm.
Màng và sự khuếch tán
Vai trò của màng, loại màng quan trọng trong sinh học, tự

nhiên, kỹ thuật v..v..
1/13/2010
23
Khuếch tán qua màng tế bào
Tế bào, mô luôn hiện hữu trong sinh giới tạo một thế hóa học và chọn
lọc sự khuếch tán
Khuếch tán thẩm thấu là cơ chế vận chuyển
quan trọng qua các màng tế bào sinh học
Mỗi tế bào, mô (phổi, thận, ruột v..v..) luôn luôn xảy ra hiện tượng khuếch
tán để điều hòa sự sống
1/13/2010
24
Khái niệm về thẩm thấu
•Thẩmthấulàmộthiệntượng, một khi có một
sự khác biệt nồng độ (hay chính xác hơnsự khác biệt nồng độ (hay chính xác hơn,
một khác biệtcủahoạt tính hóa họccủa dung
môi) làm cho dung môi (nước) đi xuyên qua
một màng có tính chấtthấm dung môi tốthơn
chất tan. Màng đógọilàmàng bán thấm
.
•Th
ẩmthấulàmộttrường hợp đặcbiệtcủaộ g ợp ặ ệ
khuếch tán. Đólàsự khuếch tán qua màng
bán thấm ởđónướccóthể thấm qua màng,
các chất tan khác không qua màng được
Thẩm thấu
•Thẩmthấulàmộtsự vận chuyểncủanước
ngang qua một màng bán thấmtừ phía có nồng
độ nướccaohơn đến phía có nồng độ nước
ấthấphơn.

• Quan niệm“nồng độ nước” -Sự hòa tan thêm
chấttanvàonướcsẽ hạ thấpnồng độ nước
trong dung dịch so vớinồng độ nước trong nước
tinh khiết. (Nghĩalànồng độ củanước trong
nướctinhkhiết là 55.5 M (1000/18). Nồng độ của
nước trong một dung dịch glucose 1 M là 54.5 M
(55.5 – 1). Nói cách khác chấttan(glucose)sẽ
làm loãng hay thay thế phân tử nướcvàlàm
giảmnồng độ nước).
1/13/2010
25
Thẩm thấu
• Khi hai dung dịch có nồng độ chất tan khác
nhau phân tách nhau bởi màng bán thấm nướcnhau phân tách nhau bởi màng bán thấm, nước
từ dung dịch loãng sẽ qua màng bán thấmvào
dung dịch đậm đặchơn để giảm gradient nồng
độ.
•Sự di chuyểnnướcsẽ ngưng khi nào nồng độ
của hai dung dịch bằng nhau.
Thể tí h ủ hầ d dị h lã ẽ iả l i• Thể tích củaphần dung dịch loãng sẽ giảm lại
và thế tích củaphần dung dịch đậm đặcsẽ tăng
lên sau khi tiến trình chấmdứt.
Thẩm thấu
• Lấy nước ra : người ta lấy nước ra khỏinông sản bằng cách làm cho nước bốchơi như trong trường hợp cô đặc những dungdịch ( cô đặc nước trái cây ) hay lấynướcdịch ( cô đặc nước trái cây ) hay lấy nướcra bằng cách sấy thực phẩm dạng rắn ( sấy thịt, cá, rau, trái … ) Bốc hơi1 / 13/2010 Sấy • Thêm chất tan vào ( chất làm khô thực phẩm ) : Chất tan được thêm vào cũng làm giảm A, doồ ấ ếggtăng nồng độ chất link với nước, và giúp bảoquản thực phẩm. • Bên cạnh đó chúng thêm vị vào loại sản phẩm, làmcác mẫu sản phẩm có mùi vị tốt hơn. • Các chất thêm hoàn toàn có thể còn có vai trò trợ giúp bảoquản mẫu sản phẩm nhờ những gia vị có chất bảo quảntự nhiên như chống vi sinh vậtvàchống oxy hóatự nhiên như chống vi sinh vật và chống oxy hóav .. v .. ( hành, tỏi, gừng, riềng …. ). • Chất thêm được dùng nhiều nhất là muối, đường, acid những gia vị. 1/13/2010 Ướp muối1 / 13/2010 Muối phó mátMuối phó mát kỹ nghệ1 / 13/2010 • Kết hợp hai giải pháp : vừa lấy bớtớ ừ thấ hất t à để ảnước ra, vừa thấm chất tan vào để sảnphẩm lâu hư, bảo vệ chất thực phẩm cógiá trị cao ( vitamin, chất chống oxy hóa tựnhiên ), tăng vị, cải tổ giá trị cảm quancho loại sản phẩm. Chúng ta hoàn toàn có thể kể đếncác mẫu sản phẩm như những thứ xốt rau, trái, thịt khô, vịt lạp, trái cây khô, những sản phẩmđộ ẩm trung gian … Vịt lạp1 / 13/2010 101 / 13/2010 11S alami1 / 13/2010 121 / 13/2010 131 / 13/2010 141 / 13/2010 15 • Tấtcả những giải pháp trên làm cho trạngthái thực phẩm chuyển từ vùng kém ổn địnhthái thực phẩm chuyển từ vùng kém ổn địnhsang vùng tựổn định, vì vậy thựcphẩmsẽlâu hư hơn. • Hìnhsauđây chỉ những trạng thái củathựcphẩm theo tọa độ phầnchất khô tan, phầnnước. Theo đóvùng kém không thay đổi có tỉ sốg ịhàm lượng nướcvàchất khô hòa tan lớn, ngượclạivùngcótỉ số phầnnướcvàphầnchấtkhôtannhỏ là vùng không thay đổi hơn. 1/13/201016 NướcHướng chế biến làmtăng sự ổn địnhVùng kém ổnđịnhChất khô tanVùng tự ổn địnhChất khôkhông tanThành phần thực phẩm và không thay đổi • Sảnphẩm nhiệt độ trung gian, mộtthể loạisảnphẩmkhông rấtkhô, không quá ướt, khá lâu hưđượcể ề ếg g qphát triển nhiềutrênthế giớivừa phân phối đượcyêucầucảm quan vừa cung ứng đượcyêucầubảoquảnđượcxemnhư là thành tựucủasự hiểubiếtvề bảoquảnthựcphẩm. • Kỹ thuậtbảoquảngắnliềnvớicácsảnphẩmloạinày là kỹ thuậtràocản ( hurdle technology ), ởđóviệc dùng tổng hợp những giải pháp bảo quảnviệc dùng tổng hợp những chiêu thức dữ gìn và bảo vệ, mỗibiện pháp ứcchế mộtsố loạihư hỏng, liềudùng củatừng giải pháp riêng lẽ không mạnh lắmchưa đủ ngăncảnsự hư hỏng nhưng nếukếthợplạivới nhau, chúng có giá trị phốihợp, bảovệđượcthựcphẩm. 1/13/201017 • Theo giải pháp này, những biện phápbả ả dù h hà tá h đbảoquản dùng nhẹ nhàng, tránh đượccác qui định về hàm lượng chấtbảoquản, nhưng kếthợp chúng lạicóhiệuquả trongbảoquảnvàlàmchotínhchấtdinhdưỡngvà cảm quan củathựcphẩmtốthơn. Công nghệ rào cản1 / 13/2010 18 • Đốivớithựcphẩmmàcấutrúclànhữngkhối Khi muốn đưa chất thêm vào cũng nhưkhối. Khi muốn đưa chất thêm vào cũng nhưlấynước ra, khuếch tán là chính sách củacáctiến trình này. • Nhiềunăm qua vớisự tăng trưởng công nghệ tiên tiến, những nhà khoa họctrêntoànthế giới đãnhậnra nhiều điềumớivề tiến trình này. Nhiềuynghiên cứu đã đượcthựchiệntại nhiềunướctrên quốc tế để hiểuthêmtínhchấtcủahiệntượng và ứng dụng chúng. • Tácdụng củacácloạichất tan, phân tử khốihất t ồ độ hiệt độ t táchất tan, nồng độ, nhiệt độ, sự tương táccủacácchấttan, ápsuất, điệntrường, vàcác loạicấutrúccủa nguyên liệuthựcphẩmđược nghiên cứutrênsự thấm, độ sâuthấm, phân bổ chấttannồng độ theo khôngvà thời hạn v .. v .. Sự hiểubiếtvề tiếntrìnhthẩmthấu ngày một nhiều. 1/13/201019 • Thêm vào đósự hiểubiết và thành công xuất sắc củakỹ nghệ sản xuất màng lọc phân tử cũng đã làmkỹ nghệ sản xuất màng lọc phân tử cũng đã làmcho công nghệ tiên tiến này có thêm những ứng dụngmới, khắpcáctiếntrìnhchế biếnvàbảoquảnthựcphẩm. • Nhờ hiểubiết khoa học, tiếnbộ kỹ thuật, sựtiếnbộ trong giảithuật những phương trìnhtruyền rất phức tạp nhờ máy vi tính v … v … giúptruyền rất phức tạp nhờ máy vi tính v … v … giúpngườitacóthể hiểu, giải những bài toán chínhxácvàmôphỏng tiến trình, tiến đến điềukhiểnđượctiến trình tách nướcvàthấmnhư mongmuốn. Lọc tiếp xúc1 / 13/2010 20K huếch tán và thẩm thấu • Khi vật chất hiện hữu có nồng độ khácnhau mộthiệntượng tự nhiên xảyrađểnhau, một hiện tượng tự nhiên xảy ra đểđiều hòa lại nồng độ gọi là sự khuếch tán. • Trong hiện tượng này chất khuếch tán dichuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi cónồng độ thấp. Những chất khác cũng sẽchuyển động ngượclại để điều hòa nồngchuyển động ngược lại để điều hòa nồngđộ. Những hiện tượng này xảy ra mạnhmẽ trong thể lỏng và trong thể khíHiện tượng khuếch tán vật chất1 / 13/2010 21K huếch tán đường trong nướcKhuếch tán chất màu1 / 13/2010 22 • Nếuhiệntượng này xảyraở mộtnơibị ngăncản bởi những màng tự nhiên hay tự tạo ở đócản bởi những màng tự nhiên hay tự tạo ở đócác màng này chỉ được cho phép những phân tử nhỏđi qua, những phân tử lớnhơn không quađược, hiệntượng này nhờ vào vào kích thướccác phân tử, nógọilàthẩmthấunếunhư chỉcho nước đi qua và thẩm phân nếunhư choấthêm mộtcỡ nào đócácchấttanlớnhơn điqua. • Hiệntượng như vậythường gặp ở trong cơ thểsinh vật hay ở nông sảnthựcphẩm. Màng và sự khuếch tánVai trò của màng, loại màng quan trọng trong sinh học, tựnhiên, kỹ thuật v .. v .. 1/13/201023 Khuếch tán qua màng tế bàoTế bào, mô luôn hiện hữu trong sinh giới tạo một thế hóa học và chọnlọc sự khuếch tánKhuếch tán thẩm thấu là chính sách vận chuyểnquan trọng qua những màng tế bào sinh họcMỗi tế bào, mô ( phổi, thận, ruột v .. v .. ) luôn luôn xảy ra hiện tượng khuếchtán để điều hòa sự sống1 / 13/2010 24K hái niệm về thẩm thấu • Thẩmthấulàmộthiệntượng, một khi có mộtsự độc lạ nồng độ ( hay đúng mực hơnsự độc lạ nồng độ ( hay đúng mực hơn, một khác biệtcủahoạt tính hóa họccủa dungmôi ) làm cho dung môi ( nước ) đi xuyên quamột màng có tính chấtthấm dung môi tốthơnchất tan. Màng đógọilàmàng bán thấm • Thẩmthấulàmộttrường hợp đặcbiệtcủaộ g ợp ặ ệkhuếch tán. Đólàsự khuếch tán qua màngbán thấm ởđónướccóthể thấm qua màng, những chất tan khác không qua màng đượcThẩm thấu • Thẩmthấulàmộtsự vận chuyểncủanướcngang qua một màng bán thấmtừ phía có nồngđộ nướccaohơn đến phía có nồng độ nướcấthấphơn. • Quan niệm “ nồng độ nước ” – Sự hòa tan thêmchấttanvàonướcsẽ hạ thấpnồng độ nướctrong dung dịch so vớinồng độ nước trong nướctinh khiết. ( Nghĩalànồng độ củanước trongnướctinhkhiết là 55.5 M ( 1000 / 18 ). Nồng độ củanước trong một dung dịch glucose 1 M là 54.5 M ( 55.5 – 1 ). Nói cách khác chấttan ( glucose ) sẽlàm loãng hay thay thế sửa chữa phân tử nướcvàlàmgiảmnồng độ nước ). 1/13/201025 Thẩm thấu • Khi hai dung dịch có nồng độ chất tan khácnhau phân tách nhau bởi màng bán thấm nướcnhau phân tách nhau bởi màng bán thấm, nướctừ dung dịch loãng sẽ qua màng bán thấmvàodung dịch đậm đặchơn để giảm gradient nồngđộ. • Sự di chuyểnnướcsẽ ngưng khi nào nồng độcủa hai dung dịch bằng nhau. Thể tí h ủ hầ d dị h lã ẽ iả l i • Thể tích củaphần dung dịch loãng sẽ giảm lạivà thế tích củaphần dung dịch đậm đặcsẽ tănglên sau khi tiến trình chấmdứt. Thẩm thấu

Source: https://bem2.vn
Category: Ứng dụng hay