CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về kẹo cứng 1. Định nghĩa Kẹo cứng là một hỗn hợp bao gồm nước, đường và glucose syrup được nấu ở nhiệt độ cao tạo thành một khối vô định hình, trong đó đường không bị kết tinh và độ ẩm đạt khoảng 3% sau khi nấu (NPCS Board of Consultants & Engineers, 2018). Các nguyên liệu như acid citric hoặc acid tartaric, dịch trái cây cô đặc, dịch trích rau, mật ong, dịch trích malt, các thành phần sữa, chất màu có thể được thêm vào công thức kẹo cứng để tạo thành hương vị như mong muốn (Ziegler, 2008).
Thị trường tiêu thụ Các sản phẩm kẹo có tính phổ biến ở mọi lứa tuổi. Có rất nhiều hương vị sẵn có trên thị trường, như cam, dứa, xoài, bạc hà, dâu tây, nho… và trẻ em là lứa tuổi thường xuyên sử dụng sản phẩm này (NPCS Board, 2012). Trong một cuộc khảo sát gần đây ở Mỹ, khoảng 97% người trưởng thành cho biết họ sử dụng kẹo ít nhất một lần/năm (Michael và cộng sự, 2014). Tiêu thụ kẹo bình quân đầu người chiếm khoảng 2.2% tổng năng lượng hấp thụ vào (Hornick và cộng sự, 2014).
Dữ liệu của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ đã chỉ ra rằng người Mỹ trung bình từ 2 tuổi trở lên tiêu thụ kẹo 138.7 lần/năm, hoặc khoảng 2-3 lần/tuần. Báo cáo từ dữ liệu thị trường cũng cho thấy, người Mỹ tiêu thụ kẹo nhiều hơn khoảng 153.3 lần/năm hoặc hơn 3 lần/tuần (Shumow và cộng sự, 2012). Lục địa có mức tiêu thụ kẹo cao nhất chính là châu Âu với một nửa lượng kẹo được tiêu thụ trên thế giới (Warrell, 2017). Trái ngược với thực trạng này, các nước châu Á như Ấn Độ và Trung Quốc là nơi có mức tiêu thụ kẹo thấp hơn nhiều.
Trung bình người Ấn Độ tiêu thụ khoảng 0.5 kg/người/năm, trong khi người Trung Quốc tiêu thụ nhiều hơn, khoảng 0.7 kg/người/năm (Statista Market Forecast, 2019; Công ty Cổ phần Chứng khoán Phú Hưng, 2016). Nguyên nhân là do tỷ lệ thừa cân và béo phì đang tăng nhanh ở khu vực Đông Nam Á cũng như gánh nặng của các bệnh liên quan như bệnh tiểu đường, tim mạch,… đã làm hạn chế sự tiêu dùng đường và các sản phẩm từ đường ở các nước này (Popkin, 2012). Ở Việt Nam, ngành bánh kẹo là một ngành có mức tăng trưởng cao và ít bị ảnh hưởng bởi sự biến động nền kinh tế do đó thu hút nhiều công ty thực phẩm nước ngoài tham gia vào thị trường kẹo nội địa. Công ty Khảo sát thị trường quốc tế Business Monitor International (BMI) dự đoán, đến năm 2018 nhu cầu tiêu thụ bánh kẹo tại thị trường Việt Nam là 40.
Mức tiêu thụ bánh 4 do an kẹo bình quân đầu người khoảng 2 kg/người/năm (Công ty Cổ phần Chứng khoán Phú Hưng, 2016). Thống kê giai đoạn 2010 - 2012 về sản lượng tiêu thụ một số loại bánh kẹo cho thấy viên ngậm pastille, kẹo dẻo và kẹo cứng chiếm tỷ lệ cao nhất. Trong đó, sản lượng tiêu thụ sản phẩm kẹo cứng đạt 10717.2 tấn vào năm 2010 và 11182. Tổng quan về quy trình sản xuất kẹo cứng Các nguyên liệu để sản xuất kẹo cứng gồm đường sucrose, glucose syrup, nước, các loại acid, phụ gia tạo màu và phụ gia tạo hương sẽ được chuẩn bị và định lượng theo đúng tỷ lệ theo công thức.
Quy trình sản xuất kẹo cứng điển hình bao gồm các bước sau đây: - Gia nhiệt hỗn hợp đường và glucose syrup đến khoảng 150-155oC để khối kẹo đạt được nồng độ chất khô như mong muốn (97 - 98%). Có ba phương pháp chính dùng để nấu kẹo cứng là nấu kẹo trong nồi nấu hoạt động ở áp suất thường, nồi nấu chân không hoặc nồi nấu liên tục. - Làm nguội khối kẹo đến nhiệt độ thích hợp. - Bổ sung các loại acid hữu cơ, phụ gia tạo màu và phụ gia tạo hương vào khối kẹo trong giai đoạn làm nguội - Tạo hình và bao gói sản phẩm.
- Bảo quản sản phẩm ở nơi khô ráo, thoáng mát tránh sự tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời. Tổng quan về nguyên liệu chính trong sản xuất kẹo cứng 1. Sucrose Đường sucrose là một trong những nguyên liệu chính được sử dụng trong ngành công nghiệp sản xuất bánh kẹo (Minifie, 2012). Trên quan điểm của những nhà sản xuất kẹo, sucrose có hai tính chất đặc biệt: nó được kết tinh từ dung dịch và không bị hút ẩm ở độ ẩm tương đối của không khí dưới 70% (Richardson, 2017).
Sucrose có một số vai trò chính trong các sản phẩm kẹo như tạo vị ngọt, thúc đẩy sự kết tinh, ngăn chặn sự hóa nâu do chúng không phải là đường khử, tăng cường sự giải phóng hương vị cho sản phẩm (Michael và cộng sự, 2014). Các nhà máy sản xuất kẹo sử dụng sucrose ở nhiều dạng nhưng chủ yếu là dạng hạt (đường cát). Đường cát có sẵn với nhiều kích thước khác nhau từ dạng tinh thể lớn có kích thước 2000µm cho đến dạng bột mịn có kích thước nhỏ 20µm (Edwards, 2018). Các tính chất vật lý của sucrose được tổng hợp ở Bảng 1.
Một số tính chất vật lý của sucrose có vai trò quan trọng trong việc sử dụng đường sucrose như một thành phần nguyên liệu. Đó là độ hòa tan, sự hút ẩm, sự kết tinh và độ nhớt (Davis, 1995). 5 do an Bảng 1. Các tính chất vật lý của sucrose (Reiser và cộng sự, 1995) Tính chất Giá trị Khối lượng riêng, kg/m3 1587.9 Nhiệt độ nóng chảy, oC 160-186 Độ hòa tan trong nước ở 20oC, g/g 2.00 Độ quay đặc trưng, độ +66.53 Nhiệt dung riêng, J/mol Dạng tinh thể, ở 20oC 415.8 Dạng vô định hình, ở 22oC 90.2 Nhiệt dung dịch, kJ/mol 4.26 Momen lưỡng cực, C.1×10-18 Enthanpy của quá trình kết tinh ở 30oC, kJ/mol 10.5 Mật độ khối, kg/m3 Tinh thể 930 Bột 600 Entropy, J/(mol.
Ở nhiệt độ phòng, đường sucrose có thể hòa tan với nước theo tỷ lệ 2:1 tạo thành một dung dịch có nồng độ khoảng 67% (Hartel và cộng sự, 2018). Ở nồng độ lớn hơn, để hòa tan hết sucrose cần phải nâng nhiệt độ của nước lên cao hơn. Nồng độ sucrose càng cao, nhiệt độ sôi của các dung dịch đó càng cao. Các nhà máy sản xuất kẹo tận dụng mối quan hệ chính xác giữa điểm sôi và nồng độ sucrose để kiểm soát lượng nước cuối cùng còn lại trong các sản phẩm kẹo.
Điều này được thực hiện bằng cách đun nóng dung dịch syrup đường đến nhiệt độ đã chọn tương ứng với nồng độ đường và nước mong muốn (Bảng 1. 6 do an Bảng 1. Điểm sôi của syrup kẹo ở các nồng độ khác nhau (Potter và Hotchkiss, 2012) Sucrose (%) Nước (%) Điểm sôi (oC) 30 70 100 40 60 101 50 50 102 60 40 103 70 30 106 80 20 112 90 10 123 95 5 140 97 3 151 98. Glucose syrup Thành phần chính thứ hai sau sucrose được sử dụng trong ngành công nghiệp sản xuất kẹo là glucose syrup.
Ở Mỹ và các quốc gia sử dụng tiếng Anh như một ngôn ngữ chính, glucose syrup được biết đến nhiều hơn với tên gọi là corn syrup (Edwards, 2018). Glucose syrup chủ yếu là dung dịch của các monosaccharide được sản xuất từ tinh bột bắp với hàm lượng chất khô phụ thuộc vào đương lượng dextrose (DE) và tùy theo loại syrup dự kiến sản xuất (Varzakas và cộng sự, 2012). Glucose syrup có thể được sản xuất bằng ba phương pháp: chuyển hóa acid (pH=2, nhiệt độ trên 100oC); chuyển hóa acid-enzyme (sản phẩm thủy phân bởi acid đươc xử lý bằng một hoặc nhiều enzyme thủy phân tinh bột như amylase) và chuyển hóa enzyme (BeMiller, 2018). Các loại glucose syrup được phân loại dựa vào đương lượng dextrose, viết tắt là DE.
DE được định nghĩa là tỷ lệ phần trăm đường khử tính theo dextrose trên tổng hàm lượng chất khô (Minifie, 2012; Hull, 2010; Hobbs, 2009). Trong đó, glucose syrup có giá trị DE 42 được sử dụng phổ biến nhất trong ngành công nghiệp sản xuất kẹo (Minifie, 2012; BeMiller, 2018). Đây loại syrup trong suốt, không màu có chứa dextrose, maltose và các saccharide cao phân tử. Do hàm lượng dextrose tương đối thấp, glucose syrup DE 42 hoàn toàn ổn định trong điều kiện bình thường và không bị kết tinh (Hull, 2010).
Ngoài những giá trị thực phẩm mà chúng cung 7 do an cấp, glucose syrup được sử dụng để kiểm soát độ ngọt, kết cấu, sự kết tinh, phản ứng nâu hóa và độ ẩm trong các sản phẩm kẹo cứng. Với độ hòa tan cao hơn so với sucrose, hỗn hợp sucrose và glucose syrup có nồng độ cao hơn so với dung dịch chỉ có sucrose (Hartel và cộng sự, 2018). Acid citric Acid citric (2-hydroxy-1,2,3-propanetricarboxylic acid) là một acid hữu cơ có nhiều trong các loại trái cây họ cam chanh. Cấu tạo hóa học của acid citric được biểu diễn ở Hình 1.
Acid citric được sản xuất dưới hai dạng là dạng khan và dạng monohydrate với khối lượng phân tử tương ứng là 192 và 210 (Hartel và cộng sự, 2018). Acid dạng khan được kết tinh từ dung dịch nước nóng thành tinh thể không màu hoặc dạng bột màu trắng. Dạng monohydrate được kết tinh từ dung dịch nước lạnh. Khi đun nóng nhẹ, các tinh thể mất nước ở 70 – 75oC và nóng chảy trong phạm vi 135 -152oC.
Đun nóng nhanh làm mất nước ở 100oC tạo thành tinh thể nóng chảy mạnh ở 153oC (Malveda và cộng sự, 2009). Cấu tạo hóa học của acid citric Một số tính chất vật lý của acid citric được tổng hợp ở Bảng 1. Acid citric có tính hút ẩm, không mùi, dễ tan trong nước (Dean, 1999). Cấu trúc hóa học và các đặc tính của acid (ví dụ: dạng, độ hòa tan, khối lượng phân tử) tác động đến sự lựa chọn acid được sử dụng cho các tính chất đặc trưng trong kẹo cứng (Jarrett, 2012).
Trong quy trình sản xuất kẹo cứng, acid citric thường được bổ sung vào nhằm tạo vị chua nhẹ, cân bằng vị ngọt, tăng cường hương vị cho sản phẩm (Lees, 2012). Ngoài ra, acid citric còn được dùng để nghịch đảo một phần đường sucrose, giúp ngăn chặn sự tái kết tinh của tinh thể đường. Bên cạnh đó, acid citric còn giúp tạo hương vị giống trái cây và giá thành tương đối rẻ nên được ứng dụng rất nhiều trong các sản phẩm kẹo cứng (Hartel và cộng sự, 2018). Các tính chất vật lý của acid citric, dạng khan (Jarrett, 2012) Tính chất Giá trị 8 do an Công thức phân tử C6H8O7 Khối lượng phân tử 192.04 Nhiệt độ nóng chảy, oC 153 Nhiệt độ phân hủy, oC 175 Khối lượng riêng, g/ml 1.665 Năng suất tỏa nhiệt ở 25oC, MJ/mol 1.96 Nhiệt dung dịch, J/g 117 1.
Muối NaCl Muối là tên gọi thường dùng cho NaCl, bao gồm 40% natri và 60% clo theo khối lượng.