Margarine để lâu bị lợn cợn, sạn như cát; sô-cô-la xuất hiện lớp trắng xám; shortening làm bánh mất khả năng đánh bông kem. Nguyên nhân chung của nhiều lỗi chất lượng này nằm ở cấp độ tinh thể: hiện tượng đa hình của chất béo. Hiểu và kiểm soát đa hình là chìa khóa trong sản xuất margarine, shortening, sô-cô-la, kem phủ và nhiều sản phẩm chứa chất béo rắn.

Hiện tượng đa hình là gì?

Đa hình (polymorphism) là khả năng của một chất kết tinh thành nhiều dạng tinh thể khác nhau, có cùng thành phần hóa học nhưng cách sắp xếp phân tử khác nhau. Mỗi dạng tinh thể có điểm nóng chảy, mật độ, độ bền và hình thái riêng. Trong chất béo, các phân tử triglyceride có thể xếp chồng theo nhiều kiểu, tạo nên các dạng đa hình chính ký hiệu là α (alpha), β′ (beta phẩy) và β (beta).

Ba dạng đa hình chính của chất béo

  • Dạng α: cấu trúc lục giác, phân tử sắp xếp lỏng lẻo nhất; điểm nóng chảy thấp nhất, kém bền nhất; hình thành khi làm lạnh nhanh chất béo nóng chảy và nhanh chóng chuyển sang dạng bền hơn.
  • Dạng β′: cấu trúc trực thoi, độ bền trung gian; tinh thể nhỏ, mịn, dạng kim, tạo mạng lưới giữ được nhiều dầu lỏng và không khí. Đây là dạng mong muốn trong margarine, shortening, kem phủ, cho cấu trúc mịn, bóng, dẻo, khả năng đánh bông tốt.
  • Dạng β: cấu trúc tam tà, sắp xếp chặt nhất, điểm nóng chảy cao nhất, bền nhất; tinh thể lớn, thô, có thể gây cảm giác sạn, bề mặt xỉn, tách dầu trong margarine. Riêng với bơ cacao, một dạng β (dạng V) lại là dạng mong muốn.

Sự chuyển dạng luôn diễn ra theo chiều từ dạng kém bền sang dạng bền hơn (α → β′ → β), không theo chiều ngược lại trừ khi nấu chảy hoàn toàn và kết tinh lại. Tốc độ chuyển phụ thuộc vào nhiệt độ, thành phần chất béo và dao động nhiệt độ khi bảo quản.

Xu hướng tinh thể của các loại dầu

  • Dầu có xu hướng ổn định ở dạng β′: dầu cọ, dầu bông, mỡ bò, chất béo sữa. Đó là lý do dầu cọ và các phân đoạn của nó được dùng rộng rãi làm thành phần rắn trong margarine, shortening.
  • Dầu có xu hướng chuyển sang dạng β: dầu đậu nành, dầu hướng dương, dầu cải, dầu ngô sau hydro hóa, mỡ lợn. Khi dùng các chất béo này, nhà sản xuất cần phối trộn với chất béo có xu hướng β′, dùng chuyển ester hóa hoặc phụ gia để làm chậm chuyển dạng.

Xu hướng tinh thể phụ thuộc vào sự đa dạng của các triglyceride: chất béo có thành phần triglyceride đa dạng, chiều dài chuỗi axit béo khác nhau thường ổn định ở dạng β′; chất béo có thành phần đồng nhất dễ xếp chặt thành dạng β.

Đa hình của bơ cacao

Bơ cacao có thành phần triglyceride tương đối đồng nhất (chủ yếu POP, POS, SOS) nên có tới sáu dạng đa hình, ký hiệu I đến VI. Dạng V (một dạng β) cho sô-cô-la độ bóng, độ giòn và tan chảy ở nhiệt độ miệng; quá trình ủ nhiệt sô-cô-la nhằm tạo ra dạng tinh thể này. Chuyển dạng từ V sang VI theo thời gian là một nguyên nhân gây nở hoa chất béo.

Ảnh hưởng đến sản phẩm

  • Margarine, chất béo phết: chuyển từ β′ sang β làm sản phẩm sạn, cứng, tách dầu, mất bóng.
  • Shortening làm bánh: tinh thể β′ giữ bọt khí tốt khi đánh kem với đường, giúp bánh xốp; tinh thể β làm giảm khả năng đánh bông.
  • Kem phủ, nhân bánh, sô-cô-la phủ: ảnh hưởng độ bóng, độ giòn, khả năng chịu nhiệt khi vận chuyển, nở hoa chất béo.
  • Bơ sữa, kem whipping: trạng thái tinh thể chất béo trong giọt béo quyết định khả năng đánh bông và độ bền của bọt.
  • Thực phẩm dinh dưỡng, dược phẩm: đa hình của chất béo dùng làm nền ảnh hưởng đến tốc độ giải phóng hoạt chất trong vi bao.

Kiểm soát đa hình

  • Thiết kế công thức chất béo: chọn và phối trộn chất béo có xu hướng β′, chuyển ester hóa để đa dạng hóa triglyceride.
  • Quy trình kết tinh: làm lạnh nhanh trong thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt cạo, kết hợp khuấy (cường độ cơ học) để tạo nhiều mầm tinh thể nhỏ; giai đoạn ổn định (tempering) ở nhiệt độ kiểm soát sau khi đóng gói margarine, shortening.
  • Phụ gia ức chế chuyển dạng: một số chất nhũ hóa như sorbitan tristearate, este polyglycerol, lecithin có thể làm chậm chuyển dạng β′ → β.
  • Bảo quản: nhiệt độ ổn định, tránh dao động nóng – lạnh lặp lại, đặc biệt quan trọng ở khí hậu nhiệt đới.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nhiễu xạ tia X (XRD): phương pháp chuẩn để nhận diện dạng đa hình qua khoảng cách đặc trưng giữa các mặt tinh thể.
  • Nhiệt lượng quét vi sai (DSC): đo điểm nóng chảy, nhiệt nóng chảy, theo dõi chuyển dạng khi gia nhiệt.
  • Kính hiển vi ánh sáng phân cực: quan sát hình thái, kích thước tinh thể.
  • Cộng hưởng từ hạt nhân xung (pNMR): đo hàm lượng chất béo rắn (SFC) ở các nhiệt độ.

Đa hình ngoài chất béo

Hiện tượng đa hình còn gặp ở đường (lactose dạng α, β và vô định hình), tinh bột (dạng A, B, C), muối, dược chất, ảnh hưởng đến độ hòa tan, độ hút ẩm, khả năng đóng bánh và sinh khả dụng.

Câu hỏi thường gặp

Margarine bị sạn có hỏng không? Không gây hại cho sức khỏe; đó là thay đổi cấu trúc tinh thể làm giảm chất lượng cảm quan. Nguyên nhân thường do công thức hoặc bảo quản ở nhiệt độ dao động.

Vì sao dầu cọ quan trọng với ngành margarine? Vì dầu cọ có xu hướng kết tinh ổn định ở dạng β′, giúp tạo cấu trúc mịn, dẻo mà không cần hydro hóa.

Thuật ngữ liên quan

Đọc thêm: Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Là Gì? Tổng Quan A-Z