Sữa, kem, mayonnaise, nước sốt salad, bơ, margarine, kem cà phê, đồ uống có hương cam, xúc xích, chả lụa: tất cả đều là nhũ tương hoặc có cấu trúc nhũ tương. Đây là một trong những hệ keo quan trọng nhất trong thực phẩm, quyết định độ béo, độ mịn, màu sắc, độ bền và cả khả năng mang hương, mang vitamin tan trong dầu của sản phẩm.

Nhũ tương là gì?

Nhũ tương là hệ phân tán gồm hai chất lỏng không hòa tan vào nhau (thường là dầu và nước), trong đó một chất lỏng phân tán thành các giọt nhỏ (pha phân tán) trong chất lỏng kia (pha liên tục). Kích thước giọt thường từ khoảng 0,1 đến 100 µm. Vì dầu và nước có sức căng bề mặt phân cách lớn, nhũ tương về bản chất là không bền nhiệt động học: theo thời gian chúng luôn có xu hướng tách thành hai lớp. Nhiệm vụ của nhà công nghệ là làm cho quá trình này chậm đến mức sản phẩm ổn định trong suốt hạn sử dụng.

Phân loại

  • Dầu trong nước (O/W): giọt dầu phân tán trong nước. Ví dụ sữa, kem, mayonnaise, sữa đậu nành, nước cốt dừa, đồ uống nhũ tương hương liệu. Cảm giác “nước”, pha loãng được bằng nước.
  • Nước trong dầu (W/O): giọt nước phân tán trong dầu hoặc chất béo. Ví dụ bơ, margarine, chất béo phết bánh. Cảm giác béo, pha loãng được bằng dầu.
  • Nhũ tương kép (W/O/W, O/W/O): giọt trong giọt; dùng để giảm béo, vi bao chất tan trong nước.
  • Nano nhũ tương: giọt dưới khoảng 100–200 nm, trong suốt hoặc trong mờ, bền với lắng; dùng cho đồ uống trong có vitamin, hương liệu tan dầu.
  • Nhũ tương Pickering: được ổn định bằng hạt rắn hấp phụ trên bề mặt giọt thay vì chất nhũ hóa phân tử; hướng nghiên cứu cho sản phẩm nhãn sạch.

Mayonnaise là ví dụ đặc biệt: hàm lượng dầu khoảng 70–80% nhưng vẫn là nhũ tương dầu trong nước, nhờ các giọt dầu bị nén chặt vào nhau, tạo cấu trúc đặc như gel.

Tạo nhũ tương

Để tạo nhũ tương cần năng lượng cơ học phá dầu thành giọt nhỏ và chất nhũ hóa bao phủ bề mặt giọt mới tạo. Thiết bị gồm máy khuấy tốc độ cao, máy nghiền keo, máy đồng hóa áp lực cao, máy siêu âm, thiết bị vi lưu. Giọt càng nhỏ, nhũ tương càng bền và càng trắng đục.

Vai trò của chất nhũ hóa

Chất nhũ hóa là phân tử có cả phần ưa nước và phần ưa dầu. Chúng hấp phụ lên bề mặt phân cách dầu – nước, làm giảm sức căng bề mặt, giúp tạo giọt dễ hơn, và tạo lớp bảo vệ ngăn giọt hợp nhất.

  • Chất nhũ hóa phân tử nhỏ: lecithin (E322), mono- và diglyceride (E471), este sucrose, polysorbate. Hiệu quả giảm sức căng bề mặt tốt, di chuyển nhanh.
  • Protein: casein, whey, protein trứng, protein đậu nành, gelatin. Tạo màng bề mặt dày, nhớt đàn hồi, ổn định bằng lực đẩy tĩnh điện và lập thể.
  • Polysaccharide hoạt động bề mặt: gum Ả Rập, tinh bột OSA (E1450), pectin củ cải đường; dùng phổ biến cho nhũ tương hương liệu đồ uống.

Chỉ số HLB (cân bằng ưa nước – ưa dầu, do Griffin đề xuất) giúp chọn chất nhũ hóa: HLB thấp (khoảng 3–6) thích hợp cho nhũ tương nước trong dầu, HLB cao (khoảng 8–18) cho nhũ tương dầu trong nước. Trong thực tế, thường phối hợp hai chất nhũ hóa có HLB khác nhau để đạt hiệu quả tốt nhất.

Các cơ chế mất ổn định

  • Nổi kem hoặc lắng (creaming, sedimentation): giọt dầu nhẹ hơn nổi lên do chênh lệch khối lượng riêng. Theo định luật Stokes, tốc độ nổi tỷ lệ với bình phương bán kính giọt và tỷ lệ nghịch với độ nhớt pha liên tục.
  • Kết bông (flocculation): các giọt dính vào nhau thành cụm nhưng vẫn giữ màng riêng; có thể thuận nghịch.
  • Hợp giọt (coalescence): màng giữa hai giọt vỡ, giọt nhập thành giọt lớn hơn; không thuận nghịch, dẫn đến tách dầu.
  • Hợp giọt một phần (partial coalescence): xảy ra khi giọt có tinh thể chất béo; là cơ chế cần thiết khi đánh kem, làm kem lạnh, nhưng là lỗi trong kem cà phê.
  • Chín Ostwald (Ostwald ripening): phân tử dầu khuếch tán từ giọt nhỏ sang giọt lớn; quan trọng với dầu có độ tan nhất định trong nước như tinh dầu hương liệu.
  • Đảo pha (phase inversion): nhũ tương dầu trong nước chuyển thành nước trong dầu; là cơ chế cố ý khi đánh bơ từ kem.

Cách ổn định nhũ tương

  • Giảm kích thước giọt bằng đồng hóa.
  • Chọn chất nhũ hóa phù hợp và đủ lượng để phủ toàn bộ bề mặt giọt.
  • Tăng độ nhớt pha liên tục bằng chất ổn định, hydrocolloid như xanthan gum, CMC, carrageenan.
  • Cân bằng khối lượng riêng: trong đồ uống, thêm chất làm nặng (weighting agent) như SAIB, este gum vào pha dầu để giảm nổi vòng dầu.
  • Kiểm soát pH và muối: protein mất khả năng ổn định gần điểm đẳng điện vì mất lực đẩy tĩnh điện.
  • Kiểm soát nhiệt độ và đông lạnh: đông lạnh có thể làm vỡ nhũ tương do tinh thể đá và tinh thể chất béo.
  • Chống oxy hóa: bề mặt giọt rất lớn làm tăng nguy cơ oxy hóa chất béo, cần chất chống oxy hóa, chelat kim loại.

Đánh giá nhũ tương

  • Phân bố kích thước giọt bằng tán xạ laser, tán xạ ánh sáng động.
  • Thế zeta, đánh giá lực đẩy tĩnh điện giữa các giọt.
  • Quan sát kính hiển vi.
  • Thử nghiệm ly tâm, bảo quản gia tốc ở nhiệt độ cao, chu kỳ nóng – lạnh.
  • Thiết bị phân tích tán xạ ngược ánh sáng theo chiều cao mẫu để phát hiện sớm sự nổi kem.

Câu hỏi thường gặp

Vì sao sốt mayonnaise tự làm bị “tách”? Thường do thêm dầu quá nhanh khi chưa có đủ nhũ tương ban đầu, nhiệt độ nguyên liệu chênh lệch, hoặc lòng đỏ trứng không đủ cho lượng dầu. Có thể cứu bằng cách cho một lòng đỏ mới vào bát và thêm từ từ hỗn hợp bị tách.

Vì sao sữa tươi không đồng hóa có lớp váng? Giọt béo trong sữa tươi lớn (vài micromet) nên nổi lên thành lớp kem. Đồng hóa giảm kích thước giọt xuống dưới khoảng 1 µm, giúp sữa đồng nhất suốt hạn dùng.

Thuật ngữ liên quan

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