Từ hạt gạo thành mạch nha, từ cá cơm thành nước mắm, từ đậu nành thành nước tương, từ sữa thành sữa công thức giảm dị ứng, từ tinh bột sắn thành siro glucose: phía sau mỗi chuyển hóa ấy là sự thủy phân. Đây là một trong những phản ứng quan trọng nhất của hóa học thực phẩm, có thể là công cụ tạo ra sản phẩm giá trị cao, nhưng cũng là nguyên nhân gây hư hỏng.

Sự thủy phân là gì?

Thủy phân (hydrolysis) là phản ứng cắt đứt liên kết hóa học bằng cách gắn thêm một phân tử nước. Trong thực phẩm, ba loại liên kết thường bị thủy phân:

  • Liên kết glycoside trong carbohydrate: tinh bột, saccharose, lactose → đường đơn.
  • Liên kết peptide trong protein → peptide và axit amin tự do.
  • Liên kết este trong chất béo → glycerol và axit béo tự do.

Ba cách thủy phân

  • Thủy phân bằng axit: dùng HCl hoặc axit khác ở nhiệt độ cao. Nhanh, rẻ nhưng kém chọn lọc, có thể phá hủy một số axit amin (tryptophan), tạo sản phẩm phụ không mong muốn.
  • Thủy phân bằng kiềm: ít dùng trong thực phẩm vì có thể tạo hợp chất như lysinoalanine và làm racemic hóa axit amin.
  • Thủy phân bằng enzyme: dùng amylase, protease, lipase, lactase… Điều kiện êm dịu, chọn lọc cao, kiểm soát được mức độ thủy phân; là xu hướng chính hiện nay. Enzyme cũng có sẵn trong nguyên liệu hoặc do vi sinh vật sinh ra trong quá trình lên men.

Thủy phân carbohydrate

Tinh bột thành siro và maltodextrin

Tinh bột được hồ hóa, dịch hóa bằng alpha-amylase, rồi đường hóa bằng glucoamylase, beta-amylase hoặc pullulanase. Mức độ thủy phân được đo bằng đương lượng dextrose (DE): maltodextrin có DE dưới 20, siro glucose có DE từ 20 trở lên, dextrose tinh thể gần 100. DE càng cao thì càng ngọt, càng hút ẩm, độ nhớt càng thấp và tham gia hóa nâu càng mạnh. Siro glucose có thể được đồng phân hóa bằng enzyme thành siro giàu fructose.

Đường nghịch đảo

Saccharose bị thủy phân bằng axit hoặc enzyme invertase thành hỗn hợp glucose và fructose gọi là đường nghịch đảo (invert sugar). Đường nghịch đảo ngọt hơn, chống kết tinh, giữ ẩm tốt, dùng trong kẹo, bánh, mứt, đồ uống. Mật ong tự nhiên chủ yếu là đường nghịch đảo.

Lactose

Enzyme lactase thủy phân lactose thành glucose và galactose, tạo sữa không lactose cho người không dung nạp lactose, đồng thời làm sữa ngọt hơn mà không cần thêm đường.

Chất xơ và mạch nha

Thủy phân cellulose, hemicellulose, pectin bằng enzyme giúp tăng hiệu suất ép nước quả, làm trong nước ép; mạch nha truyền thống dùng enzyme từ thóc nảy mầm để thủy phân tinh bột gạo nếp.

Thủy phân protein

  • Nước mắm: enzyme có sẵn trong cá và vi sinh vật thủy phân protein cá trong môi trường muối cao suốt nhiều tháng, tạo axit amin, peptide cho vị umami và độ đạm. Chỉ tiêu độ đạm nước mắm chính là thước đo kết quả thủy phân.
  • Nước tương: nước tương lên men truyền thống thủy phân protein đậu nành bằng enzyme của nấm mốc Aspergillus. Nước tương thủy phân bằng axit (HVP) sản xuất nhanh hơn nhưng có nguy cơ tạo 3-MCPD, chất bị giới hạn rất nghiêm ngặt; vấn đề này từng gây chú ý lớn tại Việt Nam vào năm 2007.
  • Đạm thủy phân trong sữa công thức: protein sữa được thủy phân một phần hoặc thủy phân sâu để giảm khả năng gây dị ứng cho trẻ có nguy cơ hoặc đã dị ứng đạm sữa bò.
  • Đạm thủy phân cho thể thao, y học: peptide nhỏ được hấp thu nhanh.
  • Collagen peptide: thủy phân gelatin thành peptide nhỏ, tan tốt, không tạo gel.
  • Chiết xuất nấm men, chất điều vị: thủy phân protein nấm men tạo vị umami tự nhiên.

Mức độ thủy phân protein được biểu thị bằng DH (degree of hydrolysis), tỷ lệ liên kết peptide bị cắt. DH tăng làm tăng độ tan, giảm độ nhớt, giảm tính tạo gel, nhưng có thể tạo vị đắng do peptide kỵ nước. Chọn enzyme và kiểm soát DH là chìa khóa để cân bằng chức năng và hương vị.

Thủy phân chất béo

  • Ôi hóa thủy phân: lipase (từ nguyên liệu hoặc vi sinh vật) hoặc nước ở nhiệt độ cao cắt chất béo thành axit béo tự do. Với chất béo chứa axit béo mạch ngắn như bơ sữa, dầu dừa, axit butyric, caproic tự do gây mùi ôi khó chịu. Đây là một dạng của sự ôi hóa, khác với oxy hóa chất béo.
  • Dầu chiên: nước từ thực phẩm thủy phân dầu ở nhiệt độ cao, làm tăng axit béo tự do, giảm điểm bốc khói. Chỉ số axit là chỉ tiêu theo dõi chất lượng dầu chiên.
  • Cám gạo: lipase hoạt động mạnh ngay sau xay xát, cần ổn định cám bằng nhiệt trong vài giờ.
  • Thủy phân có lợi: lipase tạo hương đặc trưng cho phô mai xanh, phô mai Ý; sản xuất mono- và diglyceride, axit béo cho công nghiệp.

Kiểm soát thủy phân không mong muốn

  • Bất hoạt enzyme bằng nhiệt: chần rau quả, ổn định cám gạo, thanh trùng sữa.
  • Giảm hoạt độ nước, vì thủy phân cần nước.
  • Bảo quản lạnh, kiểm soát vi sinh vật sinh enzyme.
  • Kiểm soát pH và nhiệt độ trong đồ uống axit có saccharose, vì saccharose bị thủy phân dần khi bảo quản, làm thay đổi độ ngọt và tham gia hóa nâu.

Câu hỏi thường gặp

Thủy phân có giống tiêu hóa không? Về bản chất hóa học, tiêu hóa chính là thủy phân bằng enzyme trong hệ tiêu hóa. Thực phẩm đã thủy phân trước vì vậy dễ tiêu hóa và hấp thu hơn.

“Đạm thủy phân” trên nhãn có phải là chất phụ gia? Thường không. Protein thủy phân được xem là thành phần thực phẩm, nhưng cần ghi rõ nguồn gốc (sữa, đậu nành, lúa mì) vì vẫn có thể chứa chất gây dị ứng.

Thuật ngữ liên quan

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