Khoa học về chất tạo ngọt

Đường đang là chủ đề nóng hiện nay. Vậy ăn nhiều đường có sao không? Bạn có nên ăn mật ong thay cho đường thông thường? Hoặc sẽ tốt hơn nếu bạn quét siro cây phong hoặc chà là trong bánh nướng của bạn? Và những chất làm ngọt (nhân tạo) đó thì sao, chúng là gì và những chất đó có ổn không?

Điều này có thể trở nên rất khó hiểu, đặc biệt nếu bạn không quen thuộc với tất cả các thuật ngữ. Đây là lúc một số chất hóa học thực phẩm cũ có ích. Nó có thể cho bạn biết các phân tử có trong các sản phẩm nào và có thể giúp bạn phân biệt sự khác biệt giữa các sản phẩm đó. Bởi vì mặc dù chà là và mật ong nghe rất khác với đường, nhưng chúng có rất nhiều điểm tương đồng, về mặt hóa học.

Mặt khác, có những chất tạo ngọt về cơ bản khác với đường thông thường. Chúng có cấu trúc phân tử rất khác nhau.

Bạn sẽ không tìm thấy ở đây cái nào tốt cho bạn và cái nào không. Đây là một câu chuyện phức tạp và nhìn chung khá nhiều sắc thái (nó không phải là đen trắng) mà chúng tôi sẽ để lại cho các chuyên gia sức khỏe thực phẩm. Tuy nhiên, chúng tôi rất giỏi trong lĩnh vực hóa học, đó là những gì chúng tôi sẽ làm ở đây để giúp bạn thực hiện và những gì đang diễn ra trên mảnh đất đường.

Đường là gì?

Hãy bắt đầu xác định đường thực sự là gì. Đường là một nhóm các phân tử có cấu trúc rất giống nhau thuộc nhóm carbohydrat. Carbohydrat là một nhóm lớn các phân tử chỉ được tạo thành từ các nguyên tử carbon, hydro và oxy. Các nguyên tử carbon tạo thành xương sống của carbohydrat với nhiều phân tử oxy khác nhau nằm ở hai bên.

Các nguyên tử carbon tự sắp xếp thành các vòng tròn (gọi là monosaccharide) và các vòng tròn này lại liên kết với nhau để tạo thành các chuỗi dài của các monosaccharide này, tạo thành di-, oligo- và polysaccharid. Những thứ lớn đó là chất xơ và tinh bột. Đó là các loại carbohydrat nhỏ hơn được gọi là đường. Chúng sẽ chỉ bao gồm một hoặc hai vòng nguyên tử carbon (mono- và disaccharide) và chúng hòa tan tốt trong nước.

phân tử sacaroza
Phân tử sucrose, nó có hai vòng: glucose (trái) và fructose (phải) đã liên kết với nhau để trở thành sucrose. Ảnh: Wikipedia

Sucrose

Đường thông thường, loại bạn mua trong túi trong siêu thị là đường sucrose. Phân tử sucrose là một disaccharide, có nghĩa là nó được tạo thành từ hai monosaccharide: glucose & fructose. Sau khi ăn đường sucrose, nó được phân hủy thành glucose và fructose để được hấp thụ trong cơ thể. Hầu hết đường trên thế giới được làm từ củ cải đường (đặc biệt là châu Âu) hoặc đường mía (phổ biến hơn ở châu Mỹ).

Sucrose là một phân tử khá đặc biệt. Một trong những đặc tính chính của nó là cách nó hòa tan trong nước. Đường tan tốt trong nước, nước càng ấm càng tan tốt. Một lượng lớn đường hòa tan trong nước thậm chí sẽ làm tăng nhiệt độ sôi của dung dịch, làm cho dung dịch đường + nước sôi ở nhiệt độ trên 100oC. Nó là thứ cho phép bạn làm tất cả những loại kẹo khác nhau như caramen & giòn.

Đường sữa: lactose

Lactose là đường tự nhiên có trong sữa. Lactose cũng là một disaccharide, tuy nhiên, thay vì được tạo ra từ glucose & fructose, nó được tạo ra từ galactose (một vòng đơn khác) và glucose. Kết quả là vị ngọt của nó thay đổi cũng như hành vi của nó trong cơ thể con người. Nó cần một loại enzym hơi khác để bị phá vỡ so với đường sucrose và những người không có enzym này không dung nạp lactose.

Hỗn hợp đường: mật ong

Trong tự nhiên, bạn sẽ tìm thấy rất nhiều sản phẩm tự nhiên có chứa hỗn hợp các loại đường. Một ví dụ là mật ong. Mật ong chủ yếu bao gồm đường fructose và glucose, các khối xây dựng tương tự như đường sucrose, nhưng chúng không gắn với nhau. Bản thân đường fructose và glucose cũng chỉ là đường bình thường.

phân tử glucose
Phân tử glucose. Ảnh: Wikipedia

Độ ngọt và đường

Đường có vị ngọt, đó là một trong những lý do khiến đường được sử dụng rộng rãi. Nhưng ngọt ngào làm sao? Đó thực sự là một câu hỏi khó trả lời. Không có một thiết bị đo lường nào để đo độ ngọt, giống như nhiệt kế để đo nhiệt độ. Thay vào đó, các nhà khoa học đã sử dụng người để xác định độ ngọt.

Để kiểm tra độ ngọt này người ta phải xếp hạng độ ngọt của các dung dịch đường khác nhau. Cách làm là cho mọi người uống dung dịch đường trong nước, ví dụ 10g đường trong 1 lít. Họ cũng sẽ cung cấp một loạt các nồng độ của một loại đường hoặc chất ngọt khác trong nước (ví dụ: 0,1, 1, 10, 100 g / l). Những người nếm thử sau đó được hỏi rằng dung dịch nào trong số những dung dịch đó có vị ngọt như dung dịch đường ban đầu, tất nhiên không biết họ đang nếm nó là gì.

Nếu nồng độ đường có độ ngọt tương tự chứa 100 g / l thì đó là dấu hiệu cho thấy đường kém ngọt. Bạn cần nhiều hơn dung dịch đường sucrose để có được vị ngọt tương tự. Chính xác thì bạn cần thêm 10 lần nữa. Nếu bây giờ chúng ta nói rằng sucrose có độ ngọt bằng 1, thì độ ngọt của chất thay thế sẽ là 0,1 (= 1/10).

Nếu bạn tìm kiếm các con số về độ ngọt, bạn thường thấy rằng sucrose là 100 (hoặc 1,0) và các loại đường khác có giá trị cao hơn hoặc thấp hơn giá trị của đường. Những loại có giá trị cao hơn thì ngọt hơn, những loại có giá trị thấp hơn thì ít ngọt hơn. Lactose và glucose đều ít ngọt hơn sucrose trong khi fructose có xu hướng ngọt hơn.

Chất ngọt khác

Đường rất ngọt, nhưng chúng không phải là phân tử duy nhất có vị ngọt! Có rất nhiều phân tử ngọt ngoài kia (= chất tạo ngọt) không phải là đường. Ngoài ra, không chỉ có một cấu trúc hóa học tạo ra thứ gì đó ngọt ngào (ví dụ như khác với muối).

Điều gì làm cho một thứ gì đó ngọt ngào thực sự khá phức tạp và liên quan đến một số hóa học và tương tác mạnh mẽ giữa vị giác của bạn và các phân tử ngọt (đọc thêm bài viết về hóa học về chất thay thế đường tại đây).

Khám phá tình cờ

Trong những thập kỷ qua, một loạt các chất tạo ngọt khác đã được phát hiện. Nhìn thấy cách thức tiêu chuẩn cho một thứ gì đó ngọt là khá phức tạp, hầu hết những chất tạo ngọt này thực sự được phát hiện một cách tình cờ

Trong hầu hết các trường hợp, các nhà hóa học làm việc trong phòng thí nghiệm bằng cách nào đó đã liếm ngón tay hoặc chạm vào thức ăn của họ trong khi hoặc sau khi làm việc trong phòng thí nghiệm và nhận thấy chúng rất ngọt ngào! Bằng cách kiểm tra lại những gì họ đã làm, họ đã tìm ra nguyên nhân gây ra sự ngọt ngào. (Tầm quan trọng của việc ghi chép tốt trong khi bạn làm việc!)

Cấu trúc hóa học của aspartame, rõ ràng rất khác so với cấu trúc của sucrose! Ảnh: Wikipedia

Một số hợp chất được phát hiện này ngọt hơn rất nhiều so với đường! Aspartame, saccharin và sucralose đều là những ví dụ về điều này, chúng ngọt hơn đường hơn 100 lần. Nói cách khác, bạn cần ít hơn một phần trăm lượng đường thông thường để tạo ra một thứ gì đó có vị ngọt như ý.

Đường nhân tạo và đường tự nhiên

Vì hầu hết những khám phá tình cờ này được thực hiện trong phòng thí nghiệm hóa học nên chúng có xu hướng là đường nhân tạo. Nói cách khác, các thành phần không có xu hướng xuất hiện trong tự nhiên và chúng được tạo ra bởi con người. Tuy nhiên, thiên nhiên cũng đã tạo ra các thành phần khác có vị ngọt và không phải là đường. 

Cấu trúc chung của các thành phần này là protein hoặc cái gọi là glycoside. Những loại cấu trúc này dường như có thể có những đặc tính cần thiết để trở nên ngọt ngào. Một lần nữa, điều đó không có nghĩa là tất cả các loại protein đều ngọt, điều tốt là không, hoặc thịt hoặc pho mát của bạn cũng sẽ ngọt.

Một ví dụ rất phổ biến về một loại đường tự nhiên là stevia có chứa hai glycoside. Một chất khác là glycyrrhizin có tự nhiên trong cam thảo.

Rượu (alcohol) đường

Ngoài những khám phá tình cờ này còn có một nhóm phân tử khác có độ ngọt khá giống đường thông thường (theo quan điểm của nhà hóa học). Đây là những cái gọi là rượu đường. Ví dụ như xylitol, mannitol và sorbitol. Hầu hết (ngoại trừ xylitol) ít ngọt hơn sucrose. Một nhược điểm lớn của chúng là khi bạn ăn chúng với số lượng lớn, chúng có thể làm nhuận tràng hoặc gây ra các loại vấn đề về đường ruột.

phân tử xylitol, một loại rượu đường
Xylitol, một loại rượu đường. Ảnh: Wikipedia

Tại sao sử dụng chất tạo ngọt thay vì đường?

Lý do chính để ngành công nghiệp tránh sử dụng đường là để giảm hàm lượng calo trong thực phẩm. Nói cách khác, lượng năng lượng bạn nạp vào khi ăn đường. Đường là nguồn cung cấp năng lượng dồi dào cho cơ thể bạn. Tuy nhiên, hầu hết các chất ngọt này hầu như không chứa bất kỳ năng lượng nào cho cơ thể. Cơ thể thường không thể tiêu hóa chúng để giải phóng năng lượng.

Ngăn chặn phản ứng hóa học

Đường thông thường có một đặc tính khác mà không phải lúc nào bạn cũng mong muốn: chúng tham gia vào khá nhiều phản ứng hóa học. Nếu bạn không muốn những điều này xảy ra, sử dụng chất tạo ngọt có thể là một giải pháp thay thế tốt.

Một nhóm các loại đường này, được gọi là đường khử, sẽ tham gia vào phản ứng Maillard. Đây là phản ứng giữa đường và protein khiến thực phẩm chuyển sang màu nâu (ví dụ như bánh mì hoặc thịt của bạn). Nó tăng tốc ở nhiệt độ cao hơn nhưng ngay cả ở nhiệt độ phòng, nó có thể làm thực phẩm chuyển sang màu nâu, có thể là trong một khoảng thời gian dài (vài tháng).

Hầu như tất cả các loại đường cũng có thể dùng làm thức ăn cho các vi sinh vật. Nếu bạn muốn làm ngọt đồ uống có cồn của mình (có chứa nấm men), bạn không thể thêm những loại đường này vì nấm men sẽ sống lại và bắt đầu lên men đường thành rượu trở lại. Do đó, đôi khi bạn sẽ tìm thấy chất ngọt được thêm vào đồ uống có cồn.

Giảm lượng đường trong thực phẩm và đồ uống

Mặc dù có rất nhiều cách để làm ngọt thực phẩm và đồ uống. Không phải lúc nào cũng dễ dàng thay thế đường bằng một chất tạo ngọt khác. Điều đó dễ dàng như thế nào tùy thuộc vào thực phẩm hoặc đồ uống bạn đang cố gắng thay đổi. Độ pH (tính axit) của thực phẩm hoặc đồ uống rất quan trọng vì độ pH thường có thể ảnh hưởng đến các phân tử khác và mùi vị của chúng. 

Ngoài ra, đường có thể không chỉ có trong thức ăn hoặc đồ uống để làm ngọt nó. Nó cũng có thể là một phần cấu trúc của thực phẩm (như trường hợp bánh trứng đường & caramen chẳng hạn). Chỉ cần loại bỏ đường và thay thế bằng một chất tạo ngọt khác sẽ giữ được vị ngọt, nhưng bạn có thể sẽ lấy đi một phần ba khối lượng của mình. Điều này sẽ tạo ra một sản phẩm hoàn toàn khác.

Điều đó nói rằng, trong các sản phẩm khác, nó dễ dàng. Nếu đường chỉ ở đó để tạo ra thứ gì đó ngọt ngào, ví dụ như một lớp đường bao quanh ngũ cốc của bạn. Bạn chỉ cần lấy lớp phủ đó ra. Ngoài việc mọi người có thể không thích nó hơn một chút (thích phiên bản có đường hơn) thì sản phẩm vẫn sẽ hoạt động.

Tương lai của đường & chất làm ngọt

Nếu không đi sâu vào các cuộc thảo luận về sức khỏe về đường và chất tạo ngọt, không phải lĩnh vực chuyên môn của tôi, chắc chắn sẽ có rất nhiều nghiên cứu tiếp tục về đường trong những năm tới.

Xem như hầu hết các chất làm ngọt nhân tạo của chúng ta đã thực sự được phát hiện một cách tình cờ, rất có thể có thứ gì đó ngọt ngào đang ẩn giấu ở đó!

Bài viết đến đây là hết rồi. Hi vọng sẽ giúp ích cho các bạn phần nào trong tương lai. Lần sau nếu có ai hỏi về chủ đề này thì hãy nhớ về hóa học đằng sau chúng nhé!

Tham khảo Foodcrumbles.

Đăng ký Bản tin
BÀI ĐĂNG MỚI

Đăng ký danh sách gửi thư của chúng tôi và nhận những nội dung thú vị và cập nhật vào hộp thư đến email của bạn.

Cảm ơn bạn đã đăng ký.

Đã xảy ra lỗi.

Share: