HÓA HỌC THỰC PHẨM HOÀNG KIM ANH

Chắc trong chúng ta ai cũng ít nhất hơn một lần đã vào siêu thị. Bạn thử quan sát, làm phép thông kê và so sánh: tỉ ỉệ giữa thức ăn, nước uống đã qua chế biến, đóng gói trong bao bì so với thực phẩm tươi sông chưa qua chế biến trền các quầy hàng là bao nhiêu? Tuy chưa có số liệu chính xác nào được đưa ra nhưng người ta ước tính rằng khoảng 75% lượng thực phẩm tiêu thụ hàng ngày của con người hiện nay là loại thực phẩm đă qua chế ưiến và đóng gói sẵn tức là thực phẩm công nghiệp. Từ đó chúng ta dễ dàng hình dung ra sự kỳ vĩcủa ngành công nghiệp thực phẩm ngày nay.Hóa học thực phẩm chính là những kiến thức cơ sở, những kiến thức hết sức quan trọng cno các bạn sinh viên, các nhà nghiên cứu, các nhà sản xuất... hoạt áộng trong lĩnh vực công nghiệp thực phẩm đo cung cấp những thông tin, kiến thức về cấu tạo, tính chất củả các hợp phần trong thực phẩm cũng như sự tương tác giữa các hợp phần và quá trình biến đổi của chúng trong khi chế biến, bảo quản. Đó cũng chính là cơ sở đầu tiên dể xây dựng các qui trình công nghệ chế biến nhiều loại nguyên liệu nông sản và sản xuất các mặt hàng thực phẩm.Xuất phát từ ahu cầu thiết thực hiện nay cũng như từ những trải nghiệm, tâm huyết... trong quá trình nghiên cứu, giảng dạy, tuy thời gian có hạn nhưng chúng tôi vẫn mạnh dạn biên soạn cuốn sách này cho dù thựcsự đỏi chỗ tự thấy vẫn còn có thiếu sót hay hạn chế. Rất mong sự lượng thứ và góp ý của bạn đọc để lần tái bản được tốt hơn.Trong lần xuất bản này, cuồn sách đề cập tới những nội dung chính sau:+ Cấu tạo, các tính chất vật lý, hóa học, cảm quan, các tính chất chức năng của các hợp phần chính trong thực phẩm như nước, protein, glucid, lipid, vitamin, khoáng chất...+ Các biến đổi hóa học xảy ra trong quá trình chế biến và bảo quản nhằm cung cấp cho bạn đọc những kiến thức cần thiết để điều chỉnh các quá trình công nghệ theo hướng có lợi nhất cho chất lượng sản phẩm..+ Các phương pháp biến tính tinh bột và protein nhằm cải tiến chất lượng, tạo ra các sản phẩm phù hợp hơn trong các ứng dụng công nghiệp...Chúng tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Xích Liên, người đã có những ý kiến đóng góp quí báu và cung cấp cho chúng tôi những tài liệu tham khảo có giá trị. Chúng tôi cũng xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp... đã luôn động viên, khích lệ trong suốt thời gian qua. Xin chân thành cảm ơn Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật đã tạo điều kiện để cuốn sách sớm ra m ắt bạn đọc.

mÙHỶ ố-ổytt <tã cCếtt véc t^ur viện CẴX, CÔ4

Xin vui lòng: "

• Không xé sách Không gạch, viết, vẽ lên sách H

0

À

N G

K

1

M

A N H

THU VIEN DAI HOC NHA T R A N G

1 0 0 0 0 1 6 4 7 5

^ H Ẩ M

NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT

Tiến sỹ HOÀNG KIM ANH

LỜI NÓI ĐẦU

Chắc trong chúng ta ai cũng ít nhất hơn một lần

đã vào siêu thị Bạn thử quan sát, làm phép thông kê và

so sánh: tỉ ỉệ giữa thức ăn, nước uống đã qua chế biến, đóng gói trong bao bì so với thực phẩm tươi sông chưa qua chế biến trền các quầy hàng là bao nhiêu? Tuy chưa

có số liệu chính xác nào được đưa ra nhưng người ta ước tính rằng khoảng 75% lượng thực phẩm tiêu thụ hàng ngày của con người hiện nay là loại thực phẩm đă qua chế ưiến và đóng gói sẵn - tức là thực phẩm công

nghiệp Từ đó chúng ta dễ dàng hình dung ra sự kỳ vĩ

của ngành công nghiệp thực phẩm ngày nay

Hóa học thực phẩm chính là những kiến thức cơ

sở, những kiến thức hết sức quan trọng cno các bạn sinh viên, các nhà nghiên cứu, các nhà sản xuất hoạt áộng trong lĩnh vực công nghiệp thực phẩm đo cung cấp những thông tin, kiến thức về cấu tạo, tính chất củả các hợp phần trong thực phẩm cũng như sự tương tác giữa các hợp phần và quá trình biến đổi của chúng trong khi chế biến, bảo quản Đó cũng chính là cơ sở đầu tiên dể xây dựng các qui trình công nghệ chế biến nhiều loại nguyên liệu nông sản và sản xuất các m ặt hàng thực phẩm

Xuất phát từ ahu cầu thiết thực hiện nay cũng như từ những trải nghiệm, tâm huyết trong quá trìn h nghiên cứu, giảng dạy, tuy thời gian có hạn nhưng chúng tôi vẫn m ạnh dạn biên soạn cuốn sách này cho dù thực

sự đỏi chỗ tự th ấy vẫn còn có thiếu sót hay hạn chế Rất mong sự lượng thứ và góp ý của bạn đọc để lần tái bản được tố t hơn.

Trong lần xuất bản này, cuồn sách đề cập tới những nội dung chính sau:

+ Cấu tạo, các tính chất vật lý, hóa học, cảm quan, các tín h chất chức năng của các hợp phần chính trong thực phẩm như nước, protein, glucid, lipid, vitam in, khoáng chất

+ Các biến đổi hóa học xảy ra trong quá trìn h chế biến và bảo quản nhằm cung cấp cho bạn đọc những kiến thức cần th iết để điều chỉnh các quá trình công nghệ theo hướng có lợi n h ất cho chất lượng sản phẩm

+ Các phương pháp biến tính tinh bột và protein nhằm cải tiến chất lượng, tạo ra các sản phẩm phù hợp hơn trong các ứng dụng công nghiệp

Chúng tôi xin chân th àn h cảm ơn PGS.TS Nguyễn Xích Liên, người đã có những ý kiến đóng góp quí báu và cung cấp cho chúng tôi những tài liệu tham khảo có giá trị Chúng tôi cũng xin bày tỏ lời cảm ơn sâu

sắc tới các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp đã luôn

động viên, khích lệ trong suốt thời gian qua Xin chân thành cảm ơn Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật đã tạo điều kiện để cuốn sách sớm ra m ắt bạn đọc

Chương 1

Nước

1.1 Giới thiệu chung

Nước là th àn h phần chính trong nhiều loại thực phẩm Nước có thể là môi trường hỗ trợ cho các phản ứng hoá học xảy ra, hay là chất trực tiếp tham gia vào phản ứng như phản ứng thuỷ phân Vì thế, loại bổ nước hay liên kết với chúng bằng cách tăng nồng độ muôi hay đường có thể làm chậm nhiều phản ứng cũng như hạn chế sự phát triển của vi sinh vật, nhờ vậy có thể tăng thời hạn sử dụng của nhiều loại thực phẩm

Nước là th àn h phần quan trọng tạo nên cấu trúc cho rau quả tươi Nước cũng tham gia vào việc tạo cấu trúc và trạn g thái của các sản phẩm thực phẩm chế biến Thông qua các tương tác vật lý với protein, polysaccharide, lipid và muôi, nước góp phần quan trọng trong việc tạo nên cấu trúc cũng như tăng cường chất lượng cảm quan của thực phẩm Tương tác giữa nước với các nhóm chức của protein giúp protein có thể tạo được độ nhớt và độ hòa tan n h ấ t định Nước ảnh hưởng đến khả năng tạo gel, tạo bọt, tạo nhũ tương của protein Ngoài ra, nước còn là chất hóa dẻo tinh bột, tạo độ dai, độ dẻo, độ trong, tạo màng, tạo sợi cho nhiều sản phẩm thực phẩm

Bảng 2.7 Hàm lượng nước trong một số thực phẩm

1.2 Cấu tạo của nước

1.2.1 P h â n tử nước

Câu tạo của phân tử nước đơn phân là một hình tam giác cân, đỉnh là h ạ t nhân nguyên tử oxy, hai góc của đáy là hai proton, góc giữa hai liên kết O-H bằng 104,5° Độ dài giữa h ạ t nhân của nguyên tử oxy và hydro trong liên kết O-H bằng 0,96A,J Đám mây điện tử trong phân tử nước hình th à n h do sự phôi hợp của năm cặp diện tử của các nguyên tử oxy và hydro: một cặp bên trong bao quanh h ạ t

n h ân oxy, hai cặp bên ngoài phân bô" không đều nhau và lệch về phía n h ân oxy, hai cặp điện tử dư của oxy (không đem góp chung với hydro) Như vậy, phân tử nước có bô'n cực điện tích, trong đó hai cực âm tương ứng với các cặp điện tử

dư của oxy, hai cực dương tương ứng với hai nhân của nguyên tử hydro có m ật độ điện tử thấp

Trong các phân tử nước, ngoài nước đơn giản H2O còn

có các phân tử nước lien hợp (H‘20 ) x Sô' phân tử nước đơn gian ( X ) trong nước liôn hợp phụ thuộc vào trạ n g th ái của nước

H ình 1,1 Cấu trúc của phân tử nước

Liên kết hydro Cấu trúc của đám mây điện tử Phân bố các cực diện tích

H ình 1.2 Liên hợp dạng khối tứ diện của các phân tử nước

Mỗi phân tử nước có thể liên kết theo kiểu tứ diện

(tetrahedrally) với bôn đơn phân khác để tạo th àn h liên hợp

(H2ơ )5 Liên k ết hydro (hydrogen bond) là liên k ết cơ bản tạo

th à n h những liên hợp phân tử nước, trong đó hai cặp điện tử

dư của oxy đóng vai trò vị trí nhận (acceptor site) và đám

m ây điện tử (orbital) của liên kết hoá trị H - 0 đóng vai trò là

vị trí cho (donor site) Năng lượng để phân ly liên kết hydro

là 25k J Im o l Sự có m ặt đồng thời của hai vị trí cho và hai vị trí n h ận ổ phân tử nước cho phép nó tạo th àn h m ạng lưới

không gian ba chiều được làm bền vững bởi liên kết hydro Cấu trúc này tạo cho nước nhiều tính chất vật lý rấ t đặc biệt

P h ân tử nước thế hiện tính phân cực rõ ràng Nó là một

lưỡng cực có momen lưỡng cực bằng 1,87Đêbai Do độ phân

cực lớn như vậy mà nó có khả năng hoà tan và ion hoá được nhiều hợp chất khác nhau Tuy nhiên, momen lưỡng cực của

liên hợp các phân tử nước (multimoỉecular dipole) sẽ càng cao

khi càng nhiều phân tử nước tham gia liên k ết với nhau và cao hơn r ấ t nhiều so với mô men lưỡng cực ở nước đơn phân

Vì thế, hằng số điện môi của nước cao hơn r ấ t nhiều giá trị

có thể tín h được trên cơ sở momen lưỡng cực của một phân tử nước đơn phân

1.2.2 N ước d u n g dịch và nước đá

Do cấu trúc đặc thù của phân tử nưđc và khả năng liên hợp lại với nhau qua các cầu hydro mà các phân tử nước sắp

xếp liên hợp với nhau thẹo một tr ậ t tự cao ở cả nước dung

dịch lẫn nước đá Sự khác biệt giữa hai trạn g thái này là số phân tử nước liên hợp, khoảng cách giữa các phân tử và độ bền của liên hợp Nước đá ice-I được hình th àn h ở n h iệt độ 0°c và áp suất 1 atm là một trong chín dạng cấu trúc tinh thế

đã biết của nước đá (mỗi loại bền ở một nhiệt độ và áp suất

n h ất định) Nó có cấu trúc tinh thể đa hình (crystalline polymorphic structure) hay cấu trúc không gian rỗng Mỗi

phân tử nước liên kết với 4 phân tử nước khác tạo th àn h một mạng lướỉ liên kết hydro hoàn chỉnh nhất Khoảng cách giữa

hai nguyên tử o trong liên kết 0 - H " 0 là 0,216nmì khoảng

cách của H với o trong liên kết hoá trị là 0,101/im và trong

liên kết hydro là 0,175nm.

Bảng 1.2 s ố phân tử nước liên k ết (trung bình)

và khoảng cách giữa hai phân tử nướcTrạng th á i Số p h ân tử nước

liên k ết

Khoảng cách của liên k e t O-H 0

hưởng trá i ngược đến tỷ trọng (density) của nước, sự gia

tăn g sô" lượng các phân tử nước trong liên hợp (sô" lượng các phân tử nước sắp xếp có tr ậ t tự xung quanh một phân tử nước) làm tăn g tỷ trọng, ngược lại tăn g khoảng cách giữa các phân tử làm giảm tỷ trọng của nước Sô" lượng các phân

tử nước liên hợp tăn g dẫn đến tăn g tỷ trọng xảy ra chủ yếu trong khoảng n h iệt độ từ 0-4°C Vì thế, nước có tín h chất

không bình thường, nước dung dịch (ở 0°C) có tỷ trọng

(0,9998 g i cm3) cao hơn so với nước đá ice-I (0,9168 g /c m 3).

Cấu trúc liên hợp của nước ở trạn g th ái dung dịch không bền do chuyển động nhiệt bình thường của các phân tử nước cũng đủ để phá vỡ liên k ết hydro Vì th ế các liên hợp

nước liên tục được hình th àn h và bị phá vỡ cho đến khi đạt

đến trạ n g th ái cân bằng về động lực học (dynamic equilibrium) Chính sự không bền vững của các liên hợp phân

tử nước là nguyên nhân khiến nước có độ nhớt thấp, điều sẽ không th ể giải thích được nếu các cầu hydro được hình th àn h một cách vững chắc Nói chung ở trạn g thái lỏng, dạng phân

tử liên hợp kép đôi là bền vững nhất Khi đun nóng nước đến 100í;c thì hầu h ế t các phân tử nước tồn tại dưới dạng đơn phân H20

Cấu trúc của nước thay đổi khi hoà tan trong nước muôi hay các phân tử có chứa các nhóm phân cực hoặc kỵ nước hydrophobe Các chất điện ly có khá năng hydrat hoá m ạnh như N a+, K+, Cl" thường làm giảm số lượng các liên kết hydro giữa các phân tử nước trong khi hydrocarbon và các nhóm

không cực ở mạch bên của protein lại có xu hưởng làm tăng

số liên k ết hydro

Trong dung dịch muối, hai cặp điện tử dư của oxy (các n- electrons, tương ứng với hai cực âm của phân tử nước) sẽ kết hợp với đám mây điện tử của các cation để tạo th àn h một

“phức hợp nước - aqua complex'\ Những phân tử nước khác -

thông qua các cầu hydro - sẽ tạo th àn h một lớp vỏ hydrat

hoá (hydration shell) xung quanh các cation và phá vỡ cấu

trúc tự nhiên của nước Các lớp vỏ nước tạo thành bởi các anion (qua tương tác ion - lưỡng cực) và các nhóm phân cực (qua tương tác lưỡng cực - lưỡng cực hoặc liên kết hydro) cũng góp phần vào việc phá vỡ cấu trúc của nước

Các nhóm kỵ nước cũng có thể gắn kết với các phân tử nước bởi lực phân tán để tạo ra các mixen Entanpi tự do

{free enthalpy) th ấp n h ất có thể đạt được khi cấu trúc tương

tự khôi tứ diện của nước đá được tạo th àn h xung quanh các

gôc kỵ nước Lớp vỏ nước xung quanh các gốc hydrophobe này đóng vai trò quan trọng trong việc làm bền protein, giúp protein đạt đến trạng thái nhiệt động học thuận lợi n h ất trong dung dịch nước.

1.3 Tinh ch ất của nước

Câu trúc không gian ba chiều có trậ t tự cao được tạo ra bởi các liên kết hydro trong liên hợp các phân tử nước (ở trạng thái đông đá và dung dịch) khiến nước có nhiều tính chất đặc biệt

N hiệt dung của nước rấ t khác thường về độ lớn và thay

đổi theo n h iệt độ Từ ồ-27°c nhiệt dung của nước giảm xuông

và ngay sau đó lại tăng lên Nhiệt hóa hơi của nước cũng cao hơn các chât lỏng quen thuộc do nhiệt lượng cần được cung cấp để đun nóng và để phá vỡ các liên kết hydro Đây là các tính chất cần lull ý khi tính toán các quá trình nhiệt như nấu, thanh trùng, cô đặc, sấy, làm lạnh đông các sản phẩm thực phẩm

Nưđc có khả năng hòa tan và khuếch tán nhiều chất hóa học, nguyên nhân do tương tác của các cực phân tử nước lên bề m ặt các chất nhúng trong nước làm lực giữa các nguyên tử và lực giữa các phân tử của chúng giảm đi 80 lần Nước có hằng sô' điện môi, tính lưỡng cực cao Nước phân ly các châ't khác nhưng bản thân lại bền vững và là dung môi trơ về m ặt hóa học

Nước có khả năng phân tá n nhiều hợp chất chứa các nhóm không cực để tạo mixen do xu hướng một số lượng lớn các phân tử nước tương tác với nhau nhờ liên k ết hydro Để đưa vào nước một câu trúc không cực đòi hỏi một năng lượng lớn

Khi đưa vào nước các chất khác nhau dưới dạng dung

dịch hay dạng keo sẽ tạo ra thuộc tính kết hợp, tùy thuộc vào

sô" lượng phân tử có m ặt sẽ làm tính chât của nước thay đối: giảm áp suất hơi bão hòa, tăng điểm sôi, giảm điểm đóng băng, giảm sức căng bề mặt, tăng độ nhớt, tạo ra áp suất thẩm th ấu qua m àng bán thấm

1.4 H oạt độ nước và đường dẳng nhiệt hấp thụ

1.4.1 H oạt độ củ a nước

Giá trị của thực phẩm, tính chất cảm quan, độ bền của các sản phẩm khi bảo quản phụ thuộc vào th àn h phần các chất hữu cơ và vô cơ, trong đó nước đóng vai trò quyết định

Từ những năm 1952, w J Scott đã đưa ra kết luận rằn g chất lượng của thực phẩm được bảo quản không phụ thuộc vào hàm lượng nước mà phụ thuộc vào hoạt độ của nước, được biểu diễn bởi công thức sau:

tương đương giưa độ ẩm tương đối của không khí và hoạt độ nước của thực phẩm đặt trong không khí đó.

Có th ể th ây aw là số đo hữu hiệu nồng độ của nước trong thực phẩm, nó phụ thuộc vào độ ẩm hay tổng sô" nước

có trong thực phẩm đó H oạt độ nước có th ể bị giảm không chí do tách nước, chúng cũng bị giảm đi đáng kể khi thêm các chất hòa tan để tăn g lượng nước liên kết H oạt độ nước

aw cũng phụ thuộc vào th àn h phần hóa học (protein, tinh bột, lipicL.) và trạn g th ái vật lý của thực phẩm (như việc chuyển từ trạ n g th ái vô định hình hút ẩm sang trạn g thái

k ết tinh của đường), cấu trúc hạt

Hoạt độ nước của thực phẩm chứa protein cũng bị ảnh hưởng bởi pH và lực ion Khi các chuỗi protein hút lẫn nhau, nước hấp thụ và n h ât là nước tự do sẽ bị đẩy ra và có thể bị chảy hay bốc hơi Ở pH đẳng điện khả năng giữ nước là cực tiểu Ớ các pH cực trị, protein tích điện cùng dấu và đẩy nhau, thực phẩm có khả năng tích nước tốt hơn

H oạt độ nước aw cũng có th ể giảm do lực mao dẫn

Nước bị nhô't ở trong mao quản là nước tự do, còn lớp nước

ồ th à n h mao quản là nước liên kết Sự giảm h o ạt độ nước

cũng phụ thuộc vào đường kính mao quản và cấu trúc của thực phẩm

1.4.2 Đ ường đ ẳn g n h iệ t hấp thụ

Môi quan hệ giữa hàm lượng nước và h o ạt độ nước của m ột thực phẩm được th ể h iện bởi đường đẳng n h iệ t hấp thụ

H ình 1.3 Đường đẳng nhiệt hấp thụ và phản hấp thụ

a) Thực phẩm có hàm lượng nước caob) Thực phẩm có hàm lượng nước thấp

Có sự khác biệt giữa đường dắng nhiệt hấp thụ của thực phẩm có hàm lượng nước cao (hình 3a) và thực phẩm có hàm lượng nước thấp (hình 3b) ở thực phẩm

có hàm lượng nước thấp (<40%), chỉ một sự thay đổi nhỏ về hàm lượng nước cũng dẫn đến những biến động rất lớn về hoạt độ nước Đường đẳng nhiệt hấp thụ cho biết về các trạn g thái của nước trong thực phẩm

- Nước liê n k ế t b ề n

Đoạn A có hoạt độ nước nằm giữa 0 và 0,2 hoặc 0,3 tương ứng với íb> a« ~ trạn g thái nước liên kết

bền Trong vùng này, nước tạo ra lớp đơn phân trong đó các phân tử nước định vị vào các nhóm có cực của một số chất như NH3+ và COO” (của protein), OH" (của tinh bột) Nước dạng này chiếm khoảng 3- lOg/lOOg- sản phẩm khô (phi chất béo)

- N ước liê n k ế t y ế u và nước tự do

Sau vùng nước đơn phân, đường đẵng n h iệt hấp thụ có thể chia th àn h hai hoặc ba vùng có mức độ tự do tăng dần

Đầu tiên là nước ở vùng đa tầng, đính liền với vùng đơn phân qua các cầu trung gian là liên kết hydro, chủ yếu là nước hydrat hóa của các hợp chất hòa tan (protein, muối) Tiếp đến

là nước ngưng tụ trong các lỗ của thực phẩm (các ống mao quản) Nước ngưng tụ trong các lỗ có đường kính càng nhỏ thì càng làm giảm áp suất hơi bão hoà và vì th ế làm giảm hoạt

độ nước Thực nghiệm cho thấy, khoảng 3% lượng nước định

vị trong lỗ đường kính 10"6cm ứng với aw 0,9

Nói chung, hai dạng nước liên kết yếu và nước tự do không có sự khác nhau rõ rệt và chúng có thể trao đổi với nhau r ấ t nhanh Nước tự do có chủ yếu trong các thực phẩm tươi hoặc thực phẩm chế biến (không sấy khô) P hần cuối của đường đẳng n h iệt hấp thụ tương ứng với hoạt độ nước gần cực đại và ứng với hàm lượng nước không tbậ.p hơn 50%,_

TRƯƠNG BẠI HOC NH/t ÍR A N G 1

1.4.3 H iện tượng trễ hấp thụ -:— :— X—

Đường đẳng nhiệt trễ hấp thụ (biểu thị quấUbijm s,ấy) nằm hơi cao hơn so với đường đẳng nhiệt hấp thụ (biểu thị quá trìn h bảo quản một sản phẩm nhạy cảm với nước) hay nói cách khác hàm ẩm có được bằng phản hấp thụ cao hơn so

với nhận được bằng hấp thụ ở cùng một aw.

Sự khác biệt này xảy ra trong vùng giữa của đường đẳng

n h iệt hấp thụ, nơi nước liên kết yếu Nguyên nhân là do sự ngưng tụ nước trong các lỗ của mao quản Áp suất hơi tương đối của nước phụ thuộc vào đường kính lỗ và góc tiếp xúc lỏng - rắn (phụ thuộc sức căng bề mặt) Góp tiếp xúc lỏng rắn khi một chất lỏng đến thấm ướt một bề m ặt khô (trong trường hợp hấp thụ) thường lớn hơn khi chất lỏng rú t đi khỏi

bề m ặt ướt (trong trường hợp trễ hấp thụ) Ngoài ra các mao

quản ở một số mô động vật và thực vật thường có đường kinh nhỏ ồ miệng lỗ và đường kính lớn hơn ồ sâu phía trong mao

quản Vì th ế áp suất hơi ở các chỗ đầy của mao quản sẽ lớn

hơn áp suất hơi ở các chỗ rỗng Hiện tượng quá bão hòa của

các đường trong dung dịch cũng giải thích phần nào sự trễ hấp thụ ở các sản phẩm rau quả

1.4.4 H o ạ t độ nư ớc và d iề u k iệ n k h ô n g câ n b ằ n g

H oạt độ nước cần được xác định trong điều kiện cân

bằng nghĩa là khi thực phẩm và khí quyển tiếp xúc với nó ở

cùng một áp suất hơi cân bằng Các điều kiện đó chỉ tồn tại trong m ột hệ thống đóng Thay đổi độ ẩm không khí của môi trường xung quanh sẽ dẫn đến thay đổi aw của thực phẩm do

đó các kiểu bao gói thực phẩm là r ấ t quan trọng vì chúng sẽ quyết định tỷ lệ những thay đổi đó Việc trộn lẫn các cấu tử thực phẩm có aw khác nhau cũng sẽ dẫn đến hiện tượng chuyển ẩm, ẩm sẽ chuyển từ một thực phẩm có aw cao tới thực phẩm có aw thấp

H ình 1A Ẳnh hưởng của n h iệt độ đến aw

và độ ẩm cân bằng của sản phẩm (ti < t 2)

Độ ẩm cân bằng của một sản phẩm là lượng nước của

sản phẩm ở điều kiện cân bằng tại m ột n h iệ t độ n h ấ t định P h â n tích độ ẩm cân bằng của các thực phẩm ở các

n h iệ t độ khác nhau người ta n h ậ n thây, khi n h iệ t độ tăng,

độ ẩm cân bằng của sản phẩm giảm Tuy nhiên, ả n h hưởng của n h iệ t độ tới các vùng khác nhau trê n đường đẳng n h iệ t hâ'p thụ là khác nhau Ớ vùng hấp thụ đa tầng, độ ẩm cân

bằng bị giảm m ạnh hơn ở vùng đơn p h ân và vùng ngưng

tụ Ngoài ra, ở cùng m ột độ ẩm môi trường, khi n h iệt độ

tăn g sẽ làm tă n g hoạt độ nước do đó khả năng h ú t ẩm và lượng nước bị hấp thụ bởi sản phẩm giảm H oạt độ nước tăn g cũng làm tăn g các phản ứng gây hư hỏng thực phẩm,

vì th ế nên bảo quản thực phẩm ỗ n h iệt độ thấp.

1.4.5 Tác d ụ n g củ a đường đ ẳn g n h iệt hấp thụ

Đường đẳng nhiệt hấp thụ cho phép thấy trước hoạt độ nước của một hỗn hợp các hợp phần có độ ẩm khác nhau cũng như những biến đổi của một thực phẩm khi bảo quản trong các điều kiện khác với điều kiện đã xem xét Ví dụ như khi độ ẩm không khí thay đổi, sản phẩm sẽ hút ẩm khi không có bao bì bảo vệ, trong trường hợp bao bì sử dụng có khả năng cho hơi nước đi qua thì có thể tín h được lượng nước hấp thụ và thời gian bảo quản thực phẩm đến mức chất lượng còn tốt Hay khi nhiệt độ tăng lên từ T đến T+í thì sẽ xảy ra

sự tách nước theo chiều mũi tên (hình 1.5), sự khử nước sẽ xảy ra m ạnh mẽ hơn nếu việc tăng nhiệt độ đi kèm với việc giảm độ ẩm tương đối của không khí

Hiện tượng trễ hấp thụ trong trường hợp chế biến các loại rau quả giàu đường và muối cũng là vấn đề rất đáng quan tâm Khi việc khử nước một sản phẩm dược tiến hành ngoài điểm tối

uu Mo thì có thể thấy trước sự tái làm ẩm cho đến hàm lượng

nước tương ứng ở Mo có thể dẫn đến một hoạt độ nước cao có tính nguy hiểm do hiện tượng trễ hấp thụ (hình 1.6).

H ình 1.5 Ảnh hưởng của n h iệt độ

đến đường đẳng n h iệt hấp thụ nước

H ình 1.6 Sự tái hydrat hoá một sản phẩm

đã được làm khô

1.5 Ảnh hưổng của hoạt độ nước đến c h ấ ỉ IƯỢng của thực phẩm

Sấy và/hoặc giữ ở nhiệt độ thấp là một trong số những phương pháp lâu đời n h ất được sử dụng để bảo quản các loại thực phẩm có độ ấm cao Công nghệ thực phẩm hiện đại đã và đang cố gắng để tối ưu hoá các quá trình này Nói chung sản phẩm cần được sấy hay làm lạnh đông trong một khoảng thời gian n h ất định để bảo đảm tối đa chất lượng và quá trình này cần được tối ưu hoá cho từng sản phẩm cụ thể Để có thể lựa chọn được các điều kiện bảo quản thích hợp, cần hiểu biết rõ

về ảnh hưởng của nước đến thời hạn sử dụng của thực phẩm.Ánh hưởng của hoạt độ nước đến các quá trình có thể gây ảnh hưởng đến chất lượng của thực phẩm thể hiện ở hình sau:

H ình 1.7 Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến các quá trình

gây hư hỏng thực phẩm

Chú thích: (1) quá trình oxy hoá chất béo, (2) phản ứng sẫm

màu phi enzyme, (3) phản ứng enzyme, (4) sự phát triển của nâ'm môc, (5) sự phát triển của nấm men, (6) sự phát triển của vi khuẩn

Nói chung, giảm hoạt độ nước làm chậm tốc độ phát triể n của vi sinh vật, giảm các phản ứng enzyme và các phản ứng nâu hoá phi enzyme Tuy nhiên quá trình oxy hoá chất

béo lại gia tăn g ở các thực phẩm khô (chi tiế t sẽ được trình

bày ở chương lipid)

Các p h ản ứng sẫm màu phi enzyme xảy ra trong thực phẩm gồm p h ản ứng caram en hóa, phản ứng tạo các hợp

ch ất m elanoidin, phản ứng thoái phân các hợp chất carbonyl có nôi đôi như vitam in c , phản ứng giữa các sản phẩm oxy hoá c h ất béo với protein, ơ a w th ấp , năng lượng

ho ạt hóa của các phản ứng tăn g lên r ấ t cao n ên phản ứng

không xảy ra Quá trìn h này xảy ra df aw>0,5, tăng tốc và

đ ạ t cực đại ở vùng a w 0,65-0,75 Nguyên n h â n do các phân

tử nước th iế t lập nên một lớp kép nằm giữa các phân tử như protein, làm lộ ra các nhóm có cực, phân tử protein trở nên linh động hơn, tăn g khả năng sắp xếp nội phân tử và

vì th ế tă n g khả năng phản ứng Nước cũng rứt ngắn chu

kỳ cảm ứng tạo các phản ứng gây sẫm màu do tạo ra các hợp c h ất trung gian hoà ta n được trong nước và sau này sẽ tham gia vào p h ản ứng Tuy nhiên, khi a w cao, tốc độ các phản ứng giảm do nồng độ các châ't phản ứng giám xuống,

ơ thực v ật, rau quả, phản ứng sẫm màu phi enzyme xảy ra

cực đại ở a w 0,65-0,75; ớ th ịt tại a w 0,3-0,6 ; ở sừa khô tạ i aw

0 J

Tốc độ của các phản ứng enzyme phụ thuộc vào nhiều yếu tố như sự phân bố và độ linh động của cơ chết, hoạt độ nước, n h iệt độ Nước tham gia vào phản ứng thủy phân, nước làm tăn g tính linh động của cơ chất và sản phẩm tạo ra và vì

th ế gia tăn g phản ứng enzyme Khi aw nằm dưới vùng đơn tầng, hoạt động của enzyme cực bé hoặc không có vì không

đủ nước tự do để phản ứng xảy ra Ớ vùng aw có giá trị trung

bình, hoạt động của enzyme phụ thuộc vào khả năng hòa tan các chất khô và đưa các chất khô tới tâm hoạt động của enzyme Nói chung nước tham gia vàơ các phản ứng enzyme

là nước tự do, trùng với vùng nước ngưng tụ ở mao quản, tại vùng aw>0,45

Khả năng phát triển của vi sinh vật phụ thuộc r ấ t nhiều vào hoạt độ nước Hoạt độ nước để nấm mốc có thể

p h át triể n là 0,8 (riêng với nấm mốc ưa khô aw tối thiểu là 0,65); trong trường hợp của nấm men aw ìà 0,88 (riêng với nấm men ưa thấm là 0,60); còn đối với vi khuẩn aw tối thiểu

để chúng có th ể phát triển là 0,91 (riêng đối với vi khuẩn ưa

m ặn là 0,75) Nói chung, nấm men, nấm mốc phát triển trong môi trường acid hơn và khô hơn so với vi khuẩn Ngoài ra, khả năng p h át triển của vi sinh vật còn phụ thuộc vào các điều kiện khác như nhiệt độ, pH, sự có m ặt của oxy, các chất kìm hãm, bảo vệ Thực phẩm trong vùng hoạt độ nước từ 0,6 đến 0 ,9 (còn được gọi là các loại thực phẩm có độ ẩm trung bình) nói chung bền với các tác động của vi sinh vật

Bảng 1.3 Hoạt độ của nước trong một sô" thực phẩm

Một trong những phương pháp làm giảm hoạt độ của nước (và nhờ vậy mà tăng thời hạn bảo quản của sản phẩm)

là sử dụng các loại phụ gia có khả năng gắn kết với nước cao

(các hum ectant) Bảng 1.4 cho thấy, ngoài việc cho thêm muối

thì glycerol, sorbitol và đường saccharose cũng là những chất

có khả năng giữ ẩm tốt Tuy nhiên, đây cũng là những chất đường ngọt nên ở nồng độ dủ để điều chỉnh hoạt độ của nước, chúng có thế không được ủng hộ trên quan điểm của người tiêu dùng

Bên cạnh việc giảm hoạt độ nước thì bảo quản trong điều kiện n h iệt độ và độ ẩm thấp, pH trung tín h và trán h ánh sáng cũng là những biện pháp cần th iế t để có thể tăng thời h ạn sử dụng và đảm bảo chất lượng thực phẩm

Bảng 1.4 Hàm ẩm (tương ứng với khả năng giữ nước) của

dịch r ấ t loãng, ồ trạn g thái cân bằng về n h iệt động học,

trong khi thực phẩm có hàm ẩm thấp lại là một hệ không lý

tưởng với trạ n g th ái không ổn định ban đầu imetastabỉe) cần

phái được giữ càng lâu càng tốt Trong quá trìn h bảo quản,

những thực phẩm này không biến đổi theo nguyên lý nhiệt

động học (thermodynamic), mà theo nguyên lý động học {kinetic) Khái niệm mới dựa trên hiện tượng chuyển pha (phase transition - chú ý đến những thay đổi về tính chất vật

lý của thực phẩm trong quá trình tương tác giữa nước và các thành phần ưa nước) sẽ thích hợp hơn trong việc dự đoán tuổi thọ của sản phẩm

Trạng thái vật lý của hệ thực phẩm phụ thuộc vào

th àn h phần, nhiệt độ và thời gian bảo quản Tuỳ thuộc vào

nhiệt độ, thực phẩm có thể ở trạng thái thuỷ tinh (glassy), cao su (rubbery) hay dung dịch có độ nhớt cao Động học của

quá trìn h chuyển pha này có thể đo được bằng th iế t bị DSC

(.differential scanning calorimetry).

H ình 1.8 Giá trị Tg phụ thuộc vào nồng độ chất khô (mass fraction) trong hệ tinh bột đã hồ hoá trong nước.

Tg là giá trị n h iệt độ đặc trưng cho thời điểm khi hệ

chuyển từ trạn g th ái thuỷ tinh sang trạn g th ái cao su (hay trạn g th ái dẻo) Thực phẩm trở nên dẻo khi các th àn h phần

ưa nước của chúng bị hydrat hoá Vì th ế hàm lượng nước sẽ

ảnh hưởng đến giá trị nhiệt độ Tg (như trong trường hợp tinh bột đã hồ hoá, hình 1.8) Dưới đây là một số giá trị Tg và Tm

(nhiệt độ nóng chầy) của một sô" loại đường

Bảng 1.5 N hiệt độ chuyển pha Tg (°C) và n h iệt độ nóng chảy

Tm (°C) của một số đường đơn và đường oligo.

giá trị n h iệ t độ T g \ tại đó trạ n g th á i thuỷ tin h của dung

dịch đậm đặc chuyển th à n h trạn g th á i dẻo T rên hình 1.8

có th ể th ấ y vị trí T g ’ (-5 °C) đôi với tin h bột đã hồ hoá,

lượng nước không đóng băng trong trường hợp này là 27%

(W ’g) B ảng dưới dây liệ t kê n h iệt độ T g dối với các dung

dịch nước của protein và carbohydrate (nồng độ 2 0%)

Maltodextrin từ khoai tây (DE 10)

Tinh bột khoai tây (DE 2)

Maltođextrin từ tinh bột sắn (DE 5)

Trong các oligo và polysaccharide đồng thể

{homologous), Tg và T g tăng khi trọng lượng phân tử (MW)

tăng tới một giới hạn n h ấ t định (Hình 1.9) Ngoài ra, những

oligosaccharide mạch thẳng có T*g cao hơn so với các

oligosaccharide mạch nhánh có cùng MW (trường hợp của maltotriose, panose và isomaltotriose) Bảng 1.7 liệt kê các

giá trị T g của một số rau quả và trái cây:

H ình 1.9 Ảnh hưởng của MW đến nhiệt độ chuyển pha

T ’g (dung dịch nồng độ 20% khối lượng) của các đường

từ glucose (DPI) tới maltoheptaose (DP7)

MW

Bảng 1.7 N hiệt độ chuyển pha T*g

của một số loại trái cây và rau củ

Bông cải xanh (cuống) - 26,5

Rau spinach (cải bó xôi) - 17

Hình 1.10 Độ nhớt của thực phẩm ở các trạn g th ái

P hương trìn h WLF

ở n h iệt độ chuyển pha Tg hay T ’g , độ nhớt của một thực phẩm r â t cao (khoảng 10l3Pa.s) Khi nhiệt độ tăng, độ

nhớt giảm, các quá trình gây giảm chất lượng thực phẩm xảy

ra nhanh hơn Trong khoảng nhiệt độ từ Tg đến Tm (khoảng Tg+l00°C), độ nhớt biến đổi theo phương trìn h WLF (M.L Williams, R.F Landel, J.D Ferry):

J L pT Ci(T ~ T,)log = - ——— -

K _ T V _ C 2( T - T g )

p ígTrong đó ĩ), p và ĩìg, Pg là độ nhớt và tỷ trọng của thực phẩm tương ứng tại nhiệt độ T và Tg; Ci và c«2là các hằng số

Những thay đổi về độ nhớt của thực phấm trong khoảng

n h iệt độ từ Tin đến Tg có ý nghĩa quan trọng trong các quá

trìn h chế biến lạn h như sản xuất kem

H ình 1.10 Các tinh thể đá trong kem (ice-cream)

)

Các th í nghiệm cho thấy rằng, tốc độ của các phản ứng hoá học và enzyme, cũng như cáo biến đổi vật lý hầu như không xảy ra khi thực phẩm được bảo quản tại n h iệt độ

chuyển pha Tg hay T ’g Nếu như giảm hoạt độ nước aw là

nguyên tấc để tăn g khả năng bảo quản thì đối với khái niệm

n h iệt độ chuyển pha, tăng Tg hoặc T yg có thể bảo quản sản

phẩm dễ dàng hơn hay kéo dài thời hạn sử dụng sản phẩm Người ta thường sử dụng các phương pháp như loại nước bằng cách sấy, cô" định nước nhờ làm lạnh dông hay thêm polysaccharide Thêm tinh bột đã thuỷ phân một phần

(m altodextrin DE thấp) vào thực phẩm làm tăng giá trị Tg và T*g, h ạn chế tối đa các quá trìn h gây giảm chất lượng thực phẩm như sự k ế t tụ và vón cục trong các loại thực phẩm ồ

dạng vô đinh hình, sự tái tinh thể hoá, hiện tượng phá vỡ

cấu trúc ồ các thực phẩm khô đông lạnh, các phản ứng

enzyme cũng như các phản ứng nâu hoá phi enzyme

Chương 2

PROTEIN

Acid amin, peptide và protein là những th àn h phần quan trọng của thực phẩm cung cấp các tiền chất cần th iết cho quá trìn h sinh tổng hợp protein trong cơ thể Ngoài ra, chúng còn trực tiếp tham gia vào việc tạo nên hương vị của thực phẩm hay tham gia vào các phản ứng nhiệt và enzyme

để tạo nên các chất màu, chất mùi trong quá trình bảo quản

và chê biến Protein cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên các tính chất vật lý của thực phẩm qua khả năng tạo

và ổn định các hệ gel, bọt, nhũ tương và cấu trúc sợi

Ngoài protein từ thực và động vật, nguồn cung cấp protein còn bao gồm tảo (Chỉoreỉỉa, Scenedesm us, Spiruỉina ), nấm men và vi khuẩn (protein đơn bào SCP - single cell protein) Do nấm men và vi khuẩn thường chứa

m ột lượng lớn acid nucleic (6-17% so với trọng lượng khô) nên cần m ột quá trìn h thu nhận, tin h sạch protein Tương lai của các nguồn protein không truyền thống này phụ thuộc vào giá của sán phẩm và các đặc tín h của công nghệ sản xuất

Nói chung, protein cần được tinh sạch, làm giàu (protein

enrichment) vì những lý do sau: hàm lượng protein trong

nhiều loại nguyên liệu quá thấp so với nhu cầu sử dụng, các tính chất cảm quan của nguyên liệu (như mùi vị, màu sắc) chưa tốt, hay do sự có m ặt của các th àn h phần không mong

muôn khác Một số nguyên liệu giàu protein là sản phẩm của những quá trìn h khác như sản xuất dầu thực vật hay tinh bột Protein thường được thu nhận bằng cách trích ly từ

nguyên liệu (protein concentrate), sau đó đông tụ n h iệt hay kết tủa đẵng điện (protein isolate) Protein concentrate và

isolate được sử dụng để tăng cường giá trị dinh dưỡng và cải thiện các tín h chất chức năng của protein thực phẩm Ớ dạng

tự nhiên hoặc biến tính, chúng thường được cho vào các thực phẩm truyền thống như th ịt hoặc ngũ cốc Ngoài ra chúng cũng được sử dụng để sản xuất các loại thực phẩm mới thay

th ế thịt, cá Các nguyên liệu được sử dụng để thu nhận protein gồm:

- Lúa mì và bắp: gluten dược thu nhận như một sản phẩm phụ của quá trìn h sản xuất tinh bột

- Khoai tây: từ phần nhựa còn lại sau quá trìn h sản xuất tin h bột, protein có thể được thu nhận bằng phương pháp đông tụ nhiệt,

- Trứng: từ trứng có thể sản xuất nhiều sản phẩm chứa protein như bột trứng, lòng đỏ và lòng trắn g trứng

- Sữa: cung cấp casein và whey protein

- Cá: cung cấp protein concentrate sau quá trìn h tách chất béo

- Huyêt (máu) từ các lò mổ: có thể được sử dụng để sản xuất các loại bột protein, huyết th an h concentrate, globin isolate

- Các loại cỏ dùng để chăn nuôi gia súc (như cỏ linh lăng alfalfa): được dùng để sản xuất protein concentrate nhờ quá trìn h đông tụ n h iệt protein từ nhựa cây

11.1 A c id a m in

11.1.1 Câu tạ o chung

Theo quan điểm hoá học, protein là các polymer không phân n h án h và được cấu th àn h từ các acid a-amin Trừ m ột sô' ít ngoại lệ, hầu h ết các acid am in có công thức chung như sau:

c h 3 / c h 3

c h 3 / C h 3

CH 1 CH, CH

+ I _ A 1 "

H3N— c — c o c r H3N— c — c o o

Valine {Vat} V Leucine (Leu) L

Các acid amin không phân cực

-Các acỉd amin có chứa gốc -OH hoặc các hợp chất chứa s

ở mạch bên

Phenylalanine (Phe) F Tyrosine (Tyr) Y Tryptophan (Trp) w

Acid amỉn chứa vòng thơm

Óh,CH

I

l_ 4

C = N H , NH

I

CH

ICH,

Histidine (His) H Lysine (Lys) K Arginine (Arg) R

Các acid amin tích đỉện dương (có tính kiềm)

Aspartic acid (Asp) D Glutamic acid (Glu) E

II.1.2 P h â n lo ạ i

Protein có trong các vật thể sông như virus, vi sinh vật, động vật, thực vật, được tạo thành từ 20 acid amin và chúng

khác nhau ở gốc R Các gốc R quyết định các tính chất hoá lý

của acid amin và các protein chứa chúng

Có nhiều cách phân loại các acid amin Tuy nhiên do mạch R là yếu tố quyết định các tương tác nội phân tử và tương tác giữa các phân tử nên người ta thường dựa vào tính chất của gốc R để phân loại các acid amin thành:

• Những acid amin có gốc R không phân cực (hydrophobe)

và không tích điện: isoleucine, leucine, metjaignine, phenỵkalanine, pro line, valine, tryptophan, glycine, alanine trong đó ba acid amin cuối mang tính trung gian giữa không phân cực và phân cực trung tính, có độ hoà tan kém hơn các acid amin phân cực Hoạt tính kỵ nước tăng khi chiều dài của gốc R tăng

• Các acid amin có gốc R phân cực nhưng không tích

điện (trung tính - hydrophiỉe), có các nhóm chức trung

tính và phân cực, có khả năng tạo các liên kết hydro với một sô' phân tử như nước Sự phân cực của serine, threonine, tyrosine là do nhóm -OH ; của asparagine, glutamine là do nhóm amide (CO-NH2); của cystein là

do nhóm thiol -SH

Các acid amin có gốc R tích điện (+) ở pH=7 như

histidine, lysine (do nhóm 8-NH2) và arginine (do nhóm guanidin)

• Các acid amin có goc R tích điện (-) Ở pH~7 do các

nhóm carboxyl -COOH như acid aspartic và acid glutamic

35

Ngoài 20 acid am in trên, một số acid amin khác có thể gặp ở m ột số sản phẩm thuỷ phân của protein như hydroxyprolin và 5-hydroxylysin (có trong collagen), desmosin hay isodesmosin (trong elastin)

Người ta còn gặp khoảng hơn 150 acid amin khác trong một số tế bào động vật, thực vật, vi sinh vật, có thể ở dạng

tự do, cũng có th ể ồ dạng liên kết Đa sô" các acid amin ở

dạng tự do có th ể là các sản phẩm chuyển hoá trung gian, cũng có th ể là các chất hoá học trung gian tham gia vào các xung động th ần kinh Một sô" acid amin có dạng D đôi khi

gặp ở m ột vài kháng sinh có cấu trúc protein.

Dựa trên giá trị dinh dưỡng và vai trò sinh lý, người ta

chia các acid amin thành nhóm không thay thế (8): valine, leucine, isoleucine, phenyl-alanine, tryptophan, methionine,

threonine, histidine; bán thay thế (2 ): lysine, arginine; và acid amin thay thế (1 0): glycine, alanine, proline, serine, cystein, tyrosine, asparagine, glutamine, acid aspartic và acid glutamic

Tùy thuộc điều kiện pH, trong dung dịch nước acid amin

có thể ở dạng cation, anion hoặc trung tính Quá trình này đặc trưng bởi hằng số phân ly pK, điểm đẳng diện pl Như vậy, acid amin là các phân tử mang tính lưỡng tính Ớ điểm đẳng điện pl, tổng điện tích của acid amin trong dung dịch bằng 0

c ấ u trú c và h o ạ t tín h quan g học

T ất cả các acid amin trong protein đều có cấu hình không gian dạng L Acid amin dạng D ít phổ biến tuy cũng

xuất hiện trong tự nhiên ở một số peptide của vi sinh vật.

Acid amin dạng D không được tiêu hóa trong cơ thể người Hiện tượng quay quang học và góc quay của acid amin trong dung dịch phụ thuộc pH, nhiệt độ Acid amin dạng D có thể được tạo ra trong quá trình tổng hợp hóa học, hoặc trong các quá trìn h chế biến thực phẩm Để loại acid amin dạng D, người ta thường kết tinh chọn lọc các L acid amin bằng phương pháp enzyme hay phương pháp sắc ký

Hình 2.2 Acid amin dạng D và L

Ắiẳ

T

cD-Alanine

Đ ộ h ò a ta n

Độ hòa tan trong nước của các acid amin r ấ t khác nhau Proline, hydroxy-proline, glycine, alanine tan tố t trong dung dịch, cystein và tyrosine hầu như không tan còn các acid

am in khác có độ hòa tan thấp Thêm acid hoặc kiềm có thể tăn g độ hòa tan của các acid amin, acid amin trong hợp phần với các acid amin khác tan tó t hơn khi chỉ có riêng một mình Độ hòa tan của acid amin trong dung môi hữu cơ thấp

do chúng có tín h phân cực T ất cả các acid amin đều không tan trong ether, một sô" ít tan trong ethanol

H ấ p th ụ tia ư v

Các acid amin có vòng thơm như tryptophan, phenyl­alanine, tyrosine hấp thụ ƯV m ạnh n h ấ t ở các bước sóng

200-230rcm và 250*290nrn Histidine, cystein và methionine

hấp thụ ƯV ỏ' b ư ớ c sóng 200-210nm Trong các phép phân tích, độ hấp thụ sóng OD (optical density) tại 2S0nm được sử

dụng để định tín h và định lượng protein và peptide

II 1.4 T ính ch ấ t h ó a học

Các phản ứng hoá học của các nhóm c o c r , NH3+ và của

một sô nhóm chức khác ồ các acid amin và protein thường

xảy ra ở n h iệt độ cao (100-200ƠC) trong các quá trìn h chế biến thực phẩm như nấu, sấy, nướng

II 1.4.1 C ác p h ả n ứng chủ yếu củ a a c id am in

Các acid am in có thể bị oxy hoá bởi nhiều tác nhân hoá học như hypochloride hoặc phosgene:

R —CH— COOH + NaOCI + H20 -► R — CHO + NH3 + NaC! + C 0 2

Các N-carboxyanhydride được hình th àn h có thể phản ứng với e-NH2 của lysine

II 1.4.2 P h ả n ứng củ a nhỏm carboxyl a-COOH

E ste r h oả

Đây là phản ứng được sử dụng để bảo vệ các nhóm -COOH trong quá trìn h tổng hợp peptide Các ester tự do của acid amin có xu hướng tạo các vòng di-peptide hoặc poly­peptide mạch hở

P h ả n ứ n g tạ o a m id e

Acid amin phản ứng với NH3 để tạo th àn h các amide

A sparagine và glutam ine là những amide của acid aspartic và glutamic có m ặt trong th àn h phần của protein

n h iệt là điều không đơn giản Ví dụ, trong quá trìn h chế biến, một số acid amin như methionine có thể tham gia phản ứng

với các hợp chất dicarbonyl (theo cơ chế phân huỷ Strecker) để

tạo ra các chất gây mùi khó chịu Nhiều acid amin th iết yếu khác như lysine hay threonine cũng có thể bị m ất giá trị dinh dưỡng của chúng thông qua các phản ứng tương tự N-acetyl-L-

m ethionine và N-acetyl-L-threonine tạo ra trong phản ứng acyl hoá có giá trị dinh dưỡng tương tự như acid amin tự do, vì thế chúng thường được thèm vào để tăng cường giá trị dinh dưỡng cho thực phẩm Ngoài ra, các gốc N-acetyl còn giúp bảo vệ tạm thời các nhóm chức trong quá trình tổng hợp peptide

Một số phản ứng acyl hóa có thể tạo ra những hợp chất đặc biệt dùng trong phân tích hóa học Acyl hoá acid amin với 5-dimethylaminonaphthalene-l-sulfonyl chloride (dansyl

chloride) sẽ tạo ra dẫn xuất aryl sulfonyl rấ t bền với phản ứng thuỷ phân trong môi trường acid Phản ứng này được sử dụng

để xác định đuôi N-terminal và các gốc E-amine (e-NH2) tự do của peptide và protein Người ta có thể xác định được các dẫn

xuất Dansyl với nồng độ rấ t thấp (nmol) nhờ khả năng phát huỳnh quang trong vùng ánh sáng cực tím (UV light).

P hản ứng này được sử dụng để bảo vệ các gốc e-amine

tự do trong phân tử protein khỏi các phản ứng Maillard xảy

ra trong quá trình chê biến thực phẩm

Acid amin cũng có thể phản ứng trực tiếp với các tác nhân methyl hoá như methyl iodide để tạo thành trim ethyl acid amin Chúng được gọi là các betaine (dẫn xuất N-

trialkyl) Trong tự nhiên (cả th ế giới động và thực vật) phản

ứng tạo betaine xảy ra với tần suất khá lớn.

H 2N — C H — C O O H ■CH3' * - (C H3)3N^— C H — c o o ®

Bang 2.1 Sự xuất hiện của các trim ethyl acid amin (betaine)

(CH3)3N+-CHR-COO"

P-alanine Homobetaine Nước chiết từ thịt

P-hydroxy-Ỵ-amino

butyric acid

Carnitine Mô cơ động vật, nấm men,

cá, gan, whey, sứa4-hydroxy-proline Betonicine Đậu

Proline Starchydrine Tinh bột, lá cam, vổ chanh,

cỏ linh lăng, Aspergillus oryzae

P h ả n ứ ng a ry l h ó a

Khi acid amin tham gia phản ứng với các tác n h ân aryl hóa như l-fLuoro-2,4-dinitrobenzen (FDNB) sẽ tạo ra N-2,4- dinitrophenyl acid amin (DNP acid amin) có m àu vàng và có

th ể k ết tinh Đây là phán ứng quan trọng được sử dụng để

đánh dấu các đầu N -term inal và các gốc e-amine trong phân

tử protein và peptide DNP acid amin bền với phản ứng thuỷ phân trong môi trường acid

R — NH2 + F — — NO2 -HF + R — NH— — NO2

N hiều phản ứng tương tự cũng xảy ra giữa acid am in và các tác n h â n aryl hoá Ví dụ, khi tham gia phản ứng với 1,2-