Giáo trình Hóa sinh học thực phẩm (Nghề: Chế biến thuỷ sản - Trung cấp) - Trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp

Giáo trình Hóa sinh học thực phẩm cung cấp cho người học những kiến thức như: Protein và sự chuyển hóa của protein trong bảo quản và chế biến thực phẩm; Glucid và sự phân giải glucid; Lipid và sự ôi hóa thực phẩm; Sự oxi – hóa khử sinh học – Chu trình Krebs;... Mời các bạn cùng tham khảo!

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG ĐỒNG THÁP

GIÁO TRÌNH HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM MÔN HỌC/ MÔ ĐUN: HÓA SINH HỌC THỰC PHẪM NGÀNH, NGHỀ: CHẾ BIẾN THỦY SẢN

TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP

(Ban hành kèm theo Quyết định số /QĐ-CĐCĐ ngày tháng năm 2017

của Hiệu trưởng trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp)

Đồng Tháp, năm 2017

1

LỜI GIỚI THIỆU

Nghề Chế biến thủy sản là nghề chuyên về lĩnh vực bảo quản và chế biến thủy sản, hải sản…đảm bảo nhu cầu dinh dưỡng và an toàn thực cho cộng đồng Đây cũng là ngành liên quan đến kiểm tra, đánh giá chất lượng sản phẩm trong quá trình chế biến; phát triển sản phẩm mới, vận hành sản xuất…Ứng dụng của nghề Chế biến thủy sản là

vô cùng đa dạng, vì tất cả những gì liên quan đến an toàn thực phẩm đều có thể ứng dụng kiến thức ngành nghề học này Vì thế đẩy mạnh và phát triển nghề Chế biến thủy sản là góp phần tạo ra các sản phẩm có giá trị cao, đáp ứng nhu cầu cao của thị trường

Bộ giáo trình tích hợp những kiến thức, kỹ năng cần có của nghề, giúp học viên sau khi học xong tham gia làm việc tại các cơ sở chế biến thực phẩm có thể làm ra các sản phẩm đạt tiêu chuẩn, đáp ứng nhu cầu đa dạng của các thị trường trong nước cũng như trên thế giới

Giáo trình môn học Hóa sinh học thực phẩm được phân bố giảng dạy trong thời gian 63 giờ và bao gồm 06 chương:

Chương 1: Protein và sự chuyển hóa của protein trong bảo quản và chế biến thực phẩm

Chương 2: Enzyme

Chương 3: Glucid và sự phân giải glucid

Chương 4: Lipid và sự ôi hóa thực phẩm

Chương 5: Vitamin và chất khoáng

Chương 6: Sự oxi – hóa khử sinh học – Chu trình Krebs

Trong quá trình biên soạn giáo trình này, chúng tôi đã khảo sát thực tế ở nhiều tài liệu, bài giảng và thực tế tại một số trường, xí nghiệp trong địa bàn Tỉnh Ngoài ra còn cập nhật những Qui chuẩn Việt Nam trong chế biến, đánh giá thực phẩm Đối tượng học

là học sinh trung cấp với khả năng nhận thức và tư duy chậm nên cách viết ngắn gọn,

dễ dàng tiếp thu, sử dụng cân xứng giữa lý thuyết và kỹ năng thực hành

Giáo trình là cơ sở cho các giáo viên soạn bài giảng để giảng dạy, là tài liệu nghiên cứu và học tập của học sinh học nghề “Chế biến thủy sản” Tuy nhiên thực tế sản xuất luôn biến động, những quy trình công nghệ thì liên tục thay đổi vì vậy khi biên soạn chúng tôi gặp phải những khó khăn nhất định Tuy nhiên, tập thể biên soạn cũng đã cố gắng để biên soạn giáo trình này bám sát chương trình đào tạo

Chúng tôi xin chân thành cám ơn các Cơ quan, đơn vị và cá nhân đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng tôi hoàn thành giáo trình này

Đồng Tháp, ngày tháng năm 2017

Chủ biên

2

MỤC LỤC

TRANG

CHƯƠNG 1: PROTEIN 16

1 Giới thiệu 16

1.1 Vai trò sinh học 17

1.2 Vai trò dinh dưỡng 17

2 Acid amin và peptide 19

2.1 Acid amin 19

2.2 Peptide 24

3 Protein 25

3.1 Hình dạng và cấu trúc của protein 25

3.2 Tính chất của protein 27

3.3 Sự biến tính của protein 28

3.4 Các biến đổi của protein trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm 29

4 Thực hành: 31

CHƯƠNG 2: ENZYME 35

1 Tổng quan về enzyme 35

1.1 Bản chất của enzyme 35

1.2 Cấu tạo hoá học của phân tử enzyme 36

2 Cơ chế tác dụng của enzyme 36

2.1 Trung tâm hoạt động của enzyme 36

2.2 Cơ chế hoạt động của enzyme 37

3 Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng enzyme 38

3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ 38

3.2 Ảnh hưởng của Ph 39

3.3 Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất 40

3.4 Ảnh hưởng của chất hoạt hoá 41

3.5 Ảnh hưởng của chất kìm hãm 41

4 Cách gọi tên và phân loại 42

5 Ứng dụng của enzyme trong ngành công nghệ thực phẩm 45

6 Thực hành: Thực hiện được các phản ứng thủy phân của enzyme 48

CHƯƠNG 3: GLUCID VÀ SỰ PHÂN GIẢI GLUCID 51

1 Giá trị dinh dưỡng và phân loại glucid 51

2 Glucid 52

2.1 Đại cương 52

2.2 Monosaccharide 52

2.3 Olygosaccharide 59

Raffinose 62

2.4 Polysaccharide 62

3 Phân giải glucid 68

3.1 Sự đường phân 68

3

3.2 Sự oxy hóa acid Pyruvic 69

3.3 Chu trình Pentose phosphate 71

3.4 Chu trình Krebs 72

4 Thực hành: 74

CHƯƠNG 4: LIPID 77

1 Vai trò và giá trị dinh dưỡng của lipid 77

2 Lipid đơn giản 79

3 Lipid phức tạp 81

4 Sự chuyển hóa lipid (do enzyme) 82

4.1 Sự ôi hóa 83

4.2 Sự oxy hóa các chất béo trong cơ thể sinh vật 84

5 Thực hành: Xác định tính chất đặc trưng của lipid 85

CHƯƠNG 5: VITAMIN, CHẤT KHOÁNG VÀ CHẤT MÀU 88

1 Đại cương về Vitamin 88

1.1 Vitamin tan trong nước: B1, B2, B3, B5, B6, B8, B9, B12, C 88

1.2 Vitamin tan trong chất béo: A, D, E, K 94

2 Chất khoáng vi lượng và chất khoáng đa lượng 98

3 Hoá học về chất màu tự nhiên 101

3.1 Clorophyll 101

3.2 Carotenoid 102

3.3 Flavonoid 104

4 Thực hành: Xác định được tính chất của vitamin tan trong nước và tan trong béo 106

TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

4

CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: Hóa sinh học thực phẩm

Mã môn học: TCN203

Thời gian thực hiện môn học: 63 giờ/3 tín chỉ; (Lý thuyết: 27 giờ; Thực hành, thí

nghiệm, thảo luận, bài tập 34 giờ; Kiểm tra 2 giờ)

I Vị trí, tính chất của môn học:

- Vị trí: Đây là môn học cơ sở trong chương trình đào tạo bậc trung cấp Công nghệ Kỹ thuật chế biến và bảo quản Thủy sản

- Tính chất: Đây là môn học trang bị kiến thức hóa sinh về sản phẩm thực phẩm, làm cơ

sở để học sinh tiếp thu tốt các môn học chuyên môn về chế biến, bảo quản và kiểm tra chất lượng thủy sản

II Mục tiêu môn học:

+ Rèn luyện kỹ năng thao tác của người học trong khi tiến hành thực hành

+ Có kỹ năng giao tiếp, tổ chức và làm việc nhóm

III Nội dung môn học:

1 Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian:

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

Kiểm tra

5

1 Chương 1: Protein và sự chuyển hóa của

protein trong bảo quản và chế biến thực phẩm 6 6 0 0

3 Chương 3: Glucid và sự phân giải glucid 6 6 0 0

4 Chương 4: Lipid và sự ôi hóa thực phẩm 6 6 0 0

6 Chương 6: Sự oxi – hóa khử sinh học – Chu

Thời gian kiểm tra được tính vào giờ thực hành

2 Nội dung chi tiết:

+ Thực hiện được một số phản ứng màu của protein

+ Nghiêm túc trong học tập, cẩn thận, tuân thủ đúng nội quy lớp học

2 Nội dung chương:

1.1 Giới thiệu

6

1.1.1 Vai trò sinh học

1.1.2 Vai trò dinh dưỡng

1.1.3 Vai trò trong công nghệ thực phẩm

1.2 Acid amin

1.2.1 Thành phần nguyên tố cấu tạo protein

1.2.2 Acid amin đơn vị cấu tạo cơ sở của protein

1.4.3 Sự biến tính của protein

1.4.4 Các tính chất chức năng của protein

1.4.4 Các biến đổi của protein trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm.

Chương 2: Enzyme Thời gian: 3 giờ LT

1 Mục tiêu:

+ Trình bày được thành phần cấu tạo và tính chất của enzyme trong thực phẩm

+ Liệt kê được các nhân tố ảnh hưởng đến hoạt độ của enzyme trong thực phẩm + Biết được một số ứng dụng của enzyme vào trong thực phẩm

+ Nghiêm túc trong học tập, tuân thủ đúng nội quy lớp học

2 Nội dung chương:

2.1 Cấu tạo của enzyme

2.1.1 Bản chất

2.1.2 Cấu tạo hóa học của enzyme

2.2 Các đặc tính nổi bật của enzyme

2.2.1 Đặc điểm chung

2.2.2 Điểm riêng biệt

2.3 Cơ chế tác dụng của enzyme

2.3.1 Trung tâm hoạt động của enzyme

7

2.3.2 Cơ chế hoạt động của enzyme

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng của enzyme và phương pháp xác định hoạt độ của enzyme

2.4.1 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme, cơ chất

2.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

2.4.3 Ảnh hưởng của pH

2.4.4 Ảnh hưởng của chất kiềm hãm

2.4.5 Ảnh hưởng của chất hoạt hóa

2.5 Cách gọi tên và phân loại

2.5 Ứng dụng của enzyme trong công nghiệp thực phẩm

Chương 3: Glucid và sự phân giải glucid Thời gian: 6 giờ LT

1 Mục tiêu:

+ Nêu được thành phần cấu tạo chính của glucid, phân biệt được các loại glucid và các quá trình chuyển hóa glucid trong cơ thể sinh vật và trong thực phẩm

+ Viết công thức cấu tạo một số loại glucid

+ Nghiêm túc trong học tập, cẩn thận, tuân thủ đúng nội quy lớp học và phòng thí nghiệm

2 Nội dung chương:

3.2.2 Sự oxy hóa acid Pyruvic

3.2.3 Chu trình Pentose phosphate

Chương 4: Lipid và sự ôi hóa thực phẩm Thời gian: 6 giờ

LT

1 Mục tiêu:

+ Nêu được thành phần cấu tạo và phân biệt được các loại lipid

+ Trình bày được quá trình ôi hóa xảy ra trong thực phẩm

+ Xác định tính chất đặc trưng của lipid

8

+ Sử dụng được các dụng cụ, thiết bị trong phòng thí nghiệm

+ Nghiêm túc trong học tập, tuân thủ đúng nội quy lớp học

2 Nội dung chương:

4.4.2 Sự oxy hóa các chất béo trong cơ thể sinh vật

Chương 5: Vitamin và chất khoáng Thời gian: 3 giờ

LT

1 Mục tiêu:

+ Trình bày được khái quát về vitamin

+ Nêu được cách phân loại vitamin Liệt kê được một số vitamin

+ Trình bày khái quát về khoáng đa lượng và vi lượng

+ Xác định được tính chất của vitamin tan trong nước và tan trong béo

+ Xác định được tính chất đặc trưng của lipid

+ Sử dụng được các dụng cụ, thiết bị trong phòng thí nghiệm

+ Nghiêm túc trong học tập, cẩn thận, nhận thức được tầm quan trọng của vitamin và khoáng chất

2 Nội dung chương:

5.1 Đại cương về vitamin

5.1.1 Khái niệm

5.1.2 Phân loại

5.2 Đại cương về chất khoáng

+ Nêu lên được cơ chế của quá trình khử sinh học

+ Hiểu được quá trình phân giải đường của quá trình đường phân

+ Tính toán được năng lượng sinh ra của chu trình Krebs

+ Nghiêm túc trong học tập, cẩn thận

2 Nội dung chương:

6.1 Quan niệm hiện đại về cơ chế của quá trình oxy hóa khử sinh học

6.1.1 Các dạng phản ứng oxy hóa khử sinh học

6.1.2 Enzyme oxi hóa - khử

6.1.3 Sự phosphoryl hóa – oxy hóa

+ Thực hiện được một số phản ứng màu của protein

+ Định lượng protein bằng phương pháp Bradford

+ Sử dụng được các dụng cụ, thiết bị trong phòng thí nghiệm

+ Nghiêm túc trong học tập, cẩn thận, tuân thủ đúng nội quy phòng thí nghiệm

2 Nội dung:

1.1 Cơ sở lý thuyết

1.2 Phương tiện thí nghiệm

+ Trích ly đươc một số enzyme phổ biến

+ Thực hiện được các phản ứng thủy phân của enzyme

10

+ Sử dụng được các dụng cụ, thiết bị trong phòng thí nghiệm

+ Nghiêm túc trong học tập, cẩn thận, tuân thủ đúng nội quy phòng thí nghiệm

2 Nội dung:

2.1 Cơ sở lý thuyết

2.2 Phương tiện thí nghiệm

+ Thực hiện được một số phản ứng màu của glucid

+ Định lượng được đường khử bằng phương pháp acid Dinitrosalicylic (DNS)

+ Sử dụng được các dụng cụ, thiết bị trong phòng thí nghiệm

+ Nghiêm túc trong học tập, cẩn thận, tuân thủ đúng nội quy phòng thí nghiệm

2 Nội dung:

3.1 Cơ sở lý thuyết

3.2 Phương tiện thí nghiệm

3.3 Phương pháp thực hiện

3.4 Tường trình thí nghiệm

Thực hành bài 4: Xác định tính chất của lipid Thời gian: 5 giờ TH

1 Mục tiêu:

+ Xác định tính chất đặc trưng của lipid

+ Sử dụng được các dụng cụ, thiết bị trong phòng thí nghiệm

+ Nghiêm túc trong học tập, tuân thủ đúng nội quy phòng thí nghiệm

2 Nội dung:

4.1 Cơ sở lý thuyết

4.2 Phương tiện thí nghiệm

11

+ Sử dụng được các dụng cụ, thiết bị trong phòng thí nghiệm

+ Nghiêm túc trong học tập, cẩn thận, tuân thủ đúng nội quy phòng thí nghiệm

2 Nội dung:

5.1 Cơ sở lý thuyết

5.2 Phương tiện thí nghiệm

5.3 Phương pháp thực hiện

5.4 Tường trình thí nghiệm

Kiểm tra: Thời gian: 2 giờ

IV Điều kiện thực hiện môn học:

1 Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Bố trí phòng học lý thuyết, phòng thực hành

2 Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu, bảng, phấn, thiết bị máy móc liên quan đến môn học

3 Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu:

+ Tài liệu hướng dẫn môn học

+ Các file video liên quan đến môn học

+ Tài liệu tham khảo liên quan đến môn học

+ Thực hiện được các phản ứng đặc trưng của protein, glucid

+ Tiến hành xác định được tính chất của lipid, vitamin, enzyme theo yêu cầu của môn học

+ Sử dụng được các dụng cụ và trang thiết bị máy móc trong quá trình thực hành tại phóng thí nghiệm

+ Thu thập số liệu và tính toán được kết quả của phần thực hành

12

- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:

+ Ý thức trách nhiệm trong công việc, cẩn thận

2 Phương pháp: Kiểm tra đánh giá theo quy định của Bộ LĐTBXH và quy định học vụ của trường

VI Hướng dẫn thực hiện môn học:

1 Phạm vi áp dụng môn học: Sử dụng cho sinh viên trung cấp Công nghệ Kỹ thuật chế biến và bảo quản Thủy sản, làm tài liệu tham khảo trung cấp nghề Chế biến thực phẩm

2 Hướng dẫn về phương pháp giảng dạy, học tập môn học:

- Đối với giáo viên, giảng viên:

+ Cung cấp tài liệu môn học, nghiên cứu nội dung mà môn học yêu cầu

+ Giảng dạy lý thuyết sẽ áp dụng phương pháp diễn giảng đặt câu hỏi kết hợp với một

số thiết bị giảng dạy hiện đại như máy chiếu, thảo luận theo nhóm về một số chủ đề đã giảng dạy

+ Giảng dạy thực hành: Giáo viên hướng dẫn những nội dung cần thực hành và các thao tác thực hành trên các dụng cụ thí nghiệm và thiết bị chế biến sản phẩm Sau đó người học học được các thao tác cụ thể trong phòng thí nghiệm hay xưởng thực hành

- Đối với người học:

+ Tham dự ít nhất 80% thời gian quy định của học lý thuyết trong chương trình môn học, 100% thời gian thực hành

+ Học tập nội dung có trong tài liệu hướng dẫn môn học, các tài liệu tham khảo và sử dụng vốn kiến thức cũ để học kiến thức mới

3 Những trọng tâm cần chú ý:

+ Trình bày được khái niệm, cấu tạo và tính chất của protein, enzyme, glucid, lipid, vitamin và khoáng chất trong thực phẩm

+ Thực hiện được phản ứng của các chất theo yêu cầu của bài thực hành

+ Vận hành được các thiết bị trong quá trình thực hành

+ Nghiệm túc, cẩn thận khi thực hành tại phòng thí nghiệm

4 Tài liệu tham khảo:

[1] Nguyễn Thị Thu Thủy (2008), Hóa học thực phẩm, Trường đại học Cần Thơ, khoa NN & SHƯD, Bộ môn Công nghệ thực phẩm

[2] Bùi Hữu Thuận, Dương Thị Phượng Liên, Bùi Thị Huỳnh Hoa (2004), Sinh hóa thực phẩm, Trường đại học Cần Thơ, khoa NN & SHƯD, Bộ môn Công nghệ thực phẩm

[3] Hoàng Kim Anh, Trương Thanh Sơn (2008), Hóa học thực phẩm, Nxb Khoa học

và Kỹ Thuật

[4] Lê Ngọc Tú (2005), Hóa sinh công nghiệp, Nxb Khoa học và Kỹ Thuật Hà Nội

13

[5] Nguyễn Đức Lượng (2004), Công nghệ enzyme, Nxb Đại học quốc gia TPHCM [6] Phan Thị Bích Trâm (2003), Sinh hóa, Trường đại học Cần Thơ, khoa NN & SHƯD, Bộ môn Công nghệ thực phẩm

5 Ghi chú và giải thích (nếu có):

14

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 1.1 Acid amin dạng D và L………14

Hình 1.2 Cấu tạo Protein……… ………….….18

Hình 3.1 Các monosaccharide với số phân tử cacbon khác nhau…….… 40

Hình 3.2 Sự oxy hóa acid Pyruvic 56

Hình 3.3 Chu trình Pentose sphate 57

Hình 3.4 Chu trình Krebs 59

Hình 4.1 Cấu tạo Triacyglyceride……….………64

DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 3.1 Độ ngọt của các loại đường 45

Bảng 4.1 Hàm lượng lipid trong một số thực phẩm……….…63

15

GIÁO TRÌNH MÔN HỌC/MÔ ĐUN Tên môn học/mô đun: Hóa sinh thực phẩm

Mã môn học/mô đun: MH08

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học/mô đun:

- Vị trí: là môn học kiến thức cơ sở chuyên môn;

- Tính chất: Là môn học kỹ thuật cơ sở trong chương trình bắt buộc, học lý thuyết kết hợp với thực hành trên phòng thí nghiệm

Mục tiêu của môn học/mô đun:

Sau khi học xong môn học này người học có khả năng:

* Về kiến thức:

- Cung cấp cho người học ngành chế biến thực phẩm những kiến thức cơ bản về

sự biến đổi của một số hợp chất có trong thực phẩm: Protein, glucid, lipid và các phản ứng hoá học xảy ra trong thực phẩm;

- Trình bày được khả năng chuyển hoá chúng trong cơ thể sống và trong chế biến thực phẩm

* Về kỹ năng:

- Thực hiện được một số phản ứng màu của protein, glucid

- Xác định tính chất đặc trưng của lipid, vitamin tan trong nước và tan trong béo

* Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: rèn luyện tính tích cực, cẩn thận, tực giác

trong công việc; chấp hành nội quy an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp

Nội dung của môn học/mô đun:

16

CHƯƠNG 1: PROTEIN

Mã Chương: MH08-01 Giới thiệu:

Mục tiêu:

- Biết được cấu tạo, tính chất của Protein;

- Trình bày được vai trò sinh học và giá trị dinh dưỡng của Protein;

- Sự biến đổi của protein trong chế biến thực phẩm

Nội dung chính:

1 Giới thiệu

Protein là phân tử sinh học rất lớn, có mặt nhiều nhất trong tế bào sống Protein tham gia vào rất nhiều các phản ứng sinh hóa khác nhau và tồn tại ở các dạng phân tử khác nhau

Protein được kết hợp bởi các acid amin Các acid amin nối với nhau bởi liên kết peptid Acid amin, peptid và protein là những thành phần quan trọng của thực phẩm cung cấp các tiền chất cần thiết cho quá trình 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 chế 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

Protein được cung cấp từ thực và động vật, ngoài ra, nguồn cung cấp protein còn bao gồm tảo (Chlorella, Scenedesmus, Spirulina ), nấm men và vi khuẩn (protein đơn bào SCP – single cell protein) Do nấm men và vi khuẩn thường chứa lượng lớn acid nucleic (6-17% so với trọng lượng khô) nên cần quá trình thu nhận, tinh sạch protein

Protein là hợp chất phổ biến trong các nguyên liệu và sản phẩm thực phẩm Trong thực phẩm, protein có thể ở trạng thái dịch thể hoặc ở trạng thái rắn, có thể

ở dạng gần như thuần nhất trong một số sản phẩm này nhưng lại ở dạng hổn hợp với các hợp phần khác trong một số thành phẩm khác Có thực phẩm protein là hợp phần chính có sẵn trong nguyên liệu, có thực phẩm protein được thêm vào ở dạng chất phụ gia

Protein sẵn có hoặc được đưa vào sản phẩm thực phẩm chủ yếu là để tạo cho thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao Ngoài ra, protein còn có vai trò cực kỳ quan trọng trong công nghệ sản xuất thực phẩm: là chất tạo hình và tạo kết cấu đặc trưng cho nhiều loại sản phẩm thực phẩm

17

Do tương tác với nước và dưới tác dụng của nhiệt mà protein có thể thay đổi tính chất, trạng thái để tạo hình, tạo dáng và tạo kết cấu cấu cho sản phẩm thực phẩm Trong những điều kiện công nghệ nhất định, protein có thể tương tác với nhau, tương tác với nước, với glucid, lipid để tạo ra độ đặc, độ dẻo, độ trong, tạo bọt, tạo độ xốp cho các sản phẩm thực phẩm

- Vận động: Myosin, actin, actomyosin là những protein chính của sợi tơ

cơ Hoạt động của chúng tạo nên co và duỗi cơ

- Cấu trúc: các protein cấu trúc quan trọng như collagen trong tổ chức liên kết, keratin trong tóc, da; elastin trong thành mạch

- Điều hòa: một số hormone có bản chất protein, là chất có vai trò điều hòa quan trọng các chuyển hóa trong cơ thể như glucagon, adrenaline tham gia điều hòa đường máu

1.2 Vai trò dinh dưỡng

Thuật ngữ protein có xuất xứ từ tiếng Hy Lạp “protos” nghĩa là trước nhất, quan trọng nhất Protein là thành phần cơ bản của vật chất sống, nó tham gia vào thành phần của mỗi một tế bào và là yếu tố tạo hình chính Quá trình sống là sự thoái hóa và tân tạo thường xuyên của protein

*Protein là thành phần nguyên sinh chất tế bào

Ở nguyên sinh chất tế bào không ngừng xảy ra quá trình thoái hoá protein cùng với sự tổng hợp protein từ thức ăn Protein cũng là thành phần quan trọng của

18

nhân tế bào và các chất giữa tế bào Một số protein đặc hiệu có vai trò quan trọng

do sự tham gia của chúng vào hoạt động các men, nội tố, kháng thể và các hợp chất khác Ví dụ globin tham gia vào thành phần huyết sắc tố, miosin và actin đảm bảo quá trình co cơ, -globulin tham gia vào sự tạo thành rodopsin của võng mạc mắt, chất này giúp cho quá trình cảm thụ ánh sáng được bình thường

*Protein cần thiết cho sự chuyển hoá bình thường của các chất dinh dưỡng khác

Mọi quá trình chuyển hoá của glucid, lipid, acid nucleic, vitamin và chất khoáng đều cần có sự xúc tác của các enzyme mà bản chất hoá học của enzyme

là protein Các quá trình chuyển hoá của các chất dù là phân giải hay tổng hợp đều cần một nguồn năng lượng lớn, một phần năng lượng đáng kể do protein cung cấp

*Protein tham gia vào cân bằng năng lượng của cơ thể

Protein là nguồn năng lượng quan trọng cho cơ thể, cung cấp khoảng 10 - 15% năng lượng của khẩu phần Các acid amin không tham gia vào tổng hợp protein hoặc được phân giải từ protein, từ các đoạn peptid nhờ enzyme carboxy peptidase hay amino peptidase của ruột non sẽ bị khử amin hoá bằng cách oxy hoá, kết quả tạo thành nhóm –NH2 và α-cetoacid

Nhóm amin phần lớn đựơc tạo thành urê qua chu trình ormithin, còn một phần tồn tại dưới dạng amoniac Các α-cetoacid tiếp tục bị biến đổi theo đường hướng β oxy hoá để tạo thành acetyl CoA và năng lượng, acetyl CoA lại tiếp tục

đi vào chu trình Krebs để tạo ra CO2, H2O, năng lượng và các sản phẩm trung gian Như vậy các acid amin biến đổi theo đường hướng khử amin hoá sẽ cho nguồn năng lượng lớn Các acid amin cũng có thể bị khử carboxyl hoá để tạo thành các amin hay diamin Các amin này lại bị oxy hoá tiếp tục để tạo thành NH3,

H2O, aldehyde tương ứng, đồng thời giải phóng nguồn năng lượng đáng kể Như vậy khi thiếu glucid, lipid thì một phần protein thừa có thể chuyển hoá thành glucid hay acid béo để tham gia vào quá trình đốt cháy và cung cấp năng lượng Khi đốt cháy trong cơ thể, 1 g protein cho 4 Kcal

*Protein điều hoà chuyển hoá nước và cân bằng kiềm toan trong cơ thể

Protein đóng vai trò như chất đệm, giữ cho pH máu ổn định do khả năng liên kết với H+ và OH- Các hoạt động của cơ thể rất nhạy cảm với sự thay đổi pH máu, vì vậy vai trò duy trì cân bằng pH là rất quan trọng Protein có nhiệm vụ kéo nước

từ trong tế bào vào mạch máu, khi lượng protein trong máu thấp, dưới áp lực co bóp của tim, nước bị đẩy vào khoảng gian bào gây hiện tượng phù nề

*Protein bảo vệ và giải độc cho cơ thể

Cơ thể con người chống lại sự nhiễm trùng nhờ hệ thống miễn dịch Hệ thống miễn dịch sản xuất ra kháng thể có bản chất là các protein bảo vệ Mỗi kháng thể gắn với một phần đặc hiệu của vi khuẩn hoặc yếu tố lạ nhằm tiêu diệt

19

hoặc trung hoà chúng Cơ thể có hệ thống miễn dịch tốt khi được cung cấp đầy đủ acid amin cần thiết để tổng hợp nên kháng thể Cơ thể luôn bị đe doạ bởi các chất độc được hấp thụ từ thực phẩm qua hệ thống tiêu hoá hoặc trực tiếp từ môi trường, các chất độc này sẽ được gan giải độc Khi quá trình tổng hợp protein bị suy giảm

do thiếu dinh dưỡng thì khả năng giải độc của cơ thể giảm

*Protein là chất kích thích ngon miệng

Do chức năng này mà protein giữ vai trò quan trọng trong việc tiếp nhận các chế độ ăn khác nhau Trong cơ thể người protein là chất có nhiều nhất sau nước Gần 1/2 trọng lượng khô của người trưởng thành là protein và phân phối như sau: 1/3 ở cơ, 1/5 có ở xương và sụn, 1/10 ở da, phần còn lại ở các tổ chức và dịch thể khác, trừ mật và nước tiểu bình thường không chứa protein Protein cần thiết cho chuyển hóa bình thường các chất dinh dưỡng khác, đặc biệt là các vitamin và chất khoáng Khi thiếu protein, nhiều vitamin không phát huy đầy đủ chức năng của chúng mặc dù không thiếu về số lượng

2 Acid amin và peptide

2.1 Acid amin

Acid amin là đơn vị cơ bản cấu tạo nên protein Các acid amin thường được gọi tên theo nguồn gốc phát hiện ra chúng Acid amin đầu tiên được phát hiện ở cây măng tây (asparagus) vào năm 1806 và được gọi là asparagin Acid amin cuối cùng trong số 20 acid amin tham gia vào thành phần cấu tạo protein là threonin được phát hiện năm 1938

* Cấu tạo Acid amin

Acid amin đuợc coi là các dẫn xuất amino của acid carboxylic, trong đó có một nguyên tử hydro tại Cα được thay thế bằng một nhóm amino

COOH C R

H2N  H

R được gọi là mạch bên, các acid amin khác nhau sẽ khác nhau ở cấu tạo mạch bên R

Các acid amin thường gặp

Khi thủy phân hoàn toàn phân tử protein, ta thu được các acid amin ở dạng đồng phân L, có khoảng 20 acid amin thường gặp trong thành phần protein

* Acid amin không phân cực, kỵ nước:

Isoloeucine Methionine Proline

(Ile, I) (Met, M) (Pro, P) Tryptophan

* Acid amin phân cực nhưng không tích điện:

H 2 N - C - H H 2 N - C - H H 2 N - C - H H 2 N - C - H

H 3 C CH 3 CH

H 3 C CH 3

(Gly, G) (Ala, A) (Val, V) (Leu, L)

H 2 N - C - H H 2 N - C - H H 2 N -C - H H 2 N - C - H

CH 2 OH H - C - OH CH 2 CH 2

OH

(Ser, S) (Thr, T) (Tyr, Y) (Cys, C)

* Các acid amin có tính acid:

* Các acid amin có tính kiềm:

(Arg, R) (Lys, K) (His, H)

*Đồng phân acid amin:

Có 2 dạng: đồng phân cấu tạo và đồng phân lập thể (đồng phân quang học)

22

* Đồng phân cấu tạo: Do sự sắp xếp trình tự các nguyên tử carbon trong

phân tử acid amin

* Đồng phân lập thể: Tồn tại hai dạng đồng phân đối quang D và L (hình

*Tính chất vật lý của acid amin

- Các acid amin tự nhiên có thể kết tinh thành tinh thể rắn, màu trắng, bền

H2N HC

CH2

CH3

CH3

N HC

R2COOH

R1 C H C

H2N

O O

Cu H C R2

C

NH2

O O

OH

-Phức hợp của các acid amin với đồng được dùng để che nhóm -amin khi tiến hành một số phản ứng và dùng trong định lượng acid amin bằng phương pháp so màu

NH2

NH2

CH2OH LiBH4

Liên kết peptide

- Phản ứng với aldehyde formic

* Hiện tượng racemic hóa:

Chuyển đổi đồng phân L thành dạng D dưới tác dụng của nhiệt độ trong môi trường kiềm, phản ứng này làm mất hoạt tính sinh học của acid amin

2.2 Peptide

* Cấu tạo và cách gọi tên

Peptide được tạo thành từ các acid amin liên kết nhau bằng liên kết peptide Khi thủy phân peptide ta thu được các acid amin

Những polypeptide tạo nên bởi các acid amin được gọi là peptide hay protein tùy thuộc vào số acid amin tham gia vào thành phần cấu trúc của nó:

- Nếu chứa đến 20 gốc acid amin thì được gọi là oligopeptide

- Nếu chứa từ 50 gốc acid amin trở lên được gọi là protein

Qui ước biểu diễn mạch polypeptide: đầu N nằm tận cùng bên trái, đầu C nằm tận cùng bên phải

R

25

Các polypeptide được gọi tên như sau: acid amin có gốc cacboxyl tham gia tạo liên kết peptide, đuôi “ine” đổi thành “yl”; acid amin chứa gốc cacboxyl tự

do vẫn giữ nguyên vần “ine”

Ví dụ: Pentapeptide được cấu tạo từ các acid amin Gly, Ser, Phe, Leu và Lys được gọi tên như sau: Glycyl-seryl-phenylalanyl-leucyl-lysine

vị Các dipeptide sau đây thường có vị đắng

Rất nhiều peptide (đặc biệt là những peptide nhỏ) là những chất có hoạt tính sinh học rất đặc biệt và được sử dụng rộng rãi trong y học và thực phẩm

- Insulin là một peptide gồm có 51 acid amin nằm trên 2 sợi polypeptide nối với nhau bằng 2 liên kết disulfide, chúng có vai trò làm giảm đường huyết

- Glucagon là một peptide dài 29 acid amin được tạo ra ở tuyến tụy, có tác động ngược với insulin

- Aspartame hay nutrasweet (L-aspartyl-L-phenylalanyl methyl ester) là một peptide được tổng hợp bằng con đường hóa học có vị ngọt gấp hàng trăm lần so với đường saccharose và được sử dụng trong công nghệ thực phẩm

- Oxytoxin là peptide gồm 9 acid amin có chức năng kích thích dạ con co bóp

- Bradikinin cũng gồm 9 acid amin, có tác dụng ức chế sưng tấy mô,

- Nisine là peptide được tạo ra bởi chủng Streptococcus lactic, có tác dụng ức chế hoạt động của một số vi khuẩn gram dương như: Streptococci, Bacilli,

Clostridia và một số vi khuẩn yếm khí khác Do đó nó được sử dụng như chất bảo

quản trong công nghệ thực phẩm

3 Protein

3.1 Hình dạng và cấu trúc của protein

Hình dạng của protein có thể là hình sợi hoặc hình cầu:

*Cấu trúc phân tử của protein được chia làm bốn loại: (như hình dưới)

- Cấu trúc bậc 1 (primary structure) là thành phần và trật tự sắp xếp các gốc acid amin trong mạch polypeptide

- Cấu trúc bậc 2 (secondary structure) phản ảnh sự sắp xếp có qui luật trong không gian của các acid amin trong chuỗi peptid Phổ biến hơn cả là cấu trúc xoắn

α và nếp gấp β

- Cấu trúc bật 3 (tertiary structure) phản ánh tương quan không gian của các acid amin trong chuỗi polypeptide Trong đó bao gồm cả cấu trúc bậc 2 Từ đó tạo nên cấu trúc đặc thù của riêng từng loại protein

- Cấu trúc bậc 4 (quaternary structure) phản ánh sự tương quan không gian giữa các sợi polypeptide trong phân tử protein

Hình 2.1 Cấu trúc phân tử của protein

Hình 1.2 Cấu tạo Protein

- Một acid amin có hai nhóm acid như: Asp, Glu

- Có hai nhóm amin như: Lys, Arg

- Có nhóm hydroxyl như: Ser, Thr, Tyr,

Khi acid hóa protein bằng acid mạnh như HCl, sẽ kìm hãm sự phân ly của –COOH làm cho khả năng tích điện âm giảm, sản phẩm tạo thành là các muối clorua

Khi kiềm hóa protein bằng kiềm mạnh như NaOH, sẽ kìm hãm sự phân ly của –NH2, làm cho khả năng tích điện dương giảm, sản phẩm tạo thành là Na-protein

* Tính hòa tan

Khả năng hòa tan của protein trong nước

Phần lớn các protein gặp trong tự nhiên đều có thể kết hợp với nước, nói một cách khác là có khả năng hydrat hóa cao

Trong cơ thể sinh vật, protein thường chứa 70 – 80% nước, trong đó khoảng 20 -30% ở dạng hydrat Phần còn lại là nước tự do được giữ lại nhờ các nếp gấp của protein

Trong phân tử của protein có các nhóm:

- Kị nước (gốc alkyl)

- Háo nước ( -COOH, -CO, -NH, -NH2, -OH)

* Khả năng hòa tan của protein trong dung môi:

- Với những chất làm tăng hằng số điện môi của nước như glycerine thì sẽ tăng tính tan

- Với những chất làm giảm hằng số điện môi của nước như rược hoặc aceton

sẽ giảm tính tan

* Yếu tố ảnh hưởng đến tính tan:

- Phụ thuộc vào nồng độ muối trung tính trong dung dịch Với một lượng nhỏ nồng độ muối trung tính lẫn trong protein sẽ làm tăng tính tan (do phân cực) Nhưng với nồng độ muối trung tính cao thì đa số protein sẽ bị giảm tính tan (do

sự cạnh tranh lượng nước còn lại)

- Phụ thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ: nếu năng nhiệt độ đến nhiệt độ chưa làm protein bị biến tính (từ 0 đến 400C) thì độ tan của protein tăng

- Phụ thuộc vào bản chất các acid amin trong protein và cấu hình của protein

- Phụ thuộc vào pH của dung dịch

- Phụ thuộc vào loại dung môi

28

3.3 Sự biến tính của protein

Dưới tác động của các tác nhân vật lý (tia cực tím, sóng siêu âm, nhiệt độ ), tác nhân hóa học (acid, muối, bazo, muối kim loại nặng ) protein bị biến tính Trong quá trình này, có sự sắp xếp lại các nhóm trong một phân tử protein, các cấu trúc bật 2, 3, 4 bị thay đổi (do các liên kết thứ cấp trong mạch polypeptide bị phá vỡ) Các nếp gấp trong phân tử protein bị chuyển động mạnh dẫn đến sự phá

vỡ các liên kết không bền như liên kết hydro Mạch polypeptide bị giãn và phân

bố lại, các nhóm kị nước được đẩy ra ngoài, tính ưa nước giảm, mất tính hòa tan Protein biến tính dễ tiêu hóa hơn (so với trường hợp biến tính do tác dụng phân giải bởi enzyme như tripsin)

Sư biến tính protein cần sự có mặt của nước Nếu không có nước, sự giãn nở các mạch protein sẽ không xảy ra Protein hoàn toàn khô sẽ không biến tính Protein biến tính thường đông tụ lại, làm biến đổi trạng thái keo Quá trình đông

tụ xảy ra là do các nhóm hóa học xuất hiện tạo nên những cầu nối giữa các mạch polypeptide khác nhau và protein bị mất vỏ nước bao bọc Do đó, các phân tử dễ liên hợp lại với nhau thành một tập hợp lớn, tách ra dưới dạng kết tủa, không còn khả năng tan trở lại ở các điều kiện bình thường

Sự biến tính có thể tạo H2S hoặc NH3

Nếu có sự hiện diện của các muối trung tính hoặc đường hoặc acid béo, tốc độ đông tụ của protein bị giảm xuống

Ngoài sự biến tính do nhiệt, sự biến tính còn xảy ra do sự tác động vật lý (sự khuấy đảo mạnh) Tác động vật lý làm giãn các mạch protein

* Sự đông tụ protein thường xảy ra 2 dạng:

- Nồng độ protein thấp: đông tụ tạo dạng bông

- Nếu nồng độ protein lớn: đông tụ tạo dạng bông

* Tính chất của protein biến tính:

- Mất tính chất hoạt động sinh học

- Mất khả năng hòa tan trong nước

- Mất khả năng kết tinh và các tính chất khác, như độ nhớt, sức căng

- Biến đổi hình dạng, kích thước của protein

- Tăng cường khả năng bị thủy phân protein khi dùng các protease

- Dưới các tác nhân khác nhau quá trình biến tính xảy ra khác nhau

* Các yếu tố làm protein kết tủa:

Thông thường protein có thể bị vón cục và kết tủa Có hai dạng kết tủa: kết tủa thuận nghịch và kết tủa không thuận nghịch

3.4 Các biến đổi của protein trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm

* Khả năng tạo gel của protein

Có thể nói các thực phẩm như giò lụa, phomat, bánh mì là những sản phẩm có kết cấu bộ khung từ gel protein

Gel protein: Khi các phân tử protein bị biến tính tập hợp lại thành một mạng lưới không gian có trật tự gọi là sự tạo gel Khi protein bị biến tính thì các cấu trúc bậc cao bị phá hủy, liên kết giữa các phân tử bị đứt, mạch peptide bị giãn ra, các nhóm bên trước ẩn phía trong bây giờ xuất hiện ra ngoài Các mạch polypeptide đã bị duỗi ra (trong điều kiện gia công nhất định) trở nên gần nhau, tiếp xúc với nhau

và liên kết lại với nhau mà mỗi vị trí tiếp xúc là một nút, phần còn lại hình thành mạng lưới không gian ba chiều vô định hình, rắn, trong đó có chứa đầy pha phân tán (H2O)

Các nút mạng lưới có thể được tạo ra do tương tác giữa các nhóm kị nước Khi các nhóm này gần nhau tương tác với nhau hình thành ra liên kết hydrophobe (kị nước hay ưa béo), các phân tử ưa béo thường ổn định và tăng cường khi tăng nhiệt

độ, làm cho các mạch polypeptide sít lại với nhau, khiến cho khối gel trở nên cứng hơn

Các nút lưới có thể được tạo ra do liên kết hydro giữa các nhóm peptide với nhau, giữa nhóm OH của serine, treonine hoặc tyrosine với các nhóm COOH của acid glutamic hoặc acid aspartic Liên kết hydro là liên kết yếu, tạo ra 1 độ linh động nào đó giữa các phân tử với nhau, do đó làm gel có được 1 độ dẻo nhất định Khi gia nhiệt các liên kết hydro bị đứt và gel bị nóng chảy ra Khi để nguội (và nhất

là khi ở gần 00C) cầu hydro được tái lập và càng được tăng cường

Các nút lưới trong gel cũng có thể do liên kết tĩnh điện, liên kết cầu nối giữa các nhóm tích điện ngược dấu hoặc do liên kết giữa các nhóm tích điện cùng dấu qua các ion đa hóa trị như ion Ca2+

Các nút lưới còn có thể do các liên kết disulfure tạo nên Trường hợp này gel rất chắc và bền

* Điều kiện tạo gel:

- Nhiệt độ thường là yếu tố cần thiết đầu tiên để tạo gel Tiếp theo sự gia nhiệt người ta thường làm lạnh để tạo nhiều liên kết hydro cho kết cấu gel được bền

* Khả năng tạo bột nhão

Các protein (gliadin và glutenin) của gluten bột mì còn có khả năng tạo hình, đặc biệt là có khả năng tạo ra “bột nhão” (pate) có tính cố kết, dẻo và giữ khí, để cuối cùng khi gia nhiệt thì hình thành một cấu trúc xốp cho bánh mì

Nhũ tương là hệ phân tán của hai chất lỏng không trộn lẫn vào nhau được, trong

đó một chất ở dưới dạng những giọt nhỏ của pha bị phân tán còn chất kia ở dưới dạng phân tán liên tục Phần lớn các nhũ tương thực phẩm là kiểu dầu trong nước (D/N) hoặc nước trong dầu (N/D) Nhiều nhũ tương thực phẩm còn chứa các bọt khí và/hoặc chất rắn phân tán

Nhiều sản phẩm thực phẩm là những nhũ tương: sữa, kem, bơ, phomai nóng chảy, lòng đỏ trứng, thịt nghiền nhỏ để làm xúc xích

Nhũ tương là hệ không bền nhiệt động Các giọt có khuynh hướng hợp giọt với nhau để tạo thành giọt to hơn, cuối cùng phân thành hai lớp, tách ra và không thành nhũ tương nữa Để làm cho nhũ tương bền, nghĩa là để các giọt ở trạng thái phân tán bền, người ta dùng chất khử nhũ hóa:

Cho các chất điện ly vô cơ vào để làm cho các giọt tích điện và đẩy nhau

Thêm các chất hoạt động bề mặt có cấu trúc lưỡng cực để chúng hướng hai cực háo nước và ưa béo của chúng vào hai phía của bề mặt liên pha dầu/nước do đó làm giảm được sức căng bề mặt giữa hai pha;

Thêm những chất cao phân tử hòa tan được trong pha liên tục, như polysaccharide để làm tăng độ nhớt của pha liên tục, hoặc như protein để hấp thụ vào bề mặt liên pha

Khi protein được hấp thụ vào bề mặt liên pha giữa các giọt dầu phân tán và pha nước liên tục sẽ tạo ra những tính chất cơ lý như độ dày, độ nhớt, độ đàn hồi, độ cứng có tác dụng bảo vệ làm cho các giọt không hợp giọt được Ngoài ra, phụ thuộc vào pH, sự ion hóa các nhóm bên của protein cũng sẽ tạo lực đẩy tĩnh điện làm cho nhũ tương bền

Các bóng bọt thường chứa không khí hoặc khí CO2 mà áp suất lớn hơn áp suất bên ngoài nhưng ép sát vào nhau do đó các bóng bọt có hình đa diện Màng lỏng bao quanh bóng bọt rất mỏng, vì hệ có năng lương dư bề mặt, các bóng bọt tác động lẫn nhau có thể gây ra những chỗ nứt, vỡ cục bộ

Muốn tạo bọt bền nghĩa là các bóng bọt không bị vỡ thì màng mỏng bao quanh bóng bọt phải đàn hồi và không thấm khí Khi protein được hấp thụ vào bề mặt liên pha thì sẽ tạo ra được một màng như thế nên bảo vệ được bóng bọt Các chất tạo bọt thực phẩm thường là protein (lòng trắng trứng, máu, protein của đậu tương )

* Khả năng cố định mùi

Protein có thể cố định được các chất mùi khác nhau (các chất có mùi là những chất bay hơi) Các protein có thể hấp phụ lý học hay hóa học các chất có mùi thông qua tương tác Van der waals hoặc qua liên kết đồng hóa trị và liên kết tĩnh điện

Các hợp chất bay hơi có cực như rượu thường được dính vào protein bằng liên kết hydro Còn các hợp chất bay hơi có khối lượng phân tử thấp lại cố định vào các gốc acid amin không cực qua tương tác kỵ nước (ưa béo)

Cũng có một số hợp chất có mùi cố định vào protein bằng liên kết đồng hóa trị Trong trường hợp này quá trình là không thuận nghịch Chẳng hạn cố định các chất sinh mùi là aldehide hay cetone vào nhóm NH2 của protein, hoặc đính chất bay hơi có nhóm NH2 và nhóm carboxyl của protein

Nhờ khả năng cố định mùi của protein mà người ta có thể tải mùi thịt “thật” vào một protein thực vật đã được tạo hình

* Thực hành

Dụng cụ - hóa chất

+ Dụng cụ

- Máy đo quang phổ - Ống nghiệm (14)

- Pipette 5ml, 1ml (có thể thay bằng pipetteman)

- Dung dịch thuốc thử Bradford: dung dịch thuốc thử có thành phần trong

1 l như sau: Coomassie Brilliant Blue: 0,05g Methanol: 50 ml Phosphoric acid 85%: 100 ml Phẩm màu Coomasie Brilliant Blue 0,1 g được làm tan trong 50 ml methanol, pha loãng với nước cất thành 500 ml để dược dung dịch (1) đựng trong chai màu tối có nắp, 100 ml H3PO4 85% pha loãng thành 500 ml được dung dịch (2) Khi cần sử dụng hòa 1 V (1) và 1V (2) rồi lọc lấy dịch trong

* Tiến hành

33

- Thu dịch trích ly protein như trong bài enzyme (10 g malt trích ly bằng nước thu được V = 100 ml) Pha loãng mẫu với hệ số pha loãng n lần để được mẫu phân tích (mẫu X) (n=1, 2 đối với malt)

- Lập một loạt 6 ống theo số thứ tự 0, 1, 2, 3, 4, 5 và 1 ống nghiệm chứa mẫu cần phân tích X

- Dùng đồng hồ bấm giây, canh thời gian 0 phút cho 5ml thuốc thử vào ống nghiệm

0, lắc đều để yên Ở thời điểm 1 phút cho 5ml thuốc thử vào ống nghiệm 1, lắc đều để yên, cứ tiếp tục cho đến hết

- Vẽ đường tuyến tính giữa nồng độ protein (µg/ml) với mật độ quang OD595

- Dựa vào phương trình đường tuyến tính giữa nồng độ protein (µg/ml) với mật

độ quang OD595 ở trên ta tính được hàm lượng protein P ở trong mẫu phân tích

34

m = khối lượng mẫu, g

35

CHƯƠNG 2: ENZYME

Mã Chương: MH08-02 Giới thiệu:

Mục tiêu:

- Cung cấp cho người học những kiến thức về cấu tạo, tính chất, cơ chế tác

dụng, và các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme

Nội dung chính:

1 Tổng quan về enzyme

Trong cơ thể sống (các tế bào) luôn luôn xảy ra quá trình trao đổi chất Quá trình trao đổi của một chất là tập hợp các quy luật của rất nhiều các phản ứng hóa học khác nhau Các phản ứng hóa học này có liên quan chặt chẽ với nhau và điều chỉnh lẫn nhau và thường xảy ra với tốc độ nhanh gấp hàng triệu lần so với các phản ứng xảy ra bên ngoài cơ thể

Chất xúc tác đó gọi là chất xúc tác sinh học Về sau ngưới ta gọi là enzyme (enzyme có nguồn gốc từ Hy Lạp: en: trong, bên trong, zyme: sự lên men, chất gây men)

Enzyme là những chất xúc tác có bản chất là protein – Mỗi phản ứng hóa học xảy ra trong cơ thể sống có một enzyme xúc tác riêng biệt chúng có khả năng xúc tác đặc hiệu các phản ứng hóa học nhất định và đảm bảo cho các phản ứng xảy ra theo một chiều hướng nhất định và nhịp nhàng trong cơ thể sống

Cho nên nghiên cứu về enzyme rất quan trọng đối với y học, công nghệ thực phẩm, nông nghiệp Ngày nay trong nhiều ngành công nghiệp thuộc da, dệt cũng

đã sử dụng enzyme và có thể coi enzyme là chất thử cần thiết trong nghiên cứu khoa học

- Enzyme bị phân giải bởi protease và sau đó bị mất hoạt tính xúc tác, thường

có phân tử lớn, không qua màng bán thấm Đa số các enzyme đều có cấu hình tan được trong nước, dung dịch muối loãng hoặc các dung môi hữu cơ không bền với nhiệt độ và tùy thuộc vào pH của dung dịch

36

1.2 Cấu tạo hoá học của phân tử enzyme

Dựa vào thành phần hóa học người ta chia enzyme ra làm 2 loại:

- Enzyme đơn giản: (enzyme 1 cấu tử) trong thành phần cấu tạo của nó chỉ gồm những gốc acid amin Những enzyme này thường thuộc nhóm thủy phân như: amylase, protease, pepsin

- Enzyme phức tạp: (enzyme gồm 2 hoặc nhiều cấu tử) trong thành phần của nó ngoài acid amin (protein) còn có các nhóm phụ khác (phi protein) hoặc là những yếu tố kết hợp gọi tắt là các cofactor: ion kim loại, vitamin, nucleotid

Sự kết hợp phần protein enzyme và phần không phải protein nhờ các liên kết

H, tương tác kị nước, liên kết công hóa trị

Phần protein của enzyme 2 cấu tử gọi là apoenzyme hoặc feren

Phần không phải protein dể dàng phân ly ra khỏi hợp phần protein khi cho qua màng bán thấm và nó có thể tồn tại độc lập được gọi là coenzyme

Nếu phần không phải protein liên kết chặc chẽ với protein của enzyme bằng liên kết cộng hóa trị và trong chuỗi phản ứng sinh hóa nó không tách phần apoenzyme ta gọi đó là nhóm prostetic

2 Cơ chế tác dụng của enzyme

2.1 Trung tâm hoạt động của enzyme

Tất cả các enzyme đều hoạt động xúc tác thông qua những hoạt động đặc hiệu của enzyme, gọi là trung tâm hoạt động (TTHĐ) Đây là nơi tiếp xúc giữa enzyme

và cơ chất để tạo thành phức hợp trung gian enzyme-cơ chất (E-S)

Kết quả nghiên cứu trung tâm hoạt động của nhiều enzyme người ta đưa ra nhận xét chung:

- Trung tâm hoạt động của enzyme chỉ chiếm một tỉ lệ tương đối bé của phân

tử enzyme

37

- Trung tâm hoạt động của enzyme một cấu tử thường là các gốc acid amin, các nhóm hóa học hoạt tính cao như serin, tyrosin (-OH); histidin (vòng amidazol); cystein (-SH); glutamic, aspartic (-COOH); arginin, lysin (-NH2)

- Các gốc acid amin tham gia cấu tạo nên trung tâm hoạt động của enzyme không nhất thiết phải xếp cạnh nhau trong cấu trúc bật I mà chúng có thể xếp xa nhau trên chuỗi polypeptide Do phân tử enzyme cũng tồn tại dưới dạng cấu trúc bật II, III, IV nên chúng cũng có thể kề nhau trong không gian

 Quan niệm về trung tâm hoạt động của enzyme: Có 2 thuyết nói về TTHĐ

Thuyết Fisher: TTHĐ có sẵn với một cấu trúc nhất định chỉ cho phép cơ chất có

cấu tạo tương ứng kết hợp vào Nên có thể ví như “ổ khóa” và “chìa khóa”

Thuyết Kosland: thường được gọi là thuyết “ tiếp xúc cảm ứng”, TTHĐ rất mềm

dẽo rất linh động, các nhóm chức năng của TTHĐ chưa ở tư thế sẳng sàng khi tiếp xúc với cơ chất do tác dụng của cơ chất không gian sẽ biến đổi hình dạng phân tử enzyme làm cho các gốc acid amin, các nhóm chức năng của TTHĐ di chuyển định hướng một cách thích hợp nhất, chính xác nhất để gắn với cơ chất

2.2 Cơ chế hoạt động của enzyme

Nghiên cứu cơ chế xúc tác của enzyme có vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi các chất trong cơ thể sống

38

Muốn cho 1 phản ứng enzyme xảy ra thì cơ chất phải được gắn vào trung tâm hoạt động của enzyme, tạo phức hợp enzyme – cơ chất (E-S) Dưới tác dụng của enzyme, hoạt tính hóa học của cơ chất tăng lên rõ rệt và chỉ cần 1 năng lượng hoạt hóa nhỏ cũng đủ làm cho phản ứng xảy ra tức khắc để biến cơ chất thành sản phẩm

* Sự tạo thành phức hợp enzyme cơ chất:

Theo Michaelis và Menten thì trước hết enzyme (E) kết hợp với cơ chất (S) tạo nên phức hợp enzyme - cơ chất (ES) Dưới tác dụng của enzyme phân tử cơ chất

bị biến đổi tạo thành sản phẩm (P) của phản ứng Sau khi quá trình hoàn thành thì enzyme được tách ra ở trạng thái ban đầu và quá trình phản ứng hoàn thành

Sơ đồ phản ứng như sau:

E + S ES E + P

- Giai đoạn thứ nhất: sự hình thành phức hợp ES thường xảy ra rất nhanh chóng

và phức hợp này không bền vững thường do các liên kết yếu tạo thành (tương tác tĩnh điện, liên kết hydro, tương tác Vanderwaals) Năng lượng liên kết của phức hợp ES theo Michaelisvào khoảng 10 kcal/mol Chứng tỏ rằng sự liên kết cơ chất

và enzyme là do nhiều liên kết năng lượng thấp chứ không phải do 1 liên kết có năng lượng cao;

- Giai đoạn thứ hai: xảy ra sự biến đổi cơ chất dẫn đến sự kéo căng và phá vỡ các liên kết đồng hóa trị tham gia phản ứng;

- Giai đoạn thứ ba: tạo thành sản phẩm, còn enzyme giải phóng ra dưới dạng tự

do

Người ta cũng chứng minh được có 5 liên kết có khả năng kết hợp enzyme cơ chất: liên kết H, phối trí, ion, tương tác kỵ nước và liên kết chuyển đổi điện tích

3 Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng enzyme

3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến phản ứng của enzyme, cũng như các phản ứng hóa học thông thường, vận tốc phản ứng tăng khi nhiệt độ tăng Tuy nhiên,

do enzyme có bản chất là protein nên nó kém bền với nhiệt độ, nên tốc độ phản ứng của enzyme không phải lúc nào cũng tỷ lệ thuận với nhiệt độ Tốc độ phản ứng chỉ tăng đến một giới hạn nhiệt độ nhất định Vượt quá nhiệt độ đó, tốc độ phản ứng enzyme sẽ giảm dần và dẫn đến mức triệt tiêu