Tiểu luận môn hóa sinh thực phẩm biến tính protein bằng tác nhân sinh học

Trang 1 LỜI CẢM ƠN ...Trang 2 PHẦN NỘI DUNG...Trang Khái niệm Sự biến tính Protein ...Trang Phần I: Sự biến tính Protein bằng tác nhân sinh học 1.1 Khái niệm sự biến tính Protein bằng t

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

(((

ĐỀ TÀI: Môn Hóa Sinh Thực Phẩm

BIẾN TÍNH PROTEIN BẰNG TÁC NHÂN SINH HỌC

GVHD: Nguyễn Thị Trang

NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 17

Thành phố HỒ CHÍ MINH, ngày 12 tháng 9, năm 2015

TÊN SINH VIÊN MSSV

1.Võ Thị Dung 14058821

4.Nguyễn Thị Phương Loan 14053191

PHẦN MỞ ĐẦU Trang 1 LỜI CẢM ƠN Trang 2

PHẦN NỘI DUNG Trang Khái niệm Sự biến tính Protein Trang

Phần I: Sự biến tính Protein bằng tác nhân sinh học

1.1 Khái niệm sự biến tính Protein bằng tác nhân sinh học Trang 1.2 Các enzyme và cơ chế gây biến tính Protein Trang

Phần II: Ảnh hưởng của biến tính Protein bằng tác nhân sinh học

2.1 Lợi ích Trang

2.2 Tác hại Trang

Phần III: Ứng dụng sự biến tính Protein trong đời sống Đặc biệt

trong công nghiệp thực phẩm ………… … Trang

3.1.Ứng dụng trong sản xuất Phô mai ……… ………….… Trang 3.2 Ứng dụng trong sản xuất giò lụa ( Xúc xích) ……… … Trang

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….… …Trang

PHẦN MỞ ĐẦU

Trong các hợp phần cấu tạo nên sản phẩm thực phẩm, các chất cao

phân tử như Protein có vai trò rất quan trọng.Người ta gọi là chất tạo hình, bởi chúng có khả năng tạo ra hình dáng, trạng thái và kết cấu cùng những tính chất cơ lý đặc trưng như đồ cứng, dộ đàn hồi Cho các sản phẩm thực phẩm.

Tuy nhiên các chất sẵn có này của các cao phân tử có thể thay đổi khi phân tử của chúng được biến tính đặc biêt là biến tính sinh học Dưới tác dụng của các enzyme từ một hệ thông sinh học, phân tử Protein có thể tái tổng hợp hoặc sắp xếp lại khiến chúng thu được nhũng tinh chất mới, thậm chí hoàn toàn mới lạ như trường hợp của Plastein và dextrin vòng.

Vì vậy mà biến tính Protein bằng tác nhân sinh học có tầm quan trọng rất lớn trong đời sống và đặc biệt trong công nghệ thực phẩm Bài tiểu luận này nhằm đi sâu nghiên cứu về biến tính Protein bằng tác nhân sinh học bởi các enzyme.

Trang 1

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn trường Đại học Công Nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, quý thầy cô Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm, cũng như thư viện trường đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng em trong quá trình học tập và nghiên cứu.

Đặc biêt, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô Nguyễn Thị Trang đã giao cho chúng em một đề tài ý nghĩa bổ ích cho việc học.

Đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn chúng em trong quá trình học tập và nghiên cứu hoàn thành bài tiểu luận được

Trang 2

PHẦN NỘI DUNG

Khái niệm sự biến tính Protein:

Dưới tác dụng của các tác nhân vật lý như tia cực tím, sóng siêu âm, khuấy cơ học hay tác nhân hóa học như axit, kiềm mạnh, muối kim loại nặng, tác nhân sinh học như Enzyme các cấu trúc bậc hai, ba và bậc bốn của protein bị biến đổi nhưng không phá vỡ cấu trúc bậc một của nó, kèm theo đó là sự thay đổi các tính chất của protein so với ban đầu Đó là hiện tượng biến tính protein

Sau khi bị biến tính, protein thường thu được các tính chất sau:

- Độ hòa tan giảm do làm lộ các nhóm kỵ nước vốn đã chui vào bến trong phân tử protein

- Khả năng giữ nước giảm

- Mất hoạt tính sinh học ban đầu

- Tăng độ nhạy đối với sự tấn công của enzim proteaza do làm xuất hiện các liên kết peptit ứng với trung tâm hoạt động của proteaza

- Tăng độ nhớt nội tại

- Mất khả năng kết tinh

PHẦN I: BIẾN TÍNH PROTEIN BẰNG TÁC NHÂN SINH HỌC

1.1.Khái niệm sự biến tính Protein bằng tác nhân sinh học:

Dưới tác dụng của các tác nhân sinh học như Enzyme - các enzyme đơn nhất hoặc enzyme liên hoàn từ một hệ thống sinh học các cấu trúc bậc hai,

ba và bậc bốn của protein bị biến đổi nhưng không phá vỡ cấu trúc bậc một của nó, phân tử Protein có thể tái tổng hợp hoắc sắp xếp lại dẫn đến sự thay đổi các tính chất của protein so với ban đầu, Đó là hiện tượng biến tính protein bằng tác nhân sinh học

Trang 3

1.2 Các enzyme và cơ chế gây biến tính Protein

Một số Protease thường sử dụng trong biến tính Protein

- PAPAIN: Là một endoprotease có chứa 15.5% Nito và 1.2% lưu huỳnh Papain là một Protease tiol Vùng trung tâm của phân tử Papain là một nhân kỵ nước có chứa 12-14 chuỗi bên là các gốc Léucin, Valin, Phenylalanin tương tác với nhau

Papain thủy phân Protein thành các Polypeptid và các Acid amin Nó đóng vai trò vừa như endopeptiase, vừa như một exopeptidase + Các endopeptidase thủy phân Protein chủ yếu thành peptid

+ Các exopeptidase thủy phân các peptid thành các Acid amin

So với các Protease có nguồn gốc động vật và vi sinh vật khác, papain có khả năng thủy phân sâu hơn Vì vậy nó được dùng đê phân giải tiếp các liên kết peptid còn lại sau khi thủy phân bằng tripsin hay chimotripsin Tính đặc hiệu cơ chất của papain rất rộng, papain có khả năng phân hủy hầu hết các liên kết peptid trừ các liên kết với prolin và các acid glutamic có nhóm cacboxyl tự do

- PEPSIN: là proteinase acid điển hình, hoạt động mạnh trong môi trường acid Pepsin đã được phát hiện rất sớm, là enzyme thứ hai sau urease, được tách dưới dạng tinh thể

Pepsin thủy phân đặc hiệu các liên kết peptid trong đó có một acid amin vòng ( Phe, Tyr, Tryp) với nhóm cacboxyl tham gia vào liên kết Pepsin cũng thủy phân các liên kết peptid có chưá các gốc acid amin khác như Leu hoặc Val nhưng với tốc độ chậm hơn

- RENIN: là proteinase acid có trong ngăn thứ tư của dạ dày bê Ngoài tên gọi chính thức là renin, enzyme này còn có tên gọi khác như: men đông tụ sữa, labenzym, chimiza, chimozin

Trang 4

Trong các casein α, β, γ và K thì casein K là cơ chất chính của

chimozin So với các casein khác, casein K có đặc điểm là chứa

nhiều gluxit (5%) nhưng ại rất ít nhóm photphat (chỉ có một nhóm photphat ở serrin) do đó nó rất háo nước và rất bền khi có mặt ion Canxi Thêm vào đó casein K thường phân bố ở mặt ngoài của mỗi mixen, tạo nên một lớp vỏ bảo

vệ cho mixen không bị kết tụ khi có ion canxi Vậy là quá trình đông tụ casein của sữa dưới tác dụng của chimozin thực chất là quá trình thủy phân hạn chế casein K, vỏ háo nước bị phá hủy do đó các ion canxi dễ dàng tiếp cận với các casein α, β và paracasein K và làm cho chúng tạo gel

Quá trình đông tụ sữa gồm bốn giai đoạn:

- Thủy phân đặc hiệu: Chimozin thủy phân liên kết peptid giữa Phe-Met (

ở vị trí 105-106) của casein K để tạo ra caseinopeptid (106-169) hòa tan và paracasein K (1-105) không hòa tan

- Phản ứng phụ ( đông tụ sữa) : Sau khi casein k bị thủy phân khi có mặt canxi và nếu nhiệt độ cao hơn 15°C thì toàn thể các casein sẽ đông tụ thành một gel bịt kín chiếm lấy toàn bộ thể tích chất lỏng ban đầu

- Sự co của khối gel: do tạo ra các liên kết hydro giữa các nhóm CO và

NH, các cầu canxi giữa các vùng đã bị ion hóa cũng như các cầu disunfua làm cho thể tích của khối gel bị thu nhỏ lại và đẩy lactoserum ra

- Thủy phân không đặc hiệu: Giai đoạn này sẽ xảy ra sự thủy phân không đặc hiệu các protein do tác dụng của các enzyme đông tụ cũng như các enzyme proteinase của vi khuẩn lactic

- COLAGENASE: là enzyme có khả năng thủy phân các liên kết peptid dạng poly-L-prolin đặc trưng trong vùng xoắn của colagen ở trạng thái tự nhiên của cơ chất Dược xếp vào nhóm các protease kim loại với sự có mặt của nguyên tử canxi hoặc kẽm

Trang 5 Hầu hết các colagenase có tính đặc hiệu cao đói với colagen

Có thể phân giải colagen tới các peptid dễ phân giải, mở đường cho hoạt động của các protease khác nếu nhiệt độ phản ứng ở 37°C hoặc cao hơn nhiệt độ gelatin hóa colagen Liên kết phân cắt của các colagenase vi sinh vật là liên

kết X-Gly nằm trong trình tự X-Gly-Pro-Y của chuỗi xoắn α Tuy nhiên các nghiên cứu mới đây cho thấy khả năng mở chuỗi xoắn α của các colagenase khác nhau có thể khác nhau Do khả năng phân cắt đặc hiệu colagen, colagenase được dùng như một công cụ hữu hiệu để phân tích các thành phần cấu trúc trong mô liên kết Trong nghiên cứu miễn dịch, enzyme được sử dụng để tách colagen ra khỏi mô trước khi cho phản ứng với kháng thể chống colagen Colagenase có khả năng ngăn chặn sự phát triển các khối u do nó có thể phân cắt các trình tự hexapeptid melphalan Pro-Gln-Gly-Ile-Met-Gly để tạo thành tripeptid melaphan Ile-Met-Gly có độc tính tế bào cao Điều đó gợi

mở một khả năng đầy hứa hẹn trong sản xuất các chế phẩm thuốc có hoạt tính colagenase cáo để ngăn ngừa khối u

- BROMELAIN: là enzyme có nhiều trong quả dứa được phát hện từ giữa thế kỉ XIX nhưng mới được nghiên cứu từ giữa thế kỉ XX Bromelase là nhóm protease thực vật được thu nhân từ họ Bromeliaceac, đặc biệt là từ thân

và trái dứa Bromelain là nhóm endoprotease có khả năng phân cắt các liên kết peptid từ protein để chuyển phân tử protein thành các đoạn nhỏ gọi là các peptid

Hầu hết các tác giả đều thừa nhận vai trò của nhóm

-SH của cystein, nhóm imidazole của histidine và nhóm disunfua trong hoạt động thủy phân cảu Bromelain Nhóm -SH tham gia tọa thành acyl-thioester trung gian với nhóm cacboxyl của cơ chất Nhóm imidazole làm chất trung gian nhận gốc acid và chuyển cho nhóm amoni của chất nhận khác Cầu nối S-S có vai trò duy trì cấu trúc không gian của bromelain Casein và

hemoglobin là 2 cơ chất tự nhiên được dung nhiều nhất Đầu tiên bromelain kết hợp với protein và thủy phân sợ bộ cho ra polypeptid vầ acid amin

Protein kết hợp với nhóm -SH của enzyme khiến nó bị este hóa rồi đến nhóm

đầu Zn rất quan trọng,chúng kết hợp với nhóm –SH của tâm hoạt động hình thành mercaptid phân li yếu ( nhưng vẫn còn khả năng tạo lien kết phối trị bổ sung với các nhóm chức năng khác của phân tử protein như

amin,carboxyl….)

Do vậy nhóm –SH trong tâm hoạt động đã bị este hóa bởi cơ chất ,cấu trúc không gian được bảo vệ ổn định

Trang 6

PHẦN II: ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN TÍNH PROTEIN BẰNG TÁC NHÂN SINH HỌC

2 1 Lợi ích

Trong các loại enzyme thì enzyme protease có vai trò quan trọng hơn cả

vỉ nó thủy phân protein Protein đóng vai trò vô cùng thiết yếu đối với đời sống con người, nó là thành phần cơ bản của người và vật nuôi, là nguồn cung cấp vật liêu như da, lông, tơ phục vụ sản xuất nhằm nâng cao chất lượng cũng như gia tăng thời gian bảo quản

Trong chế biến thủy sản: Khi sản xuất nước mắm ( và một sơ loài mắm) thường thời gian chế biến thường là dài nhất ,hiệu suất thủy phân (đoọ đạm) lại phụ thuộc rất nhiều địa phương,phương pháp gài nén nguyên liệu cá.nên hiện nay quy trình sản xuất nước mắm ngày càng được hoàn thiện trong đó sử dụng chế phssrm enzyme bromelain để rút ngắn thời gian làm việc và cải thiện hương vị của nước mắm

Chỉ cần một phần enzyme bromilain là thủy phân 1000 phần thịt.Enzym bromelain dược rải lên thịt dưới dạng bột hoặc ngăm trong dung dịch enzyme hoặc tiêm dung dich enzyme vào thịt để làm mềm thịt

Sử dụng trong quá trình đông tụ sữa: Thông thườn để chế biến các sản phẩm từ sữa người ta dung remin Remin là loại enzyme được sử dụng làm đông tị sữa truyền thống Tuy nhiên lưrợng remin sản xuất chưa đáp ứng dược yêu cầu thực tế

2.2 Tác hại

Độ hòa tan giảm do làm lộ các nhóm kị nước vốn đã chui vào bên trong phân tử protein

Khả năng giữ nước giảm làm cho thực phẩm đễ bị hư hỏng,mất nước

+Mất hoạt tính sinh học ban đầu làm biến đổi mùi vị thực phẩm ảnh hưởng đến tính chất của sản phẩm

Tăng độ nhạy đối với sự tấn công của enzim proteaza do làm xuất hiện các liên kết peptit ứng với trung tâm hoạt động của proteaza

+Tăng độ nhớt nội tại,làm ôi thiu thực phẩm

+Mất khả năng kết tinh,sản phẩm bị rời rạc,không kết dính mất tính mĩ quan cho sản phẩm và ảnh hưởng chất lượng của một số sản phẩm cầnu độ kết tinh cao như: xúc xích,giò lụa

PHẦN III: ỨNG DỤNG SỰ BIẾN TÍNH PROTEIN TRONG ĐỜI SỐNG ĐẶC BIỆT TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẲM

3.1 Ứ ng dụng trong sản xuất Phô mai

GIỐNG VI SINH VẬT VÀ ENZYME LÀM PHÔ MAI

Trong sản xuất phô mai tùy thuộc loại sản phẩm mà các nhà sản xuất có thể sử dụng một loài hay một tổ hợp nhiều loài vi sinh vật khác nhau

Phổ biến nhất trong sản xuất phô mai là vi khuẩn lactic ưa ấm( Topt = 25 – 35oC) và ưa nhiệt ( Topt 37 – 45oC) với cơ chế lên men lactic đồng hình hoặc

dị hình Chúng có chức năng tạo acid lactic trong quá trình lên men góp phần

gây đông tụ casein trong sữa và tạo độ chua trong khối đông Ngoài ra vi khuẩn lactic còn tạo ra các sản phẩm phụ từ các quá trình lên men như: CO2, acetaldehyde, diacetyl… Một số chủng vi khuẩn lactic tham gia vào quá trình chuyển hóa acid citric, quá trình phân giải protein … để tạo nên giá trị cảm quan và các chỉ tiêu hóa lý đặc trưng cho phô mai thành phẩm

Nhóm vi khuẩn propionic (giống Propionibacterium ) được sử dụng trong giai đoạn ủ chín một số loại phô mai như Gruyere, Jarlsberg, Grevé, Emmenthal, Maasdam… Chúng lên men đường hoặc chuyển hóa acid lactic thành acid propionic là tạo nên những lổ hỏng trong cấu trúc một số phomai cứng và góp phần hình thành nên hương vị đặc trưng của sản phẩm

Các loại nấm mốc thuộc giống Penicillium như P camemberti, P

roqueforti… được sử dụng cho gia doạn ủ chín một số loại pho mai bán mềm Nhóm vi sinh vật này có khả năng sinh tổng hợp enzyme proteaza và lipase ngoại bào, xúc tác chuyển hóa protein và lipid trong khối đông tạo nên mùi vị đặc trưng cho sản phẩm

Tác nhân đông tụ sữa là enzyme rennet là hỗn hợp chimosin và pepsin

Chimosin có nguồn gốc từ dạ dày của bê con

Pepsinogen hoạt hóa thành pepsin

Ngày nay rennet được tổng hợp từ vi sinh vật như: Mucor pusillus, Mucor miehei để làm giảm gía thành nhưng hiệu xuất đông tụ không cao

Giống vi sinh vật: Vi khuẩn lactic, nấm mốc, nhóm vi khuẩn propionic.

• Hàm lượng Casein trong sữa cao thì hiệu suất thu hồi pho-mai cao Giống

propionibacterium được sử dụng trong giai đoạn ủ chín trong một số loại pho-mai với mục đích tạo nên những lỗ hỏng trong cấu trúc một số pho- mai cứng và góp phần tạo nên hương vị đăc trưng cho sản phẩm

ẢNH HƯỞNG CỦA ENZYME ĐẾN QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT PHO-MAI

Quá trình đông tụ sữa

Bước then chốt trong sản xuất pho-mai là quá trình tạo ra khối sữa đông Sữa tạo được cấu trúc gel nhờ các enzyme gây đông tụ sữa, hay còn gọi là tác nhân đông tụ Casein trong sữa mất đi trạng thái keo và tập hợp lại thành cấu trúc gel Sau khi cắt khối gel ra, dịch nhũ thanh (liquid whey fraction) bao gồm protein nhũ thanh (whey protein), các chất khoáng, đường lactose sẽ được tách ra khỏi khối sữa đông Khối sữa đông sau đó sẽ được ủ với nấm mốc Sau bước ép nước và tẩm muối, pho- mai sẽ được giữ trong một điều kiện nhất định để quá trình ủ chín xảy ra, thời gian ủ có thể từ vài tuần đến vài tháng thậm chí nhiều năm tùy thuộc vào loại pho-mai

Cơ chế đông tụ sữa

Casein chiếm khoảng 80% protein trong sữa và làm cho sữa có tính kỵ nước Casein trong sữa bò được chia thành bốn loại phosphoprotein tùy thuộc vào khả năng hòa tan trong nước đó là: αs1, αs2, β và -casein với tỉ lệ 4:1:4:1,6 Các Caseinҡ tập hợp lại tạo thành cấu trúc submicelle, nhiều submicelle sẽ hình thành nên cấu trúc micelle Trên bề mặt các micelle chứa nhiều -casein Các nhóm chức ưa nước và tíchҡ điện âm của các phân tử -casein hướng ra bên ngoài cấu trúc micelle và giúp là bềnҡ cấu trúc này nhờ lực đẩy tĩnh điện Các enzyme đông tụ sữa có khả năng phân cắt đặc hiệu một đoạn trong phân

tử -casein thông qua việc thủy phân liên kết Phe-Met tại vịҡ trí acid amin 105-106 Toàn bộ cấu trúc micelle trở nên mất ổn định và tập hợp lại với nhau Phần -casein tách ra được gọi là caseino macro peptide Các ion