protein từ thực vật

Tuy nhiên các tính chất “sẵn có” này của các cao phân tử có thể thayđổi khi phân tử của chúng được biến hình đặc biệt là biến hình sinh học.Dưới tác dụng của các enzym đơn nhất hoặc enzy

GIỚI THIỆU

Trong các hợp phần cấu tạo nên sản phẩm thực phẩm, các chất caophân tử như protein và tinh bột có vai trò rất quan trọng Người ta gọi là cácchất tạo hình, bởi chúng có khả năng tạo ra hình dáng, trạng thái và kết cấucùng những tính chất cơ lý đặc trưng như độ cứng, độ đàn hồi, độ dai, độdẻo, độ xốp cho các sản phẩm thực phẩm

Tuy nhiên các tính chất “sẵn có” này của các cao phân tử có thể thayđổi khi phân tử của chúng được biến hình đặc biệt là biến hình sinh học.Dưới tác dụng của các enzym đơn nhất hoặc enzym liên hoàn từ một hệthống sinh học, phân tử protein và tinh bột có thể bị khử trùng hợp, tái tổnghợp hoặc sắp xếp lại khiến cho chúng thu được những chất mới, thậm chíhoàn toàn mới lạ và quý giá như trường hợp của plastein và dextrin vòng

Bài báo cáo này đi sâu tìm hiểu hệ thống protein thực vật (cấu tạo,chức năng, giá trị dinh dưỡng cũng như ứng dụng của nó), hệ thống enzym,các protein trị liệu có nguồn gốc thực vật Tuy không được ứng dụng rộngrãi trong cuộc sống nhưng cũng có vài protein có vai trò quan trọng trong yhọc và trong công nghiệp thực phẩm

Nội dung của bài báo cáo trình bày những vấn đề sau:

- Sơ lược cấu tạo protein

- Hệ thống protein của lúa mì

- Hệ thống protein của đậu tương

- Hệ thống enzym thực vật

- Các protein trị liệu có nguồn gốc thực vật

Bài báo cáo chắc sẽ không tránh khỏi những sai sót, chúng tôi rấtmong ý kiến đóng góp của các bạn để bài báo cáo hoàn thiện hơn

Chúng tôi xin chân thành cám ơn đến cô Nguyễn Thị Thu Sang đã gópnhiều ý kiến cho nội dung bài báo cáo này

Nhóm thực hiện.

MỤC LỤC

Trang

I. Sơ lược cấu tạo của protein

II. Hệ thống protein của lúa mì

a. Gliadin 6

b. Glutenin 7

c. Albumin 8

d. Globulin 8

III. Hệ thống protein đậu tương

a. Globulin 7S10

IV. Hệ thống enzym thực vật

a. Bromelin 16

V. Các protein trị liệu 20

I SƠ LƯỢC CẤU TẠO CỦA PROTEIN (TLTK: 3 và 4).

1 Thành phần nguyên tố của protein

Tất cả các protein đều chứa các nguyên tố C, H, O, N một số còn chứa mộtlượng nhỏ S Tỉ lệ phần trăm khối lượng các nguyên tố trong phân tử protein như sau:

2 Đơn vị cấu tạo cơ sở của protein

Protein được cấu tạo chủ yếu là các acid amin mạch thẳng hoặc mạch vòng, trongphân tử có chứa ít nhất một nhóm amin (-NH2), và một nhóm cacboxyl (-COOH).Các acid amin thường gặp trong các protein là những L-α-acid amin có nhómamin đính vào nguyên tử cacbon α đứng cạnh nhóm cacboxyl (-COOH)

Công thức cấu tạo tổng quát của các acid amin:

Đa số các protein đều được cấu tạo từ 20 L-α-acid amin và 2 amit tương ứng

3 Các bậc cấu trúc của protein

a) Cấu trúc bậc1:

Là trình tự sắp xếp các gốc acid amin trong mạch polypeptid Cấu trúc này đượcgiữ vững nhờ liên kết peptid (liên kết cộng hóa trị)

b) Cấu trúc bậc 2:

Là tương tác không gian giữa các gốc acid amin ở gần nhau trong mạchpolypeptid Cấu trúc này được giữ vững nhờ liên kết bởi liên kết H

Cấu trúc bậc 2 của phân tử protein gồm xoắn α, phiến gấp nếp β và xoắncalogen

- Xoắn α: đoạn mạch polypeptid xoắn chặt lại, những nhóm peptid (-CO-NH), Cαtạo thành phần bên trong (lõi) của xoắn, các mạch bên ( nhóm R) của các gốc acidamin quay ra ngoài

Cấu trúc xoắn α đựơc giữ vững chủ yếu nhờ liên kết H liên kết Hydro được tạothành giữa nhóm cacboxyl của một liên kết peptid với nhóm -NH của liên kết peptidthứ 4 sau nó trên cùng một mạch polypeptid Cứ mỗi nhóm –CO-NH có thể tạo thành

2 liên kết H với 2 nhóm -CO-NH khác Các liên kết H được tạo thành với số lượng tối

đa, bảo đảm độ bền vững của cấu trúc xoắn α

- Phiến gấp nếp β: đoạn mạch polypeptid có cấu trúc phiến gấp nếp β thườngduỗi dài ra

Khoảng cách trên trục giữa 2 acid amin kề nhau là 3,5AO liên kết H được tạothành giữa các nhóm –NH- và –CO- trên 2 mạch polypeptid khác nhau, ở kề nhau,các mạch này có thể chạy cùng hướng hoặc ngược hướng với nhau

c) Cấu trúc bậc 3:

Là tương tác không gian giữa các gốc acid amin ở xa nhau trong mạchpolypeptid, là dạng cuộn lại trong không gian của toàn mạch polypeptid Trong nhiềuprotein hình cầu có chứa các gốc Cys, sự tạo thành các liên kết disulfua giữa các gốcCys ở xa nhau trong mạch polypeptid, làm cho mạch bị cuộn lại đáng kể

Các liên kết khác như liên kết Vandecvan, liên kết tĩnh điện, liên kết H giữa cácmạch bên của các gốc acid amin … đều tham gia vào cấu trúc bậc 3

d) Cấu trúc bậc 4:

Đối với các phân tử protein bao gồm 2 hay nhiều chuỗi polypeptid hình cầu,tương tác không gian giữa các chuỗi này trong phân tử gọi là cấu trúc bậc 4 mỗi chuỗipolypeptid này gọi là “phần dưới đơn vị” Chúng gắn với nhau nhờ các liên kết H, lựcVadecvan

4 Phân nhóm protein

Dựa vào thành phần hóa học của các protein hình cầu được phân thành 2 nhómlớn là protein đơn giản và protein phức tạp

4.1 Protein đơn giản.

a) Albumin: tan trong nước, M: 12 – 60 KDa Tủa ở (NH4)2SO4, 70 – 100% bãohòa Phổ biến ở động vật và thực vật ( chủ yếu ở cây họ đậu) Là protein dự trữ chấtdinh dưỡng

b) Globulin: không tan, hay ít tan trong nước, tan trong dung dịch muối loãng, tủa

ở (NH4)2SO4 bán bão hòa Có trong lòng trắng trứng, huyết thanh, lá cây, hạt cây họđậu Là protein dự trữ chất dinh dưỡng

c) Prolamin: không tan trong nước hay trong dịch muối khoáng, tan trong cồn

hoặc isopropanol Có trong nội hạt nhũ thảo…

d) Glutelin: tan trong dịch kiềm hoặc acid loãng, có trong nội nhũ hạt M:50 –

1000 KDa

e) Histon: protein kiềm chứa nhiều acid amin kiềm như là Lys, Arg dễ tan trong

nước, không tan trong dung dịch amoniac loãng

4.2 Protein phức tạp

Phân tử bao gồm protein và nhóm ngoại

b) Cromoprotein: ( hợp chất có vòng) là hợp chất có màu

Ví dụ: Hemoglobin, catalase màu đỏ Riboflavin có màu vàng

c) Lipoprotein: nhóm ngoại là lipid có nhiệm vụ vận chuyển lipid trong cơ thể, có

cấu tạo phức tạp

d) Glicoprotein: nhóm ngoại là saccharide có thể là monosacchride hoặc là

oligosaccharid và dẫn xuất của chúng

Ví dụ: bromelin có trong trái thơm

e) Phosphoprotein: nhóm ngoại là acid phosphoride

Ví dụ: enzym phosphorilase, phospho glucomutase, casein

f) Metaloprotein: chứa kim loại:

Ví dụ: transferin, feritin có nhiệm vụ vận chuyển ion Fe2+ trong máu hoặc là cácenzym có chứa Fe2+

II HỆ THỐNG PROTEIN CỦA LÚA MÌ (TLTK: 2).

1 Các hợp phần protein của lúa mì

Trong nội nhũ hạt lúa mì (và các hạt cốc khác) protein cùng với tinh bột ở dướidạng dự trữ Trong hạt lúa mì chưa thuần thục, phần lớn protein dự trữ này định vị ởtrong các thể protein hình cầu, có màng bao bọc và có đường kính từ 2-5µm Khi hạtlúa mì chín, màng bao thể protein này bị phá hủy và các protein dự trữ tạo ra một thứchất kết dính vô định hình bao lấy xung quanh các hạt tinh bột Trái lại trong các hạthọ đậu và các hạt cốc khác khi chín, các thể protein này vẫn tồn tại

Khi hạt lúa mì xay thành bột sẽ thu được các thành phần sau:

- Bột trắng chiếm 70-75% trọng lượng hạt, là phần ứng với nội nhủ, bột trắngchứa 70% protein và 80% tinh bột của hạt

- Cám là phần ứng với vỏ ngoài và lớp aleron

- Một số protein của lớp alơron, giàu lizin thì không có trong bột trắng

Hạt lúa mì thường chứa trung bình 13% protein, hoặc có loại chứa đến 25% Hàmlượng protein là một đặc tính có thể truyền lại bằng di truyền, song những biến dị cóliên quan đến di truyền chỉ vào khoảng 5% Các điều kiện canh tác, đặc biệt là độ phìnhiêu của đất có ảnh hưởng rất lớn đến hàm lượng protein của hạt cũng như năng suấtcủa hạt

Người ta thường thấy một mối tương quan âm giữa năng suất hạt và hàm lượngprotein của hạt có lẽ là do nhu cầu về năng lượng để tổng hợp ra protein cao hơn sovới gluxid

Bảng 1 Tỷ lệ các protein trong các ngũ cốc (Theo TLTK 2)

5212561010

4055529546

463923238038

Trong các ngũ cốc (trừ yến mạch) prolamin và glutelin là hai nhóm protein chiếm75-95% tổng lượng protein của hạt

Ứng với mỗi loại hạt các protein này còn có các tên riêng

Gliadin và glutenin chiếm phần chủ yếu của gluten bột mì Gliadin đặc trưng chođộ giãn, còn glutenin đặc trưng cho độ đàn hồi của bột nhào Lúa mì còn là hạt cốcduy nhất có chứa một lượng đáng kể glutenin phân tử lượng lớn và không hòa tantrong axit axetic 0,1M.Chính nhờ tính chất đàn hồi của protein này mà bột mì mới làmbánh mì được

Các gliadin và glutenin có hàm lượng protein rất lớn (40-15%) do đó kéo theo cảhàm lượng nitơ Ở pH gần bằng 7 các protein của gluten ít tích điện do đó các tươngtác tĩnh điện không có vai trò quyết định trong việc hình thành mạng lưới proteingluten của bánh Hàm lượng glutamin cao sẽ hình thành nhiều liên kết hydro giữa cácchuỗi peptid với nhau hoặc với các phân tử nước do đó tạo gluten có tính nhớt dẻo cao.Hàm lượng các axit amin ưa béo tương đối cao cho thấy các tương tác ưa béo chẳngnhững tham gia vào cấu trúc bậc 4 của glutenin mà còn liên kết được với các lipitcũng như tạo được mạng lưới gluten trong bột nhào

Hàm lượng protein rất cao (10-15%) đặc biệt là của gliadin, nhất định sẽ có ảnhhưởng đến cấu trúc bậc 2 của protein này: phá hủy các phần xoắn α cũng như cácvùng có cấu trúc lá xếp β

Các gốc xistin vượt xa các gốc xistein cũng chứng tỏ các cầu disulfua có tham dựvào hình thể và sự tập hợp của các protein này

a) Gliadin:

Trong lúa mì có hai nhóm protein chính:

- Gliadin α,β,γ có phân tử lượng 30000-45000 dalton;

- Gliadin ωcó phân tử lượng nằm giữa 60000-80000

Các gliadin của lúa mì có tính đa hình rất lớn Ngay cùng một loại cũng có tới

20-30 gliadin khác nhau

Các gliadin của lúa mì thường ở dạng đơn chuỗi Có sự phân bố các axit amin ởđầu N tận cùng của các gliadin α,β,γ người ta đã biết: 30 axit amin đầu của chúng rấtgiống nhau trong đó có 20 axit amin đầu tiên tạo thành “peptid tín hiệu ưa béo”.Peptid này có gốc lizin ở đầu cuối N, tiếp đó là các axit amin ưa béo và cuối cùng làcác gốc alanin nối với protein Các gliadin α,β,γ cón có một số cầu disulfit trong phântử do đó làm cho cấu trúc bậc 3 chặt và bền

Các gliadin ω có hàm lượng glutamin và prolin rất cao (chiếm 75% tổng lượngaxit amin) Phần lớn các gốc axit glutamic đều ở dưới dạng amit Gliadin ω chứa rất íthoặc không chứa axit amin có S do đó trong phân tử không có cầu đisulfua

Khi hình thành mạng lưới glute, các gliadin sẽ liên kết với nhau bằng cầu hydrogiữa các gốc glutamin để tạo ra những sợi có phân tử lượng hàng triệu dalton

b) Glutenin

Các glutenin còn biểu lộ tính đa hình mạnh mẽ hơn ở gliadin vì xu hướng tự liênkết với nhau bằng tương tác ưa béo, bằng liên kết hidro và bằng cầu disulfua củachúng lớn hơn Khối lượng phân tử của các glutenin có thể lên đến 20 triệu dalton,nhất là những “protein cặn” không hòa tan được trong acid acetic 0,1M những proteinnày gần như là những glutenin được liên hợp lại bằng cầu disulfua

Khi phá hủy cầu disulfua giữa các phân tử (bằng tác nhân khử), người ta thu được

25 “dưới đơn vị” glutenin (với các dạng bột mì khác nhau) Có thể chia các “dưới đơnvị” này thành ba kiểu sau:

- Dưới đơn vị kiểu A, không hòa tan được trong etanol, có khối lượng phân tửthấp (10000 – 70000 dalton) và rất giàu các acid amin có tính bazơ;

- Dưới đơn vị kiểu B, không hòa tan trong etanol nhưng có khối lượng phân tửcao (60000 – 140000), giàu glyxin, prolin và glutamin, nghèo xistein, tỉ lệ xoắn α trongphân tử thấp (10 – 15%)

- Dưới đơn vị kiểu C hòa tan được trong etanol có khối lượng phân tử cao giữa

35000 và 45000 dalton

Người ta cho rằng hình như các “dưới đơn vị” kiểu B đã tạo ra cái nhân để cácdưới đơn vị A và C đến đấy để kết hợp khi hạt thuần thục Các “dưới đơn vị” A và Bđược liên kết với lipid

Các dưới đơn vị liên hợp với nhau bằng cầu hidro, bằng tương tác ưa béo và bằngcầu disulfua Các phức hợp glutenin có phân tử lượng rất lớn thường chứa các dưới đơn

vị kiểu B và C còn các phức hợp glutenin có khối lượng phân tử thấp thì có tỉ lệ cácdưới đơn vị kiểu C khá cao

Khi các dưới đơn vị glutenin liên hợp lại có thể tạo thành các sợi (nhìn thấy đượcdưới kính hiển vi điện tử) Ở trạng thái ngậm nước, các glutenin tạo ra một khuôn

hoặc một màng mỏng rất chắc, đàn hồi, có tính cố kết cao và chịu được kéo căng Sở

dĩ có được những tính chất này là do cường độ tương tác cũng như số lượng tương tácgiữa các chuỗi protein

Người ta nhận thấy có một tương quan thuận giữ lượng “protein cặn” và lực nởcủa bánh Ngược lại, có một tương quan nghịch giữa lượng protein hòa tan được trongacid acetic 0,1M và khả năng làm bánh (lúa mì cứng không làm bánh được vì thiếucác dưới đơn vị có khối lượng phân tử 90000, 132000 và 134000 dalton)

Như vậy glutenin có liên quan chặt chẽ tới độ đàn hồi của bột nhào Với bộtmạnh có thể thêm một ít tác nhân oxy hóa để làm cho chất lượng bột nhào tăng lên.Vậy là các cầu disulfua và các trao đổi cầu disulfua có vai trò rất lớn

c) Albumin

Các albumin tan trong nước và các globulin tan trong các dung dịch muối đềuthuộc nhóm các protein có chức năng sinh học Đó là các protein hình cầu, có khốilượng phân tử trong khoảng 10.000 – 100.000 chiếm khoảng 20% trong tổng proteincủa hạt

Leucosin thuộc phân nhóm albumin không hoà tan trong nước lã và kết tủa ở tO =

59OC do đó dễ tách ra khỏi dịch đường

d) Globulin

Edectin thuộc phân nhóm globulin, không hòa tan trong nước lã Bắt đầu kết tủa

ở tO> 90OC, khó tách hẳn ra khỏi thành phần của dịch đường Vì vậy đây là một trongnhững yếu tố gây đục bia Đặc biệt khi ở dạng β-globulin Do có hàm lượng lưu huỳnhcao ở những dạng khác Do đó các nhà nghiên cứu cho rằng nguyên nhân chính gâykết tủa nguội của bia là β-globulin Hàm lượng edectin trong đại mạch có đến 3%chất khô

e) Hordin

Thuộc phân nhóm prolamin, không tan trong nước nhưng tan được trong dungdịch acid hoặc kiềm Hàm lượng hordin trong hạt đại mạch từ 3,5 – 3,7 trọng lượngkhô

 Ngoài những protein đơn giản trên, trong hạt đại mạch còn có các protid lànhững protein phức tạp khác dưới dạng protid và những chất phi protid, điển hình:

- Nucleoprotid: liên kết giữa acid nucleotit và protid

- Lipoprotid: là liên kết giữa phosphotid và protid

- Glucoprotid: liên kết giữa hydratcacbon và protid

- Cromoprotid: liên kết giữa hợp chất màu và protid

2 Tính chất của protein lúa mì

Ở trạng thái ngậm nước, các glutenin tạo ra một khuôn hoặc một màng mỏng rấtchắc, đàn hồi, có tính cố kết cao và chịu được kéo căng, sở dĩ có được những tính chấtnày là do cường độ tương tác cũng như số lượng tương tác các chuỗi protein

Glutenin có tính ưa béo bề mặt cao và có khả năng liên hợp với các hợp phầnlipid nên đã tạo ra những màng mỏng không thấm đối với khí CO2

Gliadin đặc trưng cho độ giãn còn glutenin đặc trưng cho sự đàn hồi của bột nhào.Lúa mì còn là hạt cốc duy nhất có chứa một lượng đáng kể glutenin phân tửlượng lớn và không hòa tan trong acid acetic 0,1M chính nhờ tính chất đàn hồi củaprotein mà bột mì mới làm bánh mì được

3 Giá trị dinh dưỡng của protein lúa mì

Lúa mì có giá trị sinh học cao, trong lúa mì chứa đến 70% protein và 80% tinhbột của hạt

Ưu điểm: giá thành rẻ, giá trị dinh dưỡng cao

4 Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

- Tạo độ dai và độ đàn hồi cho bột nhào

- Dùng để sản xuất bánh mì, mì sợi

III HỆ THỐNG PROTEIN ĐẬU TƯƠNG (TLTK: 2).

Trong hạt đậu tương, hàm lượng protein trung bình chiếm tới 40 -45%, trong đólượng protein hòa tan được trong nước chiếm 72 -94% gồm chủ yếu là glysinin (84%),albumin (5,4%) và nitơ phi protein (6%)

Protein đậu tương có giá trị dinh dưỡng cao, chỉ đứng sau trứng, gà, sữa bò và thịt,cá

Bảng 2 Giá trị sinh học của protein đậu tương (theo tài liệu FAO, 1979)

Nguồn protein Giá trị sinh học, %

1 Các hợp phần của protein đậu tương

Bằng siêu ly tâm, người ta đã tách protein đậu tương thành bốn đoạn tương ứngvới hệ số S20.W (đơn vị Svedberg ở 20OC trong nước, 1S = 10-13s) là 2, 7, 11 và 15S

Bảng 3.Tỷ lệ và đặc trưng của các protein hòa tan trong nước của đậu tương ( theo Wolf và Cowal trong Chichester và cộng sự, 1986).

Đoạn protein Tỷ lệ, % trọng lượng Các hợp phần protein Trọng lượng phân tử 2S

7S

11S

15S

2237

3111

AntitrypsinXytocrom CHemaglutininLipoxygenazaAmylaza7S globulin(β-conglysinin)11S globulin(glysinin)

Cấu trúc dưới đơn vị của β-conglysinin và 6 đồng phân của nó là B1, α’β2; B2, αβ2;

B3, αα’β; B4, α2β; B5, α2α’; B6, α3 người ta chia chúng thành 3 nhóm: nhóm A (B1 và B2)mỗi phân tử có 2 dưới đơn vị β; nhóm B (B3 và B4) mỗi phân tử có 1 dưới đơn vị β;nhóm C (B5 và B6) không có dưới đơn vị β

Có sự khác nhau về thành phần acid amin giữa các dưới đơn vị Dưới đơn vị β cóhàm lượng acid glutamic, prolin, lisin, arginin thấp, còn các acid amin kị nước lại caohơn trong dưới đơn vị α và α’, sự tăng hàm lượng của glutamic, prolin, lysin và argininvà sự giảm các acid amin kị nước trong các nhóm A, B và C hoàn toàn phù hợp với sựtăng các dưới đơn vị α và α’ trong các thành phần của chúng Tương tự như vậy, nhưdưới đơn vị α’ có hàm lương histidin cao gấp 3 lần hàm lượng histidin trong α thì cácconglysinin B1, B3 và B5 chứa lượng histidin cao tương ứng

Các mạch polypeptid của các dưới đơn vị α, α’ và β sắp xếp tạo thành monome4S khi loại ure bằng thẩm tách Khi lực ion thấp, trước khi tập hợp thành 7S, các dướiđơn vị α tập hợp tạo thành hexame 9S

Dưới đơn vị α’ thì không có sự thay đổi nào Còn đối với dưới đon vị β thì chỉ cósự tập hợp tạo thành dodecame 16S có thể vì lí do đó mà dưới đơn vị β có hàm lượngacid amin kị nước cao hơn trong α và α’

Dưới đơn vị α có khả năng tự tập hợp hoặc kết hợp với α’ Dưới đơn vị α’ không

có khả năng này

Trong đoạn 7S còn có lectin mà phân tử của chúng có thể tạo phức khá bền vữngvới các hợp chất glucid Tương tác giữa các lectin với các glucoprotein của hồng cầusẽ làm ngưng kết các tế bào này

Các chất kìm hãm proteaza như antitrypsin Kunitz và antitrypsin Bowman – Birkcũng nằm trong phân đoạn 7S

Nói chung các chất kìm hãm proteaza cũng như các hemaglutinin có trong đậutương có thể bị vô hoạt nếu được gia nhiệt đầy đủ trong môi trường ẩm

Bảng 4 Thành phần acid amin của β-conglysinin ( Theo TLTK 2).

13,72,447,0822,24,784,645,2604,02-4,569,242,385,421,446,016,79

11,222,346,8724,025,524,774,8704,18-4,728,502,415,091,836,686,97

11,12,347,0324,35,704,534,8204,05-4,768,602,395,061,306,447,26

11,02,226,9026,15,894,624,5703,65-4,407,942,264,791,736,707,14

11,172,166,8025,806,164,454,6203,76-4,728,282,284,771,076,357,60

12,022,276,8526,424,394,874,3103,980,274,177,242,234,603,616,556,22

b) Globulin 11S

Globulin 11S hay glysinin được cấu tạo từ dưới 12 đơn vị tương đối ưa béo: 6 dướiđơn vị có tính acid (A) và 6 dưới đơn vị có tính kiềm (B) dưới đơn vị khởi đầu AB làđơn chuỗi được tách ra do sự thủy phân ở giai đoạn “cuối riboxom” Polypeotid A luônluôn gắn liền với polypeptid B qua cầu disulfua ASSB, do đó người ta cũng có thể coiglysinin được cấu tạo từ 6 dưới đơn vị AB