Nhập môn hóa sinh

GIỚI THIỆU MÔN HỌCHóa sinh học là hóa học của chất sống và sự sống, nghiên cứu thành phần, cấu tạo hóa học và tính chất của các chất sống đồng thời nghiên cứu sự vận động của các chất số

HÓA SINH THỰC PHẨM

Tôn Nữ Minh Nguyệt – ĐHBK TPHCM

GIỚI THIỆU MÔN HỌC

Hóa sinh học là gì ???

Đối tượng nghiên cứu ??? Hóa sinh công nghiệp ???

GIỚI THIỆU MÔN HỌC

Hóa sinh học là hóa học của chất sống và sự sống, nghiên cứu thành phần, cấu tạo hóa học và tính chất của các chất sống

đồng thời nghiên cứu sự vận động của các chất sống trong quá trình sống.

Chất sống: cơ sở là tế bào, cấu tạo từ một số hợp chất hóa học, có thể phát triển, sinh sôi nảy nở Tập hợp các tế bào sẽ tạo ra vi sinh vật, thực vật, động vật Con người là một cơ thể sống ở bậc cao nhất

Quá trình sống: là quá trình trao đổi chất Cơ thể sống sẽ hấp thu các chất dinh dưỡng từ bên ngoài, chuyển hóa các chất dinh dưỡng đó để phát triển và thải ra môi trường ngoài những sản phẩm thừa của quá trình chuyển hóa

GIỚI THIỆU MÔN HỌC

Đối tượng nghiên cứu của Hóa sinh học?

Sinh vật sống (VSV, TV, ĐV)

Tĩnh hóa sinh : nghiên cứu thành phần cấu tạo của chất sống

Động hóa sinh: nghiên cứu sự vận động và các quá trình xảy ra

trong cơ thể sống ( quá trình trao đổi chất )

GIỚI THIỆU MÔN HỌC

Hóa sinh công nghiệp?

 Ứng dụng Hóa sinh học vào quá trình chế biến các sản phẩm có nguồn gốc sinh vật, đặc biệt là trong lĩnh vực thực phẩm.

 Phát hiện những nguồn nguyên liệu mới

 Tìm ra các nguyên tắc bảo quản nguyên liệu và thành phẩm

 Đề ra được các qui trình công nghệ sản xuất mới.

THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA SINH VẬT ???

Phân bố các nguyên tố

Không đồng đều, có 3 loại theo hàm lượng %

1 Các nguyên tố đa lượng : >10 -5 (99% khối lượng cơ thể sinh vật)

C, H, O, N, S, P ,Cl, Ca, Na, K, Mg, Fe, Zn

2 Nguyên tố vi lượng : 10 -8 – 10 -5 (1% còn lại)

Cu, Co, Mo, B, F, Cr, I, Mn, Al, Si, Sn, Ni

3 Nguyên tố siêu vi lượng: < 10-8

Hg, Au, U, Ra, Se, Vd

Thành phần nguyên tố

 Cơ thể sống được cấu tạo từ khoảng 30 loại nguyên tố

 Đa số là những nguyên tố có phân tử lượng thấp

 4 nguyên tố chủ yếu có hàm lượng lớn nhất là C, H, O, N

THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA SINH VẬT

Chất khô không hòa tan: lipid, protein,…

THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA SINH VẬT

 Chiếm 2 – 6% chất khô

 Muối Ca , Na, K , Cl , PO 4 , hoặc ở dạng acid HCl (ở dạ dày)

 Có hai chức năng chính: cấu trúc, điều hòa hoạt động sống

Hợp chất vô cơ (các chất khoáng)

Hợp chất hữu cơ

Protein, lipid, glucid, enzym, vitamin, acid nucleic, …

Sự phân bố các chất này khác nhau giữa động vật và thực vật

Hợp chất hữu cơ Protein Glucid Lipid Acid nucleic

THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA SINH VẬT

HÓA SINH THỰC PHẨM

CHƯƠNG 1

NƯỚC

Tôn Nữ Minh Nguyệt – ĐHBK TPHCM

Nước giữ những vai trò gì

đối với cơ thể và công nghệ chế biến thực

phẩm ???

 Tham gia vào thành phần cấu trúc của tế bào: liên kết với

các polime sinh học tạo thành dịch tế bào

 Dung môi hòa tan các chất và là môi trường để xảy ra các

phản ứng hóa học

 Tham gia các phản ứng thủy phân, hydrat hóa, oxy hóa khử

 Vận chuyển các chất đến các cơ quan cần thiết

 Điều hòa thân nhiệt và ổn định nhiệt cho cơ thể

 Là chất đệm ổn định pH ở pH trung tính

 Bảo vệ tế bào, mô, cơ quan, khớp xương nhờ phần đệm

nước ở các gian bào

 Đào thải được các chất dư thừa, cặn bã, chất độc và vi sinh

vật có hại ra khỏi cơ thể (thận)

 Thiếu nước: rối loạn sinh lý, có thể chết khi lượng nước mất

hơn 12 % so vơí khối lượng cơ thể

VAI TRÒ CỦA NƯỚC

Vai trò sinh học

Vai trò trong sản xuất TP

1 Nước là thành phần chính của hầu hết các nguyên liệu

trong sản xuất thực phẩm

Thịt bò, nguyên liệu, Thịt gà, các loại, không có da Cá, phần thịt

53 – 60

50 – 70 74

65 – 81

Táo, đào, cam, bưởi Đại hoàng, dâu, cà chua

80 – 85 90

90 – 95

Ccải đg, broccoli, cà rốt, kh tây Măng tây, đậu, cbắp, bông cải

74 – 80

85 – 90

90 – 95 Lương

thực

Lúa Ngũ cốc

13 – 14

16 -17

VAI TRÒ CỦA NƯỚC

Vai trò trong sản xuất TP

2 Xử lý nguyên liệu: nhào rửa, làm sạch, vận chuyển

3 Tạo sản phẩm, xử lý sản phẩm

Nguyên liệu chính: bia, nước giải khát,…

Tham gia phản ứng: phản ứng thuỷ phân,…

Thực hiện quá trình sinh học: lên men, nẩy mầm,…

Tăng chất lượng sản phẩm: độ bóng, độ dai, độ mịn,…

4 Đốt nóng, làm lạnh các thiết bị, là chất tải nhiệt trong nồi 2

vỏ, nồi thanh trùng, nồi hấp

VAI TRÒ CỦA NƯỚC

VAI TRÒ CỦA NƯỚC Vai trò trong sản xuất TP

80 – 90

40 – 50

15 – 40

16 – 18 0

Bánh mì Bánh trung thu Biscuit

Mì sợi khô

Mì ăn liền Bún tươi Bột ngũ cốc Hạt cà phê rang Mật ong

Cấu tạo phân tử nước ??? Liên kết hydro ???

Liên hợp nước ???

Trạng thái của nước ???

 Công thức phân tử : H 2 O (M=18)

 Các đám mây điện tử của O và H tạo thành dạng tứ diện, có

độ phân cực mạnh (2 cực – và 2 cực +)

 Liên kết giữa H và O là liên kết cộng hóa trị ( 492.2148 kJ/mol)

CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC Dạng đơn phân

 O và 2H tạo thành 1 tam giác cân đỉnh là O Góc tạo

thành giữa O và 2H là 104.5o

 Khoảng cách liên kết O – H là 0,96 A o

CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC Dạng đơn phân

CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC Liên kết hydro

B là các nguyên tử có độ âm điện cao như F, Cl, N,…

Số lượng lớn

CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC Liên hợp phân tử nước

 Công thức: [H 2 O]n với n = 1,2,3,4,…

 Tạo thành do liên kết hydro giữa các phân tử nước

 Một phân tử nước có thể gắn với tối đa 4 phân tử nước khác tạo nên cấu trúc tứ diện

CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC Liên hợp phân tử nước

Quá trình tạo liên hợp nước - hydrat hóa nước

Quá trình tách liên hợp nước - dehydrat hóa nước

Hai quá trình này xảy ra đồng thời, túy vào trạng thái nước

Các yếu tố ảnh hưởng đến

quá trình liên hợp nước

Nhiệt độ làm thay đổi tốc độ dao động của các phân tử nước

Các chất điện ly Na+, K+,Cl- có thể tạo liên kết Hydro với nước

Các chất khg phân cực làm giảm chuyển dộng nhiệt của ptử nước

CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC Trạng thái tồn tại của nước

Lỏng: 0 – 100 o C (V mL) hydrat hóa  dehydrat hóa

100 o C nước sôi  các phân tử nước ở dạng đơn phân

Khí: Tại điểm hóa hơi (100oC)  dạng đơn phân (P atm)

Rắn: Tại điểm đông đặc (0 o C)  dạng liên hợp

Dao đg nhiệt giảm tối đa, mức độ hydrat hóa đạt tối đa Mỗi phân tử H 2 O đều liên kết với 4 phân tử H 2 O khác Cấu trúc tinh thể của nước đá: tứ diện đều và cấu trúc rỗng

Tính chất vật lý của nước ??? Các kiểu liên kết của nước ???

Tính chất vật lý

Nước có tính chất đặc biệt hơn các chất khác vì có cấu trúc

rỗng, tồn tại liên kết hydro giữa các phân tử và các dạng

liên hợp nước tạo cấu trúc bậc cao.

Nước là dung môi trơ về mặt hóa học, có độ nhớt thấp.

Độ phân cực cao nên có thể hòa tan nhiều chất khác nhau.

Trong khoảng nhiệt độ từ 0 – 4 o C, tỷ trọng của nước biến

đổi không giống các chất khác, tỷ trọng nước lỏng ở 0oC

(0,9998g/mL) lớn hơn tỷ trọng nước đá ở 0oC (0,9168g/mL)

TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC

Tính chất Giá trị Khối lượng phân tử

Điểm nóng chảy (1atm)

Điểm sôi (1atm)

Nhiệt độ tới hạn

Aùp suất tới hạn

Cân bằng Eutecti

Năng lượng hoá lỏng (0 O C)

Năng lượng hoá hơi (100 O C)

Nội năng

18,0153 0,000 o C 100,000 o C 273,99 o C 218,6 atm 0,01 o C - 4,589 atm 6,012 KJ/mol

40,657 KJ/mol 50,91 KJ/mol 20 O C 0 O C (Nước) 0 O C (đá) - 20 O C (đá) Tỷ trọng [g/mL]

Độ nhớt [Pa.s]

Sức căng bề mặt với kk [N/m]

Aùp suất hơi [kPa]

Nhiệt dung riêng [J/g độK]

Độ dẫn nhiệt [W/m độK]

Nhiệt khuếch tán [m 2 /s]

Hằng số điện môi

0.99821 1,002 10 -3

72,75 10 -3

2,3388 4,1818 0,5984 1,4 10 -7

80,20

0.99984 1,793 10 -3

75,64 10 -3

0,6113 4,2176 0,5610 1,3 10 -7

87,90

0.9168 - - 0,6113 2,1009 2,240 11,7 10 -7

-90

0.9193 - - 0,103 1,9544 2,433 11,8 10 -7

-98

TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC

Tính chất vật lý

TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC

Các kiểu liên kết của nước

Liên kết hóa học

Liên kết ion : Ca2+ +

2COO-Liên kết phân tử: CuSO4.5H2O, C6H12O6.H2O

Nước trong liên kết hóa học bền và không mất đi trong quá

trình xử lý, chiếm khoảng 4-6% lượng nước

TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC

Các kiểu liên kết của nước

Liên kết hóa lý

Nước hấp phụ: polymer sinh học (thành phần của TP) dễ

hấp phụ nước lên bề mặt phân tử của mình hình thành một

lớp nước hydrat hóa

Nước thẩm thấu kết cấu: vì sự chênh lệch áp suất thẩm

thấu, nước sẽ thẩm thấu vào mạng gel của TP

Lượng nước này chiếm khoảng 10-25% tổng lượng nước

trong vật liệu, năng lượng để tách ra nhưng dễ tách hơn

lượng nước liên kết hóa học

TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC

Các kiểu liên kết của nước

Liên kết vật lý

Nước mao quản: Do chênh lệch áp suất thủy tĩnh nước

tự do bên ngoài sẽ bị hút vào các ống mao dẫn.

Nưóc thấm ướt bề mặt: Nước cơ học, là lượng nước dư

bao phủ toàn bộ bề mặt vật liệu, đây chính là dung môi

của các dung dịch nước

Lượng nước ở dạng liên kết này chiếm 70 - 80% tổng hàm

lượng nước và rất dễ bị tách ra trong quá trình sấy Đó là

nước ở dạng tự do.

Hoạt tính nước aw???

Ảnh hưởng của aw đến CNCB TP ??? Phương pháp giảm aw ???

HOẠT TÍNH NƯỚC

(aw : water activity)

hòa của dung dịch và dung môi

Biểu thức Raoult để tính hoạt tính nước:

hơi bão hòa phía trên bề mặt thực phẩm và áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất

P < P 0 nên aw < 1

HOẠT TÍNH NƯỚC

(aw : water activity)

phẩm = % nước tự do trong toàn bộ khối lượng sản phẩm

thực phẩm (đo bằng phương pháp sấy tới khối lượng

không đổi.

Hoạt tính nước liên hệ với độ ẩm tương đối ở trạng thái

cân bằng (W%) theo công thức sau:

HOẠT TÍNH NƯỚC

(aw : water activity)

Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến công nghệ chế biến và bảo quản thực phẩm

HOẠT TÍNH NƯỚC

(aw : water activity)

Cho dòng khí có độ ẩm tương đối xác định đi qua vật liệu cần điều chỉnh hoạt độ nước

Sấy: đây là cách cổ điển, nâng nhiệt độ lên làm bay hơi nước Tuy nhiên không phải sản phẩm nào cũng có thể gia nhiệt được, nhiệt độ sẽ làm thay đổi chất lượng sản phẩm

Bổ sung các chất có khả năng hydrat hóa cao: Glucid, protein,

… các chất này sẽ kết hợp và giữ lấy lượng nước tự do làm aw giảm xuống

Các phương pháp giảm hoạt tính nước

để bảo quản thực phẩm