HÓA SINH TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM

3.1. Sự nâu hóa phi enzyme 3.1.1 Phản ứng Maillard3.1.2 Caramel hóa3.1.3 Sự oxi hóa acid ascorbic3.2 Hóa sinh trong sản xuất bia 3.2.1 Quá trình dịch hóa, đường hóa 3.2.2 Lên men rượu ethylic3.3 Hóa sinh trong chế biến sữa 3.3.1 Sản xuất phomat 3.3.2 Sản xuất sữa chua 3.4 Hóa sinh trong chế biến rau, quả 3.4.1 Sự nâu hóa do enzyme 3.4.2 Hợp chất pectin

Chương 3:

HÓA SINH TRONG CHẾ BIẾN THỰC

PHẨM

3.1 Sự nâu hóa phi enzyme

3.1.1 Phản ứng Maillard

3.1.2 Caramel hóa

3.1.3 Sự oxi hóa acid ascorbic

3.2 Hóa sinh trong sản xuất bia

3.2.1 Quá trình dịch hóa, đường hóa 3.2.2 Lên men rượu ethylic

3.3 Hóa sinh trong chế biến sữa

3.3.1 Sản xuất phomat

3.3.2 Sản xuất sữa chua

3.4 Hóa sinh trong chế biến rau, quả 3.4.1 Sự nâu hóa do enzyme

3.4.2 Hợp chất pectin

Nội dung:

3.1 Sự nâu hóa phi enzyme

French scientist

Louis Camille

Maillard

(1878-1936)

The initial step of the Maillard reaction between glucose

and an amino acid (RNH2), in which R is the amino acid

side group (from ref 2)

The Maillard reaction is not a single reaction, but a

complex series of reactions between amino acids and reducing sugars, usually at increased temperatures

Like caramelization , it is a form of non-enzymatic browning.

Phản ứng Maillard (phản ứng nâu hoá phi enzyme) là tập hợp của các phản ứng giữa

aminoacid và đường khử khi nhiệt độ tăng cao.

Phức hợp Amadori

3.1.1 Phản ứng Maillard

Formation of HMF and Amadori-rearrangement (from ref 2)

Sự hình thành HMF và sự sắp xếp lại Amadori

Structures of fural and HMF

After the Amadori-rearrangement three different main pathways can be distinguished :

3 hướng phản ứng của hợp chất Amadori:

Các kết quả của phản ứng Maillard:

 Tạo ra các chất có màu nâu ( Melanoidin) chứa nitơ, có MW

và độ tan trong nước khác nhau.

 Tạo ra các chất bay hơi có mùi (trong quá trình rán, nướng,

quay)

 Tạo ra các chất có vị đắng cần thiết trong chế biến cà phê,

nhưng tạo ra vị lạ khi quay thịt hoặc cá

 Tạo ra các chất khử mạnh (Reductone) - bảo vệ thực phẩm

khỏi bị oxy hoá

 Làm mất nhiều aminoacid thiết yếu (Lysine, Cysteine,

Methionine)

 Tạo ra một số chất có khả năng gây ung thư

 Tạo ra các hợp chất có thể liên kết chéo với protein.

The Maillard Reaction in

• Can cause loss of nutrients

No one else took

much interest in the reaction until 1950s

Maillard- Hodge Reaction?

John Hodge: 1914 -1996

• Chemist at USDA in Illinois (1941 – 1980)

• His proposed mechanism for the chemistry

of non-enzymic browning is largely

unchanged after 60 years.

Action des acides amines sur les sucres:

formation des melanoidines par voie

methodique

Compt Rend 1912, 154: 66-68.

634

Hodge Scheme

Hodge J E Dehydrated foods: chemistry of browning reactions in model systems

J Agric Food Chem 1:928-43, 1953.

First step: formation of Amadori product

CH2OH

+

Catione della base di Schiff

-H +

RNH CH COH (HCOH)n

CH2OH

Forma enolica del PA

RNH

CH2CO (HCOH)n

CH2OH

2-chetoso (PRA)

1-ammino-1-deossi-PRODOTTO DI AMADORI

fast

Formation of Carbonyl through Maillard Reaction

1,2-enolisation Amadori compound

O

O OH

OH

O O

O

OH O

O

O O O

N H

R +

− H 2 O

− RNH 2

H + slow

fast

Strecker Degradation

Free amino acids with dicarbonyl compounds

R-CHO

Aldeide di Strecker

Flavour and Colour in the

Maillard Reaction

− H2O rearrangement

NHR OH

O OH

H OH

OH Amadori intermediate

carbonyl compounds

− H2O

− RNH2O

O H

O O

O CHOHO

O

O OH

O OH

CHO

O OH O

General scheme of MR browning

Phospholipids Amino acids Proteins

Carbonyl

Aldehydes Ketones Reducing sugars Polysaccharides Oxidised lipids

Amino Carbonyl Interaction

(Amadori product)

HEAT

Melanoidins Brown colour Amides Acrylamide

Furans, Pyrroles, Thiopenes, Thiazoles, Oxazoles, Imidazoles, Pyridines, Pyrazines

O R

O

R H

H H

H H

H H

H H

Food “melanoproteins”

This compound is formed on the lateral

chain of Lysine residues

Pronyl-lysine has a high antioxidant activity

A network of many reactions giving thousands of products

Products formed depends on:

• Chemical nature of the reactants

• Time and temperature of heating

• Technological conditions

• Water activity, pH

3.1.2 Phản ứng caramen hoá

Carrots, onions, and celery being caramelized to form

mirepoix

Caramen hoá (caramelisation) -

phản ứng tạo các chất màu nâu

với mùi caramel đặc trưng khi

đun nóng đường trong môi

trường acid hoặc kiềm.

 Đun nóng sucrose trong dung

3.1.3 Sự oxi hóa acid ascorbic

Sự phân giải vitamin C xảy ra 2 cách:

- Điều kiện hảo khí: Oxy hóa

AA - DHA - DKA (diketogulonic acid) - HF

- Điều kiện yếm khí:

AA -acid gulonic - loại CO2 -Furfural

3.2 Hóa sinh của sản xuất bia

3.2.1 Quá trình dịch hóa, đường hóa

Hệ enzyme trong malt đại mạch:

3.2.2 Lên men rượu ethylic

Bao gồm:

- 10 phản ứng của quá trình đường phân (đường hướng EMP)

- 2 phản ứng để tạo thành rượu ethylic

12/22/17 33

 Quá trình đường phân

(đường hướng EMP)

10 phản ứng, chia

ra 2 giai đoạn:

-Giai đoạn chuẩn bị

-Giai đoạn hoàn trả

12/22/17 34

Phản ứng 1:Hexokinase

Phản ứng 3:Fructose-6-P kinase

Phản ứng 2:Isomerase

12/22/17 35

Phản ứng 5:Isomerase

Phản ứng 4: Aldolase

12/22/17 36

Phản ứng 6: Oxy hóa - G3P- Dehydrogenase

Phản ứng 7: Kinase

12/22/17 37

Phản ứng 9: Enolase

Phản ứng 8: Mutase

Phản ứng 10: Kinase

Sự phân gỉai đường Glucose trong điều kiện yếm

12/22/17 39

 Lên men rượu ethylic

P.ư 11: CH3COCOOH - CH3CHO + CO2

P.ư 12: CH3CHO + NADH.H+ - CH3CH2OH + NAD+

Pyruvat Decacboxylase

Alcohol Dehydrogenase

Phương trình tổng quát:

Glucose + 2ADP + 2Pv - 2 CH3CH2OH + 2 ATP

Các siêu micelle bề mặt giàu casein K, đảm bảo các micelle phân tán trong môi trường nước

A casein micelle; A: a submicelle; B: protruding chain; C: Calcium phosphate; D: κ-casein; E: phosphate groups

Đặc điểm của K-casein:

-Là protein duy nhất của sữa có chứa glucide

-Có tính lưỡng cực: đầu N ưa béo và đầu C gắn với glucide ưa nước -Chịu tác dụng của enzyme đông tụ sữa chymosin

Tác dụng của enzyme đông tụ lên K-casein:

Para-k-casein – không tan, kỵ nước

Glycomacropeptid – hòa tan

Tác dụng của sự thủy phân K-casein:

-Loại bỏ đi phần glycoprotein, giảm 1/3 điện tích bề mặt của micelle, giảm lực đẩy tĩnh điện giữa các micelle, các micelle dễ dàng tiến lại gần nhau

-Tăng lượng hợp chất kỵ nước trên bề mặt các micelle, các

micelle liên hợp lại với nhau một cách dễ dàng

* Sự đông tụ chỉ xảy ra khi trên 80% k-casein bị thủy phân

Các biến đổi hoá sinh thứ cấp trong

quá trình chín của phomat

Biến đổi các acid béo

Trao đổi citric acid ở vi khuẩn lactic

Sù thuû ph©n protein trong chÕ biÕn

phomat để tạo hương

Quy trình chế biến sữa chua

3.3.2 Sữa chua

12/22/17 51

Lên men lactic acid

CH3COCOOH + NADH.H+  CH3CHOHCOOH + NAD+

Lactat Dehydrogenase

Lactic acid

Bao gồm:

10 phản ứng của quá trình đường phân

P.ư 11: Khử pyruvic acid thành lactic acid

3.4 Hóa sinh trong chế biến rau, quả

3.4.1 Sự nâu hóa do enzyme

.

12/22/17 58

3.4.2 C¸c hîp chÊt pectin

o h o c

o

3

c o

o h h

h o h c

h o

Tính chất của pectin:

- Tạo gel với acid hữu cơ và đường

- Trong sản xuất nước quả: phân lớp