BAI GIANG HOA SINH THUC PHAM

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. 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.

CHƯƠNG I: NƯỚC TRONG THỰC PHẨM

1 Vai trò và tác dụng của nước trong đời sống và sản xuất thực phẩm

Nước có vai trò rất quan trọng đối với sự sống Nước là hợp phần chính chiếmtới 60% cơ thể người và cũng là hợp phần phong phú nhất trong các loại thựcphẩm ở trạng thái tự nhiên trừ ngũ cốc

Nước tham gia vào phản ứng quang hợp của cây xanh để tạo nên các chất hữu

cơ trên trái đất

to6CO2 + 6H2O -> C6H12O6 + 6CO2

Trong cơ thể người và động vật, nhờ nước mà các phản ứng thủy phân mớitiến hành được

Hầu như tất cả các loại thực phẩm đều chứa nước, nhưng hàm lượng nướctrong thực phẩm khác nhau rất nhiều, có loại thực phẩm chứa nhiều nước, cóloại thực phẩm chứa ít nước

Bảng 1.1: Hàm lượng nước trong một số thực phẩm

Chứa nhiều nước

- Rau quả tươi

Nước là nguyên liệu cần thiết không thể thiếu được đối với công nghiệp hóahọc và công nghiệp thực phẩm

Nước dùng để nhào rửa nguyên vật liệu, vận chuyển và xử lý nguyên liệu, đểchế tạo sản phẩm và xử lý sản phẩm lần cuối Nước còn dùng để liên kết cácnguyên liệu và các chất trong sản phẩm

Nước là thành phần cơ bản của một số sản phẩm như bia, nước giải khát…Nước tham gia trực tiếp vào các phản ứng hóa học và trở thành thành phần củathực phẩm

Nước làm tăng cường các quá trình sinh học như hô hấp, nẩy mầm, lên men…Nước làm tăng chất lượng cũng như làm tăng giá trị cảm quan của thực phẩm.Các tính chất cảm quan như độ bóng, độ mịn, dai, dẻo và dẹp của nhiều sảnphẩm phụ thuộc vào sự có mặt của nước

Nước còn dùng để đốt nóng và làm lạnh các động cơ trong nồi hơi và trongcác máy ép thủy lực

2 Hàm lượng và trạng thái của nước trong sản phẩm thực phẩm.

Dựa vào hàm lượng nước có thể chia các sản phẩm thực phẩm thành 3 nhóm:

•Nhóm các sản phẩm thực phẩm có hàm lượng nước cao (trên 40%)

•Nhóm các sản phẩm thực phẩm có hàm lượng nước trung bình (10 –40%)

•Nhóm các sản phẩm thực phẩm có hàm lượng nước thấp ( dưới 10%) Trong các sản phẩm thực phẩm nước thường ở dưới 2 dạng: nước tự do vànước liên kết

•Nước tự do là chất lỏng giữa các mixen Có trong dịch tế bào, hòa tancác chất hữu cơ và vô cơ, tham gia vào quá trình biến đổi sinh hóa, dễbay hơi khi phơi sấy Vì vậy, thực phẩm nào chứa nhiều nước tự docàng dễ hư hỏng, khó bảo quản Nước tự do có tất cả các tính chất củanước nguyên chất

•Nước liên kết được hấp thụ bền vững trên bề mặt các mixen và thường

nước không tách tách ra khỏi thực phẩm, không tham gia vào quátrình sinh hóa và quá trình vi sinh vật nên loại nước này không gâyảnh hưởng lớn đến chất lượng thực phẩm Tùy mức độ liên kết, dạngnước này lại chia ra làm 3 loại:

o Nước liên kết hóa học

o Nước liên kết hấp thụ

o Nước liên kết mao quản

3 Hoạt độ của nước

Trong một dung dịch hay một thực phẩm một phần bề mặt thoáng bị các phân

tử của chất hòa tan hydrat hóa chiếm giữ, nên số phân tử dung môi thoát ratrong một đơn vị thời gian trên một đơn vị diện tích bề mặt sẽ nhỏ hơn so vớidung môi nguyên chất, đo đó có cân bằng:

Dung dịch < - Hơi

->

được thiết lập ở áp suất nhỏ hơn so với dung môi nguyên chất Tỷ số áp suấthơi của dung dịch và dung môi được gọi là haọt độ nước và được ký hiệu làaw:

Áp suất hơi sẽ không bị giảm khi dung dịch hay thực phẩm có chứa các chấtkhông hòa tan

Hoạt độ nước là hàm số của độ ẩm, thành phần hóa học và cấu trúc của sảnphẩm thực phẩm

aw trước tiên có liên quan đến tổng số nước ở trong sản phẩm Sản phẩm cóhàm ẩm cao thường chứa nhiều nước tự do, do đó có hoạt độ nước cao

aw có thể bị giảm đi không chỉ bằng cách tách nước đi mà còn bằng cách thêmcác chất hòa tan khác nhau vào sản phẩm để làm cho hàm lượng nước liên kếttăng lên aw không chỉ phụ thuộc vào thành phần hóa hcọ mà còn vào trạng

thái vật lý cảu sản phẩm Protein và tinh bột thường giữ một lượng nước nhiềuhơn các lipid và các chất kết tinh (ví dụ, các đường)

4 Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến tính chất biến đổi và chất lượng của các sản phẩm thực phẩm.

Cường độ hư hỏng của dạng sản phẩm này hay sản phẩm khác là do một loạtcác yếu tố bên trong và bên ngoài mà trước hết là do hoạt độ nước của sảnphẩm quyết định

Nhìn chung với các sản phẩm có hoạt độ nước cao thì quá trình sinh họcchiếm ưu thế Tuy nhiên, trong sản phẩm có hàm lượng lipid nhiều thì ngay cảkhi có aw cao thì quá trình phi sinh học (oxy hóa vẫn trội hơn)

Đối với những sản phẩm có hàm ẩm thấp và trung bình thì các quá trình phisinh học như sự oxy hóa và sự sậm màu rất thường xảy ra Tốc độ của các quátrình này phụ thuộc rất mạnh vào hoạt độ nước

5 Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến cấu trúc và trạng thái của sản phẩm thực phẩm

Rau quả tươi chứa nhiều nước nên thường có độ căng, độ bóng và độ giònnhất địnhững, khác với rau quả khi bị héo thì teo lại do mất nước

Áp suất thủy tĩnh này gọi là áp suất trương và thường tạo ra một độ căng nào

đó đối với tế bào và do đó làm tăng kích thước tế bào

Nước làm biến tính protein là phá hủy hoàn toàn các có thể bậc cao, tạo ra một

sự biến đổi sâu sắc về lượng khiến cho protein khác với các chất khác Nhờbiến tính mà sau đó các phân tử protein tương tác với nhau tạo ra một mạnglưới có trật tự gọi là gel, nghĩa là tạo ra một có thể mới cho những thực phẩmkiểu như phomat, giò…Nước còn ảnh hưởng đến khả năng tạo như tương vàkhả năng tạo bọt của protein do đó tạo ra một trạng thái cũng như một kết cấuđặc trưng của nhiều sản phẩm thực phẩm chứ protein

Nước còn là chất hóa dẻo của tinh bột do đó mà tinh bột tạo ra độ dai, dẻo, độđục, độ trong, tạo màng, tạo sợi … cho nhiều sản phẩm thực phẩm

Trong cơ thể người và động vật nhờ nước mà các phản ứng thủy phân thức ăn

Nước là nguyên liệu cần thiết không thể thiếu được đối với công nghiệp hóahọc và công nghệ thực phẩm.

CHƯƠNG II: PROTEIN

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

Do tương tác với nước và dưới tác dụng của nhiệt mà protein có thể thay đổitính chất, trạng thái để tạo hình, tạo dáng và tạo kết cấu cấu cho sản phẩm thựcphẩm Trong những điều kiện công nghệ nhất định, protein có thể tương tác vớinhau, 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

II ACID AMIN

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

1 Cấu tạo chung và phân loại

a Cấu tạo chung

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

COOH C R

H2N α H

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

b Phân loại

Các acid amin có thể được phân loại theo các cách sau:

• Dựa vào đặc tính cấu tạo mạch bên:

- Acid amin mạch thẳng: Leucine, Alanine, Lysine, Glutamic acid,Threonine, Serine,

- Acid amin mạch vòng: acid amin dị vòng: Histidine, Tryptophane, acid amin vòng thơm: Phenylalanine, Tyrosine,

• Dựa theo số nhóm amino và số nhóm carboxyl:

- Acid monoamino monocarboxylic: Glycine, Alanine, Valine, Leucine,Isoleucine, Serine, Threonine, Cysteine, Methionine, Tryptophane,Tyrosine, Phenylalanine

- Acid diamino monocarboxylic: Lysine, Arginine

- Acid monoamino dicarboxylic: Aspartic acid, Glutamic acid

• Dựa theo đặc tính tích điện của mạch bên:

- Acid amin không phân cực, kỵ nước: Glycine, Alanine, Valine, Leucine,Isoleucine, Proline, Phenylalanine, Tryptophane, Methionine

- Acid amin phân cực nhưng không tích điện: Serine, Threonine,Asparagin, Glutamin

- Acid amin phân cực với điện tích âm: Glutamic acid, Aspartic acid,Tyrosine, Cysteine

- Acid amin phân cực với điện tích dương: Lysine, Arginine

• Dựa theo đặc tính sinh lý:

- Acid amin chủ yếu (acid amin không thay thế): Là những acid amin mà

cơ thể không thể tự tổng hợp: Phenylalanie, Isoleucine, Leucine,Histidine, Valine, Methionine, Tryptophane, Threonine

- Acid amin bán thay thế: Lysine, Arginine

- Acid amin thứ yếu (acid amin thay thế): Là những acid amin cơ thể sinh

béo, glucid, NH3, Nhóm này gồm các acid amin: Glycine, Alanine,Aspartic acid, Glutamic acid, Cysteine, Tyrosine, Proline, Glutamin,Asparagin, Serine.

c Các acid amin thường gặp

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

* Acid amin không phân cực, kỵ nước:

H2N - C - H H2N -C - H H2N - C - H H2N - C - H

H3C CH3 CH

H3C CH3

Glycine Alanine Valine Leucine

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

Isoloeucine Methionine Proline

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

COOH COOH COOH COOH

H2N - C - H H2N - C - H H2N -C - H H2N - C - H

OH

Serine Threonine Tyrosine Cysteine

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

* Các acid amin có tính kiềm:

Arginine Lysine Histidine

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

d Các acid amin ít gặp trong phân tử protein và các acid amin phi protein

Trên 150 acid amin được tìm thấy trong cơ thể sống, nhưng chúng khôngtham gia vào thành phần protein Trong số chúng có một vài acid amin đóngvai trò quan trọng trong trao đổi chất

- β- alanin là thành phần của coenzyme A và vitamin B3 Chúng cũngđược tìm thấy ở dạng tự do Hợp chất này có tác dụng ức chế lên hệ thầnkinh trung ương

Oxylysine L- Ornithine L-α,ε- acid diaminopimelic

- L- ornithine: được tạo nên từ arginine dưới tác dụng của enzymearginase L- ornithine tham gia vào quá trình tạo urea, trong tổng hợpalcaloid và kháng sinh gramixidin

- L- Citrulline: là sản phẩm trung gian trong tổng hợp urea, nó thườngđược gặp ở dạng tự do trong dịch quả dưa hấu

- Acid -γ -amino butyric: Có nhiều trong thực vật, trong mô não củađộng vật có vú, một vài loài chim và động vật lưỡng thê Hợp chất này đượctạo nên do phản ứng decarboxyl hóa acid glutamic dưới tác dụng củaenzyme glutamate decarboxylase Trong động vật, acid-γ -amino butyrichoạt động như chất truyền xung động thần kinh

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

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

phân tử acid amin

COOH CH

H2N HC

CH2

CH3

CH3

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

Đa số các acid amin (trừ glycin) có ít nhất một carbon phi đối xứng trongphân tử nên nó có tính hoạt quang

- Đa số các acid amin đều tan trong nước, độ tan giảm dần theo chiều dàimạch carbon.

Ở dạng muối natri và muối clorua, các acid amin tan tốt hơn so với dạngacid amin tự do

- Các acid amin hấp thu ánh sáng ở vùng cực tím, bước sóng từ 240 nm

trở lên

b Tính chất hóa học của acid amin

* Phản ứng của nhóm - COOH

- Phản ứng với rượu tạo ester

H C

NH2

NH2

CH2OH LiBH4

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 α-amin khi tiếnhành một số phản ứng và dùng trong định lượng acid amin bằng phương pháp

so màu

- Phản ứng khử nhóm carboxyl tạo thành amin

H2N HC COOH

R CH2 NH2 CO2

* Phản ứng của nhóm - NH 2

- Phản ứng với ninhydrin: Đây là phản ứng đặc trưng nhất của nhóm

-amin tạo thành hợp chất có màu tím xanh, -aminhấp thu ánh sáng cực đại ở

bước sóng 580 nm Phản ứng này có thể dùng định tính và định lượng acid

Cường độ màu tỉ lệ với hàm lượng acid amin trong dung dịch

- Phản ứng với HNO2

Các acid amin (trừ prolin và oxyprolin) đều phản ứng với HNO2 tạo thành

oxyacid tương ứng và giải phóng nitơ Phản ứng này có thể dùng định

lượng nitơ bằng cách đo lượng nitơ giải phóng ra

COOHC

* 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

c Tính chất cảm quan

Các acid amin tự do có thể góp phần tạo nên hương vị cho các thực phẩm giàuprotein Phần lớn các acid amin dạng D có vị ngọt, khó tiêu hóa và ức chế sựtrao đổi chất Các acid amin dạng L thường không vị hoặc có vị đắng Vị vàngưỡng cảm nhận các acid amin được trình bày ở bảng sau:

Vị của một số acid acid amin trong dung dịch nước ở pH 6-7

Vị Ngưỡng cảm nhận Vị Ngưỡng cảm nhậnAlanine

ĐắngĐắngNgọtNgọtĐắngĐắng

NgọtNgọtNgọtNgọt

Mùi lưuhùynhNgọtNgọtKhông vịNgọtNgọtNgọtNgọt

1 – 3

( Ngưỡng cảm nhận: mmol/l)

Ngưỡng cảm nhận vị đắng của cafein: 1- 1,2

Ngưỡng cảm nhận vị ngọt của đường saccharose: 10 -12

- 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 nằmtận cùng bên phải

Các polypeptide được gọi tên như sau: acid amin có gốc cacboxyl tham gia tạoliên kết peptide, đuôi `ine` đổi thành `yl`; acid amin chứa gốc cacboxyl tự dovẫn giữ nguyên vần `ine`

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

H2N HC C

H O

N HC C

CH2O

N HC C

CH2 O

N HC C

CH2O

N HC C (CH2)4

OH

OH C6H5 HC CH3

CH3

NH2O

H

1 Các peptide có hoạt tính sinh học

Rất nhiều peptide (đặc biệt là những peptide nhỏ) là những chất có hoạt tínhsinh 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 polypeptidenối 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 tácđộng ngược với insulin

- Aspartame hay nutrasweet (L-aspartyl-L-phenylalanyl methyl ester) làmột peptide được tổng hợp bằng con đường hóa học có vị ngọt gấp hàng trămlần 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 cobóp

- 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

2 Tính chất cảm quan

Các peptide có thể có vị ngọt, vị đắng hoặc không vị Các dipeptide của acidaspartic thường có vị ngọt Vị đắng của peptide có thể xuất hiện khi thủy phânmột phần protein Vị của các peptide không phụ thuộc vào cấu hình D hay L

nên chúng, tuy nhiên tính kỵ nước của mạch bên R có thể ảnh hưởng đếncường độ vị Các dipeptide sau đây thường có vị đắng:

Ngưỡng cảm nhận vị đắng của một số peptide:

Peptide Ngưỡng cảm nhận (mmol/l)

Ngoài ra, có một số peptide có vị mặn, có thể được dùng thay thế NaCl:

1 Phân loại

Dựa vào thành phần cấu tạo có thể chia protein thành 2 nhóm: protein đơn giản

Dựa vào chức năng sinh học, có thể chia protein thành 2 nhóm:

- Protein cấu trúc như keratin, colagen có trong mọi tổ chức như ở cơ,xương, da, các cơ quan nội tạng, các thành tế bào và các bào quan.Chức năng của những protein này phụ thuộc vào cấu trúc sợi củachúng

- Protein có hoạt động sinh học có vai trò tích cực trong các quá trìnhsinh học: Các enzyme, các hormon, các protein vận chuyển,

2 Các hệ thống protein thực phẩm

Các protein thực phẩm rất đa dạng Dựa vào nguồn gốc và tính chất đặc trưng

có thể phân các protein thực phẩm thành các nhóm sau:

- Hệ thống protein của thịt, cá

- Hệ thống protein của trứng

- Hệ thống protein của sữa

- Hệ thống protein của máu

- Hệ thống protein của lúa mì

- Hệ thống protein của đậu tương

Dựa vào vị trí có thể chia protein cơ thành 3 nhóm:

- Proten của chất cơ

- Protein của mô liên kết

- Protein của tơ cơ

Protein của chất cơ

Myoglobin là protein quyết định màu sắc của thịt và thường chiếm 90% tổnglượng các sắc tố của thịt bò

Myoglobin là một protein phức tạp có nhóm ngoại là heme ( Heme là nhóm thay thế

(prosthetic group) chứa nguyên tố sắt màu đỏ của hemoglobin và myoglobin.)

gắn với globin ở gốc His93 Phân tử globin chứa 153 acid amin, đây là mộtprotein hình cầu, cấu trúc bậc 3 ổn định nhờ các cầu muối, liên kết hydro vàliên kết ưa béo

Nguyên tử sắt của heme liên kết phối trí với 6 nguyên tử, mỗi nguyên tử sẽ chomột cặp điện tử (4 nguyên tử N của nhân porphyrin, 1 nguyên tử N của vòngimidazol của His93, vị trí thứ 6 có thể gắn với oxy trong oxymyoglobin hoặc ởtrạng thái tự do như trong desoxymyoglobin).

Sự thay đổi màu sắc của thịt tùy thuộc vào trạng thái oxy hóa của sắt (Fe2+ hoặc

Fe3+) trong heme cũng như bản chất các phối tử nối với sắt (O2, NO, CO).Oxymyoglobin là chất dự trữ oxy cho cơ, có màu đỏ tươi Trong hợp chất nàysắt có hóa trị II

Desoxymyoglobin là sắc tố bẩm sinh của thịt, trong hem của chất này sắt cóhóa trị II

Metmyoglobin là dạng oxy hóa của myoglobin, là sắc tố nâu có trong thịt vàcác sản phẩm từ thịt Phản ứng oxy hóa oxymyoglobin thành metmyoglobinxảy ra và phản ứng khử ngược lại liên tục xảy ra ở trong cơ và cả sau khi súcvật bị giết một thời gian Trong hợp chất này sắt có hóa trị III

Khi globin trong myoglobin hoặc metmyoglobin bị biến tính (bởi nhiệt độ hoặc

pH môi trường), tạo thành ferohemocrom hoặc ferihemocrom

Myoglobin và ferohemocrom tương tác với nitrit tạo thành nitrozomyoglobin

và nitrozoferohemocrom có màu đỏ đậm hoặc đỏ hồng

Carboxymyoglobin và carboxyhemocrom có màu đỏ, thường tạo ra khi xử lýthịt bằng khí quyển có chứa carbon oxyt

Protein của khung mạng

Protein khung là những protein của mạng, của màng sợi cơ, của màng ty thể vàcủa mô liên kết Colagen và elastin là 2 protein chiếm trên 50% lượng proteincủa khung

Colagen có trong xương, da, gân, sụn và trong hệ thống tim mạch Colagen làprotein hình sợi, không đàn hồi được do đó bảo vệ cơ chống sự kéo căng.Trong quá trình chín của thịt, colagen chỉ bị biến đổi ít Khi xử lý nhiệt trongmôi trường ẩm, các sợi colagen co lại, sau đó bị gelatin hóa khi nhiệt độ đủcao Ở trạng thái tự nhiên colagen chỉ bị pepsin và colagenase thủy phân; saukhi bị biến tính nhiệt colagen mới bị thủy phân bởi trypsin, chymotrypsin vàcarboxypeptidase

Elastin là protein có màu vàng, có nhiều ở thành động mạch, trong các dâychằng đốt sống của động vật có xương sống Elastin có cấu trúc sợi, phân tửđược cấu tạo từ 2 sợi polypeptide là α-elastin và β-elastin nối với nhau bằngliên kết cộng hóa trị Khi nấu trong nước, elastin chỉ bị trương ra nhưng không

hòa tan Elastin rất bền với acid, base và các protease, nó chỉ bị thủy phân mộtphần bởi papain.

Protein của tơ cơ

Protein tơ cơ chiếm trên 50% lượng protein của cơ

Mỗi sợi cơ thường được cấu tạo từ rất nhiều sợi tơ cơ xếp song song với nhau.Mỗi sợi cơ có đường kính từ 10 - 100µm, dài 35cm và được bao bằng mộtmàng sợi cơ có khả năng tiếp nhận các tác nhân kích thích thần kinh mà khikhử cực sẽ khởi động sự co cơ

Sợi tơ cơ cấu tạo gồm các thớ sợi thô myosin và thớ sợi mảnh actin nằm xen kẻ

và song song nhau Mỗi sợi tơ cơ được bao bọc bằng một mạng giàu ion canxigọi là màng chất cơ và thông với màng sợi cơ bằng các đường ống Các tổ chứcnày sẽ tham gia vào sự dẫn truyền các luồng xung động thần kinh và vào sựtrao đổi ion

Myosin có hoạt tính ATPase, có khả năng tự liên kết thuận nghịch với actin tạothành phức actomyosin

Actin

Phân tử actin cấu tạo từ 374 gốc acid amin Actin dưới dạng đơn phân chỉ gồmmột chuỗi polypeptide có cấu trúc cầu bậc 3 (G-actin) Phân tử G-actin có chứamột phân tử ATP và một ion canxi Trong những điều kiện xác định, G-actin tựtrùng hợp thành F-actin

b Protein của cơ cá

Cơ thịt cá có cấu tạo tương tự cơ thịt động vật máu nóng, chỉ khác nhau ở một

- Myosin chiếm 40% protein tổng số và rất khó tách ra khỏi actin.Protein này rất nhạy với biến tính nhiệt và rất dễ bị thủy phân bởi protease hơn

so với myosin ở thịt động vật máu nóng

c Hệ thống protein của trứng

Trong trứng đã loại vỏ, protein chiếm khoảng 50% trọng lượng khô Thànhphần các hợp chất chủ yếu trong trứng gà được trình bày ở bảng sau:

% trọng lượng Nước Protein Lipid Glucid Khoáng

Vỏ trứng có tính thấm khí, do đó đảm bảo sự trao đổi khí giữa phôi và khíquyển bên ngoài Trong thời gian bảo quản trứng, không khí xâm nhập vào vàlàm thể tích buồng khí tăng lên Nều chải hoặc rửa trứng thì lớp protein bênngoài bị mất làm vi sinh vật xâm nhập vào trứng dễ dàng

Albumen hay lòng trắng trứng gồm 3 lớp: lớp ngoài chiếm 23%, lớp giữachiếm 57% và lớp trong chiếm 17% Lớp giữa dày và đặc hơn Khi trứng bị vỡ

ra trên mặt phẳng thì chính lớp này bao lấy lòng đỏ

Albumen là dịch thể chứa nhiều protein hình cầu khác nhau: ovalbumin,conalbumin, ovoglobulin (G2 và G3), flavoprotein, ovogluvoprotien,ovomacroglobulin, avidin và một protein hình sợi là ovomuxin Trong albumencòn chứa 0,5% glucose tự do, chính đường này là tác nhân tham gia phản ứngMaillard trong thời gian bảo quản trứng khô

Lòng đỏ trứng gồm các hạt phân tán trong pha lỏng Các hạt có thể được táchbằng ly tâm, chiếm 20% trọng lượng khô của lòng đỏ, có chứa 60% protein và34% lipid Các hạt thường có hình cầu, đường kính 1,3- 20µm Trong hạt cóchứa các lipoprotein và các phosphoprotein Trong dịch lòng đỏ trứng có chứacác protein hình cầu levitin và lipoprotein nhẹ

Lòng đỏ trứng chứa toàn bộ lipid của trứng, chủ yếu là triacylglycerin (60%),phospholipid (28%) và cholesterol (5%).

Cường độ màu của lòng đỏ trứng phụ thuộc vào hàm lượng carotenoids

Trong khi vỏ và albumen là hàng rào bảo vệ cơ học và ngăn vi sinh vật thì lòng

đỏ là nguồn chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của phôi

Các protein của lòng trắng trứng

- Ovalbumin là protein phong phú nhất của lòng trắng trứng, là mộtphosphoglucoprotein có nhóm phosphate đính vào gốc serine Phân tửovalbumin chứa 3,5% glucid

Phân tử ovalbumin có 4 nhóm –SH và 2 cầu disulfide Trong thời gian bảoquản số cầu disulfide tăng lên do hình thành S-ovalbumin có tính bền nhiệt hơnprotein ban đầu

Ovalbumin có tính tạo gel tốt, làm cho bọt bền khi gia nhiệt Khi có sự hìnhthành S-ovalbumin thì khả năng tạo gel bị giảm Ovalbumin rất dễ bị biến tính

bề mặt do đó cũng có tác dụng ổn định các bọt tạo ra ở điều kiện lạnh

- Conalbumin là một glucoprotein do 2 tiểu đơn vị tạo nên, phân tử chứa0,8% D-manose và 1,7% glucosamin

- Ovomuxoit là glucoprotein do 3 tiểu đơn vị tạo nên Protein này cóhoạt tính antitrypsin và có tính chịu nhiệt trừ phi trong môi trường kiềm

- Ovomuxin do 2 tiểu đơn vị tạo nên, phân tử chứa gần 30% glucid.Protein này cũng có khả năng làm bền bọt ở điều kiện lạnh

- Avidin gồm 3 thành phần A, B và C Avidin có khả năng tạo phức vớibiotin

Nhìn chung, các protein của lòng trắng trứng có tính kháng khuẩn, góp phầnbảo vệ phôi cũng như khả năng bảo quản trứng

Các protein của lòng trắng trứng nguyên khó tiêu hóa, chỉ được tiêu hóa dễdàng sau khi nấu Nguyên nhân có lẽ do hoạt tính antitrypsin của ovomuxoitcũng như tính chống chịu đối với enzyme tiêu hóa của một số globulin không

bị biến tính

Các protein của lòng đỏ trứng

Các hạt có mặt dưới dạng lơ lửng trong lòng đỏ là do 3 loại protein liên kếtnhau thành một phức, trong đó lipovitelin và phosvitin là 2 hợp phần cơ sở.Các lipoprotein nhẹ sẽ đính vào phức qua phosvitin làm cầu nối trung gian

Các lipovitelin là lipoprotein nặng có thể tách ra thành α- và β- lipovitelin ỞpH<7 chúng tồn tại ở dạng dimer Phần lipid của protein này chiếm 20% trọnglượng phân tử, trong đó 60% là phopholipid và 40% là lipid trung tính.

Phosvitin là một phosphoprotein rất giàu serine (chiếm 31% tổng lượng acidamin) Phosvitin có khả năng cố định các ion sắt, các phức tạo ra tan trongnước và là nguồn dự trữ sắt

Dịch tương chứa 2 loại protein là livetin và lipoprotein nhẹ (có thể tách rathành 2 thành phần L1 và L2) Livetin là protein hình cầu, có 3 loại α, β, γ vớiphân tử lượng khác nhau

Các protein trứng giàu các acid amin cần thiết Đặc biệt thành phần acid amincủa trứng rất ổn định, gần như không phụ thuộc vào giống, thức ăn và phươngpháp nuôi

d Hệ thống protein của sữa

Sữa là một hệ thống phức tạp chứa huyển phù các hạt keo trong một pha phântán là nước Các hạt thường bao gồm các cầu béo và các mixen protein

Trong một lít sữa chứa trung bình từ 30-35g protein, gần 80% lượng proteinnày tồn tại dưới dạng phức cao phân tử có chứa canxi phosphate gọi là mixen Phần protein không kết tủa gọi là protein hòa tan hay protein lactoserum gồmcác protein hình cầu như β-lactoglobulin, α-lactalbumin và immunoglobulin

Hệ thống protein của sữa rất đa dạng, có thể phân thành 6 nhóm chính: 4 nhómcasein (αS1, αS2, β và κ) và 2 nhóm protein hòa tan ( β-lactoglobulin, α-lactalbumin )

Các casein là protein có tính acid vì trong phân tử của chúng chứa nhiều acidamin có tính acid như aspartic acid và glutamic acid Các casein đều đượcphosphoryl hóa trên gốc serine và threonine, tuy nhiên mức độ phosphoryl hóakhác nhau

Casein αS1 chứa 199 acid amin Phân tử có tính lưỡng cực do sự phân bố cácphần tích điện và phần ưa béo không đồng đều

Casein αS2 chứa 207 acid amin, là casein háo nước nhất trong họ casein vì trongphân tử chứa nhiều nhóm phosphate nhất và chứa nhiều cation nhất

Casein β có 209 gốc acid amin, là casein có tính ưa béo nhất, phân tử chứanhiều acid amin proline, chúng phân bố không đồng đều làm cấu trúc kém trậttự

Casein κ có chứa 169 acid amin nhưng chỉ chứa một gốc phophoseryl do đóliên kết kém với ion canxi và độ hòa tan không bị ảnh hưởng bởi ion này.Casein κ có tính lưỡng cực: đầu N ưa béo, đầu C ưa nước.

β-lactoglobulin là một protein hình cầu chứa 162 acid amin Phân tử có khảnăng liên hợp thành dimer (pH 6,6), octamer (pH 3,5 -5,2)

α-lactalbumin là protein hình cầu có chứa 123 acid amin

e Hệ thống protein của máu

Khi giết mổ gia súc, lượng máu thu được chiếm 3-5% trọng lượng con vật.Trong máu chiếm khoảng 17% protein nên máu được xem là “thịt lỏng” So vớiprotein của trứng thì protein máu thiếu isoleucine và methionine Trong hemecủa hemoglobin máu chứa ion sắt có giá trị dinh dưỡng cao vì ở dạng này ruột

dễ hấp thụ

Các chất khoáng trong máu ít thay đổi vì chúng vừa là chất đệm, vừa là chấtgiúp ổn định tính chất lý hóa của máu Hàm lượng lipid máu thay đổi theo từngthời điểm khác nhau trong ngày

Trong máu chứa khoảng 200 protein khác nhau, trừ albumin và một vàienzyme, đa số protein máu là dạng glucoprotein

- Nhóm γ-globulin là những glucoprotein mà phần lớn làimmunoglobin,

là các kháng thể có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ miễn dịch cho cơ thể

Hemoglobin: Là protein định vị trong các huyết cầu tố Hemoglobin được cấu

tạo từ một heme có nguyên tử trung tâm là sắt nối với protein globin Tùy theoloài mà phân tử hemoglobin có thể chứa một hoặc nhiều chuỗi polypeptide.Thành phần acid amin của các globin sẽ thay đổi tùy theo loài, độ tuổi và trạngthái bệnh lý

f Hệ thống protein của lúa mì

Trong nội nhũ hạt lúa mì, protein cùng với tinh bột ở dạng dự trữ Trong hạt lúa

mì chưa thuần thục, phần lớn protein dự trữ nằm ở các thể protein hình cầu cómàng bao bọc, đường kính từ 2-5µm Khi hạt lúa mì chín, màng bao thể proteinnày bị phá hủy và các protein dự trữ tạo ra một chất kết dính vô định hình baoxung quanh các hạt tinh bột

Hạt lúa mì chứa khoảng 13% protein, có loại chứa đến 25% protein Hai nhómprotein chủ yếu trong hạt lúa mì là prolamin và glutelin (chiếm 75-95% proteincủa lúa mì) Các điều kiện canh tác, đặc biệt là độ phì nhiêu của đất có ảnhhưởng rất lớn đến hàm lượng protein cũng như năng suất hạt Hàm lượngprotein trong lúa mì so với trong các loại hạt ngũ cốc khác được thể hiện ởbảng sau:

Loại ngũ cốc Albumin Globulin Prolamin Glutelin

5212561010

4055529546

463923238038

Ứng với mỗi loại hạt, prolamin và glutenlin có những tên gọi riêng:

Loại ngũ cốc Prolamin Glutelin

GluteninGlutelinHocdeninAvenionGlutelinGlutelin

Gliadin và glutenin chiếm phần chủ yếu của gluten bột mì Gliadin đặc trưngcho độ giãn, glutenin đặctrưng cho độ đàn hồi của bột nhào Lúa mì là hạt ngũcốc duy nhất có chứa một lượng đáng kể glutenin phân tử lượng lớn và khônghòa tan trong acid acetic 0,1M

g Hệ thống protein của đậu nành

Hạt đậu nành chứa khoảng 40-45% protein, 18-20% lipid, 30-35% glucid vàgần 5% tro Tro của đậu nành rất giàu sắt và kẽm

Các glucid trong đậu nành gồn polysaccharide không hòa tan nhưhemicellulose kiểu arabinogalactan, pectin, cellulose và các oligosaccharidenhư saccarose, rafinose,…

Trong hạt đậu nành còn chứa một lượng nhỏ các chất như oestrogen, goitrogen,fitat, saponin, các antivitamin, các yếu tố dị ứng Về phương diện dinh dưỡngthí các chất này cùng với các chất kìm hãm enzyme là chất gây bất lợi, đôi khi

có tính độc đối với cơ thể Thông thường, người ta phải làm biến tính các hợpchất này bằng cách gia nhiệt hoặc loại bỏ bằng phương pháp chiết

Thành phần protein chủ yếu trong đậu nành là globulin, ngoài ra còn có proteincấu trúc và các protein chức năng

Bằng phương pháp ly tâm siêu tốc, người ta tách các globulin đậu nành thành 4nhóm ứng với các hệ số sa lắng S20,w (đơn vị Svedberg ở 20oC, trong nước, 1S=10-13 s) là 2, 7, 11 và 15

Các globulin 7S (β-conglixinin) và 11 S (glixinin) chiếm trên 70% tổng lượngprotein của hạt đậu nành

- Globulin 11 S được cấu tạo từ 12 tiểu đơn vị tương đối ưa béo, 6 tiểuđơn vị có tính acid, 6 tiểu đơn vị có tính kiềm Glixinin dễ dàng bị phân lythành các tiểu đơn vị khi gia nhiệt đến 80oC, ở lực ion thấp (0,01), ở pH acidhay kiềm hoặc khi có mặt urea, chất tẩy rửa hoặc tác nhân khử

- Globulin 7S thường chiếm gần 35% lượng protein của hạt, là mộtglucoprotein chứa gần 5% glucid Phân tử globulin 7S có tính acid, được cấutạo từ 3 tiểu đơn vị, phân tử chứa rất ít acid amin chứa lưu huỳnh Ở pH 5-10,khi lực ion yếu, globulin 7S tạo thành 1 dimer

Trong thành phần protein đậu nành còn có các hemaglutinin (lectin) rất độc đốivới động vật và chứa các chất kìm hãm protease Các hợp chất này có thể bị vôhoạt khi xử lý nhiệt trong môi trường ẩm

V SỰ THỦY PHÂN PROTEIN

Protein có thể bị thủy phân bởi tác nhân hóa học hoặc bởi enzyme protease.Khi thủy phân trong môi trường acid (HCl 6N, 10 giờ ở 120oC) các acid aminkhông bị phá hủy trừ tryptophane bị phá hủy, asparagine và glutamine bị thủyphân thành aspartic acid và glutamic acid; ngoài ra, các acid amin chứa lưuhuỳnh có thể bị oxy hóa một phần

Trong môi trường kiềm (NaOH 6N) dẫn đến hiện tượng racemic hoá các acidamin và sự phá hủy lysine, cysteine và arginine.

VI CÁC BIẾN ĐỔI CỦA PROTEIN TRONG QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN

γ-amino acid (GAMA)Isobutylamine

TyramineTryptamine

NH2 (CH2)2 CH2 COOH

(CH3)2CH CH2 NH2

CHCOOH

CH3

Pyruvate

Pyruvate Alanine

COOH

CH3

Pyruvate

+ H2S

4 Sự thoái hóa protein

Sự thoái hóa protein có thể diễn ra trong quá trình chế biến và bảo quản thựcphẩm Nguyên nhân chủ yếu là do: xử lý nhiệt, quá trình oxy hóa và xử lý trongmôi trường kiềm Quá trình xử lý nhiệt như thanh trùng và tiệt trùng cũng cóthể dẫn đến một số hiệu quả tốt như giúp tiêu hóa dễ dàng hơn, vô hoạt các chấtngăn cản sự hấp thu và vô hoạt enzyme

Sự thoái hóa protein có thể chia thành 4 kiểu:

1 Xử lý nhiệt nhẹ có sự hiện diện

của đường khử

2 Xử lý nhiệt cao không có mặt

đường, khi có mặt một lượng

đường giới hạn hoặc với chất béo

bị oxy hóa

3 Xử lý trong môi trường kiềm với

carbonate, amoniac và kiềm

mạnh

4 Phản ứng oxy hóa, quang oxy

hóa, H2O2 hoặc SO2

Chủ yếu xảy ra phản ứng Maillard

Sự thoái hóa của một số acid amin

Sự thoái hóa của acid amin chứa lưuhuỳnh và lysine

Sự thoái hóa của methionine

Tùy theo tác nhân phản ứng, sự phân giải protein có thể chia thành cáckiểu:

- Do tương tác protein- protein

- Do tương tác protein- hydratcarbon

- Do tương tác protein- lipid

A Tương tác protein- protein

a Liên kết nội phân tử

- Liên kết ester: của Asp hoặc Glu và hydroxy amino acid.

R - COOH + R'- OH R - COO - R'

- Liên kết thioester: xảy ra giữa nhóm ω- carboxyl và nhóm –SH củaCys

- Liên kết imide: giữa nhóm -CONH2 của Asn hoặc Gln và nhóm

-COOH của Asp hoặc Glu

R - CO-NH2 + R'- COOH R- CO- NH- CO - R'

- Liên kết phosphodiester: giữa acid phosphoric và 2- hydroxy amino

acid

- Vòng lactone: giữa nhóm –COOH cuối mạch và hydroxy amino acid.

CH - COOHNH

CO

CH - CH - OH

NH R

CH - CONHCO

b Liên kết isopeptide: tạo thành khi protein bị xử lý nhiệt độ cao, phản

ứng giữa nhóm ε-NH2 của Lys và nhóm - COOH của Asp hoặc Glu

c Phản ứng deamin hóa: Phản ứng diễn ra khi xử lý nhiệt protein khi

không có carbohydrate Phản ứng dẫn đến sự hình thành liên kếtisopeptide hoặc liên kết amide phi tự nhiên giữa ε- NH2 của Lys vànhóm –CONH2 của Asn hoặc Gln

R - CO - NH2 + H2N - R' R - CO - NH - R' + NH3

d Phản ứng desulfhydrat hóa: Phản ứng phá hủy cầu disulfite của các

protein giàu lưu hùynh, giải phóng H2S

e Oxy hóa methionine: Met bị oxy hóa bởi các tác nhân như khí oxy,

H2O2 hoặc SO2 dẫn đến sự phá hủy acid amin này Các sản phẩm tạothành là sulfoxyde hoặc sulfon

- CH2 - S - CH3 - CH2 - SO- CH3 or - CH2 - SO2 - CH3

f Xử ly bằng kiềm: Xử lý protein trong môi trường kiềm dẫn đến sự phá

hủy các acid amin và sự hình thành một số acid amin mới nhưlysinoalanine, lanthionine và ornithinoalanine Sự hình thành này theo 2bước:

- Sự hình thành dehydroalanine như là sản phẩm trung gian

g Sự phá hủy tryptophane: Khi xử lý ở nhiệt độ trên 200oC, tryptophane cóthể bị chuyển hóa thành hợp chất α-, β- hoặc γ- carboline.

B Tương tác protein- carbohydrate

Protein có thể phản ứng với đường khử theo phản ứng Maillard

C Tương tác protein- lipid

Protein phản ứng với sản phẩm của quá trình oxy hóa chất béo nhưhydroperoxide, hợp chất carboxyl và epoxyde Các phản ứng này dẫn đến

sự phá hủy acid amin

LOO• + P → LOOH + P (-H)

LOO• + P → •LOOP

•LOOP + O2 → •OOLOOP

CHƯƠNG III: NHỮNG BIẾN ĐỔI CỦA LIPID

TRONG THỰC PHẨM

I THỦY PHÂN BẰNG ENZYME LIPASE

Các enzyme thủy phân chất béo có mặt trong nguyên liệu thực phẩm và trong

vi sinh vật Hoạt động của lipase dẫn đến phản ứng thủy phân giải phóng cácacid béo tự do tạo mùi khó chịu cho thực phẩm Mặt khác, các acid béo không

no ở dạng tự do có thể bị phân hủy do quá trình tự oxy hóa hoặc bằng enzymeoxy hóa tạo thành các hợp chất mùi không mong muốn

Lipase thể hiện hoạt tính xúc tác tại bề mặt phân chia pha dầu-nước và chỉ cókhả năng thủy phân chất béo ở dạng nhũ tương Kích thước của giọt dầu trong

hệ nhũ tương càng nhỏ thì tổng diện tích bề mặt phân chia pha dầu-nước cànglớn dẫn đến khả năng xúc tác của enzyme càng cao

Phản ứng thủy phân bởi enzyme lipase có thể biểu diễn như sau:

II QUÁ TRÌNH OXI HÓA ACID BÉO KHÔNG NO

Các chất béo chứa nhiều acid béo không no như oleic, linoleic, linolenic,…trong phân tử chứa nhiều nối đôi nên rất dễ bị oxi hóa tạo thành cáchydroperoxide, hợp chất này tiếp tục bị phân giải thành các sản phẩm có mùikhó chịu (mùi ôi, tanh, mùi kim loại, mùi thực phẩm cũ,…) Do đó các chất béochứa acid béo không no được xem là các hợp chất không bền

Có 2 kiểu phản ứng oxi hóa chất béo không no:

- Phản ứng tự oxi hóa

- Phản ứng oxi hóa dưới tác dụng của enzyme lipoxygenase

Tự oxi hóa là quá trình biến đổi acid béo không no khi có mặt oxi Sản phẩmđầu tiên của quá trình là các hydroperoxide (ROOH) Tốc độ phản ứng phụthuộc vào số lượng nối đôi có trong chất béo, hàm lượng chất béo trong thựcphẩm, sự có mặt của các chất chống oxi hóa, áp suất riêng phần của oxi, nhiệt

độ, ánh sáng, độ ẩm,…

a Các giai đoạn chính của quá trình tự oxi hóa

Quá trình oxi hóa chất béo xảy ra gồm một chuỗi các phản ứng có thể chiathành 4 giai đoạn sau:

- Khởi động: Sự tạo thành các gốc tự do như peroxy (ROO•), alkoxy(RO•), alkyl (R•)

H3C (CH2)6 CH2 CH CH CH2 (CH2)6 COOH

8 11

Quá trình tự oxi hóa acid linoleic tạo ra 6 loại monohydroperoxide khác nhau

Các gốc peroxy chứa nối đôi ở vị trí β hoặc γ thường có xu hướng tạo vòng đểtạo thành hydroperoxide- epidioxide:

O

b Khởi động chuỗi phản ứng của các gốc tự do

Sự tự oxy hóa chất béo không no thường làm giảm chất lượng thực phẩm nêncần phải ngăn ngừa hoặc làm giảm thiểu mức độ phản ứng Sự hiểu biết về cơchế dẫn đến quá trình oxi hóa giúp ngăn ngừa hiệu quả các biến đổi khôngmong muốn trong thực phẩm chứa chất béo

Theo quan điểm hiện đại, có 2 nhóm phản ứng liên quan đến việc khởi độngquá trình oxy hóa: Các phản ứng giúp vượt qua rào cản năng lượng ngăn cảnphản ứng giữa oxi và chất béo, phản ứng chuyển các hydroperoxide thành cácgốc tự do Phản ứng quang oxi hóa tạo ra các hydroperoxide là một trong các

phản ứng thuộc kiểu thứ nhất Sự tạo thành gốc tự do được thực hiện khi cómặt ion kim loại nặng hoặc heme-protein Ngoài ra các enzyme xúc tác phảnứng tạo H2O2 cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình oxi hóa chất béo.

Quá trình quang oxi hóa

Người ta nhận thấy độ bền của thực phẩm chứa chất béo giảm khi có mặt ánhsáng Ánh sáng là nguyên nhân gây ra quá trình tự oxi hóa chất béo theo 1trong 2 kiểu sau:

- Các chất “nhạy cảm” (sensitizer) có mặt trong thực phẩm được hoạthóa bởi ánh sáng sẽ phản ứng với cơ chất tạo ra các gốc tự do, các gốc này sẽkhởi động quá trình tự oxi hóa chất béo

- Một dạng chất nhạy cảm khác có khả năng chuyển oxi từ trạng thái

cơ bản sang trạng thái kích thích Oxi được hoạt hóa sẽ phản ứng với với acidbéo không no theo cơ chế “cyclo- addition” tạo hydroperoxide:

Các ion kim loại nặng

Các ion kim loại nặng góp phần khởi động quá trình tự oxi hóa chất béo dotham gia vào phản ứng phân hủy các hydroperoxide tạo thành các gốc tự do.Trong dầu, mỡ và thực phẩm nói chung luôn chứa một lượng vết các ion kimloại nặng (Fe, Cu, Co,…), chúng có thể là thành phần của nguyên liệu thựcphẩm hoặc xâm nhập vào thực phẩm từ thiết bị chế biến, bao bì thực phẩm.Các ion kim loại (Men+) chỉ có thể khởi động quá trình tự oxi hóa chất béo khi

có mặt các peroxide theo sơ đồ sau:

Các ion kim loại ở trạng thái oxi hóa thấp sẽ phân hủy hydroperoxide với tốc

độ cao so với các ion có số oxi hóa cao hơn

Phản ứng phân hủy hydroperoxide phụ thuộc vào pH của dung dịch (Fe, Cuxúc tác phản ứng với tốc độ cao nhất tại pH 5,5-6), vào hàm lượng nước trongthực phẩm (tại aw = 0,3 tốc độ phản ứng oxi hóa chất béo là cực tiểu)

Các hợp chất chứa heme

Protein chứa heme có mặt trong thực phẩm như hemoglobin, myoglobin,cytochrom C thường làm tăng cường quá trình oxi hóa chất béo ở động vật, tạonên mùi khó chịu Đối với các chất béo thực vật, quá trình này diễn ra khi cómặt các enzyme catalase, peroxidase

Các hợp chất chứa heme phân hủy hydroperoxide với tốc độ cao hơn so với ion

Fe, do đó chúng làm tốc độ phản ứng tự oxi hóa chất béo diễn ra nhanh hơn

Oxi hoạt hóa tạo ra từ các phản ứng enzyme

Một số enzyme khi xúc tác phản ứng, tạo ra sản phẩm trung gian là oxi hoạtđộng, chúng góp phần thúc đẩy quá trình oxi hóa chất béo

c Các sản phẩm thứ cấp của quá trình tự oxi hóa chất béo

Sản phẩm chính của quá trình tự oxi hóa chất béo là cácmonohydroxyperoxide, chúng không mùi, không vị Khi các hợp chất này bịphân giải tiếp tục, sẽ tạo thành các hợp chất có mùi khó chịu như: các hợp chấtcarbonyl, malonic dialdehyde, các alkan và alken

Các hợp chất monocarbonyl

Các hợp chất carbonyl được tạo ra trong quá trình oxi hóa chất béo chủ yếu làaldehyde và ceton, chúng là nguyên nhân chính gây mùi khó chịu cho thựcphẩm Cơ chế của quá trình tạo thành hợp chất carbonyl được giải thích dựatrên sự phân giải β như sau:

CH CH CH CH2

O OH

(1) (2)

- OH

CH CH CH CH2

O +

CH CH2 CH

Malonic dialdehyde được tạo ra khi oxi hóa các acid béo không no chứa từ 3nối đôi trở lên Malonic aldehyde là hợp chất không mùi, có khả năng ngưng tụvới nhau và có khả năng phản ứng với protein tạo thành các hợp chất mới

Alkan và alken

Trong quá trình oxi hóa chất béo không no tạo thành các hợp chất alkan vàalken phân tử lượng thấp, dễ bay hơi Hai hợp chất tìm thấy nhiều nhất là ethan

và pentan

d Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc oxi hóa

- Acid béo tự do: sự hiện diện của acid béo tự do có tác dụng xúc tác quátrình oxi hóa, làm tăng nhanh sự phân giải hydroperoxide thành các gốc

- Sự hiện diện của oxi: vận tốc phản ứng tự oxi hóa phụ thuộc vào lượngoxi trong môi trường

- Nhiệt độ: Khi tăng nhiệt độ, lượng peroxide tạo thành tăng, ở nhiệt độcao hơn 45oC tốc độ phân giải hydroperoxide tăng

- Trạng thái của chất béo: bề mặt tiếp xúc giữa không khí và chất béocàng lớn thì vận tốc oxi hóa càng cao Khi chuyển chất béo từ trạng thái lỏngsang trạng thái rắn bằng cách hạ nhiệt độ sẽ làm giảm tốc độ oxi hóa

- Ion kim loại chuyển tiếp: sự hiện diện của ion kim loại sẽ xúc tác quátrình oxi hóa chất béo

- Năng lượng mặt trời và tia ion

- Hàm lượng nước

- Chất chống oxi hóa: có tác dụng kìm hãm hoặc làm chấm dứt chuỗiphản ứng oxi hóa chất béo

2 Oxi hóa chất béo không no do enzyme lipoxygenase

Enzyme lipoxygenase có mặt trong nhiều loại thực vật, trong bạch cầu và hồngcầu

Lipoxygenase là enzyme hai cấu tử, trong trung tâm hoạt động chứa nguyên tử

Fe Enzyme được hoạt hóa bởi chính sản phẩm của phản ứng, trong quá trìnhhoạt hóa, Fe2+ được chuyển thành Fe3+

Lipoxygenase xúc tác quá trình oxi hóa chất béo chứa hệ nối đôi liên hợp 1-cis,4-cis pentadien Lipoxygenase thực vật oxi hóa acid linoleic và acid linolenic;

ở động vật, lipoxygenase oxi hóa cơ chất là acid arachidonic Sản phẩm của

quá trình oxi hóa là hydroperoxide Cơ chế quá trình oxi hóa được trình bàynhư sau:

Enz ~Fe 2+

LOOH

San pham Enz ~Fe 3+

- Sau khi được hoạt hóa, enzyme xúc tác lấy hydro từ cơ chất chứa hệ nốiđôi 1-cis, 4-cis-pentadien và oxi hóa hydro thành proton

- Gốc R• (gắn với phức enzyme Enz~Fe2+….R•) sẽ sắp xếp lại và hệ nốiđôi không liên hợp sẽ chuyển thành nối đôi liên hợp, R• sẽ kết hợp với oxi đểtạo thành gốc ROO•

- Gốc ROO• sẽ bị khử bởi enzyme và sau khi kết hợp với proton sẽchuyển thành hydroperoxide

Ngoài ra, lipoxygenase dạng II có khả năng xúc tác phản ứng oxi hóa acid béokhông no với tính đặc hiệu không cao Chúng có thể oxi hóa cơ chất đã esterhóa Ngoài ra, chúng có thể “đồng oxi hóa” carotenoids và chlorophyll, chuyểnchúng thành các hợp chất không màu

RH:Linoleic acid,Car-H: carotenoids, LOOH: Linoleic acid hydroperoxide

3 Sự phân hủy các hydroperoxide do enzyme

Trong tế bào động thực vật, các hydroperoxide có thể được phân hủy bởi cácenzyme khác nhau Ở động vật, chúng bị khử bởi enzyme glutathion peroxidasethành các oxi acid Ở thực vật, sự phân hủy hydroperoxide được xúc tác bởi cácenzyme như hydroperoxide lyase, aldehyde isomerase, hydroperoxideisomerase Sản phẩm tạo thành là các aldehyde 6C, 9C no hoặc không no, cáchợp chất rượu 8C

III HẠN CHẾ HIỆN TƯỢNG OXI HÓA CHẤT BÉO

1 Nguyên tắc

Quá trình oxi hóa chất béo xảy ra khi có mặt oxi, ánh sáng hoặc enzyme xúctác Do đó, để hạn chế quá trình oxi hóa chất béo, có thể sử dụng các biện phápsau:

- Loại bỏ oxi trong thực phẩm bằng cách hút chân không hoặc bằngenzyme glucose oxidase

- Bảo quản trong điều kiện nhiệt độ thấp và tránh ánh sáng Tuy nhiênbiện pháp này không thể áp dụng đối với các nguyên liệu có chứa enzymelipoxygenase Khi có mặt enzyme, cần tiến hành quá trình chần để vô hoạtenzyme

- Thêm các chống oxi hóa vào thực phẩm

2 Hoạt tính chống oxi hóa

Các chất chống oxi hóa (AH) là chất có khả năng loại bỏ các gốc tự do hìnhthành trong giai đoạn phát triển theo các phản ứng sau:

ROO• + AH → ROOH + A• (1)

ROO• + A• → ROOA (3)

RO• + A• → ROA (4)

Ngoài khả năng loại bỏ các gốc tự do, các chất chống oxi hóa còn giúp hạn chế

sự phân hủy các hydroperoxide

3 Các chất chống oxi hóa trong thực phẩm

a Chất chống oxi hóa tự nhiên

Các chất béo không no trong mô sinh học tương đối bền do có chứa các chốngoxi hóa cũng như các enzyme ngăn ngừa hiện tượng oxi hóa

- Tocopherol (vitamin E): là chất chống oxi hóa được tách ra trong quátrình tinh luyện dầu Có nhiều loại tocopherol được ký hiệu từ α- đến σ-tocopherol Hoạt tính chống oxi hóa của chúng tăng từ α- đến σ- , nhưng hoạttính vitamin E theo hướng ngược lại

- Acid ascorbic (vitamin C): là chất chống oxi hóa tốt trong môi trường nướckhi ở nồng độ tương đối cao Ở nồng độ thấp, nhất là khi có mặt các ion kimloại nặng, nó thúc đẩy quá trình tự oxi hóa acid béo không no

- Carotenoids: cũng thể hiện hoạt tính chống oxi hóa β-caroten thể hiệnhoạt tính chống oxi hóa mạnh nhất ở nồng độ 5.10-3M

- Flavanone và flavonol là các hợp chất có hoạt tính chống oxi hóa cao cóthể tìm thấy trong thực vật như trong lá trà xanh, trong dược thảo, trong gỗ,…

- Vanilin ngoài vai trò tạo mùi, nó cũng đóng vai trò là chất chống oxi hóatốt

Ngoài ra, các reducton tạo thành trong phản ứng Maillard cũng là các chốngoxi hóa hình thành trong thực phẩm

b Chất chống oxi hóa tổng hợp

Các chống oxi hóa tổng hợp khi dùng trong thực phẩm phải thoả mãn các yêucầu sau:

- Không độc

- Có hoạt tính chống oxi hóa cao ở nồng độ thấp

- Có thể tập trung được trên bề mặt pha dầu

- Bền trong các điều kiện kỹ thuật của quá trình chế biến thực phẩm.Các chất chống oxi hóa tổng hợp thường được sử dụng là BHT (Butylatedhydroxytoluen), BHA (Butylated hydroxyanisole), tocopherol tổng hợp, TBHQ(Tertbutyl hydroquinone), dodecyl gallate, propyl gallate, ascorbyl palmitate,…