Khảo sát đặc tính của protein trong thực phẩm giàu protein

Khảo sát đặc tính của protein trong thực phẩm giàu protein

MỤC LỤC

I VAI TRÒ VÀ GIÁ TRỊ CỦA PROTEIN TRONG DINH DƯỠNG VÀ TRONG

CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 2

I.1) Vai trò sinh học của protein 2

I.2) Vai trò của protein trong thực phẩm 3

II CÁC MỨC CẤU TRÚC CỦA PROTEIN 3

II.1 Cấu trúc bậc một 3

II.2 Cấu trúc bậc hai 6

II.3 Cấu trúc bậc ba 10

III.PHÂN NHÓM PROTEIN 11

III.1 Protein đơn giản 12

III.2.PROTEIN PHỨC TẠP 13

IV CÁC TÍNH CHẤT CỦA PROTEIN 17

IV 1 Khả năng hydrat hóa của protein 17

IV.2 Khả năng hòa tan của protein 18

IV 3 Khả năng tạo nhớt của protein 20

IV.4 Khả năng tạo gel của protein 21

IV.5 Khả năng tạo màng 23

IV 6 Khả năng tạo kết cấu của protein và sự tạo hình các sản phẩm thực phẩm: 23

IV 7 Sự tạo sợi 24

IV 8 Khả năng tạo bột nhão của protein và kết cấu xốp của sản phẩm 26

IV 9 Khả năng cố định các chất thơm của protein và việc giữa mùi cho thực 28

IV 10 Khả năng nhũ hóa của proein và độ bền của các nhũ tương thực phẩm 31

IV 11 Tính chất tạo bọt đặc trưng của các protein 35

I VAI TRÒ VÀ GIÁ TRỊ CỦA PROTEIN TRONG DINH DƯỠNG VÀ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM.

I.1) Vai trò sinh học của protein.

Protein là thành phần không thể thiếu được của tất cả các cơ thể sống protein là nền tảng về cấu trúc và chức năng của cơ thể vi sinh vật Dưới đây là một số chức năng quan trọng của protein

- Xúc tác: các protein có chứa năng xúc tác các phản ứng gọi là emzyme

Hầu hết các phản ứng trong cơ thể sống từ những phản ứng đơn giản nhất như phản ứng hydrat hóa hản ứng khử nhóm cacboxyl đến những phản ứng phức tạp như sao chép mã di truyền … đều do emzyme xúc tác

- Vận tải : Một số protein có vai trò vận chuyển các chất trong cơ thể Như

hemoglobin, mioglobin mang oxi đếncác bộ phận cúa cơ thể, lipoprotein vận chuyển lipit từ gan tới các mô

- Chuyển động : Nhiều protein trực tiếp tham gia vào trong quá trình

chuyển động như co cơ chuyển vị trí của nhiễm sắc thể trong quá trình phân bào

Ở động vật có xương sống sự co cơ được thực hiện nhờ chuyển động trượt lên nhau của hai loại sợi protein : sợi to chứa protein miozin và sợi mảnh chứa các protein actin, troponizin và troponin

- Bảo vệ: Các kháng thể trong máu động vật có xương sống là những

protein đặc biệt có khả năng nhận biết và bắt những chất lạ xâm nhập vào cơ thể như protetin lạ, virut, vi khuẩn

Ví dụ các interferon là những protein do tế bào động vật có xương sống tổng hợp và tiết ra để chống lại sự nhiễm trùng …

- Truyền xung thần kinh : một số protein có vai trò trung gian cho phản

ứng trả lời của tế bào thần kinh đối với các khích thích đặc hiệu Ví dụ vai trò làm chất màu thị giác rodopxin ở màng lưới mắt

- Điều hòa : một số protein có chức năng điều hòa quá trình thông tin di

truyền, điều hòa quá trình trao đổi chất Các protein có hoạt tính hoocmon, các potein ức chế đặc hiệu emzyme có chức năng điều khiển quá trình trao đổi chất khác nhau

- Kiến tạo chống đỡ cơ học: các protein ở dạng sợi như sclerotin trong lớp

vỏ ngoài của côn trùng fibroin của tơ tằm tơ nhện, colagen, eslatin của mô liên kết,

mô xương colagen bảo đảm độ bền và tính mềm dẻo của mô liên kết

- Dự trữ dinh dưỡng : protein còn là chất dinh dưỡng quan trọng cung cấp

các axitamin cho phôi phát triển, như ovalbumin trong lòng trắng trứng, zien của ngô …

Giá trị dinh dưỡng của protein.

- Protein là hợp phần chủ yếu, quyết định, toàn bộ các đặc trưng của khẩu phần thức ăn Chỉ trên nền tảng protein cao thì tính chất sinh học của các cấu tử khác mới thể hiện đầy đủ

- Khi thiếu protein trong chế sộ ăn uống hằng ngày sẽ dẫn đến nhiều biểu hiện xấu cho sức khỏe như suy dinh dưỡng, sút cân mau, chậm lớn ( đối với trẻ em) , giảm khả năng miễn dịch, khả năng chống đỡ cũa cơ thể đối với một số bệnh.

- Thiếu protein sẽ gây ảnh hưởng xấu đến hoạt động bình thường của nhiều

cơ quan chức năng như gan, tuyến nội tiết và hệ thần kinh

- Thiếu protein cũng sẽ làm thay đổi thành phần hóa học và cấu tạo hình thái của xương ( lượng canxi giảm, lượng magie tăng cao Do vậy mức protein caochất lượng tốt ( đầy đủ các axitamin không thay thế ) là cần thiết trong thức ăn củamọi lứa tuổi

I.2) Vai trò của protein trong thực phẩm.

Ngoài giá trị sinh học và dinh dưỡng trong công nghệ sản xuất thực phẩm protein cũng có vai trò quan trọng:

- Protein là chất có khả năng tạo cấu trúc tạo hình khối, tạo trạng thái cho các sản phẩm thực phẩm Nhờ khả năng này mới có quy trình công nghệ sản xuất các sản phẩm thực phẩm tương ứng từ các nguồn nguyên liệu giàu protein

- Ví dụ: nhờ có protein tơ cơ của thịt, cá mới tạo ra được cấu trúc gel cho các sản phẩm như giò lụa kamaboko Công nghệ sản xuất bánh mì là dựa trên cơ

sở tính chất tạo hình, tính chất cố kết và tính chất giữ khí của hai protein đạc hữu của bột mì là gliadin và glutenin

- Nhờ có các protein hòa tan của malt mà bọt CO2 trong bia mới đươc giữ bền, nhờ tính chất đặc thù của protein trong sữa mới chế tạo ra được 2000 loại phomat hiện nay trên thế giới

- Gelatin của da có khả năng tạo gel và giữ gel bền bằng liên kết hydro mới

có công nghệ tạo ra màng để bọc kẹo và bao bọc các viên thuốc

protein còn gián tiếp tạo ra chất lượng của các sản phẩm thực phẩm

- Các axitamin (từ protein phân giải ra) có khả năng tương tác với đường khi gia nhiệt để tạo ra được màu vàng nâu cũng như hương thơm đặc trưng của bánh gồm 70 cấu tử thơm

- Hình thơm đặc trưng của chè gồm tới 34 cấu tử thơm cũng là nhờ các axitamin và các polyphenol của lá chè tương tác với nhau khi gia nhiệt

- Các protein còn có khả năng cố định mùi tức là khả năng giữ hương được lâu bền cho thực phẩm

II CÁC MỨC CẤU TRÚC CỦA PROTEIN.

II.1 Cấu trúc bậc một

Cấu trúc bậc một của protein là thành phần và trình tự sắp xếp các gốc acidamin trong mạch polypeptide Cấu trúc này được giữ vững nhờ liên kết peptide(liên kết đồng hóa trị)

Liên kết peptide (-CO-NH-) được tạo thành do phản ứng kết hợp giữanhóm α-cacboxyl của một acid amin này với nhóm α amin của nhóm amin củamột acid amin khác, loại đi một phân tử nước

Sản phẩm của phản ứng giữa hai acid amin là dipeptide Nếu có 3, 4,5, hoặc nhiều acid amin kết hợp không lặp lại với nhau thì sẽ có: tripeptide,tetrapeptide, pentapeptide và polypeptide.

Cách gọi tên các peptide

Ghép tất cả các acid amin cấu tạo nên nó theo thứ tự sắp xếp của chúngtrong chuỗi peptide bắt đầu từ acid amin thứ nhất, nhưng acid amin nào có nhómcacboxyl tham gia trong lien kết peptide thì đuôi của nó đổi thành “yl” Theo kếthợp này có lien kết peptide nằm trên một mạch thẳng không gian phân nhánh cóhai đầu khác nhau gọi là đầu “N” (có nhóm α-amin tự do) và dấu “C” (có nhóm

“yl” -cacboxyl tự do) Đánh số thứ tự các gốc acid amin trong chuỗi peptide bắtđầu từ “N” và ký hiệu bằng dấu “+” và dấu “C” bằng dấu “-”

Từ hai acid amin có thể tạo thành các peptide như sau:

Ví dụ: ab, ba, bb: bốn dipeptide

Nếu có ba acid amin khác nhau (a, b, c) tạo thành tripeptide khác nhau

Nếu có n acid amin thì số đồng phân không lặp lại của n peptide là n! Số đồngphân lặp lại còn lớn hơn nhiều

Phân tử protein được cấu tạo từ 20 loại acid amin khaac1 nhau, nên sốlượng đồng phân vô cùng lớn (2.1018) Tuy nhiên số đồng phân trong thực tếthường ít hơn đồng phân theo lỳ thuyết nhiều, do trong phân tử protein có cácđoạn peptide giống nhau hoặc gần giống nhau

Hiện nay cấu trúc bậc một của nhiều protein đã được thiết lập, protein cómạch ngắn nhất là từ 20-100 acid amin Đa phần protein có số gốc acid amin giữa

100 và 500, có một số gốc còn tới hang ngàn gốc

Cấu hình không gian của liên kết peptide và chuỗi peptide như sau:

 Bốn nguyên tử của lien kết peptide và hai nguyên tử cacbon α nằm trongcùng một mặt phẳng, trong đó nguyên tử oxy và hydro lại ở vị trí trans sovới C-N

 Các mạch bên R1, R2, R3 ở vị trí trans (φ=ψ=1800) thì nằm bên ngoàimạch polypeptide

 Chuỗi peptide có thể được biểu diễn bằng một dãy các mặt phẳng cáchnhau bằng nhóm –HCR-

Chỉ có các liên kết hóa trị đơn giữa C và Cα và giữa N và Cα là có khả năngquay tự do với các góc xoắn φ và và và ψ xung quanh Cα.

Độ dài của lien kết C-N bằng 1,32A o ngắn hơn độ dài của liên kếtđơn C-N bình thường (1,47A o), còn độ dài của liên kết C=O ở đây bằng 1,2

A o lại lớn hơn độ dài của lien kết C=O bình thường (1,215A o) do đó lienkết C-N có một phần mang đặc tính của liên kết đôi (khoảng 40%), nên cóthể hình thành dang enol

Liên kết peptide rất bền (hơn 400 J/mol) Độ bền của liên kết này cóđược là do sự cộng hưởng của hai dạng mesome (đồng phân không hoạtquang) như đã nói ở trên, do đó, một mặt, nhóm –NH- không được protonhóa giữa pH=0 và pH= 14, mặt khác, sẽ không có sự quay tự do của liên kết–C-N

Cấu trúc bậc một là phiên bản dịch mã di truyền Cấu trúc bậc mộtcho biết được quan hệ họ hang và lịch sử tiến hóa của thế giới sống

II.2 Cấu trúc bậc hai

Sự sắp xếp thích hợp trong không gian của một chuỗi polypeptidetạo ra cấu trúc bậc hai

Do các nguyên tử Cα có thể quay tự do xung quanh trục tạo thànhbởi các liên kết đồng hóa trị đơn làm cho chuỗi polypeptide có rất nhiềuhình thể

Tuy nhiên trong những điều kiện bình thường, đặc biệt là pH vànhiệt đô, thì chuỗi protein có một hình thể đặc trưng gọi là hình thể tựnhiên Về phương diện nhiệt động học, hình thể đó tương ứng với một hệthống bền, có tổ chức và năng lượng tự do là cực tiểu Đương nhiên để cóđược một hình thể như thế là tùy thuộc vào độ có cực, độ kỵ nước và độcồng kềnh không gian của các mạch bên R

Trong các protein, người ta đã phát hiện thấy các cấu trúc bậc haichủ yếu như sau:

 Cấu trúc xoắn ốc: xoắn α, và xoắn απ, xoắn γ và xoắn 310.

 Cấu trúc nếp gấp β: cấu trúc tờ giấy xếp, cấu trúc mặt cong β

a) Cấu trúc xoắn α:

Cấu trúc xoắn alpha A: mô hình giản lược, B: mô hình phân tử, C: nhìn từ đỉnh, D: mô hình không gian.

Cấu trúc xoắn α là cấu trúc có trật tự, rất bền vững, tương tự lò xo Mỗivòng xoắn ốc có 3,6 gốc acid amin (18 gốc thì tạo được 5 vòng) Các nguyên tử Cα

nằm trên đường sinh của hình trụ Các mạch bên R hướng ra phía ngoài Đườngkính biểu kiến của xoắn ốc (không kể đến các mạch bên R) vào khoảng 0,6 nm.Khoảng cách giữa các vòng (hay là một bước) là 0,5nm Góc xoắn là 26o có thể cóxoắn α phải và xoắn α trái (ngược chiều kim đồng hồ) Với các acid amin thì tạoxoắn trái không thuận lợi

Xoắn ốc α được giữ chặt bởi một số lien kết hydro tối đa Các liên kếthydro gần như song song với trục độ xoắn ốc và nối nhóm –NH- của liên kếtpeptide này với nhóm –CO- của liên kết peptide thứ ba kề đó Cứ mỗi nhóm-CONH- tạo được hai liên kết hydro với hai nhóm –CONH- khác

Vì mỗi liên kết peptide đều tham gia vào việc tạo liên kết hydro và vì cácdiphol (lương cực mang điện) được hình thành và cũng được hướng theo chiềunhư thế nên cấu trúc xoắn α có độ bền rất lớn Hơn nữa cấu trúc này lại có mật độdày đặc (thực tế hấu như không có khoảng trống bên trong xoắn) nên sẽ làm giảmtương tác với các phân tử khác (chẳng hạn không có liên kết hydro với các phân tửnước)

Xoắn α rất phổ biến trong mọi protein Có protein tỷ lệ xoắn đến 75% (nhưtrong hemoglobin và myoglobin) nhưng cũng có protein tỷ lệ xoắn rất thấp (nhưtrong kimotripsin)

Các acid amin như Ala, Leu, Phe, Tyr, Cys, Met, His, Glu, Val có khả năngtạo ra xoắn α bền trong khi đó các acid amin như Ser, Lys, Arg, Thr, Gly cũng tạođược xoắn α nhưng không bền Nếu có prolin xen giữa các bước sẽ phá vỡ độđồng đều của xoắn làm cho nó có hình thể khác đi Ví dụ: trong casein, các gốcprolin phân bố rất đồng đều làm cho phân tử casein có cấu trúc hình thể cuộnthống kê

Vì vậy nếu biết được cấu trúc bậc một của một protein thì cóp thể dự đoánđược tỷ lệ xoắn α cũng như vị trí của cấu trúc xoắn α trong phân tử protein đó

Thỉnh thoảng trong một số vùng của protein hình cầu còn có cấu trúc xoắn

310, là một dạng xoắn α với ba gốc acid amin một vòng

Cấu trúc xoắn απ và xoắn γ thì có 4,4 và 5,2 gốc acid amin trong một vòng,thường ít gặp hơn

 Cấu trúc gấp nếp β

Ví vụ một của cấu trúc nếp gấp beta (các mũi tên chỉ hướng chuỗi axit amin)

Cấu trúc gấp nếp β là một cấu trúc hình chữ chi Xoắn α có thể chuyểnthành cấu truc gấp nếp β khi không còn các liên kết hydro (chẳng hạn là do nhiệt)

Các mạch đã duỗi ra sẽ liên kết với nhau bằng liên kết giữa các phân tử đểtạo ra cấu trúc tờ giấy xếp Các mạch polypeptide có thể song song (A và B tronghình 3.3) hoặc đối song song ( B và C trong hình 3.3) Các gốc bên R của các acidamin có thể ở trên hoặc ở dưới mặt phẳng của tờ giấy do đó độ tích điện hoặc độcồng kềnh không gian của chúng ít có ảnh hưởng đến sự tồn tại của cấu trúc này.Tuy nhiên một số acid amin Asp, Glu, His, Lys, Pro, Ser không thể tham gia vàocấu trúc này Có điều là tất cả liên kết peptide đều tham gia vào sự hình thành cấutrúc này

Hình 3.3 Cấu trúc không gian của ba chuỗi po;ypeptide có cấu trúc

tờ giấy xếp (cấu trúc ß): P-hai chuỗi A và B song song; AP- hai chuỗi A và B đối song song.

Cấu trúc mặt cong β là cấu trúc rất thường găp (3.4) Các chuỗi polypeptide

có thể tự gấp lại thành một cấu hình có góc và được ổn định nhờ một liên kếthydro Có thể coi cấu trúc mặt cong β như là điểm xuất phát của xoắn α với bướcbằng không

Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc mặt cong ß: các hình bình hành chỉ vị trí của mối liên kết peptide; đường chấm chấm chỉ cầu nối hydro.

Trong một số protein còn có cấu trúc tương tự xoắn ốc gọi là polyprolin I(xoằn trái với 3,3 gốc/1 vòng, liên kết peptide có hình thể cis) và polyprolin I(xoắn trái 3 gốc/1 vòng, liên kết peptide có hình thể tras, khoảng cách của hai gốctính từ hình chiếu của chúng trên các trục là 0,31nm) Hai cấu trúc này cò thểchuyển đổi cho nhau và thường thì II trong môi trường nước bền hơn Cấu trúctương tự xoắn ốc này thường gặp trong collagen, là protein rất giàu trong da, gân,xương và sừng

Cấu trúc hình thể cuộn thống kê hay xoắn ngẫu nhiên là một cấu trúc khôngxác định, không có cả mặt phẳng lẫn trục đối xứng cấu trúc kiểu này sẽ hình thànhkhi những nhóm bên R của các gốc acid amin có mang điện tích hoặc có án ngữkhông gian khiến cho chúng không thể tạo ra được cấu trúc xoắn Khi đó mặtpolypeptide sẽ có cấu trúc trong đó khoảng cách giữa các nhóm mang điện tíchcùng dấu sẽ là cực đại do đó năng lượng tự do của sự đẩy tĩnh điện là cực tiểu

Chuỗi polyisoluecine cũng tạo ra được cấu trúc này là do án ngữ không gian củamạch bên.

II.3 Cấu trúc bậc ba

Chuỗi peptid với các vùng có cấu trúc bậc hai xác định (xoắn α, tờ giấy

xếp, mặt cong β ) và kém xác định (xoắn ngẫu nhiên) sắp xếp lại thành cấu trúc ba

chiều sẽ tạo 1 dạng cấu trúc gọi là cấu trúc bâc 3

Hình 3.5 Cấu trúc bậc ba của mioglobin

Phần các protein hình cầu có cấu trúc bậc 3 đã biết, đều hoà tan trong nước

Ở những protein này các gốc acid amin kỵ nước quay vào phía trong, còn các gốcacid amin ưa nước thỉ được phân bố chủ yếu ở bề mặt một cách khá đều đặn

Trường hợp, một protein không hoà tan trong nước, hoà tan trong dung môi hữu

cơ thì các acid amin kỵ nước(ví dụ:các lipoprotein) lại phân bố trên bề mặt củaphân tử

Nếu như ở cấu trúc bậc 2 việc làm bền cấu trúc chủ yếu là do liên kếthydro, thì ở cấu trúc bậc 3 sự ổn định của phân tử chủ yếu là do các tương tác kỵnước, thứ đến là các liên kết hydro Ở vùng có liên kết hydro thì có thể tương tácđược với các phân tử khác như nước

II.4 Cấu trúc bậc bốn

Các “phần dưới đơn vị” có cấu trúc bậc ba liên hợp lại với nhau bằng liênkết phi đồng hoá trị(liên kết hydro, tương tác tĩnh điện,tương tác kỵ nước,dipol-dipol) tạo ra cấu trúc gọi là cấu trúc bậc bốn Các phần tử dưới đơn vị này có thể là

giống nhau hoặc không giống nhau và sự sắp xếp của chúng không bắt buộc phảiđối xứng.

Hình 3.6 Cấu trúc bậc bốn của hemoglobin

Ví dụ: phân tử hemoglobin (Hb) do bốn “phần tử đơn vị” gồm hai chuỗi α

và hai chuỗi β (α2 β2) Mỗi chuỗi đều tiếp xúc với hai chuỗi β, giữa các chuỗi cùngmột loại một số ít tương tác Dưới tác dụng của ure, Hb có thể bị phân ly thuậnnghịch như sau:

α2 β2  2α + 2βMỗi chuỗi có một nhóm hem, là trung tâm để kết hợp oxy Một phân tử Hb

có thể kết hợp với bốn phân tử oxy:

Hb + 4O2  Hb(O)4

Khi kết hợp với cấu trúc bậc bốn của Hb bị thay đổi, thể tích phân tử giảm, các phần dưới đơn vị dịch gần nhau hơn Khi tách oxy, thể tích phân tử tăng trở lại

III.PHÂN NHÓM PROTEIN.

Do cấu trúc phức tạp, sự đa dạng về cấu trúc và chức năng của protein nên việc phân loai chúng thường gặp nhiều khó khăn Để thuận lợi, người ta thường dựa vào hình dạng, tính tan họăc chức năng, thành phần hóa học để phân nhóm protein, dựa vào thành phần hóa học của các protein hình cầu đựoc chia làm hai nhóm lớn

- protein đơn giản

- protein phức tạp: phân tử của nó bao gồm phần protein và phần không phải protein gọi là “nhóm ngoại” tùy theo bản chất hóa học của nhóm ngoại có thể

phân thành các nhóm nhỏ như:metaloprotein, phosphoprotein, lipoprotein,

nucleprotein, glicoprotein, cromoprotein

Theo cách phân chia trên, khó vạch ra một ranh giới rõ rệt giữa các protein hấp phụ kịm loại, sacarit (hoặc chỉ chứa một lựơng rất nhỏ các chất này trong phântử), với các protein phức tạp có chứa các chất trên là bộ phận cấu tạo nên phân tử

Do đó một số protein thuộc nhóm protein đơn giản giới thiệu dưới đây cũng có chứa sacarit

III.1 Protein đơn giản

Dựa theotính tan, ta có thể phân thành những nhóm nhỏ như sau

a) Albumin: tan trong nước, bị kết tủa ở nồng độ muối (NH4)2SO4 khá cao (70%- 100% độ bão hòa) Các protein thuộc nhóm này phổ biến ở tế bào động vật

và thực vật Tinh thể albumin lòng trắng trứng, albumin huyết thanh được xử dụngrộng rãi trong nhiều lĩnh vực Khối lượng phân tử của protein nhóm này rất khác nhau, từ 12000 – 60000 dalton, hoặc có thể đến 170000 dalton

b) Globulin: không tan họăc tan rất ít trong nước, tan trong dung dịch

loãng của muối trung hòa ( NaCl, KCl, NaSO4, K2SO4) Các protein nhóm này thường bị kết tủa ở nồng độ (NH4)2SO4 bán bảo hòa Globulin có trong huyết thanhmáu, lòng trắng trứng, …Ở thực vật, globulin có trong lá và đặc biệt là trong hạt các cây họ đậu Globulin là protein dự trữ chủ yếu của các cây họ đậu, chiếm khoảng 60 – 80% protein tổng số của các hạt này Ở nhiều hạt hòa hảo, globulin chỉ chiếm khoảng từ 2 – 13% protein tổng số hạt và tập trung chủ yếu ở tầng alorong của hạt

Các protein thuộc nhóm này cũng có khối lượng phân tử rất khác nhau, và thường chứa sacarit

c) Prolamin: không tan trong nước hoặc dung dịch muối khoáng, tan

etanol hoặc izpropanol 70 – 80% Promalin hầu như chỉ có trong phần nội nhủ chứa tinh bột của các hạt hòa hảo Ví dụ, gliadin của hạt lúa mì, hordein của đại mạch, zien của ngô … Ở một số hạt hòa hảo, hàm lượng protein tan trong cồn có thể chiếm đến 30 – 60% protein tổng số hạt Hàm lượng promalin có trong lúa mì

ít hơn nhiều, vào khỏang 5%

Prolamin có khối lượng phân tử rất khác nhau Ví dụ từ chế phẩm gliadin của hạt lúa mì có thể tách được bốn protein kí hiệu là F1, F2, F3, F4, có Mr tương ứng 15000, 44000, 27000 và 10000 dalton, các protein này còn khác nhau thành phần axitamin Loại có Mr lớn (F1) có nhiều pro và glu ( cả hai loại axitamin này chiếm 60% số gốc axitamin trong phân tử Protein F4 có thành phần axitamin gần với albumin globulin

Phần lớn các protein gliadin có cấu trúc bậc bốn Ví dụ, protein F1 của hạt lúa mì có ba phần dưới đơn vị, 40000, 50000 và 53000 dalton

d) Glutelin: chỉ tan trong dung dịch kiềm họăc axit loãng Glutelin có tong

nội nhũ của hạt hòa hảo và một số hạt của các cây khác Ví dụ, glutekin của lúa

mì, orizerin của lúa Hàm lượng orizerin trong hạt lúa chiếm 80% protein tổng số hạt.Ở các hạt hòa hảo khác glutelin chỉ chiếm từ 5 – 40% protein tổng số của hạt

Các prtein thuộc nhóm này có Mr rất cao, và rất khác nhau, đa số có Mr từ 50000 đến vài triệu dalton.

Glutelin được nghiên cứu kĩ nhất là glutelin của là glutelin của lúa mì Sau khi khử các cầu disulfua trong phân tử của nó, dùng phương pháp điện ly tách được 15 loại phần dưới đơn vị có Mr 11600 đến 133000 dalton Gltelin có cấu trúcbậc bốn phức tạp

Promalin và glutelin là các protein dự trữ điển hình của hạt hòa hảo, chúng kết hợp với các thành phần khác trong nội nhũ của hạt tạo thành hợp phức có khối lượng phân tử rất lớn, gọi là gluten Gluten có cấu trúc không gian cực kì phức tạp

Trong hạt hòa hảo còn có một số protein không tan trong bốn dung dịch kể trên

f) Histon: protein kiềm có chứa nhiều axitamin kiềm như Lys, Arg, dễ tan

trong nước, không tan trong dung dịch amoniac loãng Người ta dã tách được từ nhiễm sắc thể của tế bào ơcariot năm dạng histon H1, H2A, H2B, H3, H4 sự khác nhau giữa các dạng đựơc tóm tắt trong bảng dưới

Một số tính chất của năm dạng histon

215129125135102

2100014500138001530011300

Cấu trúc bậc một của H3 và H4 có tính bảo thủ rất lớn, hầu như không thay đổi trong hàng triệu năm kể từ khi có sự phân hướng động vật và thực vật trong quá trình tiến hóa

III.2 PROTEIN PHỨC TẠP.

a).Nucleoprotein

Nhóm ngoại là axit nucleic, apoprotein là polypeptit hay protein có tính kiềm, vì vậy chúng kết hợp với nhau khá chặt muốn tách riêng chúng phải dùng dung dịch muối hoặc axit loãng Nucleoprotein tập trung trong nhân tế bào,

riboxom

Trong nhiễm sắc chất, có các đơn vị lặp lại là nucleoxom, giữa các

nucleoxom là các đoạn ADN kết Nucleoxom bao gồm một đoạn ADN khoảng 160- 240 cặp bazo quấn quanh một lõi gồm bốn cặp phân tử của bốn dạng histon H2A, 2B,3 và 4 ( hình 3.9) Dạng H1 có ít hơn so với các dạng khác và ở mặt ngoài của nucleoxom gắn vào đoạn ADN kết có thể có vai trò như cầu giữa các nucleoxom khác nhau

Nucleoprotein trong tinh dịch cá do axit nucleic kết hợp với protamin Protamin là một polypeptit có Mr ˂ 5000 dalton, có tính kiềm,chứa nhiều arginin

nguyên tử sắt trong hem có thể có hóa trị hai (fero) hoặc hóa trị 3 (feric), hemoglobin có các tên tương ứng là ferohemoglobin và ferihemoglobin ( còn gọi là metemoglobin) Chỉ có ferohemoglobin (Fe2+ ) mới kết hợp với O2 Nhóm ngoại hem của tất cả các dạng Hb đều có cấu trúc như trên Sự sai khác giữa các dạng Hb là ở phần apoprotein của nó.

+ Apoprotein của Hb Như trước đây (trong phần cấu trúc bậc bốn của protein đã giới thiệu, Hb do bốn chuỗi polypeptit kết hợp lại với nhau

nhờ các tương tác yếu Mỗi chuỗi có một nhóm ngoại hem, như vậy Hb có thể kết hợp với bốn phân tử oxy Có nhiều dạng khác nhau, trong cơ thể bình thường có ba dạng là HbA, HbA2 và HbF.

HbA : Hb chủ yếu của người lớn cấu tạo từ hai chuỗi , hai chuỗi

, do đó Hb = 2 2

HbA2 : Hb thứ yếu, chỉ chiếm khoảng 2% tổng số Hb trong cơ thể người lớn Nó có cấu tạo là 2 2 (hai chuỗi , hai chuỗi )

HbF : Hb của bào thai, có cấu tạo là 2,2

Chuỗi  gồm 141 gốc axitamin, các chuỗi , , đều bao gồm 146 gốc axitamin, có trình tự axitamin trong phân tử khá giống nhau, chỉ khác nhau ở một

số ít vị trí So sánh trình tự axitamin trong phân tử Hb của các loài khác nhau cho thấy chỉ có chín vị trí ít thay đổi, trong đó có các gốc ở gần nhóm hem, các gốc tham gia trong trung tâm kết hợp O2 Như vậy những vị trí thay đổi là vị trí bảo đảm chức năng sinh học của Hb

Mỗi nhóm kết hợp với apoprotein qua ba liên kết phối trí giữa sắt và nitơ của vòng imidazol của các gốc His ( vị trí phối trí thứ năm )

Hb kết hợp với O2 qua liên kết phối trí thứ sáu với sắt :

Hb + O2 HbO2 Trong HbO2 sắt vẫn giữ hóa trị hai

Sự kết hợp O2 của phân tử Hb có tính chất “hợp tácˮ : sau khi một phân tử oxy kết hợp vào một trung tâm kết hợp oxy, trong phân tử Hb sẽ kích thích sự kết hợp thêm phân tử oxy khác với chính phân tử HbO2 ấy

Nhờ sự “hợp tácˮgiữa các trung tâm liên kết oxy trong phân tử Hb đá làm tăng khả năng phân phát oxy của Hb lên hai lần so với khi các trung tâm này hoạt động riêng lẻ Tóm lại là làm tăng hiệu quả vận chuyển oxy của Hb

Oxyhemoglobin sẽ oxy ( ở điều kiện áp suất riêng phần của oxy bị giảm ),

do đó oxy được vận chuyển từ phổi đến các tế bào mô ở khắp cơ thể

Ái lực của Hb với O2 còn giảm khi tăng nồng độ H+, nồng độ CO2 ( ở một

pH xác định) Do đó, ở các mô hoạt động trao đổi chất mạnh ( khi co cơ ), tạo thành nhiều axit, CO2 sẽ làm tăng sự tách O2 khỏi oxyhemoglobin Mối liên hệ giữa khả năng kết hợp O2, H+, CO2 gọi là hiệu ứng Bohr

Ngoài O2, Hb còn tham gia vận chuyển H+, CO2 Có ba cặp nhóm kết hợp proton là: nhóm amin đầu N và hai gốc His ba cặp nhóm này có vi môi trường khác nhau trong oxy và dezoxy – Hb Trong dezoxy – Hb môi trường trực tiếp củachúng tích điện âm nhiều hơn, kết quả là chúng lấy H+ khi giải phóng O2

CO2 kết hợp với nhóm amin đầu N của Hb Dạng không ion hóa của nhóm α-amin đầu N của Hb phản ứng thuận nghịch với CO2 tạo thành dạng cacbamat:

của Hb xuất phát từ tương tác giữa các phần dưới đơn vị α và β của chúng, Hb là một protein alosteric.

Ngoài những tính chất nói trên, Hb còn có thể kết hợp với cacbon

monooxyt ( CO), hơn nữa ái lực của Hb với CO gấp 200 lần ái lực của Hb với O2

Vì vậy, CO là chất độc nguy hiểm, nó đẩy O2 khỏi oxy – Hb làm O2 không được vận chuyển đến tế bào, mô, cơ thể bị ngạt ( ngộ độc khí than ): Hb + CO HbCO

Oxy hóa Hb, tạo thành metemoglobin ( Fe3+) mất khả năng kết hợp với O2 Các hợp chất chứa xianua,H2O2, KMnO4 đều có tác dụng này, ở điều kiện nhẹ nhàng không làm biến tính globin, chỉ oxy hóa Fe2+:

d) Lipoprotein.

Lipoprotein đống vai trò quan trọng trong quá trình vận chuyển lipit trong

cơ thể Nhóm ngoại là lipit Lipit không tan trong nước, nhưng sau khi kết hợp vớiprotein, phần kị nước lipit cuộn vào trong, phần apoprotein tạo thành lớp vỏ bọc xung quanh, do đó nó có thể được vận chuyển vào môi trường nước, ví dụ như máu

Trong huyết tương có một số lipoprotein khác nhau về tỷ trọng va có vai tròkhác nhau trong quá trình vận chuyển lipit Ví dụ, chilomicron có tỷ trọng thấp nhất ( d < 0,940 ), vận chuyển triaxylglixerol, cholesterol và các lipit khác của thức ăn từ ruột non đến mỡ, gan và mất đi sau 5 giờ.Loại Lipoprotein khác có tỷ trọng 0,940 – 1,006 vận chuyển triaxylglixerol được tổng hợp trong cơ thể đến mô

mỡ Cholesterol lại được vận chuyển đến mô mỡ nhờ Lipoprotein có tỷ trọng 1,006 – 1,063 Lipoprotein có tỷ trọng 1,663 – 1,210 có vai trò vận chuyển

cholesterol từ mô ngoại đến gan

e).Glicoprotein.

Nhóm ngoại là sacarit Các sacarit trong glycoprotein có thể là monosacarit,oligosacarit và dẫn xuất của chúng Hàm lượng sacarit trong phân tử thay đổi khá nhiều, có thể đạt tới 80% khối lượng phân tử glicoprotein

Glicoprotein có trong tất cả các mô động vật, thực vật và vi sinh vật thuộc nhóm Glicoprotein có nhiều protein của máu ( các globulin miễn dịch, fibrinogen,

…) ; muxin trong nước bọt và màng nhầy ; một số enzyme ( bromelin,

ribonucleaza B của tuyến tụy,…), các protein cấu trúc của màng tế bào Các Glicoprotein của màng tế bào, phần sacarit của nó quay ra mặt ngoài của màng nguyên sinh chất

Nhóm ngoại sacarit có thể có vai trò định hướng glicoprotein trong màng,

và còn có thể có vai trò “nhận biếtˮ giữa các tế bào

Các gốc sacarit thường kết hợp với nhóm OH của Thr, Ser và thường là quagốc N- axetylglucozamin hoặc N- axetylgalactozamin

f) Phosphoprotein.

Nhóm ngoại là axit phosphoric, kết hợp với apoprotein qua OH của Ser hoặc Thr của protein Phosphoprotein phổ biến trong cơ thể sinh vật, tahm gia điềuhòa nhiều quá trình quan trọng Thuộc nhóm này có một số enzyme

( phosphoglucomutaza, phosphorilaza A,…), cazein của sữa, vitelin của lòng đỏ trứng Cazein có Mr = 75 000 – 1 000 000 dalton, có đủ các axitamin cần thiết

Trong sữa, cazein ở dạng tiền chất cazeinogen ( chiếm 80% protein trong sữa bò)

bị kết tủa ở pH axit

Dưới tác dụng của kimozin và một số proteinaza axit khác, khi có ion Ca2+, cazein được chuyển thành cazein không tan ( làm đông sữa) kết tủa cazein được giữ trong dạ dày lâu hơn và được hấp thụ hoàn toàn hơn Các dạng cazein khác nhau ( α,β,γ) có thành phần axitamin và hàm lượng phospho khác nhau hàm lượng phospho trong phân tử α,β,γ – cazein là 0,96, 0,52 và 0,1% theo thứ tự tương ứng

g).Metaloprotein.

Định nghĩa Metaloprotein cũng có một số vấn đề chưa thống nhất theo định nghĩa chung của protein phức tạp, trong phân tử Metaloprotein có chứa kim loại thì kim loại là bộ phận cần thiết trong phân tử của nó Các kim loại thường gặp là : Fe, Mg, Cu, Zn, Mn, Mo,…

Các Metaloprotein có thể có nhiều chức năng khác nhau sau đây :

-vận chuyển và dự trữ kim loại ( transferin và feritin chứa sắt, xeruplazmin chứa đồng), liên kết giữa kim loại và apoprotein không bền

-trực tiếp tham gia trong hoạt động xúc tác của enzyme, khi loại bỏ kim loại thì enzyme mất hoạt tính xúc tác Ví dụ, tirozinaza (enzyme chứa Cu),

cacboxypeptidaza (enzyme chưa Zn), santinoxydaza (enzyme chứa Mo), hệ thống nitrogenaza tham gia trong quá trình cố định đạm (chứa Fe và Mo) Kim loại liên kết bền với protein ;

- kim loại ở trong nhóm ngoại, ví dụ, Fe trong hem, nhóm ngoại của nhiều

protein, enzyme

IV CÁC TÍNH CHẤT CỦA PROTEIN.

IV 1) Khả năng hydrat hóa của protein

Rất nhiều sản phẩm thực phẩm là những hệ thống chất rắn do đó các tính chất lý hóa, tính chất lưu biến và cả tính chất cảm quan của chúng sẽ phụ thuộc vào tươngtác của protein và các hợp phần khác với nước nghĩa là phụ thuộc vào khả năng hydrat hóa.Hơn nữa, các sản phẩm thục phẩm protein dạng khô khi sử dụng cũng phải được hydrat hóa.Như vậy quá trình hydrat hóa và tái hydrat hóa của protein làrất phổ biến trong thực phẩm

Quá trình hydrat hóa một protein ở trạng thái khô bao gồm các giai đoạn sau:

Bốn giai đoạn đầu của quá trình hydrat hóa có liên quan với các hiện tượng như trương nở, thấm ướt ,giữ nước , cố kết và bám dính Giai đoạn 5 sẽ tạo ra độ phân tán, độ nhớt hoặc độ đặc.Khi protein có độ hòa tan tức thời có nghĩa là 5 giai đoạn đầu xảy ra rất nhanh chóng

Protein tương tác với nước qua các nối peptit hoặc qua các gốc acid amin của mạch bên

Các nhân tố như nồng độ, pH, nhiệt độ, thời gian, lực ion và sự có mặt các hợp phần khác sẽ có ảnh hưởng đến tương tác protein và protein-nước

Nước hấp thụ tổng số sẽ tăng cùng với nồng độ protein

Khi thay đổi pH sẽ làm thay đổi sự ion hóa và sự tích điện của phân tử protein do đó sẽ làm thay đổi lực hút và lực đẩy giữa các protein cũng như khuynhhướng của protein liên hợp với nước

Ở điểm đảng điện các tương tác giữa protein-protein là cực đại do đó sự hydrat hóa và trương nở là cực tiểu

Khi tăng nhiệt độ sẽ làm giảm các liên kết hydro do đó khả năng hấp thụ nước của protein cũng giảm theo

Khi đun nóng sẽ gây biến tính và tập hợp protein làm cho bề mặt cuả phân

tử protein bị giảm do đó khả năng giữ nước của các nhóm có cực ở protein cũng giảm theo

Ở nồng độ muối thấp sự hydrat hóa của các protein có thể làm tăng nhưnmgkhi nồng độ muối cao thì các tương tác giữa muối và nước trội hơn các tương tác giữa nước và protein do đó khử nước của protein

Khả năng hấp thụ nước và khả năng giữ nước của protein thịt sẽ tăng lên nhất là khi nấu khi có mặt NaCl ( 3 đến 8%; 0,5 đến 1,5M ) là do sự dính thêm cácion làm mở rộng thêm mạng lưới protein natri polyphosphat với nồng độ khoảng 0,3% cũng rất có hiệu quả nhất là khi kết hợp với muối NaCl

Người ta cũng thấy khi trộn từ 10 đến 20% isolate protein của đậu tương (dưới dạng proteinat) vào thịt bâm sẽ làm cho thịt bâm giữ nước tốt hơn và ít phụ thuộc vào pH hơn.Nểu trước khi trộn vào thịt băm, proteinat đậu tương được đem hydrat hóa sơ bộ với một dung dịch muối thì khi nấu khả năng giữ nước còn tăng hơn nhiều

Sự hấp thụ và sự giữ nước của protein có vai trò rất lớn đến tính chất và kết cấu của nhiều sản phẩm ( như bột nhào để làn bánh mì, thịt băm) Khi nước hấp thụ vào làm tẩm ướt protein nhưng không làm protein hòa tan thì sẽ làm cho protein trương lên do đó cũng sẽ tạo cho thực phầm cò độ đậm đặc ,độ nhớt và bám dính

IV.2) Khả năng hòa tan của protein

Thông thường các thực phẩm dạng lỏng và giàu protein thì người ta muốn protein phải ở trạng thái hòa tan cao, trái lại ở thịt giả cần tạo cấu trúc thì người ta lại muốn protein không hoà tan

Độ hòa tan là chỉ số rất quan trọng đối với các protein được sử dụng trong các đồ uống Chẳng những thế người ta còn muốn các protein này hòa tan này hòa

tan được trong các pH khác nhau và bền chịu với nhiệt.Trong thực tế, biết độ hòa tan cũng sẽ rất có ích khi xác định các điều kiện tối ưu để trích ly, tinh chế cũng như phân đoạn các protein từ nguồn tự nhiên Ngoài ra , biết được khả năng hòa tan của protein trong các điều kiện khác nhau cũng sẽ là gợi ý nhất trong việc địnhhướng sử dụng protein này

Về phương diện nhiệt động học sự hòa tan tương ứng với một sự phân ly đồng thời các phân tử dung môi và các phân tử protein và tiếp đó là sự phân tán các phân tử protein vào dung môi để có 1 bề mặt tiếp xúc liên pha giữa protein và dung môi tối đa.Như vậy để tự hòa tan được, protein này phải tương tác với dung môi càng nhiều càng tốt.Sự hòa tan của protein phụ thuộc vào pH, lực ion, kiểu dung môi và nhiệt độ

Khi pH cao hơn hoặc thấp hơn điểm dẳng nhiệt, protein sẽ tích điện âm hoặc dương, khi đó các phân tử nước sẽ tương tác với những phần tử tích điện này

do đó góp phần làm cho protein hòa tan Ngoài ra các chuỗi protein mang điện tích cùng dấu sẽ đẩy nhau do đó làm cho chúng tự phân ly và tự giãn mạch dễ dàng hơn

Có thể làm tăng độ hòa tan và khả năng tách cuả protein khi ở pH trung tínhhoặc pH kiềm bằng cách tăng khả năng tích điện thuần túy của nó Để thực hiện điều này, thường người ta suxinyl hóa hoặc malonyl hóa các gốc lizin để biến chúng thành các thành phần mang nhóm cacboxyl dễ dàng ion hóa hơn.Hoặc cho protein tương tác với các phân tử lưỡng cực như natri dodexilsufat có vùng ưa béocủa protein sẽ tích điện âm

Các ion muối trung tính ( 0,5-1M) sẽ tác dụng với các phần tích điện của protein do đó sẽ làm giảm lực hút tĩnh điện giữa các nhóm tích điện ngược dấu đứng cạnh tranh.Ngoài ra sự sonvat hóa phân tử protein nhờ các ion muối cũng sẽ làm tăng tính tan của protein Ở nồng độ muối cao (trên 1M), các phân tử nước không đủ để sonvat hóa protein vì chúng đã liên kết gần hết với muối Tương tác protein- protein sẽ trội hơn tương tác protein- nước, protein sẽ tập hợp và kết tủa

Các dung môi như etanol ,axeton khi thêm vào dung dịch nước protein sẽ làm giảm hằng số điện môi của môi trường.Các lực đẩy tĩnh điện giữa các phần tử protein sẽ giảm do đó sẽ làm protein tập hợp và kết tủa Ngoài ra các dung môi sẽ cạnh tranh với protein để giành lấy các phân tử nước nên cũng làm giảm độ hòa tan của protein

Độ hòa tan của protein tăng khi nhiệt độ tăng từ 0 đến 40 ,50oC Ở nhiệt

độ cao hơn 40-500C chuyển động nhiệt của các phần tử proteinđủ lớn để phá hủy các liên kết vốn làm bền cấu trúc bậc hai và bậc ba do đó protein bị tập hợp lai

Độ hòa tan của đa số protein bị giảm một cách mạnh mẽ và không thuận nghịch trong quá trình đun nóng Tuy nhiên việc xử lí nhiệt đôi khi là cần thiết để đạt một

số mục tiêu khác ( như diệt vi sinh vật, khử mùi xấu hoặc khử bớt nước…) mặc dù

độ hòa tan của protein tất yếu sẽ bị giảm

Không phải hễ protein có độ hòa tan ban đầu cao thì mới có được các tính chất chức năng khác tốt Ai cũng biết sự hấp thụ nước của một protein đôi khi có thể tốt hơn khi được làm biến tính và làm” bất tan” đến một mức độ thích hợp