bai giang cac p ung co ban 2497 (7) đã chuyển đổi

Bản chất của quá trình thuỷ phân Quá trình thuỷ phân là quá trình phân cắt một số liên kết nhị dương dispositivebonds trong hợp chất hữu cơ thành các thành phần đơn phân dưới tác dụng củ

CÁC PHẢN ỨNG CƠ BẢN VÀ BIẾN ĐỔI CỦA THỰC PHẨM TRONG QUÁ TRÌNH CÔNG

NGHỆ

PGS.TS TRẦN THỊ LUYẾN

1.1 BẢN CHẤT VÀ VAI TRÒ CỦA PHẢN ỨNG THUỶ PHÂN TRONG CÔNG

NGHỆ THỰC PHẨM

1.1.1 Bản chất của quá trình thuỷ phân

Quá trình thuỷ phân là quá trình phân cắt một số liên kết nhị dương (dispositivebonds) trong hợp chất hữu cơ thành các thành phần đơn phân dưới tác dụng của các chấtxúc tác và có sự tham gia của nước trong phản ứng

Tinhbột

Ví dụ 2.

H2O

Xúc tác

Glucose + Maltose + Dextrin

Enzyme amylase Acid mạnh Kiềm mạnh

H 2 O

Liên kết nhị dương

(dispositive – bond) Xúc

tác

Enzyme protease Acid mạnh

Kiềm mạnh T0, P cao

1.1.2. Vai trò của phản ứng thuỷ phân trong công nghệ thực phẩm

1 Phản ứng thuỷ phân làm thay đổi chất lượng thực phẩm

2 Phản ứng thuỷ phân là yếu tố mở đầu cho nhiều quá trình hoá học khác trong chế biến và bảo quản thực phẩm

n Thuỷ phân Acid amin

Oxy hoá

Enzyme và phi enzyme

Sản phẩm có màu

Saccharose Thuỷ phân

enzyme

Phản ứng thuỷ phân là yếu tố mở đầu cho quá trình lên men

phẩm lên men

c Phản ứng thuỷ phân là yếu tố mở đầu cho việc hình thành mùi vị đặc trưng cho sản phẩm

* Phản ứng thuỷ phân là yếu tố mở đầu cho việc hình thành mùi vị, màu sắc của nước mắm

Protei

n

Thuỷ phân Protease Acid amin

(1)(2)(3)

Vi sinh vật gây hương Tạo vị ngọt đặc trưng Oxy hoá phi enzyme

Protein Peptide + Acid amin Sản phẩm cóSaccharose

Glucose + Fructose

t0

mùi, vị đặc trưng

Trong sản xuất bánh mì Melanoidin Mùi thơm, màu vàng

Tinhbột

En zy me A my las e

Glucose

V

ị ngọt

Cơ

chất cho

các

phản ứng

FucfurolaminMùi thơm Caramel

Màu đậm

Trong công nghệ sản xuất malt cho lên men bia

Acid amin

Melan oidin Frucfu

ng

rolamin

Quinonamin

M ù

i t h ơ m

g ở

t 0

c a o

O x y

h o á

p h i e n z y m e

Mà

u sắc đặc trư n

đoạn sấy ở nhiệt độ cao

d P h ả

n ứ

mầm

ỷ phân có vai trò làm thay đổi cấu trúc

và trạng thái thực phẩm

Protein

pH thấp do

acid lactic Protea

se acid

pH

thấp

Peptide+

Acid

sấ y

bậc I

1.2 CƠ CHẤT VÀ CHẤT XÚC TÁC CỦA PHẢN ỨNG THUỶ PHÂN

1.2.1 Cơ chất trong phản ứng thuỷ phân

1 Liên kết nhị dương trong cơ chất bị thuỷ phân

phân là có chứa “liên kết bị thuỷ phân” do nguyên tử tích điện dương tạo nên, người ta gọi đó

là “liên kết nhị dương” (dipositive bond)

Ví dụ: liên kết trong phân tử protein là một liên kết nhị dương

ở nguyên tử dị mạch nằm kề liền với nối kép sẽ phải có cặp điện tử không chia

từ nguyên tử dị mạch tới nguyên tử cuối cùng của nối kép Như vậy phân bố điện tích trong liên kết peptide sẽ là:

O+ +

R1 – C – N – R2

H

-  nhưO

H

R –

O – P

= OOH

OH

R – O+– P+= O–

OH

O– +

O– +

 N  t0 m

1.2.2 Tác nhân và cơ chế trong phản ứng thuỷ phân

1 Tác nhân vô cơ (Inorganic catalyser)

a Khái quát chung về tác nhân vô cơ

b Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ cơ thuỷ phân bằng xúc tác vô

 Tốc độ phản ứng thuỷ phân khi có xúc tác vô cơ được tính theo công thức

v 

dx

d   k (a  x)

Trong đó: x: Lượng cơ chất được thuỷ phân trong thời gian a:

Lượng cơ chất ban đầuk: Hằng số tốc độ phản ứng thuỷ phân

Trong đó: : Hoạt độ của chất xúc tác: Hoạt độ của chất xúc tác vô cơ

k  f (: Hoạt độ của chất xúc tác , N , như , t 0 , ,

Quá trình thủy phân

Các yếu tố ảnh hưởng đến hằng số tố độ phản ứng

• Ảnh hưởng của hoạt độ xúc tác ( ) : Hoạt độ của chất xúc tác đến hằng số phản ứng

• Ảnh hưởng của chất xúc tác và nồng độ chất xúc tác

• Ảnh hưởng của cơ chất thuỷ phân

• Ảnh hưởng của nhiệt độ

• Ảnh hưởng của thời gian thủy phân

• Ảnh hưởng của modul

2 Xúc tác sinh học (biocatalyser)

3.

b Đặc điểm của xúc tác enzyme

enzyme [E], nồng độ cơ chất [S], chất hoạt hóa (effector) và chất ức chế (inhibitor)

c Cơ sở lý thuyết về tác dụng của enzyme thủy phân vào liên kết nhị dương:

Đa số enzyme thuỷ phân (hydrolase) không có nhóm ngoại Trong trung tâm hoạtđộng của chúng chứa các gốc acid amin đặc hiệu Đối với hydrolase thường chứa hainhóm chức

Ví dụ: + Nhóm imidazol của histidin

+ Nhóm hydroxyl (một số acid amin: serin, treonin…)

H

+ 0 2 3 6

C

=O

+ 0 1 2 4

d Cơ chế tác dụng của enzyme hydrolase lên cơ chất bị

thuỷ phân.

Về mặt tổng quát, cơ chế tác dụng của enzyme

hydrolase cũng theo cơ chế chung

Enzyme

S:C

:

Phức

hợp

của

enzym

e-cơ

chất

P:

Sản

phẩmGiai

đoạn

đầu

có

sự

hình

thàn

• Kiểu cơ chế thứ nhất: là kiểu hình thành đơn giản, tâm ái nhân (–) của

enzyme tương tác nhanh với một trong hai nguyên tử tích điện dương của liên kêt nhị dương (dipositive bond) Sau khi tương tác sẽ làm thay đổi mật

độ electron (e) và làm suy yếu liên kết nhị dương tạo điều kiện cắt đứt liên kết Các nhà nghiên cứu cho rằng kiểu cơ chế này xảy ra khi tâm ái nhân của enzyme mạnh và sự khuyết điện tử của liên kết nhị dương lớn.

• Kiểu cơ chế thứ hai: lúc đầu các nguyên tử khuyết điện tử trong liên kết

nhị dương chưa thể đính trực tiếp vào tâm ái nhân của trung tâm hoạt động của enzyme mà cơ chất gắn vào tâm ái nhân bằng một phản ứng hóa học nào đó giữa tâm ái nhân ở trung tâm hoạt động enzyme với một nhóm hóa học ở vị trí gần kề với liên kết nhị dương trong cơ chất Dưới ảnh hưởng

của trung tâm hoạt động của enzyme sẽ dần dần làm tăng mức độ khuyết điện tử vốn đã tồn tại trước đó, bằng cách tạo liên kết tương ứng với cơ chất ở những vị trí gần gũi với liên kết nhị dương Nhờ vậy, làm cho sự phân bố điện tử trong phân tử cơ chất bị thay đổi theo chiều hướng cần thiết, khiến cho liên kết nhị dương được tăng cường và có thể tương tác với các tác nhân ái nhân của trung tâm hoạt động của enzyme và tiến hành làm yếu liên kết và tiến đến liên kết bị thuỷ phân khi có yếu tố nước tham gia.

Ta có thể tham khảo cơ chế tác dụng của enzyme colinesterase thuỷ phân Acetylcolin ở hình dưới đây.

CH 2 OH

N CH 3 –C + –O + –(CH 2 ) 2 –N–OOC–CH 2 -Glu

H 3 C CH 3 OH

CH 2 Tyr

CH 2 Tyr

Ser CH 2

+ H–O –

ES

* + CO – CH3 CH 3 HN

Hình 1 Cơ chế tương tác của cholinesterase trên cơ chất Acetylcolin

e Một số đặc điểm của phản ứng thuỷ phân bởi enzyme

• Thứ bậc của phản ứng

• Các yếu tố điều chỉnh phản ứng thuỷ phân.

– Nước:

– Nhiệt độ:

– pH của môi trường:

• Một số ưu nhược điểm khi thuỷ phân bằng enzyme.

Ưu điểm:

Nhược điểm

- Không tạo ra sản phẩm phụ do enzyme có tính đặc hiệu cao

- Điều kiện thuỷ phân nhẹ nhàng (nhiệt độ thấp) do đó ít ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

- Điều chỉnh mặt hàng theo ý muốn, tiêu tốn ít năng lượng

- Thời gian thuỷ phân dài dẫn đến chu kỳ sản xuất kéo dài

- Muốn có hiệu quả cao phải có chế phẩm enzyme tinh khiết

- Khó lọc hơn thuỷ phân bằng acid, do đó cần phải nâng cao nhiệt độ

để lọc, có thể khắc phục nhược điểm này bằng cách thuỷ phân bằngenzyme acid