Hóa học hóa sinh thực phẩm pdf hoàng kinh anh

LINK DOCS.GOOGLE: https://drive.google.com/file/d/0B7w57xpxgaT0VzAzc3FrNlRxZXc/view?usp=sharing LINK BOX: https://app...

mÙHỶ ố-ổytt 0,5, tăng tốc và đ ạt cực đại ở vùng a w 0,65-0,75. Nguyên nhân do các phân tử nước th iế t lập nên một lớp kép nằm giữa các phân tử như protein, làm lộ ra các nhóm có cực, phân tử protein trở nên linh động hơn, tăng khả năng sắp xếp nội phân tử và vì th ế tăn g khả năng phản ứng. Nước cũng rứt ngắn chu kỳ cảm ứng tạo các phản ứng gây sẫm màu do tạo ra các hợp ch ất trung gian hoà tan được trong nước và sau này sẽ tham gia vào phản ứng. Tuy nhiên, khi a w cao, tốc độ các phản ứng giảm do nồng độ các châ't phản ứng giám xuống, ơ thực vật, rau quả, phản ứng sẫm màu phi enzyme xảy ra cực đại ở a w 0,65-0,75; ớ th ịt tại a w0,3-0,6 ; ở sừa khô tại aw 0J. Tốc độ của các phản ứng enzyme phụ thuộc vào nhiều yếu tố như sự phân bố và độ linh động của cơ chết, hoạt độ nước, nhiệt độ... Nước tham gia vào phản ứng thủy phân, nước làm tăng tính linh động của cơ chất và sản phẩm tạo ra và vì thế gia tăng phản ứng enzyme. Khi aw nằm dưới vùng đơn tầng, hoạt động của enzyme cực bé hoặc không có vì không đủ nước tự do để phản ứng xảy ra. Ớ vùng aw có giá trị trung 22

bình, hoạt động của enzyme phụ thuộc vào khả năng hòa tan các chất khô và đưa các chất khô tới tâm hoạt động của enzyme. Nói chung nước tham gia vàơ các phản ứng enzyme là nước tự do, trùng với vùng nước ngưng tụ ở mao quản, tại vùng aw>0,45. Khả năng phát triển của vi sinh vật phụ thuộc rấ t nhiều vào hoạt độ nước. Hoạt độ nước để nấm mốc có thể phát triển là 0,8 (riêng với nấm mốc ưa khô aw tối thiểu là 0,65); trong trường hợp của nấm men aw ìà 0,88 (riêng với nấm men ưa thấm là 0,60); còn đối với vi khuẩn aw tối thiểu để chúng có thể phát triển là 0,91 (riêng đối với vi khuẩn ưa m ặn là 0,75). Nói chung, nấm men, nấm mốc phát triển trong môi trường acid hơn và khô hơn so với vi khuẩn. Ngoài ra, khả năng phát triển của vi sinh vật còn phụ thuộc vào các điều kiện khác như nhiệt độ, pH, sự có m ặt của oxy, các chất kìm hãm, bảo vệ... Thực phẩm trong vùng hoạt độ nước từ 0,6 đến 0,9 (còn được gọi là các loại thực phẩm có độ ẩm trung bình) nói chung bền với các tác động của vi sinh vật. Bảng 1.3. Hoạt độ của nước trong một sô" thực phẩm Thực phẩm

Thực phẩm

Thịt, cá tươi

0,99

Trái cây khô

0,6-0,80

Xúc xích Đức

0,96

Mật ong

0,75

Bánh mì

0,95

Bánh quy

0,3

Phomai (cheddar)

0,95

Sữa bột

0,2

Cà phê hoà tan

0,2

Salami

0,82-0,85

Mứt quả

0,82-0,94

Một trong những phương pháp làm giảm hoạt độ của nước (và nhờ vậy mà tăng thời hạn bảo quản của sản phẩm) 23

là sử dụng các loại phụ gia có khả năng gắn kết với nước cao (các hum ectant). Bảng 1.4 cho thấy, ngoài việc cho thêm muối thì glycerol, sorbitol và đường saccharose cũng là những chất có khả năng giữ ẩm tốt. Tuy nhiên, đây cũng là những chất đường ngọt nên ở nồng độ dủ để điều chỉnh hoạt độ của nước, chúng có thế không được ủng hộ trên quan điểm của người tiêu dùng. Bên cạnh việc giảm hoạt độ nước thì bảo quản trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm thấp, pH trung tính và tránh ánh sáng cũng là những biện pháp cần thiết để có thể tăng thời hạn sử dụng và đảm bảo chất lượng thực phẩm. Bảng 1.4. Hàm ẩm (tương ứng với khả năng giữ nước) của một số thực phẩm và phụ gia thực phẩm ở aw= 0,8 Thực phẩm

Hàm ẩm (%)

Phụ gia

Hàm ẩm (%)

Đậu

Glycerol

108

Casein

Sorbitol

Tinh bột (khoai tây)

Saccharose

NaCl

332

1.6. Hiện tượng chuyển pha (phase transition) của thực phẩm

Việc sử dụng hoạt độ nước như một chỉ sô để dự báo khả năng bảo quản các sản phẩm thực phẩm có hàm lượng nước thấp có nhiều hạn chế. Nguyên nhân do hoạt độ nước là một chi số đặc trưng cho dung dịch lý tưởng, nghĩa là dung dịch rấ t loãng, ồ trạng thái cân bằng về nhiệt động học, trong khi thực phẩm có hàm ẩm thấp lại là một hệ không lý tưởng với trạn g thái không ổn định ban đầu imetastabỉe) cần phái được giữ càng lâu càng tốt. Trong quá trìn h bảo quản, 24

những thực phẩm này không biến đổi theo nguyên lý nhiệt động học (thermodynamic), mà theo nguyên lý động học {kinetic). Khái niệm mới dựa trên hiện tượng chuyển pha (phase transition - chú ý đến những thay đổi về tính chất vật lý của thực phẩm trong quá trình tương tác giữa nước và các thành phần ưa nước) sẽ thích hợp hơn trong việc dự đoán tuổi thọ của sản phẩm. Trạng thái vật lý của hệ thực phẩm phụ thuộc vào thành phần, nhiệt độ và thời gian bảo quản. Tuỳ thuộc vào nhiệt độ, thực phẩm có thể ở trạng thái thuỷ tinh (glassy), cao su (rubbery) hay dung dịch có độ nhớt cao. Động học của quá trình chuyển pha này có thể đo được bằng thiết bị DSC (.differential scanning calorimetry). Hình 1.8. Giá trị Tg phụ thuộc vào nồng độ chất khô (mass fraction) trong hệ tinh bột đã hồ hoá trong nước. 200-1 rrc) 125’ T

100-

I - Trạng thái thuỷ tinh {glassy) II - Trạng thái cao su (rubbery) Tg.s, Tg.w: nhiệt độ chuyển pha của tinh bột khô và nước Tm: nhiệt độ tan chảy của tinh thể đá

-•100

100 -

:HL Tg,w

100

Hàm lượng miởc íl/ c = 0 0 -C <

/C H 3

CH90%. Có từ 4 đến 5 giai đoạn liên tiếp nhau và có thể được thực hiện liên tục: a) Tạo dung dịch có nồng độ protein cao (10-40%) và pH>10 (ở pH này có thể làm giảm một phần giá trị dinh dưỡng của protein). Do các lực đẩy tinh điện (ở pH cao), các phân 94

tử protein bị phân ly hoàn toàn thành các tiểu phần và các mạch polypeptide bị duỗi ra hoàn toàn. Dung dịch keo thu được có độ nhớt cao, cần được khử bọt và tạp chất để trán h đứt sợi trong quá trình kéo. b) Dung dịch keo được ép qua khuôn kéo sợi (có trên lỗ và 5-10% sẽ làm hỏng cấu trúc. Việc cho thêm 3% NaCl hoặc CaCl2 sẽ giúp tăng độ cứng của chế phẩm. Quá trìn h kỹ thuật có thể được mô tả vắn tắ t như sau: Hỗn hợp protein polysaccharide ị Làm ẩm (10-30%) Máy ép đùn (1 hoặc 2 vít)

(Hỗn hợp từ trạng thái bột chuyển thành khôi dẻo nhớt)

Đùn nhanh qua các khe hẹp (Do nước bên trong bị bốc hơi có nhiệt độ và áp suất bên ngoài tức thời, làm cho chế phẩm giãn nở và xôp)

Mạng lưới protein-poly saccharide có cấu trúc phồng, khô, xốp Sơ đồ 2.2. Quy trình kỹ thuật đùn ép nhiệt dẻo 96

Quan sát trên kính hiển vi điện tử có thể thấy rằng, chế phẩm là một mạng lưới rỗng và có các sợi nằm định hướng theo dòng chảy. Khi tái làm ẩm trong nước 60ỡc , nó sẽ hấp thụ nước với khối lượng lớn hơn từ 2-4 lần, tạo ra một cấu trúc sợi, xốp, tương đối dẻo, đàn hồi và có độ nhuyễn khá giống với thịt. Cấu trúc này cũng tương đối bền khi gia nhiệt để tiệt trùng. Nó được sử dụng trong một số sản phẩm thịt như hamburger, thịt băm viên... Để chế phẩm qua đùn ép nhiệt có cấu trúc tốt, protein cần có MW lớn, độ hòa tan tót và các đặc tính lưu biến khi đi quan khuôn ép tạo sợi. Bản chất hoá lý của quá trình ép đùn chưa được hiểu chính xác. Đầu tiên, các mạch polypeptide bị duỗi thẳng ra do nhiệt độ cao và các lực nén cắt lớn tạo ra trong thời gian đùn ép. Các phân tử hoặc tập hợp phân tử protein sẽ được sắp xếp định hướng theo phương của dòng chảy khi đi qua khuôn ép. Do sự tập hợp và đông tụ nhiệt nên protein từ hòa tan chuyển thành không hòa tan. Các liên kết kỵ nước, hydro và disulfide là những liên kết có liên quan đến quá trình này. Quá trình ép đùn cũng bị ảnh hưởng bởi tốc độ quay, h ìn h ' dáng của trục vít, độ nhớt, khả năng truyền , nhiệt và thời gian lưu của vật liệu trong th iết bị. Nói chung, quá trìn h ép đùn có tính kinh tế cao hơn quá trìn h tạo sợi, tuy nhiên sản phẩm tạo ra thường ở dạng hạt, m ảnh. Hiện nay, ngành công nghiệp thực phẩm đang sử dụng nhiều dạng th iế t bị ép đùn khác nhau trong các quá trìn h chế biến ở nhiệt độ cao và trong thời gian ngắn. II.3.4.5. Tạo p a ste p ro te in (bột nhào) Gluten (trong hạt lúa mì và một tỷ lệ nhỏ hơn trong hạt lúa mạch, đại mạch) có một tính chất rấ t quan trọng là khả 97

năng tạo th àn h dạng paste (bột nhão) dẻo, dính, đàn hồi sau khi nhào trộn với nước ở nhiệt độ thường. Đó là cơ sở để chuyển hoá bột mì thành bột nhào và chuyển thành bánh mì sau khi lên men và nướng. Ngoài protein của gluten (gliadine và glutenine), trong bột mì còn chứa tinh bột, pentosane, chất béo phân cực và không phân cực, những protein hoà tan khác... và chúng cũng góp phần tạo nên mạng lưới trong bột nhào và/hoặc cấu trúc cuối cùng của bánh mì. T hành phần và kích thước phân tử lớn của gliadine và glutenine giải thích phần lớn đặc tính của gluten. Chúng chứa ít acid amin ion hoá nên ít tan trong nước trung tính. Chúng chứa nhiều glutamine (>33% khối lượng) và nhiều acid amin có chứa gốc OH nên có xu hướng tạo các liên kết hydro và do đó có khả năng hấp thụ nước lớn và tạo khối dẻo dính của gluten. Khả năng tạo khối dẻo dính của gluten cũng do trong protein có tỷ lệ các acid amin không phân cực lớn và các phản ứng kỵ nước góp phần tập hợp protein, cố định lipid và glycolipid. Cuối cùng, do chứa nhiều cầu disulfide nên khả năng tập hợp các phân tử và hình thành m ạng lưới protein được gia tăng. Những đặc tính trên của gluten không có ở protein của các loại h ạ t và thực vật khác nên từ các loại bột khác không thế tạo được bột nhào cũng như nhận được bánh có cấu trúc rỗng, xốp và bền như từ bột mì. Bột mì sau khi nhào, trộn, protein của gluten được định hướng, sắp xêp và duỗi ra một phần, từ đó làm tăng các phản ứng kỵ nước và tạo thành nhiều cầu disulfide. Một m ạng lưới protein ba chiều dẻo nhớt được tạo thành (Hình 2.11) và dần dần gluten ban đầu ồ dạng h ạt riêng lẻ sẽ tạo thành màng film mỏng, bao bọc các hạt tinh bột và các th àn h phần khác của bột mì. 98

Glutenine tạo cấu trúc dẻo, đàn hồi, dính chắc và có thể ngàn cản sự giãn nở của bột nhào trong quá trình lên men và do đó giảm độ xốp của bánh sau khi nướng. Gliadine dễ chầy lỏng, giãn nở, làm tăng dung tích của bánh mì, nhưng độ bền cơ học thấp. Do đó, sự cân bằng về hàm lượng glutenine và gliadine trong gluten của bột mì là yếu tố cần thiết để tạo độ nở xốp thích hợp cho bánh. Hình 2.11. Gliadine, glutenine của bột mì và m ạng lưới protein dẻo nhớt trong bột nhào sản xuất bánh mì

Gốc khõny hòa lan

Mpng luói protein có tính nhớt đéo cúa bột nháo

Các tác nhân khử như cysteine làm hỏng cấu trúc (tạo ra tính dính của gluten hydrat hoá và của bột nhào) do làm đứt các cầu disulfide, trong khi cho thêm các tác nhân oxy hoá như bromate sẽ làm tăng độ cứng, dẻo và đàn hồi do tăng cường các phản ứng trao đổi thio-disulfide. Lipid trung tính và phân cực có trong bột mì hay cho thêm vào bột nhào sẽ phản ứng với gliadine và glutenine, có thể làm yếu hoặc cải thiện mạng lưới gluten. Liên quan đến vấn đề dinh dưỡng, người ta có xu hướng muốn bô sung vào bánh mì (và các loại bánh khác) protein từ các nguồn khác. Các loại protein khác không thể so sánh 99

được với protein bột mì về đặc tính tạo thành m ạng lưới gluten. Globulin tan trong nước sẽ làm giảm m ạnh tính trương nở, tác dụng này có hại đối với độ nở xốp của bánh. Có thể giảm nhẹ tác dụng xấu này bằng cách làm biến tính nh iệt sơ bộ các loại protein cho thêm vào từ đậu nành, sữa hoặc lactoserum. II.3.4.6. Tính c h ấ t tạo nhũ tương Đ ạ i cương về sự hình thàn h và p h â n huỷ nhũ tương Hệ nhũ tương là các hệ phân tán giữa hai chất lỏng không hoà tan vào nhau, một ở dạng những giọt nhỏ phân tán, còn chất lỏng kia ở dạng pha phân tán liên tục. Phần lớn các hệ nhũ tương thực phẩm là loại “dầu trong nước” hoặc “nước trong dầu”. Thuật ngữ “nước” để chỉ chất lỏng phân cực ưa nước hydrophile (nói chung là dung dịch nước) và “dầu” là chât lỏng kỵ nước hydrophobe (chất béo lỏng, dầu thực vật, tinh dầu). Nhiều nhũ tương thực phẩm còn chứa cả bóng khí và/hoặc chất rắn phân tán. Trong phần lớn trường hợp, đường kính của các giọt lỏng phân tán khoảng 0,1-50/ưn với mức độ phân tán khác nhau xung quanh giá trị trung bình. Sự tạo thành các giọt nhũ tương đồng thời với việc hình thành bề m ặt phân chia giữa hai chất lỏng không tan vào nhau (còn gọi là bề m ặt liên pha). Diện tích của bề m ặt phân chia này tăng theo hàm số mũ khi đường kính các giọt giảm trong cùng một khối lượng pha phân tán và có thể đạt đến 1m 2/ml nhũ tương.

100

Hình 2.12. Một sô" dạng nhũ tương Ị.un Nước

° o

Dầu

Nhũ tương D/N (Dầu trong nước)

Nhũ tương N/D (Nước trong dầu)

^cm

Nhũ tương Nước - trong dầu - trong nước

Nhũ tương Dầu - trong nước - trong dầu

Các hệ nhủ tương thường không bền do 3 hiện tượng chủ yếu sau: a) Sự nổi lên (creme hoá) hay sự lắng xuống (,sedimentation) của các giọt lỏng do lực trọng trường. Hiện tượng này sẽ giảm khi đường kính các giọt nhỏ và độ nhớt của pha liên tục lớn. b) Sự kết tụ (floculation) các giọt lỏng do các điện tích bị triệ t tiêu và các lực đẩy tĩnh điện giữa các giọt cũng biến m ất khi thay đổi pH và/hoặc lực ion. Các giọt dính nhau không trậ t tự, nhưng giữa chúng vẫn có sự phân cách bởi một lớp mỏng pha liên tục. Sự tập hợp

101

sẽ làm tăn g kích thước biểu kiến của các giọt và làm tăn g tốc độ lắng. c) Sự hợp n h ất hay sự “chảy” của giọt lỏng này vào giọt lỏng khác do hiện tượng lắng, va chạm và do chuyển động Brown... Đây là hiện tượng tự nhiên theo quan điểm n h iệt động học, làm tăng không ngừng kích thước các giọt phân tán, cuối cùng dẫn đến tách hai pha th àn h hai lớp riêng biệt bởi một bề m ặt phân chia phẳng có diện tích nhỏ nhất. Bảng 2.9. Một số nhũ tương thực phẩm Thực phẩm Sữa đã đồng hoá (3,5% chất béo) Mayonnaise (sôt dầu lòng đỏ trứng, 80% chất béo)

Kiểu Tỷ lệ Chất nhũ hoá và nhũ Dầu Không liều lượng tương nước khí D/N 0,04 0 P ro te in và phospholipid có sẵn trong sữa N/D

5,3

Lecithin của trứng Có thể thêm glycerylm o n o ste a ra te với

lượng rất ít

Margarine (80% : N/D chất béo)

Lecithin, protein, glycerylmonostearate với lượng khoảng 1%

Bơ (50% chất béo)

N/D

Rất ít

Không cần thêm chất nhũ hoá

Kem

D/N

0,2

Protein, glycerylmonostearate Tác nhân làm bền ưa nước, chất tạo geỉ nồng độ khoảng 1%

102

Hình 2.13. Cơ chế hư hỏng của một nhũ tương NHỦ TƯƠNG BAN ĐAU

CuP o Sự KẾT TỤ s ự HỢP GIỌT

(a) Hiện tượng creme hoá cùng với kết tụ nhẹ

(b) Hiện tượng kết tụ, làm tăng độ nhớt và kích thước của giọt

103

Các h iện tư ợn g có xu hướng làm bền các hệ nhủ tương: a) Làm giảm sức căng bề m ặt phân chia hai pha (< 5 dynes I cm) bằng cách thêm vào hệ các tác nhân hoạt động bề mặt. b) Tạo một lớp phân chia bề m ặt bền - ví dụ, một màng protein bị hấp phụ, màng này sẽ ngăn cản một cách cơ học sự hợp n h ât các giọt phân tán. c) Tạo các điện tích cùng dấu trên bề m ặt các giọt phân tán (do hiện tượng ion hóa hoặc hấp phụ các ion), các lực đẩy tĩn h điện sẽ chống lại lực hút Van der Waals giữa các giọt lỏng. d) Tạo hệ các giọt lỏng phân tán có kích thước các giọt nhỏ và đồng đều bằng cách khuấy m ạnh với các chất hoạt động bề m ặt có nồng độ thích hợp. Trường hợp này các giọt phân tán có vận tốc lắng (hoặc nổi để creme hoá) nhỏ. e) Tạo độ nhớt cao cho pha liên tục (pha phân tán). Các p ro te in là những ch ất làm bền nhủ tương thực phẩm . Nhiều sản phẩm thực phẩm là hệ nhũ tương như sữa bò, sữa đậu nành, kem, nước cốt dừa, bơ, phomai nóng chảy, mayonnaise, xúc xích thịt cá... và những thành phần protein thường đóng vai trò nổi bật trong việc làm bền các hệ này. Protein được hấp phụ ở bề m ặt phân chia giữa các giọt dầu phân tán và pha nước liên tục có các tính chất vật lý và lưu biến (làm đặc, tạo độ nhớt, độ “cứng - dẻo”) có tác dụng ngăn cản các giọt chất béo hợp nhất. Tuỳ theo pH, ion hóa các gôc R của các acid amin trong mạch polypeptide cũng tạo ra các lực đẩy tĩnh điện, góp phần làm bền hệ nhù tương. 104

Nói chung, protein ít có khả năng làm bền hệ nhũ tương nước/dầu. Nguyên nhân có thể do phần lớn protein có bản chất ưa nước và do đó chúng bị hấp phụ ở pha nước gần bề m ặt phân chia. H ình 2.14. Khả năng hâp phụ và làm bền nhũ tương của protein Hai giọt dầu khi chưa có mặt protein Pha dầu

Bề mặt

___

phân chia

Protein (biến tính) hấp phụ ở bề mặt phân chia ngăn cản ~ rác giọt chất béo hợp nhất

Các lực đẩy tĩnh điện Bê mặt ____ xuất hiện có tác dụng phân chia làm bền hệ nhu tương

Tính chất bề m ặt của protein Đặc tính quan trọng nhất của protein hoà tan đối với tính chất nhũ tương hoá của nó là khả năng protein khuếch tán đến bề m ặt phân chia dầu nước và bị hấp phụ ở đó. Khả năng này p*iụ thuộc vào nhiệt độ và MW của phân tử protein.

105

Bảng 2.10. Khả năng làm bền nhũ tương của một số protein Protein

P ro te in n ấ m m en (88% đã succinyl hoá) Bovine seru m album in

Caseinate Na

Chỉ sô" hoạt tính nhũ tương hoá (số m2 của bề mặt phân chia được làm bền bởi Ig protein)

pH 6,5

pH 8

322

341

197

149

166

153

Lactoserum

119

142

P ro te in isolate đậu n à n h

P ro te in của n ấ m m en

Albumin của trứng

(3-Lactoglobuline

Hemoglobin

Trong một khoảnh khắc ngay khi một phần của phân tử protein tiếp xúc được với bề m ặt phân chia, các gốc acid amin không phân cực sẽ hướng ngay vào pha dầu, năng lượng tự do của hệ giảm và phần còn lại của protein sẽ được hấp phụ một cách tự phát. Trong quá trình hấp phụ, phần lớn protein bị duỗi ra toàn bộ và nếu một diện tích lớn của bề m ặt phân chia được tạo thành, các phân tử protein sẽ dàn mỏng ra thành một lớp đơn phân tử (khoảng 1m g /m 2 có chiều dày 10-20AỠ). Có tác giả cho rằng, protein càng chứa nhiều acid amin kỵ nước thì nồng độ protein ở bề m ặt phân chia càng cao, sức căng của bề m ặt phân chia càng bé, hệ càng bền. Các mixen casein (và sữa đã tách chất béo dạng bột), actomyosin (protein cơ của thịt và cá), protein đậu nành (đặc ỉ 06

biệt protein isolate), các thành phần protein của huyết tương và globin của máu có khả năng nhũ tương hoá mạnh. Các yếu t ố ảnh hưởng đến sự hình thàn h nhũ tương Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến các đặc tính của hệ nhũ tương và kết quả của các thí nghiệm tạo hệ nhũ tương: kiểu thiết bị, cường độ của năng lượng cung cấp (khuấy, ép, phun...), nhiệt độ, pH, lực ion, sự có m ặt của các chất hoạt động bề m ặt có MW thấp, sự có m ặt của oxy, bản chất của dầu (điểm nóng chảy), hàm lượng protein hoà tan và các tính chất nhũ tương hoá của protein. Độ hòa tan và khả năng nhũ tương hoá của protein có quan hệ tỷ lệ thuận. Các loại protein không hoà tan có khả năng tạo nhũ tương thấp. Tuy nhiên các tiểu phần (particle) protein rắn có thể đóng vai trò nhất định trong việc làm bền hệ nhũ tương tạo thành (do tăng dộ nhớt của pha phân tán). pH có ảnh hưởng khác nhau đến các tính chất nhũ tương hoá của protein. Tại pl, một số protein trở nên ít hoà tan nên giảm khả năng tạo nhũ tương, đồng thời cũng không có khả năng góp phần tạo điện tích bề m ặt cho các giọt dầu yếu tố làm bền nhũ tương do tác động của lực đẩy tĩnh điện, ơ một vài giá tri pH hoặc lực ion, protein có cấu trúc đặc chắc và độ nhớt dẻo cao. Trạng thái này, hoặc sẽ ngăn cản hiện tượng duỗi và hấp phụ protein ở bề m ặt phân chia (không thuận lợi để tạo hệ nhũ tương) hoặc ngược lại sè làm bền màng protein đã được hấp phụ và làm bền hệ nhũ tương. Đun nóng nói chung thường làm giảm độ nhớt và độ cứng của m àng protein bị hấp phụ ở bề m ặt phân chia nên làm giảm độ bền của hệ nhũ tương. Tuy nhiên, gia nhiệt cũng giúp tạo cấu trúc gel cho m àng protein ở bề m ặt phân chia, tăng khả năng giữ nước, làm tăng độ nhớt bề m ặt và 107

độ cứng của nó và vì thế trong một sô' trường hợp giúp làm bền nhũ tương. Trong thực tế, gel hoá protein myofibril góp phần làm bền nhiệt hệ nhũ tương của th ịt như xúc xích, làm cho khả năng cố đinh nước và chất béo tăng, giúp chê phẩm có độ dính lớn hơn. Cho thêm một số chất hoạt động bề m ặt có phân tử lượng thấp sẽ không có lợi cho sự tạo nhũ tương do làm giảm độ cứng chắc của màng protein và giảm các lực giữ protein ở bề m ặt phân chia. Tốc độ khuếch tán của protein trong pha nước đến bề m ặt p h á n chia phụ thuộc vào nồng độ của nó. Do đó, để màng protein bị hấp phụ trên bề m ặt các giọt dầu đủ dầy và có các tính chất lưu biến mong muôn, nồng độ protein ban đầu phải đủ lớn. Trong thực tế, người ta sử dụng nồng độ protein từ 0,5-5% và nồng độ protein ở bề m ặt phân chia sẽ đạt từ 0,5—20m g /m 2. II.3.4.7. Các tín h c h ấ t tạo bọt của p ro tein Giới th iệu chung về các hệ bọt thực p h ẩ m Các hộ bọt thực phẩm gồm các bọt khí phân tán trong pha liên tục là lòng hoặc bán rắn có chất hoạt động bề m ặt hoà tan. Có rất nhiều loại thực phẩm có dạng bọt như bánh xốp, kem, bọt của bia... Trong* nhiều trường hợp, khí tạo bọt là không khí, một số khác là CO; còn pha liên tục là một dung dịch hoặc huyền phù nước có chứa protein. Một số hệ bọt thực phẩm là nhừng hệ keo phức tạp. Ví dụ, kem là một hệ nhũ lương (hoặc huyền phù) của các giọt chất béo (dạng rắn và tập hợp thành các nhóm nhò), một huyền phù của các tinh thể đá phân tán, một gel polysaccharide, một dung dịch đường nồng độ cao, dung dịch protein và các bọt khí. 108

Hình 2.15. Sơ đồ biểu diễn sự hình thành bọt oo o o o o o 0

c A

0 0 o 0

g§ •V ỉ

D.I.;

«6

0 0 0 0 0 0 0 ồ

Ghi chú: A: thể tích chất lỏng B: thể tích của khí tham gia C: tổng thể tích của hệ phân tán D: thể tích của chất lỏng trong bọt E: thể tích của bọt Thể tích của bọt được định nghĩa = 100*E/A; Khả năng giãn nở dược tính = 100*(B/A) = 100*(C-A)/A; Năng suất bọt được tính =100*(B/D); Thể tích riêng phần của khí trong bọt được tính = 100*(B/E)

109

Các bọt khí thường chứa khí có áp suất lớn hơn áp suất ngoài, ép vào nhau nên bóng khí có hình đa diện. Trong các hệ bọt, pha liên tục gồm các lớp mỏng chất lỏng hay các màng mỏng ngăn cách các bọt khí, Bề m ặt phân chia khí/lỏng có thể đạt đến 1m21mỉ chất lỏng. Tương tự như trường hợp tạo nhũ tương, cần cung cấp năng lượng cơ học (như khuấy, thổi khí...) để tạo bề m ặt phân chia này. Để duy trì bề m ặt phân chia chống hiện tượng hợp nhất các bọt khí, cần sử dụng các chất hoạt động bề m ặt để làm giảm sức căng bề m ặt và tạo thành mạng lưới bảo vệ đàn hồi. Một số protein có khả năng tạo thành màng bảo vệ bị hấp phụ ở bề m ặt phân chia khí/lỏng. Trong trường hợp đó, một tấm mỏng ngăn cách hai bọt khí kề nhau sẽ gồm hai lớp màng protein ngăn cách nhau bởi một màng mỏng chất lỏng. Kích thước các bọt khí có thể biến thiên trong một khoảng rộng từ 1ỊẤỈ71 đến vài cm tùy thuộc sức căng bề mặt, độ nhớt của chất lỏng, năng lượng cơ học cung cấp... Các phương pháp tạo hệ bọt: a) Cho khí di qua một vật cản xốp (như thuỷ tinh xốp) vào dung dịch protein trong nước với nồng độ thấp (0,01- 2%). b) Khuấy m ạnh dung dịch protein trong nước khi có m ặt một khôi lượng lớn khí. Phương pháp này được áp dụng nhiều trong sản xuất thực phẩm. So với phương pháp sục khí thì phương pháp này đòi hỏi lực cơ học cao hơn (lực khuấy cắt) và tạo được hệ phân tán khí đồng n hất hơn. Nhu cầu protein cũng cao hơn (1-40%) do lực cơ học cũng tăng sự hợp giọt và ngăn cản protein hấp phụ lên bề m ặt liên pha. Trong quá trình khuây, dung tích khí phối trộn dần dạt đến giá trị cực I 10

đại (cân bằng động học) và dung tích của hệ có thể tăng lên từ 300-2000%. c) Giảm đột ngột áp suất của một dung dịch đã được nén sơ bộ. Sự khác biệt giữa các hệ nhũ tương và hệ bọt thực phẩm là trong hệ bọt dung tích riêng phần của pha phân tán (pha khí) thay đổi trong một khoảng rộng hơn rấ t nhiều so với hệ nhũ tương. Các hệ bọt thường ít bền bởi vì chúng có tổng diện tích bề m ặt phân chia rất lớn. Có 3 cơ chế chủ yếu phá vỡ hệ bọt: a) Sự rút (hoặc chảy) của chất lỏng từ các màng lỏng do lực trọng trường, sự chênh lệch áp suất và/hoặc sự bốc hơi. Trong các hệ bọt m ật độ thấp, các bọt khí có xu hướng ép mạnh lẫn nhau làm tăng sự chảy của màng chat lỏng. “Sự chảy” sẽ giảm khi pha lỏng có độ nhớt cao (ví dụ cho thêm đường) và độ nhớt của màng protein bị hấp phụ tăng. Độ nhớt này phụ thuộc cường độ của các phản ứng protein - protein và protein - nước. b) Sự khuếch tán khí từ các bọt khí có kích thước nhỏ sang các bọt khí có kích thước lớn hơn. Sự khuếch tán xảy ra do sự hòa tan khí trong pha nước. c) Sự “đứt gãy” các màng chất lỏng ngăn cách các bọt khí đưa đến sự hợp nhất, làm tăng kích thước của bọt khí và dẫn đến phá vỡ hệ bọt. Có mối quan hệ tương hỗ giữa hiện tượng “chảy” và “đứt gãy”. Sự “đứt gãy” làm tăng hiện tượng “chảy” và từ đó chiều dày và độ bền của màng chất lỏng giảm. 111

Khi hai m àng protein bị hấp phụ ở hai phía của màng chất lỏng sát lại gần nhau ở khoảng cách 50-150 A° (do hiện tượng chảy), chúng va chạm nhau và sự đứt gãy xảy ra. Người ta chưa biết rõ rằng, với khoảng cách như vậy của hai màng protein, các lực đẩy hay các lực hút tĩnh điện của các phân tử protein đóng vai trò quan trọng hơn. Các màng protein bị hấp phụ có chiều dày lớn và đàn hồi sẽ có độ bền và khả năng chống đứt gãy tốt hơn. Ba yếu tó quan trọng nhất có tác dụng làm tăng độ bền của hệ bọt bao gồm sức căng bề m ặt phân chia bé, pha lỏng có độ nhớt cao và các màng mỏng protein bị hấp phụ bền, đàn hồi và không thấm khí. Bảng 2.11. Khả năng tạo bọt của một số protein (tại p H 7 và bằng phương pháp khuấy)

Protein

Hoạt tính tạo bọt* Pmmax (nồng độ p rotein 2-3%)

Nồng độ protein để đạt Vố Piĩimax

Hoạt tính tạo bọt tương ứng với nổng độ protein 1% (W/V)

G elatin

228

0,04

221

C a se in a te N a

213

0,10

198

P ro te in isolate từ đậu n à n h

203

0,29

154

V khí trong hệ bọt (*) Hoạt tính (Năng suất) tạo bọt = Pm = --- --- --V chất lỏng trong hệ bọt

100

Các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến sự tạo th ành và độ bền củ a các hệ bọt Người ta thấy những protein có độ hòa tan m ạnh đồng thời cũng sẽ có hoạt tính tạo bọt và độ bền của bọt tót. Tuy n h i ê n một sô" protein ở dạng các tiểu phần không tan cũng đóng vai trò thuận lợi cho việc làm bền bọt, có thể do làm tăng độ nhớt bề mặt. Nồng độ protein ở mức độ nhất định (tăng tới 10%) sẽ tạo một độ nhớt và độ dày thích hợp cho màng ở bề m ặt phân chia. Mặc dù khả năng tạo bọt (tương ứng với sự tăng thể tích) nói chung không thể cao ở điểm đẵng điện của protein nhưng tại pl, độ bền của hệ bọt lại thường khá tót (ví dụ, với trường hợp của globin tại pH 5-6; gluten tại pH 6,5-7,5; protein của lactoserum tại pH 4-5). Người ta giải thích là do các lực hút tĩnh diện giữa các phân tử protein lớn tại pl sẽ làm tăng chiều dày và độ bền củà lớp màng protein được hấp phụ ở các bề m ặt phân chia khí/lỏng, giúp bọt tạo ra có độ bền chắc cao. Tuy nhiên, phần lớn các hệ bọt thực phẩm được tạo ra ở pH khác pl của các th àn h phần protein có trong chúng. Các muối có thể gây ảnh hưởng đến độ hoà tan, độ nhớt, sự duỗi ra và tập hợp protein và từ đó làm xấu hoạt tính tạo bọt. NaCl thường làm tăng độ “dậy” (tương ứng với sự tăng thể tích bọt) và làm giảm độ bền của hệ bọt còn ion Ca2+ có thể cải thiện độ bền của hệ bọt chủ yếu do tạo thành các cầu giữa các nhóm carboxyl của phân tử protein. Saccharose và các loại đường thường làm giảm khả năng “dậy” của hệ bọt, nhưng cải thiện độ bền do chúng làm tăng độ nhớt của hệ. Do tính chất này nên đôi với một sô hệ bọt thực phẩm (sản phẩm ngọt), người ta thường cho đường vào

cuối quá trìn h chế biến. Các glycoprotein của lòng tráng trứng (ovomucoid, ovalbumin) góp phần làm tăng độ bền của các hệ bọt do chúng hấp phụ và giữ nước ở các màng chất lỏng ngăn cách các bọt khí .Ị Trong hệ, khi có lẫn ligicLdù với hàm ỉượng rấ t bé (0,1%) cũng sẽ gây hỏng hoạt tính tạo bọt của protein. Nguyên nhân do lipid và các dung môi hữu cơ như rượu bậc cao có tính kỵ nước, vì th ế sẽ chúng liên kết với protein và loại bỏ protein khỏi lớp màng của bề m ặt phân chia. Khi tăng nồng độ protein trong giới hạn rộng (đến 10%), độ bền của hệ bọt tàng nhiều hơn so với độ tăng thể tích. Tăng nồng độ protein sẽ làm tăng các bọt khí có kích thước nhỏ và các hệ bọt sẽ có độ bền lớn hơn. Để tạo thành một hệ bọt tốt, cần đủ thời gian và cường độ khuấy cho phép làm duỗi và hấp phụ đầy đủ protein. Tuy nhiên, nếu cường độ đánh khuấy quá mạnh, có thể giảm sự “dậy” và độ bền của hệ bọt. Khả nặng tạo bọt có thể được cải thiện nhờ một sô' biến tính hoá học và vệt lý. Thủy phân protein thành những phân đoạn nhỏ, linh động hơn, tan tốt hơn và phơi bày nhiều hơn các gốc kỵ nước giúp tăng khả năng tạo bọt của protein. Gia công nhiệt nhẹ, gắn thêm các gốc trung tính, hoặc sử dụng các protein có tính kiềm m ạnh có thể tăng khả năng kết hợp của protein tại bề m ặt phân chia, tăng độ bền của màng protein dẫn đến tăng độ bền của bọt. H o ạ t tín h tạ o b ọ t của m ột s ố p ro te in Protein là chất tạo bọt và lầm bền bọt. Sự hình thành hệ bọt liên quan đến sự khuếch tán các protein hoà tan đến bề m ặt phân chia không khí/nước, ơ đó, chúng cần duỗi ra, tập trung lại và trải dài ra một cách tức thời để làm giảm sức căng bề m ặt phân chia. Các phân tử có MW thấp, nghèo cấu 114

trúc bậc 2, 3 sẽ tác dụng một cách có hiệu quả như một chất hoạt động bề mặt. Sự hấp phụ của protein lên bọt được thực hiện qua các vùng kỵ nước. Độ bền của hệ bọt trong mối liên quan đến các đặc tinh tạo thành bọt của protein lại có vài khác biệt nhỏ. Để hệ bọt protein bền, màng {film) tạo thành xung quanh mỗi bọt khí phải dày, có độ dính, dẻo, đàn hồi, liên tục và không thâm khí thích hợp. Trong trường hợp này, không phải các phân đoạn protein nhỏ linh động mà ngược lại dường như các protein hình cầu có khối lượng phân tử lớn và khó duỗi mạch lại có khả năng này. Trong thực tế, để tạo thành các m àng bền, nhiều lđp mỏng các đoạn protein “duỗi” từng phần phải liên kết ngược lại với nhau qua các liên kết kỵ nước, liên kết hydro và cả liên kết tĩnh điện. Mặt khác, protein cần được hấp phụ m ạnh ở bề m ặt phân chia không khí/nước bằng các mối liên kết trung gian kỵ nước để trán h hiện tượng “giải hấp phụ” và làm m ất lớp chất lỏng do “chảy”. Tính mềm dẻo và linh động đầy đủ của phân tử protein là cần thiết để chống lại các lực làm biến dạng, làm nở (extension) bề m ặt phân chia, làm mỏng các màng mỏng. Làm nở rộng bề m ặt phân chia gây nên sự giảm nồng độ các phân tử bị hấp phụ và làm tăng sức căng bề mặt. Protein đôi với hệ bọt có độ bền tốt cần có khả năng dịch chuyển từ vùng có £ỨC căng bề m ặt phân chia thấp đến vùng có sức căng bề m ặt phân chia cao và cùng với chúng là các phân tử nước nằm sát cạnh, tái tạo lại chiều dày ban đầu của các màng mỏng. Cuối cùng, các gốc ngoại phân cực của m àng protein sẽ cố định nước của các m àng mỏng và hạn chế hiện tượng chảy.

115

Protein có hoạt tính tạo bọt tốt là protein của lòng trắn g trứng, globin và hemoglobin, serumalbumin, gelatin, protein của lactoserum, các mixen casein, casein p, protein của lúa mì (đặc biệt là glutenine), protein đậu nành, một số chế phẩm thuỷ phân của protein. Có những điểm giông nhau giữa sự tạo thành hệ nhũ tương và hệ bọt. Tuy nhiên, không có sự tương ứng chặt chẽ giữa hoạt tính tạo bọt và tạo nhũ tương của protein. Để làm bền bọt, cấu trúc của protein tại màng quan trọng hơn so với để làm bền hệ nhũ tương. II.3.4.8. K h ả n ă n g cô địn h m ùi của p ro te in Trong chế biến thực phẩm, kể cả các chế phẩm protein, có nhiều trường hợp cần phải tẩy mùi để hạn chế hoặc tách các mùi khó chịu. Các hợp chất như aldehyde, ketone, rượu, phenol, acid béo đã bị oxy hóa... có thể cho mùi ôi, khét, mùi ngái và cho vị đắng, the, cay... khi chúng liên kết với protein và các thành phần khác của thực phẩm. Các chất này chỉ được tách ra khi đun nóng và/hoặc nhai. Một sô' liên kết rấ t chặt chẽ, khó tách ngay cả khi trích ly bằng hơi nước hoặc dung môi. Bên cạnh vấn đề tách các mùi khó chịu, người ta còn sử dụng khầ năng này của protein để mang đến cho thực phẩm các mùi dễ chịu (ví dụ, mang mùi thơm của th ịt đến cho các protein thực vật đã được tạo kết cấu). Điều này th ật là lý tưởng nếu các thành phần dễ bay hơi của những mùi dễ chịu có thể liên kết bền vững với thực phẩm, không bị tổn th ấ t trong quá trình chế biến và báo quản, nhưng lại được giải phóng nhanh trong miệng khi sử dụng thực phẩm và không bị biến đổi.

I 16

Các p h ả n ứng g iữ a ch ấ t bay hơi và p ro te in Mùi của thực phẩm được tạo ra từ các thành phần dễ bay hơi có nồng độ rất bé ở gần bề mặt và nồng độ này phụ thuộc vào sự cân bằng giữa khối lượng thực phẩm và “khoảng không gian” mà nó chiếm chỗ (head space). Người ta thấy rằng, bổ sung protein vào hệ nước - chất mùi làm giảm nồng độ các chất bay hơi trong “khoảng không gian” vừa nói đến ở trên. Cố’ định các chất mùi có thể liên quan đến sự hấp phụ ở bề m ặt thực phẩm hoặc đi sâu vào bên trong thực phẩm bởi sự khuếch tán. Có hai loại hấp phụ lên chất rắn: hấp phụ vật lý thuận nghịch bởi các liên kết trung gian Van der Waals; hấp phụ hóa học bởi các liên kết đồng hóa trị hoặc tĩnh điện. Cô định chất mùi do hấp phụ còn liên quan đến các liên kết hydro và liên kết kỵ nước. Các thành phần phân cực như alcohol có thể liên kết hydro và kỵ nưđc với các gốc acid amin không phân cực; đây là các phản ứng chủ yếu cố định các thành phần bay hơi có phân tử lượng thấp. Trong một số trường hợp, các thành phần bay hơi được cố định bởi các liên kết đồng hoá trị và quá trình thường không thuận nghịch (ví dụ cố định aldehyde và ketone bởi các nhóm amine, hoặc nhóm amine bởi nhóm carboxyl...). Cố định không thuận nghịch có khá năng xảy ra hơn với các chất bay hơi có phân tử lượng lớn. Ví dụ, trong cùng nồng độ, protein đậu nành chỉ có thể cô định 10% octaral thay vì 50% đối với 2-dodecanal. Cô" định không thuận nghịch có thể làm giầm cường độ mùi của các chất bay hơi ban đầu. Sự cố định các chất mùi chỉ có thể xảy ra khi các “trung tâm hấp phụ” ồ dạng tự do chưa tham gia vào các phản ứng protein - protein hoặc các phản ứng khác.

117

Người ta thấy rằng, các trung tâm hấp phụ tăng dần trong thời gian cố định các chất bay hơi. Trong quá trình này, các mạch protein bị duỗi ra và nhiều gốc acid amin kỵ nước trở nên tự do và tham gia vào quá trình hấp phụ. Một số tác giả cho rằng, các thành phần bay hơi không phân cực chui vào và phản ứng với các trung tâm kỵ nước của protein, thay th ế các phản ứng kỵ nước protein - protein bên trong hoặc bên ngoài phân tử. Hiện tượng này làm cho protein trở nên không bền và có thể làm biến đổi độ hoà tan của protein. Các yếu t ố ản h hưởng đến quá trìn h c ố đ ịn h c h ấ t m ùi Mọi yếu tố làm biến đổi cấu hình của protein đều ảnh hưởng đến hoạt tính hấp phụ các chất bay hơi. Nước làm tăng khả năng cố định các chất dễ bay hơi phân cực do tăng độ linh động của các hợp chất này và tạo cho chúng khả năng tiếp xúc với các trung tâm hấp phụ dễ dàng hơn; tuy nhiên nước hầu như không ảnh hưởng đến khả năng cố định các chất bay hơi không phân cực. Trong môi trường hydrat hoá mạnh hoặc trong các dung dịch, khả năng các gốc acid amin phân cực hay không phân cực cố định các chất bay hơi bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Casein cố định các hợp chất carbonyl, alcohol, ester ở pH trung tín h và kiềm tốt hơn ở pH acid. Các ion Cl“, S 0 42- ở nồng độ thấp làm bền cấu trúc tự nhiên của protein hình cầu nhưng ở nồng độ cao có thể làm thay đổi cấu trúc của nước, gây duỗi mạch protein, từ đó cải thiện các liên kết với các hợp chất bay hơi (như carbonyl). Các hóa chất gây nên sự phân ly protein thành các tiểu phần tử thường làm yếu môi liên kết của các chất bay hơi không phân cực, do các vùng kỵ nước giữa các phân tử sẽ có

xu hướng bị che dấu cùng với sự thay đổi cấu hình của các tiểu phần tử. Thủy phân m ạnh protein làm giảm khả năng cố định mùi. Một lượng 6 -7 mg 1-hexanal có thể được cố định bởi 1kg protein đậu nành, nhưng nếu protein này bị thuỷ phân bởi protease acid của vi khuẩn, khả năng cố định chỉ còn 1m glkg. Tương tự, thuỷ phân protein có thể được sử dụng để khử mùi ngái của protein đậu nành. Sự biến tính nhiệt - ngược lại - làm tăng khả năng cố định các hợp chất bay hơi. Khi có m ặt lipid, khả năng hấp phụ và giữ các thành phần bay hơi carbonyl tăng lên, kể cả các chất mùi tạo ra do hiện tượng oxy hoá chất béo. II.3.4.9. C ố đ ịn h các thàn h p h ầ n khác Ngoài nước, ion, lipid và các châ't bay hơi, protein thực phẩm còn có thể cô" định các thành phần khác bởi các liên kết yếu hoặc các liên kết đồng hoá trị tuỳ theo cấu trúc hoá học, ví dụ một sô' sắc tố, các chất màu tổng hợp (có thể được sử dụng để định lượng protein hoặc một số acid amin), các chất có khả năng gây đột biến, gây dị ứng hay các chất có hoạt tính sinh học khác. Những phản ứng cố định này có thể làm tăng hoặc giảm độc tô', giá trị dinh dưỡng của protein. II.3.5. B iến tính protein Trong chế biến thực phẩm, protein chịu các tác động vật lý, hoá học và sinh học. Bản chất và mức độ của những biến đổi xầy ra trong quá trình chế biến thực phẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần của thực phẩm, các điều kiện chế biến như nhiệt độ, pH hay sự có m ặt của oxy. Hệ quả của những biến đổi này có thể dẫn đến phá huỷ các acid amin 119

th iế t yếu, chuyển các acid amin thiết yếu thành những dạng không chuyển hoá được (not metabolizable), giảm độ tiêu hoá của protein do xuất hiện các liên kêt chéo bên trong (intra-) và giữa các p h ân tử (inter-chain), hay tạo ra m ột số độc tố (sản phẩm của phản ứng Maỉllard). Nói chung, những thay đổi về các đặc tính đinh dưỡng, sinh lý và độc tố của protein thực phẩm trong quá trình chế biến và bảo quản vẫn luôn là một đề tài nhiều tranh cãi. Hiện nay, trong quá trình thu nhận và làm sạch protein, người ta luôn cố gắng hạn chế tối đa những hư hỏng về cấu trúc và các tinh chất chức năng của chúng. Ngoài ra, con người cũng áp dụng những biện pháp đặc biệt để duy trì, cải thiện các tính chất đang có, hoặc tạo ra cấc tính chất mới. Biến tính (modification) protein chưa phải là những phương pháp thông dụng trong chế biến thực phẩm, tuy nhiên con người đã nhận ra tầm quan trọng của chúng bởi hai nguyên nhân chính sau đây: •

Protein thể hiện rấ t nhiều tính chất chức năng trong thực phẩm và một số tính chất sẽ được cải thiện tốt hơn nhờ biến tính.

•

Sự thiếu hụt về dinh dưỡng tại nhiều nơi trên thế giới đòi hỏi con người phải sử dụng nhiều loại protein mới. Quá trình biến tính sẽ giúp tạo ra nhiều nguồn nguyên liệu mới đáp ứng những đòi hỏi khắt khe về an toàn vệ sinh thực phẩm, đạt được những yêu cầu về chất lượng cảm quan cũng như giá trị sinh học.

Sự thay đổi các tính chất của protein có thể đạt được bằng cách thay đổi thành phần của các acid amin, kích thước của phân tử protein, loại bỏ hoặc gắn thêm các gốc chức năng khác... Biến tính protein bằng phương pháp vật lý hoặc hoá 120

học với mức độ nhẹ thường chỉ làm thay đổi cấu hình (cấu trúc bậc 2, 3 hoặc 4). Nhưng với điều kiện khắc nghiệt hơn như nhiệt độ cao, sử dụng các tác nhân hoá học có nồng độ lớn, có mặt enzyme xúc tác... cấu trúc bậc 1 của protein có thể bị biến đổi. Nói chung, trên quan điểm chế biến thực phẩm, quá trình biến tính protein nhằm đạt được nhừng mục tiêu sau: •

Hạn chế những phản ứng gây hư hỏng thực phẩm nhự phản ứng Maiỉlard.

•

Cải thiện một số tính chất vật lý của protein như cấu trúc, khả năng làm bền bọt, độ hoà tan, khả năng tạo bột nhào...

•

Tăng cường giá trị dinh dưỡng như tăng độ tiêu hoá, vô hoạt các độc tô" hoặc các chất phản dinh dưỡng, gắn thêm vào các acid amin thiết yếu.

II.3.5.1. B iến tín h bằng phương p h á p v ậ t lý G ia công cơ học Nghiền nhuyễn các chê phẩm protein th àn h dạng bột mịn sẽ cải thiện hoạt tính hấp thụ nước, tính hòa tan, khả năng hấp thụ chất béo và khả năng tạo bọt của protein. Các lực cắt trong khi khuấy đảo m ạnh các huyền phù hoặc dung dịch protein (như trong trường hợp đồng hóa sữa) làm vờ các tập hợp protein thành các tiểu phần tử. Khả năng nhũ hóa của protein nói chung được cải th iện bằng phương pháp này. Khuấy trộn trong trường hợp tạo bọt ở mức độ vừa phải sẽ tăn g khả năng biến tính bề m ặt và tập hợp protein; nhưng khuấy đáo quá m ạnh và quá lâu một sô" protein như lòng trắn g trứng sẽ làm giảm độ bền của các m àng protein đã tạo ra trên bề m ặt phân chia và giảm khả năng tạo bọt. 121

Các lực cơ học cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trìn h tạo cấu trúc của protein như tạo dạng paste, dạng sợi và đùn nhiệt dẻo. Sự biến tính protein do nén, cắt tạo điều kiện sắp xếp lại các mạch polypeptide, trao đổi các cầu disulfide và tạo thành mạng lưới protein. G ia công n h iệt Gia công nhiệt làm thay đổi cấu trúc, thủy phân liên kết peptide, làm biến đổi các gốc ngoại R của các acid amin, ngưng tụ protein với các chất khác. Tuỳ theo cường độ, thời gian gia nhiệt, hoạt tính của nước, pH môi trường, nồng độ muối, bản chất và nồng độ của những chất khác... mà sự biến đổi nói trên trở nên sâu sắc hoặc không. Sự biến đổi các gốc ngoại R của acid amin và các phản ứng ngưng tụ có thể làm giầm giá trị dinh dưỡng của protein. Thuỷ phân nhẹ các liên kết peptide do gia nhiệt nhẹ không làm thay đổi tính chất dinh dưỡng, nhưng các tính chất chức năng của protein thì bị thay đổi mạnh. Mức độ biến tính nhiệt của protein phụ thuộc vào bản chất của nó và các điều kiện môi trường. Làm duỗi nhiệt (50-80ơC, 10-15 phút) p-lactoglobulin và protein của lactoserum ở pH acid (2-4) hoặc kiềm yếu (78,5) được áp dụng để cải thiện các tính chất chức năng của chúng. Khi đưa pH trở lại 6, các protein này có tính tan tốt, đồng thời có hoạt tính làm đặc, gel hoá, tạo bọt và làm bền nhu tương tốt hơn dạng tự nhiên ban đầu. Ngược lại, gia nhiệt ở pH đẳng điện sẽ gây tập hợp mạnh protein. Cách gia công này được áp dụng để kết tủa, tách và làm sạch nhiều protein như lactoserum, máu hoặc huyết tương, protein đậu nành. Các protein isolate không tan nhận được theo cách này có các tính chất chức năng kém, trừ khả năng hấp thụ nước. Đun nóng 122

protein trong dung dịch đậm đặc ở pH gần pl có thể tạo thành gel. Nếu tiếp tục đun nóng kéo dài, một số gel trở nên bền hơn, một số khác lại bị phá huỷ. Khi gia nhiệt vừa phải thì chưa có sự phá hủy cấu trúc bậc 1 của protein, tuy nhiên protein cũng bị thay đổi cấu trúc không gian và thường bị giảm độ hòa tan. về m ặt dinh dưỡng, những biến hình kiểu này rất có lợi. Chần hoặc nấu giúp phá hủy các enzyme oxy hóa gây sẫm màu hoặc các enzyme phân hủy vitamin thực phẩm. Nhiệt của quá trình hấp, nấu, đùn, tiệt trùng... làm vô hoạt hoặc biến tính các độc tố hoặc các chất phản dinh dưỡng có bản chất protein (như các độc tố sinh ra do nhiễm vi sinh vật, các chất kìm hãm trypsin hay chimotrypsin - có thể liên kết với các protease đường ruột gây giảm độ tiêu hóa và giá trị dinh dưỡng của protein), kết quả làm tăng giá trị dinh dưỡng của protein từ thực vật. Nhiều protein (như glyxinin của đậu tương, ovalbumin của lòng trắng trứng) sẽ dễ dàng tiêu hóa hơn sau khi xử lý nhiệt. Hiện tượng oxy hoá protein xảy ra chủ yếu với methionine để tạo ra methionine sulfoxide. Quá trình này thường đi kèm với hiện tượng oxy hoá lipid và các hợp chất phenol ở nhiệt độ cao, khi có m ặt ánh sáng, oxy hay các chất kích hoạt như riboflavin. Đun nóng protein ở trạng thái khô và pH trung tính có thể tạo ra các liên kết isopeptide giữa nhóm £-NH2 của lysine với các nhóm P' hoặc Ỵ-carboxamide của asparagine và glutamine. Tuy nhiên các liên kết này sau đó có thể bị thuỷ phân trong điều kiện acid nên không tạo thành các acid amin lạ. Xử lý protein ở nhiệt độ cao khi có m ặt nước sẽ dẫn đến những biến đổi sâu sắc hơn. Ở nhiệt độ cao (ví dụ, khi tiệt trùng ở nhiệt độ 115ỚC) sẽ gây phá hủy một phần các gốc acid amin. Khi cysteine bị phá 123

hủy sẽ tạo ra H2S, acid cysteic, dimethyl-sulphure ... làm các sản phẩm có mùi. Khi gia nhiệt đi kèm với thuỷ phân acid (ví dụ đun nóng gluten trong dưng dịch HC1 1-3M ở 100ỡ c trong 10-15 giờ, lượng nitơ phi protein tăng 3 lần), độ hoà tan và tính chất hoạt động bề m ặt của protein tãng lên. Tuy nhiên thuỷ phân acid cũng làm thay đổi một số gốc ngoại của các acid amin trong mạch polypeptide như deamin hoá các gốc glutamine, asparagine, dephospho hoá gốc phosphoserine và phá vỡ gốc R của tryptophan. Khi thuỷ phân acid cũng xảy ra một số phản ứng phức tạp tạo sắc tó và một sô" dẫn xuât có mùi thịt. Một sô sản phẩm thuỷ phân của protein thực vật, sau khi trung hoà bằng NaOH và lọc được sử dụng như tác nhân tạo hương. Thuỷ phân một phần các liên kết peptide cũng có thể được thực hiện trong môi trường kiềm (đun nóng 70-95ơC, ồ pH 11-12,5 từ 20 phút đến vài giờ). Quá trình này sẽ gây ra phản ứng depolymer hoá, có thể sử dụng để hoà tan và trích ly protein ít hoà tan của thực vật, vi sinh vật, cá... Thuỷ phân hạn chế bằng kiềm thường được sử dụng để cải thiện khả năng tạo bọt của protein sữa. ơ pH cao, nhiều acid amin như lysine, cystine, serine, threonine, arginine... cũng có thể bị phân huỷ. Thủy phân bằng kiềm ở nhiệt độ cao có thể tạo ra nhiều hợp chất bất thường (unusual compound) như ornithine, P-aminoalanine, ornithinoalanine, lysinoalanine, lanthionine... hay racemic hoá, chuyển các gốc acid amin từ dạng L thành dạng D và làm giảm giá trị dinh dưỡng của protein (Bảng 2.12 và 2.13). Hàm lượng các hợp chất này phụ thuộc vào loại thực phẩm và điều kiện chế biến. Trong các thực phẩm được chiếu xạ, phenylalanine có thể phản ứng với các gốc OH~ để tạo thành o-hỵdroxyphenylalanine (hay o-tyrosine). Hàm lượng acid 124

amin lạ này cũng phụ thuộc vào nhiệt độ và cường độ chiếu. Ví dụ như khi chiếu xạ thịt gà, thịt heo, cá và tôm ở hai chế độ 5kGy, - I 8 ° c và 5kGy, 20°c, hàm lượng o-tyrosine tạo ra tương ứng là 0,5-0,8m g/kg và 0,8-1,2m g/kg (so với đôi chứng không chiếu xạ là 40% sẽ ỉ 2H

gây nên sự kết tủa, bởi vì trong điều kiện này các phản ứng protein - protein chiếm ưu thế hơn các phản ứng protein nước. II.3.5.2.3. Biến đổi đặc hiệu các gốc acid amin Bảng 2.14 liệt kê các phản ứng hoá học có vai trò quan trọng trong chế biến thực phẩm. Bảng 2.14. Các phản ứng hoá học quan trọng của protein trong thực phẩm Các gốc chức năng

Phản ứng

Sản phẩm

Acyl hoá

-N H -C O -R -

Alkyl hoá

-N(CH.,)2

- conh2

Thuỷ p h â n

-COOH

E ste r hoá

-COOR

-OH

E ste r hoá

-O -C O -R

“ SH

Oxy hoá

-s - s -

-s-s-

Khử

-SH

-C O -N H -

Thuỷ p h ân

-COOH + H2N-

-nh2

Nói chung, các phản ứng hoá học thường được sử dụng để làm biến đổi các gổíc aicd amin gồm phản ứng acyl hóa, alkyl hóa, oxy hoá và khử. Một gốc R của acid amin có thể tham gia phản ứng với nhiều chất phản ứng khác nhau, ngược lại một chất phản ứng cũng có thể tác dụng lên nhiều gôc R. Các gốc R đã tham gia phản ứng bị biến đổi, đưa đến làm thay đổi tính chât chức năng của protein và cả tính chất dinh dưỡng. Trong một diều kiện n h ấ t định (pH, nhiệt độ...) một chất phản ứng có thể chỉ phản ứng đặc hiệu với một gốc R. 129

Biến đổi các gốc R sẽ làm thay đổi độ phân cực và trong một số trường hợp thay dổi các điện tích của protein. Khi sự biến đồi là lớn, các mạch polypeptide lúc này có thể cuộn lại, duỗi ra, và/hoặc tập hợp với các phân tử protein khác, từ đó các tính chất của protein đối với nước và các th àn h phần khác (như lipid) cũng thay đổi. Một sô" protein còn tăng khả nàng tạo gel, tạo bọt và làm bền nhũ tương. Tuy nhiên một số tác nhân hoạt động bề mặt, các chất tẩy rửa dạng anion có thể làm protein bị duỗi mạch và gây biến tính protein. Phản ứng acyl h oá Các tác nhân acyl hoá có thể phản ứng với các nhóm ahoặc£-NH2, hydroxy (-OH), phenol, imidazol và thiol. Sucdnyỉ hoá với anhydric succinic o © -

nh3

_?H 7,5-9

Ọ ~ ______ lí

■

(jg)— NH— C— CH2— CH2— COO

Phản ứng này thường làm tăn g độ hoà tan của protein. Ví dụ, gluten lúa mì succinyl hoá có độ hoà tan khá tôt tại pH 5 do giảm hiện tượng tập hợp các phân dcạn gluten có kích thước phân tử lớn. Trong trường hợp succinyl hoá casein, điểm đẳng điện của protein dịch chuyển về vùng pH thấp hơn và nhờ vậy mà khả năng hoà tan cùng tôt hơn. Succinyl hoá protein của lá cây không chỉ tăng cường độ hoà tan mà còn cải th iện các đặc tín h về mùi và khả năng tạo nhQ tương. Succinyl hoá protein từ nâĩĩì men có th ể cải thiện khả năng hoà tan trong khoảng pH 4-6 và tăn g cường độ bền nhiệt tại pH>5 cung như các đặc tính bề m ặt của protein. 130

Amide hoả Phản ứng giữa các nhóm amine và carboxyl của protein được hoạt hoá bởi carbodiimid (phản ứng này có thể gắn các nhóm aminoacyl vào phân tử protein): o ( p }~ c o c r

----

nh2 — R

— £ tlẼ _ _ R— N = C = N — R H*

NHR

Phương pháp gắn bằng đồng hóa trị các acid amin không thay th ế vào protein được sử dụng để tăng giá trị dinh dưỡng cho protein. Chẳng hạn, so với việc bổ sung acid amin tự do, gắn methionine vào protein đậu nành có một số ưu điểm như sản phẩm không có mùi methionine, methionine không bị m ất đi do hiện tượng khuếch tán trong các quá trình chế biến, không bị phân hủy trong dạ cỏ ồ động vật nhai lại, đồng thời bảo vệ được các nhóm -N H 2 khỏi các phản ứng Maillard. P h ả n ứng a lk yl hoả Alkyl hoá là phản ứng khử các nhóm amine, indol, thiol và thioether với aldehyde hoặc ketone khi có m ặt tác nhân khử. Biến tính protein bằng phản ứng khử các nhóm amine với formaldehyde/NaBH4 giúp làm giảm các phản ứng Maillard. Các dẫn xuất methyl tạo thành, phụ thuộc vào mức độ thay th ế thường bền với tác động thuỷ phân. Giá trị sinh lý cũng như dinh dưỡng của các hợp chất này hiện vẫn đang được nghiên cứu.

( p ) — NH2 + 2 H C H = 0

+ 1/2NaBH4

( p ) — N (C H 3)2

1/2N a H B 0 3

1/2H 20

C a rb o xym eth yl h o á với acid iodoacetic hoặc iodoacetamide 0

— s-

ic h 2c o o -

—

— s — CH2— c o o -

I-

Khi nhóm carboxyl bị ion hoá và tích điện (-) trong phần ứng với acid iodoacetic, do sự tích điện bổ sung này mà protein được tăng cường độ hòa tan và độ phân tán, tăng khả năng hấp thụ nước và sự bền nhiệt. P h ả n ứ n g oxy h o ả k h ử Các nhóm thiol, disulfide, thioether trong phân tử protein có thể bị oxy hoá m ạnh với acid performic: 0

0 (p }-S H

3 H - c '— —

(P a so a n

3 H -/

o — OH

— s— S -(p )

5H — c ^ ° o — OH

Các cầu disulfide có ảnh hưởng r ấ t lớn đến các tính ch ất chức năng của protein. Chúng có th ể bị đứt do các tác n h â n khử như 2-mercaptoethanol, dithiothreitol, acid thioglycolic. Protein sau phản ứng này có tín h hoà tan 132

m ạnh và trong kỹ th u ật được sử dụng để làm sạch protein. Gluten lúa mì cũng có thể được biến tinh bằng cách khử các cầu disulfide th àn h các gốc sulhydryl và sau đó oxy hoá ngược những gô'c đó trong những điều kiện khác nhau. Quá trìn h này được sử dụng để cải thiện các đặc tính bột nhào của gluten. Tuy nhiên, tác nhân khử cũng có thể làm hỏng một sô" tín h chất chức năng của protein (như khả năng tạo gel). Ngoài ra, cần nhớ rằng, biến đổi hoá học các nhóm chức năng của protein có thể làm hỏng giá trị dinh dưỡng của chúng. Sự hình th à n h các cầu đồng hóa trị Khi các nhóm ngoại của protein được chuyển th àn h các nhóm có tín h hoạt động cao, chúng có th ể phản ứng nhanh tạo th à n h các cầu đồng hoá trị bên trong và bôn ngoài phân tử. Người ta có thể gắn đồng hóa trị các polyol (dẫn xuất mono- hoặc oligosaccharide) vào protein. Kết qua là làm tăng độ phân cực và độ hòa tan của protein, protein khồng bị kết tủa khi gia nhiệt vì giảm hiện tượng tập hợp kỵ nước. Người ta cũng có thể làm tăng độ kỵ nước của protein bằng cách gắn vào các nhóm không phân cực, chẳng hạn gắn nhóm carboxyl của một acid béo tự do vào nhóm -N H 2 của protein qua phản ứng acyl hóa. Hai protein cùng được khâu lại với nhau bằng phản ứng trùng hợp nhờ các chất phản ứng nhị chức. Phản ứng kiểu này thường làm giảm tính hòa tan và độ tiêu hóa của protein. Chúng được ứng dụng trong thuộc da, tạo độc tố đã giảm độc tính để sản xuất vaccine...

133

II.3.5.3. B iến tín h p ro te in bằng enzym e Các phương pháp biến tính bằng hóa chất thường ít được sử dụng trong công nghiệp chế biến thực phẩm do các điều kiện phản ứng thường khắc nghiệt, các chất phản ứng không dặc hiệu và khó loại bỏ các hóa chất còn sót lại sau khi phản ứng kết thúc. Trong khi đó, quá trình biến tính bằng enzyme xảy ra với tóc độ cao, tính đặc hiệu cũng cao hơn; ngoài ra các điều kiện phản ứng thường đơn giản, phù hợp hơn đốì với các sản phẩm thực phẩm. Có rấ t nhiều enzyme xúc tác các phản ứng trên cơ chất là protein như enzyme thuỷ phân (cắt các liên kết peptide trong phân tử protein hay liên kết ester trong phân tử phosphoprotein), enzyme xúc tác phản ứng chuyển các gốc đường hay gốc methyl, enzyme oxy hoá khử (oxy hoá các gốc thiol, gốc amine cùng với gô"c hydroxy, khử liên kết disulfide)... Bảng 2.15. Các phản ứng enzyme ảnh hưởng đến protein Phản ứng

Enzyme tham gia/Sản phẩm

- Thuỷ phân

- Endopeptidase - Exopeptidase

- Sinh tổng hợp collagen - Đông tụ máu - Phản ứng plastein

- Gây tập hợp protein

Phản ứng tạo liên kết chéo: - Liên kết disulfide

- Protein disulfide isomerase - Protein disulfide reductase - Sulfhydryloxidase - Lipoxygenase - Peroxydase

134

Phản ứng

Enzyme tham gỉa/Sản phẩm

- Các p h ả n ứng ngưng tụ aldol- và aldim ine

- Lysyloxidase

- P h ả n ứng phosphoryl và dephosphoryl hoá

- P ro tein kinase -

Phản ứng hydroxyl hoá

Phosphoprotein phosphatase

Proline hydroxylase - Lysine hydroxylase

- P h ả n ứng glycosyl hoá

- G lycoprotein-p-galactosyl tra n sfe ra se

- P h ả n ứng m ethyl và dem ethyl hoá

- P ro tein (arg in in e)-m eth y l-tran sferase - P rotein(]ysine)-m ethyl-transferase - P rotein-O -m ethyl-transferase

- P h ả n ứng acetyl và deacetyl hoá

- Tạo ra 8-N-acetyl-lysine

Trong số nhiều phản ứng enzyme trên cơ chất là protein, chỉ có một số ít được ứng dụng trong công nghiệp chế biến thực phẩm như phản ứng thưỷ phân, phản ứng dephosphoryl hoá và phản ứng plastein. ỈI.3.5.3.1. Enzyme thuỷ phân protein Quá trình thuỷ phân protein đóng vai trò quan trọng trong sản xuất nhiều loại thực phẩm. Quá trình này có thể được thực hiện bởi các proteinase của chính thực phẩm đó (như thuỷ phân protein cá) hay do các proteinase vi sinh vật được đưa vào trong quá trình chế biến (như trong sản xuất phomai). Nói chung enzyme thuỷ phân protein được chia làm hai nhóm chính: peptidase (exopeptidase - là nhóm enzyme cắt lần lượt các acid amin hay dipeptide từ dầu C- hoặc Nterm inal của phân tử protein) và proteinase (endopeptidase enzyme thuỷ phân các liên kết peptide bên trong chuỗi 135

polypeptide). Những phân loại tiếp theo có thể dựa trên sự có m ặt của các acid amin riêng biệt hoặc các ion kim loại tại tâm hoạt động của enzyme (bảng 2.16). Bảng 2.16. Phân loại các protease (peptidase) Ví d ụ

EC-No E nzym e

N hận xét

E x o p e p tỉd a s e

Cắt các liên kết peptide từ đầu N- hoặc C-Terminal

3.4.11

Aminopeptidase

Cắt các acid amin từ NTerminal

3.4.13

Dipeptidase

Cắt các dipeptide

Carnosinase, anserinase

3.4.14

Dipeptiđyl- và tripeptidylpeptidase

Cắt các dipeptide và tripeptide từ đầu Nterminal

Cathepsin c

3.4.15

Peptidyldipeptidase

Cắt các dipeptide từ đầu C-terminal

Carboxycapthesin

3.4.16

Serine carboxypeptidase

Cắt các acid amin từ đầu C-terminal, có serine of tâm hoạt động

Carboxypeptidase Capthesin A

3.4.17

Metalocarboxypeptidase

Cắt các acid amin từ đầu Carboxypeptidase A C-terminal, có Zn và Co ở và B tâm hoạt động

3.4.18

Cysteine carboxypeptidase

Cắt các acid amin từ đầu C-terminal, có cysteine ở tâm hoat động

E n d o -p e p tỉd a se

3.4.21

136

Serine peptidase

Lysosomal carboxypeptidase B

Cắt các liên kết peptide bên trong mạch polypeptide của protein

Serine tại vị trí tâm hoạt động

Chymotrypsin A, B và c, (X- và Ptrypsin, proteinase kiềm tính từ vi sinh vật

EC-No E nzym e

N h ận x é t

Ví dụ

3.4.22.

Cysteine peptidase

Cysteine tại tâm hoạt động

Papain, ficin, bromelain, cathepsin B

3.4.23

Aspartic peptidase

Có 2 gốc acid aspartic tại tâm hoạt động

Pepsin, cathepsin D, rennin (chymosin)

3.4.24

Metalopeptidase

lon kim loại tại tâm hoạt động

Coỉlagenase, proteinase trung tính từ vi sinh vật

Trong nhiều trường hợp, các tính chất thực phẩm của protein được cải thiện nhờ thuỷ phân hạn chế hoặc sâu sắc bằng các enzyme protease. Sự thủy phân hạn chế có tác dụng tăng khả năng nhũ hóa và tạo bọt của protein (do tăng tính hòa tan và khả năng khuếch tán đến bề m ặt phân chia); tuy nhiên khi thủy phân quá 3-5% thì độ nhớt và chiều dày của màng không đủ để làm bền các nhũ tương và bọt. Thủy phân hạn chế cũng được sử dụng để hòa tan các protein (do tạo được các polypeptide nhỏ hơn, háo nước hơn, phân tán dễ dàng hơn). Sự thủy phân cũng có thể tạo ra các peptide có vị đắng. Thủy phân hạn chế cũng được sử dụng để làm đông tụ protein. Ví dụ, casein sữa được kết tủa bằng chymosin hoặc protease nấm mốc, cấu trúc của phomai cũng được cải thiện nhờ sử dụng protease vi khuẩn hoặc nấm mốc. Papain, bromelain, pepsin hoặc các protease vi khuẩn từ Aspergillus, Bacillus, Streptomyces cũng được sử dụng để làm mềm thịt, hòa tan các protein của cá (làm nước mắm), phá cặn bia... Nói chung, thủy phân bằng protease làm tăng khả năng tiêu hóa của protein nên đặc biệt có lợi cho những người bị 137

mắc bệnh tiêu hóa kém. Trong một sô' trường hợp, việc thuỷ phân còn làm m ất tính m ẫn cảm của người sử dụng đốì với protein (như casein sừa, gluten...). Thủy phân protein bằng enzyme trong điều kiện thích hợp, lúc dầu n h ận được các peptide có kích thước nhỏ (làm tăn g tín h hoà tan), sau đó có thể xảy ra hiện tượng plastein hoá như sắp xếp lại các peptide hoặc gắn thêm các acid amin không thay thế. Protease cũng được dùnơ để xử lý, tận dụng các phế liệu từ thịt, hoặc các nguyên liệu có nguồn gốc protein (thịt vụn, xương, gelatin, lông vũ...) để tạo ra các sản phẩm có giá trị như dịch protein, các chất tăng vị, cải thiện mùi... 11.3.5.3.2. Phản ứng dephosphoryl hoá Độ hoà tan của các phosphoprotein khi có m ặt các ion Calcium được cải thiện đáng kể nhờ phản ứng dephosphoryl hoá một phần (như trong trường hợp của casein). 11.3.5.3.3. Phản ứng plastein P h ản ứng plastein có tác dụng gắn các đoạn peptide (sản phẩm của quá trìn h thuỷ phân protein) lại với nhau để tạo ra m ột polypeptide dài hơn (kich thước có th ể lên tới 3kDa). Phương trình phản ứng chung R-CO-NH-R1+ E-OH R-CO-O-E + H2N-R' R - C O - O - E + H2N -R - => R - C O -N H - R 2

P h ản ứng này bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như bản chất của các gốc acid amin trong phân tử peptide. Các gốc kỵ nước có xu hướng liên kết với nhau m ạnh hơn. Quá trình gắn các ester của acid amin vào protein bị ảnh hưởng bởi 138

chiều dài của mạch alkyl. Ester có mạch alkyl dài có tốc độ gắn nhanh hơn so với các ester mạch alkyl ngắn. Đây là điểm cần lưu ý khi gắn các acid amin mạch ngắn như alanine vào phân tử protein. Phản ứng plastein có thể được sử dụng để nâng cao giá trị sinh học của protein. Phản ứng dưới đây thể hiện quá trình làm giàu protein từ ngô bằng các acid amin như tryptophan, threonine và lysine. L-Trp-OEt

Cao ngô

Pepsin*

Dịch thuỷ phân (MW 1,1kDa)

Papain

L-Thr-OEt L-Lys-OEt

Plastein-O Et NaOHc

Plastein (MW 2,83kDa)

Điều kiện phản ứng: a N ồng đp cơ cha't 1%; tỷ lệ E /S= l/50; pH 1,6; t° 37 °c, thời gian p h ả n ứng 72 giờ b N ồng độ cơ c h ấ t 50%; tỷ lệ dịch thuỷ phân/acid am in = 10/1; tỷ lệ E/S = 3/100; t° 37 °C', thời gian p h ản ứng 48 giờ c N ồng độ cơ c h ấ t 0,1 p h ả n ứng 5 giờ

moỉịl trong 50% ethanol; t () 25 °C; thời gian

Làm giàu protein với một acid amin cụ thể có thể được thực hiện nhờ sử dụng ester của acid đó hoặc dịch đạm thuỷ phân thích hợp từ một protein khác. Ví dụ, protein đậu nành có thể được tăng cường các acid amin chứa s nhờ phản ứng plastein hoá với dịch đạm thuỷ phân từ keratin. Chỉ số PER (protein efficiency ratio) của sản phẩm plastein tăng đáng kể so với trước khi phản ứng. 139

Albumin (trứng) Protein đậu nành Keratin (len)

Pepsin

Pepsin Pepsin

Dịch thuỷ , phân một

A Nagarse^

P la s te in A P

p Nagars^

P la stein PK

Bảng 2.17. Chỉ số PER của một sô' protein và plastein P rotein

Chỉ số PER (thí nghiệm trô n chuột)

C asein

2,40

P ro te in đậu n à n h

1,20

P la ste in P K a

2,86

P la ste in -M e tb

3,38

a P la ste in giữa dịch đạm thuỷ p h ân từ đậu n à n h và k e ra tin b P la ste in giữa dịch đạm th rỷ p h â n từ đậu n à n h và M e t-O E t

Phản ứng plastein cũng có tác dụng cải thiện độ hoà tan của protein. Ví dụ, protein đậu nành chứa 25% acid glutamic có độ hoà tan thấp trong vùng pH 3-6. Khi tạo plastein chứa 42% acid glutamic, chúng có độ tan tốt hơn trong vùng pH rộng hơn và đồng thời không bị đông tụ nhiệt. Protein được tăng cường hàm lượng acid glutamic còn có một đặc tính cảm quan rấ t thú vị: sản phẩm thuỷ phân một phần của chúng không có vị đắng mà có vị của “nước th ịt”. Ngoài ra, việc cải thiện vị của dịch thuỷ phân protein còn được thực hiện bằng cách gắn các peptide dắng tạo ra trong quá trình thuỷ phân (như Leu-Phe) vào một peptide khác kích thước lớn hơn có vị trung dung (thông qua phản ứng plastein). 140

Tính đa dụng của phản ứng plastein còn thể hiện ở khả năng loại bỏ các acid amin không mong muôn khỏi protein. Một peptide phân tử lượng lớn không chứa phenylalanine có thể được sử dụng cho những bệnh nhân gặp vấn đề trong trao đổi chất. Ngoài ra, peptide loại này còn có những đặc tính cảm quan rấ t tót. Để tạo được peptide này, phản ứng plastein được tiến hành như sau: Protein được thuỷ phân một phần bằng pepsin. -

Xử lý với pronase trong các điều kiện thích hợp để loại bỏ các acid amin có mạch kỵ nước lớn. Tách peptide còn lại bằng sắc ký lọc gel và đưa chúng tham gia vào phản ứng plastein với những acid amin khác như tyrosine và tryptophan. Sản phẩm thu dược là một peptide không chứa phenylalanine, đồng thời chứa một tỷ lệ xác định các acid amin mong muốn (như tyrosine).

Hiện nay, phản ứng plastein đã và đang được đưa ra quy mô sản xuất công nghiệp, với chất lượng và hiệu quả kinh tê mỗi ngày một cao hơn.

141

Chương 3

CARBOHYDRATE Carbohydrate là hợp chất hữu cơ phân bố rộng rãi nhất trên trá i đất. Nó có vai trò hết sức quan trọng trong quá trình trao đổi chất ở động và thực vật. Quá trình quang tổng hợp (photosynthesis) carbohydrate ở thực vật có màu xanh (từ C 02, nước và năng lượng m ặt trời) là cơ sở bảo đảm cho sự tồn tại của tấ t cả các cơ thể sống khác. Carbohydrate là một loại thực phẩm căn bản, chiếm tỷ lệ lớn trong tổng nhu cầu dinh dưỡng của con người. Kể cả những loại carbohydrate không tiêu hoá được cũng có vai trò quan trọng trong cân bằng dinh dưỡng. Carbohydrate còn tạo ra nhiều tính chất chức năng quan trọng khác cho thực phẩm. Nó có thể là những chất tạo độ ngọt, chất tạo gel, tạo paste, tạo độ đặc (độ dày), chất ổn định, là tiền chất của nhiều chất màu và mùi, những chất được tạo ra bởi các phản ứng xảy ra trong quá trìn h bảo quản và chế biến thực phẩm. C arbohydrate - hay các hợp chất glucid thường được phân loại th à n h các đường đơn, đường oligo và các polysaccharide. Đường dơn (glucose) được tạo ra trong tế bào thực v ật nhờ phản ứng quang hợp. Các đường đơn phổ biến mà chung ta đều biết là glucose, fructose, galactose. Các oligosaccharide phổ biến gồm di-saccharide như saccharose (còn được gọi là sucrose), maltose và lactose; m ột sô" tri-saccharide như raffinose, các m alto-triose; các 142

tetra-saccharide như starchyose, m alto-tetraose... Các poly saccharide được tạo th àn h từ phản ứng polymer hoá các đường đơn: nC6H120 6 - (n - 1)H20 = (C6 H10O5 )ivH2 O

Các polysaccharide thông dụng có tinh bột, cellulose và pectin. Hàm lượng, thành phần và trạng thái của glucid trong các loại thực phẩm khác nhau rấ t khác nhau. Nó tạo ra các tính chất chức năng, quyết đinh giá trị dinh dưỡng cũng như giá trị cảm quan cho thực phẩm. 111.1. M onosaccharide (đưdng đơn)

111.1.1. P h ân loại Monosaccharide là các aldose (polyhydroxy-aldehyde) nhận được từ glyceraldehyde, hoặc ketose (polyhydroxyketone) nhận được từ dihydroxy acetone, bằng cách thêm các gốc CHOH vào mạch carbon. Hình 3.1. Công thức của glyceraldehyde CHO

H—p O H CH2OH D -glyceraldehyde

QHO

H O -Ị— H CH2OH L rglyceraldehyde

Tùy vào số phân tử carbon các aldose được gọi tên là triose (glyceraldehyde), tetrose, pentose, hexose... Tương tự, tùy thuộc số phân tử carbon mà các ketose được gọi tên là dihydroxy-acetone, triulose, tetrulose, pentulose, hexulose...

143

Vị trí của gốc keto (CO) dược đánh dấu bằng số à đầu (ví dụ, 2-pentulose, 3-hexulose). Khi các đường đơn có chứa hai nhóm carbonyl, chúng được gọi tê n là các dialdose (hai gốc aldehyde) hay -osulose (hai gốc keto). Các đường glucose, galactose là các hexose (aldose); fructose là hexulose (ketose). Khi kết tinh monosaccharide tạo thành các mạch vòng năm cạnh (furanose) hoặc sáu cạnh (pyranose); ở dạng dung dịch cũng có sự cân bằng giữa hai dạng mạch hở và mạch vòng với tỷ lệ mạch vòng chiếm ưu thế. Hình 3.2. Công thức glucose ở dạng mạch hở và mạch vòng H-

H-

-OH

HO-

CH.OH -o- H

-H

ỌH

-OH -OH -OH

\ OH

OH OH

Anomeric OH

c a rb o n

III.1.2. Cấu hình Glyceraldehyde là một triose có một carbon bất đối xứng (với tâm bất đối xứng - chiral center). Nó tồn tại dưới dạng một cặp đôi hình (enantiomer pair) hay dạng đồng phân lập thể D và L (hình 3.1). Các monosaccharide nhận được từ D-glyceraldehyde được gọi là các D-aldose và ngược lại từ Lr glyceraldehyde là L-aldose.

144

Hình 3.3. Các D-aldose theo Fisher CHO ALDOTRIOSE

— OH CH2OH D-Glyceraldehyde (D-glycefa-)

ALOOTETROSE

CHO

CHO HO

— OH

HO —

HO'

— OH CHgOH

c h 2oh

D-Xylose (D-xylo-)

D-lyxose (D-lyxo-)

CHO

— OH

HO —

— OH

HO— HO— — OH

— OH c h 2o h

CH2OH

D-Alỉose {D -a 11o -)

D-Altrose (D-allro-)

2o h

CH2OH

0 -Glucose

O-Mannose (D-manno-)

(D-gíuco-)

CH2OH O-Gulose (D-gulo-)

C H 2O H O-ldose (O-ido-)

c h 2o h

D-Ga lactose (D-galaclo-)

CH2OH D-Talose (D-talo-)

ALDOHEXOSE

145

Bảng 3.1. Sự xuất hiện của các aldose trong tự nhiên Tên, cấu trú c

Nơi xuất hiện

Pentose L-Arabinose

Các loại gum thực vật, hemicellulose, pectin, glycoside

2-Deoxy-D-ribose

Deoxyribonucleic acid

D-Ribose

Ribonucleic acid

Đ-Xylose

Xylane,

hem icellulose,

gum

thực

vật,

glycoside Hexose L-Fucose (6-Deoxy-L-galactose)

Sữa mẹ, rong biển, gum thực vật, các chất nhầy

D-Galactose

Xuất hiện rộng rãi trong các đường đơn và polysaccharide

D-Glucose

X uất h iện rộng rã i tro n g thực v ậ t và động

vật D-Mannose

X uất

h iện

rộ n g

rã i

tro n g

các

loại

polysaccharide ở thành tế bào L-Rhamnose (6-Deoxy-L-mannose)

Gum thực vật, chất nhầy, glycoside

Khi thêm các nhóm CHOH vào giữa gốc keto (CO) và những nhóm CHOH có trước trong phân tử D- và L-tetrulose, ta có các D- và L-2-ketòse

146

Hình 3.4. Các D-ketose theo Fisher c h 2o h KETOTRIOSE

\=o c h 2o h Dihydroxyacetone

c h 2o h

\=0

KETOTETROSE

— OH c h 2o h

D-Tetrulose

c h 2o h

KETOPENTOSE

c h 2o h

CH2OH

\== o

—o

\=o

— OH

HO —

CH2OH

\=o HO

KETOHEXOSE

— OH

■OH

— OH

■OH

— OH

CH2OH

D-Psicose

D-Fructose

D-Sorbose

D-Tagatose

147

Bàng 3.2. Sự xuất hiện của các ketose trong tự nhiên Tên, cấu trúc

Nơi xuất hiện

H exuỉose D -Fructose

Có m ặ t tro n g thực v ậ t và m ậ t ong

D -Psicose

Trong ri đường lê n m en

H eptuỉose D -m anno-2-H eptulose

T rái bơ

Octuỉose D -glycero-D -m anno-2Octulose

T rái bơ

N onuỉose D -erythro-L-gluco-Nonulose

T rái bơ

Việc tạo ra dạng mạch vòng (còn gọi là hemiacetal hoặc lactol) sẽ tạo ra một tâm bất đôi xứng mới ở C l. Như vậy các dạng pyranose và furanose (các tautomer) lại có thêm 2 dạng cấu hình mới là a- và ị3-form (được gọi là các anomer). Hiện tượng quay (chuyển) từ cấu hình a- sang P- được gọi là mutarotation và phụ thuộc vào pH. Người ta thường biểu diễn dạng mạch vòng của các đường theo Haworth. Trong công thức của Haworth, các nhóm -O H của a/p-anomer luôn xuất hiện bên trên và bên dưới vòng pyranose và furanose. Các công thức D- và L- có vị trí các nhóm OH này ngược nhau.

148

Hình 3.5. Công thức các dạng anomer của đường D-Ribose 0

ầ Pyran

Furan H HO— CH*

ỉ cmciW B Pt I

a-o-Ribofuranose

OH H

-O H

H—

9“

C— H H_

ỉ

C H 2O H

3-D eo xy-D glucosulose

\ /

II ỵ

I H— C —

2o h

trans -

X /C H O

/ \

\= •

-C H O

\ /

H O H 2C

/ '0 H H

3,4-D ideoxy-D -glycero3-hexenosulose

h20 H O H 2C

[ị

^ CHO

‘05-Hydroxym ethyl furfural

160

I c — o — H

C c -O H

D-G lucose H I H — c — OH

H— c =

í u

V X

Một số sản phẩm phân huỷ fructose

( ổ — OH

—R

Khi hấp thụ nước sẽ xảy ra sự hydrat hóa các nhóm hydroxy tự do và kết quả là tạo thành liên kết hydro với nước theo kiểu 2. - Liên kết với nước kiểu 2:

N hiệt độ tăng làm đứt các liên kết hydro kiểu 1, và làm khả năng hấp thụ nước tăng. Nhiệt độ tăng cao quá sẽ làm đứt tiếp các liên kết hydro kiểu 2. Nói chung quá trình hydrat hoá tinh bột trong nước gồm các giai đoạn sau: Hạt tinh bột

Hấp thụ nước qua vỏ Hydrat hóa và trương nở Phân tán

Ngưng tụ — ► nước lỏng Phá vờ vỏ hạt đứt liên kết các phân tử Dung dịch

Sơ dồ 3.1. Quá trình hydrat hóa tinh bột trong nước 204

Nhiệt độ để phá vỡ hạt, chuyển tinh bột từ trạng thái ban đầu có mức độ hydrat hóa khác nhau thành dung dịch keo gọi là nhiệt độ hồ hóa. Các hạt tinh bột có kích thước và nguồn gốc khác nhau cũng có nhiệt độ hồ hoá khác nhau. Các hạt nhỏ có cấu tạo chặt, liên kết hydro kiểu 1 rấ t bền nên nhiệt độ hồ hoá các hạt nhỏ lớn hơn nhiệt độ hồ hoá các hạt lớn, vì th ế nhiệt độ hồ hóa tinh bột (là hỗn hợp các hạt có kích thước khác nhau) thường không phải một điểm mà ỉà một khoảng nhiệt độ. Trong quá trình hồ hoá, độ nhớt tinh bột tăng dần tới một điểm cực đại rồi giảm xuống. H ình 3.14. Bốn giai đoạn hòa tan tinh bột

a- hệ thông dị thể gồm pha nước và pha bột riêng biệt b- hệ thống dị thể gồm pha nước và pha tinh bột/nước c- hệ thống dị thể gồm pha nước lẫn tinh bột và pha tinh bột lẫn nước d- hệ thông đồng thể với phân tử tinh bột phân bô" đồng đều trong nước 205

Các yếu t ố ảnh hưởng đến n h iệt độ hồ hóa tỉn h bột N hiệt độ hồ hoá phụ thuộc vào thành phần amylose và amylopectin. Các ion kim loại liên kết với tinh bột cùng ảnh hướng đến dộ bền của liên kết hydro bên trong phân tử tinh bột. Các chuỗi trong mạch tinh bột chứa các ion tích điện trái dấu sẽ đẩy nhau làm lỏng lẻo cấu trúc tinh bột dẫn đến thay dổi n h iệt dộ hồ hoá. Các muôi vô cơ ở nồng độ thấp phá huỷ các liên kết hydro nên làm tăng khả năng hoà tan của tinh bột, tuy nhiên ở nồng độ cao nó gây hiện tượng kết tủa tinh bột và giảm sự hydrat hoá. Các chất không điện ly như đường, rượu cũng ảnh hưởng đến nhiệt độ hồ hoá và làm cho nhiệt độ hồ hoá tăng lên. Độ tron g của hồ Độ trong của tinh bột đã hồ hoá có ý nghĩa quan trọng đối với nhiều sản phẩm thực phẩm, nó làm tăng giá trị cảm quan của các thực phẩm này. Hồ tinh bột nếp thường trong hơn hồ tinh bột tẻ. Đường làm tăng độ trong còn các chất nhũ hóa gây đục hồ tinh bột. Các chất hoạt động bề m ặt như sodium laurilsulphate dễ tạo phức với amylose và có tác dụng làm tăng độ trong của hồ. IIỈ.3.2.3.2. Tính chât nhớt dẻo của hồ tinh bột Độ nhớt và độ dẻo của hồ tinh bột là một trong những tính chất quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng và kết cấu của nhiều loại thực phấm. Do khả năng tập hợp lại với nhau và giữ được nhiều phân tử nước (nhờ các liên kết hydro giữa các nhóm hydroxy) mà dung dịch tinh bột (đặc biệt là tinh bột nêp chứa nhiều amylopectin) có được các tính chất như độ đặc, độ dính, độ dẻo, độ nhớt cao.

206

Các yếu tố chính ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch tinh bột là đường kính biểu kiến của phân tử hay các hạt tinh bột. Đường kính này lại phụ thuộc vào các yếu tô" sau: - Khối lượng, kích thước, thể tích, cấu trúc cũng như sự bất đối xứng của phân tử tinh bột. - Tương tác giữa phân tử tinh bột với dung môi gây ảnh hưởng đến độ trương, độ hòa tan và các cầu hydrat hóa bao quanh phân tử. - Tương tác giữa các phân tử tinh bột gây ảnh hưởng đến kích thước của sự tập hợp. Các yếu tố như nồng độ tinh bột, pH, nhiệt độ, sự có m ặt của ion Ca2+, tác nhân oxy hoá, các hoá chất phá huỷ cầu hydro đều có thể ảnh hưởng đến tương tác giữa các phân tử tinh bột và làm cho độ nhớt thay đổi. Nói chung, độ._rihót-củ&tinh-bật lên trong môi trường_kiềnựvì kiềm làm tăng khả năng ion hóa các phân tử tinh bột nên làm tăng khả năng hydrat hoá. Muối ở nầng-độ thấp ít gây ảnh. hưởng 4ộ-€âo, 41Ó Bẽ ^ĩhiếm m ất các phân tử nước và tăng khả năng tập hợp giữa các phân tử tinh bột, từ đó dẫn tới tăng độ nhớt. Đa phần thực phẩm có pH từ 4-7, vùng giá trị pH này nói chung không ảnh hưởng nhiều đến độ nhớt của hồ tinh bột. Với sản phẩm có pH thấp, để tránh hiện tượng thuỷ phân do acid, nguội ta thường dùng tinh bột liên kết ngang để cải thiện độ ổn định của độ nhớt. Một số phụ gia như đường (saccharose ở nồng độ tối ưu 5%), acid béo làĩĩTTẵng già trị cực đại của độ nhớt. Các chất hoạt động bề m ặt lại làm tăng nhiệt dộ để hồ có được độ nhớt cực đại. Trong thực phẩm, người ta thường sử dụng các 207

chất hoạt dộng bề m ặt để làm chất nhũ hoá, chất tạo bọt. Ngoài ra, chúng cũng được sử dụng để ngăn ngừa sự tạo keo trong các sản phẩm có chứa tinh bột. III.3.2.3.3. Khả năng tạo gel và thoái hóa của hồ tinh bột Khi để nguội hồ tinh bột thì các phân tử sẽ tương tác với nhau và sắp xếp lại một cách có trậ t tự để tạo thành gel tinh bột. Các yêu cầu để có thể tạo được một gel tinh bột: • Dung dịch tinh bột phải có nồng độ vừa phải. • Được hồ hóa để chuyển tinh bột thành dạng hòa tan. • Để nguội ở trạng thái yên tĩnh để tạo gel tinh bột có cấu trúc mạng ba chiều. Khác với gel protein, trong gel tinh bột chỉ có liên kết hydro tham gia nối trực tiếp các mạch tinh bột hoặc thông qua các cầu phân tử nước. Tinh bột cũng có khả năng đồng tạo gel với protein. Nhờ tương tác này mà khẩ năng giữ nước, độ cứng và độ đàn hồi của gel protein được tốt hơn. Tính chất này có ứng dụng quan trọng trong các sản phẩm như giò lụa. Vì tinh bột chứa cả amylose và amylopectin nên trong gel tinh bột có cả vùng kết tinh và vô định hình. Tham gia vào vùng kết tinh có các phân tử amylose và các đoạn mạch ngắn của amylopectin kết dính với nhau, c ấ u trúc nhiều nhánh của amylopectin sẽ cản trở sự dàn phẳng và sự kết tinh.Ị Vùng kết tinh vừa nằm trong các h ạ t đã trương vừa nằm trong dung dịch sẽ tạo ra độ bền và độ đàn hồi cho gel; còn phần của các đại phân tử amylose và amylopectin nôi vào phần kết tinh nhưng nằm trong phần vô định hình sẽ tạo cho gel một áp suất n hất định để không bị phá huỷ. 208

Tinh bột nếp có hàm lượng amylopectin cao thường khó tạo gel ở nồng độ thâp; tuy nhiên với nồng độ tinh bột cao (khoảng 30%) thì cũng tạo được gel. Gel từ tinh bột giàu amylose thường cứng và đàn hồi kém. N Sự th o ả i h ó a của g el tinh bột Khi để một thời gian dài, các gel tinh bột sẽ co lại và tách nước. Hiện tượng đó gọi là sự thoái hoá. Quá trình này sẽ được tăng cường khi gel được để lạnh dông và sau đó làm tan đá. Nguyên nhân của hiện tượng thoái hoá là do sự hình thành các cầu hydro giữa các phân tử tinh bột. Amylose có cấu trúc mạch thẵng nên khả năng định hướng và tập hợp lại dễ dàng hơn so với amylopectin, vì thế nói chung hiện tượng thoái hoá thường liên quan đến thành phần amylose của tinh bột. Quá trình thoái hoá bao gồm các giai đoạn sau đây: * đầu tiên các mạch được uốn thẳng lại; * sau đó lớp vỏ hydrat bị m ất đi, các mạch sẽ định hướng song song với nhau; * các cầu hydro dược tạo thành giữa các nhóm OH. Tốc độ thoái hoá sẽ tăng khi giảm nhiệt độ và đạt cực đại tại pH 7. Tốc độ thoái hoá sẽ giảm cả khi tăng hoặc giảm pH. Amylose là thành phần chủ yếu gây nên sự thoái hóa của gel tinh bột và sự thoái hóa amylose là không khắc phục được, trong khi amylopectin thoái hóa có thể quay lại trạng thái ban đầu khi đun nóng từ 50-60ớC. Sự thoái hóa tinh bột thường kèm theo hiện tượng tách nước và đặc lại của các sản phẩm dạng nửa lỏng và làm cứng các sản phẩm như bánh mì.

209

IỈI.3.2.3.4. Khả năng tạo màng của tinh bột Giống như các hợp chất cao phân tử khác, tinh bột có khả năng tạo màng tốt. Để tạo màng, các phân tử tinh bột sẽ dàn phăng ra, sắp xếp lại và tương tác trực tiếp với nhau nhờ các liên kết hydro và/hoặc gián tiếp thông qua các phân tử nước. Tính chất này được ứng dụng để sản xuất các loại bánh tráng, bánh cuốn, bánh phở... từ tinh bột. Các g ia i đ o ạ n tron g quả trìn h tạo m àng * Cho tinh bột phân tán trong nước đến một nồng độ n h ất định (khồng quá đặc và cũng không quá loãng). * Hồ hóa sơ bộ để tạo ra một độ nhớt nhất định. * Khuấy kỹ và rót dịch tinh bột thành một lớp mỏng lên bề m ặt kim loại phẳng và nhẩn đã được gia nhiệt thích hợp (có thể phết một ít paraíìn để trơ hoá bề m ặt kim loại, tránh cho màng khỏi bị dính sau khi khô). Cơ c h ế của việc tạo m àng Giai đoạn ĩ: nước bốc hơi từ bề m ặt tự do của chất lỏng (trong trường hợp này, áp suất hơi bão hòa là trở ngại duy nhất). Giai đoạn 2: Nồng độ tinh bột tăng lên và các h ạ t tinh bột dịch lại gần nhau, phân tán sắp xếp lại thành lớp “đơn h ạ t”, một lớp gel nhớt sẽ tạo ra trên bề m ặt màng (nước phải thắng trở lực của lớp gel này). Giai đoạn 3: Nước nằm giữa các hạt (nước solvat hóa, liên kết bền vững hơn với tinh bột) bắt đầu bốc hơi. Lúc này nước phải thắng trở^{ĩực của lớp màng mới tạo ra. Các hạt tiêp xúc nhiều hơn và bắt đầu bị biến dạng. Sức căng bề mặt có khuynh hướng làm co bề m ặt của hệ thống.} 210

Giai đoạn 4: Các hạt bắt đầu thể hiện lực cố kết, tạo nên các tính chất cơ lý của màng. Giai đoạn 5: Màng được tạo thành do kết quả của sự bốc hơi nước. Hình 3.15. Sơ đồ quá trình tạo màng từ tinh bột L Ằ ST7 ĩ ỉ / J n

Ạ

*__ L

/} / / /77 /'/ / / y ỳ /

; / ; / / / / / /// 7/ /// 7S S//JS /

Giai đoạn 1

i, /

}/ /

Giai đoạn 3

ỉ> k Ị> k / Giai đoạn 4

n t r r ?7777f r n f s / 77 / /

Giai đoạn 2

P h â n tứ nước

7777^ 7777777777777777^777

Giai doạn 5 P h â n tử t i n h bột

Khi khô, thể tích của màng giảm dẫn đến sự co ngót màng và xuất hiện ứng suất nội. Nồng độ tinh bột càng nhỏ, sự hydrat hoá càng cao thì màng càng co ngót. Màng thu được từ dung dịch tinh bột nồng độ thấp, tốc độ bay hơi cao, mạch tinh bột được định hướng một cách m ạnh mẽ nên thường có độ bền cao nhưng ứng suất nội lớn. Làm khô màng từ từ sẽ thu được màng kém bền hơn nhưng lại không có ứng suất nội. Nói chung, thay đổi nhiệt độ để điều chỉnh tốc độ bốc hơi nước, thay đổi độ nhớt và nồng độ tinh bột trong dung dịch sẽ thu được màng có tính chất khác nhau. Màng tinh bột thu được thường giòn và dễ rách là do khi tạo màng có sự giảm dần thể tích tinh bột do nước bốc hơi, sự hình thành dần dần các cấu trúc cục bộ vững chắc làm 2 11

m ất độ chảy và xuất hiện một độ bền nào đó khi màng còn chưa hình thành. Khi màng co ngót, do bề m ặt bản kim loại không có khả năng thay đổi kích thước của mình nên sẽ làm xuất hiện các ứng suất nội. Nếu ứng suất này bé hơn độ bền của cấu trúc m àng đã hình thành tại thời điểm đó thì sự co ngót không làm rách màng; còn nếu ứng suất nội ìớn hơn độ bền của cấu trúc màng thì sẽ gây rách màng. Hiện tượng trên có thể được khắc phục bằng cách tăng nhiệt dộ tạo màng để tăng chuyển động nhiệt của các hạt, phá vỡ các cấu trúc cục bộ; hoặc thêm các chất hóa dẻo để tăng khoảng cách giữa các phân tử, giảm lực Van der Waals để giảm ứng suất nội, tăng độ bền và đàn hồi của màng vừa tạo thành. III.3.2.3.Ỗ. Khả năng tạo sợi Tinh bột cũng có khả năng tạo sợi, người ta sử dụng tính chất này để sản xuất các sản phẩm như miến. Các bước tạ o sợi miến: - Cho dung dịch tinh bột đi qua một bản có đục lỗ với đường kính thích hợp (>1 mm). Các phân tử tinh bột sẽ tự định hướng, kéo căng ra và sắp xếp song song với nhau theo phương của trọng lực. - Nhúng các sợi vừa ra khỏi khuôn kéo vào bể đựng nước nóng để định hình (nhờ tác dụng của nhiệt), sau đó nhúng vào bể nước lạnh để tăng sự liên hợp giữa các sợi (do tạo ra nhiều cầu hydro giữa các phân tử hơn). Nhiệt độ lạnh cũng sẽ tạo ra sự kết tinh từng phần làm tăng độ bền cơ học và sự gắn bó giữa các sợi với nhau. ~ Gia nhiệt để khử nước, tăng lực cô kết và dộ cứng của sợi. 212

Độ dai và độ bền đứt của toàn sợi chịu ảnh hưởng bởi lực tương tác giữa các phân tử (chủ yếu là các liên kết Van der Waals và liên kết hydro) và tương tác nội phân tử. Liên kết giữa các phân tử (phụ thuộc vào chiều dài của mạch) là những liên kết yếu nhưng do sô" lượng liên kết rất nhiều nên giá trị tống năng lượng vượt rất xa năng lượng của các liên kết hoá trị trong mạch. Khi hiện tượng đứt gãy xảy ra, liên kết giữa các phân tử sẽ đứt trước, các phân tử sẽ được định hướng và sau đó sự đứt gãy sẽ xảy ra ở chính mạch của phân tử. Tinh bột đậu xanh chứa >50% amylose, mạch amylose dài nên lực tương tác giữa các phân tử lớn, các chuỗi khó bị đứt, sợi miến chắc và dai. Amylopectin phân nhánh và ngắn nên lực tương tác giữa các phân tử rất yếu; nhiều đoạn mạch ngắn chập lại dễ tạo ra khuyết tật trong các bó sợi nên sợi tinh bột thường rão và dễ đứt. Chính vì thế, miến thường được sản xuất từ tinh bột đậu xanh hay tinh bột dong riềng với độ bền, độ dai cao hơn so với làm từ các loại tinh bột khác. III.3.2.3.6. Khả năng phồng nở của tinh bột Khi chiên (rán) tinh bột trong chất béo (dầu mỡ) ở nhiệt độ cao, chất béo có xu hướng tụ tập lại với nhau do tương tác kỵ nước và có khả năng xuyên thấm qua các vật liệu glucid như tinh bột, cellulose... Nhiệt cũng làm tinh bột hồ hóa và chín. Phần không khí trong các khối bột - không thấm được qua các lớp màng tinh bột đã dược tẩm béo - sê giãn nở và làm phồng nở khôi tinh bột. Tinh bột nếp (chứa nhiều amylopectin) có cấu trúc chặt, khả năng không thấm khí lớn nên khả năng phồng nở cũng lớn hơn. Tinh bột oxy hoá - do có các phân tử tích điện trái dấu đẩy nhau - nên cũng có khả năng phồng nở cao. Đây là cơ sở để sản xuất các sản phẩm bánh phồng tôm, xôi chiên... 213

ỈIỈ.3.2.4. B iến tín h tin h bột Tính chất của tinh bột, amylose cũng như amylopectin có thể được cải thiện phù hợp hơn với những ứng dụng riêng biệt trong các sản phẩm thực phẩm nhờ các phương pháp biến tính vật lý, hoá học hoặc enzyme. Bảng 3.5. Úng dụng của một số loại tinh bột biến tính Tinh bột Tinh bột bắp sáp (giàu amylopectin)

ứ n g dụng Salad, thực phẩm đóng hộp tiệt trùng và đông lạnh, xúp, bánh snack

Tinh bột hồ hoá trước

Bánh nướng, nhân bánh ngọt, phủ salad, pudding

Tinh bột thuỷ phân nhẹ bằng acid

Màng bảo vệ thực phẩm

Tinh bột bắp sáp liên kết ngang

Nhân bánh, nước xốt, trái cây đóng hộp đông lạnh hoặc tiệt trùng, pudding, phủ salad, xúp, thực phẩm cho trẻ em

Tinh bột hydroxypropyl ether

Trái cây đóng hộp đông lạnh hoặc tiệt trùng

Tinh bột carboxymethyl ether

Chất ìàm bền nho tương

Ester của tinh bột với acid acetic

Trái cây đóng hộp đông lạnh hoặc tiệt trùng, thực phẩm cho trẻ em

Ester của tinh bột với acid succinic và acid adipic

Trái cây đóng hộp đông lạnh hoặc tiệt trùng, các vi hạt để bảo vệ mùi

Ester của tinh bột với acid sulfuric

Chất làm đặc, làm bền nhũ tương, điều trị những chỗ loét (do ức chế pepsin)

214

III.3.2.4.1. Biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lý Phả huỷ tin h bột bằng lực cơ học Khi các h ạ t tinh bột ẩm (với hàm ẩm khác nhau) được nghiền (hay chịu tác dụng của một áp suất), tỷ lệ vô định hình trong cấu trúc tinh thể của hạt tăng lên, kết quả là khả năng phân tán và trương nở trong nước lạnh cũng tăng lên. N hiệt độ hồ hoá của tinh bột loại này giảm khoảng 5-10ơC, h ạ t tinh bột cũng dễ bị thuỷ phân bởi enzyme hơn do gia tăng khả năng xâm nhập của enzyme thông qua các rãn h vô định hình. Trong bột bánh được làm từ tinh bột loại này, nước được hâ'p thụ nhiều và nhanh hơn, tỷ lệ amylose bị phân huỷ cũng cao hơn. Tinh bột ép đù n (extruded starch) Trong quá trình ép đùn, cấu trúc xoắn kép double helix của amylose (cụ thể là khoảng cách giữa các chuỗi) có sự thay đổi. Tinh bột ép đùn dễ phân tán, tan tốt và có độ nhớt thấp hơn tinh bột thông thường. Sự phân huỷ một phần mạch amylose cho thấy các thay đổi về m ặt hoá học vẫn xuất hiện ở nhiệt cao của quá trình ép đùn (185-200°C). Sản phẩm tạo ra có maltose, isomaltose, gentibiose, sophorose và 1,6-anhydroglucopyranose. D extrin Đun nóng tinh bột (có dộ ẩm thấp hơn 15%) tới nhiệt độ 100-200°c khi có m ặt một lượng nhỏ chất xúc tác là acid (hoặc kiềm) sẽ tạo ra các dextrin. Khi tinh bột được gia nhiệt tới nhiệt độ 95-120°C trong điều kiện acid phù hợp, ta thu được dextrin trắng. Trong khoảng nhiệt độ từ 150 đến 180ỡc, một chuỗi các dextrin màu vàng nhạt được tạo ra. Để sản

215

xuất B ritish gum, nhiệt độ được sử dụng là 170-195ơc và thời gian chuyển hóa là 7 giơ hoặc lâu hơn.

Sơ đồ 3.2. Các dạng sản phẩm dextrin từ tinh bột Có nhiều biến đổi lý học và hóa học xảy ra trong quá trình dextrin hóa. Các biến đổi hóa học chính gồm sự giảm kích thước phân tử (do quá trình phân giải tinh bột thành các dextrin có trọng lượng phân tử thấp) và sự thay đổi tỷ lệ mạch thẳng (linearity) hay độ phân nhánh trong phân tử tinh bột (do quá trình polymer hóa ngược chủ yếu qua liên kết a-1,6 làm giám giá trị khử và hàm lượng đường khử, đồng thời tạo ra sản phẩm có độ phân nhánh cao). Thay đổi về kích thước ảnh hưởng đến độ nhớt của dextrin, trong khi các thay đổi về độ phân nhánh ảnh hưởng đến độ ổn định của dung dịch. So với tinh bột, dextrin tan tốt hơn trong nước cho dung dịch có độ nhớt và độ dính cao. Trong công nghiệp, dextrin được sản xuất bằng cách phun acid (0,05-0,15%) vào tinh bột ẩm, sau đó dextrin hóa trong thiết bị trộn có gia nhiệt bằng hơi. Dextrin được ứng dụng trong công nghiệp keo dán, công nghiệp dệt, 216

nhuộm... Trong công nghiệp thực phẩm, dextrin được dùng như chất kết dính trong đồ ngọt, chất thay thế chất béo... Tỉnh b ộ t hồ hoá trước (p r eg e la tin iz ed starchy Huyền phù tinh bột được hồ hóa sau đó sấy khô. Trong quá trình này, các liên kết sẽ bị cắt đứt một phần. Tinh bột loại này có khả năng trương nhanh trong nước lạnh, bền ở nhiệt độ thấp, có độ đặc và giữ nước mà không cần gia nhiệt. Nó được sử dụng để giữ và bảo vệ chất béo khỏi bị oxy hóa trong xúp khô, giữ ẩm trong sản phẩm thịt, sử dụng trong sản xuất kem và các sản phẩm ăn liền... III.3.24.2. Biến tính bằng phương pháp hóa học Biến tín h nhẹ bằn g a c id (Thin-boiling starch) Thuỷ phân nhẹ tinh bột bằng acid tạo ra một sản phẩm ít tan trong nước lạnh, nhưng tan tốt trong nước nóng, có độ nhớt và hiện tượng thoái hoá thấp. Tinh bột loại này được dùng làm chất tạo độ đặc và màng film bảo vệ. Ngoài ra, nó còn có nhiều ứng dụng trong công nghiệp dệt, công nghiệp giấy... Tinh b ộ t eth er Khi huyền phù tinh bột nồng độ 30-40% phản ứng với ethylene oxide hay propylene oxide trong môi trường kiềm sẽ tạo ra các dẫn xuất hydroxyethyl hay hydroxypropyl của tinh bột. R—0H + (R' = H ; CH3)

ỐH

217

Mức độ thay thế có thể kiểm soát được nhờ diều chỉnh các điều kiện phản ứng. Sản phấm có mức độ thay th ế thâp chứa ít hơn 0,11710Í alkyl trên 1mol glucose, còn sản phẩm có mức độ thay th ế cao chứa khoảng 0,8moỉ alkyl trên 1mol glucose. Việc đưa các nhóm hydroxyalkyl (thường kèm theo một lượng nhỏ các liên kết chéo) sẽ cải thiện đáng kể khả năng trương nở và hoà tan, hạ thấp nhiệt độ hồ hoá, cải thiện độ bền khi đông lạnh - rã đông, làm tăng độ trong của paste tinh bột có độ nhớt cao. Nhờ các tính chất này mà sản phẩm tinh bột ether được sử dụng như chất tạo độ đặc trong các loại thực phẩm lạnh đông và các sản phẩm đồ hộp cần tiệt trùng nhiệt. Phản ứng của tinh bột với monochloroacetic acid sẽ tạo ra tinh bột carboxymethyl: R—0H + CICH2C00ỡ —

*»

R—0 —CH2—C00G

Loại tinh bột này có khả năng trương nở rấ t tốt trong nước lạnh và ethanol. Dung dịch phân tán 1-3% tinh bột car boxy methyl có cấu trúc giống sáp (hay thuốc mỡ), còn phân tán 3-4% tinh bột loại này sê tạo ra cấu trúc gel. Đây là một chất tạo gel và tạo độ đặc rấ t tốt. Tinh b ộ t ester Tinh bột monophosphate ester được sản xuất bằng cách dun nóng tinh bột với alkaline orthophosphate hay alkaline tripolyphosphate Ở 120-175°c. R- ° H —

---- *

P 0 C I 3/Alkali p h o s p h a te

R— opo3hs

Tương tự, tinh bột cung có thể phản ứng với với các acid hữu cơ như acid acetic, acid béo mạch dài (6-26 carbon), acid 218

sucinic, acid citric, muối hay các dẫn xuất của chúng. Tinh bột loại này có độ nhớt cao, đặc tính làm đặc tót, paste tinh bột có độ trong cao. Ngoài ra, tinh bột ester cũng có tính châ't lạnh đông/tan giá tót. Chúng được sử dụng rộng rái làm chất tạo độ đặc và chất ổn định trong các loại nước xốt (như tương ớt), bột xúp, bánh pudding, thực phẩm đông lạnh, margarine và các loại đồ hộp tiệt trùng nhiệt. Do khả năng tạo được màng trong suốt và đàn hồi nên tinh bột loại này được dùng để làm lớp phủ bảo vệ trái cây sấy, giữ mùi hay tạo viên nang mềm (encapsulation). Tinh bột liên k ế t ngang (cross-linked starch) Tinh bột liên kết ngang được tạo ra khi cho tinh bột phản ứng với các tác nhân đa chức năng {di- hoặc polyfunctional reagent) như sodium trimetaphosphate, phosphorus oxychloride, epichlorohydrin, hay hỗn hợp của anhydric acetic và dicarboxylic acid: 2 R — OH

R 'C O — o — C O — (C H 2)n— C O — o — C O R '

R—0 —CO—(CH2)n—CO—0 —R R— OH

< C H 2CI

R— o — CH2— C H — C H 2CI OH

OH9

R— o — C H 2

R— 0 — C H 2— C H — C H 2— 0 — R OH

2B_ 0 „

_ 0_— p— L 0_— R R—

Đối với tinh bột liên kết ngang, nhiệt độ hồ hoá tăng tỷ lệ thuận, trong khi khả năng trương nở lại tỷ lệ nghịch với lượng các liên kết ngang. Loại tinh bột này có độ bền rấ t cao trong khoảng pH rộng (ngay cả trong các thực phẩm acid) và dưới tác động của lực cơ học (shear force) như khuấy. Loại tinh bột biến tính này thường được sử dụng trong các thực phẩm cần tinh bột có độ bền cao; ví dụ như trong bột dinh dưỡng cho trẻ em (bền khi khuấy và đun nóng), làm nhân quả trong bánh (duy trì được độ sệt khi làm lạnh, không bị phá hủy ở nhiệt độ cao và khuấy trộn, gel tạo ra trong suốt và bền...). Các liên kết ngang trong tinh bột cũng có thể được tạo ra qua các cầu B (acid boric). Tinh bột loại này rấ t dai, bền, cứng và giòn hơn tinh bột thông thường. Với mức độ khâu thấp, tinh bột loại này được sử dụng để ổn định độ nhớt của hồ nóng do khả năng làm đặc rất tốt. Với mức độ khâu cao, tinh bột không bị trương khi gia nhiệt nên được dùng trong sản xuất găng tay phẫu thuật và trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác. Tinh b ộ t oxy h óa Quá trình thuỷ phân và oxy hoá tinh bột sẽ xảy ra khi xử lý huyền phù tinh bột với hypochloride (HC10 hay NaClO) ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ hồ hoá. Trong quá trìn h phản ứng, kích thước h ạ t tinh bột có thay đổi chút ít, chiều dài mạch tinh bột cũng giảm nhẹ do hiện tượng thuỷ phân, các nhóm chức tạo ra gồm carbonyl và carboxyl với tỷ lệ 1 nhóm carboxyl/25-50 gốc glucose. cooe

c h 2o h

\Ọ H

--0 --' \

220

Tinh bột oxy hoá có màu rất trắng, nhiệt độ hồ hóa thấp, độ nhớt tăng chậm, gel tinh bột có độ trong cao và xu hướng thoái hóa giảm. Tinh bột biến tính loại này được sử dụng trong sản xuất giấy và để hồ sợi trong công nghiệp dệt. Trong công nghiệp thực phẩm, nó được dùng như chất làm đặc có độ nhớt thấp trong xốt salad và mayonnaise. III.3.2.4.3. Biến tính bằng enzyme Sơ đồ 3.3. Các amylase tham gia vào quá trình thủy phân tinh bột Endo-oc-1,4 glucanase - ► a-amylase

a-1,4

glucanase

Exom altohexahydrolase

Exom altopentahydrolase

Exom alto-

E x o -a -1 4 glucanase

tetrah y d ro lase

Enzym e

\> p-Amylase

thủy phân tin h bột

V Glucoamylase 'y

a-Amyloglucosidase

Pullulanase Isoam ylase

a-1,6 glucanase Exo-oc-1,6 glucanase

E xopulluỉanase

221

Amylase là một trong những hệ enzyme quan trọng nhất trong ngành công nghệ sinh học hiện nay do có những ứng dụng hết sức rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, công nghiệp lên men, công nghiệp dệt và công nghiệp giấy. Amylase đầu tiên được sản xuất ở quy mô công nghiệp năm 1894, nó có nguồn gốc từ nấm mốc và được sử dụng như một loại dược phẩm để chữa bệnh về tiêu hóa. Ngày nay các amylase vi sinh vật đã thay thế thành công acid trong công nghiệp thủy phân tinh bột. Amylase cũng được sử dụng rộng rãi để đường hóa tinh bột trong sản xuất rượu bia. Các enzyme có độ tinh sạch cao và những tính chất phù hợp có triển vọng to lớn trong công nghiệp dược phẩm và công nghiệp hóa chất tinh khiết. Theo phân loại của Nigam (1995), hệ amylase tham gia vào quá trình thủy phân tinh bột gồm các enzyme chính được liệt kê trong sơ đồ 3.3. a-Amylase, |3-amylase và glucoamylase là những enzyme biến tính tinh bột quan trọng nhất, a-Amylase (endo-l,4-ot-Dglucan glucohydrolase, EC 3.2.1.1) là enzyme ngoại bào thủy phân liên kết 1,4-a-D-glucoside của phân tử amylose một cách ngẫu nhiên. Đó cũng là những endo-enzyme phân cắt bên trong mạch tinh bột với sản phẩm chính tạó thành là các dextrin. (3-Amylase (a-l,4-glucan maltohydrolase, EC 3.2.1.2) là một exo-enzyme thủy phân từ đầu không khử của mạch amylose, amylopectin và glycogen, chúng cắt lần lượt các liên kêt glucoside tạo ra maltose (dạng p-anomer). Do enzyme này không thủy phân được liên kết a -l,6 “glucoside ở amylopectin nên kêt quả thủy phân cuối cùng thường gồm 50-60% maltose v à P - lim it dextrin. Glucoamylase (ce-l,4-glucan g lu c o h y d r o la s e EC 3.2.1.3) là enzyme thủy phân liên kết a-1,4 và a-1,6 glucoside từ đầu không khử của mạch tinh bột tạo ra đường 222

glucose. Ngoài ra, a-glucosidase và các enzyme thủy phân liên kết nhánh cũng được sử dụng nhiều trong công nghiệp thủy phân tinh bột. a-Glucosidase thủy phân từ đầu không khử các liên kết a-1,4 và a-1,6 của các gốc glucopyranose để tạo ra đường a-D-glucose. Enzyme này thủy phân rất tốt các đường đôi và các oligosaccharide, nó có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt trong chuyển hóa xi-rô giàu maltose thành xi-rô giàu glucose và trong thủy phân các dextrin giới hạn. Enzyme thủy phân liên kết ot-l,6-glucoside trong phân tử amylopectin, glycogen và những polymer khác như pullulanase, exopullulanase, isoamylase thường được sử dụng kết hợp với |3-amylase, GA trong sản xuất một số sản phẩm xi-rô hay đường glucose với mục đích tăng hiệu suất thủy phân. Các giai đoạn chính trong quá trình sản xuất các sản phẩm đường ngọt từ tinh bột gồm hồ hóa và dịch hóa tinh bột bằng oc-amylase, đường hóa tinh bột bằng p-amylase, glucoamylase và các enzyme tạo oligosaccharide, isomer hóa bằng glucoisomerase (để chuyển glucose thành fructose). Tùy thuộc vào enzyme sử dụng mà sản phẩm thu được khác nhau. Các loại đường ngọt này được ứng dụng trong nhiều sản phẩm thực phẩm như nước giải khát, bánh kẹo, kem, thức ăn trẻ em, trái cây đóng hộp, làm chất bảo quản... Các sản phẩm đường ngọt từ tinh bột có nhiều ứng dụng bao gồm đường glucose tinh thể hoặc dung dịch (D-glucose), xi-rô giàu fructose hoặc fructose tinh thể, xi-rô glucose và maltose, maltodextrin và cyclodextrin. Các sản phẩm tinh bột thủy phân như đường glucose, các loại xi-rô và maltodextrin thường được phân loại dựa trên chí số DE tDextrose Equivalent). Tinh bột có chỉ số DE bằng 0 do số lượng các gốc khử có m ặt rấ t ít. Thủy phân hoàn toàn 223

tinh bột sẽ tạo ra đường glucose với chỉ số DE 100. Các sản phẩm thủy phân ồ mức độ trung gian sẽ có giá trị DE nằm trong khoảng từ 0 đến 100. Đường glucose thường chứa ít n hất 99,5% glucose, các dạng xi-rô có DE trong khoảng từ 2099,4 còn m altodextrin là những sản phẩm có chỉ số DE 4-20. Tuy nhiên, DE không hoàn toàn thể hiện đúng mức. độ thủy phân, đặc biệt đối với các sản phẩm xi-rô có cùng chỉ số DE nhưng khác nhau ở thành phần đường oligo do tinh bột được thủy phân bởi những nguồn enzyme và phương pháp khác nhau. Trong trường hợp này, sản phẩm được đánh giá bởi thành phần và nồng độ các đường DPI (glucose), DP2 (maltose), DP3 (maltotriose), DP4 (maltotetraose)... Các sản phẩm chứa fructose thông thường được mô tả bằng hàm lượng fructose, sản phẩm chuẩn thường chứa 42, 55, 90% fructose, đường fructose tinh thể chứa ít nhất 99% fructose sạch. Cyclodextrin là các mạch vòng chứa 6, 7 hoặc 8 gốc glucose tương ứng với a, (3- và Ỵ-cyclodextrin, được tạo ra bởi tác dụng của cyclodextrin glucano-transferase CGTase từ vi khuẩn B. macerans. Cyclodextrin dược sản xuất nhiều nhất tại Nhật Bản bởi nhiều hãng, trong đó lớn nhất là hãng Nihon Shokuhin Kato với sản phẩm a-cyclodextrin có độ tinh sạch 98,5%. III.3.3. Một sô" loại gỉucỉd thực phẩm kh ác IỈI.3.3.1. A gar Cấu trú c và tín h ch ấ t Agar là một loại polysaccharide được tách ra từ rong biên (thuộc nhóm tảo đỏ Rhodophyceae) như Geỉidium sp', Pterocỉadia sp. và Graciỉaria sp. Đây là một phức hợp polysaccharide mà thành phần chính là agarose và agaropectin. 224

Thành phần chính của mạch polysaccharide là P-Dgalactopyranose và 3,6-anhydro-a-Lrgalactopyranose liên kết với nhau bởi liên kết (3-1,4 và oc-1,3. Hình 3.16. Cấu trúc của phân tử agar

Mạch polysaccharide được ester hoá ở mức độ thấp vđi acid sulfuric. Trong mạch agarose (thành phần tạo gel chính của agar), cứ sau 9 đường galactose thì đường thứ 10 lại bị ester hoá; còn trong mạch agaropectin, tỷ lệ ester hoá cao hơn, ngoài ra còn có m ặt acid pyruvic để tạo thành các gốc 4,6~(l-carboxyethylidene)-D-galactose. Tỷ lệ của agarose và agaropectin trong các loại agar cũng rấ t khác biệt. Nếu có sự hiện diện của acid uronic thì với tỷ lệ không vượt quá 1%. Agar không tan trong nước lạnh, tan nhẹ trong ethanolam in và tan tót trong formamide. Agar nhận được nhờ kết tủa bằng cồn, ổ trạng thái ẩm có thể tan trong nước ở nhiệt độ 25 °c, nhưng ở trạng thái sấy khô lại chỉ tan trong nước nóng. Khi để nguội, dung dịch agar sẽ tạo thành gel. Đây là chat tạo gel tốt nhất, nó có thể hấp thụ rấ t nhiều nước và tạo gel nhờ các liên kết hydro ở nồng độ rấ t thâp (khoảng 0,04%). Khả năng tạo gel và độ bền ge 1 phụ thuộc vào nồng độ agar và phân tử lượng trung bình của nó. Dung dịch 1,5% tạo gel ở 32-39ơC, nhưng không chảy ở nhiệt độ thấp hơn 60-97°c. Sự khác biệt lớn giữa nhiệt độ

225

nóng chảy và n h iệt độ tạo gel, còn được gọi là sự trễ nhiệt hysteresis là m ột tín h ch ất riên g đặc trưng của agar. ứng dụng Những ứng dụng của agar trong thực phẩm dựa trên các tính chất sau: đây là một loại glucid không tiêu hoá được, có khả năng tạo ge 1 bền nhiệt, có khả năng nhũ hoá và làm bền. Agar còn có khả năng tạo màng có độ bền cơ học cao và trong suốt. Agar được dùng làm thạch, thay th ế pectin trong mứt quả, thay gelatin trong các sản phẩm th ịt cá, dùng làm môi trường rắn nuôi cấy vi sinh vật. Agar thường được sử dụng cùng với gum tragacanth, locust bean gum hay gelatin trong đồ tráng m iệng đông lạnh (làm từ nước quả, đường, sữa), trong sản phẩm kem (với nồng độ 1%). Ở nồng độ từ 0,1-1%, nó là chất ổn định trong sữa chua uống, nhiều loại phomai, kẹo và bánh ngọt (nhân bánh dạng paste). Agar làm chậm quá trìn h hư hỏng ở bánh mì, cung cấp cấu trúc gel cần th iết trong các đồ hộp thịt. Cuối cùng, agar được dùng rộng rãi trong các thực phẩm ăn kiêng (thay th ế thịt), đồ tráng miệng và sản phẩm ngũ cốc ăn liền. III.3.3.2. A lg in a te

Cấu trúc và tỉnh chất Alginate có trong tấ t cả các loại tảo nâu (Phaeophyceae), là th àn h phần của thành tế bào. Nguồn thu nhận alginate chính trong công nghiệp là tảo bẹ lớn (giant kelp Macrocystis pyrifera). Alginate thường được chiết bằng kiềm, sau đó được kết tủa bằng acid hay muối Calcium.

226

Alginate được tạo thành từ các acid P-D-mannuronic và acid a-L-guluronic qua liên kết 1,4. Tỷ lệ của hai acid này vào khoảng 1,5 tuỳ thuộc vào nguồn thu nhận alginate. Hình 3.17a. cấu trúc của alginate

Alginate là co-polymer mạch thẳng với các đơn vị cấu trúc (structural unit) được tìm thấy sau đây: [—> 4)-p-D-ManpA( l-4)-p-D-ManpA( 1—>]n 4)-cc-L-GulpA( l-4)-oc-L-GulpA( 1—>]m [-> 4)-P-D-ManpA( l-4)-a-L-GulpA( 1—>]p

Sản phẩm thương mại thường ở dạng alginate Na, có MW 32-200H)a, tương ứng với mức độ polymer hoá DP (degree of polymerisation) từ 180-930. Alginate ở dạng muối tan trong nước, độ nhớt của dung dịch thu được phụ thuộc vào trọng lượng phân tử và lượng ion trong muối. Khác với agar, dung dịch alginate không đông lại ngay cả khi làm lạnh đông. Việc làm lạnh đông và làm tan giá dung dịch Na-alginate khi có m ặt Ca2+ có thể làm tăng độ nhớt của dung dịch. Khi thêm acid hay ion Ca, dung dịch Na-alginate có thể tạo th àn h gel, màng, hay sợi (fiber) nhờ các tương tác tĩnh điện qua cầu calcium. Phụ thuộc vào nồng độ calcium, gel tạo 227

ra có thể thuận nghịch (khi nồng dộ Ca2+ thấp) hay không thuận nghịch và ít đàn hồi (khi nồng độ Ca2+ cao). Hình 3J7b. Cấu trúc gel của alginate khi có m ặt Ca2+

ứ n g dụ n g Alginate có vai trò là chất làm dặc, chất ổn định và chất tạo gel trong thực phẩm, ở nồng độ sử dụng 0,25-0,5% nó giúp tăng độ bền của các sản phẩm salad, kẹo sôcôla và nhân bánh dạng paste trong bánh ngọt, ngăn ngừa hiện tượng tạo th àn h các tinh thể đá lớn ở sản phẩm kem trong suốt thời gian bằo quản. Alginate cũng được sử dụng trong nhiều sản phẩm dạng gel như gel trái cây, đồ tráng miệng; nó là chất ổn định trong các loại nước quả đục và làm bền bọt bia; nó cũng được dùng trong thực phẩm ăn kiêng, là c h ấ t mang trong cố định tế bào... Một sô" dẫn xuât của alginate (như propylene glycol alginate) cũng là những sản phẩm có nhiều ứng dụng trong công nghiệp. 228

III.3.3.3. C arrageenan Cấu trú c và tín h ch ấ t Tảo biển đỏ Rhodophyceae tạo ra hai dạng galactan: - Agar và các polysaccharide giông agar với thành phần monomer là D-galactose và 3,6-anhydro-L-galactose - Carrageenan và các polysaccharide có liên quan với thành phần D-galactose và 3,6-anhydro-D-galactose liên kết với nhau bởi liên kết 1-4 và 1-3. Hình 3.18. Cấu tạo của carrageenan

Có thể thấy, carrageenan có cấu tạo gần giống agar, nhưng D-galactose được sulphate hóa với tỷ lệ cao. Các gốc đường bị sulphate hoá một phần để tạo thành 2-, 4-, 6-sulphate và 2,6-disulphate. Carrageenan được tách từ các loài Chondrus, Eucheuma, Gigartina, Gloiopeltis và ỉridaea bằng nước nóng trong môi trường kiềm yếu, sau đó được sấy khô hay kết tủa để thu các sản phẩm tinh sạch hơn. Carrageenan là một hỗn hợp nhiều polysaccharide. Chùng có thể được tách riêng bằng phương pháp kết tủa phân đoạn với ion potassium. Bảng dưới đây liệt kê một số phân đoạn của carrageenan.

229

Bảng 3.6. Thành phần monomer của các phân đoạn carrageenan C arrageenan

Thành phần monosaccharide

I-Carrageenan

D-galactose-4-sulphate, 3,6-anhydro-D-galactose-2-sulphate

X-Carrageenan

D-galactose-4-sulphate, 3,6-anhydro-D-galactose

\>.-Carrageenan

D-galactose-2-sulphate D-galactose-2,6-disulphate

^ -C a rra g ee n a n

D-galactose-4-sulphate, D-galactose-6-sulphate,

3,6-anhydro-D-galactose V -C arrageenan

D-galactose-4-sulphate, D-galactose-2,6-disulphate, 3,6-anhydro-D-galactose

Furcellaran

D -galactose-D -galactose-2-sulphate,

D-galactose-4-sulphate, D-galactose-6-sulphate, 3,6-anhydro-D-galactose Trong các thành phần trên, hai phân đoạn quan trọng n hất là %-carrageenan (tạo gel và kết tủa bởi K+) và Xcarrageenan (không tạo gel và không bị kết tủa bởi K+). Phân tử lượng của À- và X“carraểeenan nằm trong khoảng 200800kDa. Độ hoà tan trong nước của carrageenan tăng khi tỷ lệ sulphate hoá tăng và khi lượng các gốc a n h y d ro - g a la c to s e giảm. Độ nhớt của dung dịch phụ thuộc vào dạng carrageenan, trọng lượng phân tử, nhiệt độ, sự có m ặt của các ion và nồng độ của carrageenan. Khi có m ặt một số ion như 230

ammonium, potassium, rubidium, caesium, dung dịch %carrageenan có thể tạo gel thuận nghịch; tuy nhiên khi có m ặt ion lithium và sodium thì sự tạo gel lại không xảy ra. Nhiều nghiên cứu cho thấy khả năng tạo gel của carrageenan phụ thuộc vào bán kính cưa ion hydrat hoá (hydrated counter ion). Trong trường hợp của lithium và sodium, bán kính (khoảng cách giữa ion và phân tử carrageenan) tương ứng là Q,34nm và 0,28nm vượt quá giới hạn cho phép nên không tạo nên được các cầu nốì tạo cấu trúc gel. Ngoài ra, khả năng tạo gel của carrageenan có thể còn do cơ chế tạo cấu trúc xoắn kép từng phần giữa các mạch carrageenan. Thêm carubin có tác dụng ngăn cản hiện tượng tập hợp các cấu trúc xoắn kép, giúp %-carrageenan tạo được gel cứng và có độ đàn hồi tốt hơn. Các gốc 6-sulphate có thể bị loại bỏ khi đun nóng carrageenan trong dung dịch kiềm, tạo ra các gôc 3,6-anhydrogalactose, giúp tăng cường đáng kể độ bền của gel. Carrageenan và những polysaccharide acid khác có thể làm đông tụ protein khi pH của dung dịch protein thâp hơn điểm đẳng điện. Tính chất này có thể được sử dụng để tách riêng các hỗn hợp nhiều protein. ứng dụng Việc sử dụng carrageenan trong công nghiệp thực phẩm dựa trên các tính chất như khả năng tạo ge 1, tăng cường độ nhớt của dung dịch, làm bền hệ nhũ tương và nhiều hệ phân tán khác của carrageenan. ở nồng độ 0,03%, carrageenan có khả năng ngăn ngừa hiện tượng tách giọt, tăng cường độ ổn định của các h ạt cacao lơ lửng trong nhũ tương sữa sôcôla. Carrageenan cũng ngăn cản hiện tượng tách dầu béo trong phomai tươi, cải thiện tính chất bột nhào và tăng lượng sữa có thể sử dụng trong các sản phẩm bánh nướng. Khả năng 231

tạo gel khi có m ặt ion K+ được sử dụng trong đồ tráng miệng và đồ hộp. Cấu trúc sợi của protein được cải thiện, hiện tượng lắng của protein trong sữa đặc có dường cũng giảm nhờ sử dụng carageenan. Cuối cùng, carrageenan được sử dụng làm chất ổn định trong kem và đồ uống. III.3.3.4. G um tra g a c a n th Gum tragacanth là một loại nhựa cây thu được từ Astragalus là một loài thực vật trồng nhiều ở các nước vùng trung đông như Iran, Syria, Thổ Nhĩ Kỳ... Gum tragacanth chứa 2 thành phần: acid tragacanthic tan trong nước và bassorin trương lên nhưng khồng tan trong nước. Acid tragacanthic chứa 43% acid D-galacturonic, 40% D-xylose, 10% L-fucose và 4% D-galactose. Tương tự như pectin, loại gum này có thành phần chính là mạch acid polygalacturonic, còn các mạch nhánh (side chain) là những th àn h phần còn lại. Hình 3.19. Cấu tạo của gum tragacanth ►4)-a-D-GalpA-(1—*~4)-a-D-GalpA-(1—►4)-a-D-GalpA-(1—»-4)-a-D-GalpA —

P-D-Xylp

(5-D-Xylp 2

|3-D-Xyỉp 2

a-L-Fucp

(3-D-Galp

Bassorin chứa 75% L-arabinose, 12% D-galactose, 3% Dgalacturonic acid methyl ester và L-rhamnose. Phân tử lượng của gum tragacanth khoảng 840kDa, phân tử của nó có khả 232

năng kéo dài ra trong dung dịch nước và vì thế tạo nên một độ nhớt rất cao. Gum tragacanth được sử dụng như chất tạo độ đặc và chất ổn định trong các loại salad (với nồng độ sử dụng khoảng 0,4-1,2%), chất làm đầy nhân bánh trong các loại bánh nướng, chât tạo cấu trúc mềm mại trong kem (khi sử dụng vớỉ nồng độ 0,5%). III.3.3.5. G uaran gum Bột guar nhận được từ nội nhũ hạt các cây họ đậu Cyamopsỉs tetragonobola sau khi bóc vỏ hạt và loại bỏ mầm hạt. Ngoài guaran polysaccharide, bột guar còn chứa từ 1015% ẩm, 5-6% protein, 2,5% xơ thô và 0,5-0,8% tro. Loại cây này được trồng à Ấn Độ, Pakistan và vùng Texas (Mỹ) để làm thức ăn cho súc vật. Guaran gum chứa các gốc P-D-mannopyranosyl liên kết với nhau qua liên kết 1-4. Cứ cách một gốc đường lại có một gốc nhánh D-galactopyranosyl nối với mạch chính qua liên kết ct-1,6. Ninh 3.20. cấu tạo của guaran gum

233

Guaran gum củng tạo dung dịch có độ nhớt cao. Nó được sử dụng như chất làm dặc và làm bền trong các loại salad, kem (với nồng độ sử dụng 0,3%). Ngoài những ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, guaran gum còn được dùng trong cồng nghiệp giấy, mỹ phẩm và dược phẩm. III.3.3.6. P ectin Pectin phân bố rộng rãi trong nhiều loại thực vật. Nó được sản xuất công nghiệp từ vỏ các loại quả thuộc họ cam quýt và từ bã táo (sau khi nghiền và ép hết nước). Pectin chiếm tỷ lệ 20-40% chất khô trong vỏ cam, quýt và 10-20% trong táo. Tách chiết pectin được thực hiện ở pH 1,5-3 và nhiệt độ 60-100ỡC. Quá trình được kiểm soát chặt chẽ để trán h hiện tượng thuỷ phân các liên kết glycoside và liên kêt ester. Dịch chiết được cô đặc để thu pectin dạng lỏng, hay sấy phun để thu pectin dạng bột. Có thể tinh sạch pectin bằng cách kết tủa khi có m ặt các ion (như Al3+), sau đó rửa với alcohol để loại ion, hoặc kết tủa bằng rượu như isopropanol và ethanol. Cấu tạ o Pectin là polimer của a-D-galacturonic acid nối với nhau nhờ liên kết a-1,4, ngoài ra trong thành phần mạch chính của pectin còn có các gốc đường rhamnose nằm xen kẽ hay liền kề nhau. Pectin cũng chứa một lượng nhỏ D-galactan, arabinan (trong những đoạn mạch mở rộng), và một lượng ít hơn fucose và xylose ở những đoạn mạch ngấn (thường chỉ từ 1-3 gốc đường). Những đoạn mạch ngắn này không được coi là th àn h phần chính của pectin. Các gốc carboxyl của acid galacturonic trong mạch pectin bị ester hóa (với nhiều mức độ khác nhau) với methanol, còn các gốc -OH ở C2 và C3 có thể bị acetyl hoá với tỷ lệ thấp. 234

Hình 3.21. Cấu tạo của pectin

Polimer của a-D-gaỉacturonic acid Độ bền của pectin cao nhất tại pH 3-4. So với các liên kêt ester, liên kết glycoside bị thuỷ phân trong môi trường acid m ạnh hơn; còn trong môi trường kiềm, cả hai dạng liên kêt này đều bị cắt đứt với mức độ như nhau. Tại pH 3 hoặc khi có m ặt ion Ca2+ tại những giá trị pH cao hơn, pectin tạo thành gel thuận nghịch. Khả năng tạo gel của pectin tỷ lệ thuận với trọng lượng phân tử và tỷ lệ nghịch vđi mức độ ester hoá. Để tạo thành gel, pectin có mức độ ester hoá thấp cần giá trị pH thấp và/hoặc phải thêm vào ion calcium, tuy nhiên nó có thể tạo gel khi có m ặt hàm lượng đường tương đối thấp. Pectin có mức độ ester hoá cao đòi hỏi lượng đường cao hơn, và cần thời gian dài hơn để tạo gel.

235

ứ n g d ụ n g củ a p e c tin Do khá năng tạo gel tốt nên pectin được sử dụng rộng rãi trong các loại mứt, nước quả nấu đông, thạch... Điều kiện tiêu chuẩn để tạo thành một gel bền bao gồm: hàm lượng pectin < 1%, dường saccharose 58-75%, pH 2,8-3,5. Trong những sản phẩm có hàm lượng đường thấp, người ta thường sử dụng pectin mức độ ester hoá thấp cùng với sự có m ặt của ion calcium. Pectin được dùng như chất ổn định trong các loại đồ uống (để nhũ hoá các thành phần dầu cần thiết) hoặc trong các sản phẩm kem. Hệ enzym e p e ctin a se Pectin trong thực phẩm có nguồn gốc thực vật bị tấn công bởi các enzyme sau đây: Pectin-esterase: là enzyme thuỷ phân lần lượt các liên kết ester giữa nhóm methanol và nhóm carboxyl của acid galacturonic trong phân tử pectin. Enzyme này có thể nhận được từ nấm mốc A. niger (có pĩlopt 4,5-5,5, t°opt 40-45ớC) và từ thực vật (pHopt 7,5-8, t°opt 55-60°C). Khả năng hoạt động của chúng phụ thuộc vào nguồn thu nhận, mức độ ester hoá của pectin. Chúng được hoạt hoá bởi Ca2+ và bị vô hoạt bởi các ion noá trị 3 và 4 như thuỷ ngân, chì, nhôm hay sắt. Polygalacturonase: là enzyme thuỷ phân liên kết a-1,4D-galactoside giữa các gốc acid galacturonic. Có hai loại polygalacturonase và polymethyl-galacturonase tác động lên acid pectic (không chứa nhóm methyl) và pectin (methyl hoá). Tương tự như amylase, các polygalacturonase cũng có loại dịch hoá hay các endo-enzyme. Chúng phân cắt các phân tử polymer và làm giảm nhanh chóng độ nhớt của dung dịch pectin. Enzyme đường hoá (exo-enzyme) thuỷ phân pectin cho sản phẩm cuối là các acid pente-, tetra-, di- và 236

trigalacturonic. Polygalacturonase xuất hiện ở thực vật và vi sinh vật (thường được thu nhận từ nấm mốc A. niger). Chúng có t°opt 40-45°C, pHopt trong vùng acid yếu và được hoạt hoá bởi ion Ca2+ hoặc NaCl. Protopectinase: là enzyme phân tách các thành phần như araban và galactan khỏi protopectin để tạo thành pectin hoà tan. Đây là một trong những enzyme có vai trò quan trọng trong quá trình chín của quả. Transeỉiminase: là enzyme phân huỷ pectin không theo con đường thuỷ phân. Chúng có khả năng làm đứt các liên kết a-l,4-galactoside để tạo ra các đơn phân là acid galacturonic có chứa nồi đôi (4-deoxy-5-ketogalacturonic acid). Transeliminase nhận được từ những nguồn khác nhau có cơ chế tác dụng và các tính chất khác nhau. Enzyme từ nấm mốc có pHopt trong vùng acid yếu (5,2), ngược lại enzyme từ vi khuẩn (như B. polymyxa) lại có pHopt trong vùng trung tính (7,0-8,5). Pectinase đã được nghiên cứu sử dụng trong sản xuất nước rau quả từ những năm 1930. Trong thực phẩm, hệ enzyme cellulase được sử dụng kết hợp với pectinase để sản xuất các loại puree, bột trái cây, rau củ nghiền nhuyễn. Tác dụng của các enzyme này là làm tăng hiệu suất ép, làm trong và tăng cường khả năng lọc (đối với nước quả trong), giảm hiện tượng lắng (ở các loại nước quả đục) do phá vỡ các thành phần polymer không tan như cellulose, hemicellulose, pectin, cải thiện màu và mùi của sản phẩm. Trong sản xuất rượu vang đỏ và nước nho đỏ, hệ enzyme trên được sử dụng để giải phóng tối đa và làm bền chất màu, tăng cường mùi cho các loại rượu và nước quả làm từ quả còn xanh, cải thiện độ trong và khả năng lọc... Pectinase cũng được sử dụng để tách lớp keo trên bề mặt hạt cà phê trong sản xuất cà phê và cà phê hoà tan. 237

111.3.3.7. C ellulose Cellulose là thành phần chính của thành tế bào thực vật, cùng với hemicellulose, pectin và lignin. Do hệ enzyme phân huỷ cellulose (là cellulase) không có m ặt trong hệ tiêu hoá của người, nên cellulose chỉ đóng vai trò duy trì nhu động ruột của hệ tiêu hóa. Thiếu cellulose trong khẩu phần ăn dễ gây táo bón, ung thư trực tràng, còn quá nhiều cellulose trong khẩu phần ăn gây giảm sự hấp thu chất dinh dưỡng trong đường ruột. Cellulose và một số loại polysaccharide trơ khác cấu thành nên các th ành phần carbohydrate không tiêu hoá được trong thực phẩm có nguồn gốc thực vật (như rau củ, ngũ cốc, trái cây), và dược sử dụng như các chất xơ (fiber) thực phẩm. Cellulase cũng không có m ặt trong hệ tiêu hoá của động vật, tuy nhiên động vật nhai lại (ăn cỏ) lại có khả năng tiêu hóa cellulose do hệ vi sinh vật trong dạ cỏ có khả năng sinh tổng hợp cellulase. 111.3.3.7.a. Cẩu trúc

Cellulose được cấu tạo từ đường D-glucose nhờ các liên kết (3-1,4 glycoside. Cellulose kết tinh dưới dạng các tinh thể hình que. Các mạch (chuỗi) polysaccharide sẽ định hướng song song theo chiều của sợi (trụ c b, hình 3.22.b) và tạo ra m ột sợi cellulose dài. Các chuổi có câu trúc xếp gấp sao cho có thể hình th àn h các cầu hydro giữa 0-4, 0-6 và giữa 0-3, 0-5. Các cầu hydro giữa các phân tử được hình thành theo tr ụ c a còn các tương tác kỵ nước lại hình thành theo t r ụ c c và chúng đóng vai trò quan trọng trong việc liên kết cũng như làm bền các chuỗi song song. Phần tinh th ể thường chiếm

238

khoảng 60% trong cấu trúc tự nhiên của cellulose, 40% còn lại là cấu trúc vô định hình và chúng sẽ chuyển thành dạng tinh thể khi bị loại nước. Trong vùng vô định hình tồn tại các liên kết yếu đối với tác động của acid hoặc kiềm và khi các liên k ết này bị thuỷ phân sẽ tạo ra cellulose vi tinh thể (microcrystalline cellulose). Sản phẩm cellulose thuỷ phân một phần thường có kích thước 30-50kDa, không tan trong nước nhưng không còn cấu trúc sợi. Hình 3.22.a. cấu trúc của cellulose

Cấu trúc tinh thể của cellulose

239

Cellulose có nhiều mức độ polymer hoá (Degree of Polymerisation - DP) khác nhau tuỳ thuộc vào nguồn gốc của nó. DP của cellulose có thể thay dổi từ 1000 đến 14000 (tương ứng với trọng lượng phân tử 162-2268kDa). Do trọng lượng phân tử lớn và cấu trúc tinh thể, cellulose không tan trong nước. Ngoài ra, khả năng trương nở và hấp thụ nước - phụ thuộc một phần vào nguồn gốc cellulose - cũng yếu hoặc gần như không có. 111.3.3.7.b. ứng dụng của cellulose Cellulose vi tinh thể (microcrystalline) được sử dụng trong các loại thực phẩm calori thấp, trong salad, các món tráng miệng và kem. Khả năng hydrat hoá và phân tán của chúng được cải thiện rõ rệt khi sử dụng chung với một ỉượng nhỏ carboxymethyl cellulose. 111.3.3.7.C. Các dẫn xuất của cellulose A lk yl cellulose Phản ứng giữa cellulose và methylchloride hay propylene oxide trong môi trường kiềm m ạnh sẽ gắn thêm các gốc methyl hay hydroxypropyl vào cellulose. Mức độ thay thê phụ thuộc vào các điều kiện phản ứng.

0 OH

CH3CI

—

c e

—O — CH3

uL CH3

OHe

— 0 — C H 2— C H — C H 3

E_ ÒH

Các sản phẩm hỗn hợp cũng được sản xuất như methylhydroxypropyl cellulose hay methylethyl cellulose. 240

Phụ thuộc vào bản chất của gốc thay th ế (methyl, ethyl, hydroxymethyl, hydroxyethyl, hydroxy propyl) và mức độ thay th ế mà các dẫn xuất cellulose nhận được có khả năng trương nở và hoà tan trong nước khác nhau. Tính chất đặc trưng của methyl cellulose và methyl-hydroxypropyl cellulose là khả năng giảm độ nhớt khi tăng nhiệt độ và khả năng tạo gel thuận nghịch ở nhiệt độ nhất định. Khả năng tạo gel cũng phụ thuộc vào dạng dẫn xuất, mức độ thay thế, nồng độ của dẫn xuât celluose trong dung dịch nước. Những tín h chất trên đây của các dẫn xuất cellulose khiến chúng có nhiều ứng dụng. Trong các sản phẩm nướng làm từ bột ít gluten hay không có gluten (như bột gạo, bột bắp), sử dụng methyl hay methyl-hydroxypropyl cellulose sẽ làm giảm hiện tượng bớ và vỡ vụn của bánh, tăng lượng nước sử dụng trong bột nhào và nhờ vậy tăng khả năng phồng nở của tinh bột trong quá trình nướng bánh. Do những dẫn xuất của cellulose có nhiệt độ tạo gel khác nhau nên có thể lựa chọn loại cellulose phù hợp nhất cho từng ứng dụng. Các dẫn xuâ't này khi thêm vào bột chiên th ịt hay tôm sẽ giúp tăng lượng mỡ có thể hấp thụ khi chiên, thêm vào các loại rau củ, trái cây sấy khô giúp cải thiện tín h chất và cấu trúc của sản phẩm khi tái hydrat hoá. Các loại thực phẩm không bền có thể được bảo quản nhờ phủ lên một lớp dẫn xuất alkyl cellulose. Các dẫn xuất cellulose cũng được sử dụng như chất làm đặc trong các loại thực phẩm ăn kiêng. Hydroxypropyl cellulose là chất làm bền nhũ tương rấ t tốt, trong khi methyl cellulose lại có khả năng tạo bọt bền.

241

C a rb o xym eth yl cellulose CMC Hình 3.23. Cấu trúc phân tử CMC Carboxymethyl cellulose

OH „

/ v

oh _

---- 0

ì— CH2OCH2CONa 0

0 Methyl cellulose

CH3OCH3

CMC là dẫn xuất của cellulose với chloroacetic acid. Tính chất của CMC phụ thuộc vào mức độ thay th ế {degree of substitution DS, thông thường từ 0,3-0,9) và mức độ polymer 242

hoá (DP từ 500-2000). CMC có mức độ thay thế thấp (DS0,4) lại tan trong nước. Độ hoà tan và độ nhớt của CMC phụ thuộc rất nhiều vào pH. CMC là một chất kết dính trơ và là chất làm đầy được sử dụng để điều chỉnh và cải thiện cấu trúc của nhiều loại thực phẩm như mứt trái cây dạng thạch, nhân bánh dạng paste, phomai, salad... Nó giúp giảm hiện tượng tạo tinh thể đá trong kem, giúp giữ cấu trúc mềm và trơn mịn. CMC cũng ngăn cản hiện tượng kết tinh đường trong sản xuất kẹo, ngăn ngừa hiện tượng thoái hoá tinh bột và vỡ (bể) trong các loại bánh nướng. Cuối cùng, giông như dẫn xuất alkyl, CMC cũng có khả năng cải thiện tính chất tái hydrat hoá của nhiều sản phẩm thực phẩm sấy. IIL3.3.7.d. Hemicelỉulose Hemicellulose là thành phần nằm trong khoảng trống giữa các sợi cellulose trong thành tế bào thực vật. Nhiều nghiên cứu được tiến hành trên táo, khoai tây, đậu... cho thấy xyloglucan là thành phần chính trong nhóm (class) Dicotyledoneae. Trong nhóm Monocotyỉedoneae, thành phần của hemicellulose trong các tế bào nội nhũ rất khác nhau. Lúa mì và lúa mạch đen chứa chủ yếu arabinoxylan, còn lúa mạch và yến mạch lại chứa chủ yếu là (3-glucan. III.3.3.7.e. Hệ enzyme phân huỷ cellulose C elỉulase Thuỷ phân hoàn toàn cơ chất cellulose có cấu trúc tinh thể và không tan là một quá trình phức tạp. Vi sinh vật có khả năng phân huỷ cellulose thường tạo ra các hạt (particleì có MW khoảng 106 được gọi là các ceỉlusome. Khi phân tích 243

các h ạ t này, người ta thấy chúng chứa các enzyme phân huỷ cellulose và một thành phần có vai trò hỗ trợ quá trình gắn enzyme với cơ chất (substrate binding). Nói chung, có ít nhât 3 enzyme liên quan đến quá trình thuỷ phân cellulose thành cellobiose và glucose: 0 C ellulose---► Cellobiose Ọel*gkiasẹ^ QỊucose Ci

Ci và c x tương ứng là các endo- và exo-l,4-p-glucanase. Chúng có vai trò trong việc chuyển cellulose thành cellobiose, còn cellobiase có tác dụng thuỷ phân cellobiose thành đường glucose, Do Ci là enzyme bị ức chế bởi sản phẩm (product inhibition) nên cellobiase còn có vai trò trong việc kéo dài thời gian thưỷ phân do phân huỷ sản phẩm của các enzyme Cl và c x. Tuy nhiên, bản thân cellobiase cũng bị ức chế bởi glucose nên việc thuỷ phân hoàn toàn cellulose chỉ có thể thực hiện được khi nồng độ cellobiase sử dụng cao hoặc glucose tạo ra phải được nhanh chóng loại bỏ khỏi môi trường phản ứng. Hệ enzyme cellulase có thể được thu nhận từ nhiều loại vi sinh vật, đặc biệt từ nấm mốc Aspergillus, Trichoderma viride, Myrothecium verrucaia, Polyporus versicolor... Endo-l,3(4)-p-gỉucanase Đây là enzyme thuỷ phân cơ chất l,3(4)-P-glucan, còn có tên gọi là laminarinase. Chúng thường xuất hiện cùng với cellulase (như trong lúa mạch) và có vai trò thuỷ phân các hợp chất P-glucan trong sản xuất bia. H em icellulase Quá trìn h thuỷ phân hemicellulose cũng được thực hiện nhờ các enzyme endo- và exo-hydrolase. Tính đặc 244

hiệu của enzyme phụ thuộc vào th àn h phần và dạng liên kết của cắc monosaccharide trong phân tử cơ chất, như endo-l,4-P-D-xylanase, endo-l,5-a-L-arabinase. Trong thực vật và vi sinh vật, các enzyme này thường xuất hiện cùng với cellulase. ưng d ụ n g củ a enzym e cellulose và hem ỉ-cellulase Hiện nay, các enzyme cellulase và hemicellulase đang đóng một vai trò quan trọng trong vấn đề xử lý rác thải, bảo vệ môi trường và nhiều lĩnh vực khác. Chúng cũng được sử dụng để thuỷ phân thành phần cellulose giúp tăng châ't lượng thực phẩm và thức ăn gia súc. Thành tế bào thực vật chứa các thành phần cellulose, lipo-protein, pectin và hemicellulose. Sử dụng hệ enzyme cellulase sẽ giúp tăng hiệu suất trích ly các chất khác nhau từ nguyên liệu thực vật như tách protein, acid amin, các hoạt chất từ đậu tương, thạch từ rong biển, chất hoà tan từ trà, cà phê... Trong công nghệ sản xuất dầu (ví dụ dầu từ hạt), dầu thường được giải phóng bằng hai phương phập ép cơ học và trích ly bằng dung môi hexan. Tuy nhiên, hexan là một dung môi đắt và gây ô nhiễm không khí nên phương pháp ép thường được sử dụng. Trong trường hợp này, hệ enzyme cellulase được sử dụng để phá vỡ màng tế bào và tăng cường hiệu suất ép dầu. Ngoài ra, cellulase còn được sử dụng để thuỷ phân gỗ và phế liệu gỗ, tạo ra các đường đơn dùng để lên men cồn hay sử dụng trong sản xuất thức ăn gia súc. III.3.3.8. X an th an gum Xanthan gum là một loại polysaccharide ngoại bào được tổng hợp bởi chủng Xanthomonas campestris và một số loài vi sinh vật khác trên môi trường chứa glucose, NH 4CI, acid 245

amin và khoáng chất cần thiết. Xanthan gum được tách khỏi môi trường nhờ kết tủa bằng isopropanol khi có m ặt KC1. Xanthan gum có thể được coi là một dẫn xuất của cellulose. Mạch xanthan gum chứa các liên kết 1,4 của pglucopyranose. Cứ cách một gốc đường, tại vị trí C3 của đường glucose tiếp theo lại gắn với một đoạn mạch nhánh trisaccharide có cấu trúc P-D-Manp-(l-4)“P-D-GlepA(l-2)-a-DManp. Gốc đường mannose nối với mạch chính bị acetyl hoá ở c 6, còn khoảng 50% đường mannose ở đầu cuối của đoạn mạch nhánh này liên kết với pyruvat thành 4,6-0-(l-carboxyethylidene)-D-mannopyranose. Hình 3.24. Phân tử xanthan gum

Trọng lượng phân tử của xanthan gum >106Da, tuy nhiên nó tan khá tốt trong nước. Dung dịch có độ nhớt cao thể hiện tính chất của một chất lỏng giả dẻo (pseudoplastic) và giá trị độ nhớt phụ thuộc rấ t nhiều vào nhiệt độ. Các dung

246

dịch, hệ nhũ tương hay gel khi có m ặt xanthan gum đều rấ t bền khi chuyển giữa 2 trạng thái lạnh đông và tan giá. ứ ng d ụ n g Úng dụng thực tế quan trọng của xanthan gum dựa trên khả năng làm bền nhũ tương và ổn định khả năng lơ lửng của các h ạt nhỏ. Do có tính bền nhiệt cao nên xanthan gum được sử dụng nhiều trong các loại đồ hộp. Khi thêm vào các gel tinh bột, xanthan gum giúp cải thiện đáng kể độ bền của gel ở trạng thái lạnh đông. Xanthan gum cũng được sử dụng trong bánh pudding ăn liền. Tính chất của hệ giả dẻo (được tạo nên do sự liên kết nội phân tử bên trong các sợi xanthan gum riêng rẽ để tạo thành các cuộn ngẫu nhiên “random coiỉ”) được sử dụng trong nước xốt salad: dung dịch có độ nhớt cao khi không chịu tác dụng của lực {shear force) và giảm độ nhớt rất nhanh thành dạng chảy lỏng khi chịu tác dụng của lực. Hình 3.35. Sự tạo thành các "cuộn” của phân tử xanthan gum

Dạng sợi Các cuộn (Random coil)

247

Chương 4

LIPID IV .1. Phân loại lipid

Nói đến lipid là nói đến tính kỵ nước. Lipid là chất hữu cơ không tan trong nước mà chỉ tan trong các dung môi hữu cơ. Không tan trong nước là một đặc điểm được sử dụng đế tách pha giữa lipid, protein và carbohydrate. Một số lipid là những chất hoạt dộng bề m ặt {surface-active) do chúng là những phân tử lưỡng tính (amphiphiỉic ỉipid) có chứa cả đuôi kỵ nước và dầu ưa nước, vì thế chúng phân cực và đây là điểm khác biệt so với lipid trung tính (neutral lipid). Lipid có thể được phân loại theo đặc điểm của các gốc acyl th àn h lipid đơn giần và phức tạp, hay theo đặc điểm phân cực để chia thành lipid có cực và trung tính (Bảng 4.1). Phần lớn các lipid là những dẫn xuất của các acid béo, được gọi là các acyl lipid. Trong phân tử lipid, acid béo thường ồ dạng ester hay amide (với tỷ lệ it hơn). Các đoạn mạch dài của acid béo ảnh hưởng quan trọng đến tính kỵ nước và độ hoạt động của acyl lipid. Một số lipid tham gia vào cấu tạo của màng tế bào và các phần tử trong tế bào. Trong thực phẩm, những lipid loại này chỉ xuất hiện với tỷ lệ rấ t thấp (c12)

Glycero-phospholipid

Mono-, di-, triacyl-glycerol

Glycero-glycolipid

Sterol và sterol e ste r

Sphingo-phospholipid

C arotenoid, tocopherol

sphingo-glycolipid

Sáp

Phần lớn các triacylglycerol (còn được gọi là triglyceride) có m ặt trong các mô động vật và một số cơ quan thực vật. Hàm lượng lipid trong các mô dự trữ có thể 249

lên đến 15-20% hay cao hơn và là nguồn nguyên liệu quan trọng dể thu n h ận triacylglycerol trong công nghiệp. Sau khi được tin h sạch, nó trở thàn h nguồn dầu mỡ ăn dược phục vụ cho nhu cầu dinh dưỡng của con người. Vai trò dinh dưỡng và sinh lý quan trọng của lipid là cung câ'p năng lượng {31kJỊg triacylgycerol), các acid béo thiết yếu và vitamin cho cơ thể. Sự có m ặt của lipid là không thể thiếu được trong các quá trìn h xử lý và chế biến thực phẩm. Lipid giúp tạo ra cấu trúc cần thiết, cảm giác ngon miệng cũng như mùi và vị đặc trưng cho các sản phẩm thực phẩm. Nhiều thực phẩm được chuẩn bị bằng cách chiên rán ở nhiệt độ cao trong dầu mỡ. Trong số các lipid, có nhiều hợp chất bản thân là các chất mùi hay tiền tố của các chất mùi. Lipid cũng là những chất nhũ hóa quan trọng, là chất mang các sắc tố hay chất màu tan trong dầu. IV.2. Acid béo

IV.2.1. Gọi tê n và phân loại Các acyl lipid bị thủy phân sẽ tạo thành glycerol và các acid carboxylic mạch thẳng (hay các acid béo). Acid béo được phân loại dựa trên chiều dài mạch, sô lượng, vị trí và câu hình của các nối đôi cũng như sự xuất hiện của các nhóm chức dọc theo chiều dài mạch. Các acid béo được chia làm hai loại acid béo no và không no, trong đó acid béo không no có tỷ lệ cao hơn so với acid béo no. Acid palmitic, oleic và linoleic là ba acid béo chiếm tỷ lệ cao n hất trong tự nhiên.

250

Bảng 4,2. Công thức hoá học của các acid béo xuất hiện nhiều trong tự nhiên T ên v iế t tắ t

14:0

T ên th ư ờ n g gọi

T > T nóng chảy

Nóng chảy hoàn toàn

T - T nóngchảy —

► T « T nóngchảy

L àm nguội

Phôi tinh thể

Lưới tinh thể

Một vài TG cá biệt như 1,3-diaceto-palmitin (chứa một acid béo có mạch acyl dài và hai acid béo có mạch acyl ngắn) có th ể tạo được câu trúc tinh thể dạng a khá bền. Do lớp m àng tạo th àn h từ những TG này có khả năng kéo dãn ra gấp 200-300 lần chiều dài bình thường của nó nên được ứng dụng rộng rãi làm lớp phủ bảo vệ cho các thực phẩm chứa chât béo. Trong các loại dầu mỡ ăn được, người ta còn tìm th ấy các dạng tinh thể khác với những cấu trúc đã nêu ở trên , như trong bơ ca cao (sau khi đông đặc).

267

IV.3.1.3. Tính c h ấ t hóa học Thuỷ phân, phản ứng với methanol và ester hoá giữa các phân tử {interesterification) ià những phản ứng quan trọng n h ất của TG. P hản ứng thủ y p h â n Khi xử lý với kiềm, dầu mỡ bị thủy phân tạo ra các acid béo tự do, sau đó chuyển thành muối kiềm (còn được gọi là xà phòng). Phản ứng này được sử dụng trong các phép phân tích dầu mỡ. Ị- O

—

CO— R

R— C O — o -

— OH +

L-O—CO—R

3 KOH

- +

H - iO O K 3O RC

‘-OH

Trong công nghiệp, acid béo tự do được sản xuất bằng cách thuỷ phân TG với hơi nướr trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao. Các chất xúc tác có khả năng tăng cường tốc độ phản ứng gồm ZnO, MgO, CaO hay acid sulfonic. P h ản ứng tạ o ra các m ethyl ester Các acid béo trong TG thường được phân tích bằng sắc ký khí lỏng {gas liquid chromatography) dưới dạng các methyl ester. TG thường phản ứng nhanh chóng ở ngay nhiệt độ thường với Na-methylate/methanol. Glycerol tạo ra sẽ phản ứng với 2,2-dimethoxypropene tạo ra hợp chất có cấu tạo mạch vòng.

268

M D — CO— R NaOCH,/CH,OH

R— C O — o-

3 RCOOCH3

o —CO—Ft

-OH HO-

H3 C N /O CH 3

HqC

OCHr

2 CH3 OH

'° \ / CH=

Phản ứng ester hóa giữ a các p h â n tử (inter-esterification) Đây là phản ứng trao đổi các acid béo bên trong phân tử (intra-molecular) và giữa các phân tử TG (intermolecular). Phản ứng này có vai trò quan trọng trong công nghiệp vì nó giúp thay đổi tính chât vật lý của dầu mỡ (ví dụ điểm nóng chảy) mà không gây những thay đổi về cấu trúc hóa học của các acid béo tự do trong TG. Phản ứng xảy ra với xúc tác thông thường là Na-methylate cho đến khi cân bằng (equilibrium ) giữa các TG được th iê t lập. Cân băng này phu thuộc vào câu trúc và th àn h phân acid béo của phân tử TG. 269

Các gốc acyl trong s s s (tristearin) và 0 0 0 (triolein) trao đổi một cách ngẫu nhiên (singỉe-phase interesterification)

sss

(50%) + 0

0 0 (5 0 % )

(NaOCHs)

y sss

SOS

(12,5%)

oss

soo

(25%)

oso

ooo (25%)

Trao đổi các gốc acyl trong nội phân tử o s o (stearodiolein) Trong quá trình phản ứng, nhiệt độ được hạ thấp cho tới khi những phân tử TG có nhiệt độ nóng chảy cao nhất và độ hoà tan thấp nhất kết tinh. Những phân tử này sẽ ngừng tham gia vào các phản ứng kế tiếp khiến cho cân bằng giữa các TG tạo ra liên tục thay đổi. Bằng cách đó, dầu/mỡ được tách th àn h các phân đoạn có nhiệt dộ nóng chảy cao và thấp.

oso ị 1% (hoặc >0,7% khi dầu mỡ được gia nhiệt ỏ’ nhiệt độ thấp hơn điểm khói tức là thấp hơn 170ƠC). Độ bền của các loại dầu mỡ khi chiên rán cũng rất khác nhau. Nói chung, độ bền tăng khi các nối đôi được hydrogen hoá. IV.5.5. B iến đổi khi c h iế u xạ Phản ứng chung TG » /v w ^

?• CH2— o — c — CH2 — (CH2)n— CH3 ỌH — o — CO— R

ÒH2— o — c o — R

o 49 51 67 42 10 31-65 14-50 28-67 56-83 0-32 a Gồm măng tây, đậu lima, đậu xanh, súp lơ, bắp cải, đậu hà lan, khoai tây, rau spinach, giá đỗ, lõi ngô non. b Giống ở thí nghiệm a, ngoại trừ súp lơ, bắp cải, giá đỗ. c Giá trị trung bình. d Khoảng biến động (của giá trị đo được). 337

Bảng 5.2. T hất thoát vitamin trong quá trình chế biến và bao géá trái cây Sản phẩm chế biến, đóng hộp Sản phẩm đông lạnh (chưa tan giá)(!1) Sản phẩm tiệt trùnglb)

That thoát vitam in (%) {so với quả tươi) Bi

Niacin

0-78,d>

29 0-66

17 0-67

16 0-33

18 0-50

39 0-68

47 22-67

57 33-83

42 25-60

56 11-86

A 37(C)

a Gồm táo, mơ, quả việt quât, sơ-ri chua, nước cam ép cô đặc {concentrate) , đào, quả mâm xôi và dâu tây. b Giống thí nghiệm (a) nhưng sử dụng nước cam ép thường thay cho dạng concentrate. c Giá trị trung bình. d Khoảng biến động (của giá trị đo được). Nói chung, nhu cầu vitamin của cơ thể thường được bảo đảm nhờ chế độ ăn uống cân bằng. Thiếu vitam in gây nên bệnh hypovitaminosis, thừa vitamin gây bệnh avitaminosis. Cả hai trường hợp bệnh đều do các nguyên nhân ăn uống không phù hợp, do các rối loạn hấp thu, do căng thẩng (stress) hoặc bệnh tật. Đế kiểm tra mức dộ cung cấp vitamin cho cơ thể, có thể xác định hàm lượng vitamin trong máu, hay đo các giá trị hoạt tính sinh học phụ thuộc vào vitamin (như hoạt tính của một số enzyme). Người ta thường chia vitamin làm hai nhóm: vitamin tan trong dầu như A, D, E, K và vitamin tan trong nước như vitamin nhóm B, nicotinamide, acid pantothenic, acid folic, biotin, vitamin c.

338

Báng 5.3. Nhu cầu vitamin hàng ngày Nhu cầu vitamin theo độ tuểỉ

Loại vitamin <

tuổi

1.500

Aa u f

1-4 tuổi

2.000-

4-10 tuổi

10-18 tuổi

2.500-3.000 4.500-5.000

2.500

\>18 tuối 5.0006.000

400

E ụuÝ

c (mg)

45-80

B, (lììỊ>)

0,3-0,5

,6 -0 , 8

0,9- 1 , 2

1,5

{mỊỉ)

í),4-0,6

0.8

0,9' 1,2

1,3-1 , 8

1,2-1,8

B6 i ỉ ỉ ĩ Ị ị )

í),3-0,5

0,7-0,9

0,9-1,2

1 6

, -2 , 0

2,0-2,5

5-8

9-12

12-16

14-20

1 2 -2 0

, 1 -0 , 2

0,2-0,3

0,4

0,4-0, 8

1-1,5

1,5-2,0

2,0-3,0

3,0-4,0

D (Iii)h

Nicotinamide Acid folic (fẦỊi)

(ỉỉỉíỉ)

0,05

(ỉ ỉ i ị ị )

0,3-0.4

n Nguồn cung cấp gồm vitamin A (75%) và các carotene (25%). 1 IU = 0,3 Ị.tg vitamin A, 1,8 fjg p-carotene hoặc 3}6 ị.ỉg những carotenoid khác có hoạt tính vitamin A. b 1 lư = 0,025 Ị.tg vitamin D3. c 1 lư = 1 mg D,L-cx-tocopheroỉ acetate.

v.1.

V ita m in ta n tro n g dầu

v . l . l . V itam in A (retin o l)

Vai trò sinh học Retinol có vai trò quan trọng trong đồng hóa các hợp chất protein của các tế bào ngoại bì (như da hay lớpmàng nhầy bảo vệ của hệ hô hấp và tiêu hoá).Thiếu retinol có thể

339

gây ảnh hưởng đến các tế bào biểu mô, gây bệnh dày da, chai da và gây mù mắt. Hình 5.1. Công thức cấu tạo của vitamin A

Dẫn xuất 11-cis-retinal là thành phần chromophore (thể màu) của chromoprotein (protein sắc tố, tham gia vào chu kỳ thị giác) và trong võng mạc. Chromoprotein (rhodopsin) được tạo ra trong bóng tốì từ một protein có tên là opsin và 11-cisretinal; khi có ánh sáng, chromoprotein bị phân tách thành trans-retinal (bền hơn) và protein. Sự thay đổi này thúc đẩy những xung động thần kinh tại các tế bào thần kinh bên cạnh. Sau đó, trans-retìnal được chuyển thành trans-retinol và qua hợp chất trung gian là 11-cis-retinol chuyển ngược thành 11-cis-retinal. N hu cầu và nguồn vitam in A Nhu cầu vitamin A hàng ngày ở người trưởng thành là 1,5-1,8?ng\ 75% lượng vitamin A được đám bảo từ nguồn thực phẩm (ở dạng ester của acid béo, chủ yếu là retinyl palmitate), 25% còn lại được chuyển hóa từ các (3-carotene và các pro-vitamin A khác; 6g P-carotene mới chuyển hóa được thành ìg vitamin A. 340

Bảng 5.4. Hàm lượng vitamin trong một số thực phẩm Carotene

ịiQ

b6 mg

F0L

b2 mg

NAM

Sữa bò tươi

0,018

0,03

0,06

0,09

0,04

0,18

0,05

0,09

6,0

1,7

Sữa mẹ

0,024

0,054

0,05

0,52

0,02

0,04

0,01

0,17

5,0

4,4

0,38

0,59

1,3

2,2

0,005

0,02

0,005

0,03

0,1

0,2

0,17

0,3

0,05

0,67

0,3

1,2

3,0

0,29

0,4

0,3

0,07

150

lòng trắng

0,02

0,32

0,012

0,09

Thịt bò nạc tươi

0,08

0,18

0,5

4,9

Thịt heo nạc

0,66

0,17

0,4

3,7

0,45

0,31

3,2

0.6

15,7

220

0,4

0,32

2,49

0,8

11,6

380

3,8

0,5

2,6

1,8

Thực phẩm

Bơ Phomai Lòng đỏ trửng

1,12

Gan heo

5,8

Gan gà

11,6

Cá trích

0,04

1,3 30

1,5

0,04

0,22

0,5

0,2

0,3

0,18

0,32

Bột mi

2,3

0,06

0,03

0,2

0,7

Gạo lức

4,5

0,41

0,09

0,68

5,2

Gạo

0,4

0,06

0,03

0,15

1,3

0,08

0,1

0,44

0,07

5,2

4,9

0,1

0,25

0,3

2,1

105

0,11

0,05

0,2

1,2

0,05

0,1

1,8

Lươn

0,98

Nấm ăn

0,01

Rau cải

4,1

1,94

Khoai tây

0,01

0,09

Su hào

0,2

Cà rốt

0,7

0,07

0,05

0,1

0,6

7,1

Cải bó xôi

4,2

2,5

0,11

0,23

0,22

0,6

Cà chua

0,82

0,49

0,06

0,04

0,1

0,5

24,2

Bắp cải

0,04

0,02

0,05

0,04

0,1

0,3

45,8

Cam

0,09

0,24

0,08

0,04

0,05

0,3

Mơ

1,8

0,5

0,04

0,05

0,1

0,8

9,4

Dâu

0,05

0,22

0,03

0,05

0,06

0,5

Nho

0,02

0,27

0,05

0,02

0,03

0,24

63,3

341

Sự hấp thụ và dự trữ vitamin A ở gan thường xuất hiện ở dạng ester của acid béo. Hàm lượng vitamin A trong gan khoảng 250ịẢglg (mô tươi) và tổng cộng có khoảng 240-540mg vitamin A được dự trữ trong gan. Vitamin A được gan cung cấp vào máu dưới dạng retinol, tại đây chúng sẽ liên kết với protein. Nồng độ vitamin A trong máu khoảng 45-84^/100m/ huyết tương ở người lớn, giá trị thấp hơn 15-24/^/100ra/ là biểu hiện của sự thiếu vitamin A. Bệnh hypervitaminosis cũng được y văn đề cập đến, biểu hiện của bệnh này sẽ giảm khi lượng vitamin A hấp thu giảm. V itam in A chỉ có trong các tế bào động vật, như trong dầu gan cá, gan động vật, chất béo của sữa, lòng đỏ trứng. Thực v ậ t không chứa vitam in A nhưng chứa các carotenoid có thể chuyển th àn h vitam in A nhờ phân cát m ột nối đôi ở trung tâm . Carotenoid có nhiều trong các loại rau củ có màu xanh đậm và màu vàng như cà rốt, cải bó xôi (spinach), ớt, cà chua, và đặc biệt nhiều trong bí ngô, mơ, cam, dầu cọ... Các loại carotenoid trong động vật đều có nguồn gôc từ thực vật do động vật nhận được từ nguồn thực phẩm hàng ngày. Bảng 5.4 liệt kê hàm lượng vitamin ở m ột sô' loại thực phẩm. Sự h ư hỏng vita m in A Các quá trình chê biến và bảo quản thực phẩm có thể làm m ât từ 5-40% vitamin A và carotenoid. Khi không có mặt oxy và ở nhiệt độ cao (như trong quá trình tiệt trùng hay nâu), các phản ứng cơ bản xảy ra là sự isomer hóa và sự phân hủy vitamin. Khi có m ặt oxy, phản ứng oxy hóa có thể tạo ra các hợp chất bay hơi hoặc không bay hơi. Quá trình này thường xảy ra song song với phản ứng oxy hóa chât béo (đồng oxy hoá). Tôc độ của phản ứng oxy hóa phụ thuộc áp suât oxy V

342

riêng phần, hoạt độ nước, nhiệt độ... Thực phẩm sấy khô (dehydrate hóa) thường rất nhạy cảm với quá trình oxy hóa chất béo và vitamin A. v.1.2. V itam in D (calciferol)

Vai trò sinh học Vitamin D3 (cholecalciferol) được tạo thành ở da từ 7 d e h y d ro -c h o le s te ro l

(p ro v ita m in

D 3) n h ờ

phản

ứng quang

phân (khi có m ặt tia UV). Vì thế vitamin này còn được gọi là “sunshine v i t a m i n Vitamin D2 (ergocalciferol) được tạo t h à n h từ e rg o s te ro l.

Hình 5.2. Công thức hoá học của vitamin D2 và D3

Hợp chât chuyển hoá từ vitamin D (25hydroxycholecalciferol và la,25-dihydroxycholecalciferol) có vai trò trong việc hấp thu calcium (Ca) ở ruột và đưa muối Ca tới các bộ phận của xương nhờ kích hoạt phản ứng sinh tổng hợp các protein liên kết với Ca.

343

Thiếu vitam in D gây tăng bài tiế t calcium và phosphate, làm hỏng quá trìn h hình thành xương và sụn (đặc biệt ở trẻ em). Thiếu vitamin D ở người lớn gây bệnh loãng xương (xương mềm và yếu). Tăng Ca huyết do thừa vitamin D gây rối loạn hấp thu các muối calcium carbonate và calcium p h o s p h a te ở n h iề u cơ q u a n tr o n g cơ th ể . N hu cầu và nguồn vitam in D Nhu cầu vitamin D hàng ngày là ĨOịẢg. Phần lớn các nguồn thực phẩm tự nhiên chứa ít vitamin D3. Dầu gan cá là nguồn thực phẩm duy nhất chứa nhiều vitamin D2. Provitamin D (ergosterol và 7-dehydrocholesterol) có nhiều trong động và thực vật. Trong nấm men, nấm ăn, cải bắp, cải bó xôi, mầm h ạt lúa mì rấ t giàu provitamin D2. Vitamin D3 và provitamin D3 có nhiều trong lòng đỏ trứng, bơ, sữa bò, th ịt bò, gan heo, động vật thân mềm, mỡ động vật, da heo. Tuy nhiên có thể nói nguồn vitamin D quan trọng nhất là mỡ cá, đặc biệt là trong dầu gan cá. Sự hư hỏng Vitamin D dễ bị hư hỏng bởi oxy và ánh sáng. Trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm, các provitamin D ít bị hư hỏng, vì th ế cơ thế con người nói chung nhận được đầy đủ nguồn vitamin này từ thực phẩm.

v.1.3. V itam in

(a-tocopherol)

Vai trò sinh học Các loại tocopherol khác nhau có số lượng và vị trí các gốc methyl khác nhau trên vòng thơm. a-Tocopherol có hoạt tính vitamin E cao nhất, nó ngăn ngừa và làm giảm tốc độ của quá trình oxy hóa chất béo, giúp 344

làm bền cấu trúc của màng tế bào và nhiều chât có hoạt tính sinh học khác như enzyme, hormone, vitamin A... Vitamin E cũng liên quan đến việc chuyển acid arachidonic thành prostaglandin và làm chậm sự đông tụ các tiểu cầu trong máu. Thiếu vitamin E dẫn đến các rôì loạn mãn tính như bệnh vô sinh ở một số động vật nuôi trong nhà, bệnh thiếu máu mãn tính ở khỉ, bệnh teo cơ ở gà... (cơ chế vẫn chưa được hiểu biết rõ ràng). Hỉnh 5.3. Công thức hoá học của vitamin E

Nhu cầu và nguồn vitam in E Nhu cầu vitam in E hàng ngày là 15mg ot-tocopherol, khi chê độ ăn chứa nhiều acid béo không no thì nhu cầu này tăn g lên. Với mức cung cấp bình thường, nồng độ vitam in E trong máu khoảng 0,7-1,6?ng/lOOm/ huyêt tương, nồng độ th ấp hơn OẬmg/lOOmỉ là biểu hiện thiếu hụt vitam in này. Vitamin E có m ặt chủ yếu trong dầu thực vật, đặc biệt trong dầu tách từ mầm các hạt ngũ cốc. Sự hư hỏng vitam in E Vitamin E bị m ất đi trong quá trình chế biến dầu thực vật thành các sản phẩm như margarine, shortening. Các quá trình tự oxy hóa chất béo xảy ra ở thực phẩm sấy hay thực phẩm được chiên rán trong dầu mỡ ồ nhiệt độ cao cũng làm m ất vitamin E. 345

Bảng 5.5. Độ bền của tocopherol trong quá trình chiên rán ở nhiệt dộ cao Lượng Tổng tocopherol vỉtamỉn {mg/ĩOồg) m ất đi (%) Dầu trước khi chiên D ầu sau k h i chiên

Dầu tách từ khoai tây chiên {potato chip): - N gay sau khi s ả n xu ất - Sau 2 tu ầ n bảo q uản ở n h iệ t độ phòng - Sau 1 tháng bảo quản ở nhiệt độ phòng - Sau 2 tháng bảo quản ứ nhiệt độ phòng - Sau 1 tháng bảo quản ở - 12°c - Sau 2 tháng bảo quản ở - 12°c Dầu tách từ khoai tây chiên (French fries): - Ngay sau khi sản xuất - Sau 1 tháng bảo quản ở - 12°c - Sau 2 tháng bảo quản ở - 12tìc

82 73

75 39 22 17 28 24

48 71 77 63 68

78 25 20

68 74

v.1.4. V itam in K] (p h y to m e n ad io n e ) Vai trò sinh học Vitamin K là dẫn xuất của naphtoquinone với các đoạn mạch bên khác nhau. Trong vitamin K tự nhiên, gốc R tại các vị trí carbon số T và 11* là gốc rượu phytol. cấu trúc của vitamin K] thể hiện ở hình 5.4. Vitamin Ki có liên quan đến quá trìn h sinh tổng hợp một sô yêu tô đông máu như prothrombin, proconvertin..Thiếu vitam in K dẫn đến giảm hoạt tính của prothrombin và gây bệnh chảy máu, máu không đông... 346

Hình 5.4. Cấu trúc hoá học của vitamin Ki o

Ổ Nguồn vita m in K Nhu cầu vitamin Ki hàng ngày ở người lớn là 1-4mg, được cung cấp nhờ chế độ ăn và được tổng hợp bởi hệ vi sinh vật đường ruột ở người. Hiệu suất sinh tổng hợp vitamin K ở đường ruột khoảng 1-1,5mg/ngày, đủ cho nhu cầu của cơ thể. Vitamin Ki có nhiều trong các loại rau lá xanh (bắp cải, cải bó xôi spinach, súp lơ) và trong gan (heo, cừu). Sự hư hỏng Người ta còn ít hiểu biết về những biến đổi của vitamin Ki trong thực phẩm. Nói chung, vitamin K bị phân hủy bởi kiềm và ánh sáng nhưng khá bền với nhiệt và oxy. V.2. Vitam in tan trong nước v.2.1. Vitam in Bi (thiam ine)

Vai trò sinh học Hình 5.5. Công thức hoá học của vitamin Bi

347

Thiamine (trong liên kết với pyrophosphate) là coenzyme của nhiều enzyme quan trọng như pyruvate dehydrogenase, phosphoketolase, transketolase và aketoglutarate dehydrogenase tham gia vào phản ứng chuyển các gốc aldehyde. Thiếu thiamine dẫn đến giảm hoạt tính của các enzyme nói trên. Khẩu phần ăn thiếu vitamin Bi kéo dài dẫn đến bệnh tê phù (beri-beri) với các biểu hiện của bệnh tim và th ần kinh. N h u c ầ u và n g u ồ n v ita m in Bj Nhu cầu vitamin Bi hàng ngày ở người lớn là 1-2mg. Do thiam ine đóng vai trò quan trọng trong chuyển hóa carbohydrate nên khi khẩu phần ăn chứa nhiều glucid, nhu cầu thiam ine tăng. Phân tích hoạt tính của enzyme transketolase ở tế bào hồng cầu có thế biết được tình trạng thiếu vitamin Bi trong cơ thể. Vitamin B] có nhiều trong vỏ và mầm của hạt ngũ cốc, trong nấm men, rau củ (khoai tây), trong th ịt heo, bò, trứng gà, cá, trong gan, thận, óc, tim... động vật. Sữa mẹ và sữa bò cũng chứa nhiều vitamin Bi. Do thiamine có m ặt ở lớp vỏ ngoài của h ạt ngũ côc nên các loại bột và gạo đã chà sạch gần như không còn chứa đáng kể hàm lượng vitamin này. S ự h ư h ỏ n g v ita m in B ị Độ bền của vitamin Bi trong nước không cao, nó phụ thuộc vào pH, nhiệt độ, lực ion và sự có m ặt của các ion kim loại. Dạng phức vitamin-enzyme có độ bền kém hơn so với vitamin ở dạng tự do. Các tác nhân m ạnh như H S 03' hay OH có thể phân huỷ nhanh chóng vitamin Bi thành các dẫn xuât thiazole và pyrimidine. Dưới tác dụng của nhiệt trong quá trìn h nấu, thiam ine cũng bị phân huỷ tạo ra các sản 348

phẩm như 2-methyl-3-furanthiol và H2S tự do làm thực phẩm sau khi nấu có mùi giông thịt. Thiamine bị vô hoạt bởi nitrite (có thể do phản ứng với gốc amine ỏ’ vòng pyrimidine). Các chất oxy hóa mạnh như H20 2, potassium ferricyanide... có thể tạo ra các hợp chất thiochrome huỳnh quang và phản ứng này được sử dụng để xác định hàm lượng vitamin Bi trong thực phẩm.

F lu o rescent thiochrom e

Bảng 5,6. Biến đổi hàm lượng vitamin Bi trong quá trình bảo quản thực phẩm (12 tháng) Thực phẩm

Mơ Nước cam ép Đậu hà lan Đậu xanh Nước cà chua

Mất mát vitamin (%) 38°c 1,5

°c

Vitamin Bi bị m ất khoảng 15-25% trong quá trình chế biến trái cây đóng hộp hay khi bảo quản rau củ dài hơn 1 năm, 0-60% khi nấu thực phẩm (thịt) trong điều kiện bình thường tùy thuộc nhiệt độ và phương pháp nấu, 20% khi muối thịt với dung dịch brine và khi nướng bánh mì trắng, 15% khi 349

luộc bắp cải không có m ặt sulfite và 40% khi có m ặt sulíĩte. Sự m ất m át vitamin Bi do sulfite phụ thuộc vào pH, nói chung vitam in Bi không bị phân huỷ trong môi trường acid m ạnh (như trong nước chanh).

v.2.2. V itam in

B2 (riboflavin)

Vai trò sìn h học Hình 5.6. Công thức hoá học của riboflavin 0

i 2'

H — ộ — OH H — C — OH

I 4' H — ệ — OH

]«■

. H2C — OH

Riboílavine là thành phần của flavine-enzyme, nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất nói chung và trong đồng hóa protein nói riêng. Thiêu vitamin B2 dẫn đến dư thừa acid amin và thiêu protein trong cơ thể. Nhu cầu và nguồn v ita m in B2 Nhu cầu vitamin B2 ở người trưởng thành là 1,62,6m g/ngày. Những biểu hiện bệnh do thiếu hụt vitamin này thường ít khi xuất hiện với chế dộ àn uống bình thường do dự 350

trữ riboflavin trong cơ thể khá ổn định, kể cả khi chế độ ăn thiếu hụt cũng không làm gỉảm lượng dự trữ này quá 30-50%. Hàm lượng riboflavin trong nước tiểu là dấu hiệu cho biết về mức độ vitamin B2 ăn vào: 80ụg/g creatinin - bình thường, 21-79fjg/g - th ấ p , < 2 7 ỊLtg/g - th iế u t r ầ m tr ọ n g v ita m in B 2 trong khẩu phần. Xác định hoạt tính của glutathione reductase cũng cho biết các thông tin tương tự. Vitamin B2 có nhiều trong sữa và các sản phẩm sữa, trứng, thịt, nhiều loại rau, đặc biệt trong tim, gan, thận heo, tr o n g gan v à t r ứ n g cá. Sự hư hỏng Vitamin Bz nói chung bền và thường chỉ bị m ất 10-15% trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm. Ánh sáng, đặc biệt ở bước sóng 420-560nm phá hủy vitamin B2 nhiều nhất và chuyển chúng thành hợp chất lumiílavin. v.2.3. Vitam in B6 (pyridoxine, pyridoxal)

Vai trò sinh học Hình 5.7. Công thức hoá học của pyridoxine R

Pyridoxine hay pyridoxol (R = CH2OH), pyridoxal (R = CHO) và pyridoxamine (R = CH2NH2) là những hợp chất có hoạt tính của vitamin B6. Dẫn xuất pyridoxal phosphate là coenzyme của amino-acid decarboxylase, amino-acid racemase, 351

amino-acid dehydrase, amino-transferase, lysyl oxidase, Ôaminolevulinic acid synthase, enzyme đồng hoá tryptophane. Ngoài ra nó cũng có vai trò trong làm bền hoạt tính của phosphorylase... Thiếu hụt vitamin này dẫn đến rối loạn chuyển hóa protein, như tổng hợp hemoglobin trong máu. Vitamin B6 thường được đưa vào cơ thể dưới dạng pyridoxal hoặc pyridoxamine. Nhu cầu vitamin này hàng ngày khoảng 2mg. Vitamin B6 có nhiều trong thực phấm từ dộng và thực vật như thịt, cá, trứng, sữa, trong rau quả và các h ạ t lương thực. H ư h ỏ n g tro n g quá trìn h c h ế biến pyridoxal là vitam in B6 bền nh ất, nó được sử dụng để tă n g cường vitam in này trong thực phẩm. Be thường bị mất khoảng 45% trong khi chế biến th ịt và 20-30% khi chê biên các loại rau. Trong quá trình tiệ t trùng sữa và các quá trìn h n h iệt khác, phản ứng với acid am in cystein đế chuyển th àn h dẫn xuất thiazolidine làm m ất hoạt tính của vitam in này. Công thức thiazolidine

352

v.2.4. N icotinam ide (nỉacỉn)

Vai trò sin h học Hình 5.8. Công thức hoá học của nicotinic acid amide

N Nicotinic acid amide ở dạng NAD+ (Nicotinamide adenine dinucleotide) và NADP+ (dẫn xuất phosphorylate của NAD+) là coenzyme của các dehydrogenase. Thiếu hụt vitamin này (nồng độ NAD+và NADP+ trong gan và cơ giảm sút, nhưng trong máu, tim và thận vẫn giữ ở mức bình thường) dẫn đến các bệnh về da, bệnh thần kinh và tiêu hóa (tâm th ần phân liệt, tiêu chảy, viêm da, nứt da...). Tuy nhiên, những biểu hiện ban đầu của bệnh do thiếu nicotinamide thường không đặc trưng. Nhu cầu và nguồn vitam in Nhu cầu nicotinamide hàng ngày ở người lớn khoảng 12-20mgy trong đó 60-70% được chuyển hoá từ tryptophan. Vì thế sử dụng trứng, sữa (chứa ít niacin nhưng có nhiều tryptophan) rấ t tót cho việc ngăn ngừa bệnh nứt da pellagra. Người ta tính toán rằng 6ồmg L-tryptophan tương đương với 1mg nicotinamide. Vitamin này xuất hiện trong thực phẩm dưới dạng acid nicotinic, amide hoặc coenzyme. Gan, th ịt nạc, h ạ t ngũ cốc, nấm men, nấm ãn là những nguồn thực phẩm r ấ t giàu niacin.

353

Sự h ư hỏn g Acid nicotinic khá bền. Nó bị m ất khoảng 15% khi chần rau củ và khoảng 25-30% trong những ngày đầu tiên của quá trình lên men các sản phẩm thịt. v.2.5. A cid p a n toth en ic Vai trò s in h h ọ c H ình 5.9. Công thức hoá học của acid pantothenic OH H0^

r ' N^ / ^ G00H o

Acid pantothenic là th à n h phần cấu tạo của coenzyme A (CoA) - chất mang các gốc acetyl và các gôc acyl khác trong quá trìn h trao đổi châ't của t ế bào. Trong máu, acid pantothenic ồ dạng tự do còn tạ i các cơ quan khác như tim , gan, th ậ n nó ở dạng phức với CoA. Nồng độ acid pantothenic cao n h â t ở gan, tuyên thượng thận, tim và th ận . N h u c â u , n g u ồ n cu n g cấp và biến đ ổ i a c ỉd p a n to th e n ic Nhu cầu acid pantothenic hàng ngày ở người lớn khoảng 6-8m£. Nồng độ vitam in này trong máu là 1040fẤg/100mỉ, mỗi ngày khoảng 2-lm g vitam in bị th ải ra ngoài qua nước tiểu. Dinh dưỡng bình thường đủ cung cẫp lượng acid pantothenic cần th iế t cho cơ thể. Acid pantothenic khá bền, nó chỉ bị m ất khoảng 10% trong quá trìn h chế biến sữa, khoảng 10-30% khi chế biến rau củ, chủ yếu là khi chần và nấu. 354

v.2.6. B io tin

Biotin là thành phần quan trọng của các enzyme carboxylase như acetyl-CoA-carboxylase, pyruvate carboxylase, propionyl-CoA-carboxylase (nhóm carboxyl của biotin sẽ tạo liên kết amide với E-NIỈ2 của các gốc lysin trong phân tử protein enzyme). Vì th ế nó đóng vai trò quan trọng trong sinh tổng hợp lipid và quá trình tân tạo đường trong cơ thể. Hình 5.10. Công thức hoá học của biotin

Chỉ có hợp chất (3aS, 4S, 6aR) D-biotin mới có hoạt tính sinh học (hình 5.10). Hiện tượng thiếu hụt biotin thường ít xảy ra. Ăn quá nhiều lòng trắng trứng có thể gây m ất hoạt tính sinh học của biotin do vitamin này có khả năng kết hợp đặc hiệu với avidin trong lòng trắng trứng. Nhu cầu, nguồn cung cấp và biến đổi của biotin Nhu cầu biotin hàng ngày ở người lớn là 150-300Ịjg. Kiểm tra lượng biotin trong nước tiểu có thể kiểm soát lượng vitamin này trong cơ thể. Mức biotin bình thường trong nước tiểu là 30-50ịẰglngày, khi chỉ số này giảm xuống còn Sựg/ngày, cơ thể bị thiếu biotin. Biotin có trong nhiều loại thực phẩm khác nhau, đặc biệt là trong gan heo, bò và mầm lúa mì. Vitamin này khá bền, nó có thế bị hao hụt 10-15% trong quá trình bảo quản và chế biến. 355

v.2.7. A cid fo lic Hình 5.11. Công thức hoá học của acid folic ,COOH

c o — NH

COOH

HÓ

Acid folic H

Tetrahyđrotí HO

Dẫn xuất tetrahydrofolate của acid folic là co-factor của enzyme tham gia vào phản ứng chuyển gốc carbon thành các dạng oxy hoá khác nhau. Thiếu acid folic biểu hiện bằng việc giảm nồng độ của vitamin này trong tế bào hồng cầu và trong huyết tương. Sự thiếu hụt này có thể xuất hiện ở những người có chê độ ăn không cân bằng, suy dinh dưỡng, kém hấp thu, hay những người sau mổ... N hu câu, nguồn cung cấp và biến đ ổ i cucỉd folic Nhu cầu acid folic hàng ngày ở người lớn tuổi khoảng 0,4-0,8mg. Nồng độ acid folic bình thường trong huyết tương khoảng 5-20n g /m l, thấp hơn bng/m ỉ là thiếu acid folic. Trong thực phẩm, acid folic thường liên kết với oligo-y-Lglutamate. Hoạt tính của acid folic ồ dạng này thường bị hạn chế do gốc acid glutamic cần được giải phóng dưới tác dụng của enzyme folic acid conjugase có trong màng nhầy ruột. 356

Hàm lượng acid folic trong thực phẩm cung rấ t khác nhau. Acid folic có nhiều trong rau củ ở dạng phức và trong gan ở dạng tự do. Đây cũng là vitamin bền, không bị biến đổi trong quá trìn h chế biến rau củ và cũng chỉ bị th ất thoát rất ít khi chê biến thịt. Những hao hụt của acid folic trong sữa chủ yếu do hiện tượng oxy hoá. Thêm vitamin c (dưới dạng ascorbate) có thể bảo quản acid folic tốt hơn. v.2.8. C yanocobalam in (vitamin B1 2 ) Vai trò sinh học Cyanocobalamin được tách từ Lactobacillus ỉactics, Do có độ bền cao và sẵn có nên đây là dạng vitamin thường được sử dụng nhất. Cobalamin còn xuất hiện trong tự nhiên dưới dạng adenosylcobalamin và methylcobalamin (gốc 5’deoxyadenosyl và gốc methyl thay thế cho gốc cyano). Adenosylcobalamin (coenzyme B 12) tham gia vào phản ứng sắp xếp lại nguyên tử H, gốc alkyl và gốc acyl giữa hai nguyên tử carbon kề nhau. Phản ứng này đóng vai trò quan trọng trong trao đổi cha't ở nhiều loài vi khuẩn. Ở động vật, vitam in B 12 tham gia vào phản ứng chuyển methylmalonyl-CoA th àn h sucinyl-CoA. Thiếu vitam in B 12 dẫn đến việc th ải acid methylmalonic ra nước tiểu. Vitamin này còn tham gia tạo các acid deoxyribonucleic. Methylcobalamin được tạo thành trong quá trình methyl hoá homocystein thành methionine. Enzyme liên quan đến phản ứng này là methyl transferase phụ thuộc cobalamin. Sự hấp thu cyanocobalamin được thực hiện nhờ một “yếu tô' nội tại” glycoprotein do màng nhầy ở thành ruột tiết ra. Sự thiếu hụt vitamin B 12 trong cơ thể chủ yếu do nguyên

357

nhân rối loạn hấp thu (do tạo thành “yếu tố nội tạ i” không phù hợp) hay do bệnh thiếu máu. Hình 5.12. Công thức của cyanocobalamin

N hu cầu, nguồn cung cấp và biến đ ổ i v ita m in B 12 Nhu cầu vitamin B 12 hàng ngày ở người lớn khoảng 34Ịjg. Nồng độ bình thường trong huyết tương khoảng 45 Opg/mỉ.

358

V itam in B i 2 (sử dụng độc lập hay kết hợp cùng kháng sinh) có khả năng thúc dẩy tăng trưởng à gà con, heo sữa, lợn th iến do nó ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa vitam in và protein. Vì thê vitam in B 12 được sử dụng rộng rãi trong chăn nuồi. Hiệu quả sử dụng đặc biệt cao đối với động vật còn non. Vitamin B 12 cũng được dùng để tãn g sản lượng trứng ở gà đẻ. Gan, thận, lách, tuyến ức và các mô cơ là những cơ quan chứa nhiều vitamin B12. Ản nhiều nội tạng động vật là phương pháp tốt để giảm nhẹ các biểu hiện thiếu vitamin B 12 ồ người. Độ bền của vitamin B 12 phụ thuộc nhiều yếu tô". Vitamin này tương đối bền ở pH 4-6, thậm chí ở nhiệt độ cao. Trong môi trường kiềm hay khí có m ặt các chất khử như acid ascorbic hay 3 O2, vitamin B12 bị phân hủy nhanh. v .2 .9 . A cid L-ascorbic (vitam in C)

Vai trò s in h học Hình 5.13. Công thức hoá học của vitamin c C H 2 — OH H — C — OH

359

Vitam in c (L-3-ketothreo-hexuronic acid-Ỵ-lactone) tham gia vào các phản ứng hydroxyl hóa, như sinh tổng hợp catecholamine, hydroxyproline, corticosteroid... Vitam in c được hấp thụ và phân bô' ở khắp cơ thể, nồng độ vitam in c cao n h ấ t ở tuyến yên và tuyến^ thượng thận . Khoảng 3% lượng vitamin c trong cơ th ể (20-50m g/kg thể trọng) được th ải ra ngoài qua đường nước tiểu dưới dạng acid ascorbic, acid dehydroascorbic (25%), các sản phẩm chuyển hoá (metabolite) như acid 2,3-diketo-L-gulonic (20%) và acid oxalic (55%). Lượng acid oxalic tăng khi lượng acid ascorbic trong khẩu phần ăn tăng cao. Ản thiếu vitam in c dễ bị mắc bệnh scobút (scurvy). N hu cầu, nguồn cung cấp Nhu cầu vitamin c hằng ngày ở người lớn từ 45-80m£. Nồng độ vitamin c trong máu ở mức thấp OẬmg/lỒOmỉ thể hiện sự thiếu hụt vitamin này trong chế độ ăn. Vitamin c xuất hiện trong tấ t cả các tế bào động và thực vật, ở dạng tự do hay phức với protein. Vitam in c đặc biệt có nhiều trong quả tầm xuân, nho, dâu, cam, chanh (trong vỏ nhiều hơn trong ruột), cần tây, nhiều loại cải bắp, khoai tây. B iến đ ổ i V itam in c (I) có thể bị oxy hóa th à n h acid dehydroascorbic (II) và các sản phẩm khác tiếp sau đó. Trong dung dịch nước, acid dehydroascorbic tồn tạ i dưới dạng hem iketal (IV). H oạt tín h của vitam in bị m ất đi khi vòng lactone bị mở ra và acid ascorbic chuyển th à n h acid 2,3điketo-gulonic (III).

360

C H p — OH H—

I c —

H O — C— H

COOH

'Pc —r.f —c

I 01

(III)

H ,0

C H 2 — OH

C H 2— OH

c h 2— o h

_ĩ

H — c — OH

H — Ỏ — OH

H — c — OH

H,0

Oxy hóa Khủ

(II)

Quá trình oxy hóa bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như áp suất oxy riêng phần, pH, nhiệt độ. Đặc biệt khi có m ặt xúc tác là các ion kim loại nặng như Cu2+, Fe3+, tốc độ của phản ứng oxy hoá tăng lên nhiều lần so với quá trình tự oxy hoá ngẫu nhiên không có xúc tác. o

361

Vitam in c cũng bị phân hủy trong điều kiện không có oxy để tạo th àn h hợp chất acid diketo-gulonic. Các sản phẩm phân huỷ của acid diketo-gulonic như xylosone, 4deoxypentosone sau đó tiếp tục được chuyển thành ethylglyoxal, nhiều dạng reductone, furfural và acid furfurancarboxylic. Tốc độ phản ứng chậm n h ấ t ở pH 2 và cao n h ất ở pH 4. Acid ascorbic, acid dehydro-ascorbic và các sản phẩm phân huỷ của chúng có thể phản ứng với các hợp chất chứa gốc amine (dạng phản ứng MaiUard) để tạo thành các sản phẩm có màu nâu không mong muôn trong các loại nước quả (chanh, cam) hay các loại trái cây sấy khô.

ỌH2-OH I HC-OH

Ic h 2- oh HC-OH

c h 2- oh > HC-OH

Ó'íf t "o (DHA)

COOH c h 2- oh

HC-OH

CH2-OH HC-OH __ I

H ợpchất

CÓ màu nâu

R -CHO

NH2

(I)

(II)

362

Ọ

ò h 2- oh

Hình 5.14. Biến đổi acid ascorbic trong quá trình nấu bắp cải

Thời gian nấu {phúộ

Trong quá trình bảo quản rau quả từ mùa đông sang mùa xuân, lượng vitamin c bị m ất đi có thể lên tới 70%. Một vài số liệu về sự m ất m át của vitamin c trong thực phẩm thể hiện ở bảng 5.1 và 5.2. Sự thay đổi của acid ascorbic cũng được sử dụng như một chỉ tiêu để đánh giá chất lượng của thực phẩm trong quá trình chế biến và bảo quản.

363

Chương 6

CHẤT KHOÁNG Chất khoáng (mineral) là những thành phần còn lại dưới dạng tro sau khi đốt (thiêu) các mô thực vật và động vật. Chất khoáng được chia làm hai loại: các nguyên tố đa lượng (Ca, p, K, Cl, Na, Mg) và vi lượng (Fe, Zn, Cu, Mn, I, Mo...). Ngoài ra, chất khoáng cũng có thể được chia thành ba nhóm tùy thuộc vào vai trò sinh học của chúng: các nguyên tố khoáng thiết yêu (vai trò đã được biết rõ), không thiết yếu (vai trò chưa được biết rõ) và các nguyên tố khoáng gây độc (có thể bị nhiễm vào cơ thể qua thực phẩm, không khi hoặc nước). Các nguyên tố đa lượng à vi lượng có nhiều vai trò trong cơ thể: là các chất điện ly, thành phần của các enzyme, vật liệu xây dựng trong các cấu trúc như răng và xương... Eảng 6.1. Hàm lượng khoáng trong cơ thể người

p K

Hàm lương igikg) 10-20 6-12 2-2,5

1-1,5

Cl Mg

1-1,2

I Mo

Nguyên tố Ca

364

0,4-0,5

Nguyên tố Fe Zn Cu

Hàm lượng (mg/kg) 70-100 20-30 1,5-2,5 0,15-0,3 0,1-0,2 0,1

Bảng 6.2. Hàm lượng khoáng trong một sô" thực phẩm (mg/100g) Thực phẩm Sữa bò tươi Sữa mẹ Bơ Phomai camembert (60% chất béo) Lòng đỏ trứng Lòng trắng trứng Thịt bò nạc (tươi) Thịt heo nạc (tươi) Gan heo Thận heo Cá trích Lươn Bột mì Gạo (chưa xát vỏ) Gạo (đã xát vỏ) Nầm ăn Đậu hà lan Khoai tây Su hào Cà rốt Cà chua Bắp cải Táo Cam Mơ Dâu Nho

Na 48 16 5 944

K 157 53 16 105

Ca 120 31 13 400

Fe 0,046 0,08

51 170 58 58 77 173 117 65 3,0 10 6 8

138 154 342 260 350 242 360 217 126 150 103 422 304 443 380 290 297 227 144 177 278 147 180

140 11 11 9 20 7 34 17 16 23 6 8 24

7,2 0,2 2,6 2,3 22,1 10 1,1 0,6 1,1 2,6 0,6 1,26 1,84 0,8 0,9 0,66

3,2 32 60 6 13 3 1,4 2 2,5 1,6

9,5

68 41 14 46 7 42 16 26 18

0,58

p 92 15 21 310 590 21 170 176 362 260 250 223 95 325

120 123 108 50

49,7 35

0,5 0,48 0,4 0,65 0,96

26 28 12 23 21 29

0,34

0,5

365

Trong cùng một loại thực phẩm, thành phần các nguyên tố khoáng có thể thay đối tùy thuộc vào yếu tố di truyền cùng như môi trường, điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng, điều kiện nuôi trồng, thu hoạch... Những thay đổi về thàn h phần khoáng cũng liên quan đến các điều kiện chế biến nguyên liệu thô như các quá trình nhiệt, phân tách nguyên liệu... Bảng 6.3. Hàm lượng khoáng bị m ất đi trong quá trình chế biến thực phẩm N guyên liệu thô

Sản phẩm

Lượng khoáng bị m ất (%) Cr

Rau cải spinach Đóng hộp

Zn 40

Đậu

-nt-

Cà chua

-nt-

Cà rốt

-nt-

Củ cải đường

-nt-

Đậu xanh

-nt-

Lúa mì

Bột

Gạo (đã xát vỏ)

Hạt

89 75

Lượng chất khoáng cung cấp cho cơ thể không chỉ phụ thuộc lượng thực phẩm ăn vào mà còn phụ thuộc giá trị sinh học hay th àn h phần của thực phẩm. Ngoài ra, nó còn bị ảnh hưởng bởi th ế oxy hoá, trạng thái hoá trị, độ hoà tan, pH, và khá năng hấp thu. Nhiều thành phần như protein, peptide, acid amin, polysaccharide, đường, lignin, acid hữu cơ... đều liên kết với các nguyên tố khoáng, có thể tăn g cường cũng như làm giảm sự hấp thu khoáng trong cơ thể.

366

Tầm quan trọng của các chất khoáng không chỉ ở giá trị dinh dưỡng và sinh lý, nó còn ảnh hưởng tới cấu trúc và hương vị của thực phẩm, nó có thế hoạt hóa hay vô hoạt các enzyme cũng như tham gia vào nhiều phản ứng khác trong cơ thể. Các ion kim loại có sẵn trong thực phẩm hay xuất hiện trong quá trìn h chế biến đều có thể ảnh hưởng đến chất lượng và vẻ bề ngoài của thực phẩm. Một sô" ion kim loại có thể làm m ất màu các sản phẩm trái cây, rau củ và gây giảm giá trị dinh dưỡng của thực phẩm do làm m ất vitamin c. Ion kim loại cũng gây m ất mùi, vị hoặc tạo các mùi không mong muôn do các phản ứng oxy hóa như oxy hoá chât béo. Vì thê việc loại bỏ những ion kim loại gây ảnh hưởng không tôt đên quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm bằng các chât cô lập (chelating agent) hay bằng các phương pháp khác là hêt sức quan trọng. VI.1. Các nguyên tố đa lượng

V L l.l. Na (Sodium) Lượng Na trong cơ thể người ổ mức 1,4gỉ kẽ thê trọng. Nó là thành phần ben ngoài tế bào và có vai trò duy trì áp suất thẩm thấu cho dịch ngoài tế bào. Nó cũng có vai tro trong hoạt hóa một số enzyme như amylase. Tốc độ hâp thu Na rat nhanh, thường bắt đau khoảng 3-6 p h ú t sau khi ăn và kết thúc trong vòng 3 giờ. Nhu cầu Na tối thiểu ở người trưởng thành la m m g /n g à y . Khẩu phần quá n h iề u hay quá ít Na đều dẫn đen những sự rối loạn nghiêm trọng. Tuy nhiên trên quan diễm dinh dưỡng, chỉ khi dùng quá nhiêu Na mơi gay hại cho SƯC khoẻ. Lương Na hấp thu quá cao dẫn đến hiện tượng tăng huyết áp bất thường. Để giảm lượng Na có thể sử dụng khấu phần ãn không có Na hay muối thay thế (ví dụ, KC1). 367

VI. 1.2. K (P o ta ssiu m ) Nồng độ K trong cơ thể người khoảng 2g / k g thể trọng. K có mặt phần lớn ở giữa các tế bào, nó giúp điều chỉnh áp suất thẩm thấu giữa các tế bào, tham gia vào quá trình vận chuyển các chất qua màng tế bào, hoạt hóa nhiều enzyme trong quá trình hô hấp và đồng hóa glucid. Nhu cầu K tốì thiểu là 782mglngày. Thiếu K do ăn uống thiếu chất dẫn đến nhiều chứng bệnh khác nhau. Bánh mì trắng và các loại dầu mỡ không chứa K; ngược lại khoai tây, rỉ đường lại rất giàu K.

VI. 1.3. Mg (M agnesium ) Nồng độ Mg trong cơ thể người khoảng 250m g/kg thể trọng. Nhu cầu Mg hàng ngày là 300-350m£. Với chế độ ăn bình thường hàm lượng Mg cung cấp cho cơ thể vào khoảng 300-500772^. Mg là chât hoạt hóa của nhiều enzyme, đặc biệt là các enzyme chuyển hóa các hợp chất chứa phosphate, làm bền màng tê bào, màng gian bào và acid nucleic. Do đây là một nguyên tô" không thể thiếu được trong quá trìn h trao đổi chất nên thiêu hụt Mg trong khẩu phần ăn gây những rối loạn trầm trọng đối với cơ thể.

VI. 1.4. Ca (Calcium) Tổng lượng Ca trong cơ thể người khoảng 1500*. Đây là một trong những nguyên tô da lượng quan trọng nhất. Nó có mặt trong xương và một sô mô khác trong cơ thể. Ca có vai trò quan trọng trong việc xây dựng cấu trúc xương, trong hiện tượng đông máu và co cơ, vì thế thiếu Ca sẽ gây những rối loạn nghiêm trọng. 368

Nhu cầu Ca hàng ngày 0,8-lể trong khi lượng Ca cung cấp cho cơ thể từ chế độ ăn bình thường khoảng 0,8-0,9#. Nguồn Ca chính cho dinh dưỡng của con người là sữa và các sản phẩm từ sữa. Trái cây, rau củ, ngũ cốc, thịt, cá, trứng cũng chứa Ca nhưng với hàm lượng thấp hơn nhiều so với sữa. VI. 1.5. Cl (Chloride) Hàm lượng C1 trong cơ thể ồ mức 1,1g /k g thể trọng. Lượng ăn vào hàng ngày (chủ yếu dưới dạng muối ăn NaCl) là 3-12glngày. Chloride tham gia liên kết với Na trong dịch ngoài tế bào và tạo liên kết với hydro trong dịch vị dạ dày. Nó được hấp thu rấ t nhanh và thải ra nước tiểu cũng rấ t nhanh. VI. 1.6. p (P hosphorus ) Tổng lượng phosphorus p trong cơ thể khoảng 700#. Nhu cầu p hàng ngày từ 0,8-1,2g, Tỷ lệ Ca/P trong thực phẩm phải xấp xỉ bằng 1. Phosphorus ở dạng phosphate, tự do hay dạng liên kết ester đều đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đối chất và vì thế là một chất dinh dưỡng thiết yếu. p có m ặt trong nhiều loại thực phẩm khác nhau. Các dạng phosphorus hữu cơ trong thực phẩm được phân huỷ bởi enzyme phosphatase trong ruột và p được hấp thụ ở dạng phosphate vô cơ. Polyphosphate (được đưa vào thực phẩm dưới dạng phụ gia) chỉ được hấp thu sau khi bị thuỷ phân thành orthophosphate. Mức độ thuỷ phân phụ thuộc vào mức độ trùng hợp của polyphosphate. V I.2. Các nguyên tế vi IƯòng

Khoảng 15 nguyên tố vi lượng thiết yếu hiện diện trong các hormone, vitamin, enzyme và các protein có hoạt tính 369

sinh học khác. Tuy nhiên vai trò sinh học của m ột số nguyên tố khác như Li (ở dạng phức với Na), Rb (phức với K) vẫn chưa dược biết rõ. Một số nguyên tố có dộc tính (Sb, Cd, Hg, Tl, Pb) xuất hiện trong cơ th ể bằng nhiều con đường và có thể gây nên những hậu quả nghiêm trọng đối với sức khoẻ con người. Tuy nhiên, thiếu hụt các nguyên tố vi lượng th iết yếu cũng gây nên những rối loạn chuyển hoá nghiêm trọng, chủ yếu liên quan đến làm m ất hay làm giảm hoạt tính của một số enzyme liên quan đến quá trình trao đổi chất. VI.2.1. M ột số n g u yên tố vi lượng th iế t y ế u VI.2.1.1. Fe (Sắt) Hàm lượng Fe trong cơ thể người khoảng 4-5g. Fe có m ặt chủ yếu trong hemoglobin (máu), sắc tố myoglobin trong mô cơ và một số enzyme (peroxidase, catalase, hydroxylase và các flavine enzyme). Nhu cầu Fe phụ thuộc vào tuổi tác, giới tín h và nằm trong giới hạn từ 1-2fim g / ngày. Tuy nhiên, do khả năng hấp thu sắt thấp nên chế độ ăn phải cung cấp từ 528m g/ngày để dảm bảo đáp ứng đủ nhu cầu của con người. Khả năng hấp thu của sắt phụ thuộc vào dạng tồn tại của chúng trong thực phẩm (dưới dạng hợp chất hữu cơ hay muối vô cơ). Sắt trong th ịt được hấp thu dễ nhất (20-30%), sau đó tới sắt trong gan (6,5%) và cá (5,9%). Fe trong rau củ và sữa chỉ được hấp thu khoảng 1-1,5%. F eS 04 là dạng dễ hấp thu nhât. Trứng làm giảm khả năng hấp thu sắt còn acid ascorbic ngược lại làm gia tăng khả năng hấp thu nguyên tố này. Đối với cơ thể khỏe mạnh, nhu cầu Fe phụ thuộc vào nhu cầu cơ thể. Ớ trẻ em, phụ nữ có thai hay đang cho con bú, phụ nữ trước tuổi m ãn kinh... nhu cầu Fe cao hơn bình thường. Đế 370

đáp ứng nhu cầu sắt cho các đôi tượng này, ngũ cốc (như bột mì, bánh mì, gạo, mì...) có thể được bổ sung sắt với liều lượng 55-130m g/kg. Tuy nhiên, có hai vấn đề nảy sinh đối với thực phẩm được bổ sung Fe: tăng khả năng oxy hoá lipid và làm giảm chất lượng nướng trong trường hợp bổ sung vào bột mì. Trong công nghệ chế biến thực phẩm, Fe là nguyên tố vi lượng không mong muốn do chúng xúc tác các phản ứng oxy hóa chất béo, làm đục nước quả và rượu vang, làm tăng sự phát triển của vi khuẩn ưa Fe trong nước uống tinh khiết. VI.2.1.2. Cu (Đ ồng ) Hàm lượng Cu trong cơ thể người khoảng 100-150mg\ Cu là thành phần của nhiều enzyme oxy hóa như cytochrome oxidase, superoxide dismutase, tyrosinase, amine oxidase.... Trong máu, Cu sẽ gắn với ceruloplasmin để tham gia vào phản ứng oxy hoá Fe2+ thành Fe3+. Đây là phản ứng rấ t quan trọng vì chỉ có dạng ion Fe3+ được transferrin protein vận chuyển tới nơi dự trữ sắt ở gan. Nhu cầu Cu hàng ngày là 12mg và thường được bảo đảm nhờ khẩu phần ăn bình thường. Hơn cả sất, Cu là nguyên tố rất không có lợi trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm do Ĩ1Ó xúc tác phản ứng oxy hóa nhiều hợp chất quan trọng như acid ascorbic, lipid... VI.2.1.3. Zn (Kẽm) Tổng lượng Zn trong cơ thể người lớn là 2-4g. Nhu cầu Zn hàng ngày là 6-22 mg được cung cấp đủ từ chế độ ăn bình thường. Zn cũng là thành phần của nhiều enzyme như alcohol dehydrogenase, lactate dehydrogenase, glutamate dehydrogenase, carboxypeptidase... Một số enzyme khác như dipeptidase, alkaline-phosphatase, lecithinase... cũng được hoạt hoá bởi Zn hay một số ion hoá trị 2 khác. 371

Thiếu hụt Zn ở động vật gây những rối loạn nghiêm trọng, nhưng thừa Zn ở người lại gây hiện tượng ngộ độc. Một số trường hợp ngộ độc Zn được ghi nhận khi sử dụng các loại thực phẩm (có độ acid cao) được đóng gói trong bao bì kim loại phủ Zn. VL2.1.4. Mn (M anganese) Cơ thể người chứa tổng cộng 10-40m.g Mn. Nhu cầu Mn hàng ngày từ 2-48mg và được đáp ứng bởi chế độ ăn thông thường. Mn là chất hoạt hoá nhiều enzyme như pyruvate decarboxylase, arginase, amino peptidase, lecithinase, enolase. Khác với Zn, Mn dù ở nồng độ cao cũng ít gây hiện tượng ngộ độc đối với cơ thể người và động vật. VT.2.1.5. Co (C obalt) Tổng lượng Co trong cơ thể người rấ t ít, chỉ khoảng 12mg. Co là nguyên tố trung tâm trong phân tử Vitamin Bi2, vì th ế nó được coi là nguyên tô" vi lượng th iết yếu và cần dược cung cấp đầy đủ bằng khẩu phần ăn hàng ngày. VL2.1.6. V (V anadium ) Tổng lượng Vanadium trong cơ thể từ 17-43m£. Các thí nghiệm cho thấy, vanadium đóng vai trò là chất kích thích sinh trưởng trên gà và chuột thử nghiệm. Rõ ràng dây là một nguyên tố có vai trò sinh học. Lượng vanadium ăn vào qua thực phẩm khoảng 12-30ịiglngày. VT.2.1.7. Cr (Chrom ium ) Hàm lượng Cr trong cơ thể người thay đổi từ 6-12mg tuỳ từng vùng. Lượng Cr ăn vào từ thực phẩm cũng thay đổi trong m ột giới h ạn rộng từ 5-200ụg.

372

Cr có vai trò quan trọng trong chuyển hóa glucose, nó hoạt hoá enzyme phosphoglucomutase và tăng cường hoạt tính cho insulin. Thiếu chromium dẫn đến giảm khả năng dung nạp glucose và tăng nguy cơ bị bệnh tim mạch. Thí nghiệm trên chuột cho thấy, Cr không gây độc khi dùng với liều lượng 25ppm trong một thời gian dài. VI'2.1.8. Se (Selenium ) Tổng lượng selenium trong cơ thể từ 10-15m£, trong khi lượng ăn vào hàng ngày từ 0,05-0,Img. Phụ thuộc vào điều kiện thổ nhưỡng ở từng vùng mà đất có hàm lượng selenium khác nhau. Selenium là một chất chống oxy hóa và có khả năng nâng cao hoạt tính của tocopherol. Nó cũng là thành phần của enzyme glutathione peroxidase, có vai trò bảo vệ màng tế bào khỏi bị phá huỷ do oxy hóa. Độc tính của selenium, đặc biệt là khả năng gây ung thư cao đã được chứng minh ở nhiều thí nghiệm trên động vật. Nhiều biểu hiện bệnh đã xuất hiện ở đàn gia súc chăn thả trên vùng đồng cỏ có hàm lượng selenium trong đất cao. ớ liều th ấp 2-8pprr^ trong thức ăn gia súc, selenium đã có thể gây độc. VI.2.1.9. Mo (M olybdenum) Cơ thể người chứa từ 8-10mg Mo. Hàng ngày thực phẩm cung cấp khoảng 0,3mg Mo. Mo là thành phần của enzyme aldehyde oxydase, xanthin oxydase và enzyme nitrate reductase của vi khuẩn tham gia vào quá trình lên men thịt. Nồng độ Mo cao gây ngộ độc thực phẩm. Điều này đã được chứng m inh ở gia súc chăn thả trên vùng đồng cỏ có 373

hàm lượng molybdenum trong đất cao. cỏ ở đây có thể chứa một lượng Mo lên tới 20-100ụgig chất khô. VI.2.1.10' N i (N ic k el) Nickel là chất hoạt hóa đối với nhiều enzyme như alkaline phosphatase, oxalacetate decarboxylase. Nó cũng có khả năng tăng cường hoạt tính của insulin. Các biểu hiện thiếu hụt (như sự thay đổi ty thể ở gan) đã được tìm thấy ở chuột và gà thí nghiệm. Nguồn Ni từ thực phẩm hàng ngày cung cấp khoảng 150-700/^g, trong khi nhu cầu Ni là 35-500ỊUg/ngày. VL2.1.11. B (Boron) Boron được tìm thấy ở cả người và động vật. Với hàm lượng siêu nhỏ (ultratrace), boron có ảnh hưởng đến quá trình chuyển hoá các chất khoáng ở động vật bậc cao do ảnh hưởng đến hoạt động của tuyến yên. Nó cũng có vai trò quan trọng ở một số thực vật. Ví dụ bệnh thối rữa ở củ cải đường và bệnh hoá nâu ở su hào là do thiếu boron. Boron có m ặt trong nhiều thực phẩm: trái cây chứa khoảng 5-30ppm, rau củ chứa từ 0,5-2ppm> ngũ cốc 0,5-3ppm, trứng 0,ljopm, sữa 0,1-0,2ppm. Lượng boron đưa vào cơ thể có thể thay đổi từ 1,3-4,3m g/ngày tuỳ thuộc lượng rượu vang (chứa tới 10m g iỉ boron) uống vào. Nhu cầu boron ước tính khoảng >0,4ụ g /g thực phẩm. Ở nồng độ cao, acid boric có th ể được dự trữ trong các mô mỡ và ở hệ th ầ n kinh trung ương. Vì vai trò của lượng boron dự trữ này chưa được b iết chính xác n ê n acid boric h iện nay không còn được sử dụng trong bảo quản thực phẩm .

374

Vl.2.1.12. S i (Silicon) Ở dang acid silicic tan trong nước, silicon có thể được hấp thu dễ dàng. Lượng silicon trong cơ thể khoảng 1#, nó có vai trò trong việc kích thích sự tăng trưởng của cơ thể. Nguồn silicon chính có trong các hạt ngũ cốc.

Nồng độ silicon >100m glkg có thể gây độc. Lượng silicon ăn vào từ thực phẩm khoảng 21-4Qmglngày. VL2.1.13. F (Fluorine) Cơ thể người chứa 2fig fluorine. Nó có vai trò quan trọng trong quá trìn h phát triển và sinh sản của tế bào. Nó cũng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ men răng, giảm hoạt động của các enzyme gây bệnh vôi răng. Người ta thường thêm vào nước uống một lượng 0,5-l,5ppm fluorine ở dạng NaF hoặc (NH4)2SiF6. Nồng độ 2ppm F có thể gây độc. Vì thế, lợi ích của F trong nước uống vẫn đang là một vấn đề gây tranh luận. VL2.1.14. 1 (Iodine) Hàm lượng iod trong cơ thể người khoảng 10mg, trong đó 70-80% ồ dạng liên kết hóa trị trong tuyến giáp. Iodine chỉ được hấp thu từ thực phẩm dưới dạng iodide và dược sử dụng trong tuyến giáp để tổng hợp hormone tuyến giáp. Nhu cầu iodine ở người khoảng 100-200ụg/ngày. Thiếu hụt iodine gây bệnh bướu cổ, phình tuyến giáp. Lượng iodine trong phần lớn các loại thực phẩm rất ít. Các nguồn thực phẩm giàu I gồm trứng, sữa, và các loại hải sản. Nước uống cung cấp một lượng nhỏ cho nhu cầu I của cơ thể. Ớ những vùng bị bệnh bướu cổ, người ta thấy nước uống chỉ chứa một lượng rấ t nhỏ I khoảng 0,1-2,0ỊẤgỉl, trong khi ở những vùng người dân không bị bệnh này, hàm lượng iodine trong nước cao hơn và 375

đạt 2-lbụgỉL Muối iodide KI (thêm 1 0 0 ^ iodine vào l-10g NaCl) được sử dụng để phòng tránh các bệnh do thiếu iodine. Quá dư iodine cũng gây những rối loạn về khả năng sinh sản và tiế t sữa trong các thí nghiệm trên chuột và động vật, còn ở người có thể gây các bệnh về tuyến giáp. VL2.1.15. As (A rsenic) Các thí nghiệm cho thấy, arsenic có tác dụng kích thích quá trìn h sinh trưởng ở gà, chuột và dê. Nó cũng có liên quan đến quá trìn h chuyển hóa methionine. Trong một số trường hợp, arsenocholine có thể thay th ế cho vai trò của choline. Nhu cầu arsenic của cơ thể khoảng 12-25ịẰglngày. Thực phẩm - chủ yếu là cá - mang đến từ 20-30/

Hóa học hóa sinh thực phẩm pdf hoàng kinh anh

Bài Viết Liên Quan

Quảng Cáo

Có thể bạn quan tâm

Toplist được quan tâm

Quảng cáo

Xem Nhiều

Quảng cáo

Chúng tôi

Điều khoản

Trợ giúp

Mạng xã hội