Giáo trình Hóa học thực phẩm giúp người học tiếp thu những kiến thức cần có của về các thành phần thực phẩm, có cách nhìn khái quát về các thành phần cấu tạo nên thực phẩm và các phản ứng làm biến đổi thành phần cấu tạo của thực phẩm. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 1 giáo trình!
ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP TRƢỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG ĐỒNG THÁP GIÁO TRÌNH (Ban hành kèm theo Quyết định số /QĐ-CĐCĐ ngày tháng năm 2017 Hiệu trưởng trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp) MÔN HỌC/ MƠ ĐUN: HĨA HỌC THỰC PHẨM NGÀNH, NGHỀ: CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Đồng Tháp, năm 2017 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Nghề Công nghệ thực phẩm nghề chuyên lĩnh vực bảo quản chế biến thực phẩm như: đồ ăn, đồ uống – nước giải khát, thực phẩm…đảm bảo nhu cầu dinh dưỡng an toàn thực cho cộng đồng Đây ngành liên quan đến kiểm tra, đánh giá chất lượng sản phẩm trình chế biến; phát triển sản phẩm mới, vận hành sản xuất…Ứng dụng nghề Công nghệ thực phẩm vơ đa dạng, tất liên quan đến đồ ăn thức uống, an toàn thực phẩm ứng dụng kiến thức ngành nghề học Giáo trình mơn học Hóa học thực phẩm phân bố giảng dạy thời gian 64 bao gồm 07 chương: Chương 1: Nước Chương 2: Protein Chương 3: Enzyme Chương 4: Glucid Chương 5: Lipid Chương 6: Vitamin khoáng chất Chương 7: Sắc tố thực phẩm Trong trình biên soạn giáo trình này, khảo sát thực tế nhiều tài liệu, giảng thực tế số trường, xí nghiệp địa bàn Tỉnh Ngồi cịn cập nhật Qui chuẩn Việt Nam chế biến, đánh giá thực phẩm Giáo trình sở cho giáo viên soạn giảng để giảng dạy, tài liệu nghiên cứu học tập học sinh học nghề “Công nghệ thực phẩm” Tuy nhiên thực tế sản xuất ln biến động, quy trình cơng nghệ liên tục thay đổi biên soạn chúng tơi gặp phải khó khăn định Tuy nhiên, tập thể biên soạn cố gắng để biên soạn giáo trình bám sát chương trình đào tạo Chúng xin chân thành cám ơn Cơ quan, đơn vị cá nhân tạo điều kiện giúp đỡ chúng tơi hồn thành giáo trình Đồng Tháp, ngày tháng năm 2017 Tham gia biên soạn Chủ biên MỤC LỤC Chương NƯỚC .20 1.1 Giới thiệu 20 1.2 Hàm lượng trạng thái nước thực phẩm 21 1.3 Cấu tạo nước 22 1.4 Độ hoạt động nước 23 1.5 Đường đẳng nhiệt hấp thụ phản hấp thụ 24 1.6 Phương pháp xác định độ hoạt động nước 27 1.7 Ảnh hưởng độ hoạt động nước đến tính chất biến đổi chất lượng sản phẩm thực phẩm 28 1.7.1.Ảnh hƣởng hoạt độ nƣớc đến phản ứng oxy hóa chất béo 29 1.7.2.Ảnh hƣởng hoạt độ nƣớc đến phản ứng sẫm màu phi enzyme 30 1.7.3 Ảnh hƣởng hoạt độ nƣớc đến phản ứng enzyme sản phẩm thực phẩm 30 1.7.4.Ảnh hƣởng hoạt độ nƣớc đến phát triển vi sinh vật 30 1.7.5.Ảnh hƣởng hoạt độ nƣớc đến tính chất lƣu biến thực phẩm 31 1.7.6.Ảnh hƣởng hoạt độ nƣớc đến giá trị dinh dƣỡng 31 Chương PROTEIN 32 2.1.Giới thiệu 32 2.2.Acid amin 33 2.2.1.Cấu tạo phân loại 33 2.2.1.1.Cấu tạo chung 33 2.2.1.2.Phân loại 33 2.2.1.3.Các acid amin thường gặp 34 2.2.1.4.Đồng phân 36 2.2.2.Tính chất vật lý acid amin 37 2.2.3.Các phản ứng đặc trƣng quan trọng acid amin 37 2.3.Peptide 39 2.3.1.Cấu tạo cách gọi tên 40 2.3.2.Tính chất 40 2.3.3.Một số peptide điển hình 42 2.4.Protein 42 2.4.1.Hình dạng cấu trúc protein 42 2.4.2.Tính chất protein 44 2.4.2.1.Tính lưỡng tính 44 2.4.2.2.Tính hịa tan 44 2.4.3.Sự biến tính protein 45 2.4.4.Các tính chất chức protein 46 2.4.4.1.Khả tạo gel protein 46 2.4.4.2.Khả tạo bột nhão 48 2.4.4.3.Khả tạo màng 48 2.4.4.4.Khả nhũ hóa 48 2.4.4.5.Khả tạo bọt 49 2.4.4.6.Khả cố định mùi 49 2.4.5 Các biến đổi protein trình chế biến bảo quản thực phẩm 50 2.4.5.1.Phản ứng thủy phân 50 2.4.5.2.Phản ứng chuyển hóa protein dƣới tác dụng enzyme 51 2.4.5.3.Phản ứng chuyển hóa protein dƣới tác dụng nhiệt 52 2.4.5.4.Ảnh hƣởng chất bảo quản đến protein 54 Chương ENZYME 58 3.1.Cấu tạo enzyme 58 3.1.1.Bản chất 58 3.1.2.Cấu tạo hóa học enzyme 59 3.2.Các đặc tính bật enzyme 60 3.2.1.Cƣờng lực xúc tác 60 3.2.1.1.Đặc điểm chung 60 3.2.1.2.Điểm riêng biệt 60 3.2.2.Tính đặc hiệu enzyme 61 3.2.2.1.Tính đặc hiệu tuyệt đối 61 3.2.2.2.Đặc hiệu tập thể (đặc hiệu quang học) 61 3.2.2.3.Đặc hiệu tương đối 61 3.2.2.4.Đặc hiệu kép 62 3.3.Cơ chế tác dụng enzyme 62 3.3.1.Trung tâm hoạt động enzyme 62 3.3.2.Cơ chế hoạt động enzyme 63 3.4.Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng enzyme 64 3.4.1.Ảnh hƣởng nồng độ enzyme, chất 64 3.4.2.Ảnh hƣởng nhiệt độ 65 3.4.3.Ảnh hƣởng pH 66 3.4.4.Ảnh hƣởng chất kiềm hãm 67 3.4.5.Ảnh hƣởng chất hoạt hóa 68 3.4.6.Phƣơng pháp xác định hoạt độ enzyme 68 3.5.Cách gọi tên phân loại enzyme 70 3.6.Các ứng dụng enzyme 73 Chương GLUCID 78 4.1Giới thiệu 78 4.2 Chức glucid 78 4.3 Phân loại glucid 80 4.4 Monosaccharide (glucid đơn giản) 80 4.4.1Cấu tạo 80 4.4.2Gọi tên 82 4.4.3Một số monosaccharide tiêu biểu 83 4.4.4Tính chất chung monosaccharide 85 4.5Oligosaccharide (Polisaccharide loại 1) 86 4.5.1Disaccharide 87 4.5.2Trisaccharide 89 4.6 Polysaccharide loại 90 4.6.1Gọi tên polysaccharide 90 4.6.2Polysaccharide nguồn thực vật 90 4.6.3Polysaccharide nguồn vi sinh vật 95 4.6.4Polysaccharide nguồn động vật 95 4.7Khả chuyển hóa glucid 97 4.7.1Chuyển hóa monosaccharide 97 4.7.2Chuyển hóa disaccharide polysaccharide 103 Chương LIPID 107 5.1.Giới thiệu 107 5.2.Chức lipid 108 5.3.Phân loại lipid 109 5.4.Gọi tên acid béo 109 5.5.Phân loại acid béo 110 5.5.1.Các acid béo chƣa no 110 5.5.2.Các acid béo no 111 5.6.Tính chất vật lý acid béo 111 5.7.Tính chất hóa học acid béo 112 5.8.Lipid đơn giản 114 5.8.1.Triacyglyceride 114 5.8.2.Sáp (seride) 115 5.8.3.Sterid 116 5.8.3.1.Sterol 116 5.8.3.2.Sterid 116 5.8.3.3.Glycerine 117 5.9.Lipid phức tạp 117 5.9.1.Phospholipid 117 5.9.2.Glycolipid 118 5.10.Khả chuyển hóa lipid 118 5.10.1.Sự hóa phản ứng thủy phân 118 5.10.2.Sự hóa phản ứng oxy hóa – khử 119 5.10.3.Sự chuyển hóa lipid 121 5.10.3.1.Chuyển hóa nấu 121 5.10.3.2.Chuyển hóa rán 122 Chương VITAMIN VÀ KHOÁNG CHẤT 123 6.1.Vitamin 123 6.1.1.Giới thiệu 123 6.1.2.Đặc điểm chung vitamin 123 6.1.3.Các vitamin tan chất béo 123 6.1.4.Các vitamin tan nƣớc 127 6.2.Chất khoáng 137 6.2.1Giới thiệu 137 6.2.2.Các nguyên tố đa lƣợng 137 6.2.2.1.Calci (Ca) 137 6.2.2.2.Phospho ( P) 138 6.2.2.3.Magne (Mg) 138 6.2.2.4.Kali (K) 139 6.2.2.5.Natri (Na) 139 6.2.3.Các nguyên tố vi lƣợng 139 6.2.3.1.Sắt (Fe) 139 6.2.3.2.Mangan (Mn) 139 6.2.3.3.Iode (I2) 140 6.2.3.4.Kẽm (Zn) 140 Chương SẮC TỐ TRONG THỰC PHẨM 141 7.1.Vai trò sắc tố thực phẩm 141 7.2.Sắc tố tự nhiên thực vật 142 7.2.1.Chlorophyll 142 7.2.2.Carotenoide 144 7.2.2.1.Lycopen 145 7.2.2.2.Các chất màu khác nhóm carotenoide 146 7.2.2.3.Tính chất carotenoide 147 7.2.2.4.Ngăn cản màu carotenoide 147 7.2.3.Nhóm flavonoide 147 7.2.3.1.Cấu tạo anthocyanin 148 7.2.3.2.Tính chất 149 7.2.3.3.Sự thối hóa anthocyanin 150 7.2.4.Betalains 150 7.3.Sắc tố đỏ thịt 151 7.4.Chất màu hình thành chế biến bảo quản 152 7.4.1.Phản ứng hóa nâu không enzyme 153 7.4.1.1.Phản ứng Maillard 153 7.4.1.2.Phản ứng Caramel 157 7.4.1.3.Sự oxy hóa acid ascorbic 158 7.4.2.Phản ứng hóa nâu enzyme 160 TÀI LIỆU THAM KHẢO .166 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cấu tạo phân tử nƣớc 22 Hình 1.2 Mơ hình mạng tinh thể phân tử nƣớc đá 23 Hình 1.3 Đƣờng đẳng nhiệt hấp thụ phản hấp thụ 26 Hình 1.4 Sự tái hydrat hóa sản phẩm đƣợc làm khơ 27 Hình 1.5 Xác định aw theo phƣơng pháp nội suy 27 Hình 1.6 Ảnh hƣởng hoạt độ nƣớc đến trình gây hƣ hỏng thực phẩm 29 Hình 2.1 Acid amin dạng D L 37 Hình 2.2 Cấu trúc phân tử protein 44 Hình 4.1 Quá trình đƣờng phân 98 Hình 4.2 Quá trình lên men rƣợu 101 Hình 4.3 Chu trình Krebs 103 Hình 7.1: Các đƣờng hƣớng biến đổi chlorophyll 144 Hình 7.2: Cấu trúc phân tử đồng phân caroten 145 Hình 7.3 Ảnh hƣởng nhiệt đến độ bền enzyme PPO 161 Hình 7.4: Ảnh hƣởng thời gian xử lý đến biến đổi màu phản ứng enzyme với có mặt hợp chất sinh SO2 162 Hình 7.5: Ảnh hƣởng pH đến hoạt tính enzyme PPO 164 Nguồn: http://www.thefullwiki.org/Structural_Biochemistry/Enzyme - Trung tâm hoạt động enzyme hai nhiều cấu tử nhóm chức coenzyme Có loại enzyme có TTHĐ enzyme có nhiều TTHĐ Ví dụ: Alcoldehydrogenase gan có TTHĐ Các TTHĐ khác cấu tạo chức Quan niệm trung tâm hoạt động enzyme: Có thuyết nói TTHĐ Thuyết Fisher: TTHĐ có sẵn với cấu trúc định cho phép chất có cấu tạo tương ứng kết hợp vào Nên ví “ổ khóa” “chìa khóa” Thuyết Kosland: thường gọi thuyết “ tiếp xúc cảm ứng”, TTHĐ mềm dẽo linh động, nhóm chức TTHĐ chưa tư sẳng sàng tiếp xúc với chất tác dụng chất không gian biến đổi hình dạng phân tử enzyme làm cho gốc acid amin, nhóm chức TTHĐ di chuyển định hướng cách thích hợp nhất, xác để gắn với chất 3.3.2 Cơ chế hoạt động enzyme Nghiên cứu chế xúc tác enzyme có vai trị quan trọng q trình chuyển đổi chất thể sống Muốn cho phản ứng enzyme xảy chất phải gắn vào trung tâm hoạt động enzyme, tạo phức hợp enzyme – chất (E-S) Dưới tác dụng enzyme, hoạt tính hóa học chất tăng lên rõ rệt cần lượng hoạt hóa nhỏ đủ làm cho phản ứng xảy tức khắc để biến chất thành sản phẩm * Sự tạo thành phức hợp enzyme chất: Theo Michaelis Menten trước hết enzyme (E) kết hợp với chất (S) tạo nên phức hợp enzyme - chất (ES) Dưới tác dụng enzyme phân tử chất bị biến đổi tạo thành sản phẩm (P) phản ứng Sau q trình hồn 63 thành enzyme tách trạng thái ban đầu q trình phản ứng hồn thành Sơ đồ phản ứng sau: E + S ES E + P - Giai đoạn thứ nhất: hình thành phức hợp ES thường xảy nhanh chóng phức hợp không bền vững thường liên kết yếu tạo thành (tương tác tĩnh điện, liên kết hydro, tương tác Vanderwaals) Năng lượng liên kết phức hợp ES theo Michaelis vào khoảng 10 kcal/mol Chứng tỏ liên kết chất enzyme nhiều liên kết lượng thấp liên kết có lượng cao; - Giai đoạn thứ hai: xảy biến đổi chất dẫn đến kéo căng phá vỡ liên kết đồng hóa trị tham gia phản ứng; - Giai đoạn thứ ba: tạo thành sản phẩm, cịn enzyme giải phóng dạng tự Người ta chứng minh có liên kết có khả kết hợp enzyme chất: liên kết H, phối trí, ion, tương tác kỵ nước liên kết chuyển đổi điện tích 3.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến vận tốc phản ứng enzyme 3.4.1 Ảnh hƣởng nồng độ enzyme, chất Trong tất phản ứng enzyme điều kiện khác không thay đổi phụ thuộc vào nồng độ enzyme chất * Ảnh hưởng nồng độ enzyme: Nếu có nồng độ chất [S] cố định (đầy đủ chất) Ta biểu diễn mối quan hệ vận tốc phản ứng nồng độ enzyme biểu thức sau: V= k[E] Trong V: vận tốc phản ứng [E]: nồng độ enzyme Vận tốc phản ứng (V) 64 Nồng độ enzyme Nồng độ enzyme lớn lượng chất bị biến đổi nhiều, tốc độ phản ứng nhanh ngược lai * Ảnh hưởng nồng độ chất: Sự phụ thuộc vận tốc phản ứng nồng độ chất biểu diễn phương trình Michaelis – Menten V V max [ S ] Km [ S ] Trong đó: V: Vận tốc phản ứng Vmax: Vận tốc phản ứng cực đại [S]: Nồng độ chất Km: Hằng số Michaelis – Menten Sự phụ thuộc tốc độ phản ứng nồng độ chất thể hình: Vận tốc phản ứng (V) Nồng độ chất (S) Đồ thị Michaelis–Menten (ảnh hưởng nồng độ chất đến phản ứng enzyme) Ở giai đoạn đầu, nồng độ chất thấp, tốc độ phản ứng phụ thuộc tuyến tính với nồng độ chất Ở giai đoạn tốc độ phản ứng đạt cực đại, tốc độ phản ứng khơng cịn phụ thuộc vào nồng độ chất 3.4.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ 65 Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến phản ứng enzyme, phản ứng hóa học thông thường, vận tốc phản ứng tăng nhiệt độ tăng Tuy nhiên, enzyme có chất protein nên bền với nhiệt độ, nên tốc độ phản ứng enzyme lúc tỷ lệ thuận với nhiệt độ Tốc độ phản ứng tăng đến giới hạn nhiệt độ định Vượt nhiệt độ đó, tốc độ phản ứng enzyme giảm dần dẫn đến mức triệt tiêu Đa số enzyme bị hoạt tính nhiệt độ 70°C Tuy nhiên, nhiệt độ thích hợp enzyme khác khơng giống nhau, chúng tùy thuộc vào nơi mà chúng tồn Nhiệt độ thích hợp enzyme khơng định mà cịn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, thời gian tác dụng dài nhiệt độ thích hợp thấp Nồng độ enzyme chất dạng tồn enzyme làm thay đổi ảnh hưởng đến nhiệt độ thích hợp enzyme Nhiệt độ cao thường gây cho enzyme hoạt tính, phản ứng vơ hoạt enzyme tác dụng nhiệt độ thường biểu diễn theo phương trình bậc ln [E] = -kt [ E0 ] Trong đó: k: số tốc độ phản ứng E: nồng độ enzyme hoạt động thời gian t Eo: nồng độ ban đầu enzyme hoạt động Ví dụ: - Enzyme α-amylase nhiệt độ thích hợp vi sinh vật khoảng 70°C - Enzyme β -amylase nhiệt độ thích hợp thực vật khoảng 60°C 3.4.3 Ảnh hƣởng pH Enzyme nhạy cảm thay đổi pH môi trường, enzyme hoạt động mạnh vùng pH xác định gọi pH tối thích pH môi trường thường ảnh hưởng đến mức độ ion hóa chất Các enzyme từ nguồn khác có pH tối thích khác Đối với enzyme định pH thích hợp khơng cố định mà thay đổi tùy theo tính chất 66 nồng độ chất, nhiệt độ phản ứng chất dung dịch đệm, pH ảnh hưởng lên hoạt tính enzyme theo chế như: - Làm thay đổi ion hóa nhóm chức có vai trị phản ứng thủy phân - Làm thay đổi ion hóa nhóm chức có vai trị quan trọng việc gắn chất - Làm thay đổi ion hóa chất - Làm thay đổi ion hóa nhóm chức khác enzyme - Làm biến tính enzyme Các nhóm ion hóa enzyme có vai trị quan trọng động học phản ứng xúc tác enzyme Mặc dù enzyme chứa vơ số nhóm ion hóa, nhiên, có số chúng quan trọng Các nhóm tiếp xúc trực tiếp với trung tâm hoạt động nhóm vị trí khác với trung tâm hoạt động Thơng thường, trung tâm hoạt động enzyme ln chứa nhóm acid hay base quan trọng Ví dụ: Enzyme ribonuclease có pH thích hợp 8,0 dung dịch đệm dietylbutiarate pH 7,4 dung dịch đệm làm phosphate 3.4.4 Ảnh hƣởng chất kiềm hãm Các chất kìm hãm chất làm giảm hoạt tính enzyme lại khơng bị enzyme làm thay đổi tính chất hóa học, cấu tạo hóa học tính chất vật lý chúng Các chất gây kìm hãm hoạt động enzyme bao gồm ion, phần tử vô cơ, chất vô protein Các chất kìm hãm thuận nghịch hay khơng thuận nghịch, làm yếu chấm dứt hoàn toàn tác dụng enzyme Tùy theo chế tác dụng chất kiềm hãm mà người ta chia loại chính: kiềm hãm cạnh tranh kiềm hãm không cạnh tranh - Kiềm hãm cạnh tranh: chất có cấu tạo tương tự cấu trúc chất, chúng thường chất kìm hãm thuận nghịch Chúng có khả kết hợp trung tâm hoạt động enzyme, chất khơng cịn hội 67 tiếp cận với trung tâm Cơ chế loại trừ lẫn chất kiềm hãm chất làm giảm số lượng enzyme kết hợp với chất - Kiềm hãm khơng cạnh tranh: chất kìm hãm khơng cạnh tranh kết hợp với enzyme vị trí khác với trung tâm hoạt động, làm thay đổi cấu trúc không gian phân tử enzyme, làm giảm hoạt động xúc tác dẫn đến làm giảm tốc độ phản ứng Các chất kiềm hãm khơng cạnh tranh kiềm hãm nhiều loại enzyme khác chúng có cấu tạo không giống với chất Các chất kiềm hãm cạnh tranh thông thường muối kim loại nặng Ag2+, Hg2+… 3.4.5 Ảnh hƣởng chất hoạt hóa Các chất tác dụng làm tăng hoạt tính enzyme gọi chất hoạt hóa enzyme Những chất hoạt hóa có tác dụng làm enzyme từ trạng thái khơng hoạt động trở nên hoạt động, từ hoạt động yếu trở nên hoạt động mạnh Các chất hoạt hóa thường có chất hóa học khác nhau, chúng là: - Các chất hữu phức tạp làm nhiệm vụ chuyển nhóm, chuyển gốc hóa học - Những chất có tác dụng phục hồi nhóm hoạt động trung tâm hoạt động enzyme Những chất có khả phá vỡ số liên kết phân tử proenzyme làm loại bỏ vài đoạn peptide, tạo điều kiện cho nhóm chức gần để hình thành trung tâm hoạt động Ngoài ra, số cation kim loại có bán kính 0,34 – 1,65nm (Na+, K+, Ca2+, Mg2+) nhóm anion Cl-, Br-, I- có tác dụng hoạt hóa enzyme Một số chất khác tác dụng gián tiếp ví dụ loại trừ yếu tố kiềm hãm khỏi môi trường 3.4.6 Phƣơng pháp xác định hoạt độ enzyme Trong enzyme học, người ta không xác định lượng enzyme cách trực tiếp mà thường xác định gián tiếp thông qua mức độ hoạt động (hoạt độ) enzyme Bởi có mặt enzyme phản ứng làm thay đổi tính chất hóa lý tính chất hóa học hỗn hợp Theo dõi biến đổi 68 biết xác mức độ hoạt động enzyme thông qua xác định lượng chất hay lượng sản phẩm tạo thành phản ứng Về nguyên tắc chia nhóm phương pháp sau: - Đo lượng chất hay lượng sản phẩm tạo thành thời gian định ứng với nồng độ enzyme định - Đo thời gian cần thiết để thu lượng biến thiên chất hay sản phẩm ứng với nồng độ enzyme định - Chọn nồng độ enzyme để thời gian định thu biến thiên định chất hay sản phẩm * Đơn vị hoạt độ: Đơn vị enzyme quốc tế UI lượng enzyme có khả xúc tác làm chuyển hóa đơn vị micromol chất sau phút phản ứng điều kiện tiêu chuẩn UI = mol chất (10-6mol) / phút Katal (Kat) lượng enzyme có khả xúc tác làm chuyển hóa mol chất sau giây điều kiện tiêu chuẩn Kat = 1mol chất / giây UI = 10-6 Kat = 16,67 nKat (nanokatal) 60 Hoạt độ riêng chế phẩm enzyme đơn vị UI (hoặc số đơn vị Kat) ứng với 1ml dung dịch (nếu dịch) 1mg protein (nếu bột khô) chế phẩm Hoạt độ riêng phân tử: phân tử chất chuyển hóa phân tử enzyme đơn vị thời gian * Khi xác định hoạt độ enzyme cần ý số điểm sau: - Nồng độ chất phản ứng phải giới hạn thích hợp đủ thừa để bảo hịa enzyme khơng cao gây kiềm hãm enzyme - Với enzyme cần có chất hoạt hóa chất làm bền phải cho chất vào trước cho chất vào phản ứng - Xác định hoạt độ cần tiến hành pH thích hợp cố định 69 Nhiệt độ dùng để xác định hoạt độ phải thấp nhiệt độ tối ưu - enzyme đề phòng tác dụng nhiệt độ cao enzyme Thời gian xác định nhiệt độ thường từ đến 30 phút Trong vài trường - hợp kéo dài đến 24 hoạt độ enzyme qua thấp Trong trường hợp cần bổ sung thêm dung dịch chất tiêu diệt vi sinh vật tránh dùng dung dịch đệm thuận lợi cho phát triển vi sinh vật 3.5 Cách gọi tên phân loại enzyme Trước đây, phân loại enzyme tùy thuộc vào tính chất, tên người phát enzyme Ví dụ: pepsin, trypsin, diastase Cách gọi tên không theo hệ thống cả, số enzyme phát người nghiên cứu ngày nhiều nên yêu cầu phải có cách gọi tên phân loại hợp lý * Cách gọi tên: Tên chất (theo tiếng Latin) + tên kiểu phản ứng hóa học (nếu có) + “ase” Ví dụ: tyrosin decarboxylase, amino tranferase, arginase * Phân loại: Các enzyme phân làm nhóm Dựa phản ứng hóa học mà chúng xúc tác nhóm cịn phân chia làm phụ nhóm phụ phụ nhóm Mỗi enzyme biểu thị qua số có ý nghĩa khác nhau: - Chỉ số thứ cho biết nhóm enzyme - Chỉ số thứ hai nhóm phụ - Chỉ số thứ ba phụ phụ nhóm - Chỉ số thứ tự: tên enzyme (nếu có) Ví dụ: enzyme mang số 2.7.1.1 Số – nhóm tranferase Số – phụ nhóm thứ vận chuyển gốc phosphat Số – phụ phụ nhóm chất tiếp nhận gốc phosphat alcol Số – tên enzyme hexokinase Nhóm I: Oxydoreductase (Enzyme oxy hóa - khử) 70 Thực phản ứng oxy hóa - khử, vận chuyển H điện tử Đây enzyme phức tạp thành phần chúng có coenzyme, điển hình NAD+, (NADP+), FDA Ví dụ: 1-1 gồm enzyme tác dụng lên liên kết CH-OH (dehydrogenase) Dehyrogenase (1.1.1.1) CH3-CH2-OH NAD+ CH3 – CHO NADH.H+ Nhóm II: Tranferase (Enzyme vận chuyển) Nhóm gồm enzyme xúc tác vận chuyển nhóm nguyên tử phân tử chất sang cho phân tử chất khác mà khơng có thay đổi hóa trị nguyên tố Chúng vân chuyển nhóm metyl, carboxyl,amin, formyl Ví dụ: R1 – C=O – COOH + R2 – HC – COOH aminotranferase NH R2 – C=O – COOH + R1 – HC – COOH Nhóm III: Hydrolase (Enzyme thủy phân) NH Là enzyme đơn giản thường gặp mơ (nhất đường tiêu hóa) Xúc tác thủy phân phản ứng phân giải với tham gia H2O chuyển chất hữu phức tạp thành chất đơn giản (glucosidase, esterase, peptidase ) Ví dụ: Maltase α-glycosidease α-D glucose Nhóm IV: Liase (Enzyme phân cắt) Xúc tác phản ứng phân cắt nhóm từ phân tử chất đường khơng qua thủy phân (khơng có H2O tham gia), chúng làm thành liên kết đôi, tách CO2, H2O, NH3 nhóm phức tạp khác 71 Ví dụ: Nhóm V: Isomerase (Enzyme đồng phân hóa) Xúc tác chuyển hóa tương hổ hai dạng đồng phân racemant hóa; cis trans, thay đổi vị trí liên kết, chuyển nhóm P đến nhóm C khác phân tử, dạng đồng phân cạnh cạnh Ví dụ: epimerase Nhóm VI: Synthetase (Enzyme tổng hợp) (Lygase) Enzyme tham gia phản ứng tổng hợp với giúp đỡ lượng từ liên kết cao ATP hợp chất cao khác (GTP, CTP) - Tạo liên kết C-O cần enzyme aminoacid-ARNt-synthetase - Tạo liên kết C-S thường enzyme kết hợp với gốc acid khác đến CoA R – COOH + CoASH AcylCoA Synthetase ATP AMP + 2Pvc R – C=O - S.CoA Mg2+ - Tạo liên kết C – N: enzyme tham gia vào trình tổng hợp amid khác Glutamin synthetase 72 Glutamat + NH3 + ATP Glutamin + ADP + Pvc - Tạo liên kết C – C: thường có enzyme carboxylase có chứa bitoin AcylCoA Carboxylase H3C – CO – SCoA + HCO3 SCoA - ATP HOOC – CH2 – CO- ADP + 2Pvc Biotin Mg2+ AcetylCoA MalonylCoA 3.6 Các ứng dụng enzyme Các chế phẩm enzyme ngày có nhiều ý nghĩa cơng nghệ thực phẩm làm bánh mì, làm bia, sản xuất rượu loại nước hoa quả…mà cịn cơng nghiệp, cơng nghệ sinh học, cơng nghệ hóa sinh, vi sinh học ghi nhận lĩnh vực y học * Ứng dụng enzyme amylase sản xuất bánh mì: - Dùng enzyme quan trọng làm bánh mì, làm cải thiện độ nở gia tăng lượng đường lên men Thông thường bột chứa hai loại enzyme: α -amylase đơi thường nói chung diestase - Cơ chất cho enzyme tinh bột, polysaccharide gồm có hai phần amylose amylopectin Amylose polysaccharide mạch thẳng có đơn vị đường glucose dài chừng 350 đơn vị nối với nối α-1,4 glycoside Trong amylopectin có điểm phân nhánh nối nối α-1,6 glycoside Isoamylase thủy phân α-1,6 glycoside amylopectin sinh dextrin có trọng lượng phân tử thấp - amylase hay amylase đường hóa thủy phân nối α-1,4 glycoside tinh bột cách có thứ tự Vậy thủy phân hồn tồn amylose thành maltose bị dừng lại điểm phân nhánh nối α-1,6 glycoside amylopectin Phần lại dextrin phân tử lớn bị cơng isoamylase -amylase phân cắt sâu Do thủy phân tinh bột thể xảy hồn tồn với hai loại enzyme Những enzyme có 73 tiện ích làm bánh mì màu sắc, cấu trúc độ nở Sự nảy mầm sau thu hoạch tốt cho tiến trình làm bánh Giai đoạn sau nghiền giai đoạn lên men α-amylase xúc tác dextrin hóa hạt tinh bột Các dextrin bị thủy phân –amylase biến thành maltose cung cấp đường lên men cho tế bào nấm men Tiến trình enzyme xảy liên tục nướng Nhiệt độ lò nướng cao hồ hóa tinh bột cung cấp chất cho công enzyme * Ứng dụng enzyme invertase kỹ nghệ sản xuất kẹo: Enzyme có vai trị quan trọng kỹ nghệ kẹo có vai trị thủy phân đường sucrose Có nhiều loại invertase, loại công sucrose cách khác (glucosidase fructosidase) Enzyme trước có tính đặc hiệu nhóm tương tự maltase, thủy phân đầu fructose phân tử nghĩa nhóm -fructosyl Các invertase có giá trị thương mại từ số nguồn nấm men bánh mì, men bia, nấm mốc Nó áp dụng sản xuất kem gồm phần siro (lỏng) phần đường (tinh thể) Một phương pháp thích hợp sản xuất kẹo bao gồm đường sucrose kết tinh chocolate sau thêm invertase vào thành phần kết tinh Enzyme hóa lỏng thành phần đường sucrose làm cho kẹo có nhân mềm Invertase áp dụng thương mại sản xuất siro đường nghịch đảo mật nhân tạo * Ứng dụng enzyme sản xuất bia: Các enzyme phân giải tinh bột sử dụng rộng rãi việc đường hóa tinh bột khoai tây, hạt ngũ cốc để sản xuất rượu, bia - Enzyme sản xuất malt Trong trình tạo malt, enzyme amylase, glucanase, protease hemicellulase tồn sẵn lúa mạch kích hoạt Các enzyme tham gia tiến trình thủy phân dạng chất tinh bột, glucan, protein hợp chất có phân tử lượng thấp khác - Enzyme trình nấu cháo 74 Enzyme protease peptidase có độ bền nhiệt thấp thường tham gia giai đoạn đầu trình chuyển đổi protein malt (10%) thành acid amin tự do, peptide protein phân tử thấp (tan nước) Sau enzyme glucanase phá hủy vách tế bào enzyme amylase dextrinase biến đổi tinh bột thành đường Một số loại protease papain, pepsin sử dụng rộng rãi công nghệ sản xuất bia để ngăn tượng bia bị đục (đặc biệt tkhi bảo quản bia điều kiện lạnh) tượng lắng tủa protein-tannin gây * Ứng dụng enzyme chế biến trái cây: Một ngun nhân gây thành lập chất có hại nước trái rượu vang diện hợp chất pectic đặc biệt pectin, chất nằm thành tế bào phóng thích trái bị nghiền nhão Tính chất keo liên kết với pectin nước trái tác dụng hiệu ứng bảo vệ ngăn cản kết lắng diện pectinase, phân tử pectin bị phân hủy, sản phẩm tạo thành tính keo làm dể dàng q trình lắng hạt gây đục Các hạt dễ tách li tâm, lọc hay lắng Sự lắng cặn chất vẩn đục làm mong muốn sản xuất sản phẩm rượu nho, rượu táo, nước trái cây…Các kỹ thuật phát triển để chuyển chất cặn thỏa mãn yêu cầu thương mại thường tiến hành enzyme Tuy nhiên có trường hợp ổn định độ đục nước trái ưa thích chế biến nước trái cô đặc hay puree cà chua Trong tiến trình này, gia nhiệt nước trái để phá vỡ pectinase diện để đảm bảo giữ độ đục Thuật ngữ pectinase gán cho việc chuẩn bị enzyme gồm polygalacturonase pectin methylesterase có thương mại từ loại nấm penicillium aspergillus Pectin methylesterase cắt rời nhóm methoxyl phân tử pectin phóng thích acid tự chuổi polyme không bị biến đổi 75 Pectin methylesterase dùng sản xuất pectin có độ methoxyl thấp dùng thực phẩm phục vụ người bị tiểu đường Trong năm gần đây, nghiên cứu ứng dụng enzyme việc khử đắng mang đến thành công lớn Enzyme naringinase có tác dụng khử đắng hiệu mà cịn cải thiện tính chất cảm quan giá trị dinh dưỡng cho sản phẩm Enzyme naringinase bao gồm -Lrhamnosidase -D-glucosidase, phối hợp hai enzyme giúp làm giảm đắng cho sản phẩm từ trái bưởi β-D-glucosidase sản xuất quy mô công nghiệp từ nguồn nấm mốc Aspergillus niger chứng minh an toàn sử dụng chế biến thực phẩm đồ uống cho người * Ứng dụng protease làm mềm thịt sản xuất phomat: Một số proteolytic động vật, thực vật vi sinh vật chứng tỏ chất làm mềm có hiệu Chúng gồm có trypsin, papain, bromelain, ficin rhozyme P-11 (từ nấm asp.flavus-oryzae) Đơn vị co chịu tác động enzyme ficin, papain rhozyme nhiều hết Các enzyme thực vật có tác dụng mạnh mơ liên kết (colagen) giảm cấp mạnh gia nhiệt nấu Elastin, thành phần yếu khác mô liên kết, diện lượng lớn không biến đổi nấu cần làm mềm Ficin, papain, bromelin hoạt động mạnh elastin gọi enzyme elastase Có số cách dùng enzyme làm mềm thịt rắc enzyme lên mặt cắt, ngâm dung dịch chứa enzyme, tiêm vào mạch máu trước cắt tiết hay dùng nhiều kim bơm enzyme vô sợi sau chết Protease cịn có vai trị làm đông tụ sữa sản xuất phomai (enzyme renin) Hoạt tính proteolytic cùa renin liên kết với thủy phân nối peptide casein làm đông tụ cục sữa Renin công vào phần K casein, làm phơi bày phần khác bị kết tủa diện ion calcium Các protease khác tạo cục sữa renin pepsin tạo lượng lớn cục sữa thời gian Ngoài ra, sản phẩm sấy người ta sử dụng pectinase, cellulase để rút ngắn thời gian sấy, tăng chất lượng màu sắc, mùi vị giữ nhiều 76 vitamin Trong trích ly tinh dầu họ cam chanh phối hợp enzyme pectinase protease để thủy phân nhũ tương nước-protein-dầu Trong trình sản xuất da enzyme pancreatin – chế phẩm thô enzyme proteolitic tuyến tụy sử dụng để làm mềm da nguyên liệu, làm tăng đáng kể chất lượng len làm nhanh trình xử lý Việc nghiên cứu ứng dụng enzyme y học ngày thu nhiều kết Trong phịng thí nghiệm y học người ta sử dụng loại dehydrogenase khác làm thuốc thử đặc biệt Ví dụ dùng lactate dehydrogenase để xác định acid pyruvic acid lactic, sử dụng alcohol dehydrogenase để xác định etanol v.v…các chế phẩm alcohol dehydrogenase sử dụng nước để xác định lượng cồn máu lái xe Ngoài ra, enzyme glucosoxydase sử dụng rộng rãi y học để xác định glucose máu nước tiểu Enzyme β-D-glucosidase thủy phân prunin tạo naringenin chất chống ơxy hóa có nguồn gốc từ bưởi trái có múi khác có vai trò quan trọng giúp gan phân hủy acid béo tăng độ nhạy cảm insulin dẫn tới kìm hãm điều trị bệnh tiểu đường Tiến sĩ Yaakov Nahmias, Trường Đại học Hebrew cho biết, naringenin có vai trị kích hoạt thụ thể nhân PPARa PPARg ngăn chặn LXRa để giúp gan phân hủy nhanh acid béo, có tác dụng giảm hàm lượng lipid máu rosiglitazone điều trị bệnh tiểu đường (http://www.cimsi.org.vn) Câu hỏi ơn tập: Vì nói enzyme chất xúc tác sinh học? Tính đặc hiệu enzyme chất có loại? Mơ hình “tiếp xúc cảm ứng” gì? Kể yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng enzyme? Enzyme phân chia nhóm? Kể tên số enzyme ứng dụng sản xuất thực phẩm? 77 ... D-Leu-D-Leu 5-6 Ala-Leu 1 8-2 2 Leu-Ala 1 8-2 1 Gly-Leu 1 9-2 3 Leu-Gly 1 8-2 1 Ala-Val 6 0-8 0 Val-Ala 6 5-7 5 Phe-Gly 1 6 -1 8 Gly-Phe 1 5 -1 7 Phe-Gly-Phe-Gly 1, 0 -1 ,5 Phe-Gly-Gly-Phe 1, 0 -1 ,5 Ngồi ra, có số peptide có... 2 .1 Ngƣỡng cảm nhận vị đắng số peptide Ngƣỡng Peptide cảm nhận (mmol/l) Gly-Leu 1 9-2 3 Gly-D-Leu 2 0-2 3 Gly-Phe 1 5 -1 7 Gly-D-Phe 1 5 -1 7 Leu-Leu 4-5 Leu-D-Leu 5-6 D-Leu-D-Leu 5-6 Ala-Leu 1 8-2 2 Leu-Ala... 11 8 5 .10 .Khả chuyển hóa lipid 11 8 5 .10 .1. Sự hóa phản ứng thủy phân 11 8 5 .10 .2.Sự hóa phản ứng oxy hóa – khử 11 9 5 .10 .3.Sự chuyển hóa lipid 12 1 5 .10 .3 .1. Chuyển