Giáo trình Hóa học thực phẩm cung cấp cho người học những kiến thức như: Nước; Protein; Enzyme; Glucid; Lipid; Vitamin và khoáng chất; Sắc tố trong thực phẩm. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 2 giáo trình!
Chƣơng GLUCID -* -Mục tiêu chương: Trang bị cho sinh viên kiến thức chung glucid, tính chất khả chuyển hóa glucid chế biến bảo quản thực phẩm 4.1 Giới thiệu Glucid hợp chất hữu phổ biến thiên nhiên thường gặp thể thực vật, động vật, vi sinh vật với hàm lượng khác Ở người động vật glucid không 2%, thực vật chiếm nhiều khoảng 80-90% Glucid tổng hợp từ CO2, H2O lượng ánh sáng mặt trời, cịn thể người động vật khơng tổng hợp glucid mà phải sử dụng nguồn glucid từ thực vật Glucid thuộc nhóm chất dinh dưỡng quan trọng với người động vật Glucid cấu tạo nguyên tố C, H, O Trước đây, glucid có tên gọi hydratcarbon xuất phát từ công thức Cn(H2O)n Tuy nhiên, nghiên cứu sau cho thấy hợp chất có cơng thức cấu tạo chung glucid (ví dụ CH3COOH) thành phần cấu tạo phân tử glucid cịn có nguyên tố khác N, S, P trường hợp polysacaride phức tạp Có thể định nghĩa glucid theo cách khác: glucid hợp chất polyalcol có chứa nhóm aldehyde ceton AS CO2 + H2O DL (C6H12O5)n 4.2 Chức glucid 4.2.1 Sinh học, dinh dƣỡng - Là tiền chất tổng hợp chất hữu khác thể như: acid nucleic, acid hữu cơ, acid amin - Là nguồn cung cấp lượng trực tiếp cho tất tế bào thể người động vật Trong q trình hơ hấp, glucid giải phóng nguồn lượng lớn cung cấp cho hoạt động thể (1g glucid oxy hóa cho 4,1 Kcal) - Tạo hình tạo cấu trúc: lớp áo giáp xác, sâu bọ glucid tạo nên, cellulose khung thực vật 78 - Chức bảo vệ: thành phần cấu tạo vách tế bào thực vật, bảo vệ trước tác động mơi trường bên ngồi Glucid phức hợp protein có mơ sụn mơ liên kết thực chức nâng đỡ thể người động vật - Điều hịa: làm nhiệm vụ đóng mở khí khổng, gây kích thích ống tiêu hóa, tham gia q trình điều hịa thẩm thấu tế bào - Dữ trữ chất dinh dưỡng: có khả trữ chất dinh dưỡng thể dạng glycogen gan người động vật, dạng tinh bột đường thực vật 4.2.2 Chế biến thực phẩm Vai trò glucid lĩnh vực thực phẩm đa dạng vô quan trọng Glucid chất liệu bản, cần thiết thiếu lĩnh vực sản xuất lên men Các sản phẩm rượu, bia, nước giải khát, bột (mì chính), acid amin, vitamin, kháng sinh, điều tạo từ cội nguồn glucid Glucid tạo cấu trúc hình thái chất lượng cho sản phẩm thực phẩm * Tạo kết cấu: - Tạo sợi, tạo màng, tạo gel, tạo độ đặc, độ cứng, độ đàn hồi cho thực phẩm tinh bột, pectin miến, giấy bọc kẹo, - Tạo kết cấu đặc thù cho sản phẩm thực phẩm như: độ phòng nở bánh phồng tơm, độ xốp cho bánh mì, vị chua cho sữa chua, - Tạo “bao vi thể” để cố định enzyme cố định tế bào (trong sản xuất sâm panh) * Tạo chất lượng: - Tạo vị cho thực phẩm (các loại đường) - Tham gia phản ứng tạo màu, mùi cho sản phẩm (đường phản ứng Maillard) - Tạo tính chất lưu biến cho sản phẩm thực phẩm như: độ dai, độ trong, độ giịn, độ dẻo, - Có khả giữ chất thơm sản phẩm thực phẩm 79 4.3 Phân loại glucid Dựa công thức cấu tạo, ngƣời ta chia thành nhóm sau: - Monosaccharide: đƣờng đơn (monose) - Olygosaccharide: glucid có từ 2-10 monosaccharide - Polysaccharide: chứa từ 10 monosaccharid trở lên 4.4 Monosaccharide (glucid đơn giản) 4.4.1 Cấu tạo Monosaccharide đường đơn không bị thủy phân, dẫn xuất aldehyde hay ceton polyalcol (rượu đa chức chứa nhiều nhóm –OH) oxy hóa polyalcol cho monosaccharide Các monosaccharide với số phân tử cacbon khác * Các dạng cấu tạo monosaccharide: - Cấu tạo mạch thẳng Tất monosaccharide (trừ dioxyaceton) có cacbon bất đơi xứng nên có tính hoạt quang nên tồn dạng đồng phân D L Dạng D: nhóm OH gắn vào C áp chót nằm bên phải 80 Dạng L: nhóm OH gắn vào C áp chót nằm bên trái Ví dụ: - Cấu tạo dạng vòng Cấu tạo dạng D L phân tử glucose Việc biểu diễn cấu hình monosaccharide với chuỗi C mạch thẳng theo Fischer tiện cho việc biểu diễn đồng phân chúng đồng thời thể tính chất chung monosaccharide Tuy nhiên, vài trường hợp đầy đủ tính chất dung dịch monosaccharide (nhất monosaccharide có 4C trở lên) như: Cấu tạo dạng α- D glucose β-D glucose 81 Cấu tạo dạng α-D frucose β-D frucose Nguồn: General Organic and Biochemistry 7th Edition - Cấu tạo dạng ghế tàu Vòng cạnh cong đề nghị biểu diễn dạng ghế tàu Cấu tạo dạng ghế tàu phân tử glucose 4.4.2 Gọi tên Có thể phân loại monosaccharide theo nguyên tắc sau: - Tùy theo có mặt nhóm aldehyde hay ceton phân tử mà có dạng aldose hay ketose - Tùy theo số lượng nguyên tử cacbon phân tử monosacharide (thường tự nhiên phân tử monosaccharide có từ 3-8 cacbon (C) khơng phân nhánh Nhưng phần lớn monosaccharide có 6C aldehyde Ví dụ: C3: triose, C4: tetrose, C5: pentose, C6: hexose, C7: heptose, C8: octose - Phân loại theo chất hóa học: Monosaccharide trung tính: phân tử có nhóm carbonyl alcol Monosaccharide acid: ngồi nhóm phân tử cịn có nhóm carboxyl 82 Monosaccharide bazo: ngồi nhóm phân tử cịn có nhóm – NH2 Các monosaccharide thường gặp như: glucose, fructose, galactose, ribose, 4.4.3 Một số monosaccharide tiêu biểu * Triose (C3H6O3): Hai đại diện tiêu biểu glyceraldehyde dihydroxyaceton sản phẩm trung gian chuyển hóa glucid * Tetrose (C4H8O4): Thường gặp D- Eritrose phẩm trung gian chu trình pentozophosphat CH2OH C OH C OH CH2OH D-Eritrose * Pentose (C5H10O5): Các đường pentose quan trọng thường gặp D-Ribose, D-Ribulose, DXilulose chuyển hóa glucid thành phần quan trọng hợp chất hữu quan trọng acid nucleic D-ribose D-ribulose 83 sản * Hexose (C6H12O6): Là monosaccharide phổ biến quan trọng sống - D-glucose (đường nho, dextroza) D-glucose monosaccharide phổ biến thực vật động vật, có nhiều nho chín nên gọi đường nho, dung dịch glucose làm quay mặt phẳng phân cực sang phải nên có tên gọi dextroza Trong dung dịch Dglucose tồn chủ yếu dạng pyran (vòng cạnh) D-glucose thành phần cấu tạo nhiều loại tinh bột, glycogen, cellulose, Ở thể người động vật, glucose thành phần cố định máu Đưa glucose vào máu người bệnh, làm hồi phục sức khỏe nhanh chóng glucose monosaccharide hấp thu dễ máu D-glucose - D-fructose (đường quả, levaloza) D-fructose có nhiều quả, mật, hoa Nó làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang trái nên có tên gọi levaloza D-fructose thành phần disaccharide saccharose polyfructozid thường gặp thực vật Fructose thường tồn dạng furan (vòng năm cạnh) Fructose dễ dàng bị lên men nấm men, có nhiều mật ong Khi fructose kết tinh dung dịch nước fructose có hình kim, tinh thể ngậm phân tử nước 84 D-fructose - D-galactose D-galactose monosaccharide có thành phần cấu tạo đường lactose (đường sữa), D-galactose dẫn suất cịn thành phần cấu tạo nên polysaccharide galactose thực vật (agar, carrageenan, pectin) Galactose bị lên men loại men riêng biệt Phân tử galactose 4.4.4 Tính chất chung monosaccharide * Tính chất vật lý: Monosaccharide tinh thể rắn, không mùi, không màu Tan nhiều nước, tan khơng tan dung mơi hữu alcool, eter, có vị độ khác Nếu lấy độ saccharose 100% Bảng 4.1 Độ loại đƣờng Loại đƣờng Fructose Glucose Maltose Lactose Xilose Độ (%) 173 74 32 16 * Tính chất hóa học: Đối với phân tử monosaccharide có đầy đủ tính chất nhóm -C=O CHO - Phản ứng oxy hóa 85 - Phản ứng khử - Phản ứng - Phản ứng tạo este kết hợp acid - Phản ứng tạo glycoside - Phản ứng dehydrate hóa * Phản ứng Caramen: Là phản ứng tạo hợp chất có màu nâu với mùi caramel đặc trưng đun nóng chảy đường đun dung dịch đường môi trường acid kiềm * Phản ứng Maillard: Phản ứng Maillard cịn gọi phản ứng hóa nâu phi enzyme, phản ứng xảy đường khử (chủ yếu glucose, fructose, maltose, lactose) với protein, peptide, acid amin (với nhóm amin) tạo thành hợp chất màu nâu (melllanoidin) Phản ứng xảy nhanh nhiệt độ tăng, aw thấp bảo quản thực phẩm thời gian dài Các kết gây phản ứng Maillard: - Phản ứng Maillard tạo màu nâu cần thiết sản phẩm, nướng lại có hại cho loại thực phẩm khác sữa đặc, rau củ sấy, nước sốt cà chua… - Tạo hợp chất bay có mùi, phản ứng cần thiết trình, nướng, quay lại tạo mùi khơng mong muốn trình trùng, tiệt trùng,… - Tạo vị đắng cần thiết chế biến cà phê lại tạo vị lạ quay thịt cá - Làm nhiều acid amin thiết yếu lysine, cystein, methyonine 4.5 Oligosaccharide (Polisaccharide loại 1) Oligosaccharide glucid có từ 2-10 monosaccharide liên kết với liên kết glycoside Vì phân tử lượng chúng không lớn giữ số tính chất đường đơn Chúng tan nhiều nước, có vị 86 dễ kết tinh Oligosaccharide bị thủy phân acid hay enzyme cho monosaccharide Có hai loại oligosaccharide khử khơng khử: Oligosaccharide khử: phân tử cịn có nhóm –OH glycoside tự nên thể tính khử (lactose, maltose) Oligosaccharide khơng khử: phân tử khơng có nhóm –OH glycoside tự nên khơng thể tính khử (saccharose) 4.5.1 Disaccharide Là oligosaccharide phổ biến rộng rãi tự nhiên Trong phân tử có gốc hexose (hoặc gốc pentose) kết hợp lại Hoặc gốc hexose gốc pentose kết hợp lại thông qua liên kết oglycoside Các gốc monosaccharide phân tử disaccharide giống khác Ví dụ: - Maltose tạo thành từ phân tử glucose - Lactose tạo thành từ monosaccharide khác galactose glucose * Một số oligosaccharide tiêu biểu: - Saccharose Saccharose disaccharide cấu tạo từ hai phân tử α-D-glucose β-D-fructose liên kết với liên kết 1,2-glycoside Do nhóm -OH C1 phân tử glucose nhóm -OH C2 tham gia phản ứng nên đường saccharose khơng cịn tính khử Chỉ đường saccharose bị thủy phân (bằng enzyme invertase acid HCl nhiệt độ cao) thành hai đường đơn (glucoe fructose) có tính oxy hóa khử Phản ứng thủy phân saccharose gọi phản ứng nghịch đảo đường có tính quay cực trước sau phản ứng hồn tồn khác Saccharose cịn gọi đường mía nguyên liệu sản xuất đường saccharose mía Trong nước mía, saccharose chiếm 14 - 25%, củ cải đường saccharose chiếm từ 14 - 20% 87 * Tính chất: - Myoglobin có màu đỏ tan nƣớc Khi gặp oxy, myoglobin biến thành oxymyoglobin có màu đỏ sáng Màu thịt phụ thuộc vào nồng độ oxy, màu thịt đẹp nồng độ oxy cao - Khi protein bị biến tính protein tách rời hem Hem tách dễ bị oxy hóa sắt dạng Fe3+ có màu nâu - Khi bị vi sinh vật cơng vào hem tạo thành choleglobin có màu xanh Trong thịt muối oxi hóa cho sắc tố xanh - Ở thịt tƣơi H2O2 đƣợc thành lập bị chuyển đổi catalase nhƣng thịt muối khơng có catalase tạo điều kiện H2O2 tác dụng sắc tố thịt có màu đỏ hồng Sau biến tính nhiệt hồng 7.4 Chất màu hình thành chế biến bảo quản Sự hóa nâu thực phẩm xảy trình chế biến q trình bảo quản Chúng đóng vai trị quan trọng làm thay đổi tính chất mùi, vị giá trị dinh dưỡng Sự hóa nâu mong muốn trường hợp làm biểu thị màu sắc, hương vị người tiêu dùng chấp nhận Ví dụ cà phê, bánh mì, bia…Sự hóa nâu đến giới hạn thay đổi màu giới hạn ưa thích nước táo, khoai tây…Tuy nhiên, nhiều trường hợp khác rau, trái đông lạnh hay khơ…sự hóa nâu thường khơng mong muốn làm màu, mùi biểu xấu Vậy biết chế hóa nâu để tìm cách ngăn cản hóa nâu khơng mong muốn nhằm ngăn cản thất thoát giá trị dinh dưỡng Bảng 7.4 Cơ chế phản ứng hóa nâu Phản ứng Maillard Caramel hóa Oxy hóa ascorbic acid Yêu cầu oxy + Cần nhóm amin phản ứng ban đầu + 152 pH thích hợp Kiềm Kiềm, acid Acid nhẹ Phenolase + - Acid nhẹ Cơ chế hóa nâu acid ascorbic phụ thuộc oxy tiến hành theo cách enzyme acid ascorbic oxydase hay oxy trực tiếp oxy khơng khí 7.4.1 Phản ứng hóa nâu khơng enzyme Trái với tượng hóa nâu enzyme, phản ứng hóa nâu khơng cần enzyme xúc tác Có nhiều loại thực phẩm liên kết với hóa nâu để tạo hương vị cho sản phẩm trà, cà phê…Tuy nhiên trình cần phải kiểm tra cẩn thận, phải ngăn chặn hóa nâu dẫn đến biến đổi khơng mong muốn Các phản ứng hóa nâu làm giảm giá trị dinh dưỡng thực phẩm xảy chế biến tồn trữ sản phẩm thực phẩm Vậy chặn đứng phản ứng ngăn cản giảm giá trị dinh dưỡng mà ngăn biến đổi khác làm cho người tiêu dùng khơng thể chấp nhận Có đường phản ứng hóa nâu chính: - Phản ứng Maillard - Sự Caramel hóa - Sự oxy hóa vitamin C 7.4.1.1 Phản ứng Maillard Phản ứng Maillard phản ứng có vai trò quan trọng lĩnh sản xuất thực phẩm Các hợp phần tham gia phản ứng protein sản phẩm phân giải với đƣờng khử có mặt nƣớc * Phản ứng Maillard dẫn đến số kết sau: - Sự tạo thành hợp chất màu nâu gọi melanoidin Các chất có phân tử lượng hàm lượng nitơ khác - Tạo hợp chất dễ bay - Tạo vị đắng - Mất acid amin không thay - Tạo hợp chất có khả gây ung thư * Các điều kiện phản ứng: - Các acid amin đường khử 153 Độ nhạy phản ứng tùy thuộc vào loại đường tham gia phản ứng theo thứ tự: Pentose> deoxyhexose> hexose Monosaccharide> disaccharide Cetose > aldose Acid amin xem chất xúc tác giai đoạn đầu phản ứng Các acid amin tham gia phản ứng khác phụ thuộc vào nhiệt độ, pH lượng nước - pH chất đệm Phản ứng carbonyl-amin xảy môi trường acid hay môi trường kiềm xảy mơi trường kiềm chiếm ưu Môi trường acid thường dùng để ngăn cản phản ứng Maillard Vai trò chất đệm hóa nâu khơng enzyme làm tăng tốc độ hóa nâu hệ thống acid amin đường Trong q trình phản ứng sản phẩm có tính acid sinh ra, chất độn kết hợp với acid sinh ra, mơi trường kiềm thích hợp cho q trình hóa nâu - Nhiệt độ Sự tăng tốc độ phản ứng nâu đồng thời với gia tăng nhiệt độ Tồn trữ nhiệt độ thấp có lợi việc tránh tiến trình hóa nâu - Thành phần ẩm Phản ứng xảy môi trường có nước Sự làm khơ hồn tồn đưa đến kết dừng tiến trình hóa nâu Tuy nhiên, phản ứng xảy cực đại trạng thái khô thấp trạng thái độ ẩm cao Hệ thống casein monosaccharide tiến hành disaccharide khử maltose, lactose…Tuy nhiên loại đường không khử tham gia nối glycoside bị rời phóng thích thành đường khử có khả tham gia vào phản ứng Đường aldopentose hoạt động đường aldohexose, disaccharide có tính khử hoạt động Các giai đoạn phản ứng: 154 Sản phẩm giai đoạn đầu không màu không hấp thụ ánh sáng cực tím Sản phẩm giai đoạn thứ hai khơng màu có màu vàng hấp - thụ mạnh ánh sáng cực tím Sản phẩm giai đoạn cuối có màu đậm - Giai đoạn đầu Giai đoạn đầu phản ứng melanoidin ngưng tụ đường với axit amin N O C H H C OH HO C H H C OH H C OH + H2N - H2O R + H2O R H C H C OH HO C H OH H C OH OH H C H C H C OH HO C H H C H C CH2OH CH2OH HN R O CH2OH tạo thành bazơ schiff (hợp chất hữu có nhóm –HC=N) glucozit Glucoza bazo schiff N-glucozit Phản ứng chuyển vị Amadori O H C H H COOH C H N R'' R' R' R' C H O COOH C CH NH CH R'' OH phức đường amin - amin - - dexoxy - - xetoza COOH CH NH CH R'' daïng enol cuûa - amin - - dezoxy - - xetoza Khi nhiệt độ cao phức đường amin bị đồng phân hóa hay cịn gọi chuyển vị nội phân amadori Sản phẩm chuyển vị amadori chất khởi đầu để tạo thành polymer có màu sẫm gọi melanin 155 Giai đoạn trung gian Phụ thuộc vào điều kiện môi trường giai đoạn trung gian tiến hành theo đường sau: - Tạo thành furfurol hydroxymetylfurfurol - Tạo thành reducton mạch hở - Phân hủy đường để tạo thành aldehide, axeton, diaxetyl - Tạo thành ozon Sản phẩm chuyển vị Amadori kết hợp với axitamin tạo CO2 H2O R CH + NH2 R' C O COOH - CO R'' - H 2O COOH aminodezoxyxetoza axit amin R CH N CH NH HC C CH NH CH R'' R' COOH R CH N H H H COOH C C N C R' H R'' H bazo schiff Giai đoạn cuối Giai đoạn cuối bao gồm nhiều phản ứng phức tạp, chủ yếu hai phản ứng sau: - Phản ứng ngưng tụ andol tạo thành polyme màu nâu không chứa nitơ - Phản ứng trùng hợp aldehide amin tạo thành hợp chất nitơ dị vòng Sự ngưng tụ aldehide axetic thí dụ ngưng tụ andol H3C + C HCH H3C C H H aldehit axetic O O O aldehit axetic CH OH aldol CH C H Ý nghĩ a phản ứng: Trong sản phẩm thực phẩm có chứa đƣờng axit amin hàm lƣợng khác phản ứng Maillard phổ biến trình sản xuất bảo quản thực phẩm Tùy thuộc vào yêu cầu tính chất cảm quan 156 sản phẩm mà ngƣời ta tạo điều kiện để tăng cƣờng phản ứng đến tối đa kìm hãm phản ứng đến mức tối thiểu Trong sản xuất bánh mì, ngƣời ta tạo điều kiện cho phản ứng phát triển Màu sắc vỏ bánh mì hầu nhƣ phản ứng định Vì biện pháp kỹ thuật tƣơng ứng quy trình sản xuất lên men để tạo axit amin tự do, đƣờng khử, điều chỉnh nhiệt độ giai đoạn nƣớng nhằm mục đích Trong sản xuất rƣợu ngƣời ta tìm cách kìm hãm phản ứng tạo melanoidin phản ứng gây tổn thất tinh bột đƣờng, đồng thời melanoidin tạo thành làm kìm hãm hoạt động enzyme Zavroxki đề kỹ thuật nấu nguyên liệu với lƣợng nƣớc lớn để khắc phục ảnh hƣởng xấu phản ứng này, đồng thời giảm tổn thất đƣờng nâng cao hiệu suất rƣợu Trong sản xuất đƣờng, cô đặc, đƣờng bị sẫm màu phản ứng melanoidin Phản ứng melanoidin cịn có ảnh hƣởng lớn đến việc chế biến rau, nhƣ bảo quản chúng Ngƣời ta thấy phản ứng đƣờng nghịch đảo axit amin muối amon mà tất siro nƣớc cô đặc bị sẫm màu bảo quản, nhiệt độ cao Trong đồ hộp rau, ngƣời ta có khuynh hƣớng bảo vệ màu tự nhiên hƣơng thơm chúng Phản ứng Maillard luôn làm xấu khơng tính chất cảm quan mà giá trị thực phẩm sản phẩm Tóm lại, phản ứng melanoidin phổ biến sản phẩm thực phẩm có liên quan với gia nhiệt thời gian bảo quản lâu dài 7.4.1.2 Phản ứng Caramel Khi đường đun nóng điểm nóng chảy chúng hóa nâu gây sậm màu Quá trình xảy điều kiện môi trường acid kiềm kèm theo biến đổi màu sắc mùi vị Điểm bất lợi trình sinh sản phẩm cháy khét, khó chịu, đắng q trình khơng kiễm sốt Vì kiễm sốt q trình Caramel quan trong sản xuất bánh kẹo.Thành phần hóa học Caramel phức tạp biết đến 157 Tuy nhiên, phản ứng Caramen phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nồng độ đường, pH môi trường, nhiệt độ đun nóng,… người ta thu sản phẩm Caramen nhiệt độ thấp nhiệt độ nóng chảy đường Các giai đoạn phản ứng Caramen: - Giai đoạn đầu: phản ứng dehydrate hóa đường tạo nên anhydrite hợp chất không màu - Giai đoạn hai: phản ứng trùng hợp hóa đường dehydrate hóa để tạo thành các chất có màu vàng nâu - Giai đoạn tiếp theo: giai đoạn tách nước cho màu từ nâu nhạt đến nâu đen Điều đáng lưu ý tất sản phẩm caramen có vị đắng Với saccharose, phản ứng caramen hoá xảy theo sơ đồ phản ứng: C12H22O11 – H2O C6H10O5 + C6H10O5 Saccharose glucozan levulozan Đến 185-190oC tạo thành izosaccharozan: Glucozan + levulozan izosaccharozan C6H10O5 + C6H10O5 C12H20O10 Khi nhiệt độ cao 10% nước tạo thành caramelan (C12H18O9 C24H36O18) có màu vàng: 2C12H20O10 – 2H2O (C12H18O9) C24H36O18 Izosaccharozan caramelan Khi 14% nước tạo thành caramelen: C12H20O10 + C24H36O18 – 3H2O C36H48O24 H2O Và 25% nước tạo thành caramelin có màu nâu đen Hầu tất sản phẩm caramen hoá có vị đắng 7.4.1.3 Sự oxy hóa acid ascorbic Acid ascorbic giữ vai trị quan trọng q trình hóa nâu nước trái họ citrus đặc biệt nước chanh bưởi Ascorbic bị biến đổi thành CO2 số sản phẩm nhận biết dehyhydroascorbic acid; 2,3-diketogluconic; oxalic acid 158 * Phương pháp khống chế phản ứng hóa nâu khơng enzyme: - Kiểm sốt nhiệt độ Do phản ứng hố nâu khơng enzym gia tăng theo nhiệt độ, hạ thấp nhiệt độ chế biến tồn trữ ta làm giảm tiến trình - Kiểm sốt độ ẩm Những phản ứng tuỳ thuộc vào độ ẩm Phản ứng giảm thiểu điều kiện khô, nhiên phản ứng xảy mạnh vùng độ ẩm gần khô Sản phẩm cần điều chỉnh độ ẩm đến mức ổn định bảo vệ bao bì cách ẩm - Kiểm sốt pH Đưa pH vùng thích hợp để hạn chế hoá nâu Do phản ứng Maillard thường xảy môi trường kiềm nên việc hạ pH biện pháp tốt để kiểm sốt phản ứng hóa nâu Ứng dụng chế biến chuối khô, xử lý môi trường acid trước sấy làm giảm cường độ hóa nâu đáng kể - Loại bỏ oxy khỏi bao gói Dùng bao gói kín khơng thấm khí trước vào bao bì hút chân khơng tạo mơi trường khí trơ - Sử dụng SO2 muối sinh SO2 Bisulfite ức chế biến đổi đường biến đổi acid ascorbic thành hợp chất furfural làm ngăn cản tạo thành sắc tố - Sử dụng thiol Thêm cystine vào trứng nhận thấy chậm tiến trình hố nâu 2-mercatoethanol hay mercapto, acid acetic thấy ngăn chặn hoá nâu glucose glycine Tuy nhiên thiol bị giới hạn tính chất khơng dễ chịu chúng - Sử dụng muối calcium để tạo phức với acid amin Calcium cloride ức chế hố nâu Hiệu ứng ức chế tạo nối chelate calcium với acid amin Tuy nhiên, vấn đề giữ lại giá trị dinh dưỡng thực phẩm quan trọng Giai đoạn khởi đầu phản ứng Maillard, phản ứng carbonyl amino làm cho acid amin khơng cịn giá trị dinh dưỡng mặc 159 dầu màu sẫm hoá nâu không thấy giai đoạn Giai đoạn giai đoạn khó ngăn chặn 7.4.2 Phản ứng hóa nâu enzyme Loại hóa nâu xảy điều kiện rau trái nhƣ: khoai, táo, chuối…khi mô bị hƣ, dập, cắt, tách vỏ, bệnh hay dể tiếp xúc với khơng khí bình thƣờng Mơ bị tổn thƣơng nhanh chóng, hóa sậm màu ngồi khơng khí biến đổi chất phenol đến chất melanin màu nâu Enzyme chịu trách nhiệm khởi đầu phản ứng hóa nâu biết là: Polyphenol oxydase hay phenolase (o-diphenol: oxygen oxydoreductase, EC 1.10.3.1) Phenolase hay polyphenol oxydase enzym chứa Cu2+ Nếu thực phản ứng xúc tác enzyme nhóm ngoại đồng oxy cần diện Đồng có hóa trị I trường hợp phenolase nấm hay hóa trị II trường hợp khoai tây Phenolase xếp loại oxydoreductase chức oxy tác động chất tiếp nhận hydrogen Enzyme có số mô động vật không quan trọng hệ thống thực phẩm Cơ chế phản ứng : Khi mô bị tổn thương, tiếp xúc hợp chất polyphenol ngun liệu với oxy khơng khí có diện enzyme polyphenol oxydase hay phenolase tạo thành hợp chất có màu nâu Q trình hình thành màu nâu nguyên tắc theo biến đổi sau: hydroxyl hóa enzyme oxy hóa enzyme không xúc tác enzyme Các chất phenol: 160 Hợp chất phenol hợp chất mà phân tử có chứa vịng benzene, có 1, hay nhiều nhóm hydroxyl Dựa vào đặc trưng khung C, hợp chất phenol tự nhiên chia làm nhóm chính: - Nhóm hợp chất phenol C6-C1 (acid galic) - Nhóm hợp chất phenol C6-C3 (acid cafeic) - Nhóm hợp chất phenol C6-C3-C6 (catechin flavonoid) Cơ chất nhiều enzyme phenolase o-diphenol mono-diphenol Flavonoid tanin (catechin leucoanthocyanin) tác động chất phenolase có vai trò đặc biệt quan trọng lên men giai đoạn ủ sấy khô trái ca cao tươi bước quan trọng phát triển màu, hương vị ca cao chocolate cuối * Phương pháp khống chế phản ứng hóa nâu có enzyme: Trong thực tế để ngăn ngừa phản ứng hóa nâu nguyên liệu thực vật, người ta thường dùng biện pháp kỹ thuật hai nguyên tắc sau: Ngăn cản tiếp xúc nguyên liệu với oxy khơng khí Vơ hoạt, ức chế enzyme polyphenol oxydase (PPO) - Sử dụng nhiệt: Hoạt tính cịn lại (%) 100 80 60 40 20 30 40 50 60 70 80 90 100 o Nhiệt độ ( C) Hình 7.3 Ảnh hƣởng nhiệt đến độ bền enzyme PPO Tác dụng nhiệt độ cao thời gian vừa đủ vô hoạt enzyme phenolase nhiều enzyme diện khác Nhiệt sử dụng tiến trình chần, trùng, bảo quản lạnh…Nhiều vấn đề sinh sử dụng 161 nhiệt Rau trái nhiệt độ cao thường biến đổi mùi vị, cấu trúc khơng thích hợp Có mối quan hệ nhiệt độ, thời gian pH xử lí với lượng enzyme Trong chần khoai nguyên củ nhiệt thấm vào tương đối chậm Điều trở thành vấn đề phần lỏi cần gia nhiệt lên đến nhiệt độ vơ hoạt enzyme Điều dẫn đến sinh mùi xấu cấu trúc - Dùng SO2 sulfite Sulfur dioxyde sulfite sodium sulffite, sodium bisulfite, sodium metabisulfite chất ức chế cạnh tranh phenolase Các chất dùng nhiệt làm biến đổi cấu trúc tạo mùi xấu sản phẩm Chúng có tính sát trùng bảo vệ vitamin C Mặt khác, việc dùng sản phẩm hay thực phẩm tạo mùi lạ, làm trắng màu tự nhiên thực phẩm hay ăn mịn nhanh chóng hộp Các sulfite có độ tính mức cao phá vỡ vitamin B1 Ở nồng độ 1ppm SO2 ức chế phenolase khoảng 20%, 10ppm vơ hoạt hồn tồn enzyme Người ta chuyển SO2 thừa sau vơ hoạt phenolase Chỉ có SO2 tự hiệu việc ức chế phenoalse Một tỷ lệ xác định SO2 bisulphite vào phản ứng với aldehyde ketone để tạo hợp chất cộng, dẫn đến khơng hiệu việc ức chế phenolase Thí dụ glucose tác dụng với sodium bisulphite để tạo thành αhydroxy sulfonate Absorbance at 420 nm 0.5 0.4 ppm SO2 0.3 ppm SO2 0.2 10 ppm SO2 0.1 0 Thời gian (phút) Hình 7.4: Ảnh hƣởng thời gian xử lý đến biến đổi màu phản ứng enzyme với có mặt hợp chất sinh SO2 162 Trong thực tế, vật liệu thực phẩm, nồng độ thích hợp sulfur dioxyde hay sulfite phải dùng để có đủ lớp chất chưa bị oxy hóa, tự để vơ hoạt enzyme, tránh mùi vị - Loại trừ oxy Việc áp dụng đơn giản phương pháp để ức chế phenolase thường sử dụng nhà gọt vỏ khoai tây thời gian trước nấu chín Trong khoảng thời gian đó, chúng ngâm nước, hạn chế tiếp xúc với oxy Phương pháp ức chế có nhiều bất lợi, rau hóa nâu tiếp xúc lại với khơng khí Loại oxy khỏi rau dẫn đến trạng thái chuyển hóa yếm khí sản phẩm ngâm thời gian dài gây chuyển hóa khơng bình thường mơ bị hư hỏng Một cách khác xử lý acid ascorbic bề mặt trường hợp đào trước đông lạnh Acid ascorbic bị oxy hóa tạo thành rào cản tiếp xúc bề mặt đến không gian bao bì Phương pháp có hiệu dùng lượng vừa đủ acid ascorbic tồn trữ nhiệt độ thấp Ngưới ta đóng gói chân khơng bao bì kín Một số trái rau có lượng oxy sẵn có thành phần nguyên liệu Người ta dùng chân không để chuyển oxy mô nước siro để dịch thay chổ khơng khí lấy Đường ngồi tác dụng tạo độ có tác dụng làm giảm nồng độ oxy hịa tan mơi trường tốc độ khuyếch tán từ oxy từ khơng khí vào mô trái - Sự ức chế muối Phương pháp ức chế phenolase sử dụng giới hạn trái gọt vỏ để chế biến Mơ hình thí nghiệm cho thấy nồng độ 0,1% NaCl cho thấy có hiệu ứng ức chế hóa nâu hỗn hợp 0,4% chlorogenic acid pH 5,0 phenolase chuẩn bị từ táo Tuy nhiên, để vơ hoạt hóa hồn tồn phenolase cần NaCl nồng độ cao Nồng độ cao làm cho sản phẩm có vị mặn khơng thích hợp với số loại sản phẩm Do việc ngâm muối có giá trị giới hạn - Sự methyl hóa chất phenolase 163 Các chất guaiacol furuic acid chứng tỏ chúng chất phenolase Nếu phương pháp ngăn cản hóa nâu cị enzyme hình thành dựa methyl hóa chất có cấu tạo o-dihydroxy để khóa nhóm phản ứng diphenol Người ta dùng enzyme tự nhiên meta-o-methyl transferase chất cho nhóm methyl S- adenosylmethionin chất tiếp nhận o- phenol S- adenosylmethionin Catechol guaiacol Cafeicacid - ferulic Chlorogenic acid 3- feruloylquinic acid Trong việc áp dụng phương pháp người ta ngâm nguyên liệu dung dịch có pH kiềm nhẹ chứa enzyme chất cho methyl Thực phẩm giữ điều kiện yếm khí 20- 40oC thời gian từ phút đến để ổn định màu Sau tiến hành rửa để khơi phục pH tự nhiên Phương pháp làm cho rau chống oxy hóa mà khơng làm thay đổi mùi vị cấu trúc sản phẩm - Sử dụng acid 100 Hoạt tính (%) 80 60 40 20 10 11 pH Hình 7.5: Ảnh hƣởng pH đến hoạt tính enzyme PPO 164 Phương pháp sử dụng rộng rãi để khống chế hóa nâu enzyme Các acid thường dùng acid citric, malic, phosphoric, ascorbic Acid làm hạ pH mơ giảm tốc độ hóa nâu, ảnh hưởng đến hoạt động phenolase pH mơi trường pH tối thích phenolase nằm khoảng 6-7 hạ thấp pH=3 enzyme không hoạt động Các acid thường dùng kết hợp với acid citric thường dùng kết hợp với acid ascorbic hay sodium sulfite Xử lý acid hữu dụng việc lột vỏ kiềm Tiến hành xử lí acid cho hiệu ứng phía phenolase, khơng hạ pH mà tạo nối với enzyme Acid malic hiệu việc ức chế phenolase nước táo Acid ascorbic ức chế phenolase, chất không hương vị nồng độ thường dùng, không hoạt động ăn mịn kim loại cịn có giá trị mặt vitamin - Các chất tạo phức Enzyme phenolase hoạt động nhờ diện ion kim loại Cu2+ trung tâm hoạt động Ion tạo phức vơ hoạt enzyme phenolase Cơ chất tạo phức acid malic, tartaric, oxalic, succinic, ATP pyrophosphat, protein… Câu hỏi thảo luận: Nêu vai trò sắc tố thực phẩm? Trình bày tính chất chất màu chlorophyll carotenoide? Thế hóa nâu enzyme?các phương pháp khống chế hóa nâu enzyme? Kể tên số phản ứng hóa nâu khơng enzyme? Nêu số ứng dụng hóa nâu khơng enzyme chế biến thực phẩm? Nêu phương pháp ngăn chặn phản ứng hóa nâu khơng enzyme? 165 TÀI LIỆU THAM KHẢO Hồng Kim Anh, Trương Thanh Sơn, 2008, Hóa học thực phẩm, Nxb Khoa học Kỹ Thuật Nguyễn Đức Lượng, 2004, Công nghệ enzyme, Nxb Đại học quốc gia TPHCM Đàm Sao Mai (chủ biên), 2009, Hóa sinh thực phẩm, NXB Đại học quốc gia TPHCM Nguyễn Thị Thu Thủy, 2008, Hóa học thực phẩm, Trường đại học Cần Thơ, khoa NN & SHƯD, Bộ môn Công nghệ thực phẩm Bùi Hữu Thuận, Dương Thị Phượng Liên, Bùi Thị Huỳnh Hoa, 2004, Sinh hóa thực phẩm, Trường đại học Cần Thơ, khoa NN & SHƯD, Bộ môn Cơng nghệ thực phẩm Phan Thị Bích Trâm, 2003, Sinh hóa, Trường đại học Cần Thơ, khoa NN & SHƯD, Bộ môn Công nghệ thực phẩm Lê Ngọc Tú (chủ biên), 2001, Hóa học thực phẩm, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội Lê Ngọc Tú, 2005, Hóa sinh cơng nghiệp, Nxb Khoa học Kỹ Thuật Hà Nội Charles Alais, Guy Linden, 1997, Agrégé de Biochimie alimentaire, Masson, Paris 166 ... trans 5.7 Tính chất hóa học acid béo * Sự hydrogen hoá: Acid béo chưa no kết hợp với H2 để tạo thành acid béo no R-(CH2)n-CH=CH-(CH2)n-COOH + H2 R-(CH2)n-CH2-CH 2- ( CH2)n -COOH Người ta dùng... tạo thực phẩm margarin * Sự halogen hố: Acid béo khơng no kết hợp với nguyên tố thuộc họ halogen (F, Cl, Br, I) để tạo thành acid béo no R-(CH2)n-CH = CH-(CH2)n-COOH + I2 R - (CH2)n-CHI-CHI-(CH2)nCOOH... CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH nối đôi a.Linoleic 18 :2( ∆9, 12) CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH( Acid béo no Acid béo chƣa no CH2)7COOH nối đôi a.Linolenic 18:3(∆9, 12, 15) CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH 2CH=CH(CH2)7COOH