Tổng quan về protein
Protein là một đại phân tử sinh học được cấu tạo từ 20 loại acid amin và 2 amid
Người ta quy ước các phân tử được kết hợp từ 50 acid amin trở lên mới được coi là protein
Theo định nghĩa thì protein được cấu tạo từ acid amin
Acid amin là hợp chất hữu cơ mạch thẳng hoặc mạch vòng trong phân tử có chứa ít nhất một nhóm amin (NH3) và một nhóm cacboxyl (COOH)
Công thức cấu tạo tổng quát:
Trong số 20 acid amin và 2 amid thường gặp trong phân tử protein, có một số acid amin mà cơ thể người và động vật không tự tổng hợp được, phải đưa từ ngoài vào qua con đường thức ăn, được gọi là acid amin cần thiết hoặc acid amin không thay thế Đối với cơ thể người lớn, có 8 acid amin cần thiết, trong đó bao gồm Valin và Leucine, đóng vai trò quan trọng trong quá trình xây dựng và sửa chữa cơ thể.
Isoleucine, Methionine, Phenylalanine, Triptophane, Lysine, Treonine Và 2 acid amin cần cho trẻ em: Arginine, Histidine
1 Vai trò của protein trong đời sống :
Là thành phần không thể thiếu được của tất cả các cơ thể sống
Protein đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì và phát triển mô, cũng như trong việc hình thành các chất thiết yếu cho hoạt động sống Trong nguyên sinh chất tế bào, quá trình thoái hóa
Một số protein đặc hiệu tham gia vào thành phần của enzyme, hormone, kháng thể và các hợp chất khác
Quá trình phát triển cơ thể, bao gồm sự hình thành cơ, đổi mới và phát triển mô, cũng như phân chia tế bào, đều liên quan chặt chẽ đến quá trình tổng hợp protein.
Protein tham gia vận chuyển các chất dinh dưỡng
Protein đóng vai trò thiết yếu trong việc vận chuyển dưỡng chất từ ruột vào máu, cũng như từ máu đến các mô trong cơ thể và qua màng tế bào.
Hemoglobin, mioglobin mang oxy đến các bộ phận của cơ thể, lipoprotein huyết tương vận chuyển lipid từ gan tới các mô,…
Protein điều hòa chuyển hóa nước và cân bằng kiềm trong toàn cơ thể
Protein đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự ổn định của pH trong máu, đồng thời quyết định chất lượng của khẩu phần ăn Ngoài ra, protein còn có chức năng bảo vệ và giải độc, giúp cơ thể hoạt động hiệu quả hơn.
Hệ thống miễn dịch của cơ thể con người có khả năng chống lại nhiễm trùng thông qua việc sản xuất các protein bảo vệ được gọi là kháng thể.
Sức khỏe con người có thể bị ảnh hưởng bởi các chất độc có trong thực phẩm, những chất này có thể xuất phát từ chính thực phẩm hoặc bị ô nhiễm từ môi trường Thông thường, gan đóng vai trò quan trọng trong việc giải độc các chất độc này.
- Protein là một trong những nguồn cung cấp năng lượng cho cơ thể
Protein là yếu tố không thể thiếu cho sự sống, vì không có chất dinh dưỡng nào có thể thay thế vai trò của nó trong việc tạo hình Mặc dù có thể cung cấp năng lượng từ các nguồn dinh dưỡng khác, nhưng protein vẫn đóng vai trò quan trọng trong ba chức năng chính của vật chất sống: phát triển, sinh sản và dinh dưỡng.
2 Vai trò protein trong thực phẩm:
Protein đóng vai trò quan trọng trong việc tạo cấu trúc và hình khối cho các sản phẩm thực phẩm Nhờ vào khả năng này, quy trình công nghệ sản xuất các sản phẩm từ nguyên liệu giàu protein trở nên khả thi và hiệu quả.
Protein tơ cơ trong thịt và cá đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra cấu trúc gel cho các sản phẩm như giò lụa kamaboko Công nghệ sản xuất bánh mì dựa vào tính chất tạo hình, cố kết và giữ khí của hai loại protein chủ yếu trong bột mì là gliadin và glutenin.
Protein trong bột mì như gluten có khả năng giữ kết cấu, giữ khí cho bánh mì, làm cho bánh trở nên xốp
Protein có trong malt được hòa tan trong bia, tạo độ bền của bọt trong bia
Nhờ tính chất đặc thù của cazein trong sữa mới chế tạo ra được 2000 loại phomat hiện nay trên thế giới
Gelatin của da có khả năng tạo gel, được sử dụng để tạo màng dùng bọc kẹo, bao viên thuốc
Protein còn gián tiếp tạo nên chất lượng của thực phẩm:
Các acid amin đóng vai trò quan trọng trong việc tương tác với đường, tạo ra màu sắc và hương vị đặc trưng cho bánh mì Ngoài ra, acid amin còn kết hợp với polyphenol để tạo ra hương vị đặc sắc trong công nghệ sản xuất trà.
Hình thơm đặc trưng của chè gồm tới 34 cấu tử thơm cũng nhờ các acicamin và các polyphenol của lá chè tương tác với nhau khi gia nhiệt
Các protein còn có khả năng cố định cố định mùi tức là khả năng giữ hương được lâu bền cho thực phẩm
II Tổng quan về ngũ cốc:
Gạo, sản phẩm lương thực thu được từ cây lúa, có màu sắc đa dạng như trắng, nâu hoặc đỏ thẫm và chứa nhiều dinh dưỡng quý giá Hạt gạo chính là phần nhân của thóc sau khi đã được tách bỏ vỏ trấu và cám Đây là loại lương thực phổ biến, cung cấp nguồn thực phẩm thiết yếu cho gần một nửa dân số toàn cầu.
Thành phần hóa học của gạo trắng:
Chất khô Hàm lượng % (so với chất khô)
Tối thiểu Trung bình Tối đa
Trong gạo chứa rất ít chất béo: chất béo chứa acid béo no (miristic, palmitic, steric), chất béo chứa acid béo không no (oleic, linoleic)
Lúa mì là cây lương thực được trồng phổ biến nhất trên toàn cầu, phân bố rộng rãi ở nhiều vùng khí hậu khác nhau Thuộc họ hòa thảo, lúa mì ưa khí hậu lạnh và không chịu được nhiệt độ cao, do đó, nó thường được trồng nhiều ở các quốc gia có khí hậu mát mẻ như Nga, Mỹ, Úc và Canada.
Lúa mì rất đa dạng và phong phú, khoảng 20 dạng
Tỷ lệ khối lượng từng phần hạt lúa mì (theo % khối lượng toàn hạt)
Các phần của hạt Cực tiểu Cực đại Trung bình
Thành phần hóa học trung bình của lúa mì theo % như sau:
Chất béo 2.3 – 2.8 % Ðường trước chuyển hóa 0.1 – 0.15 % Ðường sau chuyển hóa 2.5 - 3%
Lúa mì không chỉ chứa tinh bột mà còn có dextrin, muối khoáng, vitamin, enzyme và một số hợp chất khác Những thành phần này được phân bố không đồng đều trong các phần của hạt lúa mì.
Protein chủ yếu tập trung ở nội nhũ và lớp alơrông, trong khi chất béo chủ yếu nằm ở vỏ Vỏ chứa nhiều xelluloza, pentoza và chất tro Phôi lại có hàm lượng đường và chất béo cao.
Sự phân bố các chất trong hạt lúa mì (xem mỗi chất trong hạt là 100%)
Protein Tinh bột Chất béo Ðường Xenluloza Pentoza Tro
Thành phần hoá học của hạt ngô
Tinh bột các giống ngô thông thường có khoảng 27% amylase và 73% amylopectin
Xelluloza và pentoza là thành phần chủ yếu của vỏ Đường trong ngô chiếm khoảng 1,0-3,0% Khoảng 2/3 tập trung trong phôi
Chất béo trong ngô có tới 98% ở dạng glyxerid của các acid béo
Chất tro trong ngô gồm nhiều thành phần nhưng nhiều hơn cả là phốt pho, acid, kim loại kiềm và kiềm thổ
Những biến đổi của protein ngũ cốc và đậu tương trong bảo quản và chế biến 28 1 Những biến đổi protein ngũ cốc trong bảo quản nguyên liệu hạt
Biến đổi do nhiệt
Trong gia công kỹ thuật các nguyên liệu giàu protein như ngũ cốc, bên cạnh những biến đổi mong muốn, còn xảy ra những biến đổi phụ không dự kiến, đặc biệt là sự biến đổi của protein khi gia nhiệt Quá trình gia nhiệt là một yếu tố quan trọng trong sản xuất hầu hết các sản phẩm.
Khi gia nhiệt ở mức độ vừa phải, protein trong ngũ cốc sẽ bị biến tính, giúp loại bỏ độc tố protein như antitripsin trong đậu nành Nhiệt độ này cũng làm cho các thực phẩm giàu collagen và glixinin trong đậu nành dễ tiêu hóa hơn, nhờ vào việc mạch peptide được duỗi ra, giải phóng các gốc acid amin và tạo điều kiện thuận lợi cho enzym proteaza hoạt động.
Ngoài ra còn có tác dụng kìm hãm hoạt động của một số enzim đường tiêu hóa
Ví dụ Antitrypsin Xunitz và Bowman trong đậu nành làm tăng quá trình tiêu hóa đối với sản phẩm đậu nành
Khi thực phẩm giàu protein, đặc biệt là đậu nành, được gia nhiệt ở nhiệt độ cao trong điều kiện pH trung tính hoặc môi trường kiềm, các amino acid như Lysine và Threonine sẽ bị phân hủy Nhiệt độ cao kích thích quá trình thủy phân các liên kết peptid và đồng phân hóa các gốc acid amin, dẫn đến việc hình thành hỗn hợp racemic, làm giảm 50% giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.
Gia nhiệt có thể làm biến đổi các hợp chất nhỏ như estrogen, goitrogen, sterol và các chất phản vitamin, giúp loại bỏ chúng do không mang lại lợi ích dinh dưỡng và đôi khi còn có thể trở thành chất độc.
Tăng phẩm chất cho ngũ cốc
Làm hại cấu trúc tế bào
Ứng dụng trong công nghệ sản xuất các sản phẩm từ ngũ cốc:
Trong sản xuất bánh mì:
Trong quá trình nướng bột nhào, hai quá trình keo chủ yếu diễn ra là sự hồ hóa tinh bột và sự đông tụ protein Những quá trình này đóng vai trò quan trọng, biến bột nhào thành bánh ăn được Sự thay đổi của các chất keo trong bột nhào xảy ra gần như đồng thời khi mỗi lớp của khối bột được làm nóng đến nhiệt độ khoảng 55 độ C.
Khi nhiệt độ đạt 40°C, các hạt tinh bột bắt đầu trương nở, và khi tiếp tục làm nóng, chúng sẽ vỡ ra, cho phép nước thấm vào và phá hủy cấu trúc hạt tinh bột Amilaza sẽ chuyển vào dung dịch và amilopectin tạo thành keo dính Để hồ hóa hoàn toàn tinh bột trong bột nhào, cần lượng nước gấp 2-3 lần so với lượng nước có trong bột Quá trình hồ hóa diễn ra chậm trong môi trường thiếu nước và chỉ hoàn tất khi lớp trung tâm của bánh mì đạt 95-97°C Tinh bột hồ hóa sẽ liên kết với nước tự do trong bột nhào và nước tự do từ protit biến tính, dẫn đến sự giảm rõ rệt lượng nước tự do trong bánh, khiến ruột bánh khô và đàn hồi Nếu tinh bột mất tính háo nước, ruột bánh mì sẽ trở nên dính.
Quá trình biến tính của protit diễn ra ở nhiệt độ 50-70°C, dẫn đến hiện tượng đông tụ, làm protit mất tính đàn hồi và nhả nước ra Khi bị biến tính, protit tạo thành bộ khung cho bánh mì, giúp cố định hình dáng bánh Trong quá trình nướng, các hạt tinh bột nở ra và bao quanh mạng lưới protit đông tụ Protits đông tụ do nhiệt dễ bị phân hủy bởi men, vì vậy động học của quá trình này trong các lớp bột nhào rất quan trọng cho chất lượng sản phẩm Nếu protit đông tụ chậm, bánh có thể bị giảm thể tích và trở nên bẹp.
Trong sản xuất sữa đậu nành:
Khi nấu, dưới tác dụng của nhiệt độ:
Enzyme urea phân giải ure giúp tiêu hóa tốt hơn
Các phân tử protein kết hợp với nhau để hình thành một mạng lưới protein có cấu trúc trật tự, dẫn đến hiện tượng gel hóa và tạo ra dung dịch sữa đậu nành có độ sánh đặc.
Sự hiện diện của các nhóm SH và cầu disulfua trong protein làm tăng cường độ bền của mạng lưới protein, dẫn đến việc gel hình thành có tính chất không thuận nghịch Khi có một số lượng lớn các nhóm SH, khả năng hình thành cầu S-S cũng được nâng cao, tạo ra cấu trúc gel ổn định hơn.
Biến đổi do tác nhân cơ học
Các tác nhân cơ học như nghiền, xay, và khuấy trộn đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành cấu trúc và nâng cao các tính chất chức năng của protein.
Nghiền nhuyễn các chế phẩm protein giúp cải thiện khả năng hấp thụ nước, tăng tính hòa tan, nâng cao khả năng hấp thụ chất béo và khả năng tạo bọt của protein.
Các lực cắt trong quá trình khuấy đảo mạnh huyền phù hoặc dung dịch protein có khả năng làm vỡ các tập hợp protein thành tiểu phân tử, từ đó cải thiện khả năng nhũ hóa của protein Khuấy trộn ở mức độ vừa phải có thể tăng cường tính biến tính bề mặt và tập hợp protein, nhưng nếu khuấy quá mạnh và quá lâu, một số loại protein sẽ bị giảm độ bền của màng protein trên bề mặt phân chia, dẫn đến giảm khả năng tạo bọt.
Lực cơ học đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành cấu trúc protein, bao gồm các dạng paste, dạng sợi và ép đùn nhiệt dẻo Quá trình biến tính protein do nén và cắt giúp sắp xếp lại các mạch polypeptid, trao đổi các cầu nối disulfua và hình thành mạng lưới protein.
Trong sản xuất bánh mì:
Nhào bột là bước quan trọng trong quá trình làm bánh mì, ảnh hưởng đến kỹ thuật và chất lượng sản phẩm Quá trình này tạo ra một hỗn hợp đồng nhất từ bột, nước, men, muối và các thành phần khác, hình thành cấu trúc và tính chất vật lý nhất định Sau khi bột được lên men, các bước tiếp theo như chia và vê có thể được thực hiện.
Trong quá trình nhào bột, các hợp chất protit đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành gluten, nhờ khả năng liên kết với nước Protit trong bột mì có khả năng hấp thụ nước gấp đôi trọng lượng của nó, với khoảng 75% là nước thẩm thấu Khi nhào, các protit này trương nở và tăng thể tích, tạo ra một cấu trúc xốp và đàn hồi, giúp bột nhào trở nên dẻo hơn.
Tinh bột trong bột chỉ kết hợp với khoảng 30% trọng lượng của nó Mặc dù tinh bột có nhiều hơn protein về số lượng, nhưng lượng nước liên kết với tinh bột và protein lại tương đương nhau.
Bột nhào là một hệ phân tán gồm ba pha: rắn, lỏng và khí, trong đó pha lỏng bao gồm nước tự do, protit hòa tan, đường và các chất khác, còn pha khí được hình thành từ bột không khí và túi khí CO2 do lên men Trong quá trình nhào, các quá trình vật lý và keo hóa diễn ra, cùng với các phản ứng hóa sinh học do các fecmen và nấm men Men thủy phân protit có tác dụng lớn, phá vỡ các liên kết protit và ảnh hưởng đến tính chất vật lý của bột nhào Tuy nhiên, sự thâm nhập của oxy trong quá trình nhào làm giảm tác động của men thủy phân protit Men thủy phân tinh bột có ảnh hưởng ít hơn Cuối cùng, tác dụng cơ học của cánh máy nhào giúp protit trương nở và tạo thành bộ khung gluten, từ đó tăng cường tính chất vật lý của khối bột nhào.
Trong quá trình nhào bột, nhiệt độ của khối bột có thể tăng nhẹ do năng lượng cơ học chuyển hóa thành nhiệt Tuy nhiên, nếu tốc độ của cánh máy nhào duy trì ở mức 25-40 vòng/phút, sự tăng nhiệt độ sẽ không đáng kể.
Các quá trình trong khối bột nhào không diễn ra độc lập mà tương tác lẫn nhau, dẫn đến sự thay đổi liên tục về tính chất vật lý của khối bột nhào trong từng giai đoạn của quy trình kỹ thuật.
Trong sản xuất sữa đậu nành:
Là một loại thức uống bổ dưỡng, giàu dinh dưỡng Thành phần chính chủ yếu là nước và đậu nành
Khi xay dưới tác dụng của lực cắt protein bị biến tính, làm vỡ các tập hợp protein thành các tiểu phần tử, tạo thành dung dịch protein
Biến đổi do enzym
Protein trong đậu nành bị phân hủy bởi enzym, dẫn đến 50-60% protein chuyển hóa thành dạng hòa tan Quá trình này tạo ra khoảng 10% acid amin và các peptid có trọng lượng phân tử thấp, góp phần nâng cao giá trị dinh dưỡng của thực phẩm.
Trong quá trình biến đổi này có xảy ra các phản ứng đặc trưng:
Phản ứng khử nhóm cacboxyl
Phản ứng này tạo thành các dạng amine khác nhau Từ lizin tạo thành cacdaverin, từ histidin tạo thành histamin, là những chất độc từ
Phản ứng khử amin, khử carboxyl
R-CH-COOH + H 2 O R-CH-COOH + NH 3
R-CH-COOH + H2 enzym của R-CH2-COOH + NH3
R-CH-COOH R-CH2-NH2 + CO2
R-CH-COOH + ẵ O2 R-CO-COOH + NH3
R-CH-COOH + H2O R-CH-COOH + NH3
R– CH - COOH decacboxylase R – CH = O + CO2
Phản ứng tạo thành scatol, crezol, phenol
Trong quá trình sống, vi sinh vật gây thối rữa thường xuất hiện khi bảo quản protein, dẫn đến sự chuyển hóa các acid amin vòng thành các sản phẩm độc hại có mùi khó chịu như scatol, indol và phenol.
Phản ứng xảy ra trong quá trình này là
Acid indoloxypropionic + O2 Acid indolacetic + CO2 + H2O
Phản ứng thường xảy ra với acid amin có chứa lưu huỳnh:
CH3-S-CH2-CH2-CH-COOH CH3-S-CH2-CH2-CH3 + CO2 + NH3
Biến đổi do phản ứng thủy phân
Phản ứng thủy phân là quá trình phân giải các chất với sự tham gia của nước, đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm Nhờ vào phản ứng này, chúng ta có thể sản xuất các sản phẩm như nước tương và chao, làm tăng giá trị dinh dưỡng và hương vị của thực phẩm.
Khi thủy phân làm cho protein ngũ cốc chuyển thành những chất trung gian đơn giản và sản phẩm cuối cùng là các acid amine
Ứng dụng trong sản xuất Chao:
Quá trình lên men sau khi nuôi mốc là bước quyết định chất lượng sản phẩm Chao Trong giai đoạn này, các enzyme từ mốc tham gia vào nhiều phản ứng sinh hóa, chủ yếu là enzyme proteaza (thủy phân protid) và hỗn hợp enzyme photpholypapaza (thủy phân lipid), tạo nên hương vị và cấu trúc đặc trưng cho Chao.
Quá trình sinh hóa cơ bản bao gồm sự thủy phân protid thành peptide và acid amin nhờ hệ enzyme proteaza của nấm mốc hoặc vi khuẩn Bên cạnh đó, còn có các quá trình khác liên quan đến sự chuyển hóa chất dinh dưỡng trong sinh vật.
Proteza là nhóm enzyme thủy phân liên kết peptide(-CO-NH-) trong phân tử protein hoặc các polypeptide Proteza có thể chia thành: proteinaza và peptidaza
Proteinaza phân hủy protein thành polypeptid và peptone, với tính đặc hiệu tương đối rộng Sau đó, các peptide nhỏ này được phân hủy thành các amino acid tự do nhờ vào tác dụng của peptidaza Các peptidaza có tính đặc hiệu hẹp hơn, chỉ tác động lên các liên kết peptide tại những vị trí nhất định.
Sự thủy phân protein là quá trình enzyme proteinaza tác động lên protein, phân hủy chúng thành các phân tử nhỏ hơn Trong quá trình này, proteinaza phá vỡ liên kết (-CO-NH-) với sự tham gia của nước, dẫn đến việc giải phóng các nhóm tự do (-COOH) và (-NH2).
Proteinaza có thể là enzyme ngoại bào, chuyển đổi protein không khuếch tán thành peptid và dipeptid khuếch tán Những hợp chất này phần lớn không có mùi
Peptidaza là enzyme có thể tồn tại dưới dạng nội bào hoặc ngoại bào, có chức năng khử peptid thành các acid amin tự do Enzyme này có khả năng tấn công các mối nối liên kết giữa các phân tử protein.
Để sản xuất Chao chất lượng cao, cần gieo cấy vi sinh vật thuần chủng và tạo điều kiện tối ưu như nhiệt độ, độ ẩm, môi trường và pH Điều này giúp vi sinh vật phát triển tốt, tạo ra enzyme với hoạt lực cao nhất Kết quả là sản phẩm Chao có mùi đặc trưng, không đắng và không có vị lạ.
