Chương 5: SỰ CHUYỂN HOÁ CỦA GLUCID TRONG QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN & BẢO QUẢN THỰC PHẨM doc

+Đường và tinh bột được chứa bên trong các tế bào còn non, một số mô dự trữ.Polysaccharide như cellulose, hemicellulose, protopectin...: thành tế bào - Trong các thực phẩm động vật, thườ

Chương 5

SỰ CHUYỂN HOÁ CỦA GLUCID TRONG QUÁ TRÌNH

CHẾ BIẾN & BẢO QUẢN THỰC PHẨM

I KHÁI NIỆM

1 Khái niệm

- Lượng glucid trong các nguyên liệu thực vật và động vật rất khác nhau

Trong thực vật, glucid là thành phần chủ yếu, chiếm tới 85-90% trọng lươngchất khô

+Đường và tinh bột được chứa bên trong các tế bào còn non, một số mô dự trữ.Polysaccharide như cellulose, hemicellulose, protopectin : thành tế bào

- Trong các thực phẩm động vật, thường lượng glucid lại rất ít (thường khôngvượt quá 2% so với lượng chất khô) Thịt và trứng có rấi ít glucid, chỉ cá, sữa làtương đối nhiều hơn

- Nguồn glucid mà thực phẩm cung cấp cho con người chủ yếu lấy từ thực vật

* Bản chất hóa học của Glucid: là polyhydroxy aldehyde hoặc polyhydroxy

ketone Đa số các glucid có công thức tổng quát là (Cm(H2O)n)

Ngoài ra còn có một số loại glucid đặc biệt, trong cấu trúc của chúng ngoài C, H,

O còn có thêm S, N, P

2 Vai trò của Gluxit

2.1 Trong cơ thể sống Glucid có vai trò như sau:

• Gluxit được tạo ra bởi cây xanh, là cách tự nhiên để dự trữ năng lượng ánhsáng mặt trời

• Tham gia mọi hoạt động sống của tế bào

• Là nguồn chất dinh dưỡng dự trữ (tinh bột ở cây, glycogen ở ĐV) dễ huyđộng, cung cấp chủ yếu các chất trao đổi trung gian và năng lượng cho tếbào

• Tham gia vào cấu trúc (vd cellulose) của thành tế bào thực vật, vi khuẩn; hìnhthành bộ khung (vỏ) của nhóm động vật có chân khớp (Cutin)

Tham gia vào thành phần cấu tạo của nhiều chất quan trọng như: AND, ARN…, thành phần của VTM (Ribose của riboflavin)

2.2 Trong công nghiệp thực phẩm

Đối với công nghệ thực phẩm, vai trò của glucid cũng đa dạng và vô cùng quantrọng:

- Là thành phần của nhiều loại TP

- Là chất liệu cơ bản, cần thiết và không thể thiếu của ngành sản xuất lên men:rượu, bia, bột ngọt, acid amin, vitamin, kháng sinh

- Tham gia tạo cấu trúc, hình thù, trạng thái và chất lượng cho các loại sản phẩmthực phẩm

- Lên men gluxit bằng nấm men và các VSV lên men tạo ra CO2, rượu, acid hữu

cơ, và một số h/chất khác

Tạo kết cấu : - Tạo sợi, tạo màng, tạo gel, tạo độ đặc, độ cứng, độ đàn hồi cho thực

phẩm: tinh bột, thạch, pectin trong miến, mứt quả, kem, giò lụa…

- Tạo kết cấu đặc thù của một số loại thực phẩm: độ phồng nở của bánh phồngtôm, tạo bọt cho bia, độ xốp cho bánh mì, vị chua cho sữa…

Tạo chất lượng

- Chất tạo ngọt cho thực phẩm (các đường)

- Tham gia tạo màu sắc và hương thơm cho sản phẩm (đường trong phản ứngcaramen hoá, melanoidin…)

- Tạo ra các tính chất lưu biến cho sản phẩm thực phẩm: độ dai, độ trong, độ giòn,

độ dẻo…

- Có khả năng giữ được các chất thơm trong sản phẩm thực phẩm

- Tạo ẩm cũng như làm giảm hoạt độ nước làm thuận lợi cho quá trình gia côngcũng như bảo quản

II PHÂN LOẠI

C5 – Pentose: Ribose, ribulose,xylulose….

C6 – Hexose: Glucose, Fructose, Mannose, Galactose C7 – Heptose: sedoheptulose ….

OLIGOSACCHARIDE Maltose

Saccharose Lactose

POLYSACCHARIDE Tinh bột: Amilose, Amilopectin Cellulose

Glycogen…

1 Monosaccharides

a Cấu tạo

Là những dẫn xuất của Aldehyt hoặc ketose chỉ có một polyol Đường đơn, khôngthể bị thủy phân thành đường đơn giản hơn (Glucose or fructose) Một phân tửđường có chứa từ 3-7 C

Các Aldose (e.g., glucose) chứa nhóm aldehyde (CHO)

Ketoses (e.g., fructose) chứa nhóm keto (CO), thường ở C2

Một số Aldose (aldehyt)

I (CH2O)n or H - C - OH

I

Một số Ketose

Dạng monosaccharide quan trọng với thực phẩm

C

C OH H

C H HO

C OH H

C OH H

CH2OH D-glucose

O H

C H HO

C OH H

C OH H

CH2OH

CH2OH

C O

D-fructose

Căn cứ để xác định, C bất đối, dạng D hay dạng L

Cấu trúc đĩng vịng của Glucose

Vòng furan

Vòng pyran

a Tính chất của các monosaccharides

Tính chất vật lý

Đặc điểm của đường

- Một số đường (glucose, fructose, sucrose ) có chung một số đặc điểm sau:

- Có vị ngọt

- Tan trong nước, dễ dàng tạo nước ngọt

-Tạo tinh thể khi bay hơi nước (khi pha đường, để bay hơi, thấy lắng lại

những tinh thể đường)

- Cung cấp NL

- Dễ dàng bị lên men bởi VSV

- Ở nồng độ cao ức chế sinh trưởng của VSV (do vậy được dùng trong bảo quản)

- Chuyển mầu tối khi gia nhiệt (caramelize)

- Một số có thể kết hợp với Pro để tạo mầu vàng tối (browning reaction)

- Mầu vang của bánh khi nướng, phản ứng tạo mầu vàng của đường và Pro

(Browning or mailard reaction) Trong trường hợp này nhóm NH2 kết hợp với CHO hay CO của đường khử tạo màu nâu vàng (vd sữa khô để lâu chuyển màu tối);phản ứng OXH ở lớp cắt trái cây, mầu sẫm của chè do tanin (qt OXH thường tăng khi có mặt của kim loại)

Khi nấu nướng, mầu cuối cùng của thực phẩm là sự kết hợp của nhiều yếu tố

- Khi cho vào miệng cho cảm giác hòa tan và vị ngọt

• Do có nhiều nhóm –OH trong phân tử, nên nhìn chung monose dễ tan trong

nước không tan trong các dung môi hữu cơ

• Khi cô đặc dung dịch monose ta sẽ thu được dạng tinh thể monose

• Do sự có mặt các nhóm – CHO, C=O, -OH nên monose cũng có các tính chất đặc trưng của các nhóm này, điển hình là tính khử

1) Phản ứng OXH (Tác dụng của chất OXH)

• Khi bị OXH nhẹ bằng các dung dịch như Cl2, Br2, hay I2, trong môi trường kiềm hoặc dùng dung dịch kiềm của các ion kim loại, nhóm CHO sẽ bị OXHthành COOH CHO

Hay trong phản ứng khủ nước felling

CH 2 OH

OH O

OH H

OH H

OH H

Mặc dù các Ketone không tham gia phản ứng này nhưng do chúng dễ dàng

đồng phân hoá thành các aldoses

- Ez Gluco oxidase có tính OXH đặc hiệu với β-D-GlucopyranoseD-D-GlucopyranoseGlucopyranose  Gluconic

acid

Phản ứng này được sử dụng trong phân tích hàm lượng Glucose trong các thực phẩm, mẫu sinh học (vd máu) có nhiều loại đường khác nhau

- Trong điều kiện oxy hoá nhẹ (vd

có mặc Br trong môi trường trung

tính hoặc kiềm nhẹ), các aldose bị

OXH thành aldonic acid

- Trong môi trường OXH mạnh hơn

(vd: HNO3) Dicarboxylic acid

(Aldaric acid)

- Trong trường hợp nhóm CHO

được bảo vệ thì nhóm OH của C6 sẽ

bị OXH

- Trong công nghiệp để thu được

những glucoronic, tinh bột được

oxy hóa trước khi thủy phân

- Tên của rượu được lấy từ tên của đường, thay đuôi ose /ulose = itol

Vd Glucose  Glucitol (sorbitol)

Manose  Malnitol

Fructose  malnitol và sorbitol

Ứng dụng:

Các dẫn xuất này được sử dụng để thay thế đư ờng trong thực phẩm để giảm hoạt đ ộ của n ư ớc , chống hiện tượng kết tinh, tăng sự tái hấp thụ nước của các sản phẩm bị mất nước

Sorbitol có nhiều trong một số loại quả lê, táo, mận

malnitol có nhiều trong các rong biển

Trong thực tế Glucitol và Mannitol thường được sản xuất từ hydrogenolysis (thuỷ phân và hydrogenation) succrose

- Sugar alcohol được sử dụng rộng rãi trong sản phẩm bánh kẹo, món tráng miệng, sản phẩm thịt Chúng có đ ộ ngọt ít h ơ n

- Do các sugar alcohol được hấp thụ kém hơn Glucose chúng được sử dụng

để sản xuất các đ ồ uống ít calories

- Sugar alcohol làm giảm hoạt đ ộ n ư ớc trong rất nhiều sản phẩm  giúp làm giảm nấm mốc.

3 Phản ứng với các hợp chất chứa gốc NH 2 (phản ứng Maillard)

- Phản ứng Maillard (phản ứng sẫm màu) là phản ứng xảy ra giữa đường khử

(Glucose, maltose, fructose, lactose) và protein (thường là các gốc NH2 của lysine)

và thường yêu cầu To cao

Kết quả của phản ứng Maillard:

+ Tạo ra các chất có màu nâu (Melanoidin) chứa N, có khối lượng phân tử và độ hòa tan khác nhau Cấu trúc các h/c này đến nay vẫn chưa biêt hết Hiện tượng tạo màu nâu rất cần thiết cho một số thực phẩm như bánh mì nướng, bánh quy, hành phi, thịt nướng, cafe nhưng cũng có hại trong các loại TP như sữa đặc, rau củ sấy

+ Tạo ra các chất bay hơi có mùi (cần thiêt cho nhiều qt chiên nướng) nhưng nó cùng liên quan đến việc tạo ra các mùi không mong muốn trong các qt bảo quản vàchế biến nhiệt như thanh trùng, tiệt trùng

+ Tạo các chất có vị đắng, cần thiết trong chế biến cà phê, nhưng tạo vị lạ khi quaythịt cá

+ Tạo các chất có tính khử mạnh (reductone) , có thể tham gia bảo vệ TP khỏi bị OXH

+ Làm mất nhiều A.A thiết yếu (lysine, cystein, Methionine)

+ Tạo một số hợp chất có khả năng gây ung thư

+ Tạo một số h/c có thể l.kết chéo với Protein

Fig 1 : The initial step of the Maillard reaction between glucose and an amino acid (RNH 2 ), in which R is the amino acid side group (from ref 2)

có màu gọi là Melanoidin

Các sản phẩm tươi sống hầu như ko chứa các SP của p.ứng Maillard Bánh mì, bánh quy, chocolate… có thể chứa hàm lượng cao các sản phẩm Amadori Sữa đun nóng, sữa cho trẻ sơ sinh là hai vd về đồ uống có chứa lactulosyllyine (Amadori product)

Một số đồ ăn, khoai tây chiên, cafe có thể chứa acrylamine thịt nướng có thể chứa heterocrylamine.

Nhiều thực phẩm có thể chứa carboxyl methyllamine

Vỏ bánh mì, một số loại bánh ngọt, café, chocolate có thể chứa

Melanoidin

4 Phản ứng caramen hóa

- Là sự phân hủy đường (cả đường khử và không khử) ở nhiệt độ cao (sự đun nóng chảy đường) mà không có sự tham gia của các h/c Nito  tạo ra các chất có màu nâu tối (caramen)

- Caramen là một hợp chât cao phân tử cho đến nay vẫn chưa xác định được cấu trúc chính xác

Nói chung các sp của qt caramen hoá có thể chia thành 3 nhóm sau:

2C12H22O11 = 4H20 C24H36O18 Caramelan

3C12H22O11 = 8H20 C36H50O25 Caramelen

Continued heating yields caramelin C125H188O80

Một lượng nhỏ Acid, kiềm hoặc muối thường làm tăng qt caramen hoá và có thể đạt được các hương vị theo mong muốn

Nếu qt caramen hóa để quá nữa thì sản phẩm sẽ kém ngọt do các đường bị phá hủy Cuối cùng sẽ trở lên đắng

- Phản ứng này được ứng dụng trong công nghiệp chế biến đồ uống, bánh kẹo

- Nếu phản ứng ko được điều khiển tốt, sẽ tạo ra các chất có vị đắng, cháy và có vị không ngon Nhiệt độ cao, pH thấp thúc đẩy phản ứng

Table 1 : Initial caramelization temperatures of common carbohydrates

Sugar Temperature

Fructose 110° C Galactose 160° C Glucose 160° C Maltose 180° C

Saccharose 160° C

- Với saccharose, phản ứng caramen hoá xảy ra theo sơ đồ phản ứng:

Tạo các anhydrit không màu:

C12H20O10 + C24H36O18 – 3H2O ® C36H48O24.H2O

Và khi mất đi 25% nước sẽ tạo thành caramelin có màu nâu đen Hầu như tất

cả các sản phẩm caramen hoá đều có vị đắng

Table 2 : Stage of caramelization of saccharose (table sugar)

1 Evaporation

of water 100 Sugar is melted and impurities rise to the surface;

4 Small Ball 110 - 115 No colour; semi-soft cooling; no flavour change

Used in cream candy fillings, Italian meringue, fondants, fudge, and marshmallows;

5 Large Ball 119 - 122 No colour; firm cooling; no flavour change Used in

165 - 166 No colour; hard cooling; no flavour change Used in

butterscotch and hard candies;

8 Extra-D-Glucopyranosehard

Crack

168 Slight colour; shatters like glass during cooling; no

flavour change Used in hard candies;

Carmel 188 - 204 Very dark and bitter; smells burned Used for colouring, but lack of appropriate sweetness;

12 Black Jack 210 Also known as "monkey's blood." At this point, the

sugar begins to breaks down to pure carbon Burning flavour

Cơ chế của phản ứng caramen hóa

Giai đoạn 1 : Chuyển hóa glucose, fructose, mannose  1,2-enediol tiếp tục ra nhiệt  xảy ra các p.ứng khử nước để tạo ra 5-hydroxymethylfurfural

Nếu đường ban đầu là pentose thì SP cuối cùng là 2-furaldehyde

Giai đoạn 2: Từ các dẫn suất furaral  Các polymer (h/c cao phân tử) có mầu nâu

Nếu gia nhiệt đường trong ĐK kiềm  hình thành 1,2 và 2,3 –enediols  phân cắtthành các h/c thơm như saccharinic acid, lactic acid, 2,4-dihydroxybutyric acid, ethyl alcohol, và một số chất thơm như benzenen, maltol, catechol,

bensaladehydes

5 Phản ứng ester hóa

Nhóm OH của đường có thể chuyển thành esters hay ethers

Ester hóa thường xảy ra khi cho các carbohydrate t/d HCl hay anhydride

(CH3CO)2O trong dung dịch baso

Nhiều carboydrate trong tự nhiên ở dạng các dẫn xuất của phosphate-este

Phosphate-este là những chât trung gian quan trọng trong TĐC ở sinh vật

Tinh bột trong thực phẩm thường bị este hóa bởi phản ứng hóa học nhằm cải thiện chức năng của chúng Điển hình nhất là acetate và succinate este của starch

vd polyestes của sucrose và 6 hoặc 8 fatty acid bằng qt chuyển este hóa 

Sucrose fatty acid polyesters (olestra), chất thay thế chất béo Chât này thường

được sử dụng trong sản xuất snack với vai trò chủ yếu là thay thế mỡ/dầu dán Chất này không chứa NL do không thể bị thủy phân bằng các lipases, nhưng có

7 Phản ứng ete hóa

là phản ứng alkyl hóa gốc OH của đường  ete

Các tác nhân alkyl hóa thường dùng: dimethyl-sulphate (CH3)2SO4; Methyl iodide CH3I.

Các ete ít gặp trong tự nhiên, tuy nhiên các phản ứng này thường được dùng để cải thiện tính chất của tinh bột vd: methyl (-O-CH 3 ); sodium carboxyl methyl (O-CH 2 -CO 2 -Na), và

hydroxylpropyl (O-CH 2 -CHOH-CH 3 ) ete của cellulose và hydroxylpropyl của starch được cải thiện để sử dụng trong TP.

8 Deoxy and amine sugar

Sự thay thế nhóm OH bằng nhóm NH 2  Đường amino

N-Acetyl-amino  Đường N-acetylamine Hai loại đường này tìm thấy trong t/p của glycoprotein, N-acetyl-D-glucosamine là t/p của chitin (có vai trò tương ứng như celllulose) trong vỏ TB của các TV bậc thấp, nấm, nấm men, rêu xanh.; cũng là t/p chính trong vỏ của côn trùng, tôm

2 Oligossacharides (2-10 đường đơn)

Cấu trúc và tên gọi

Được tạo ra nhờ liên kết glycoside giữa nhóm OH glycoside của 1 đường với 1 đường khác

(+)-maltose: “đường mạch nha” từ lúa ngô :2 α glucose

(+)-lactose “bơ sữa” : β-D galactose & β –D glucose (1,4)

(+)-sucrose “đường mía: ăn hàng ngày”: α-DD glucose & β –D fructose

(+)-cellobiose: : 2 β glucose

α-D Glucose

β-D Glucose β-D Galatose β-D Glucose

Does it have a reducing end, and so where is it? -> Không bởi vì cả hai nhóm OH hemiacetal (C1-OH) đã tham gia vào liên kết glycoside.

II.2 Tính chất và phản ứng hóa học

Các đường oligo có nhiều trong tự nhiên và cũng đóng vai trò quan trọng trong chếbiến thực phẩm

Tính chất vật lý và cảm quan:

- Phụ thuộc vào các đường đơn

- Dạng khử hay không khử của đường: dạng ko khử thiếu nhóm OH glycosise nên

ko có tính khử, không có khả năng tạo phản ứng đặc trưng với amine, và alcohol

- Giống như các glycoside, cacsn đường oligo bị thủy phân trong môi trường acid, tuy nhiên chúng khá bền với kiềm

- Đường đôi cũng bị thủy phân bởi Ez  đường đơn

3 Polyssacarides

- Polysaccaride là một hợp chất cao phân tử của carbohydate được tạo ra từ nhiều monosaccharide qua các l.kết Glycoside

Phân loại polysaccharides

- Tạo hình, tạo khung: cellulose, hemicellulose, pectin (TV) và chitin (ĐV)

- Dự trữ: Thực vật: Tinh bột, dextrin

Động vật : Glycogen

Polysaccharide thực phẩm chủ yếu là tinh bột

AmiloseAmilopectionTên gọi: Polysaccharide cấu tạo từ glucose  glucan

từ galactose galacan

III TINH BỘT THỰC PHẨM

1 Khái niệm

- Tinh bột là loại polysaccaride khối lượng phân tử cao gồm các đơn vị α -D- gluco pyranose được nối nhau bởi các liên kết α- glycoside , có công thức phân

tử là (C6H10O5)n, ở đây n có thể từ vài trăm đến hơn 1 triệu

- Khi thủy phân tinh bột ta được sản phẩm cuối cùng là glucose.Từ đó ,có thể kết luận rằng,phân tử tinh bột gồm nhiều gốc glucose(C6H10O5) liên kết với nhau và có công thức phân tử (C6H10O5)n

- Tinh bột bao gồm hỗn hợp của amilose và amilopectin

- Tinh bột do cây xanh tạo nên và tập trung chủ yếu trong hạt, củ, quả Tinhbột cũng có nhiều ở các loại củ như khoai tây, sắn, củ mài Một lượng đáng kể tinhbột cũng có trong các l o ại q u ả như chuối

- Hình dạng và thành phần hóa học của tinh bột phụ thuộc vào giống cây,điều kiện trồng trọt

Vai trò của polysaccharide trong thực phẩm

- Về mặt dinh dưỡng là nguồn cung cấp năng lượng chính cho cơ thể

- Là những chất tạo hình và tạo ra kết cấu đặc trưng của nhiều sản phẩm

- Do tương tác với nhiệt và nước mà những tinh bột có thể thay đổi tính chất, thay đổi trạng thái để tạo hình, tạo dáng và tạo bộ khung của nhiều TP Vd trong những

ĐK gia công nhất định, tinh bột có thể tạo ra độ đặc, độ dẻo, độ dai, độ dính, độ xốp, độ trong, tạo màng cho những TP khác nhau

- Tinh bột cũng có thể tương tác với những chất khác tạo cho SP những t/c cơ lý, màu sắc và hương vị nhất định Vd sự tương tác giữa tinh bột và Pro làm cho gel Pro trong các TP kiểu giò lụa có được độ cứng và độ đàn hồi rất đặc trưng cho chúng

Đặc điểm của tinh bột

- Không ngọt

- Không dễ tan trong nước lạnh

- Tạo hồ và keo trong nước nóng

- Cung cấp NL dự trữ trong cây, trong thực phẩm

- Khi hòa nước và gia nhiệt, các hạt tinh bột nở ra do hấp thụ nước và hình thành keo; tăng tính dẻo tính dính và cuối cùng tạo hồ Khi nguội có thể tạo keo Nhờ tính dính và tinh bột dạng hồ được sử dụng để làm dầy thực phẩm, làm keo và tinh bột có thể bị thay đổi bởi đường hoặc acid và được sử dụng trong đồ uống

Cả dạng hồ và dạng gel đều có thể chuyển về dạng không hòa tan khi bị làm lạnh or agingbiến đổi về cấu trúc của TP