Giáo trình Hóa học thực phẩm (Nghề Công nghệ thực phẩm Cao đẳng)

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 * 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 q 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 đơng 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 trị 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 khơng 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 mơi trường acid hay mơi 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 mơi 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 khơng 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'' dạng enol - 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' O COOH - CO R'' - H 2O COOH aminodezoxyxetoza axit amin R CH N CH NH HC C 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 vịng 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 soát phản ứng hóa nâu Ứng dụng chế biến chuối khơ, 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 nguyên liệu với oxy không khí có diện enzyme polyphenol oxydase hay phenolase tạo thành hợp chất có màu nâu Quá trình hình thành màu nâu nguyên tắc theo biến đổi sau: hydroxyl hóa enzyme oxy hóa enzyme khơng 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 Nhiệt độ ( C) o 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 không 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 đơng lạnh Acid ascorbic bị oxy hóa tạo thành rào cản tiếp xúc bề mặt đến khơng 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 trị 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 không 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 mơn 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 ... 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 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... nƣớc thực phẩm Dựa vào hàm lượng nước, sản phẩm thực phẩm chia làm nhóm: - Nhóm sản phẩm thực phẩm có hàm lượng nước cao (trên 40%) - Nhóm sản phẩm thực phẩm có hàm lượng nước trung bình (10 - 40%)... Công nghệ thực phẩm [6] Phan Thị Bích Trâm (2003), Sinh hóa, Trường đại học Cần Thơ, khoa NN & SHƯD, Bộ môn Công nghệ thực phẩm [7] Lê Ngọc Tú (chủ biên) (2001), Hóa học thực phẩm, NXB Khoa học