chương 3 protein và sự chuyển hóa protein trong quá trình chế biến bảo quản thực phẩm

Để tạo ra được những sản phẩm từ các nguyên liệu giàu protein, các nhà sản xuất công nghệ đều phải dựa vào những tính chất và khả năng này của protein... Khi các phân tử protein bị biến

Chương III

PROTEIN VÀ SỰ CHUYỂN HOÁ PROTEIN TRONG QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN BẢO QUẢN

THỰC PHẨM

I VAI TRÒ CỦA PROTEIN TRONG ĐỜI SỐNG VÀ TRONG THỰC PHẨM

Đại phân tử sinh học

Có mặt nhiều trong tế bào sống

Tham gia vào nhiều phản ứng sinh hóa

Thành phần của nhiều phức hợp

Vai trò sinh học Protein

Giá trị dinh dưỡng Protein

• Quyết định chất lượng khẩu phần thức ăn

• Ảnh hưởng đến thành phần hóa học, cấu tạo xương

• Thiếu protein dẫn đến suy dinh dưỡng,

chậm lớn, suy giảm miễn dịch, ảnh hưởng xấu đến chức năng của các cơ quan

Thiếu protein gây ra những rối loạn nghiêm trọng trong cơ thể:

- Tế bào thiếu acid amin trong hoạt động tổng hợp của nó

- Trẻ không lớn được

- Thiếu các enzym tiêu hoá ảnh hưởng tới hấp thụ tiêu hoá dẫn tới tiêu chảy, mất nước.

- Gây ra sự tích mỡ ở gan, làm cho gan không hoàn thành được nhiệm vụ tổng hợp albumin huyết thanh, gây hiện tượng phù.

- Cấu trúc của cơ xương trở nên yếu ớt, lỏng lẻo, sự tạo hồng cầu giảm gây thiếu máu.

Vai trò trong thực phẩm Protein

• Tạo cấu trúc gel cho sản phẩm

• Giữ kết cấu, giữ khí, tạo độ xốp

• Tạo độ bền của bọt trong bia

• Tạo màng bao

T o hình cho s n ph m th c ph m ạo hình cho sản phẩm thực phẩm ản phẩm thực phẩm ẩm thực phẩm ực phẩm ẩm thực phẩm

Protein trước hết là chất tạo hình , nghĩa là chất có khả năng tạo ra bộ khung về hình dáng, trạng thái, cùng với độ cứng, độ đặc, độ dai và độ đàn hồi cho các sản phẩm thực phẩm

Protein cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra mùi

vị ,màu sắc chọ thực phẩm Để tạo ra được những sản phẩm từ các nguyên liệu giàu protein, các nhà sản xuất công nghệ đều phải dựa vào những tính chất và khả năng này của protein

Khả năng tạo gel của protein

Các sản phẩm như giò lụa, giò cá, format, bánh mì là những sản phẩm có kết cấu bộ khung từ gel protein

Khi các phân tử protein bị biến tính , tập hợp thành một mạng lưới không gian có trật tự gọi là sự tạo gel

Khi protein biến tính thì các cấu trúc bậc cao bị phá huỷ, liên kết giữa các phân tử bị đứt, mạch peptide bị giản ra, các nhóm chất lúc trước bị ẩn vào trong bây giờ xuất hiện

ra ngoài làm cho các phân tử có điều kiện tiếp xúc và liên kết lại gần nhau hơn

Sự tạo gel protein biến tính

Điều kiện để tạo gel

Nhiệt độ là yếu tố cần thiết đầu tiên để tạo gel, cần phải gia nhiệt Sau khi gia nhiệt thường là làm lạnh để tạo nhiều liên kết hydrogen cho kết cấu gel được bền Đôi khi acid hoá hoặc kiềm hoá nhẹ để đưa pH về pHi

Có thể thêm các chất đồng tạo gel như các polysaccharise để làm cầu nối giữa các hạt

Khả năng tạo bột nhão

Các protein (gliadin và glutenin) của glutin bột mì còn có khả năng tạo hình, đặc biệt có khả năng tạo ra “ Bột nhão” (pate) có tính cố kết, dẻo và giữ khí để cuối cùng khi gia nhiệt thì hình thành một cấu trúc xốp cho bánh mì

Khả năng tạo màng

Protein như gelatin c ng có khả năng tạo ũng có khả năng tạo màng Màng này do các gel gelatin tạo ra chủ yếu bằng các liên kết hydrogen nên có tính thuận nghịch Khi nhiệt độ khoảng trên 30oC thì tan chảy và để nguội thì tái lập

Khả năng tạo bọt

Bọt thực phẩm là hệ phân tán của các bóng bọt trong chất lỏng hoặc chất nửa rắn, có chứa một chất hoạt động bề mặt hòa tan Các bọt thường chứa không khí hoặc khí CO2

Muốn bọt bền thì bóng bọt bao quanh phải đàn hồi và không thấm khí Khi cho protein được hấp thụ vào bề mặt sẽ tạo ra được một màng như thế nên bảo vệ được bóng bọt Các chất tạo bọt thực phẩm thường là protein (lòng trắng trứng, protein

Khả năng tạo bọt của

protein

Vai trò trong thực phẩm Protein

• Tương tác với đường tạo hương và màu cho sản phẩm

• Kết hợp với polyphenol tạo hương đặc trưng cho trà

• Cố định mùi, giữ hương

Khả năng cố định mùi

Protein có khả năng cố định được các chất có mùi khác nhau Thường các chất có mùi lại dễ bay hơi Các protein có thể hấp phụ lý học hoặc hấp phụ hóa học các chất có mùi qua tương tác Van der Var hoặc qua liên kết đồng hóa trị và liên kết tĩnh điện

II ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC VÀ TÍNH

CHẤT CỦA PROTEIN

• Cấu tạo từ 20 loại acid amin cơ bản

• Cấu trúc của chung của acid amin

• Cấu trúc bậc 2: phản ánh sự sắp xếp có qui luật trong không gian của các chuỗi polypeptid

Xoắn α Nếp gấp ß

• Cấu trúc bậc 3: phản ánh sự tương quan không gian trong toàn bộ chuỗi polypeptid

• Cấu trúc bậc 4: phản ánh tương tác giữa các tiểu đơn vị trong phân tử protein

Tính chất Protein

• Hình dạng, khối lượng

– Hình sợi: keratin, miosin…

– Hình cầu: albumin, globulin…

– Tuy nhiên hai trạng thái này có thể chuyển đổi qua lại

– Xác định khối lượng protein bằng nhiều

phương pháp: siêu ly tâm, đo áp suất thẩm

thấu, đo tốc độ lắng….

• Tính lưỡng tính

– Thể hiện tính acid trong môi trường kiềm

– Thể kiện tính kiềm trong môi trường acid

• Tính hòa tan

– Khả năng hòa tan của protein trong nước

– Khả năng hòa tan của protein trong dung môi – Các yếu tố ảnh hưởng đến tính tan

• Nồng độ muối của dung dịch

• Nhiệt độ

• Bản chất và cấu hình protein

Hàm lượng Protein trong một số nguyên liệu

III SINH TỔNG HỢP PROTEIN

1 Sinh tổng hợp protein

2 Điều hoà sinh tổng hợp protein

III BIẾN ĐỔI CỦA PROTEIN TRONG CHẾ

BIẾN & BẢO QUẢN THỰC PHẨM

- Sự biến tính

- Sự thuỷ phân

- Sự ối thối

1.Tính hoà tan của protein

Dựa vào hình dáng của những tiêủ phần protein thiên nhiên, người ta phân chia chúng thành hai nhóm:

- Protein hình cầu

- Protein hình sợi

Các protein hình cầu hoà tan trong nước và trong dung dịch muối loãng Phần lớn các protein hình sợi không tan trong nước (colagen và

elastin)

Tính hoà tan của protein liên quan với khả năng hyđrat hoá, nghĩa là phụ thuộc vào khả năng kết hợp với nước

Trong phân tử protein, nhóm alkin là gốc kỵ nước, làm phân tử protein không tan trong nước, các nhóm -NH2, -COOH, -OH, -NH háo nước làm phân tử protein tan trong nước

Sự biến tính của protein do nhiệt

Dưới tác động của nhiệt độ trong quá trình chế biến, các loại protein hoà tan sẽ dần bị biến tính Sự biến tính này là quá trình không thuận nghịch

Các nếp gấp trong phân tử protein bị chuyển động mạnh dẫn đến sự phá vỡ các liên kết không bền như liên kết hydro Mạch polypeptid bị giãn và phân bố lại Các nhóm kỵ nước được đẩy ra ngoài, tính ưa nước giảm, mất tính hoà tan

2 Sự biến tính của protein

Nhiệt độ biến tính một số protein

Sự biến tính của sợi protein

Sự biến tính của protein albumin trứng

 Kết quả: Protein biến tính dễ tiêu hoá hơn (so với trường hợp biến tính do tác dụng phân giải bởi enzym: tripsin).

Sự biến tính cần có mặt của nước Nếu không có nước, sự giãn nở các mạch protein sẽ không xảy ra Protein hoàn toàn khô sẽ không biến tính.

Protein biến tính thường đông tụ lại, làm biến đổi trạng thái keo

Sự biến tính có thể tạo H2S hoặc NH3

Nếu có sự hiện diện của các muối trung tính hoặc đường hoặc acid béo, tốc độ đông tụ của protein bị giảm xuống

Ngoài sự biến tính do nhiệt, sự biến tính còn xảy ra

do do sự do tác động vật lý (sự khuấy đảo mạnh) Tác động vật lý làm giãn các mạch protein

Sự biến tính thường gây ra sự đông tụ của protein.

Sự đông tụ protein thường xảy ra ở hai dạng:

- Nồng độ protein thấp: đông tụ tạo dạng bông

- Nếu nồng độ protein lớn: đông tụ tạo khối keo đông đặc.

Protein biến tính có tính chất:

- Mất tính sinh học

- Mất khả năng hoà tan trong nước

- Mất khả năng kết tinh và những tính chất hoá lý khác

- Biến đổi hình dạng và kích thước phân tử

- Tăng cường khả năng bị thuỷ phân bởi các enzym protease

Có thể thuỷ phân bằng acid, kiềm, enzym protease thực vật (papain, bromelin), protease động vật (pepsin, tripsin)

Có những protein không bị thuỷ phân bởi enzym động vật: keratin, colagen

3 Sự thuỷ phân của protein

Sự thủy phân protein do enzyme

Nguyên nhân gây ối thối, làm giảm giá trị dinh dưỡng của thực phẩm hoặc gây độc có thể do enzym có sẵn trong thực phẩm hoặc do vi sinh vật.

4 Sự ôi thối của protein

Các chất vô cơ

CO2, H2O, H2S,

Acid hữu cơ

Acid bay hơi

Bazơ hữu cơ

b Phản ứng khử nhóm carboxyl: tạo thành các amin khác nhau, có thể gây độc

Histidin  Histamin

Lysin  Cadaverin

Tyrosin  Tyramin

c Phản ứng khử nhóm amin, khử nhóm carboxyl

d Phản ứng tạo thành các chất thối:

- Indol

- Scartol

e.Phản ứng tạo thành mercaptan: xảy ra với các acid amin có lưu huỳnh

f Phản ứng tạo thành di, trimetylamin từ các lipoprotein

g Phản ứng tạo thành phosphin (PH3): xảy ra với phosphoprotein và nucleoprotein Nguồn tạo thành phosphin là các phosphoric có trong protein được giải phóng ra khi bị phân hủy.

A PROTEIN TRONG THỊT GIA SÚC GIA CẦM

Thành phần chủ yếu của của thịt gia súc, gia cầm là mô

cơ và mô liên kết Mô cơ cấu tạo từ các tế bào cơ gọi là sợi

cơ Mô liên kết bao gồm sợi colagen và sợi đàn hồi

Sợi cơ hay

tế bào cơ

* Protein mô cơ

Actin

* Protein mô liên kết

- Sợi colagen: khi đun sôi, trong nước, colagen bị thuỷ phân một phần và có sự thay đổi cấu trúc bên trong của phân tử protein Colagen chuyển thành glutin có độ nhớt cao, để nguội tạo thành gel Khi đun nóng trở lại, chuyển thành xon đặc

- Elaxtin: bền vững với acid, kiềm và enzym Khi nhiệt

độ tăng gây co rút

1 Sự biến đổi protein thịt trong quá

trình bảo quản

Dựa vào những biểu hiện bên ngoài, người ta chia một cách quy ước những sự biến đổi ở thịt sau khi giết thành 3 thời kỳ:

- Tê cóng sau khi giết

- Chín tới

- Tự phân

Sự biến đổi tiếp theo của thịt sau ba thời kỳ này đó

là sự phân hủy thối rữa

a Sự tê cóng sau khi giết

Tê cóng sau khi giết của các bắp cơ là kết quả của sự phát triển của quá trình hoá sinh phức tạp do enzym mà đặc trưng của nó khác với các quá trình sống Đó chủ yếu là các quá trình phân giải, bao gồm:

- Phân huỷ glycogen thành acid lactic pH từ điểm trung hoà thành pH acid

- Phân huỷ glycogen thành các glucid có tính khử (glyco phân)

- Phân huỷ acid creatinphosphoric

- Phân huỷ ATP

- Kết hợp actin với myozyn thành phức chất không tan (tạo

độ rắn của mô cơ)

- Sự phát triển tê cóng hoàn toàn xảy ra với thời gian khác nhau phụ thuộc vào đặc điểm động

vật và các điều kiện xung quanh.

- Vào lúc này: độ rắn của thịt tăng 25%, độ cản cắt tăng lên 2 lần Thịt như thế sẽ có độ rắn lớn kể

cả sau khi nấu.

- Thịt ở trạng thái tê cóng sau khi giết: tiêu hoá bởi pepsin kém, hầu như bị mất mùi thơm và vị sẵn

có ở trạng thái luộc.

Thịt ở giai đoạn cứng xác chưa thích hợp trong sử dụng chế biến, vì chưa cho hương thơm vị ngon, khả năng hydrat hoá kém làm cho thịt luộc bị cứng, khô quắt, nước canh luộc thịt bị đục, không có vị ngọt đậm đà

b Sự chín tới của thịt

Chín tới, đó là tập hợp những biến đổi về tính chất của thjt gây nên bởi sự tự phân Kết quả là thịt có được những biểu hiện tốt về hương vị thơm và vị, trở nên mềm mại tươi ngon So với thịt ở trạng thái tê cóng thì

nó dễ tác động bởi enzym tiêu hoá hơn

Do tác dụng của acid lactic, protein bị đông tụ:

- Mất khả năng kết hợp với nước

- Cơ thịt mềm

- Hương vị thơm ngon, dễ tiêu

Acid phosphoric + Hypoxanthin + acid glutamic

Tác dụng của quá trình chín tới:

Cơ chế của quá trình tê cóng và chín tới

- Tê cóng

Actin + miozyn Actomiozyn (không hoà tan)

- Chín tới (từ trạng thái co rút sang trạng thái suy

c Sự tự phân

- Nếu bảo quản thỉ chín tới kéo dài trong điều kiện

vô trùng ở nhiệt độ dương thấp thì quá trình tự phân trong thịt sẽ kéo dài Thời kỳ này gọi là sự tự phân.

- Tự phân đặc trưng bằng sự phân giải các bộ phận thành phần chủ yếu của mô cơ – đó là protein và lipid dưới tác dụng của các enzym trong mô làm đứt các liên kết peptid của các phân tử protein đồng thời phá huỷ chính protein đó và thuỷ phân chất béo.

Sự phân giải protein kèm theo phá huỷ các thành phần cấu trúc hình thái học của mô cơ Do đó:

+ Độ rắn của thịt giảm đi

+ Sự tách dịch thịt tăng lên

+ Thịt có màu sắc hung nâu rõ

+ Thịt trở nên chua và có mùi khó chịu hơn

Đặc điểm của thịt khi sự tự phân xảy ra

- Nếu để thịt nguội không đúng quy cách, các enzym có sẵn trong thịt phát triển mạnh phân huỷ protein thành NH3,

gây ra

- Thịt tự phân có trạng thái cảm quan không tốt:

+ Có mùi chua khó chịu

+ Bề mặt ngoài đôi khi có màu xanh

+ Ở sâu trong khối thịt có mùi hôi, màu sắc đôi khi đỏ hoặc nâu

+ Không có vi sinh vật gây thối

+ Không có hại cho sức khoẻ người tiêu dùng

d Sự phân huỷ thối rữa (hiện tượng ôi thiu)

- Một yếu tố bên ngoài hết sức quan trọng làm thay đổi hẳn tính chất của thịt, đó là sự hoạt động của vi sinh vật:

+ VSV phân huỷ protein

+ VSV phân huỷ lipid

+ VSV phân huỷ các acid amin

- Ở những điều kiện thích hợp, vi sinh vật phân huỷ các chất dinh dưỡng của thịt thành các chất đơn giản Chỉ có những vi sinh vật gây thối thì mới có khả năng phân huỷ thức ăn thành những chất có hại

- Escherichia coli

- Hình que, không tạo bào tử

- Gram (-), catalase (+), oxidase (-),

Escherichia coli

- Sống ở da người, đường hô hấp, tiêu hóa.

- Tạo mụn nhọt, làm đông huyết tương

- Gây bệnh viêm phổi, viêm màng não

viêm cơ tim, viêm thận, tủy xương

- Chất ức chế: hexaclorophen, tím gential

- Salmonella

- Trực khuẩn gram (-), khơng tạo bào tử

- Cĩ tiên mao (trừ S gallinarum)

- Gây tiêu chảy, ói mửa, buồn nôn,

chủng Sal typhy, Sal paratyphi gây

sốt thương hàn

- Bacillus

•Trực khuẩn G(+), sinh bào tử, kỵ khí tùy ý

•tăng trưởng trong khoảng nhiệt độ từ 5-50 o C,

tối ưu ở 35-40 0 C

•Xâm nhập vào sữa, thịt, rau quả, hỗn hợp gia

vị, sản phẩm khô

•Tiết hai loại độc tố chính: diarrhoeal toxin

gây tiêu chảy và emetic toxin gây nôn mửa

Bacillus cereus

Các dạng hư hỏng của thịt:

Hóa nhầy: giai ñoạn đầu của quá trình hư hỏng thịt

Các vi khuẩn thường thấy ở lớp nhầy:

• Micrococcus albus, M liquefaciens, M aureus,

M candidus

• Streptococcus liquefaciens; E coli

• Bact alcaligenes, Bac mycoides, Bac

mesentericus

• Pseudomonas

VI SINH VẬT TRONG CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN THỊT

Các dạng hư hỏng của thịt:

Hóa nhầy thịt gia cầm do Pseudomonas

VI SINH VẬT TRONG CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN THỊT

VI SINH VẬT TRONG CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN THỊT

Các dạng hư hỏng của thịt:

 Lên men chua

Các vi khuẩn thường thấy:

VI SINH VẬT TRONG CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN THỊT

Các dạng hư hỏng của thịt:

 Sự thối rữa

Các vi khuẩn thường thấy:

• Vi khuẩn hiếu khí: Proteus vulgaris,

Bacillus subtilis, Bacillus

mesentericus, Bacillus megatherium,

• Vi khuẩn kỵ khí: Clostridium perfringens, Clost putrificum,

Clost sporogens,

VI SINH VẬT TRONG CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN THỊT

2 Sự biến đổi của protein thịt trong quá trình chế biến thực phẩm

* Sự biến tính và sự đông tụ

- Khi chế biến thịt, những protein của mô cơ bị biến tính dần theo mức độ sản phẩm bị đun nóng Sự biến tính bắt đầu ngay ở những nhiệt độ thấp và tăng nhanh

trong nước bị biến tính

- Kèm theo sự biến tính là bởi nhiệt là sự đông tụ của các protein Biểu thị bằng các gel protein nén chặt vào nhau ở bên trong các sợi cơ Hiện tượng này làm nước bị đẩy ép ra ngoài, đường kính sợi cơ bị co rút