chương 5 sự chuyển hóa của glucid trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm

Đường và tinh bột được chứa bên trong các tế bào còn non, còn ở thành tế bào thì có các polysacchrid như cellulose, hemicellulose, protopectin...Trong các thực phẩm động vật, thường lượn

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 lương chất khô Đường và tinh bột được chứa bên trong các tế bào còn non, còn ở thành tế bào thì có các polysacchrid như cellulose, hemicellulose, protopectin

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

Cấu trúc cellulose

Cấu trúc Glycogen

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

Glucid có bản chất hóa học 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.

Glucid được chia làm ba nhóm chính:

I Vai trò của glucid

Glucid có vai trò rất quan trọng trong cơ thể sống Glucid có vai trò như sau:

• Tham gia mọi hoạt động sống của tế bào

• Là nguồn chất dinh dưỡng dự trữ dễ huy động, cung cấp chủ yếu các chất trao đổi trung gian và năng lượng cho tế bào

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

• Tham gia vào thành phần cấu tạo của nhiều chất quan trọng như: AND, ARN…

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

- 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 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, 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 phồng tôm, 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 ứng caramen 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 công cũng như bảo quản

* Một số loại polysaccharid

a Tinh bột

Tinh bột là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu cho cuộc sống của con người Tinh bột do cây xanh quang hợp nên Tinh bột không tan trong nước

Có thể chia tinh bột ra làm ba hệ thống

+ Hệ thống tinh bột của các hạt ngũ cốc

+ Hệ thống tinh bột của các hạt họ đậu

+ Hệ thống tinh bột của các củ

Tinh bột gồm hai thành phần

- Amylose

- Amylopectin

Tỉ lệ giữa 2 thành phần này là 1:4

đó nó có tính khử

Amylose tác dụng với Iode tạo thành màu xanh

Amylopectin có cấu trúc phân nhánh Trong cấu trúc phân

tử nó chứa cả liên kết (1,4) glycosid và (1,6) glycosid Cấu trúc phân tử bao gồm một mạch trung tâm thẳng chứa liên kết (1,4) glycosid, từ mạch này phát ra các nhánh phụ dài chừng vài chục gốc glucose Khối lượng phân tử của amylopectin nằm trong khoảng 500.000 đến

1 triệu dalton

Các amylopectin thướng phân bố ở bên ngoài hạt tinh bột Amylopectin tác dụng với Iode tạo thành màu tím đỏ

Tính chất của tinh bột

- Sự trương nở của tinh bột - Quá trình hydrat hóa

Ở trạng thái tự nhiên tinh bột liên kết với nhau qua liên kết hydro, tạo thành trạng thái rất bền, do đó khi ở trong nước lạnh rất khó hấp thụ nước Khi tăng nhiệt độ, ta có trạng thái mới.

Sự trương nở của tinh bột phụ thuộc vào nhiệt độ

Sự hồ hóa

Nhiệt độ để phá vỡ tinh bột chuyển từ trạng thái có mức độ hydrat hóa khác nhau thành dạng keo gọi là nhiệt độ hồ hóa

Nhiệt độ hồ hóa phụ thuộc vào các yếu tố:

- Kích thước (lớn trước, bé sau)

- Thành phần (ưu tiên amylose)

- Các ion liên kết với tinh bột (cùng dấu, gần nhau đẩy nhau)

- Các muối vô cơ (nồng độ thấp tăng độ hòa tan, nồng độ cao kết tủa)

- Môi trường: trong môi trường kiềm thì sự hồ hóa diễn ra dễ dàng hơn

- Hàm lượng các không chất điện ly như đường, rượu cũng làm tăng nhiệt độ hồ hóa

Sau khi hồ hóa tinh bột sẽ có độ trong suốt nhất định Độ trong của hồ phụ thuộc vào các yếu tố:

- Các dạng bột nếp, tinh bột của các loại củ,

rễ trong hơn

- Khi cho thêm đường sẽ trong hơn

- Có chất nhũ hóa sẽ làm giảm độ trong.

Tính chất này tác động đến chất lượng thực phẩm

Nó được tạo nên bởi khả năng tạo liên kết hydro của nhóm -OH, khiến cho phân tử có khả năng giữ nước tốt hơn do đó tăng độ nhớt, độ dẻo

Tính chất này tăng trong môi trường kiềm, thể hiện mạnh ở các tinh bột giàu amylopectin

Tính nhớt dẻo

Tính nhớt, dẻo của tinh bột phụ thuộc vào:

- Đường kính, kích thước, thể tích, cấu trúc của tinh bột;

- Sự tương tác của tinh bột với nước và với nhau;

- Vào nồng độ tinh bột; vào pH, nhiệt độ,

Ca 2+ , tác nhân oxy hóa

Khả năng tạo gel

Tinh bột hồ hóa (chuyển sang trạng thái hòa tan) để nguội, các phân tử sẽ tương tác

với nhau và sắp xếp lại một cách có trật tự

để tạo thành gel tinh bột Trong cấu trúc

dạng gel có liên kết hydro Tinh bột giàu

amylose tạo gel cứng, độ bền kém

Khả năng tạo màng

Tinh bột có khả năng tạo màng tốt Để tạo màng, các amylose và amylopectin phải duỗi thẳng mạch, sắp xếp lại, tương tác trực tiếp với nhau bằng liên kết hydro hoặc gián tiếp thông qua nước

Màng có thể thu được từ dung dịch phân tán trong nước Dạng màng này dễ trương ra trong nước

Quy trình tạo màng

Tinh bột →Hòa tan → Hồ hóa sơ bộ → Khuấy kỹ → Rót mỏng lên mặt phẳng kim loại

b Cellulose

Cellulose là polysaccharid cấu tạo nên tế bào thực vật Đây là hợp chất hữu cơ có nhiều nhất trong tự nhiên Cellulose có cấu trúc mạch thẳng, dạng sợi, được cấu tạo từ các glucose liên kết với nhau bởi liên kết (1,4) glycosid, trong không gian

nó ở mạch thẳng.

c Hemicellulose

Hemicellulose có trong thành phần của tế bào thực vật như bẹ ngô, rơm rạ, trấu, Khi thủy phân hemicellulose ta thu được các hexose như mannose, galactose ; các pentose như: arabinose, xylose

Các hemicellulose không có khả năng hòa tan trong nước mà chỉ hòa tan trong dung dịch kiềm.

Hemicellulose

d Pectin

Pectin là polysaccharid có nhiều trong quả, củ hoặc thân cây Trong thực vật pectin tồn tại dưới hai dạng: protopectin (không tan, chủ yếu ở vách tế bào) và polysaccharid araban (tan, chủ yếu ở dịch tế bào) Dưới tác dụng của acid các protopectin chuyển sang dạng hòa tan

Khi có sự hiện diện của acid và đường, pectin có khả năng tạo gel, do đó nó được ứng dụng trong công nghệ sản xuất mứt, kẹo Để tạo gel cần đảm bảo môi trường có đường

e Agar - agar

Agar-agar là polysaccharid có chủ yếu ở một số loại rong biển, không tan trong nước lạnh Khi đun nóng sẽ bị hòa tan, để nguội bị đông lại thành một khối

Agar-agar là hỗn hợp của agarose và agaropectin Agarose chứa các gốc D và L - galactopyranose gắn với nhau bởi liên kết 1, 3 - glycosid Còn cấu trúc của agaropectin hiện chưa được biết đầy đủ Agar agar được sử dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm và làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật

Polysaccharid động vật

a Glycogen

Glycogen là polysaccharid dự trữ ở người và động vật có nhiều ở gan Đây là dạng phân tử có cấu tạo mạch nhánh tương tự như amylopectin tuy nhiên ở mức độ phân nhánh cao hơn

Glycogen hòa tan trong nước nóng cho màu đỏ tím hoặc

đỏ nâu với iode.

Glycogen đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa glucide ở cơ thể động vật và nấm men Khi thủy phân glycogen bằng acid hoặc enzym ta thu được -D- glucose

Khối lượng phân tử của glycogen có thể đạt tới 4.10 6 tương ứng với 24.000 gốc glucose.

b Chitin (kitin)

Chitin là polysaccharid mạch thẳng được cấu tạo

từ N-acetyl-D-glucosamine nối với nhau bởi liên kết (1,4) glycosid

Chitin là thành phần chính của cấu trúc bộ khung các loài động vật chân khớp như côn trùng, tôm cua, Về cấu tạo nó có cấu tạo tương tự cellulose và cũng có chức năng tương tự

Chitin rất khó bị hòa tan Chỉ khi đun nóng bằng dung dịch kiềm đậm đặc hoặc một số dung dịch muối đậm đặc chitin mới bị phân giải

II Sự chuyển hoá của glucid trong

cơ thể sống

- Sự phân giải các hợp chất polysaccharid

- Sự phân giải glucid – Quá trình hô hấp

- Sự tổng hợp glucid – Quá trình quang hợp

1 Sự phân giải các hợp chất

polysaccharid

- Sự phân giải cellulose

- Sự phân giải tinh bột

- Sự phân giải hemicellulose (xylan)

- Sự phân giải pectin

- Sự phân giải chitin

- Sự phân giải agar-agar

2 Sự tổng hợp glucid – Quá trình quang hợp

- Pha sáng quang hợp

- Pha tối quang hợp – Chu trình Calvin - Benson

Quang hợp: là quá trình biến đổi năng lượng

ánh sáng Mặt Trời thành năng lượng hóa học dưới dạng các hợp chất hữu cơ.

Hay quang hợp là quá trình biến đổi các

chất vô cơ đơn giản thành các hợp chất hữu

cơ phức tạp có hoạt tính cao trong cơ thể thực vật dưới tác dụng của ánh sáng Mặt Trời và sự tham gia của các hệ sắc tố thực vật.

Fig 7.4

Quá trình hình thành lục lạp: 3 giai đoạn

• Giai đoạn tiền lục lạp: Hình thành nên những chỗ lõm trên màng trong của lạp thể  kéo dài ra, rồi tự cắt thành các đoạn ngắn

• Giai đoạn hai: Hình thành nên các tiền thylakoit.

• Giai đoạn cuối: Hình thành nên các thylacoit thực sự và sau đó chúng xếp chồng lên nhau thành các hạt (grana).

Fig 7.3

Quá trình quang hợp

• Quá trình quang hợp có thể tóm tắt như sau:

6CO2 + 12H2O + ánh sáng → C6H12O6 + 6H2O + 6O2

• Đây là phản ứng thu năng lượng Người ta tính toán muốn khử từ 6CO2 để tạo thành glucose - 6

- phosphat - sản phẩm cuối cùng của phản ứng qung hợp, cần thiết phải có 12 phân tử NADPH

và 18 phân tử ATP Nguồn năng lượng để tạo thành các phân tử NADPH và ATP này do năng lượng ánh sáng mặt trời cung cấp

• Pha sáng

Nguyên liệu là ÁSMT, H2O và ADP, NADP+, Pi.

Sản phẩm là O2, ATP và NADPH

Trong pha này có sự chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng trong các lien kết hóa học của ATP và NADPH nên pha này còn được gọi là giai đoạn chuyển hóa năng lượng ánh sáng

II SỰ CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT GLUCID

II SỰ CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT GLUCID

Chu trình Quang hợp

•Pha tối

Nguyên liệu là CO2,ATP và NADPH.

Sản phẩm là đường, ADP, NADP+ và Pi.

Trong giai đoạn này CO2 bị chuyển thành cacbohydrat (đường) nên giai đoạn này còn gọi là giai đoạn cố định CO2.

3.Sự phân giải glucid - Quá trình hô hấp

- Quá trình đường phân

- Chu trình Krebs

- Chuỗi chuyển điện tử hô hấp – Tạo ATP

II SỰ CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT GLUCID

II SỰ CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT GLUCID

II SỰ CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT GLUCID

* Quá trình đường phân:

- Con đường Embden – Meyerhoff – Parnas

- Con đường Pentose - Phosphate

- Con đường Entner - Doudoroff

II SỰ CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT GLUCID

Con đường Embden – Meyerhoff – Parnas

II SỰ CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT GLUCID

II SỰ CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT GLUCID

- Con đường Pentose - Phosphate

Giai đoạn 1

II SỰ CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT GLUCID

- Con đường Pentose - Phosphate Giai đoạn 2

II SỰ CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT GLUCID

- Con đường Entner - Doudoroff

(2-keto-3deoxy-6-phosphogluconat)

II SỰ CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT GLUCID

Chu trình Kreb

II SỰ CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT GLUCID

Chuỗi

chuyển e

-hô hấp

II SỰ CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT GLUCID

Chuỗi

chuyển

e - hô hấp

II SỰ CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT GLUCID

II SỰ CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT GLUCID

Quá trình lên men

Propionibacter

SUGAR Acid pyruvic

+4H

- CoA-SH + 2H

Clostridium

Escherichia

Shigella Lactobacillus Klebsiella, Bacillus

Saccharomyces Acetobacter

II SỰ CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT GLUCID

Quá trình lên men

Lên

men

rượu

II SỰ CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT GLUCID

Quá trình lên men

pyruvate acetaldehyde ethanol

Lên men rượu

Lên men bia

II SỰ CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT GLUCID

Quá trình lên men

II SỰ CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT GLUCID

Quá trình lên men

C C

CH3

OO

pyruvate lactate

Lên men lactic đồng hình

II SỰ CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT GLUCID

Lên men sữa chua

III NHỮNG CHUYỂN HOÁ CỦA GLUCID TRONG

CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN THỰC PHẨM

1 Ảnh hưởng của chế biến nhiệt đến glucid trong thực phẩm

Ở nhiệt độ đun sôi, các loại đường đơn giản không có biến đổi đáng kể Đường đun sôi đến 180 o C chuyển sang màu nâu và có mùi đặc biệt gọi là caramen hoá Đó là hỗn hợp nhiều chất khác nhau do đường bị phân giải.

Phản ứng caramen hoá đường

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

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.

- Khi đun nóng pentose với acid chúng sẽ loại nước và chuyển thành dẫn xuất aldehyd gọi là fucfurol

t0

Pentose + acidnóng → furforol

Fucforol + anilin HCl → cho hợp chất màu đỏ

→ bay mùi thơm

Quá trình chế biến nóng làm cho tinh bột dễ tiêu hơn, cellulose không bị phân hủy nhưng nứt ra, trở nên mềm hơn, cho phép các dịch tiêu hoá tiếp xúc với các thành phần sinh dưỡng trong tế bào thực vật

2 Thực phẩm thực vật trong bảo quản chín

Trong quá trình bảo quản, lượng đường ở vỏ cam, chanh, quýt, bưởi được chuyển dần vào múi (cùi bưởi xanh ngọt hơn cùi bưởi chín) Vì vậy, các loại quả này thu hoạch lúc chín sẽ ít vỏ hơn quả xanh, phẩm chất tốt hơn

Thí dụ: ở chuối, chuối là loại quả điển hình về hàm lượng đường tăng lên và hàm lượng tinh bột giảm xuống trong quá trình chín Nhiệt độ bảo quản càng thấp thì sự chuyển hoá tinh bột thành đường càng giảm đi.

Chuối xanh có hàm lượng tinh bột là 20%, hàm lượng đường là 1%

%

• Phần lớn đường được tạo thành là saccharose, nhưng ở quá trình chín tới, hầu như có 3 loại đường: saccharose, glucose, fructose

• Sự phân giải tinh bột trong rau quả khi chín và bảo quản

có thể xảy ra theo hai cách do các enzym amylase và phosphorylase (chủ yếu).

• Ở các loại quả khác nhau thì khác nhau về thành phần các đường được tích tụ khi chín Ở một số loại quả (mơ, đào, mận, xoài ) khi chín đường saccharose được tổng hợp từ monosaccharid

Ở các loại rau quả khác, phần lớn giai đoạn đầu của quá trình bảo quản, hàm lượng đường tăng lên do sự đường hoá tinh bột dự trữ, như sự thủy phân các polysaccharid, glucozid và các hợp chất khác Sau đó lượng đường lại giảm đi, chủ yếu là do quá trình hô hấp.

Lượng đường trong rau quả giảm đi khi bảo quản biểu hiện rau quả đã kém phẩm chất, không bảo quản được lâu nữa.

3 Sự hô hấp của hạt ngũ cốc

Hạt ngũ cốc khi chín, hàm lượng nước trong hạt giảm mạnh, hạt rơi vào trạng thái ngủ sinh lý Trong quá trình bảo quản, ngũ cốc ở dạng chưa chế biến vẫn thực hiện

sự hô hấp (chủ yếu do enzym oxydase tạo nên)

Hiện tượng này xảy ra càng mạnh khi độ ẩm, nhiệt độ môi trường cao Sự hô hấp của hạt phụ thuộc nhiều vào sự hiện diện và hàm lượng của oxygen: