các enzyme oxy hóa chất béo

Ví dụ: Urease là enzyme tác dụng vào ure, proteinase là enzyme tác dụng vào protein,lipase là enzyme tác dụng vào lipid, amylase là enzyme tácdụng vào tinhbột amidon.Đối với các nhóm enz

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – THỰC PHẨM

- -BÁO CÁO

GVHD:

SVTH : Nguyễn Xuân Công 12116014

Cao Nhân Nghĩa 12116056

Nguyễn Trọng Nghĩa 12116057 Nguyễn Mạnh Trung 12116086

TP.HCM, 19/05/2014

LỜI MỞ ĐẦU

Lipid là một chất có vai trò quan trọng đối với cơ thể con người cũng như trong chếbiến thực phẩm Nó là một trong ba thành phần cơ bản(lipid, glucid, protein) cấuthành bữa ăn và trong quá trình hoạt động sinh lí của cơ thể, nhu cấu chất béo chiếm

từ 15%-30% trên tổng năng lượng mang lại từ khẩu phần ăn Trong công nghệ thựcphẩm, lipid giúp tăng độ cảm quan của thực phẩm và làm phong phú thêm sản phẩmthực phẩm.Ngoài những tác động tích cực, lipid còn có những tác động tiêu cực đếnthực phẩm và con người nếu không bảo quản và chế biến đúng cách Trong bài tiểuluận này, chúng em sẽ trình bày sơ lược về lipid và những biến đổi của nó thông qua

đề tài: “ Các enzymeOxy hóa chất béo”

Trong thời gian tìm hiểu đề tài này, chúng em đã cố gắng tìm kiếm tài liệu để hoànthành bài báo cáo này.Mặc dù bài báo cáo tiểu luận này đã được thực hiện một cáchrất nghiêm túc và đã hoàn thành nhưng không tránh khỏi những thiếu xót Do đó,chúng em rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn để có thể bài báo cáođược hoàn thiện hơn Từ đó, tích lũy những kinh nghiệm bổ ích trong các bài báo cáotiếp theo cũng như trong nghề nghiệp trong tương lai

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

Mục Lục

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Hoàng Kim Anh

Hóa sinh công nghiệp

Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật

4. Phạm Thị Trân Châu, Trần Thị Áng

Hóa sinh học

Nhà xuất bản giáo dục

5. Y H Hui

Food Biochemistry and Food

Y H Hui Food Biochemistry and FoodProcessing 2006

6 Belitz H.D, Grosch W

Food Chemistry, Berlin Heidelberg

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ENZYME

1.1 Định nghĩa enzyme

Trong cơ thể sống (các tế bào) luôn luôn xảy ra quá trình trao đổi chất Sự trao đổichấtngừng thì sự sống không còn tồn tại Quá trình trao đổi của một chất là tập hợp các quyluật của rất nhiều các phản ứng hóa học khác nhau Các phản ứng hóa học phức tạp này

có liên quan chặt chẽ với nhau và điều chỉnh lẫn nhau Enzyme là các hợp chất protein

xúc tác cho các phản ứng hóa học đó Chúng có khả năng xúc tác đặc hiệu các phản ứnghóa học nhất định và đảm bảo cho các phản ứng xảy ra theo một chiều hướng nhất địnhvới tốc độ nhịp nhàng trong cơ thể sống Chúng có trong hầu hết các loại tế bào của cơthể sống Chính do những tác nhân xúc tác có nguồn gốc sinh học nên enzyme còn đượcgọi là các chất xúc tác sinh học (biocatalysators) nhằm để phân biệt với các chất xúctáchóa học.

1.2 Cách gọi tên enzyme

Trong thời gian đầu khi ngành enzyme học chưa phát triển, người ta thường gọi tênenzyme một cách tùy tiện, tùy theo tác giả Ví dụ như các tên pepsin, trypsin,chymotrypsin hiện nay vẫn được dùng gọi là tên thường dùng.Sau đó, người ta thườnggọi tên enzyme bằng cách lấy tên cơ chất đặc hiệu của enzyme cộng thêm đuôi từ “ase”

Ví dụ: Urease là enzyme tác dụng vào ure, proteinase là enzyme tác dụng vào protein,lipase là enzyme tác dụng vào lipid, amylase là enzyme tácdụng vào tinhbột (amidon).Đối với các nhóm enzyme cùng xúc tác một loại phản ứng, người ta lấy tên của phảnứng enzyme thêm đuổi từ “ase”, ví dụnhững enzyme xúc tác sự oxy hóa được gọi làoxydase, những enzyme khửhydrogen được gọilà dehydrogenase Tên gọi đầy đủ, chínhxác theo quy ước quốc tế - tên gọi hệ thống của enzymeđược gọi theo tên cơ chất đặchiệu của nó cùng với tên của kiểu phản ứng mà nó xúc tác, cộng thêm đuôi “ase”, ví dụenzyme xúc tác cho sự thủyphân ure(carbamid):

có tên hệthống là Carbamid - amidohydrodase (Tên thường dùng là urease)

1.3 Phân loại enzyme

• Enzymetheo phân loạiquốctế gồmcó 6 lớp:

• Oxydoreductase: Các enzyme xúc tác cho phản ứng oxy hóa - khử

Trong nhóm này có tất cả các enzyme có các tên thông thường đã biết nhưdehydrogenase, oxydase, cytochromreductase và peroxydase Trong các phản ứng dochúng xúc tác xảy ta sự vận chuyển hydrogen, sự chuyển electron, sự oxy hóa bởi oxyphân tử, bởi hydrogen peroxide hoặc bởi các chất oxy hóa khác

• Transferase: Các enzyme xúc táccho phản ứng chuyểnvị

Các transferase do bản chất của những gốc mà chúng vận chuyển có thể tham gia vàocác quá trình trao đổi chất rất khác nhau Trong lớp transferase bên cạnh transaminase

và methyltransferase còn có các kinase khác nhau (xúc tác chủ yếu cho sự vận chuyểncủa gốc phosphate từ hợp chất cao năng tới chất khác, một phần lớn các enzyme trướckia gọi là mutase và một vài loại synthetase, ví dụ các enzyme tổng hợp DNA vàRNA)

• Hydrolase: Các enzymexúctác cho phản ứng thủy phân

Trong lớp này có các enzyme phân giải este (ví dụ lipid), glucozid,amid,peptid,protein.

• Lyase: Các enzyme xúc tác cho phản ứng phân cắt không cần nước,loạinướctạothành nốiđôi hoặc kếthợp phântử nướcvào nối đôi

Thuộc vào lớp này có các enzyme được gọi là hydratase, aldolase, decarboxylasecũngnhư mộtsố desaminase

• Isomerase: Các enzymexúctác chophản ứng đồng phân hóa

Tính cho đến cùng thì chúng xúc tác cho những phản ứng chuyển các nhóm khác nhaubên trong phân tử Trong lớp này không những có những enzyme chuyển hóa các đồngphân hình học và đồng phân quang học (như alaninracemase) mà cả các enzyme xúc táccho các phảnứng ví dụ sự chuyển hóa aldose thành cetose (glucosophosphate isomerase,trước kia gọi là phosphohexoisomerase) hoặc biến đổi vị trí của liên kết este bên trongphân tử(ví dụ phosphoglucomutase)

• Ligase: Các enzyme xúc tác cho phản ứng tổng hợp có sử dụng liênkếtgiàunăng lượng ATP v.v

Ở đây cần chú ý thêm là các enzyme phân cắt được phân loại với tên “lyase”.Nếu cânbằng chuyển dịch về phía tổng hợp thì enzyme đó cũng có thểđược gọi là “synthase”.Ngược lại, chúng ta gọi các enzyme xúc tác cho phản ứng kết hợp 2 phân tử có sự thamgia của ATP hoặc các nucleotide triphosphate tương tựhoặc có sửdụng mối liên kết giàunăng lượng là synthetase Tên gọi theo hệthống phân loại của lớp này là “ligase”đểtránhsự đổi tráovới tên“synthase”đã nói ởtrên

Mỗi lớp (class) lại được chia thành nhiều lớp phụ (sub-class) và phân lớp phụ class), rồi sau đó thứ tự của enzyme trong phân lớp phụ (cũng có tài liệu phân chia theo:loại (lớp), tổ, nhóm và thứtự enzyme).Như vậy, mỗi enzyme trong hệthống được phânloại và đặt tên theo mã 4 chữ số biểu thị phản ứng xúc tác: con số đầu chỉ lớp, số thứ haichỉ lớp phụ, số thứ ba chỉ phân lớp phụ, số thứ tư chỉ rõ số bậc thứ tự của enzyme

(sub-sub-Ví dụ: enzymexúc táccho phản ứng:

Ethanol+ →acetaldehyde+ NADH +

Có tên gọi là alcohol dehydrogenase (ADH), tên quốc tếtheo khóa phân loại là:Alcohol:NAD oxydoreductase,EC 1.1.1.1

Trong đó, mã số 1 đầu tiên biểu thị tên lớp enzyme là oxydoreductase (lớp 1); mã số 1thứhai biểu thịlớp phụ1: tác dụng lên nhóm CH - OH của các chất cho; mã số 1 thứ babiểu thị phân lớp phụ 1: chấtnhận là NAD hay NADP và mã số 1 cuối cùng chỉsốthứtựcủaenzyme

Như vậy, trong cách gọi hệ thốngcủaenzyme ADH trêncótêncủa cơ chất và của coenzymecũng như tên của quá trình chuyển hóa hóa học được xúc tác với tận cùng “ase” Sau tên

của enzyme là số của nó theo danh sách các enzyme do tiểu ban về enzyme đề ra (enzymecommission,EC).

1.4 Trung tâmhoạt động của enzyme

Toàn bộcấu trúc không gian của phân tử enzyme có vai trò quan trọng đối với hoạt tínhxúc tác của enzyme.Tuy nhiên, hoạt động của enzyme liên hệtrực tiếp với một phần xácđịnh trong phân tử enzyme.Trung tâmhoạtđộng của enzymelàphầncủaphân tửenzymetrựctiếp kết hợp với cơ chất, tham gia trực tiếp trong việc tạo thành và chuyển hóaphức chất trung gian giữa enzyme và cơ chất để tạo thành sản phẩm phản ứng.Trung tâmhoạt động bao gồm nhiều nhóm chức năng khác nhau của amino acid, phân tửnước liênkết và nhiều khi có cả cofactor hữu cơ (coenzyme)và vô cơ

Ở các enzyme mộtthànhphần,trung tâm hoạtđộngthường baogồm một tổ hợp các nhómchức năng của amino acid không tham gia tạo thành trục chính của sợi polypeptide Vídụ: nhóm - SH của cysteine - OH của serine, threonine và tyrosine, ε - NH2của lysine,-COOH của glutamic acid, aspartic, vòng imidazol của histidine, indol của tryptophan,nhóm guanidincủa arginine

Các nhóm này có thểở xa nhau trong mạch polypeptide nhưng lại gần nhau trong khônggian, được định hướng xác định trong không gian cách nhau những khoảng cách nhấtđịnh sao cho chúng có thể tương tác vớinhau trong quátrìnhxúc tác

Ví dụ: trung tâm hoạt động của α chymotrypsin bao gồm nhóm hydroxyl của Ser

-195, imidazolcủa His - 57 và nhómcarboxylcủa Asp -102 Các gốc này ở khá xa nhautrong chuỗi polypetide nhưng giữa các nhómchứcnăng của chúngchỉ cáchnhau từ2,8 - 3,0Å

Trung tâm hoạt động của các enzyme hai thành phần thường baogồmnhómngoại(vitamin,ion kimloại ) và cácnhómchức năngcủa các aminoacidở phầnapoenzyme

Sự tương ứng vềcấu hình không gian giữa trung tâm hoạt động và cơ chấtđượchìnhthànhtrong quá trìnhenzymetiếpxúc vớicơchất

Theo quan niệm của Fisher thì trung tâm hoạt động của enzyme đã được hình thành sẵnvới một cấu tạo nhất định chỉ cho phép cơ chất có cấu tạo tương ứng kết hợp vào Do đó

có thể ví sự tương ứng đó như “ổ khóa vớichìa khóa”

Hình1: Mô hình Fisher (a) và mô hình Koshland (b)

Thuyết này tuy cũng giải thích được một số hiện tượng nhưng không giải thích thỏađáng được nhiều kết quả thu được trong thực nghiệm Vì vậy, Koshland đã đưa ra một giảthuyết khác hấp dẫn và tế nhị hơn Theo thuyết này thì đặc điểm của vùng trung tâmhoạt động là rất mềm dẻo và linh hoạt, các nhóm chức năng của trung tâm hoạt động củaenzyme tự do chưa ở tư thế sẵn sàng hoạt động, khi tiếp xúc với cơ chất, các nhóm chứcnăng ở trong phần trung tâm hoạt động của phân tử enzyme thay đổi vị trí trong khônggian, tạo thành hình thể khớp với hình thể của cơ chất Cũng vì vậy, người ta gọi mô hìnhnày là mô hình “tiếp xúc cảm ứng” hoặc “ khớp cảm ứng ”

Giữa cơ chất và trung tâm hoạt động tạo thành nhiều tương tác yếu, do đó có thểdễ dàngbịcắt đứt trong quá trình phản ứng đểgiải phóng enzymevà sản phẩmphản ứng

Trung tâm hoạt động của các enzyme có cấu trúc bậc 4 có thể nằm trên một phần dướiđơn vịhoặc bao gồm các nhóm chức năng thuộc các phần dướiđơn vịkhác nhau

1.5 Tính đặc hiệu của enzyme

• Đặc hiệu kiểu phản ứng

• Đặc hiệu cơ chất

1.6 Cơ chế của xúc tác enzym

Hầu như tất cả các biến đổi hóa sinh trong tế bào và cơ thể sống đều được xúc tác bởienzyme ở pH trung tính nhiệt độ và áp suất bình thường

Trong phản ứng có sự xúc tác của enzyme, nhờ sự tạo thành phức hợp trung gianenzyme - cơ chất mà cơ chất được hoạt hóa Khi cơ chất kết hợp vào enzyme, do kết quảcủa sự cực hóa, sự chuyển dịch của các electron và sự biến dạng của các liên kết tham giatrực tiếp vào phản ứng dẫn tới làm thay đổi động năng cũng như thế năng, kết quả là làmcho phân tử cơ chất trở nên hoạt động hơn, nhờ đó tham gia phản ứng dễ dàng

Nhiều dẫn liệu thực nghiệm đã cho thấy quá trình tạo thành phức hợp enzyme cơ chất

và sự biến đổi phức hợp này thành sản phẩm, giải phóng enzyme tự do thường trải qua bagiai đoạn theo sơ đồ sau:

E+S →ES →P + E[Trong đó: E là enzyme, S là cơ chất (Substrate), ES là phức hợp enzyme – cơchất, Plàsản phẩm(Product)

- Giai đoạn thứnhất: Enzyme kết hợp với cơ chất bằng liên kết yếu tạo thànhphứchợpenzyme- cơ chất(ES) không bền,phản ứng nàyxảyra rất nhanhvà đòi hỏinănglượnghoạt hóa thấp;

- Giai đoạn thứ hai: Xảy ra sựbiến đổi cơ chất dẫn tới sự kéo căng và phá vỡcácliênkếtđồng hóa trịthamgia phảnứng

- Giai đoạn thứ ba: Tạo thành sản phẩm, còn enzyme được giải phóng dướidạng tự do.Các loại liên kết chủ yếu được tạo thành giữa E và S trong phức hợp ES là: tương tác tĩnhđiện, liên kết hydrogen, tương tác Van der Waals Mỗi loại liên kết đòihỏi những điềukiện khác nhau và chịu ảnh hưởng khác nhaukhi có nước

1.7 Sinh học enzyme

Mỗi loại cấu trúc dưới tế bào của cơ thể bậc cao như nhân tế bào, ty lạp thể, lysosome,hệthống lưới nội chất nguyên sinh với các hạt ribosome đều có cấu trúc và chức năngriêng với những hệ enzyme đặc hiệu Những enzyme này hoặc hoà tan trong dịch lỏng,hoặc gắn chặt vào các màng của các cấu trúc đó Do cấu trúc đặc biệt như vậy của tếbào,enzyme được phân bố thành từng ngăn đặc hiệu Sự khu trú và sắp đặt các enzymemộtcách hợp lý trong các cấu trúc của tế bào đã làm cho các phản ứng enzymecó tínhchấtđịnhhướng, cóphối hợp tácdụng vớinhau và tạo ra những hệthống phản ứng dây chuyền liêntục, nhịp nhàng và ăn khớp vớinhau

Trong nhân tế bào có thể thấy các enzyme thuộc các nhóm khác nhau xúc tác cho cácquá trình khác nhau

Trong ty lạp thể có chứa hầu hết các hệ enzyme có liên quan đến quá trình chuyển hóanăng lượng và cũng được coi là những “nhà máy cung cấp năng lượng”.Trong các hệenzyme của ty lạp thể, trước hết phải kể đến hệ enzyme của chuỗi hô hấp tế bào và củaquá trình phosphoryl hóa tạo ATP.Mặc dầu người ta có phát hiện cytochrome ở ngoài tylạp thể, nhưng oxydase thì chỉ thấy trong ty lạp thể Ngoài những enzyme kể trên, trong tylạp thểcòn có hệ enzyme cyclophorase bao gồm toàn bộcác enzyme của chu trình Krebs.Cũng có thể tìm thấy một số enzyme của chutrình này trong bào tương như isocitratedehydrogenase, malate dehydrogenase nhưng hệ thống enzyme hoàn chỉnh của chutrình này thì chỉtìm thấy trong ty lạp thể Ngoài ra, người ta cũng tìm thấy các hệ enzymekéo dài acid béo, các hệ enzyme phân giải acid béo và nhiều enzyme khác trong ty lạpthể.Cách sắp đặt các hệ enzyme kể trên trong ty lạp thể có liên quan chặt chẽvới nhauđểđảm bảo cho các quá trình chuyểnhóaphối hợp nhịpnhàng vớinhau

Các cấu trúc màng trong tế bào có tính thấm chọn lọc, nhiều chất chuyển hóa khôngqua được màng của ty lạp thể, ví dụ như oxaloacetate, isocitrate, NADH+, NADPH+.Chính tính thấm chọn lọc này đã làm tăng thêm tính đặc hiệu của các ngăn trong tế bào.Cũng cần lưu ý rằng, trong tế bào sống nguyên vẹn, enzyme thường chưa hoạt động tớimức tối đa và những điều kiện trong cơ thể cũng chưa phải là những điều kiện thích hợpnhất cho sựhoạt động của enzyme.Đây chính là những điều kiệnquan trọnggiúp cho cơthểđiềuhoà cácquá trìnhchuyểnhóa.

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LIPID

2.1.Khái niệm

Lipid (chất béo) là hợp chất hữu cơ tự nhiên rất phổ biến trong tế bào động vậtvà thựcvật

Chất béo có thành phần hóa học và cấu tạo khác nhau nhưng có những tínhchất chung:

- Không tan trong nước và tan trong dung môi hữu cơ (ether, cloroform, benzen,aceton,ete petrol, toluen ) → Lipid là chất không phân cực vì vậy muốn lipidphân tán trongnước cần phải có chất nhũ hóa

- Là ester của rượu và acid béo phân tử lượng cao (C1 → C36 ) chủ yếu là C1-6 →C22 và cácdẫn xuất của nó Các acid béo các acid hữu cơ ở chỗ thường có sốcacbon chẵn ( động vật

và cơ thể người chỉ có số cacbon chẵn vì luôn luôn phâncắt theo con đường β - oxyhóa)

- Có ảnh hưởng lớn đến chức năng cơ thể, trong tế bào mà chúng tồn tại.Ta nhận thấyngay sự khác biệt giữa lipid và dầu mỡ ở chỗ: dầu mỡ là tên gọicủa chất béo được chiếtxuất từ động vật và thực vật ngoài thành phần chính là lipid thì dầu mỡ còn có các thànhphần khác như chất màu (sắc tố tan trong chấtbéo), chất mùi, photphatit, các chất sáp,chất nhựa, chất nhớt (mulcilage), các tiềnsinh tố và sinh tố (provitamin và vitamin) Cònđối với lipid thì gần như là tinhkhiết

Theo quan niệm cũ: chất béo thực vật gọi là dầu còn chất béo từ động vật gọilà mỡthực ra quan niệm này chỉ mang tính chất hình thức vì trong thực tế các loạidầu thực vật ởnhiệt độ thấp vẫn đông đặc như mỡ và ngược lại ở mỡ ở nhiệt độcao lại ở thể lỏng nhưdầu.Theo khoa học những chất béo chứa nhiều acid béo no (bão hòa) gọi là mỡ.Nhữngchất béo chứa nhiều acid béo không no (chưa bão hòa) gọi là dầu

- Loại dầu nào có % acid béo không no một nối đôi càng nhiều càng tốt như dầu olive,dầu phộng, dầu mè Ngược lại, dầu nào có số % acid béo no càng nhiều càng không tốt

- Nếu dầu có số nối đôi quá nhiều sẽ dễ bị oxy hóa

- Mạch cacbon càng dài, cấu trúc càng ít liên kết đôi thì độ hòa tan trong nước càng thấp

- Các acid béo ngắn có khả năng tan trong nước do tính chất của nhóm - COOH

- Ở nhiệt độ phòng các acid béo no có mạch cacbon từ 12 – 24C ở dạng rắn, cácaicd béokhông no ở dạng lỏng

- Các acid béo không no của động vật có vú thường được cung cấp từ thức ăn Tuy nhiên,

cơ thể cũng có thể tổng hợp được một vài acid béo không no Mặc dù vậy, với những loạiacid cần thiết cho cơ thể mà cơ thể không có enzyme thích hợp để tự tổng hợp, thì lúc nàybắt buộc phải sử dụng một chế độ ăn uống hợp lý để đảm bảo sự cân bằng dinh dưỡngcủa cơ thể Trong các loại acid béo không no thì acid linoleic và α – linoleic là các acid

béo cần phải được cung cấp cho cơ thểtheo đường dinh dưỡng đây là hai loại acid béotham gia vào cấu trúc màng tế bào và có nhiều trong một số dầu olive, dầu mè.

2.2 Tổng quan về dầu mỡ

Dầu mỡ từ động vật và thực vật đã được sử dụng trong sản xuất cũng như trongđờisống từ rất lâu, đây cũng chính là một nguồn cung cấp năng lượng lớn.Dầu mỡ đượcdùng rất phổ biến trong quá trình nấu nướng hằng ngày, xuất phát từ văn hóa cổ đại, nhưTrung quốc, Ai cập, Hy lạp – La mã cổ xưa Cho đến ngày nay, việc sử dụng dầu mỡtrong quá trình chế biến thức ăn vẫn đóng một vai trò hết sức quan trọng, mặc dù việcthay đổi tập quán ăn uống đã góp phần làm giảm sản lượng sản xuất và sử dụngthànhphần này

Dầu mỡ được biết đến đầu tiên có lẽ từ đế chế Ai cập (năm 1400 trước CN),ngoàiphục vụ cho ăn uống, việc sản xuất xà phòng từ dầu mỡ cũng đã được ứng dụng.Ánhsáng ban đêm của người cổ đại cũng được tạo ra từ mỡ động vật chứa trong lọ vàmộtống sứ được sử dụng như bấc đèn ngày nay Người La Mã xưa cũng đã biết chế tạonến từ mỡ động vật trộn với sáp ong Bên cạnh đó, rất nhiều thực vật cũng được sửdụnglàm nguồn cung cấp dầu: dầu olive có nguồn gốc từ vùng Địa Trung Hải, hạt cải dầuđược sử dụng phổ biến ở Châu Âu, dầu mè ở Ấn độ và đặc biệt, Trung quốc là quốc giabiết sử dụng dầu sớm nhất Cho đến ngày nay, dầu đậu nành vẫn được ưa chuộng ở nướcnày Hiện nay, có rất nhiều loại động thực vật cho dầu mỡ đã được khai thác, mỡ khôngchỉ thu được từ các động vật chủ yếu như heo, bò, cừu mà mỡ từđộng vật biển cũng đượcquan tâm Song song với quá trình sử dụng dầu mỡ, công nghệ chế biến dầu cũng rất pháttriển: từ khâu chiết tách thu dầu mỡ đến kỹ thuật tinh luyện giúp dầu mỡ có chất lượngcao hơn Tuy nhiên, bước ngoặt lớn giúp nền công nghiệp chế biến dầu mỡ phát triển gắnliền với việc ứng dụng máy nghiền ép dầu dạng con lăn của Smeaton vào năm 1752 Tiếptheo đó, công nghệ chiết tách dầu có kết hợp chưng sấy cũng bước đầu được nghiên cứutrong những năm 1795 (Brahma), 1800 (Neubauer), 1891 (Montgolfier) Deiss (1855) đãthử nghiệm trích ly dầu thành công từ dung môi là CS2, sau đó Irvine, Richardson vàLundy (1864) đã đưa ra phát minh cho việc sử dụng dung môi trích ly dầu là hydrocarbon

và hiện vẫn còn được áp dụng Cùng với công nghệ chiết tách dầu, công nghệ tinh luyệndầu mỡ cũng được phát triển song song Thêm vào đó, các phương pháp kiểm định vàđánh giá chất lượng của dầu mỡ cũng được nghiên cứu và ứng dụng: khái niệm về chỉ sốacid (Merz, 1879), chỉ số xà phòng hóa (Koettstorfer, 1879), chỉ số iod (Huebl, 1879);việc ứng dụng phương pháp sắc ký trong xác định giátrị dầu mỡ cũng đã được ứng dụng

từ năm 1906 (Tswett, sắc ký cột) và phát triển dần

2.3 Thành phần hóa học của dầu mỡ

2.3.1 Các acid béo

Hợp chất béo có chứa các acid hữu cơ có số nguyên tử C trong mạch lớn hơn 4đượcgọi là acid béo (fatty acid) Tùy thuộc vào chiều dài mạch carbon, các acid béo đượcchia làm 3 dạng chính: acid béo mạch ngắn (4-6 Carbon), acid béo mạch trung bình (8- 14C) và acid béo mạch dài (≥ 16 C); ngoài ra, tùy thuộc vào liên kết giữa các nguyên tử C

trong mạch, acid béo cũng có thể được chia thành 2 loại chính: acid béo bão hòavà acidbéo chưa bão hòa Có hơn 10 loại acid béo được tìm thấy chủ yếu trong thực phẩm (bảng1.1).

- Acid béo bão hòa: Thuật ngữ “bão hòa” được sử dụng để chỉ sự thỏa mãn về hóa trị củanguyên tử C trong mạch acid (ngoài trừ C tạo nên gốc acid –COOH); nói cách khác, liênkết giữa các nguyên tử C trong mạch là liên kết đơn (liên kết σ)

- Acid béo không bão hòa: Các acid béo có chứa liên kết đôi trong mạch carbon được gọi

là acid béo không bão hòa Trong tự nhiên, lượng acid béo không bão hòa chiếm tỷ lệ rấtlớn.Hầu hết các acid béo có xu hướng hình thành liên kết đôi ở vịtrí C số 9 và số 10 trongmạch.Mặc dù vậy, sự hình thành các liên kết đôi không bão hòa này cũng có thể được tìmthấy ở tất cả các vị trí trên mạch C, điều này làm gia tăng đáng kể lượng đồng phân củaacid béo không bão hòa.Thêm vào đó, sựxuất hiện của liên kết đôi cũng giúp cho việchình thành cấu hình cis- và trans- của acid béo, ảnh hưởng đến đặc tính sinh học củachúng Ngoại trừ một số trường hợp đặc biệt, hầu hết các acid béo không bão hòa trongthực phẩm có cấu hình cis-; tuy nhiên quá trình tinh luyện dầu hay các quá trình tác độnglàm thay đổi đặc tính dầu mỡ (chế biến margarine, hydro hóa dầu) có thể làm chuyển đổicác acid béo không bão hòa có cấu hình cis- thành dạng đồng phân hình học trans-, đâycũng chính làmối nguy lớn cho việc gia tăng bệnh xơ vữa động mạch và bệnh tim

Ký hiệu:

Các acid béo không bão hòa có thể được ký hiệu theo hai hệ thống:

- Hệ thống 1: Cx:y, zc (hoặc zt) với: x: số nguyên tử C trong mạch

y: số liên kết đôi hiện diện

z: vị trí của liên kết đôi trong mạch C (đánhsố bắt đầu từ C kế cận nhóm COOH)

c,t: cis- hay

trans Theo hệ thống EEC (Endtrans oftrans Carbontrans Chain): (Cx:y,ω ωm) hay (Cx:y,nm); khi đó ω ωhay n: vị trí của liên kết đôi trong mạch C (đánh số ngược lại hệ thống 1, C1 là C bắt đầucủa mạch C- nhóm CH3 )

Thí dụ:

CH3 -CH2 – CH = CH - CH2 – CH = CH - CH2 – CH = CH - CH2 - (CH2)6 -COOH

- Theo danh pháp IUPAC: 9,12,15-Octadecatrienoic acid

- Tên thông thường: α-linolenic acid

- Ký hiệu theo hệ thống 1: C18:3,9c,12c,15c

- Ký hiệu hệ thống EEC: C18:3ω3 hay C18:3n3

Acid oleic (C18:1ω9) là acid béo có 1 nối đôi chiếm tỷ lệ lớn trong thành phần cácacidbéo (hơn 50%), acid này được tìm thấy trong hầu hết các loại dầu thực vật cũngnhư mỡđộng vật.

- Acid béo không bão hòa mạch dài ω3 và ω6

Trong số các acid béo không bão hòa mạch dài, acid béo ω3 và ω6 là hai loại acidbéocần thiết và có giá trị dinh dưỡng cao nhất; các nghiên cứu cho thấy cơ thể người vàđộng vật không thể tổng hợp các acid béo này, mà chủ yếu được cung cấp qua nguồn thức

ăn - dầu thực vật Acid linoleic (C18:2ω6) và acid α-linolenic (C18:3ω3) là hai acid quantrọng nhất đại diện cho nhóm này Các acid béo thuộc nhóm ω3 và ω6 cũng có thể đượchình thành nhờ vào quá trình biến đổi như kéo dài mạch carbon hay loại bão hòa(desaturation): acid arachidonic (AA, C20:4ω6), acid eicosapentaenoic (EPA,C20:5ω3),acid docosahexaenoic (DHA, C22:6ω3)

Trong tự nhiên, AA cũng có thể tìm được trong thịt gà và một số động vật khác,EPAvà DHA cũng tồn tại với lượng lớn trong cá và một số hải sản khác.Các nghiên cứugần đây đã cho thấy các acid béo không bão hòa mạch dài này được xem là một trongnhững acid béo cần thiết và quan trọng nhất nhờ vào sự hình thành các hợp chất có đặctính sinh học (eicosanoid) của chúng, giúp vô hoạt khả năng sinh cholesterol trong cơ thểngười.Acid arachidonic được chuyển đổi nhờ enzyme thành các hợp chất nhưprotaglandin, thromboxan, leukotrien giúp cơ thể người thực hiện một số chức năng sinhlý.Thêm vào đó, các acid béo này còn có vai trò cần thiết cho sự phát triển, là hợp chấtcăn bản cho việc thành lập thành tế bào cũng như hình thànhhợp chất cấu trúc cần thiếtcủa phospholipid

Bên cạnh các acid béo bão hòa và không bão hòa thường gặp, trong thực phẩm cònxuất hiện một lượng acid béo với cấu trúc ít gặp hơn.Các acid này thường không có vaitrò quan trọng trong thực phẩm, và chỉ tìm thấy ở một số nguồn đặc biệt, chủ yếu trongcác loại rau Khác với các acid béo thông thường, các acid béo dạng này thường không cócấu trúc mạch thẳng, chuỗi hydrocarbon được hình thành từ một hay nhiều nhóm methyl

và ethyl: acid béo mạch nhánh Các acid béo mạch nhánh hiện diện chủyếu trong vi sinhvật và một lượng nhỏ được tìm thấy trong sữa và mỡ của động vậtnhai lại (trâu, bò…).Trong số này, acid ricinoleic (12-hydroxy-9-octadecenoic acid) là hydroxy acid quantrọng nhất, đây là thành phần chính của dầu hải ly (castor oil)

2.3.2 Triglycerid

Triglycerid là sản phẩm được tạo thành từ phản ứng của một phân tử glycerol với ba phân

tử acid béo Tùy thuộc vào acid béo gắn vào các vị trí trên mạch Ccủa glycerol sẽ xácđịnh đặc tính và tính chất của triglycerid:

- Triglycerid đơn giản: tạo thành từ 3 acid béo giống nhau

- Triglycerid phức tạp: do acid béo khác nhau

Trên thực tế, dầu và mỡ đều là sản phẩm chủ yếu của triglycerid phức tạp Sự phân bốcủaacid béo trong cấu trúc triglycerid đã được khám phá và nghiên cứu trong một thời giandài, rất nhiều học thuyết khác nhau về khả năng liên kết này đã được đề nghị:

- “Thuyết phân bố ngẫu nhiên”: sự phân bố acid béo vào các vị trí khác nhau trongtriglycerid hoàn toàn theo ngẫu nhiên

- “ Thuyết phân bố cân bằng”: các acid béo có khuynh hướng phân bố rộng rãi ởtất cả cáctriglycerid

- “Thuyết phân bố ngẫu nhiên có giới hạn”: sự phân bố acid béo vào các vị trí khác nhautrong triglycerid cũng theo quy luật ngẫu nhiên, tuy nhiên có một vài điểm giới hạn đặcbiệt xảy ra trong dầu thực vật và mỡ động vật Thí dụ: ở dầu thực vật, các acid béo bãohòa có xu hướng ester hóa ở vị trí số 1 và 3; trong khi sự gắn kết các acid này thường xảy

ra ở vị trí số 2 trong mỡ động vật

2.4 Sự cần thiết của lipid đối với đời sống và thực phẩm

Chất béo có vai trò chủ yếu trong cấu trúc của chất nguyên sinh.Màng tế bào, nhân, tythể, lạp thể đều được cấu tạo bởi chất béo, các hỗn hợp lypoprotein.Trong thành phầnmàng các lipid tham gia trực tiếp vào quá trình vận chuyển các ion, các phân tửcủa cácchất khác nhau qua màng

Trong thức ăn hàng ngày của con người chất béo là một trong ba thành phần quan trọng(lipid, glucid, protein) cấu thành bữa ăn và quá trình hoạt động sinh lý cơ thể giá trị dinhdưỡng của dầu mỡ được quyết định bởi chúng là một loại thức ăn có giá trị nhiệt lượngcao nhất Điều đó được chứng minh theo số liệu sau:

Thành phần Loại thức ăn Nhiệt

lượng sinh ra donhiệt lượng kế (calo)

Nhiệt lượng sinh ratrong cơ thể sinh vật

đa chức, là loại lipid có tác dụng đặc biệt quan trọng trong hoạt động sinh lý của cơ thể)điều này giải thích được rằng cholesterol không hoàn toàn không có lợi cho sức khỏe.Tuy nhiên, đối vớinhững người già và béo phì thì sự có mặt của cholesterol là điều đáng

lo ngại

Trong cơ thể chất béo được chuyển hóa cung cấp năng lượng cho cơ thể làmviệc chốnglại sự giảm thân nhiệt do ảnh hưởng của những yếu tố bên ngoài (khíhậu, nhiệt độ) Ví dụđơn giản nhất là khi trời lạnh những người có lớp mỡ dưới dadày sẽ chịu lạnh tốt do dochất béo kém truyền nhiệt nên nó giống như chiếc áothiên nhiên giúp cơ thể không bịlạnh.Các công trình nghiên cứu về y học cũng đã cho thấy chất béo có quan hệ trựctiếpđến sự sống và chết của vi sinh vật Người ta đã phát hiện được nhiều loạiacid béo và dẫnxuất của nó có tính hoạt động sinh học rất cao Một ví dụ điểnhình về mặt này là sự pháthiện vai trò của cholesterol của các acid béo không nonhư acid béo linolic, acid linoleic

và một vài loại khác được ứng dụng và chữa mộtsố bệnh tim mạch và từ đó người takhẳng định được vai trò cần thiết của chúngđồng thời khẳng định vai trò của một loại sinh

tố đó là sinh tố F – những acid aminkhông thay thế

Chất béo là một loại dung môi đặc biệt để hòa tan các vitamin tan trong chấtbéo như A,

D, E, K… và chất béo cũng có tác dụng nhất định đối với sự đồng hóacũng như hiệu quảtác dụng sinh lý của các vitamin này.Các chất béo trong cơ thể còn có tác dụng như chiếcđệm mềm mại giữ cho cácbộ phận trong cơ thể không bị va chạm, cọ xát và gây tổnthương Bổ sung lượngcholesterol cần thiết và hoàn chỉnh khi chơ thể còn nhỏ

Trong công nghiệp dầu mỡ là một nguyên liệu cơ sở của công nghiệp thựcphẩm xào nấutăng thêm giá trị dinh dưỡng cho thức ăn

Trong công nghiệp đồ hộp các chất béo (dầu mỡ) dùng để bảo quản thịt cá vàcác loại đồhộp, chế biến bánh kẹo, mì ăn liền…magarine, mayoine là những loạithức ăn quý có giátrị dinh dưỡng cao

2.5 Giá trị sinh vật học của chất béo và sơ lược vai trò của lipid trong tổ chức sinh vật

- Vai trò của chất béo trong tổ chức sinh vật mang nhiều tính chất và ý nghĩa khác nhau

- Chất béo là loại vật chất có nhiệt lượng lớn nghĩa là khi nó bị oxy hóa hoàn toàn (do đốtcháy hoặc đồng hóa trong cơ thể) sẽ cho ta một năng lượng lớn

- Do giá trị nhiệt lượng cao nên có thể xác định công dụng của chất béo trong cơ thể sinhvật như là chất dự trữ năng lượng Chúng ta đều biết động vật trong khi ốm đau, lượng dựtrữ dầu mỡ giảm xuống còn trong thời kỳ khỏe mạnh thì hồiphục lại trạng thái bìnhthường

- Tác dụng dự trữ năng lượng của dầu mỡ còn cho ta thấy rõ trong khi nghiêncứu về cácloài cá, khi di chuyển đến nơi đẻ trứng tuy cá không ăn vào, nhưng chấtbéo trong cơ thểtiêu hao để cung cấp năng lượng cho chúng, vì vậy lượng chấtbéo trong cơ thể cá đến nơi

đẻ trứng thường ít hơn rất nhiều so với khi chúng sinhsống bình thường

- Một tác dụng quan trọng của chất béo là khi bị tiêu hủy sinh ra nước, lượngnước nàythường nhiều hơn so với khi tiêu hủy các vật chất khác Ví dụ như khiđốt 100g chất béothu được 107,1g nước; 100g chất đạm thu được 55,5g nước;100g chất đường bột thuđược 41,3g nước

- Một số trường hợp nhất định nước sinh ra trong quá trình thiêu hủy rất cầnthiết và có tácdụng quan trọng đối với hoạt động của các chức phận dinh dưỡngcủa sinh vật Điều nàychúng ta thấy rõ ràng nhất là đối với các động vật ngũ đông(gấu Bắc cực) hoặc động vậtsống lâu ngày ở các vùng thiếu nước (lạc đà ở các samạc) Khi nghiên cứu về những biếnđổi của chất béo trong cơ thể sinh vật ngườita cũng đã phát hiện ra một số tác dụng quantrọng của một số acid béo không no như acid linolic, acid linolenic và đặc biệt là acidarahydronic.Chúng là nhữnghợp chất có hoạt tính sinh lý rất cao Trên cơ sở đó người ta

đã lập được một cơchế về sự điều hòa và chuyển hóa của các cholesterol của acid béo đóvìcholesterol là một tác nhân gây nên các bệnh về tim mạch

- Ngày nay, người ta cũng nghiên cứu và phát hiện được những tác dụng của chấtbéotrong một số cơ năng quan trọng của động vật.Ví dụ điển hình về mặt nàylà người ta đãtìm thấy một số acid béo không no có trong gan có liên quan đếncác hoạt động sinh lý củagan và một số bộ phận khác

- Đối với thực vật chất béo thường tập trung trong hạt, khi hạt nảy mầm cũngnhư trongthời kỳ sinh trưởng ban đầu, chất béo đảm bảo năng lương cung cấp chosự phát triển củacây cho đến khi cây đủ rễ, lá, và tự đi tìm thức ăn cần thiết ở môitrường bên ngoài

- Do những tác dụng quan trọng đó mà chất béo và các dẫn xuất của nó tồn tạitrong hầuhết các bộ phận của giới sinh vật: bao gồm các sinh vật thượng đẳngcũng như hạ đẳng

Từ những nhận xét thực tiễn và những kết quả nghiên cứu từtrước đến nay cho ta thấy tácdụng sinh lý của chất béo hết sức to lớn đối với sựphát triển cũng như tái sinh năng lượngcủa các tổ chức sinh vật

- Ta nhận thấy rằng chất béo và các dẫn xuất của nó có những tác dụng đặc thùrất quantrọng liên quan đối với đặc điểm sinh lý và quá trình phát triển của độngthực vật, và trênthực tế đã trở thành những vật chất không thể thiếu được trongđời sống của loài người.

2.6 Những biến đổi của lipid

2.6.1.Khả năng chuyển hóa của Lipid

Trong điều kiện bảo quản cũng như trong cơ thể, lipid có thể bị chuyển hóađể tạo thànhcác sản phẩm khác nhau.Các quá trình chuyển hóa này rất phức tạp,dưới tác dụng của mộtloạt các nhân tố và có enzyme hoặc không có enzyme xúc tác

Khi bảo quản lâu, dưới tác dụng của nhiều nhân tố như ánh sáng, không khí,nhiệt độ,nước và vi sinh vật…, lipid bị thay đổi trạng thái, màu sắc và có mùivị khó chịu Người tathường gọi quá trình tổng hợp này là sự ôi hóa.Thựcchất của quá trình này là sự oxy hóa.Tuy vậy nếu dựa vào cơ chế phản ứngthì có thể phân ra ôi hóa do thủy phân và ôi hóa dooxy hóa

2.6.2.Ôi hóa do phản ứng oxy hóa khử

Quá trình oxy hóa chất béo là một quá trình phức tạp do enzym và các yếu tốlý hóa khácxúc tác gây ra Đó là ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, oxy trong không khí, kim loại dầu mỡkhi bị oxy hóa có mùi ôi khé do hình thành một số chất nhưperoxyd, aldehyd, xeton… rồisau cùng hình thành acid

Ôi hóa theo kiểu này là dạng phổ biến nhất trong bảo quản các lipid Thường người taphân biệt 2 loại: ôi hóa hóa học và ôi hóa sinh học

• Ôi hóa hóa học

Ôi hóa hóa học là quá trình tự oxy hóa Khi đó xảy ra sự tấn công các gốc axitbéo tự docũng như kết hợp bởi oxi phân tử Áp suất của oxi và lượng nối đôitrong phân tử acid béo

có ảnh hưởng đến tiến trình phản ứng.Sản phẩm đầu tiên làhydro peroxit Từ đó tạo nênaldehit no và không no, xeton, axit monodecacboxylic, aldeaxit, xetoaxit, … Ngoài ra còn

có thể trùng hợp hóa các sảnphẩm oxy hóa nữa

 Cơ chế của quá trình ôi hóa hóa học:

Quá trình ôi hóa hóa học là phản ứng chuỗi nên thường có 3 thời kỳ sau:

H – Nguyên tử hydro ở Cα so với nối đôi, hoặc nguyên tử H của nhómmetylen bất kỳtrong axit béo no.

Để cắt đứt liên kết C-H trong phản ứng (2.1) đòi hỏi năng lượng là 70-100kcal/mol.Tuy nhiên khi có oxy hòa tan thì tương tác giữa RH ban đầu với oxy sẽ diễn ramột cáchmạnh mẽ hơn Vì sự tạo thành gốc sau phản ứng lưỡng phân đòi hỏinăng lượng chỉ là 47kcal/mol:

RH + O2 → R* + HOO * (2.2)Trường hợp khi nồng độ RH cao thì có thể xảy ra phản ứng tam phân, phảnứng này đòihỏi năng lượng bé hơn phản ứng lưỡng phân

RH + O2 → R* + H2O2 + R * 1 (2.3)Gốc tự do cũng có thể phát sinh khi có ion kim loại giao chuyển:

Từ hydro peroxyt sẽ phân mạch để cho những gốc tự do khác theo đường hướngsau:

ROOH → RO* + *OH (2.8)

2 ROOH → ROO* + H2O + RO* (2.9)ROOH + RH → RO* + H2O + R* (2.10)Việc cắt đứt liên kết O-O để tạo thành 2 gốc tự do theo phản ứng (2.8) sẽ thuậnlợi khinồng độ hydro peroxyt lớn Việc tạo nên dime (do liên kết hydro) sẽ làmyếu liên kết O-H

và O-O, do đó làm giảm bớt năng lượng phân giải dime thànhcác gốc

Hydro peroxyt có thể phân giải theo phản ứng (2.10) đòi hỏi năng lượng hoạthóa bé hơnphản ứng đơn phân (2.8)

Các gốc peroxyt cũng có thể đứt nguyên tử H- đặt biệt ở vị trí β do quá trìnhnội phân vàcũng có thể kết hợp với nối đôi olefin Vì vậy việc chuyển hóa các gốcperoxit sẽ tạo nênkhông những hydro peroxyt mà cả peroxyt polime, peroxytvòng, oxyt, aldehit và các sảnphẩm khác

Do quá trình phát triển của chuỗi phản ứng oxy hóa với các phản ứng phânmạch (2.8),(2.9), (2.10) nên tích tụ gốc alcocxyl RO*, peroxyt ROO*và hydroxyl*OH Từ gốcalcoxyl có thể tạo nên những sản phẩm thứ cấp như rượu, xeton,aldehit,…

 Kết thúc

Việc đứt mạch, nghĩa là mất các gốc tự do xảy ra chủ yếu do kết quả tương táccủa cácgốc theo cơ chế lưỡng phân:

R* + R* → R_RR* + ROO* sản phẩm phân tử → ROORNăng lượng hoạt hóa của các phản ứng này không đáng kể (1-2 kcal/mol) dođó vận tốcphản ứng rất lớn

• Sự oxy hóa sinh học

Ôi hóa sinh hóa học lại bao gồm sự ôi hóa do enzym lipoxygenase và sự ôi hóa ceton.Kiểu ôi hóa thứ 2 này thường đặc trưng đối với lipid có chứa axit béo no với phân tửlượng trung bình và thấp, khi có hàm ẩm đáng kể.Khi đó axit béo bị β-oxy hóa vàcacboxyl hóa, kết quả là tích tụ các alkylmetylxeton có mùi khó chịu