Mối liên hệ giữa cấu trúc phân tử và khả năng tạo vị

MỤC LỤC Lời nói đầu 3 Chương 1: Tổng quan về vò 4 1.1.Vò - Vò cơ bản 4 1.1.1.Đònh nghóa vò 4 1.1.2.Vò cơ bản 4 1.2. Hóa học vò 5 1.3. Cường độ vò 5 1.4. Chất hiệu chỉnh vò 6 Chương 2: Vò ngọt 9 2.1.Giới thiệu 9 2.2.Các thuyết về mối liên hệ giữa cấu trúc phân tử và khả năng tạo vò của các chất tạo vò ngọt 10 2.2.1. Các quan sát và nhận đònh ban đầu 10 2.2.2. Thuyết AH-B 11 2.2.3. Thuyết AH-B và rào cản không gian 19 2.2.3. Thuyết AH-B-X 20 2.2.4. Thuyết tám vò trí của Tini và Nofre 22 Chương 3: Vò đắng- Vò Umami 24 3.1.Vò đắng 24 3.1.1. Giới thiệu 24 3.1.2. Một số hợp chất tạo vò đắng 24 3.2.Vò Umami 27 3.2.1. Giới thiệu 27 3.2.2. Các chất tạo vị umami 27 3.2.3. Điều chế các hợp chất tạo vò umami 29 Chương 4: Vò chua- Vò mặn 31 4.1.Vò chua 31 4.1.1. Giới thiệu 31 4.1.2. Sự liên hệ giữa vò chua với một số yếu tố 33 4.1.3. Kết luận 35 4.2.Vò mặn 36 Chương 5: Các cảm nhận khác 37 5.2. Cảm nhận mát lạnh 37 5.3. Cảm nhận cay 39 Kết luận 43 Tài liệu tham khảo 44 LỜI NÓI ĐẦU Con người giao tiếp với thế giới bên ngoài thông qua năm giác quan của mình: thò giác, thính giác, xúc giác, vò giác và khứu giác. Mục đích của từng giác quan đã được xác đònh rõ từ lâu. Tuy nhiên, vẫn còn rất nhiều điều bí ẩn khó lý giải tồn tại xung quanh thế giới các giác quan này. Các nhà khoa học vẫn đang miệt mài tìm tòi để có thể tiếp cận chúng gần hơn với hy vọng khám phá ra nhiều điều có ích phục vụ cho cuộc sống của con người. Bài báo cáo này xin thảo luận về chủ đề: “ Mối liên quan giữa cấu trúc phân tử và khả năng tạo vò” . Bài viết sẽ là một mảng rất nhỏ kiến thức trong kho tàng của sự hiểu biết về vò nói riêng và thế giới các giác quan nói chung. Do đây là bài báo cáo phân tích đầu tiên nên chắc chắc sẽ còn nhiều điều thiếu sót. Mong quý thầy cô và bạn bè thông cảm và giúp đỡ. Chương 1: Tổng quan về vò CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VỊ. 1.1. Vò-Vò cơ bản: 1.1.1: Đònh nghóa vò: Vò là cảm giác được tạo ra khi các chất tạo vò tiếp xúc với các tế bào vò giác trên cơ quan vò giác, lưỡi. Vò được xem là một cảm giác hóa học, đơn giản là vì nó được tạo ra bởi các hợp chất hóa học. Các kích thích về vò đòi hỏi phải được chuyển tải thông qua môi trường nước nên khả năng hòa tan trong nước là yêu cầu thiết yếu của các chất tạo vò [47]. 1.1.2: Vò cơ bản: Số lượng các vò cơ bản đã được thay đổi nhiều lần. Đầu tiên, ứng dụng thuyết đối lập “Doctrine of Opposites”, Aristotle cho rằng vò ngọt và vò đắng tạo nên hai thái cực đối lập nhau, và tin rằng tất cả các vò khác nằm giữa hai thái cực này. Linnaeus tăng số lượng vò lên, bao gồm: ngọt, chua, gắt, đắng, béo, lạc, chát, nhớt (viscous), trung tính, và vò tanh. Wund, nhà sáng lập nên ngành tâm lý học thực nghiệm, đã giảm số lượng xuống còn sáu: ngọt, mặn, chua, vò kim loại, và vò kiềm. Đến thế kỷ thứ 19, số lượng vò cố đònh ở bốn: ngọt, mặn, chua và đắng. Từ đó, bốn vò này đã nhận được sự đồng tình từ nhiều nhà khoa học [46, 11]. Một vò muốn là vò cơ bản phải thỏa mãn ba tiêu chuẩn sau đây [22]. • Một vò cơ bản phải có tế bào vò giác cụ thể của riêng nó, tế bào này phải khác so với các tế bào vò giác của các vò cơ bản khác. • Một vò cơ bản phải phân biệt được từ các vò cơ bản khác. • Một vò cơ bản không thể được tạo ra bằng cách trộn lẫn các vò cơ bản khác. Năm 1987, Kawamura và Kare [27] đã bổ sung thêm một vò vào danh sách bốn vò cơ bản, đó là vò umami. Vò umami được tạo bởi các amino acids, chủ yếu là acid glutamic. Vò này đã được chứng minh là thỏa mãn ba tiêu chuẩn đã nêu ở trên. Như vậy, hiện nay có năm vò cơ bản được chính thức công nhận: ngọt, mặn, đắng, chua và umami. 4 Chương 1: Tổng quan về vò Vào đầu thế kỷ 20, các vò cơ bản khác nhau được cho là cảm nhận trên các vùng khác nhau của cơ quan vò giác. Vò ngọt ở đầu lưỡi, hai bền lề gần đầu lưỡi là nơi vò mặn được cảm nhận, hai bên lề gần cuối lưỡi là chỗ của vò chua, và phần cuối lưỡi phía bên trong là vò đắng. Tuy nhiên, hiện nay, quan niệm đó hoàn toàn sai. Thực tế tất cả các vò đều được cảm nhận trên toàn bộ cơ quan vò giác tại nơi có các tế bào vò giác [16,11]. Hình 1.1: Sự phân vùng cảm nhận vò theo quan niệm cũ [16]. 1.2. Hóa học về vò: Trong hóa học vò, nhóm chức năng gây nên hoạt tính vò cho một chất gọi là nhóm saporous hay saporophoric. Đối với mỗi vò cơ bản cụ thể, nhóm chức năng này có tên gọi riêng: acidphore cho vò chua, halophore cho vò mặn, glycophore cho vò ngọt và picrophores cho vò đắng [46]. Mức độ hiểu biết về các vò không cân bằng nhau. Điều này là bởi vì nhóm chức năng saporous gia tăng sự phức tạp giữa các vò theo thứ tự: vò chua> vò mặn> vò ngọt và vò đắng [46]. Hiện nay phần lớn các nghiên cứu tập trung vào vò ngọt do tầm quan trọng về kinh tế của nó. 1.3.Cường độ vò: Đối với vò chua và vò mặn, cường độ vò là hàm tuyến tính theo nồng độ và không có cường độ cao trong số các chất tạo hai vò đó. Sự thật rằng cường độ cao về vò chỉ xuất hiện ở các chất hữu cơ tạo ra vò ngọt và vò đắng. Theo Shallenberger (1997) [47], cường độ cao xảy ra là do tác động của các lực có tính lan truyền cảm ứng (inductive), và các lực này chỉ có thể xuất hiện trong các khung cấu trúc phức tạp của chất hữu cơ. 5 Chương 1: Tổng quan về vò Bảng 1.1: Liệt kê một số chất tạo vò ngọt và vò đắng có cường độ cao [63]. Vò ngọt Vò đắng Chất tạo vò Cường độ vò Chất tạo vò Mô tả Glycyrrhizin 50 Denatonium Denatonium benzoate Denatonium saccharide Là hợp chất có vò đắng cao nhất, dung dòch loãng 10ppm gây đắng không thể chòu được với hầu hết mọi người. Aspartame 200 Phenylthiocarbamide (PTC) Rất đắng đối với hấu hết mọi người Stevioside 300 Naringin dihydrochalcone 300 Sacharin 500 Neohesperidin dihydrochalcone 1000-1500 Monellin 1500-2000 Lưu ý: - Cường độ vò ngọt của đường sucrose được lấy làm gốc. 1.4.Chất hiệu chỉnh vò: Một vài chất có khả năng hiệu chỉnh được những cảm nhận về vò. Hai trong số các hợp chất đó là gymnemagenin từ lá cây Gymnema sylvestre và protein từ trái Miracle Fruit ( còn gọi là Miraculous Berry) [22]. Khi nhai lá của cây Gymnema sylvestre, vò ngọt của đường sẽ bò khử đi. nh hưởng này sẽ kéo dài trong nhiều giờ. Đường lúc này giống như là những hạt cát ở trong miệng. Không chỉ có đường, các chất tạo ngọt cũng sẽ bò khử giống như vậy. Đối với vò đắng, lá cây Gymnema sylvestre có tác dụng làm giảm cường độ vò. Người ta đã xác đònh được gymnemagenin là tác nhân chính gây nên các sự hiệu chỉnh vò này [22]. 6 Chương 1: Tổng quan về vò Hình 1.2: Lá cây Gymnema sylvestre Hình 1.3: Công thức cấu tạo của Gymnemagenin. 7 Chương 1: Tổng quan về vò Miracle Fruit (Synsepalum dulcificum) là một loại trái có nguồn gốc Đông Phi. Trái cây này chứa đựng một chất có khả năng làm cho chất tạo vò chua có vò ngọt. Thành phần của chất hiệu chỉnh vò này đã được xác đònh là một glycoprotein với trọng lượng phân tử 44000 dvC. Người ta đã đưa ra lý luận đề nghò để giải thích cơ chế hiệu chỉnh vò như sau: đầu tiên thành phần protein sẽ nối kết với màng cảm nhận ở vò trí gần với bộ thu cho phép cảm nhận vò ngọt, sau đó dưới tác dụng của pH thấp, cấu hình của màng bò thay đổi, làm cho phần đường của glycoprotein kết hợp vào tế bào vò giác của vò ngọt [22]. Hình 1.4: Miracle Fruit 8 Chương 2: Vò ngọt CHƯƠNG 2:VỊ NGỌT. 2.1.Giới thiệu: Mối quan hệ giữa cấu trúc phân tử và khả năng tạo vò của các chất ngọt được các nhà khoa học tập trung nghiên cứu từ lâu. Ngay từ các thời kỳ đầu của hóa học hữu cơ, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng rất nhiều hợp chất mà họ khám ra có vò ngọt [55]. Họ cũng phát hiện ra các hợp chất ngọt này có cấu trúc rất đa dạng và có một dãy biến thiên rộng về cường độ vò [55]. Trải qua nhiều năm, nhiều thành tựu đã được gặt hái và trở thành nền tảng cho các nghiên cứu tương lai. Thuyết AH-B của Shallenberger và Acree (1967), thuyết AH-B-X của Kier (1972) đều là những thuyết nổi tiếng, giải thích được phần lớn mối quan hệ phức tạp giữa cấu trúc phân tử các hợp chất và khả năng tạo vò của chúng. Hiện nay, thuyết tám vò trí của Tinti và Nofre đang được xây dựng và phát triển. Thuyết này sẽ là nền tảng quan trọng trong việc tạo ra các hợp chất siêu ngọt có giá trò [55]. Một số phát hiện đáng ngạc nhiên về mối quan hệ cấu trúc phân tử và khả năng tạo vò của các hợp chất ngọt: • Các chất có vò ngọt có thể tạo vò với cường độ rất cao. Hiện tại, cường độ vò cao nhất có thể gấp 200,000 lần so với sacarose [58]. • Trong dãy đồng đẳng của nhiều chất có vò ngọt, những phân tử nào có phân tử lượng thấp hoặc cao thì vô vò, trong khi đó những phân tử có khối lượng phân tử trung bình thì ngọt [58]. • Những chất có cường độ vò cao cũng có thể có những vò khác [46]. Ví dụ: Dihydochalcone có độ ngọt gấp 1000 lần so với sucrose thoảng vò bạc hà, stevioside có vò ngọt gấp 200-300 lần sucrose thoảng vò đắng. • Một vài D-amino acids thì có vò ngọt, những đồng phân L của nó thì không [46] (được thảo luận ở chương 2, 2.2.2.4, bảng 2.1) • Cả D và L của đường đều có vò ngọt [46] (được thảo luận ở chương 2, 2.2.2.4). • Sự thay đổi nhỏ về vò trí của các nhóm thế, về cấu hình không gian, về một thành phần cấu tạo… cũng làm cho một chất từ có vò ngọt thành không vò [22] 9 Chương 2: Vò ngọt 2.2. Các thuyết về mối liên hệ giữa cấu trúc phân tử và khả năng tạo vò của các chất tạo vò ngọt. 2.2.1.Các quan sát và nhận đònh ban đầu: Bảng báo cáo đầu tiên về mối liên hệ giữa cấu trúc phân tử và khả năng tạo vò được thực hiện bởi Sternberg vào năm 1898. Tác giả cho rằng nhóm hydroxyl và amino chòu trách nhiệm chính trong việc tạo vò ngọt và vò đắng. Giữa các phân tử tạo vò ngọt và vò đắng về cơ bản là không khác gì nhau [52] Năm 1914, Cohn đã xuất bản cuốn sách dày 900 trang với tựa đề là: “Die Organischen Geschmackstoffe”. Trong cuốn sách, Cohn đã đề cập đến hàng ngàn hợp chất hữu cơ và vò tương ứng của chúng [12]. Ông ta nhận thấy có một mối quan hệ đơn giản giữa vò và cấu trúc phân tử: các hợp chất polyhydroxy và α-amino acids thì thường ngọt, trong khi đó hợp chất có mức độ nitrate hóa cao thường có vò đắng. Ông cũng đề nghò rằng: một chất muốn tạo ra một vò cơ bản phải chứa đựng nhóm chức năng “saporous groups” hay “saporous units”. Theo tài liệu Cohn thiết lập, nhóm saoporous trong đường chính là nhóm glycol, bởi vì các hợp chất với hai hay nhiều nhóm hydroxyl thường cho vò ngọt, ví dụ như: ethylene glycol thì rất ngọt, các polyols như glycerol, erythriol… cho vò ngọt ở vài mức độ, trong khi đó mono-alcolhols methanol, ethanol… thì không có vò ngọt. Năm 1963, Shallenberger đã mô tả chi tiết hơn về nhóm saoporous này. Để tạo được vò ngọt, nhóm saoporous của đường phải có cấu hình phù hợp. Có ba dạng cấu hình cho nhóm glycol, đó là cấu hình anti-clinal (góc giữa hai nhóm hydroxyl là 180 0 ), cấu hình gauche (góc giữa hai nhóm hydroxyl là 60 0 ) và cấu hình aclipsed (góc giữa hai nhóm hydroxyl là 0). Trong ba cấu hình này, chỉ có cấu hình gauche là có vò ngọt, vì vậy nhóm glycol tồn tại ở dạng cấu hình này sẽ là một đơn vò saporous. Hình 2.1: Các cấu hình của nhóm glycol và vò tương ứng [1]. không vò không vò ngọt 0 0 10 [...]... cho rằng khả năng của một acid để xuyên qua thành membrane được cải tiến bởi các nhóm không phân cực trong khung cấu trúc của acid và giảm khi có các nhóm phân cực Chauncey và cộng sự (1963); CoSeteng và cộng sự nhận thấy khả năng kỵ nước là một yếu tố quan trọng liên quan đến vò chua Theo họ, cường độ vò chua giảm khi số nhóm carboxyl trong phân tử tăng lên, và các nhóm phân cực trong phân tử acid... 4.1.2.4 Sự liên hệ giữa vò chua với khả năng kỵ nước của acid: Một giả thuyết phổ biến cho sự cảm nhận vò chua là rằng một hợp chất acid phải xuyên qua màng membrane và giải ra ion hydrogen bên trong tế bào để tạo ra vò chua (Taylor và cộng sự 1930; Gardner 1980) Giả thuyết này được ủng hộ bởi sự liên hệ giữa các acids béo kỵ nước và khả năng tạo vò chua của chúng (Taylor và cộng sự 1930; Chauncey và cộng... Đồng phân α và β của D-manopyranose [1] Nếu đánh số theo chiều kim đồng hồ trên các nguyên tử cacbon và đánh số một trên cacbon anomeric (cacbon có khả năng mở vòng) thì hai nhóm hydroxyl ở cacbon số một và hai được chọn là AH và B (xem 2.2.2.2a) Trường hợp hợp chất βD-manopyranose không ngọt là do hai nhóm hydroyl được chọn có khả năng tạo liên kết hydro nội phân tử với nhau nên sẽ làm giảm đi khả năng. .. rõ ràng là có liên hệ đến khả năng phân ly của acid Khả năng phân ly của acid lại được đặc trưng bằng đại lượng pK a Makhlouf và Blum (1972) nhận thấy rằng cường độ vò chua của một số acids hữu cơ tỷ lệ nghòch với pKa1 Theo đó, acids mà có khả năng phân ly cao (pK a thấp) thì có độ chua cao hơn Ngược lại, theo Harwig và McDaneil (1995), các acids hữu cơ với giá trò pKa cao (khả năng phân ly thấp) sẽ... hydrogen trong dung dòch acids và thực phẩm Tất cả acids hoặc là phân ly một phần hoặc phân ly toàn phần khi hòa tan vào nước Vì vậy, liệu có chăng một mối quan hệ tỷ lệ thuận giữa vò chua và pH? Thực tế lại cho kết quả ngược lại Nhiều thí nghiệm được tiến hành trên người và chuột để tìm mối liên hệ giữa pH và vò chua Theo các nghiên cứu này, các acids hữu cơ như acid acetic và acid citric thì chua hơn... đời góp phần mở ra cái nhìn rõ hơn vào bên trong mối quan hệ cấu trúc phân tử -vò Tuy nhiên, thuyết AH-B vẫn còn nhiều hạn chế Một trong những hạn chế quan trọng là thuyết AH-B không giải thích được trường hợp đồng phân quang học của đường và amino acid, và trường hợp các chất có khả năng tạo được độ ngọt có cường độ cao [51] Như đã trình bày, α-D-manopyranose thì ngọt và β-D-manopyranose thì đắng (2.2.2.3d)... (Pfaffmann 1959; Richards 1898; Ugawa và cộng sự 2000; Lyall và cộng sự 2001; Richter và cộng sự 2003; Lugar và cộng sự 2005) Makhlouf và Blum (1972) sử dụng nước bọt làm chỉ thò cho tín hiệu vò và họ cũng chẳng tìm được mối liên quan nào giữa các acids hữu cơ và pH Như vậy, rõ ràng vò chua không thể chỉ được giải thích dựa trên ion hydrogen [6] 4.1.2.2 Sự liên hệ giữa vò chua với titratable acidity:... kiến thức về mối quan hệ cấu trúc phân tử - vò của các hợp chất gây đắng thì rất nghèo nàn Hiện nay vẫn chưa thực sự có một lý thuyết vững chắc nào được xây dựng để giải thích cho hành vi của các phân tử tạo vò đắng [22] 3.1.2.Một số hợp chất tạo vò đắng: 3.1.2.1.Hợp chất Phenolic glycosides: Phenolic glycosides là các hợp chất hóa học được hình thành từ phenol và các loại đường Trong phân tử phenolic... và peptides có liên hệ với khả năng kỵ nước Mỗi amino acids có một giá trò ∆f (cal/mol) đặc trưng cho khả năng kỵ nước Khả năng kỵ nước trung bình của một peptides, Q, là tổng ∆f của các acids amin thành phần chia cho tổng số acid amins Bảng 3.1: Giá trò ∆f của một số amino acids [36] 26 Chương 3: Vò đắng – Vò umami Chỉ những peptides có phân tử lượng dưới 6000 Da và giá trò Q lớn hơn 1400 mới có khả. .. AH có khả năng cho proton hay nhận điện tử Trung tâm điện tích âm B nằm cách nguyên tử hydro của AH khoảng 2.5-4 A0, tính trung bình là 3A0 B có thể là nguyên tử oxi, nitơ, hoặc thậm chí là một hệ thống orbital pi giàu điện tử (như là: nguyên tử clorine hay một trung tâm không bão hòa) B có khả năng nhận proton Hệ thống AHB tương tự như một cái phích cắm điện phân cực với 3A 0 là khoảng cách giữa hai . năng tạo vò của các chất tạo vò ngọt. 2.2.1.Các quan sát và nhận đònh ban đầu: Bảng báo cáo đầu tiên về mối liên hệ giữa cấu trúc phân tử và khả năng tạo vò được thực hiện bởi Sternberg vào. 9 2.2.Các thuyết về mối liên hệ giữa cấu trúc phân tử và khả năng tạo vò của các chất tạo vò ngọt 10 2.2.1. Các quan sát và nhận đònh ban đầu 10 2.2.2. Thuyết AH-B 11 2.2.3. Thuyết AH-B và rào cản không. về cấu hình không gian, về một thành phần cấu tạo cũng làm cho một chất từ có vò ngọt thành không vò [22] 9 Chương 2: Vò ngọt 2.2. Các thuyết về mối liên hệ giữa cấu trúc phân tử và khả năng