Phương trình phản ứng hóa nâu

Phương trình phản ứng hóa nâu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINHNG Đ I H C CÔNG NGHI P TP H CHÍ MINHẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH ỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH ỆP TP HỒ CHÍ MINH Ồ CHÍ MINH

VI N CÔNG NGH SINH H C-TH C PH MỆP TP HỒ CHÍ MINH ỆP TP HỒ CHÍ MINH ỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH ỰC PHẨM ẨM

TP HỒ CHÍ MINH – 2015

DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM

L I CAM ĐOAN ỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

Chúng em xin cam đoan đây là bài tiểu luận độc lập của riêng nhóm.Tất cả thông tin, số liệu do nhóm tự tìm hiểu, phân tích và trình bày mộtcách trung thực, khách quan

Sinh viên thực hiện

Nhóm 1

L I C M N ỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH ẢN ỨNG HÓA NÂU ƠNG

Trân trọng cảm ơn giảng viên hướng dẫn, trường Đại học Công

Nghiệp Tp Hồ Chí Minh, Viện Công nghệ Sinh học-Thực phẩm đã tạo điềukiện tốt nhất để chúng em thực hiện tiểu luận

Cảm ơn tất cả các bạn cộng tác viên đã nhiệt tình giúp đỡ nhóm tìm hiều đề tài để nhóm có thể hoàn thành tiểu luận một cách tốt nhất có thể

Sinh viên thực hiện

Nhóm 1

NH N XÉT GI NG VIÊN H ẬN XÉT GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ẢN ỨNG HÓA NÂU ƯỚNG DẪN NG D N ẪN

L I M Đ U ỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH Ở ĐẦU ẦU

Cuộc sống ngày cáng phát triển thì nhu cầu về thực phẩm của con người ngày càng tăng và cùng với đó là yêu cầu về mặt chất lượng thực phẩm ngày càng tăng Sản phầm thực phẩm không chỉ d0ap1 ứng tốt nhu cầu về mặt dinh dưỡng, an toàn mà còn đảm bảo tốt về mặt cảm quan

Trong quá trình chế biến thì màu sắc các sản phẩm thực phẩm thay đổi liên tục, kéo theo mì vị và các yếu tố cảm quan khác thay đổi theo Một trong những nguyên nhân làm thay đổi màu sắc của thực phẩm là các phản ứng sẩm màu Có hai nguyên nhân dẫn đến sự sẫm màu là do sự oxi hóa bởi enzim và oxi hóa bởi các tác nhân không phải enzim

Đối với ngành công nghệ thực phẩm, việc hiểu rõ tác nhân, cơ chế củacác phản ứng hóa nâu trong quá trình chế biến và sản xuât thực phẩm sẽ giúptăng khả năng tạo màu trong các sản phẩm cần thiết và hạn chế những tác động có hại của các phản ứng này

Với bài tiểu luận này chúng em xin trình bày những hiểu biết nhất định của mình thông qua quá trình học tập và tìm hiểu về phản ứng hóa nâu-một trong những phản ứng tạo màu quang trọng trong quá trình sản suất thựcphẩm

Vì thời gian làm tiểu luận và kiến thức hiểu biết còn hạn chế nên trongquá trình làm không tránh khỏi những sai sót,mong cô và các bạn thông cảm

bỏ qua

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

Chương I: Giới thiệu về phản ứng hóa nâu thực phẩm 8

Chương II: Phản ứng hóa nâu do enzyme 8

II.1 Giới thiệu về phản ứng hóa nâu do enzyme 8

II.2 Cơ chế và điều kiện xảy ra phản ứng hóa nâu do enzyme 8

II.2.1 Cơ chế 8

II.2.2 Điều kiện xảy ra phản ứng 11

II.3 Qui trình sản xuất có ứng dụng phản ứng hóa nâu do enzyme

11 II.4 Ảnh hưởng của phản ứng hóa nâu do enzyme 12

II.4.1 Ảnh hưởng có lợi 12

II.4.2 Ảnh hướng có hại 13

Chương III: Phản ứng hóa nâu không enzyme 15

III.1 Giới thiệu phản ứng hóa nâu không enzyme 15

III.2 Tìm hiểu một số phản ứng hóa nâu không enzyme 16

III.2.1.Phản ứng Caramen hóa 16

III.2.2.Phản ứng Maillard 17

III.2.3 Phản ứng thủy phân acid Ascobic 25

III.3 Qui trình sản xuất có ứng dụng phản ứng hóa nâu không enzyme 26

Phụ lục 28 Tài liệu tham khảo 29

CH ƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG HÓA NG I: GI I THI U V PH N NG HÓA NÂU TH C ỚI THIỆU VỀ PHẢN ỨNG HÓA NÂU THỰC ỆU VỀ PHẢN ỨNG HÓA NÂU THỰC Ề PHẢN ỨNG HÓA NÂU THỰC ẢN ỨNG HÓA ỨNG HÓA ỰC

Trong quá trình chế biến, bảo quản thực phẩm, bên cạnh việc đảm bảo chất lượng và an toàn thực phẩm thì tính cảm quan trong thực phẩm cũng là một trong những yếu tố quan trọng mà ta cần quan tâm theo sát từ khâu chế biến, bảo quản cho đến tay người tiêu dung

Theo các nhà nghiên cứu, thì một trong những phản ứng tạo màu ở thực phẩm đó là phản ứng hóa nâu Phản ứng hóa nâu được chia làm 2 dạng

1 Phản ứng hóa nâu do enzyme

2 Phản ứng hóa nâu không enzyme

 Phản ứng Maillar

 Phản ứng caramen

 Phản ứng oxi hóa acid ascorbic

CH ƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG HÓA NG II: PH N NG HÓA NÂU DO ENZYME ẢN ỨNG HÓA ỨNG HÓA

II.1 Giới thiệu về phản ứng hóa nâu do enzyme.

Nâu hóa có enzyme là quá trình hóa học xảy ra trong thực phẩm bởienzyme polyphenoloxidaza, gây ra màu nâu

Nâu hóa có enzyme có thể xảy ra trong quả ( mơ, lê, táo, chuối…), rau( khoai tây, rau diếp, nấm,…) và trong cả hải sản( tôm,…)

II.2 Cơ chế và điều kiện xảy ra phản ứng hóa nâu do enzyme II.2.1 Cơ chế.

A Poluphenol- cơ chất của phản ứng hóa nâu.

Polyphenol còn được gọi là hợp chất phenolic là nhóm chất tồn tại trong thực vật( rau quả) có vai trò quan trọng trong nâu hóa bởi vì

chúng là chất nền trong các phản ứng hóa nâu do enzyme

Hợp chất phenolic gây ra màu cho rất nhiều thực vật, chúng là một phần của vị và màu của đồ uống như nước táo chè, và là chất chống

oxi hóa quan trọng trong thực vật

Polyphenol có thể chia thành nhiều loại như: anthocyans( màu trongtrái cây), flavonoids( catechins, tannins trong chè và rượu) và chất

không phải là flavonoids( acid glalic trong lá chè)

Trong quá trình chế biến và tích trữ polyphenol bị thay đổi bởi các hóa chất và các tác nhân sinh học Quan trọng nhất là enzyme oxi hóa gây ra màu nâu cho rau quả Phản ứng này hầu như xảy ra khi cắt

hoặc gây ra các tác động cơ học

Táo

chlorogenic acid (flesh), catechol, catechin (peel), caffeicacid, 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA), 3,4-dihydroxy

benzoic acid, p-cresol, 4-methyl catechol, leucocyanidin

Chuối 3,4-dihydroxyphenylethylamine (Dopamine),leucodelphinidin, leucocyanidin

coffe chlorogenic acid, caffeic acid

Ca cao catechins, leucoanthocyanidins, anthocyanins, complextannins

Chè flavanols, catechins, tannins, cinnamic acid derivatives

Bảng 1: Một số loại cơ chất phenol trong thực phẩm

B Enzyme xúc tác chó phản ứng hóa nâu.

Enzyme polyphenoloxidaza được phát hiện đầu tiên trong nấm và tìm thấy nhiều trong tự nhiên

Enzyme poluphenoloxidaza là metaloenzyme chứa o,2% Cu trong phân tử, chỉ hoạt động trong pH 5-8

C Cơ chế phản ứng.

Phản ứng tạo màu do enzyme gồm hai giai đoạn:

 Hydroxyl hóa bởi enzyme tạo polyphenol không màu

 Oxy hóa bởi enzyme ra quinon mang màu

Các phản ứng này đều xảy ra dưới tác dụng của oxi không khí

 Giai đoạn hydroxyl hóa bởi enzyme tạo polyphenol không màu

Enzyme xúc tác quá trình o-hydroxyl của monophenol ( phân tử phenol trong đó vòng benzene có chứa 1 nhóm thế hydroxyl đơn) tạo thành o-diphenol ( phân tử phenol có chứa 2 nhóm thế hydroxyl).Enzym xúc tác giai này có tên là monophenolaza hoặc cresolaza

 Giai đoạn oxy hóa bởi enzyme ra quinon mang màu

Quá trình oxy hóa của o-diphenol để tạo ra o-quinon Đây là quá trình polymer hóa nhanh o-quinon để tạo ra sắc tố đen, nâu hoặc đỏ là nguyên nhân của màu nâu của trái cây

Khi có mặt của oxy không khí, các enzyme xúc tác những bước đầutiên trong việc chuyển đổi sinh hóa của phenol để sản xuất quinon và trải qua trùng hợp để mang lại 1 dạng polymer màu tối, không hòa tangọi là melanin Các melanin hình thành rào cản và có đặc tính kháng khuẩn, ngăn chặn sự lây lan của sự nhiễm trùng hoạc bầm tím trong

mô thực phẩm

Enzym xúc tác cho giai đoạn hai là polyphenolaza hoặc

Phản ứng xảy ra trong khoảng pH từ 5-8

II.3 Qui trình sản xuất có ứng dụng phản ứng hóa nâu do enzyme.

1 Qui trình sản xuất cacao.

 Phản ứng hóa nâu xảy ra trong qua trình rang hạt cacao

 Xảy ra giai đoạn đầu quá trình rang hạt

 Quá trình oxy hóa polyphenol xảy ra tạo màu

 Phản ứng Maillard giữa đường khử và acid amin

 Phản ứng caramen háo tạo màu và mùi

 Ứng dụng và vai trò: phản ứng hóa nâu có vai trò quan trọng trong việc tạo màu, mùi cho các sản phẩm cacao, quyết định tính cảm quan cho sản phẩm

2 Qui trình sản xuất rượu vang sim.

 Phản ứng hóa acid arcobic ( Vitamin C)

 Vitamin C và Vitamin C-nitin ảnh hưởng đến khả năng duy trì màu sắc cảu sản phẩm

VD:

O-diphenol + ½ O2 = O-quinone + H2O

( chất hoạt động)O-quinenoc chất hoạt động gây ra hàng loạt phản ứng quang trọng hoặc ngưng tụ với nhau tạo các sản phẩm có màu hoặc không màu, tan hoặc không tan trong nước

 Tamin ảnh hưởng đến vị và khả năng duy trì màu sắc

 Nồng độ tamin càng cao thì độ hấp thụ càng lớn và tăng dần theo thời gian bảo quản.

 Tamin tạo ra vị chát se cho sản phẩm rượu

3 Qui trình sản xuất chè.

 Phản ứng hóa nâu xảy ra trong giai đoạn làm héo chè

 Trong quá trình làm héo chè, hàm lượng Vitamin C giảm( chất chống oxy hóa) do đó làm tăng qua trình oxy hóa sắc tố antonianidin tạo ra những sản phẩm tan được trong nước làm cho màu sắc của nước pha chè đen trở nên đẹp hơn

Phản ứng hóa nâu còn được sử dụng trong một số qui trình sản xuất như: qui trình sản xuất coffe ( trong phản ứng tạo màu và mùi cho coffe), qui trình sản xuất hoa quả khô( phản ứng xảy ra trong giai đoạn xấy khô hoa quả), qui trình sản xuất thuốc lá( giai đoạn sấy khô

lá thuốc)

Ứng dụng và vai trò chủ yếu của phản ứng hóa nâu trong quá trình sảnxuất thực phẩm là:

 Làm tăng tính cảm quan cho thực phẩm

 Tiêu giệt VSV và làm tăng thời gian bảo quản thực phẩm

II.4 Ảnh hưởng của phản ứng hóa nâu do enzyme.

II.4.1 Ảnh hưởng có lợi.

• Nâu hóa có enzym có vai trò quan trọng trong việc tạo ra màu của cafe, chè, cacao

• Giữ màu vàng nâu cho các loại hoa quả khô như nho,mận,chà là,sung…

• Polyphenoloxidaza được xem là có giá trị quan trọng trong việc chống lại

vi khuẩn vi rút và các điều kiện khí hậu có hại

II.4.2 Ảnh hưởng có hại.

• Nâu hóa có enzym ảnh hưởng xấu đến chất lượng,cụ thể là trong quá trình thu hái và tích trữ rau quả tươi Nâu hóa có thể gây nên 50% sự hao hụt trong quá trình sản xuất rau quả

Hình 1: Phản ứng hóa nâu do enzyme xảy ra ở táo

Hình 2: Phản ứng hóa nâu do enzyme xảy ra ở tôm

CH ƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG HÓA NG III: PH N NG HÓA NÂU KHÔNG ENZYME ẢN ỨNG HÓA ỨNG HÓA

III.1 Giới thiệu về phản ứng hóa nâu không enzyme.

Phản ứng nâu hóa không enzim thường gặp trong quá

trình chế biến thực phẩm mà phổ biến nhất là trong thực phẩm nướng, rán…tuy nhiên phản ứng sẫm màu không enzim cũng thường gây ra sự hư hỏng của thực phẩm như làm giảm giá trị dinh dưỡng, tạo màu không mongmuốn, gây mùi ôi thiu

Phản ứng nâu hóa không enzim là phản ứng của các hợp chất cacbonyl, xuất hiện từ đường khử hoặc các phản ứng khác nhau như oxi hóa axit ascorbic, thủy phân tinh bột hay oxi hóa lipit

Phản ứng hóa nâu không enzyme bao gồm các phản ứng:

Phản ứng caramen hóa

Phản ứng melanoidin

Phản ứng giữa các sản phẩm oxi hóa lipit với protein

Phản ứng thoái phân các hợp chất cacbonyl có nối đôi luân hợp

III.2 Tìm hiểu một số phản ứng hóa nâu không enzyme.

III.2.1 Phản ứng caramen hóa.

Ví dụ: Với Sacaroza , sơ đồ phản ứng caramen hóa:

C Điều kiện phản ứng.

Phản ứng xảy ra mạnh mẽ ở nhiệt độ nóng chảy của đường

Ví dụ: glucoza ở 146 – 150 o C, fructoza 95 - 100 o C, sacaroza 160 – 180 oC

B Cơ chế phản ứng.

Theo Hodge, phản ứng tạo melanoidin bao gồm một loạt các phản ứng xảy ra song song hoặc nối tiếp Dựa vào mức độ màu sắc của các sản phẩm có thể chia thành 3 giai đoạn kế tiếp nhau

 Giai đoạn đầu: phản ứng không màu và không hấp thụ ánh sang cực tím

Giai đoạn này bao gồm 2 phản ứng: Phản ứng ngưng tụ

cacbonylamin và phản ứng chuyển vị Amadorin

 Phản ứng ngưng tụ cacbonylamin

Phản ứng ngưng tụ cacbonylamin hay chính là sự ngưng tụ đường với acid amin

Hình 3: Phản ứng ngưng tụ cacbonylaminTrong điều kiện sản xuất khi ở nhiệt độ cao, pư được bắt đầu không phải từ

N – Glucozit mà từ sacaroamin( đường amin) theo sơ đồ sau:

Hình 4: Phản ứng từ sacaroamin

 Phản ứng chuyển vị Amadorin

Khi ở nhiệt độ cao, phức đường amin bị đồng phân hóa hay gọi là

bị chuyển vị nội phân Amadori Sản phẩm của phản ứng là chất khởi đầu để tạo thành polime có màu sẫm gọi là melanoidin

Hình 5: Phản ứng chuyển vị Amadori

 Giai đoạn trung gian

Giai đoạn này xảy ra sự khử nước của 1 – amin – 1 – dezoxi – 2 – xetoza tạo thành các sản phẩm phân ly khác nhau.Phụ thuộc vào d9eiu62 kiện môi trường và nhiệt độ trung gian có thể tiến hành bằng một số con đường:

 Tạo thành furfurol và ozon.

Hình 6: Phản ứng tạo furfurolKhi bị thủy phân, bazo Schiff của hydroxymetyl furfurol hoặc của furufrol có thể bị phân hủy để tạo thành hydoxymetylfurfurol hoặc furfurol

và acid amin tự do theo sơ đồ sau:

Hình 8

 Tạo thành reducton có sáu cacbon

Các aminodezoxyxetoza được tạo thành từ chuyển vị Amadori, bị khử đi haiphân tử H2O tạo thành các reduction có sáu cacbon

 Phân hủy đường

Phân hủy cấu tử đường của sản phẩm chuyển vị Amadori tạo thành các phẩm vật khác như: trizoreducton, aldehit pyruvic, axeton, axetoin, diaxetyl.Một số chất tạo thành khi phân hủy đường có mùi vị dễ chịu do đó quyết định chất lượng của sản phẩm

 Phân hủy các hợp chất amin

Sự phân hủy strecker:

Hình 9Bazo Schiff được tạo thành bị phân ly thủy phân thành aldehit và hợp chất amin Hợp chất ami sẽ cho sản phẩm chứa nito và có màu nâu.

Hình 10

 Giai đoạn cuối:

Giai đoạn cuối bao gồm rất nhiêu phản ứng phức tạp Có thể chia thành hai kiểu phản ứng:

 Phản ứng ngưng tụ aldil với sự tạo thành polymer màu nâu không chứa nito

Sản phẩm Melanoidin gồm: polyme không no, hòa tan trong nước, màu đậm và polyme không no, không hòa tan trong nước, màu đậm.

C Điều kiện phản ứng.

 Ảnh hưởng của acid amin và đường

 Ảnh hưởng của nước

 Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH môi trường

 Chất kiềm hãm và chất tăng tốc độ phản ứng melanoidin

D Ứng dụng của phản ứng Maillard.

 Ứng dụng trong sản xuất và bảo quản thực phẩm

 Ứng dụng trong sản xuất bánh mì: màu vỏ bánh mì

 Ứng dụng trong sản xuất bia: màu sắc và hương vị của bia

n c, màu ưng tụ ớc, màu

đ m ậm.

Polyme không no, không hòa tan trong

n c, màu ưng tụ ớc, màu

đ m ậm.

III.2.3 Phản ứng phân hủy acid Ascorbic

Hình 13

L – ascorbic axít đặc trưng bởi nhóm enediol làm cho nó có tính khử mạnh Axít ascorbic có thể bị oxi hóa khi có không khí trong môi trường trung tính hoặc môi trường kiềm Dung dịch trong nước tồn tại ở dạng hemiketal Khi bị oxh tạo ra dixeto – L- ascorbic axít Hợp chất này không bền, tiếp tục bị oxi hóa thành các hợp chất khác, trong đó có 1-threonic axít Phản ứng khử nước và C có thể dẫn tới sự hình thành

Furfulara, mà có thể bị polyme hóa thành các sắc tố xám

Hình 14Tốc độ phân hủy vitamin C bị ảnh hưởng của nhiều yếu tố như: áp suất riêng phần của oxi, pH, nhiệt đô, đặc biệt là kim loại nặng như: Fe, Cu,

…

Vitamin C còn bị phân hủy bởi các axít amin (phản ứng Maillard) Hiện tượng này thường thấy khi sấy khô trái cây tươi

III.3 Qui trình sản xuất có ứng dụng phản ứng hóa nâu không enzyme.

1 Qui trình sản xuất bánh kẹo.

 Xảy ra trong giai đoạn cô đặc chân không trong quá trình sản xuất bánh kẹo

 Phản ứng caramen hóa xảy ra mạnh mẽ ở nhiệt độ nóng chảy của đường

VD: glucose 146-1500C , frutose 95-1000C

Saccharose 160-1800C

 Tuy nhiên tùy thuộc vào nồng đồ đường, thành phần pH của môi trường, thời gian đun nóng mà người ta vẫn tìm thấy các sản phẩm của sự caramen hóa ở nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhiệt độ nóng chảycủa đường

o VD: saccharose có thể bắt đầu biến đổi ngay ở nhiệt độ 1350C

 Ứng dụng:

 Tạo vị đắng cho các sản phẩm kẹo caramen

 Tạo hương caramen cho sản phẩm

 Tiêu diệt VSV và độ ẩm thấp sẽ hạn chế các phản ứng thủy phân đường tăng thời gian bảo quản thực phẩm

 Ảnh hưởng: trong một số sản phẩm bánh kẹo phản ứng caramen hóa ảnh không tốt đến tính cảm quan của sản phẩm

2 Qui trình sản xuất bánh mì.

 Phản ứng caramen hóa: ở công đoạn nướng tạo vỏ bánh

 Phản ứng Maillard: ở công đoạn nướng

 Ứng dụng: tham gia vào quá trình tạo màu cho vỏ bánh mì ( phản ứngcaramen hóa) Tham gia vào vào quá trình tạo mùi cho bánh mì( phản ứng Maillard)

3 Qui trình sản xuất bia.

 Phản ứng caramen hóa xảy ra ở giai đoạn thủy phân protein

 Sản phẩm của giai đoạn thủy phân protein tạo sản phẩm tham gia vào phản ứng caramen hóa

 Ứng dụng: phản ứng caramen háo làm định hình vị, màu sắc, tạo bọt, giữ độ bền cho bia