Bài giảng về hóa sinh hoàng lan phượng

HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 BÀI MỞ ĐẦU A Khái niệm môn học Mục đích Hóa sinh môn học nghiên cứu cấu tạo tính chất, chức sinh học chất thể sinh vật chuyển hoá chất trình hoạt động sống (trong trình bảo quản chế biến) Môn học cung cấp kiến thức chuyển hóa chất thể sinh vật ứng dụng chúng trình bảo quản chế biến Giúp sinh viên áp dụng kiến thức học vào thực tiễn sản xuất Đối tượng môn học thể động vật, thực vật, vi sinh vật nguyên liệu trình bảo quản chế biến Nội dung môn học Môn học gồm có chương: Chương 1: Protein Chương 2: Enzyme Chương 3: Glucid Chương 4: Lipid Chương 5: Vitamin Chương 6: Các sắc tố chất thơm Chương 7: Hoá sinh chin Chương 8: Hoá sinh ngũ cốc Vai trò môn học Ứng dụng ngành hóa sinh đa dạng Trong Công nghệ vi sinh cụ thể công nghệ lên men sử dụng vi sinh vật lên men để sản xuất thực phẩm truyền thống Ngành ứng dụng công nghiệp enzyme công nghiệp protein Trong công nghệ tế bào sử dụng để tạo giống cây, cho suất cao HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 B Vị trí môn học - Hoá sinh môn học sở Nó cung cấp kiến thức để học môn học sở khác môn chuyên ngành lĩnh vực bảo quản chế biến - Môn học bắt buộc trước học môn học hoá học thực phẩm, sinh lý nông sản C Yêu cầu sinh viên - Lý thuyết: 30 tiết - Thực hành: 15 tiết (trong kiến tập tiết) - Seminar: - Hình thức thi: trắc nghiệm bài, kiểm tra miệng - Cách thức cho điểm theo quy chế 25 45 D Tài liệu tham khảo: Tài liệu Tiếng Việt Nguyễn Trọng Cẩn cộng (1999), Công nghệ enzyme NXB Nông Nghiệp, Thành phố Hồ Chí Minh Quách Đĩnh, Nguyễn Văn Tiếp, Nguyễn Văn Thoa (2000), Công nghệ sau thu hoạch chế biến rau NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Ngô Xuân Mạnh, Vũ Kim Bảng, Nguyễn Đặng Hùng, Vũ Thy Thư (2006), Hóa sinh thực vật NXB Nông Nghiệp, Hà Nội Nguyên Văn Mùi (2001), Thực hành hóa sinh học NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Lê Ngọc Tú cộng (2000), Hóa sinh công nghiệp NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Phạm Văn Ty, Nguyễn Thành (2007), Công nghệ sinh học tập 5, Công nghệ vi sinh môi trường NXB Giáo dục, Hà Nội Tài liệu nước H D Belitz- W Grosh (1999), Food chemistry, Springer, Germany Kay Yockey Mehas, Sharon Lesley Rodgers (2000), Food Science, The biochemistry of food and nutrition, the third edition, Glencoe McGrawHill publish, United States of America Lehninger (1975), Biochemistry, Worth Publish, United States of America HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 CHƯƠNG 1: PROTEIN 1.1 Cấu tạo phân tử Protein 1.1.1 Amino acid a Khái niệm: Amino acid dẫn xuất acid hữu cơ, phân tử đồng thời chứa nhóm carboxyl nhóm amin b Cấu tạo - Công thức tổng quát: R CH2 COOH NH2 - R gốc amino acid, nhóm nguyên tử gốc phân tử liên kết trực tiếp vào carbon α, có chất khác định tính đa dạng amino acid - Trong thể sinh vật, protein, amino acid tồn dạng α - Có khoảng 2000 amino acid tự nhiên protein có 20 loại c Phân loại danh pháp - Dựa vào chất hoá học gốc R chia amino acid thành nhóm: + Nhóm 1: amino acid đơn giản Gồm có: glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine Glycine Alanine Valine HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 Leucine Isoleucine + Nhóm 2: amino acid mạch thẳng có chứa nhóm OH Gồm có: Serine, Threonine Serine Threonine + Nhóm 3: amino acid chứa lưu huỳnh Gồm có: Cysteine, Cystin, Methionine Cysteine Methionine + Nhóm 4: amino acid có tính acid Gồm có: aspartic acid, glutamic acid Aspartic acid Glutamic acid + Nhóm 5: amino acid có tính kiềm Gồm có: Lysine, Arginine, Histidine HOÀNG LAN PHƯỢNG Lysine 12/2007 Arginine Histidine + Nhóm 6: amino acid có mạch vòng Gồm có: Phenylalanine, Tyrosine, Tryptophan, Proline Phenyalanine Tyrosine Trytophan Proline - Ngoài phân amino acid thành amino acid có tính phân cực không phân cực + Amino acid có tính phân cực chứa gốc R có nhóm phân cực, có khả kết hợp với hidro nước tạo thành liên kết hidro + Amino acid có tính không phân cực: gốc R có chứa gốc không phân cực alanine HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 - Dựa vào có mặt nhóm carboxyl, amin gốc R người ta chia amino acid thành nhóm: amino acid có tính kiềm, amino acid có tính acid, amino acid trung tính Tính kiềm hay tính acid định đến tính chất lưỡng tính protein - Dựa vào tính chất dinh dưỡng hay nhu cầu người động vật, người ta phân thành amino acid không thay - amino acid mà người, động vật không tổng hợp phải thu nhận trực tiếp từ thức ăn Khi thiếu amino acid thức ăn dẫn đến mắc bệnh dinh dưỡng + Tám amino acid không thay người là: Valine, Leucine, Isoleucine, Treonine, Tryptophan, Methionine, Lysine, Phenylalanine + Mười amino acid không thay gia cầm động vật non: Valine, Leucine, Isoleucine, Treonine, Tryptophan, Methionine, Lysine, Phenylalanine, Arginine Histidine d Tính chất - Xét lí tính: amino acid thường dạng bột mầu trắng, có khả tan tan, độ tan phụ thuộc chất loại amino acid - Tính đồng phân quang học amino acid: + Trong amino acid có nguyên tử carbon bất đối, có cấu trúc bất đối, dẫn đến amino acid có tính hoạt quang (làm lệch ánh sáng phân cực phía) chất tồn dạng đồng phân quang học + Các đồng phân quang học xếp thành dãy D, L; chúng tạo thành cặp gọi đồng phân gương + Chất tiêu chuẩn Isoleucine Muốn biết amino acid thuộc dãy D hay dãy L cần so sánh công thức vơi Isoleucine + Trong phân tử protein amino acid tồn dạng L - Tính chất lưỡng tính HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 Do phân tủ amino acid có nhóm chức carboxyl amin nên chúng có tính chất lưỡng tính Trong môi trường nước, amino acid phân ly thành acid base Sự phân ly theo kiểu acid hay base phụ thuộc vào pH môi trường (1) Trong môi trường acid, amino acid phân ly theo kiểu base nên amino acid tích điện dương (2) Trong môi trường kiềm, amino acid phân ly theo kiểu acid nên amino acid tích điện âm (3) Trong môi trường trung tính, phân ly theo kiểu base hay acid nên amino acid ion lưỡng cực + Giá trị pH môi trường trung tính gọi điểm đẳng điện Điểm đẳng điện amino acid giá trị pH môi trường mà amino acid không tích điện Mỗi amino acid có giá trị điểm đẳng điện riêng Nó phụ thuộc có mặt nhóm chức -COOH, -NH2 phân tử - Ý nghĩa: + Dựa vào tính chất lưỡng tính điểm đẳng điện người ta tách amino acid khỏi Phương pháp gọi phương pháp điện di + Trong chế biến, tuỳ thuộc vào pH môi trường amino acid tích điện khác nên ảnh hưởng đến tính hoà tan, độ tích điện amino acid chất lượng thực phẩm + Trong sinh học, tế bào nhờ có tính lưỡng tính mà amino acid đóng vai trò chất đệm, có tác dụng chống thay đổi pH yếu tố, ổn định tính pH dịch bào 1.1.2 Quan điểm đại cấu trúc Protein a Cấu trúc bậc - Định nghĩa: cấu trúc bậc phân tử Protein trình tự xắp xếp amino acid chuỗi polypeptit - Liên kết: Cấu trúc bậc định liên kết peptid Liên kết peptid liên kết cộng hoá trị tương đối bền vững bị phá huỷ tác nhân HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 acid, kiềm thuỷ phân hay enzyme thuỷ phân proteaza Cấu trúc bậc tương đối bền vững bị điều kiện xử lý khắc nghiệt - Ý nghĩa: Trong thể sinh vật cấu trúc bậc định chức sinh học b Cấu trúc bậc 2: - Định nghĩa: cấu trúc bậc xoắn lại chuỗi polypeptid Có dạng xoắn, xoắn α xoắn β - Liên kết: Liên kết tạo nên cấu trúc bậc protein liên kết hidro Liên kết hyđro tạo nhóm C=O, cụ thể oxy với H nhóm N-H liên kết pepetid khác chuỗi polypeptid tạo dạng xoắn α Mỗi vòng xoắn có 3,6 amino acid, khoảng cách vòng xoắn 5,4 A o,đưòng kĩnh vòng xoắn 10,1 Ao Nếu liên kết hyđro tạo thành từ liên kết peptid nằm chuỗi polypeptid khác hình thành xoắn β Liên kết hyđro liên kết yếu nhiên với số lượng lớn nên làm cho chuỗi polypeptid bị xoắn lại - Ý nghĩa: liên kết cấu trúc bậc protein có tác dụng trì tính ổn định tế bào Cấu trúc không bền liên kết hydro không bền dễ dàng bị phá huỷ tác dụng yếu tố khác c Cấu trúc bậc - Định nghĩa: cấu trúc bậc xếp chuỗi polypepetid không gian - Liên kết: Liên kết trì cấu trúc bậc protein liên kết phụ liên kết ion, liên kết disunfua Các liên kết không bền dễ bị thay đổi tác động yếu tố môi trường nên cấu trúc không bền - Ý nghĩa: Cấu trúc làm cho chuỗi polypeptid có hình dạng kích thước định Do cuộn lại chuỗi mà dẫn đến xếp cách ngẫu nhiên cho nhóm chức ưa nước gốc R amino acid quay bề HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 mặt chuỗi tạo thành vùng ưa nước, nhóm ghét nước quay vào bên lòng phân tử tạo thành vùng ghét nước Sự xếp ngẫu nhiên giúp phân tử protein ổn định tế bào Do hình thành cấu trúc bậc nên protein có chức xúc tác (Protein enzyme) dẫn đến hình thành trung tâm hoạt động Khi thay đổi cấu trúc bậc làm giảm khả xúc tác protein d Cấu trúc bậc - Định nghĩa: kết hợp chuỗi polypeptid vốn tạo thành protein Với phân tử protein tạo thành từ nhiều chuỗi polypepetid chuỗi tồn độc lập với nhau, nhiên dạng chức sinh học, chuỗi liên kết với tạo thành liên kết bậc thể chức sinh học - Liên kết: chủ yếu liên kết hyđro - Ý nghĩa: chức sinh học Hình dạng cấu trúc phân tử protein Nguồn(www.research-innovation.ed) 1.2 Tính chất protein 1.2.1 Hình dạng phân tử lượng protein - Protein có khối lượng phân tử lớn từ 10- 100 nghìn Da HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 (1 Da = 1,66.10-24gam), gồm có dạng + Protein hình cầu: chiều dài/ rộng = 20 lần Phần lớn protein hình cầu hoà tan nước dung dịch muối loãng, có hoạt tính sinh học + Protein hình sợi: chiều dài/ chiều rộng = hàng triệu lần không tan nước, trơ mặt hoá học chủ yếu có chức học 1.2.2 Khả hyđrat hoá tính tan protein - Đa số protein có khả hòa tan nước tạo thành dung dịch keo không qua màng bán thấm (celophan) Người ta lợi dụng đặc điểm để tinh protein khỏi chất có khối lượng phân tử thấp - Protein có chứa liên kết peptid nhóm có cực nên có khả kết hợp với phân tử nước (có tính lưỡng tính) để tạo thành lớp vỏ nước có tính hoà tan cao Tuy nhiên, có số protein có khả hidrate cao tính hoà tan thấp tính hoà tan phụ thuộc vào yếu tố sau: + Vị trí nhóm háo nước nhóm kị nước, nhóm kị nước nằm bên tăng tính hoà tan + Khả kết hợp với nước nhóm chức có cực + Khả hoà tan protein phụ thuộc vào nồng độ muối trung tính Nếu nồng độ muối thấp khả hoà tan tăng ngược lại nồng độ muối cao khả hoà tan giảm + Khả hoà tan phụ thuộc vào chất dung môi hữu cơ, cho dung môi vào làm tăng lực hút tĩnh điện phân tử protein với nhau, phân tử liên hợp lại tạo thành kết tủa dung môi etanol có tính hút nước mạnh mẽ nên phá vỡ lớp vỏ hydrate + Khả hoà tan phụ thuộc vào nhiệt độ, pH Khi nhiệt độ cao, protein bị biến tính, bị kết tủa tạo vón, điểm pH đẳng điện tính hoà tan protein thấp nhất, cuối protein bị đông tụ 10 HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 7.3.2 Nguyên nhân (tìm hiểu sau) a Cơ chế hoạt động b Tiếp nhận phosphat c Những biến đổi trao đổi chất d Những biến đổi tổ chức nội bào 7.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến chín 7.4.1 Nhiệt độ Nhiệt độ yếu tố môi trường ảnh hưởng định đến trình sống bảo quản Tăng nhiệt độ làm tăng cường độ hô hấp (tăng cường độ phản ứng trình trình trao đổi chất) Tuy nhiên phạm vi ứng dụng tăng nhiệt độ để tăng cường độ hô hấp có hạn Khi nhiệt độ giảm từ 25 đến 0C cường độ hô hấp giảm nhanh, nhiệt độ giảm đến gần điểm đóng băng giảm cường độ hô hấp chậm lại Nếu muốn trình chín xảy nhanh phải sử dụng nhiệt độ cao, muốn kéo dài trình chín nên bảo quản nhiệt độ thấp Tuy nhiên, loại rau nhiệt đới không thích hợp với nhiệt độ bảo quản thấp so với rau ôn đới 7.4.2 Ethylene a Ảnh hưởng ethylen đến chín hoa Ethylene chất khí có công thức hoá học C 2H4, sản phẩm trình trao đổi chất thực vật, sinh mô thực vật Ethylene hoocmon có tác dụng làm già hoá mô rau ăn Ethylene chất làm tăng trình chín Nếu loại rau tiếp xúc với ethylene thúc đẩy nhanh trình hư hỏng, dù nhiệt độ thường hay nhiệt độ cao, sản phẩm nhạy cảm với ethylene Do đó, không nên để lẫn sản phẩm sinh khí ethylene với loại trái dễ nhạy cảm với ethylene nguồn sinh khí ethylene khác khí thải từ động cơ, khói kể thuốc Nếu giảm nhiệt độ làm giảm tốc độ sinh khí ethylene làm giảm nhạy cảm trái ethylene b Cơ chế tác dụng ethylene 85 HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 - Khi lượng ethylene tích luỹ đủ lớn, làm cho tăng tính thấm màng tế bào Nhờ vậy, enzyme bị tách khỏi chất, ngăn cách màng tế bào có điều kiện hoạt động, xúc tiến phản ứng liên quan đến qúa trình chín - Ethylene đủ lớn có tác dụng hoạt hoá lên enzyme, gây nên thay đổi trình chín Enzyme enzyme tham gia vào trình hô hấp, enzyme gây nên biến đổi đặc trưng cho chín, enzyme tổng hợp nên sắc tố c Rấm chín ethylene ngoại sinh - Thời điểm ứng dụng ethylene ngoại sinh: trước hô hấp đột biến - Tác dụng: ethylene làm cho thời điểm bắt đầu trình hô hấp đột biến rút ngắn lại, giá trị cực đại cường độ hô hấp không thay đổi Khi nồng độ ethylene giảm nồng độ ban đầu cường độ hô hấp tăng lên Đối với hô hấp đột biến, nồng độ ethylene tăng giá trị cực đại cường độ hô hấp tăng giảm nồng độ ethylene nồng độ ban đầu cường độ hô hấp giảm giá trị ban đầu - Sử dụng ethylene ngoại sinh + Ethylene dạng khí ứng dụng nhiều + Đất đèn + Ethrel dạng lỏng 7.4.3 Môi trường khí biến tạo a Ảnh hưởng oxy Thành phần khí khí bảo quản có ảnh hưởng quan trọng đến đặc điểm cường độ hô hấp, nói cách khác trình trao đổi chất nông sản Khi chín, rau thường có cường độ hô hấp cao Khi nồng độ oxi môi trường khí thấp làm chậm trình chín nông sản nên kéo dài thời gian bảo quản 86 HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 b Ảnh hưởng CO2 Khi nồng độ CO2 môi trường bảo quản tăng lên cường độ hô hấp giảm, làm chậm trình chín Tuy nhiên nồng độ CO cao gây tượng hô hấp yếm khí nông sản, chúng bị tích lũy chất độc bên làm cho nông sản bị chết 87 HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 CHƯƠNG 8: HOÁ SINH CỦA QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN VÀ CHẾ BIẾN NGŨ CỐC Xuất phát từ thực tế sản xuất, nhà khoa học tập trung vào nghiên cứu thành phần hoá học loại ngũ cốc thay đổi thành phần trình bảo quản chế biến Tác phẩm công bố công trình nghiên cứu nhà bác học Becari người Italia năm 1745 việc tách gluten từ tinh bột cách rửa Tiếp nhà bác học người pháp tìm phương pháp để xác định ảnh hưởng điều kiện bón phân độ trắng đến thành phần hoá học hạt lúa mì Bước sang kỷ XX, nhiều công trình nghiên cứu xoay quanh việc nghiên cứu giá trị dinh dưỡng thành phần hạt ngũ cốc, nghiên cứu biến đổi chất lượng hạt trình bảo quản chế biến đặc biệt lĩnh vực lên men 8.1 Sơ lược cấu tạo thành phần hoá học số loại ngũ cốc * Cấu tạo hạt ngũ cốc: loại hạt ngũ cốc có phần là: vỏ, nội nhũ phôi Tỷ lệ thành phần thay đổi tuỳ thuộc vào loại ngũ cốc Ví dụ: Loại hạt Lúa Vỏ (%) 16,0 – 27,0 Phôi (%) 2,0 – 2,5 Nội nhũ (%) 72,0 Ngô 5,0 – 8,5 10,0 – 15,0 79,0 – 83,0 Lúa mì 15,0 – 19,0 2,2 – 3,2 77,0 – 82,0 Nguồn (Hóa sinh công nghiệp,Lê Ngọc Tú) a Vỏ - Vỏ phận bảo vệ phôi nội nhũ khỏi bị tác động yếu tố học hoá học bên - Thành phần vỏ chủ yếu cellulose, hemicellulose, licnin - Vỏ cấu tạo lớp tế bào: 88 HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 + Lớp tế bào kích thước lớn xếp theo chiều dọc hạt + Lớp tế bào giống lớp xếp theo chiều ngang Khi hạt xanh, lớp chứa diệp lục tố nên hạ có mầu xanh, hạt chín lớp trống rỗng + Lớp hay gọi lớp vỏ tế bào hình ống xếp theo chiều dọc hạt Phía bên lớp vỏ vỏ hạt Lớp vỏ hạt lại có lớp Lớp tế bào xếp khít chứa đầy chất mầu, lớp tế bào không màu thấm nước b Lớp alorong nội nhũ - Lớp alorong cấu tạo hành tế bào lớn, thành dày Trong tế bào alorong có chứa hợp chất nito, chất khoáng, giọt chất béo - Tế bào nội nhũ tế bào lớn thành mỏng, có hình dạng khác nhau, xếp không theo thứ tự Nội nhũ thành phần dự trữ chất dinh dưỡng hạt, thành phần chủ yếu gồm có tinh bột protein, có chất béo, muối khoáng sinh tố Sự phân bố chất dinh dưỡng phần nội nhũ khác c Phôi - Phôi phần phát triển thành hạt nẩy mầm Chất dinh dưỡng phôi chủ yếu protein (35%), glucid hoà tan (25%), chất béo (15%) đặc biệt phôi ngô có 40% chất béo Tóm lại, thành phần hoá học hạt khác khác Thành phần hoá học phân bố không đề thành phần hạt Nội nhũ chủ yếu tinh bột Trong phôi, nửa protein, phần tư glucid, có chứa nhiều chất béo Trong vỏ phần lớn cellulose 89 HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 Bảng 8.1 Thành phần hoá học đặc trưng loại ngũ cốc Loại hạt Nước Glucid Protein Chất béo Cellulose Tro (%) Thóc (%) 13,0 (%) 63,0 (%) 6,7 (%) 2,1 (%) 8,8 5,4 Lúa mì 14,0 68,7 12,0 1,7 2,0 1,6 Ngô 14,0 67,9 10,0 4,6 2,2 1,3 Đậu nành 10,0 26,0 36,6 17,5 4,5 5,3 Vừng 9,3 10,0 18,4 50,7 7,0 5,0 Bảng 8.2 Sự phân bố thành phần hoá học phần hạt ngô Tên Protein Tinh bột Đường Chất béo Tro (%) phần Nội nhũ (%) 9,4 (%) 86,4 (%) 0,64 (%) 0,8 0,31 Phôi 18,8 8,2 10,80 34,5 10,10 Vỏ 3,7 7,3 0,34 1,0 0,84 8.2 Hoạt động sinh lý hạt ngũ cốc sản phẩm chế biến trình bảo quản 8.2.1 Sự hô hấp hạt ngũ cốc - Tuỳ vào điều kiện mà hạt hô hấp hiếu khí yếm khí Quá trình hô hấp hiếu khí tổng quát phương trình sau: C6H12O6 + O2 CO2 + H2O Quá trình hô hấp yếm khí tổng quát phương trình sau: C6H12O6 C2H5OH + CO2 - Khi trình hô hấp xảy ra, khối hạt bị nóng lên, độ ẩm khối hạt tăng lên Điều làm cho trình hô hấp hạt diễn mạnh mẽ Mặt khác, hàm lượng chất khô hạt bị giảm sút, khoảng trống hạt có tích luỹ CO2 đến 12-15%, phôi hạt bị ngộ độc khả nảy mầm tích tụ rượu etylic hô hấp yếm khí Vì tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng hạt mà có trình bảo quản hạt thích hợp - Cường độ hô hấp hạt phụ thuộc vào nhiều yếu tố quan trọng độ ẩm nhiệt độ hạt 90 HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 + Độ ẩm hạt cao hạt hô hấp mạnh cường độ hô hấp tăng lên rõ rệt độ ẩm hạt vượt độ ẩm tới hạn Độ ẩm bảo quản hạt độ ẩm thấp độ ẩm tới hạn Ví dụ: với hạt lương thực bảo quản độ ẩm an toàn 12-13 %, hạt chứa dầu bảo quản 8-9% + Nhiệt độ tăng lên hạt hô hấp mạnh, 50-55 0C hạt hô hấp mạnh nhiệt độ cao cường độ lại giảm protein bị biến tính + Ngoài yếu tố trạng thái hạt lúc ban đầu ảnh hưởng nhiều đến cường độ hô hấp hạt Nếu hạt xanh, khối hạt có nhiều hạt lép, đứt gẫy, phẩm chất hạt hô hấp mạnh, hạt khó bảo quản Tóm lại, muốn bảo quản loại hạt cần phải ý đến tất yêú tố ảnh hưởng đến hoạt động hô hấp hạt, nên bảo quản hạt nhiệt độ bình thường, độ ẩm hạt phải thấp độ ẩm tới hạn 8.2.2 Quá trình chín sau thu hoạch - Sự chín sau thu hoạch xảy giai đoạn đầu trình bảo quản hạt thu hoạch Sự chín sau thu hoạch toàn trình xảy hạt bảo quản có tác dụng hoàn thiện chất lượng hạt giống tính kỹ thuật hạt - Hiện tượng chín sau thu hoạch phức tạp khó viết toàn qúa trình sinh hoá xảy sau thu hoạch Hạt thu hoạch có độ nẩy mầm thấp sau trình chín sau thu hoạch chất lượng hạt giống hoàn thiện Điều giải thích thời gian chín sau thu hoạch có hoàn thiện trình tổng hợp, hoạt động enzyme giảm cường độ hô hấp, hạt bước vào giai đoạn chín sinh lý - Sự chín sau thu hoạch bị ảnh hưởng số yếu tố: độ ẩm, nhiệt độ, mức độ thoáng khí thành phần không khí khối hạt 91 HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 + Độ ẩm hạt thấp qúa trình tổng hợp hạt chiếm ưu trình thuỷ phân Vì thế, muốn cho trình chín sau thu hoạch thực tốt độ ẩm hạt phải thấp độ ẩm giới hạn + Nhiệt độ có ảnh hưởng đến việc rút ngắn thời gian chín sau thu hoạch Hạt tươi sau thu hoạch phơi nắng cho khô, thổi không khí nóng vào khối hạt để giảm độ ẩm hay sấy hạt với nhiệt độ tác nhân sấy 45 0C có tác dụng rút ngắn thời gian chín sau thu hoạch + Nhiệt độ môi trường, mức độ thoáng khí thành phần không khí khối hạt có ảnh hưởng đến hô hấp cường độ hô hấp hạt - Giai đoạn chín sau thu hoach kéo dài vài tuần lễ, sau hạt bước vào giai đoạn ổn định Nếu kéo dài thời gian bảo quản hạt lâu tế bào phôi bị già độ nảy mầm hạt giảm xuống Tóm lại, thời gian chín sau thu hoạch, lượng chất hoà tan hạt giảm xuống, hoạt tính xúc tác enzyme giảm dần, cường độ hô hấp hạt yếu hạt tiếp tục tổng hợp hợp phần quan trọng hạt tổng hợp protein, glucid, chất béo 8.2.3 Sự nảy mầm hạt bảo quản Trong bảo quản, hoàn toàn không cho phép để hạt nảy mầm Hạt nảy mầm kết bảo quản không nguyên tắc Bảng 8.3 Sự thay đổi thành phần hoá học hạt ngô nảy mầm Đối Nito Tinh tượng (%) dextrin bột Đường Chất (%) nghiên hemicellulose cứu Hạt (%) Mầm béo Tro Cellulose Những (%) (%) chất (%) khác 2,5 73,95 5,36 1,80 5,98 (%) 2,72 3,2 17,15 21,04 3,31 3,46 29,64 6,54 Nguồn (Hoá sinh công nghiệp, Lê Ngọc Tú) - Để hạn chế tượng nảy mầm qúa trình bảo quản, cần phải biết tường tận điều kiện nẩy mầm hạt - Nước, không khí nhiệt độ yếu tố làm cho hạt nảy mầm 92 HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 - Sự trương nở trình trình nẩy mầm Tinh bột protein hấp thụ nước, thể tích tăng lên Mức độ trương nở phụ thuộc vào thành phần hoá học hạt, độ thẩm thấu hạt hàng loạt điều kiện khác Hạt giầu glucid hút nước đến 80%, hạt giàu protein hút đến 150% Nhưng hạt nảy mầm với lượng nước mà hạt có khả hấp thụ (40-70%) Độ ẩm yếu tố kìm hãm nảy mầm Hạt nảy mầm nhiệt độ thấp - Khi nẩy mầm, hạt hô hấp mãnh liệt, toả nhiều lượng gây tượng tổn thất chất khô Hoạt động enzyme thủy phân tinh bột, protein tăng lên đồng thời trình phân huỷ chất béo Ví dụ: theo Oparin, độ hoạt động amylase hạt đạt giá trị cực đại sau nảy mầm 6-8 ngày Tóm lại, nẩy mầm có ảnh hưởng không tốt tổn thất chất khô hạt, nhiệt lượng thoát nhiều làm cho trình hô hấp xảy mãnh liệt, giảm chất lượng hạt Khối hạt tiếp tục bảo quản an toàn Vì thể trình bảo quản phải quan tâm đến độ ẩm hạt môi trường để hạn chế hay tiêu diệt trình nảy mầm hạt 8.2.4 Quá trình gây đắng sản phẩm chế biến - Quá trình gây đắng thường xảy bảo quản bột gạo - Sự gây đắng có quan hệ mật thiết với biến đổi thành phần chất béo, hậu trình oxi hoá thuỷ phân chất béo - Quá trình gây đắng sản phẩm chế biến phụ thuộc vào chất lượng ban đầu bột, nhiệt độ, ánh sáng môi trường không khí + Bột chế biến từ loại hạt bị bốc nóng, hay nẩy mầm nhanh chóng bị đắng bột chế biến từ hạt có chất lượng bình thường Bởi hạt nảy mầm hay bị bốc nóng có chứa lượng lớn acid béo tự do, enzyme lipase dạng hoạt động + Nhiệt độ cao không khí kho làm cho trình gây đắng phát triển nhanh, đặc biệt nhiệt độ 30-350C 93 HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 + Độ ẩm bột tăng có tác dụng kìm hãm qúa trình oxi hoá chất béo gây đắng sản phẩm độ ẩm cao ngăn cản xâm nhập oxy vào chất béo + Tia nắng có tác dụng đẩy mạnh trình oxi hoá gây đắng sản phẩm + Tỷ lệ lấy bột cao nghĩa bột có lẫn nhiều phần tử phôi hạt tượng gây đắng giảm phôi có chất chống oxi hoá Bột loại đắng so với bột thượng hạng bột loại - Khi bột chưa có vị đắng rõ rệt hay thấy số acid chất béo tăng lên cách đột ngột phải kịp thời xử lý bột - Những loại bột gạo qua giai đoạn chế biến nước nhiệt tránh tượng bị đắng trình bảo quản Tóm lại, tượng bị đắng sản phẩm chế biến có ảnh hưởng không tốt đến chất lượng thực phẩm nên bảo quản bột nhiệt độ thấp, ý đến chất lượng ban đầu bột bảo quản 8.2.5 Quá trình chín bột mì - Sự chín bột mì trình tăng chất lượng gluten chất lượng bánh bảo quản - Sự chín xảy giai đoạn đầu trình bảo quản khoảng 2-4 tuần đầu sau nghiền hạt thành bột, nên bột mì sau xuất xưởng có trình tồn trữ định - Sự tăng chất lượng gluten giải thích trình thuỷ phân chất béo nhờ tác dụng enzyme lipase Các acid béo tự tạo thành giai đoạn có tác dụng mạnh mẽ tới protein gluten làm gluten chặt hơn, gluten trở nên dẻo đàn hồi trước - Mặt khác, sau bảo quản bột trở nên trắng lúc đầu sắc tố bị oxi hoá thành chất không mầu Thực nghiệm cho thấy nhiều không khí xâm nhập vào khối bột bột trở nên trắng 8.3 Sự thay đổi thành phần hoá học hạt ngũ cốc trình chế biến gạo bột a Quy trình chế biến gạo thể theo sơ đồ sau: 94 HOÀNG LAN PHƯỢNG Nguyên liệu 12/2007 làm tạp chất xay (bóc vỏ) xát (thu gạo trắng) - Thực nghiệm cho thấy, sau trình làm sạch, hàm lượng chất béo protein hạt thực tế thay đổi riêng hàm lượng tro giảm Bảng 8.4 Sự thay đổi thành phần hoá học thóc sau làm Hàm lượng % theo chất khô Protein (%) Chất béo (%) Tro (%) Cellulose (%) Thóc trước làm 7,28 2,33 5,24 9,64 Tên sản phẩm Thóc sau làm 7,25 2,33 5,06 9,43 Nguồn (Hóa sinh công nghiệp, Lê Ngọc Tú) - Sau xay, trấu tách thu gạo Thành phần hoá học gạo trấu có thay đổi - Giai đoạn xát gạo nhằm tách đến mức tối đa lớp vỏ quả, vỏ hạt lớp alơrong Tuỳ theo cường độ xát (mức bóc cám) cao hay thấp mà thành phần hoá học gạo thành phẩm khác nhiều Bảng 8.5 Sự thay đổi thành phần hoá học gạo theo mức độ xát Tên sản Hàm lượng % chất khô Chất béo Tinh bột Tro Protein phẩm Gạo lật (xay) 8,6- 10,1 1,5- 2,0 Cellulose 76,8- 82,5 1,32- 1,70 0,86- 1,60 Gạo xát lần 8,1- 9,9 1,4- 1,9 78,4- 85,8 1,20- 1,40 0,6- 1,2 Gạo xát lần 7,9- 9,6 1,3- 1,6 80,0- 87,1 1,10- 1,26 0,5- 1,1 Gạo xát lần 7,8- 9,4 1,0- 1,1 83,0- 88,0 0,98- 1,14 0,4- 0,8 Gạo xát lần 7,7- 9,3 0,7- 0,9 84,5- 89,0 0,70- 0,98 0,2- 0,5 Gạo xát lần 7,6- 9,2 0,5- 0,6 90,8 0,48- 0,72 0,1- 0,4 Nguồn (Hóa sinh công nghiệp, Lê Ngọc Tú) Nhận xét: gạo xát kỹ hàm lượng cellulose giảm độ tiêu hoá gạo tăng lên, hàm lượng protein, chất béo gạo giảm đi, hàm lượng vitamin giảm Theo William V Fieger E.A qúa trình xát gạo lượng vitamin giảm 56- 81% 95 HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 - Thành phần hoá học gạo phụ thuộc vào mức độ xát mà phụ thuộc vào giống hạt Chẳng hạn, gạo nếp hàm lượng amilopectin cao nhiều so với gạo tẻ b Quy trình sản xuất bột thể theo sơ đồ sau: Nguyên liệu làm tạp chất làm ẩm hạt nghiền - Nghiền công đoạn quan trọng trình sản xuất bột Tuỳ vào yêu cầu chất lượng thành phẩm mà dùng phương pháp nghiền khác nhau, nghiền lần nghiền nhiều lần + Nghiền lần thường sử dụng cối nghiền máy nghiền búa Nghiền lần thành phẩm có chất lượng + Nghiền nhiều lần thường thực loại máy nghiền đôi trục Nghiền nhiều lần có thêm khâu làm giầu sản phẩm trung gian, tách riêng nội nhũ khỏi phôi lấy nhiều loại bột chất lượng khác (bột thượng hạng, bột hạng nhất, bột hạng hai) Sau nghiền hàm lượng thành phần chất có nguyên liệu có thay đổi Điều thấy rõ bảng sau: Bảng 8.6 Thành phần hoá học sản phẩm nghiền từ lúa mì (tính theo phần trăm chất khô) Tên sản phẩm Tỉ lệ lấy bột Hạt 100 Bột thượn g hạng Bột hạng Bột hạng hai Tro 1,7 10,1 0,4 22,4 0,5 47,5 1,2 0 Cellulos e Pentos e 1,51 6,42 0,13 1,57 0,22 1,84 0,48 3,44 96 Tinh bột 62,9 80,1 77,8 72,5 Chấ t béo 2,06 0,99 1,20 2,02 Gluten ướt khô 45,7 15,1 39,1 15,1 6 43,2 12,9 48,4 16,9 protei n 12,51 10,33 11,15 14,80 HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 Nguồn (Hoá sinh công nghiệp, Lê Ngọc Tú) Tóm lại, qua bảng ta thấy rằng, bột thượng hạng lấy từ nội nhũ tinh khiết Trong loại bột hàm lượng tinh bột chiếm cao nhất, tro hàm lượng chất béo thấp 8.4 Những biến đổi hoá sinh trình chế biến nước nhiệt loại hạt ngũ cốc - Kỹ thuật chế biến nước nhiệt áp dụng từ lâu công nghệ sản xuất bột mì Tính chất hoá lý hoá sinh hạt ngũ cốc bị thay đổi áp dụng thuật - Theo nghiên cứu, sau hạt ngũ cốc chế biến nước nhiệt vỏ hạt ngũ cốc dai hơn, dễ tách vỏ hơn, tỉ lệ lấy bột nâng cao chất lượng bột mì tốt Cụ thể lượng tiêu hao cho trình nghiền giảm 8- 15%, bánh nở hơn, độ tro thấp so với bột không chế biến nước nhiệt 0,05- 0,15% - Gạo đồ (gạo qua chế biến nước nhiệt) sản xuất lâu đời Ấn Độ, Mianma, Malaixia Khoảng 1/5 sản lượng lúa giới chế biến nước nhiệt Quy trình sản xuất gạo đồ sau: Thóc làm hấp nước ngâm (bằng nước lạnh nước nóng) phơi sấy (đến độ ẩm 13%) xay (bóc vỏ) gạo thành phẩm - Về mặt sinh hoá, nhiều nhà bác học cho chế biến nước nhiệt xếp hình dạng hạt tinh bột bị thay đổi + Trong nguyên liệu chưa đồ, hạt tinh bột xếp không theo thứ tự, hạt tinh bột có khe hở lớn Đối với nguyên liệu qua chế biến nước nhiệt (với áp suất 0,5.105N/m thời gian phút) hạt tinh bột nằm theo thứ tự khít lại gần Nếu chế biến nước nhiệt áp suất cao hạt tinh bột bị vỡ + Bên cạnh đó, vitamin phân bố lớp chuyển dịch vào nội nhũ Do hồ hoá tinh bột biến tính protein nên hạt 97 HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 gạo đồ hút nước hơn, độ dính hồ tinh bột giảm xuống, thời gian nấu giảm hạt nở + Dưới tác dụng nhiệt độ, số men nguyên liệu bị nên hạt bảo quản lâu so với gạo thường + Tuy nhiên phương pháp chế biến nước nhiệt làm cho hạt gạo có màu nâu sẫm kết phản ứng Mailar Tóm lại, chế biến nước nhiệt biện pháp tương tối tốt để bảo quản hạt ngũ cốc 8.5 Những biến đổi hóa sinh trình sản xuất bánh mì - Quy trình sản xuất bánh mì thường có khâu sau: Bột mì nhào bột lên men chia bột vê bánh, tạo hình nướng Trong công đoạn sản xuất có biến đổi hoá sinh riêng - Công đoạn nhào bột: để thu khối bột nhào đồng Trong nhào bột với nước protein tinh bột hút nước trương lên kết lại thành khối với cấu tử khác Lượng oxi xâm nhập vào tuỳ thuộc vào cường độ nhào, chất lượng bột Protein có vai trò tạo độ đàn hồi độ dẻo khối bột nhào Protein không tan nước, hút nước trương nên tạo nên màng mạng dây chằng chịt Do khối bột có tính dai đàn hồi Bộ xương cấu tạo từ protein gọi gluten - Công đoạn lên men: khâu nhào bột, tiếp tục khâu chia bột, vê bánh, tạo hình giai đoạn đầu trình nướng bánh Nấm men bánh mì thuộc chủng Saccharomyces cerevisiae Trong trình lên men bột nhào lên men rượu đóng vai trò chủ yếu + Glucose, fructose chuyển hoá trực tiếp thành rượu thành CO2 Sucrose, mantose chuyển hoá thành glucose, fructose nhờ enzyme thuỷ phân + Lượng khí CO2 tích tụ khối bột nhào khiến cho khối bột trở lên xốp thể tích tăng lên rõ rệt + Độ acid khối bột tăng lên thay đổi từ pH= đến pH=5 Đó số acid hình thành trình lên men chủ yếu 98 HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 acid lactic acid axetic chiếm 2/3 lượng acid nói chung Vị mùi thơm bánh khối bột tích luỹ acid, aldehyd + Trong trình lên men, protein bột nhào bị thuỷ phân tác dụng protease tạo amino acid Mầu bánh phản ứng đường khử amino acid Tóm lại, trình sản xuất bánh mì có nhiều phản ứng hoá sinh nhờ biến đổi hoá sinh mà chất lượng bánh mì tốt 99 [...]... HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 CHƯƠNG 2: ENZYME - ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM 2.1 Khái niệm enzyme Enzyme là chất xúc tác sinh học có bản chất protein Trong cơ thể sinh vật, luôn xảy ra các phản ứng hóa sinh Người ta cho rằng enzyme đã xúc tác cho hầu hết các phản ứng, đảm bảo cho quá trình trao đổi chất diễn ra nhịp nhàng, theo chiều hướng xác định hay nói cách khác enzyme giúp cho sự sinh. .. chế enzyme 31 HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 a.Nguồn gốc Enzyme có trong hầu hết các loại sinh vật - Từ thực vật người ta có thể chiết xuất ra nhiều loại enzyme Ví dụ: từ dứa có thể chiết xuất ra enzyme bromelin, từ nhựa đu đủ xanh có thể chiết xuất ra enzyme papain, amylase từ khoai lang - Từ động vật có thể chiết xuất ra enzyme pepsine, trypsine từ dạ dày và dịch tuỵ, amylase từ gan - Từ vi sinh vật có... enzyme EP E+P 21 HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 E: Enzyme; S: Cơ chất; P: Sản phẩm Nguồn (www.research-innovation.ed) * Ưu điểm của thuyết này Theo thuyết này, giữa enzyme và cơ chất không có sự tương đồng về cấu trúc phân tử mà sự tương đồng xảy ra khi enzyme và cơ chất tiến lại gần nhau, enzyme gây ra cảm ứng làm biến dạng cơ chất Từ đó làm cho phân tử cơ chất dễ dàng tham gia vào các phản ứng hóa học Thuyết... trao đổi chất 30 HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 - Trong quá trình chế biến thực phẩm, các phản ứng oxi hoá khử tạo ra các sản phẩm có mầu sắc đẹp, vị ngon, hương thơm làm cho sản phẩm thực phẩm có tính chất đặc trưng hoặc tăng giá trị cảm quan của sản phẩm - Phản ứng oxi hoá khử sinh học cũng làm giảm chất lượng nông sản Tóm lại, đối với ngành công nghệ thực phẩm thì phản ứng oxi hoá khử sinh học có thể bất... trên 200 0C, tryptophan sẽ bị vòng hóa tạo thành các α, β, γ carboline - Khi gia nhiệt ở nhiệt độ cao hơn nữa, protein của các thực phẩm có pH trung tính sẽ biến đổi như sau: + Các liên kết peptid và đồng phân hóa của các amino acid bị thủy phân làm giảm giá trị dinh dưỡng, khả năng tiêu hóa của thực phẩm + Một số amino acid bị phá hủy Cystein bị chuyển hóa thành dehydroalanine Trong môi trường kiềm, serine,... từ gan - Từ vi sinh vật có thể chiết xuất ra nhiều loại enzyme Vi sinh vật có thể là nấm mốc, nấm men, vi khuẩn như các loài Aspergillus, Streptomyces, Bacillus Xu thế hiện nay, người ta thường thu chế phẩm enzyme từ các loại vi sinh vật bởi nó có một số lợi ích sau: + Có thể chủ động về nguồn nguyên liệu + Chu kỳ sinh trưởng của vi sinh vật ngắn + Giá thành thấp b Tách enzyme nhờ kết tủa bằng dung... điều hoà dương 2.1.2 Tính chất của enzyme 19 HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 Enzyme mang đầy đủ tính chất của chất xúc tác thông thường ngoài ra còn mang tính chất của protein Như các chất xúc tác khác, enzyme làm tăng tốc độ phản ứng nhưng không bị thay đổi trong quá trình xúc tác và chỉ cần một lượng nhỏ cũng có thể chuyển hoá cơ chất Vì enzyme là chất xúc tác sinh học nên ngoài những tính chất xúc tác như... nhưng cấu trúc bậc 1 không thay đổi b Khi bị biến tính protein thay đổi tính chất lý, hoá học và chức năng sinh học, cụ thể: - Độ nhớt tăng - Tính linh động kém - Khả năng hoà tan kém - Dễ bị kết tủa c Các yếu tố gây biến tính - Các yếu tố vật lý: tác nhân cơ học, nhiệt, tia phóng xạ 11 HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 + Nhiệt độ là tác nhân làm biến tính protein thường gặp nhất Dưới tác dụng của nhiệt độ phân... nông nghiệp, mỗi loại cây trồng có thể sinh trưởng và phát triển tốt ở một vùng pH nhất định của đất hoặc của nước d Các chất hoạt hoá enzyme - Định nghĩa: các chất hoạt hoá enzyme là những chất có tác dụng làm tăng cường hoạt động xúc tác của enzyme - Bản chất của các chất hoạt hoá rất khác nhau, chúng thường là những chất có khối lượng phân tử nhỏ 25 HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 + Có thể là các ion kim... khác nhau vì thế khi chế biến thực phẩm phải có sự phối trộn các nguồn thực phẩm khác nhau Chúng sẽ bổ sung cho nhau về mặt dinh dưỡng Trong chọn giống, các nhà chọn giống không chỉ có xu hướng chọn giống có hàm lượng protein cao mà phải còn có thành phần amino acid không 13 HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 thay thế Hiện nay, các nhà khoa học đã tạo ra giống ngô giàu lysin tới 4%, tạo ngô gen opax ức chế prolamin ... vitamin chất sinh trưởng chất dễ bị phân hủy tác dụng yếu tố nhiệt độ pH 45 HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 b Tác nhân vi sinh vật gây lên men - Vi sinh vật tác nhân chủ yếu gây nên lên men thân sinh vật... hương vị ưa thích - Độ pH 46 HOÀNG LAN PHƯỢNG 12/2007 + Vi sinh vật có khả sinh trưởng khoảng pH định Khi pH giới hạn, vi sinh vật bị vô hoạt Khoảng pH thích hợp cho sinh trưởng phát triển chúng... Hùng, Vũ Thy Thư (2006), Hóa sinh thực vật NXB Nông Nghiệp, Hà Nội Nguyên Văn Mùi (2001), Thực hành hóa sinh học NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Lê Ngọc Tú cộng (2000), Hóa sinh công nghiệp NXB Khoa