Tiểu luận môn hóa sinh thực phẩm phản ứng maillard

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VIỆN CƠNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM TIỂU LUẬN PHẢN ỨNG MAILLARD Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Trang Sinh viên thực hiện: Lớp: MỤC LỤC I GIỚI THIỆU Phản ứng Maillard lần báo cáo vào năm 1912 LouisCamille Maillard , người mơ tả làm nóng nhẹ đường amino axit nước , màu nâu vàng phát triển Phản ứng dẫn đến hợp chất nhiều màu sắc, trước hết mô tả từ đơn giản quan sát, thực kết đường phức tạp phản ứng hóa họcMaillard phản ứng quan sát phân tích , phản ứng trở thành quan trọng việc lĩnh vực khoa học thực phẩm thuốc Việc tiêu thụ sản phẩm phản ứng Maillard ( MRPs ) tăng lên thập kỷ gần có chứng cho thấy chất hấp thụ tham gia vào bệnh lý trình như, đục thủy tinh thể, bệnh tiểu đường, bệnh thối hóa, xơ vữa động mạch thận mãn tính thất bại Mặt khác, hợp chất chịu trách nhiệm cho thuộc tính cảm giác cần thiết sản phẩm thực phẩm chế biến nhiệt, góp phần xuất hiện, hương vị mùi thơm Louis Camille Maillard (1878-1936) II TỔNG QUAN VỀ PHẢN ỨNG MAILLARD Định nghĩa − − − III  − −  − −  − − IV V Phản ứng Maillard hay gọi phản ứng asamine, cacbonylamine, aminose, melanoidin, phản ứng phổ biến có vai trò quan trọng sản xuất thực phẩm Chất tham gia phản ứng protein sản phẩm phân giải chúng glucid qua nhiều giai đoạn trung gian phức tạp cuối tạo thành melanoidin Các giai đoạn Dựa vào màu sắc sản phẩm chia thành ba giai đoạn nhau: Sản phẩm giai đoạn đầu không màu không hấp thụ ánh sáng cực tím Sản phẩm giai đoạn thứ hai khơng màu có màu vàng hấp thụ mạnh ánh sáng cực tím Sản phẩm giai đoạn cuối có màu đậm SỰ TẠO MÀU CỦA PHẢN ỨNG MELANOIDIN Dựa vào mức độ màu sắc sản phẩm để chia thành giai đoạn liên tiếp nhau: Giai đoạn đầu: Sản phẩm giai đoạn đầu khơng màu khơng hấp thụ ánh sáng cực tím Biến đổi protein chế biến bảo quản thực phẩm Gồm phản ứng ngưng tụ carbonylamin phản ứng chuyển vị Amadori Giai đoạn thứ hai: Sản phẩm giai đoạn khơng màu có màu vàng hấp thụ mạnh ánh sáng cực tím Gồm phản ứng khử nước đường, phân hủy đường hợp chất amin Giai đoạn cuối: Sản phẩm giai đoạn cuối có màu nâu đậm (Do tạo nên polymer khơng no hịa tan khơng hịa tan nước có màu nâu đậm có tên gọi chung melanoidin) Gồm phản ứng ngưng tụ aldol, trùng hợp hóa aldehydamin, tạo thành hợp chất dị vòng chứa nitơ SỰ TẠO MÙI CỦA PHẢN ỨNG MAILLARD Trong trình gia nhiệt acid amin tương tác với đường tạo thành aldehyd reduton theo sơ đồ phản ứng sau: Hexose + pentose + aicd amin → FurFurol + Oxymethylfurfurol + andehyd + reducton +… Bản thân FurFurol oxymethylfurfurol aldehyd có mùi đặc trưng Furfurol có mùi táo đường pentose tạo thành, cịn oxymethylfurfurol có mùi dễ chịu đường hexose tạo thành Ngoài hai aldehyd cịn có aldehyd khác đưuọc tạo thành tương tác acid amin với furfurol với reducton Điều có nghĩa hương thơm thành phẩm acid amin định Ví dụ: từ leucin cho aldehyd có mùi thơm bánh mì ; từ glycin cho aldehyd có mùi mật mùi thơm bia ; từ Valin phenylalanin cho aldehyd có mùi thơm dễ chịu hoa hồng… CÁC GIAI ĐOẠN PHẢN ỨNG CỦA PHẢN ỨNG MAILLARD Giai đoạn đầu phản ứng melanoidin Giai đoạn đầu phản ứng melanoidin ngưng tụ đường với acid tamin tạo thành base schiff (hợp chất hữu có nhóm –HC=N) glucoside N O C H H C OH HO C H H C OH H C OH + H2N R - H2O + H2O HN R R H C H C OH HO C H OH H C OH OH H C H C H C OH HO C H H C H C O CH 2schiff OH N- CH 2OH base glucoside Hình 1: Sơ đồ giai đoạn đầu phản ứng melanoidin Giai đoạn phản ứng chuyển vị amadori nhiệt đọ cao phức hợp đường amine bị đồng phân hóa cịn gọi bị chuyển vị nội phân tạo 1-amine1deoxy-2-cetone glucose CH 2OH − − − −  Hình 2: Sơ đồ phản ứng chuyển vị amadori Giai đoạn trung gian phản ứng meilanoidin Phụ thuộc vào điều kiện môi trường giai đoạn trung gian tiến hành theo đường sau: Tạo thành furfurol hydroxymetylfurfurol Tạo thành reducton mạch hở Phân hủy đường để tạo thành aldehide, aceton, diacetyl Tạo thành ozone Tạo thành furfurol ozone Nếu saccharide ban đầu glucose sản phẩm chuyển vị Amadori đun nóng furan sau chuyển thành base schiff hydroxymetylfurfurol  Tạo thành reducton có nguyên tử C Reducton hợp chất hữu có tính khử mạnh có nhóm endiol Thơng thường, nhóm endiol reducton liên kết với gốc aldehyde acid Do hợp chất nhạy với phản ứng oxy hóa khử Ví dụ reducton có sáu nguyên tử C acid dehydroascobic Không phải riêng reducton mà dạng dehydro góp phần tạo nên màu nâu O HC O H2C C H 2C C OH O C C C OH OH H H Rreducton C C OH OH C C HC OHC OH H O C Hcuû a axit tartric reducton hay laø enolaldehit OH OH 2H reducton hay R enolaldehit C C Rcủ a axit tartric hydroxymetylglioxal R C C R OH OH O HC O H hydroxymetylglioxal OH O  Phân hủy đường C R 2H O R O C C O O dehydroreducton R1 Một giai đoạn trung gian phản ứng tạo melanoidin phân reducton hủy đường từ sản phẩm chuyển vị Amadori để tạo thànhdehydroreducton sản phẩm khác nhau: triozoreducton, aldehyde piruvic, aceton, diacetyl Một số chất tạo thành phân hủy đường có mùi vị dễ chịu O C C O C O H C HO C O H CH 2OH axit dehydroascorbic  Phân hủy hợp chất amine Sản phẩm chuyển vị Amadori kết hợp với acidamin tạo CO2 H2O: - CO2 R CH + NH2 R' N R'' - H2O COOH aminodezoxyxetoza axit amin CH CH NH HC O COOH R C C CH NH CH R'' R CH N COOH R' H H H COOH C C N C R' H R'' H bazo schiff Base schiff tạo thành bị thủy phân thành aldehyde hợp chất amino Chính hợp chất amino cho sản phẩm chứa nitrogen có màu nâu sau Còn aldehyde tọa thành phản ứng này, so với acidamino phản ứng với aminoodezoxycetose có ngun tử C C N R' H R'' H C H H C NH2 O R H R' O NH H N H C COOH H CH + RC H C R'' C COOH H CH3 amin bazo schiff Giữa furfurol hydroxymetylfurfurol amino acid xảy tương tác oxy hóa Kết từ acidamino tạo thành aldehyde có ngun tử C Aldehyde tạo thành kết chuyển amin amino acid với reducton HC CH HC C O furfurol O + O2 HC CH C HC C H O C O axit peroxyfurfurolic OOH Giai đoạn cuối phản ứng meilanoidin Giai đọan cuối bao gồm nhiều phản ứng phức tạp, chủ yếu hai phản ứng sau: − Phản ứng ngưng tụ andol tạo thành polyme màu nâu không chứa nitrogen; − Phản ứng trùng hợp aldehydeamino tạo thành hợp chất nitrogen dị vịng Sự ngưng tụ aldehyde acetic thí dụ ngưng tụ andol O O H3C + C HCH H H aldehit axetic H3C C aldehit axetic CH OH CH O C H aldol Sự trùng hợp oxy hóa đồng thời aminooacetic dẫn đến tạo thành pirazine VI − − − − Ngoài hợp chất trên, kết phản ứng ngưng tụ aldehyde, piridin pirol tạo thành Sự ngưng tụ andol xảy caramel hóa dung dịch đường Khi có mặt hợp chất amino dù lượng vết xảy đồng thời hai kiểu phản ứng Giai đoạn cuối phản ứng melanoidin tạo nên polyme khơng no hịa tan nước, sau polyme khơng no khơng hịa tan nước, có màu đậm gọi chung melanoidin Các melanoidin hấp thụ mạnh tia cực tím (λ < 220nm), không khử dung dịch Fehling, khử iot 2,6- diclophenolondophenol Khả hòa tan melanoidin phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng Khi nhiệt độ cao trình xảy mãnh liệt melanoidin tạo thành có hương thơm hịa tan nước CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN PHẢN ỨNG MAILLARD Ảnh hưởng amino acid đường Đối với peptide, protein khả phản ứng nhóm –NH định, NH2 có protein nhiều khả phản ứng mạnh Biến đổi protein chế biến bảo quản thực phẩm Đối với acid amin khả tham gia phản ứng phụ thuộc vào độ dài mạch carbon vị trí nhóm amin so với nhóm carboxyl (Nhóm amin xa nhóm carboxyl tham gia phản ứng mạnh) , α-acid amin hoạt động β-acid amin Các acid amin cho sản phẩm mùi độ sẫm khác Ví dụ: - Glucocol phản ứng nhanh cho màu đậm, có mùi bia vị chua - Alanin phẩn ứng chậm cho màu nâu sẫm có mùi thơm hoa hồng - Leucin cho sản phẩm màu khơng đáng kể có mùi bánh mì rõ rệt Đối với đường khử điểu kiện cần thiết để tạo phản ứng melanoidin có gốc carboxyl Ví dụ: Glucose phản ứng mảnh liệt nhất, đến galactose va lactose Fructose phản ứng nhanh glucose Ngoài cường độ phản ứng melanoidin phụ thuộc vào nồng độ đường Tỷ lệ acidamino đường thích hợp 1/2 1/3 Nếu tăng nồng độ đường làm cho melanoidin tạo tan nồng độ chúng cao Tuy nhiên phản ứng tiến hành tỉ lệ nhỏ (1/30-1/400) Ảnh hưởng nước Để phản ứng Maillard tiến hành cực đại xung quanh phân tử protein phải tạo nên lớp đơn phân glucose lớp đơn phân nước Như vậy, có mặt nước điều kiện cần thiết để tiến hành phản ứng Nồng độ chất tác dụng cao, lượng nước phản ứng xảy mạnh Ảnh hưởng nhiệt độ Ở 00C, phản ứng melanoidin không xảy Tăng nhiệt độ, vận tốc phản ứng tăng lên mạnh mẽ Ở nhiệt độ khác nhau, sản phẩm tạo thành khác Ở nhiệt độ 95-1000C, phản ứng cho sản phẩm có tính chấ cảm quan tốt - Khi nhiệt độ cao melanoidin tạo có vị đắng mùi khét - Trong sản xuất để thu malt màu, người ta thường khoáng chế phản ứng melanoidin 1600C nhiệt độ 1600C melanoidin tạo thành khơng hịa tan nước làm giảm khả cho màu độ trích ly malt thu Ảnh hưởng c pH Phản ứng Melanoidin tiến hành khoảng pH rộng, nhiên môi trường kiềm phản ứng xảy nhanh Trong môi trường acid pH < 3, trình tạo melanoidin yếu chủ yếu phân hủy đường tăng nhiệt độ tốc độ phản ứng tăng nhanh môi trường acid (pH = 2) Chất kìm hãm chất tăng tốc phản ứng Phản ứng caramel hóa, oxy hóa melanoidin phản ứng có tham gia hợp chất cacbonyl Do chất kìm hãm phản ứng chất phản ứng với nhóm cacbonyl dimedon, hydroxylamino, bisunfit Những chất kết hợp với chất khác phát sinh giai đoạn trung gian, làm ngừng trình phản ứng Các chất tăng tốc phản ứng melanoidin có acid lactic phosphat Muối acid lactic làm tăng tốc phản ứng mạnh Dung dịch đệm phosphat làm tăng nhanh tốc độ phản ứng amino acid glucose mà cịn làm tăng phản ứng nâu hóa dung dịch glucose tinh khiết VII ỨNG DỤNG CỦA PHẢN ỨNG MAILLARD TRONG SẢN XUẤT THỰC PHẨM Trong sản phẩm thực phẩm có chứa đường acidamino hàm lượng khác phản ứng Maillard phổ biến trình sản xuất bảo quản thực phẩm.Tùy thuộc vào yêu cầu tính chất cảm quan sản  phẩm mà người ta tạo điều kiện để tăng cường phản ứng đến tối đa kìm hãm phản ứng đến mức tối thiểu Sản xuất bánh mì: Là trình tạo điều kiện phản ứng melanoidin phát triển tối đa Màu sắc vỏ bánh mì phản ứng định Vì biện pháp kỹ thuật tương ứng quy trình sản xuất len men để tạo axit amin tự do, đường khử, điều chỉnh nhiệt độ giai đoạn nướng nhằm mục đích Sản xuất bia Giai đoạn cuối trình malt hóa đại mạch sấy malt tươi Ở giai đoạn tình chất cơng nghệ malt định hình chừng mực đó, định tính chất cơng nghệ malt định hình chừng mực đó, định tính chất cảm quan sản phẩm Quá trình quan trọng giai đoạn sấy malt phản ứng tạo melanoin-một hỗn hợp gồm nhiều hợp chất, mức độ cao chi phối chất lượng bia vàng nhân tố định hương vị , màu sắc , khả tạo giữ bọt bia đen Phụ thuộc vào chất q trình chuyển hóa thời điểm, q trình sấy malt tươi chia làm pha chính: pha sinh lý, pha enzyme pha hóa học Những q trình xảy pha hố học có ý nghĩa quan trọng cơng nghệ sản xuất malt bia sản phẩm tạo thành đóng vai trị lớn thành phần chất lượng malt Hương, vị màu sắc cuối malt hình thành chủ yếu giai đoạn này, chất lượng cảm quan bia, kể khả tạo bọt, độ bền keo chúng định giai đoạn Quá trình quan trọng xảy giai đoạn tạo thành melanoidin Sản xuất rượu: Trong sản xuất rượu người ta kìm hãm phản ứng tạo melanoidin cách triệt để Vì phản ứng gây tổn thất tinh bột đường, đồng thời melanoidin tạo thành có tác dụng kìm hãm hoạt động enzyme Zavroxki đề kỹ thuật nấu nguyên liệu với lượng lớn nước để khắc phục ảnh hưỏng xấu phản ứng này, đồng thời giảm tổn thất đường tăng hiệu suất rượu Sản xuất đường: Q trình đặc: Trong nhà máy đường đại, nước mía đặc hệ đặc – lần hiệu với nhiệt độ khoảng 60-1300C Kết nước bị bốc khơng có thay đổi thành phần tính chất chất khô dung dịch Tuy nhiên q trình đặc xảy nhiều phản ứng hố học hóa lý dẫn đến thay đổi thành phần đặc tính chất tan Nước ngưng tụ hệ cô đặc nhiều nơi nước ngun chất mà chứa đường chất khơng đường Sự có mặt đường nước ngưng dẫn đến ăn mòn nồi Mặt khác tác dụng nhiệt độ, xảy phân huỷ đường chất không đường Đường khử bị phân huỷ kết hợp với chất chứa nitơ tạo thành melanoidin tạo thành màu sắc nước mía Sự tăng màu sắc nước mía q trình bốc phụ thuộc vào hiệu làm nước mía, thời gian nhiệt độ cô đặc  Nấu đường: − Phân huỷ đường khử: Trong trình nấu xảy tượng thay đổi khả quay c − VIII ực đường khử, phản ứng tạo chất màu đường khửvới acid amin Phản ứng tạo màu xảy nhiều nấu đường non sản phẩm cuối nồng độ đường non cao, nhiệt độ số vùng thiết bị cao Phản ứng tiếp tục xảy thiết bị kết tinh làm lạnh Phản ứng chất không đường hữu cơ: Một số axit amin q trình kết tinh trở thành khơng tan, kết tủa dạng muối canxi magie Ví dụ: calci aconitate, magie aconitate canxi oxalate Một số acid amin kết hợp với đường khử tạo thành hợp chất hữu chứa nitơ tan dung dịch Độ tinh khiết đường non thấp, nồng độ chất màu cao Sự tăng màu xảy nhiều rửa nồi nấu không sau xả đường non Sản xuất thuốc lá: Quá trình sấy, trước lên men lên men phản ứng maillard định Việc làm giảm độ ẩm môi trường tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng tăng cường màu sẫm Nguyên nhân tự ẩm hố thuốc phản ứng melanoidin có kèm theo thoát nước Khi tỉ lệgiữa acid amin đường ½ lượng ẩm cực đại lượng chất khô cực tiểu Thay đổi tỉ lệ có ảnh hưởng nhanh chóng đến lượng nước thoát phản ứng Chế biến bảo quản rau quả: Phản ứng melanoidin làm giảm tính cảm quan sản phẩm mà cịn làm giảm giá trị dinh dưỡng sản phẩm (do số acid amin không thay cystein, methyonin, lysin, …) Trong trình bảo quản rau tươi, saccarose bị thuỷ phân tạo thànhđường khử tác dụng ezyme invectase Trong trình sống rau chủ yếu xảy trình tổng hợp saccarose từ đường khử Khi đun nóng lâu nhiệt độ cao, rau có chứa đường, xảy hiệntượng caramen hố tức phân huỷ chưa hồn tồn đường cịn gọi cháy đường Ở giai đoạn đầu phân huỷ đường, chất tạo nên thường l àm cho rau có mùi thơm( mùi rau rán ) Tuy nhiên, nhiệt độ cao, lâu cá c sản phẩm giàu đường bị sẫm mầu vị đắng Làm cho siro nước bị sẫm màu bảo quản nhiệt độ cao Trong đồ hộp rau quả: làm xấu màu sắc hương thơm sản phẩm KẾT LUẬN Tóm lại phản ứng Mailard phản ứng acid amin đường, sản phẩm tạo hợp chất có màu sẫm mùi đặc trưng (melanoidin) Phản ứng melanoidin phổ biến sản phẩm thực phẩm có liên quan với gia nhiệt thời gian bảo quản lâu dài IX TÀI LIỆU THAM KHẢO Hoá sinh công nghiệp (PGS.TS Cao Đăng Nguyên, TS Phạm Thị Ngọc Lan, Nhà xuất Đại học Huế) Hoá sinh công nghiệp (Lê Ngọc Tú (chủ biên), La Văn Chứ, Đồng Thị Thu, Nguyễn Thị Thịnh, Bùi Đức Hợi, Lê Doãn Diên, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội) ... sát, thực kết đường phức tạp phản ứng hóa họcMaillard phản ứng quan sát phân tích , phản ứng trở thành quan trọng việc lĩnh vực khoa học thực phẩm thuốc Việc tiêu thụ sản phẩm phản ứng Maillard. .. nhanh tốc độ phản ứng amino acid glucose mà cịn làm tăng phản ứng nâu hóa dung dịch glucose tinh khiết VII ỨNG DỤNG CỦA PHẢN ỨNG MAILLARD TRONG SẢN XUẤT THỰC PHẨM Trong sản phẩm thực phẩm có chứa... = 2) Chất kìm hãm chất tăng tốc phản ứng Phản ứng caramel hóa, oxy hóa melanoidin phản ứng có tham gia hợp chất cacbonyl Do chất kìm hãm phản ứng chất phản ứng với nhóm cacbonyl dimedon, hydroxylamino,