bài giảng PROTEIN thực phẩm

Nhắc lại về Protein • Protein là các hợp chất hữu cơ cao phân tử, được tạo thành từ các đơn phân là acid L-α amin và liên kết với nhau bằng liên kết peptid... Cấu trúc bậc 4 - Cấu trúc b

CHƯƠNG 2: PROTEIN

Nhắc lại về Protein

• Protein là các hợp chất hữu cơ cao phân tử, được tạo thành từ các đơn phân là acid L-α amin và liên kết với nhau bằng liên kết peptid

Chức năng sinh học

• Chức năng xúc tác (amylase, protease)

• Chức năng vận chuyển (hemoglobine,

myoglobine, lipoprotein)

• Chức năng vận động (myosin, actin)

• Chức năng bảo vệ (kháng thể - glycoprotein – nhận biết và vô hoạt vật chất lạ, eg lectin)

• Chức năng dẫn truyền xung thần kinh (opsin)

• Chức năng điều hòa (hormon- isuline)

• Chức năng cấu trúc (keratin, collagen, elastin)

• Chức năng dự trữ (albumin, gliadin, zein)

Acid amin/aminoacid

- Acid α amin

- Acid β amin

- Gốc R

Các aminoacid không thay thế và nhu cầu hàng ngày

của người trưởng thành

TT Tên

aminoacid

Nhu c ầu (g/ngày/người) TT aminoacid Tên

Nhu c ầu (g/ngày/người)

Ch ất lượng nông sản và thực phẩm được quyết

định bởi thành phần và hàm lượng các acid amin

không thay th ế

Tính chất lưỡng tính

Acid amin có khả năng phân ly theo kiểu acid và kiểu base

- Trong môi trường acid

- Trong môi trường base

- Trong môi trường trung tính

- Tất cả các acid amin đều

có chứa ít nhất 1 nguyên

tử C bất đối (trừ glycin?)

- acid amin có tính hoạt

quang: Dãy D và dãy L

PEPTIDE

Cấu trúc bậc 1 của protein

- Cấu trúc bậc 1 được hiểu là số lượng và trình tự sắp xếp của các acid amin trên mạch polypeptide

- Rất bền nhờ liên kết peptide (400J/mol, enzyme

protease, acid hoặc kiềm mạnh)

- Quyết định các chức năng sinh học của phân tử

protein

• 1/3 số bệnh di truyền liên quan đến thay đổi cấu trúc bậc 1 của protein ở vị trí của CHỈ MỘT AMINO ACID

- Là sự sắp xếp có quy luật trong không gian của aminoacid trong chuỗi polypeptide

- cấu trúc xoắn α (α helix)

Cấu trúc xoắn alpha

• 18aa/5 vòng (3,6aa/vòng)

• 0,54nm/vòng xoắn

• Liên kết hydro// trục

• Cấu trúc bền

Cấu trúc gấp nếp beta

• Zigzag

• Dạng song song và dạng đối song

Cấu trúc bậc 3

- Sự sắp xếp không gian 3 chiều của mạch polypeptide có cấu trúc bậc 2 ở các đoạn khác nhau

- Vai trò của cấu trúc bậc 3:

+ Gắn liền với chức năng sinh học của protein

Chymotrypsin

Cấu trúc bậc 4

- Cấu trúc bậc 4 là sự kết hợp của các chuỗi

polypeptide tạo thành phân tử protein

- Các liên kết tạo thành cấu trúc bậc 4 cũng chính là các liên kết tạo thành cấu trúc bậc 3 (ngoại trừ

liên kết disulfide)

- Vai trò: Với các phân tử protein được tạo thành

từ nhiều chuỗi polypeptide thì sự kết hợp các

chuỗi polypeptide tạo thành cấu trúc bậc 4 và chỉ

ở cấu trúc bậc 4 thì phân tử protein mới thực

hiện được chức năng sinh học của mình

Hemoglobin

Các bậc cấu trúc của Protein

Hệ số sa lắng (S) Sedimentation coeffiction

• Tỷ lệ giữa tốc độ lắng (m/s) và gia tốc (m/s2) của vật thể dưới tác dụng của lực ly tâm

• S=v/a

• Đơn vị của S: thời gian (expressed in

svedbergs) 1S=10-13 giây (tính ở 200C)

• Phụ thuộc vào: đặc tính vật thể (mass,

volume, surface area), môi trường (độ nhớt)

Phân loại protein thực phẩm

- Protein thực vật:

- hạt, củ, quả Có nhiều ở cây họ đậu

- Tồn tại ở dạng liên kết với hợp chất khác

- Protein động vật:

- Dự trữ trong mô

- Thường tồn tại ở trạng thái nguyên chất

- Đầy đủ acid amin không thay thế

- Protein vi sinh vật???

Phân loại theo hình dạng

- Protein hình cầu:

- Protein dự trữ

- protein enzyme

- kháng thể

- Protein hình sợi: cấu trúc nên các sợi

- Fibrinogen (đông máu)

- miozin, acin

Phân loại theo chức năng sinh học

• Có 6 nhóm: protein dự trữ, cấu trúc, vận chuyển, điều hoà, bảo vệ, xúc tác

Phân loại theo thành phần cấu tạo

• - Protein đơn giản:►thủy phân► acid amin

• - Protein phức tạp: ►thủy phân► acid amin + chất khác không có bản chất protein

Protein đơn giản

• + Nhóm tan trong nước (albumin)

– Protein lòng trắng trứng

• + Nhóm tan trong dung dịch muối trung tính (NaCl hoặc KCl 1÷ 2%) (globulin)

• protein hạt đậu

• + Các protein tan trong rượu etylic (70%) (prolamin)

• Protein ngô (50% là zein)

• + Các protein tan trong kiềm (0,5 ÷ 2%) (glutein)

• Có hàm lượng acid glutamic cao

• khối lượng phân tử lớn, cấu trúc phức tạp

• Protein gạo, lúa mì

Protein phức tạp

+ Metalo proteid: liên k ết trực tiếp với ion kim loại (Fe, Cu, Mg…),

thường là các enzyme (metalo enzyme)

+ Gluco proteid: liên k ết với glucid, thường là các kháng thể

+ Lipo proteid: liên k ết với lipid, cấu trúc lên màng sinh học

+ Nucleo proteid: liên k ết với acid nucleic Protein (histon và

protamin), tham gia vào c ấu tạo nhiễm sắc thể

+ Phosphoproteid: gắn với acid phosphoric, thường là liên kết giữa OH của serin và acid phosphoric: casein, lòng đỏ trứng…

+ Cromo proteid: g ắn với chất có màu Màu sắc phụ thuộc vào ion

kim lo ại

Định nghĩa về protein thực phẩm

• Protein thực phẩm là tất cả các protein có

nguồn gốc khác nhau, có trong tự nhiên, cơ thể người có thể đồng hoá được, không độc

và không có mùi vị khó chịu

• Thường có nguồn gốc thực vật hoặc động vật, nguồn gốc vi sinh vật ít được sử dụng

Vai trò của protein trong thực phẩm

• Vai trò dinh dưỡng:

– Cung cấp năng lượng

– Cung cấp aminoacid cấu trúc nên cơ thể

Vai trò của protein trong thực phẩm

Các hệ thống protein thực phẩm

• Hệ thống protein của thịt, cá (cơ)

• Hệ thống protein của trứng

• Hệ thống protein của sữa

• Hệ thống protein của máu

• Hệ thống protein của lúa mì

• Hệ thống protein của đậu tương

Hệ thống protein của thịt, cá

• Protein cơ chiếm từ 50-95% chất khô của thịt

• Dựa vào vị trí, phân protein cơ thành 3 nhóm

- Protein của chất cơ

- Protein của mô liên kết

- Protein của tơ cơ

• Thịt động vật gồm các sợi cơ, được tạo nên từ nhiều

sợi tơ cơ xếp song song, được bọc trong một bào

tương gọi là chất cơ

• Mô liên kết có trong da, gân, sụn, thành và màng

động mạch và các tế bào…

Cấu trúc cơ

myoglobin/Protein của chất cơ

• Giống như hemoglobin

• Dự trữ oxy

• Màu đỏ

• Đặc trưng có trong cơ

• Có chứa sắt

Trong cấu trúc hem, Fe liên kết

với 6 nguyên tử, trong đó 5

nguyên tử là cố định (N) và 1

thay đổi (O2, NO, CO)

Hoá trị của Fe và bản chất của

cấu tử liên kết với Fe (O2,

NO, CO) là nguyên nhân làm

thay đổi màu sắc của thịt

Glucose, acid ascorbic, SO2 để

ngăn không cho Fe2 2+ bị oxy hóa

thành Fe 3+ , để giữ màu săc của

thịt

muốí Nitrit►màu hồng (giăm

bông _ KNO3 diêm tiêu,

K2SO4_E252)

Protein của khung mạng (mô liên kết)

• Là protein của màng sợi cơ, màng ty thể, lạp thể…

• Gồm 2 loại

– Collagen

– elastin

Collagen

- Trong xương, da, gân…

- Không đàn hồi nên nó chống lại sự kéo căng

- Đơn vị cơ sở: tropocolagen (hay collagen

molecule)

Tropocollagen

• Hình tr ụ

• Ba chu ỗi polypeptid cuốn lại

• Trên chu ỗi có các đoạn cấu trúc (Gly-X-Y)n lặp lại nhiều lần

X là prolin ho ặc hydroprolin

Y là hydroprolin ho ặc alanin

Protein của tơ cơ

• 2 nhóm nhỏ:

- Nhóm protein co rút: miozin và actin

- Nhóm protein điều hoà co rút: tropomiozin, troponin…

Nhóm co rút – sợi cơ

– Sợi cơ: nhiều sợi

tơ cơ xếp song

song, bọc bởi bào

tương (chất cơ)

– sợi thô miozin

– sợi mảnh actin

– xen kẽ

• Miozin:

- Gồm 6 tiểu đơn vị

- 1 tiểu đơn vị gồm 2 phần:

- Phần đuôi: hình trụ dài 120nm, đường kính 1,5nm

- Phần đầu: xoắn ốc dài 15nm, đường kính 4,5nm, có thể gắn với ATP

• Actin:

- Đơn phân (G-actin): hình cầu, có 374 gốc aa

- Dạng trùng hợp (F-actin): cuộn xoắn, gồm

340-380 đơn phân G-actin

- Được gắn với protein điều hòa

Nhóm protein điều hòa sự co rút

• gắn trên actin (F-actin

Nhóm protein điều hòa sự co rút

• Khi Troponin gắn với

Ca2+ ► co cơ

• Khi troponin không gắn

với Ca2+ ► cơ thả lỏng

Cơ chế của việc co cơ

Ca2+ và sự co rút cơ

• Có Ca2+: co cơ

• Không có Ca2+: giãn cơ

Protein của cơ cá

Về cơ bản là giống protein của thịt Tuy nhiên:

• Cơ cá có hàm lượng mô liên kết thấp hơn

• Sợi cơ ngắn hơn (vài cm)

• Miozin chiếm 40% protein tổng số, và rất khó tách khỏi actin

• Hiện tượng cứng và chín thịt cá xảy ra nhanh hơn

• Sau khi cá chết, pH giảm chậm nên protein cá

không bền với vi sinh vật

Ảnh hưởng nhiệt độ cao đến protein cơ

- bị hoà tan: 100 0 C (hiện tượng gelatin hóa)

- Elastin: ít bị biến đổi

Ảnh hưởng của nhiệt độ thấp (lạnh đông)

• Các biến đổi của thịt trong bảo quản lạnh phụ thuộc:

– tốc độ làm lạnh: số lượng và kích thước tinh thể đá

– nhiệt độ lạnh: Độ bền của tinh thể và tốc độ các phản ứng

hư hỏng, vi sinh vật

– thời gian bảo quản: độ ổn định của nhiệt độ, sự phát triển của các phản ứng và vi sinh vật

- Cấu trúc tế bào: bị rách và/hoặc bị teo nguyên sinh

- Khả năng giữ nước giảm (keo tụ protein)

- Hiện tượng chảy dịch (giã đông):

- mất dinh dưỡng

- giảm chất lượng cảm quan

Thành phần của trứng gà

% Tr ọng lượng Nước Protein Lipid Glucid Chkhoáng ất

Tr ứng nguyên 100 65,5 12 11 0,5 11

Tr ứng không có vỏ 90 74 13 12 0,7 0,9 Lòng tr ắng 60 88 10 0,03 0,8 0,5 Lòng đỏ 30 47 16 34 0,6 1,1

V ỏ trứng 10 0 2 0 0 98

Protein của lòng trắng trứng

• Ovomunoxit:

– glucoprotein, chứa gần 30% là glucid

– Glucid: D_manose, Dglucosamin, galactose và acid Sialic

– Là protein có hoạt tính kháng tripxin mạnh

• Ovomuxin

– Glucoprotein hình sợi duy nhất trong trứng

– nằm nhiều ở phần giữa của lòng trắng

→ Có tính kháng khuẩn góp phần bảo vệ phôi và khả năng bảo quản trứng

►► Protein của lòng trắng trứng nguyên rất khó tiêu hoá

Protein của lòng trắng trứng

• Ovomuxin

– Glucoprotein hình sợi duy nhất trong trứng

– nằm nhiều ở phần giữa của lòng trắng

→ Có tính kháng khuẩn góp phần bảo vệ phôi và khả năng bảo quản trứng

→ Protein của lòng trắng trứng nguyên rất khó tiêu hoá

– Là lipolipid – Phần lipid chiếm tới 20% khối lượng protein

– pH<7 : tồn tại ở dạng dimer

• Phosphovitin

- Rất giàu serin (31% acid amin)

- Có khả năng cố định sắt

Protein của lòng đỏ trứng

-Dịch tương

• phần dịch lỏng hoà tan các hạt

• Chứa livetin và lipoprotein nhẹ

 Khi đun nóng một số protein giải phóng ra H2S, H2S phản ứng với Fe có sẵn trong lòng đỏ ►trứng bị đen

 Protein trứng giàu các acid amin cần thiết

 Thành phần acid amin rất ổn định, gần như không phụ thuộc vào giống

và thức ăn

Protein sữa

• Khoảng 3,3%

• Nhóm protein không

hòa tan: casein (80%)

• Nhóm protein hòa tan:

whey

Nhóm protein không hoà tan

Whey protein (20%)

• α-Lactalbumin: ~2% β-lactoglobulin: ~ 10%

Serum albumin Immunoglobulins

Cấu trúc micelle casein

- casein tương tác với nhau tạo

- Sub-micelle phía trong ít K-casein

• Figure : A casein micelle; A: a

submicelle; B: protruding chain; C:

Calcium phosphate; D: κ-casein; E:

phosphate groups

• Liên kết giữa các Sub-micelle là

nhờ canxi phosphat và magie

phosphat

• Đặc tính của α và β casein là khả năng cố định cation hoá trị 2 (Ca)

• Có một nồng độ giới hạn của Ca làm cho phức casein-canxi kết tủa

• pI = 4,6, tại đây casein đông tụ

• Kết tủa bằng enzyme (chimozin, pepxin…)

Hệ thống protein bột mì

GLUTEN

Gliadin và glutenin

• hàm lượng glutamin cao (40-45%)

• Nhiều glutamin ►hình thành nhiều liên kết hydro giữa các peptid với nhau/với nước ►gluten có tính nhớt dẻo cao

• hàm lượng aa ưa béo cao►liên kết được với lipid ► tạo ra màng mỏng gluten-lipid không thấm khí

Hình thành mạng lưới gluten

Hệ thống protein của đậu tương

• Các thể protein hình cầu (2-20 µm)

• Các thể protein này chứa phần lớn protein của hạt

• protein dự trữ (globulin), nằm trong thể hình cầu

• Protein cấu trúc và pro chức năng (enzyme, chất kìm hãm…) được định vị trong các phần khác của tế bào

• Globulin 11S: glycinin (vicilin)

– 12 tiểu đơn vị (6 đơn vị có tính acid A và 6 đơn vị có tính kiềm B) – các tiểu đơn vị ưa béo:

• Globulin 7S: β-conglycinin (legumin)

– Glucoprotein

– 3 tiểu đơn vị có tính acid là α và α’ (M ≈ 54000DA) và β (M ≈

42000DA)

Các chất phản dinh dưỡng

• Trong hạt đậu có chứa nhiều chất phản dinh dưỡng: chất kháng vitamin, các yếu tố dị

ứng, trypsin inhibitors

• Hemaglutinin (lectin): có thể liên kết với

glucoprotein trên hồng cầu gây ngưng kết hồng cầu

Vì vậy bản thân protein đậu tương sống rất

khó tiêu hoá, nhiều chất độc Cần gia nhiệt trước khi sử dụng

Khả năng kết tụ

• pI=4,5 (isoelectric point)

• Tại pH=7, lực ion khác nhau thì khả năng kết tụ khác nhau

NaCl=0-0,2M thì khả năng kết tụ cao nhất

NaCl=0,5-2M khì khó kết tụ

• Trong khoảng pH=2-6, dễ xảy kết tụ

• Khi pH quá acid hoặc kiềm thì không xảy ra kết tụ

→Lý do: tại pH này lực đẩy tĩnh điện quá lớn, ngăn cản

sự tập hợp

TÍNH CHẤT CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN THỰC PHẨM

Khái niệm

Tính chất chức năng là tất cả những tính chất lý, hoá góp phần tạo ra tính chất đặc trưng và mong muốn cho thực phẩm Đó là các tính chất hữu ích cho thực phẩm

Nhờ có tính chất chức năng mà từ một nguyên liệu ban đầu ta có thể tạo ra nhiều sản phẩm khác nhau

và có giá trị cao hơn

Phân loại

• Các tính chất phụ thuộc vào liên kết nước

protein-• Các tính chất do liên kết giữa protein-protein

• Các tính chất liên quan đến sức căng bề mặt

Các tính chất chức năng

• Khả năng hydrat hóa

• Khả năng tạo gel

Khả năng hydrat hoá của protein

• Quá trình hydrat hoá thực chất là sự hấp

thụ nước của các phân tử chất tan (protein)

PROTEIN

KHÔ

H ấp thụ các phân

t ử nước

H ấp thụ nước thành m ột

l ớp dày

Ngưng tụ thành nước lỏng

Trương nở

Dung d ịch Solvat hoá

và phân tán

Trương nở

Độ hoà tan của protein

• Bản chất:

• Hoà tan là khả năng hydrat hoá các phân tử chất

tan

• Các phân tử dung môi (nước) tạo thành màng nước

xung quanh các phân tử chất tan (protein), làm cho các phân tử chất tan tách khỏi nhau

• S ản phẩm của hòa tan→Dung dịch

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng

hydrate/hòa tan của protein

• Bản chất protein: Khả năng này phụ thuộc vào các

nhóm chức ưa nước trên bề mặt phân tử protein

• Yếu tố bên ngoài:

• Nhiệt độ

• pH

• Lực ion

Ảnh hưởng của pH

• Ở pH thấp: protein tích điện dương, vì

nhóm amine bị proton hóa

• ở pH cao, protein tích điện âm, vì

nhóm carboxyl bị mất proton (H+)

• Tại giá trị pI (íoeelectrics point) protein

không mang điện

→pH thay đổi điện tích của protein → thay đổi

lực hút /đẩy giữa các phân tử protein

• Tại pI

• tương tác pro-pro là maximum

• tương tác giữa protein-nước là

minimum

• → sự hydrat hoá là cực tiểu

+ Thay đổi pH sẽ làm thay đổi trạng thái tích điện của protein

- Tại pI, điện tích protein bằng 0, tính hoà tan kém nhất, dễ kết tủa

- Khi pH xa pI (về phía acid hoặc kiềm) tính hoà tan của protein tăng lên

- Tại pH khác pI, protein sẽ mang điện (- hoặc +), →nước sẽ tương tác với phần mang điện góp phần làm cho protein hoà tan Mặt khác khi các protein tích điện cùng dấu, nó sẽ đẩy nhau và thúc đẩy quá trình tự phân ly

pH vs độ hòa tan

Ảnh hưởng của Nhiệt độ

• Nhiệt độ tăng, khả năng hấp thụ nước của

protein giảm

• Nguyên nhân:

– Nhiệt độ làm đứt liên kết hydro

– Nhiệt độ có thể làm biến tính protein, gây ra hiện tượng tập hợp

Nhiệt độ vs độ hòa tan

+ Dưới 500C nhiệt độ tăng tính hoà tan của protein tăng: nhiệt độ làm tăng cường khả năng

chuyển động của các phân tử chất tan

+ > 500C theo sự tăng nhiệt độ, tính hoà tan của protein giảm: vì nhiệt độ cao có thể gây ra hiện tượng biến tính protein, và nhiệt độ cao dễ phá vỡ liên kết hydro