Nhập môn hóa sinh

HÓA SINH THỰC PHẨM MỞ ĐẦU GIỚI THIỆU MÔN HỌC Tôn Nữ Minh Nguyệt – ĐHBK TPHCM Hóa sinh học ??? Đối tượng nghiên cứu ??? Hóa sinh công nghiệp ??? GIỚI THIỆU MÔN HỌC Hóa sinh học hóa học chất sống sống, nghiên cứu thành phần, cấu tạo hóa học tính chất chất sống đồng thời nghiên cứu vận động chất sống trình sống Chất sống: sở tế bào, cấu tạo từ số hợp chất hóa học, phát triển, sinh sôi nảy nở Tập hợp tế bào tạo vi sinh vật, thực vật, động vật Con người thể sống bậc cao Quá trình sống: trình trao đổi chất Cơ thể sống hấp thu chất dinh dưỡng từ bên ngoài, chuyển hóa chất dinh dưỡng để phát triển thải môi trường sản phẩm thừa trình chuyển hóa GIỚI THIỆU MÔN HỌC Đối tượng nghiên cứu Hóa sinh học? Sinh vật sống (VSV, TV, ĐV) Tónh hóa sinh : nghiên cứu thành phần cấu tạo chất sống Động hóa sinh: nghiên cứu vận động trình xảy thể sống ( trình trao đổi chất ) GIỚI THIỆU MÔN HỌC Hóa sinh công nghiệp?  Ứng dụng Hóa sinh học vào trình chế biến sản phẩm có nguồn gốc sinh vật, đặc biệt lónh vực thực phẩm  Phát nguồn nguyên liệu  Tìm nguyên tắc bảo quản nguyên liệu thành phẩm  Đề qui trình công nghệ sản xuất THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA SINH VẬT ??? THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA SINH VẬT Thành phần nguyên tố  Cơ thể sống cấu tạo từ khoảng 30 loại nguyên tố  Đa số nguyên tố có phân tử lượng thấp  nguyên tố chủ yếu có hàm lượng lớn C, H, O, N Phân bố nguyên tố Không đồng đều, có loại theo hàm lượng % Các nguyên tố đa lượng : >10-5 (99% khối lượng thể sinh vật) C, H, O, N, S, P ,Cl, Ca, Na, K, Mg, Fe, Zn Nguyên tố vi lượng : 10-8 – 10-5 (1% lại) Cu, Co, Mo, B, F, Cr, I, Mn, Al, Si, Sn, Ni Nguyên tố siêu vi lượng: < 10-8 Hg, Au, U, Ra, Se, Vd THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA SINH VẬT Nước: 60 - 80 % Mất 12 – 15% lượng nước Chất khô: 20 – 40% Tất chất khác nước: chất hữu cơ, vô cơ, nguyên tố vi lượng, siêu vi lượng Chất khô hòa tan: đường, khoáng, vitamin,… Chất khô không hòa tan: lipid, protein,… THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA SINH VẬT Hợp chất vô (các chất khoáng)  Chiếm – 6% chất khô  Muối Ca , Na, K , Cl , PO4, dạng acid HCl (ở dày)  Có hai chức chính: cấu trúc, điều hòa hoạt động sống Hợp chất hữu Protein, lipid, glucid, enzym, vitamin, acid nucleic, … Sự phân bố chất khác động vật thực vật Hợp chất hữu Protein Glucid Lipid Acid nucleic Động vật 70% < 5% 10% 15% Thực vật < 5% 50 - 70% ≤ 25% 10% HÓA SINH THỰC PHẨM CHƯƠNG NƯỚC Tôn Nữ Minh Nguyệt – ĐHBK TPHCM Liên kết hydro Liên kết Hydro CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC AH+ B- B nguyên tử có độ âm điện cao F, Cl, N,… Liên kết hydro liên kết yếu (23,3 KJ/mol) Số lượng lớn CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC Liên hợp phân tử nước  Công thức: [H2O]n với n = 1,2,3,4,…  Tạo thành liên kết hydro phân tử nước  Một phân tử nước gắn với tối đa phân tử nước khác tạo nên cấu trúc tứ diện CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC Liên hợp phân tử nước Quá trình tạo liên hợp nước - hydrat hóa nước Quá trình tách liên hợp nước - dehydrat hóa nước Hai trình xảy đồng thời, túy vào trạng thái nước Các yếu tố ảnh hưởng đến trình liên hợp nước Nhiệt độ làm thay đổi tốc độ dao động phân tử nước Các chất điện ly Na+, K+,Cl- tạo liên kết Hydro với nước Các chất khg phân cực làm giảm chuyển dộng nhiệt ptử nước CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC Trạng thái tồn nước Lỏng: – 100oC (V mL) hydrat hóa  dehydrat hóa 100oC nước sôi  phân tử nước dạng đơn phân Khí: Tại điểm hóa (100oC)  dạng đơn phân (P atm) Rắn: Tại điểm đông đặc (0oC)  dạng liên hợp Dao đg nhiệt giảm tối đa, mức độ hydrat hóa đạt tối đa Mỗi phân tử H2O liên kết với phân tử H2O khác Cấu trúc tinh thể nước đá: tứ diện cấu trúc rỗng Tính chất vật lý nước ??? Các kiểu liên kết nước ??? TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC Tính chất vật lý Nước có tính chất đặc biệt chất khác có cấu trúc rỗng, tồn liên kết hydro phân tử dạng liên hợp nước tạo cấu trúc bậc cao Nước dung môi trơ mặt hóa học, có độ nhớt thấp Độ phân cực cao nên hòa tan nhiều chất khác Trong khoảng nhiệt độ từ – 4oC, tỷ trọng nước biến đổi không giống chất khác, tỷ trọng nước lỏng 0oC (0,9998g/mL) lớn tỷ trọng nước đá 0oC (0,9168g/mL) TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC Tính chất vật lý Tính chất Khối lượng phân tử Điểm nóng chảy (1atm) Điểm sôi (1atm) Nhiệt độ tới hạn p suất tới hạn Cân Eutecti Năng lượng hoá lỏng (0OC) Năng lượng hoá (100OC) Nội Tỷ trọng [g/mL] Độ nhớt [Pa.s] Sức căng bề mặt với kk [N/m] p suất [kPa] Nhiệt dung riêng [J/g độK] Độ dẫn nhiệt [W/m độK] Nhiệt khuếch tán [m2 /s] Hằng số điện môi Giá trò 18,0153 0,000 oC 100,000 oC 273,99 oC 218,6 atm 0,01 oC - 4,589 atm 6,012 KJ/mol 40,657 KJ/mol 50,91 20OKJ/mol C 0OC (Nước) 0.99821 1,002 10-3 72,75 10-3 2,3388 4,1818 0,5984 1,4 10-7 80,20 0.99984 1,793 10-3 75,64 10-3 0,6113 4,2176 0,5610 1,3 10-7 87,90 0OC (đá) - 20OC (đá) 0.9168 0,6113 2,1009 2,240 11,7 10-7 -90 0.9193 0,103 1,9544 2,433 11,8 10-7 -98 TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC Các kiểu liên kết nước Liên kết hóa học Liên kết ion : Ca2+ + 2COOLiên kết phân tử: CuSO4.5H2O, C6H12O6.H2O Nước liên kết hóa học bền không trình xử lý, chiếm khoảng 4-6% lượng nước TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC Các kiểu liên kết nước Liên kết hóa lý Nước hấp phụ: polymer sinh học (thành phần TP) dễ hấp phụ nước lên bề mặt phân tử hình thành lớp nước hydrat hóa Nước thẩm thấu kết cấu: chênh lệch áp suất thẩm thấu, nước thẩm thấu vào mạng gel TP Lượng nước chiếm khoảng 10-25% tổng lượng nước vật liệu, lượng để tách dễ tách lượng nước liên kết hóa học TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC Các kiểu liên kết nước Liên kết vật lý Nước mao quản: Do chênh lệch áp suất thủy tónh nước tự bên bò hút vào ống mao dẫn Nưóc thấm ướt bề mặt: Nước học, lượng nước dư bao phủ toàn bề mặt vật liệu, dung môi dung dòch nước Lượng nước dạng liên kết chiếm 70 - 80% tổng hàm lượng nước dễ bò tách trình sấy Đó nước dạng tự Hoạt tính nước aw??? Ảnh hưởng aw đến CNCB TP ??? Phương pháp giảm aw ??? HOẠT TÍNH NƯỚC (aw : water activity) Hoạt độ nước dung dòch tỉ số áp suất bão hòa dung dòch dung môi Biểu thức Raoult để tính hoạt tính nước: Hoạt độ nước loại thực phẩm tỷ số áp suất bão hòa phía bề mặt thực phẩm áp suất bão hòa nước nguyên chất P < P0 nên aw < HOẠT TÍNH NƯỚC (aw : water activity) Độ ẩm (W): hàm lượng nước tự có thực phẩm = % nước tự toàn khối lượng sản phẩm thực phẩm (đo phương pháp sấy tới khối lượng không đổi Hoạt tính nước (aw): đơn vò tính Hoạt tính nước liên hệ với độ ẩm tương đối trạng thái cân (W%) theo công thức sau: HOẠT TÍNH NƯỚC (aw : water activity) Ảnh hưởng hoạt độ nước đến công nghệ chế biến bảo quản thực phẩm HOẠT TÍNH NƯỚC (aw : water activity) Các phương pháp giảm hoạt tính nước để bảo quản thực phẩm Cho dòng khí có độ ẩm tương đối xác đònh qua vật liệu cần điều chỉnh hoạt độ nước Sấy: cách cổ điển, nâng nhiệt độ lên làm bay nước Tuy nhiên sản phẩm gia nhiệt được, nhiệt độ làm thay đổi chất lượng sản phẩm Bổ sung chất có khả hydrat hóa cao: Glucid, protein, … chất kết hợp giữ lấy lượng nước tự làm aw giảm xuống [...]... những vai trò gì đối với cơ thể và công nghệ chế biến thực phẩm ??? Vai trò sinh học VAI TRÒ CỦA NƯỚC  Tham gia vào thành phần cấu trúc của tế bào: liên kết với các polime sinh học tạo thành dòch tế bào  Dung môi hòa tan các chất và là môi trường để xảy ra các phản ứng hóa học  Tham gia các phản ứng thủy phân, hydrat hóa, oxy hóa khử  Vận chuyển các chất đến các cơ quan cần thiết  Điều hòa thân nhiệt... của nước Liên kết hóa học Liên kết ion : Ca2+ + 2COOLiên kết phân tử: CuSO4.5H2O, C6H12O6.H2O Nước trong liên kết hóa học bền và không mất đi trong quá trình xử lý, chiếm khoảng 4-6% lượng nước TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC Các kiểu liên kết của nước Liên kết hóa lý Nước hấp phụ: polymer sinh học (thành phần của TP) dễ hấp phụ nước lên bề mặt phân tử của mình hình thành một lớp nước hydrat hóa Nước thẩm thấu... nhiệt của ptử nước CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC Trạng thái tồn tại của nước Lỏng: 0 – 100oC (V mL) hydrat hóa  dehydrat hóa 100oC nước sôi  các phân tử nước ở dạng đơn phân Khí: Tại điểm hóa hơi (100oC)  dạng đơn phân (P atm) Rắn: Tại điểm đông đặc (0oC)  dạng liên hợp Dao đg nhiệt giảm tối đa, mức độ hydrat hóa đạt tối đa Mỗi phân tử H2O đều liên kết với 4 phân tử H2O khác Cấu trúc tinh thể của nước đá:... Là chất đệm ổn đònh pH ở pH trung tính  Bảo vệ tế bào, mô, cơ quan, khớp xương nhờ phần đệm nước ở các gian bào  Đào thải được các chất dư thừa, cặn bã, chất độc và vi sinh vật có hại ra khỏi cơ thể (thận)  Thiếu nước: rối loạn sinh lý, có thể chết khi lượng nước mất hơn 12 % so vơí khối lượng cơ thể VAI TRÒ CỦA NƯỚC Vai trò trong sản xuất TP 1 Nước là thành phần chính của hầu hết các nguyên liệu... tử nước  Một phân tử nước có thể gắn với tối đa 4 phân tử nước khác tạo nên cấu trúc tứ diện CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC Liên hợp phân tử nước Quá trình tạo liên hợp nước - hydrat hóa nước Quá trình tách liên hợp nước - dehydrat hóa nước Hai quá trình này xảy ra đồng thời, túy vào trạng thái nước Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình liên hợp nước Nhiệt độ làm thay đổi tốc độ dao động của các phân tử nước... TẠO PHÂN TỬ NƯỚC Dạng đơn phân  Công thức phân tử : H2O (M=18)  Các đám mây điện tử của O và H tạo thành dạng tứ diện, có độ phân cực mạnh (2 cực – và 2 cực +)  Liên kết giữa H và O là liên kết cộng hóa trò (492.2148 kJ/mol) Dạng đơn phân CẤU TẠO PHÂN TỬ NƯỚC  O và 2H tạo thành 1 tam giác cân đỉnh là O Góc tạo thành giữa O và 2H là 104.5o  Khoảng cách liên kết O – H là 0,96 A o Liên kết hydro Liên... NƯỚC Tính chất vật lý Nước có tính chất đặc biệt hơn các chất khác vì có cấu trúc rỗng, tồn tại liên kết hydro giữa các phân tử và các dạng liên hợp nước tạo cấu trúc bậc cao Nước là dung môi trơ về mặt hóa học, có độ nhớt thấp Độ phân cực cao nên có thể hòa tan nhiều chất khác nhau Trong khoảng nhiệt độ từ 0 – 4oC, tỷ trọng của nước biến đổi không giống các chất khác, tỷ trọng nước lỏng ở 0oC (0,9998g/mL)... trong sản xuất TP 2 Xử lý nguyên liệu: nhào rửa, làm sạch, vận chuyển 3 Tạo sản phẩm, xử lý sản phẩm Nguyên liệu chính: bia, nước giải khát,… Tham gia phản ứng: phản ứng thuỷ phân,… Thực hiện quá trình sinh học: lên men, nẩy mầm,… Tăng chất lượng sản phẩm: độ bóng, độ dai, độ mòn,… 4 Đốt nóng, làm lạnh các thiết bò, là chất tải nhiệt trong nồi 2 vỏ, nồi thanh trùng, nồi hấp VAI TRÒ CỦA NƯỚC Vai trò trong... vì sự chênh lệch áp suất thẩm thấu, nước sẽ thẩm thấu vào mạng gel của TP Lượng nước này chiếm khoảng 10-25% tổng lượng nước trong vật liệu, năng lượng để tách ra nhưng dễ tách hơn lượng nước liên kết hóa học TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC Các kiểu liên kết của nước Liên kết vật lý Nước mao quản: Do chênh lệch áp suất thủy tónh nước tự do bên ngoài sẽ bò hút vào các ống mao dẫn Nưóc thấm ướt bề mặt: Nước cơ học,... Sấy: đây là cách cổ điển, nâng nhiệt độ lên làm bay hơi nước Tuy nhiên không phải sản phẩm nào cũng có thể gia nhiệt được, nhiệt độ sẽ làm thay đổi chất lượng sản phẩm Bổ sung các chất có khả năng hydrat hóa cao: Glucid, protein, … các chất này sẽ kết hợp và giữ lấy lượng nước tự do làm aw giảm xuống