Cuốn giáo trình này được biên soạn dựa trên cơ sở tham khảo các tài liệu trong và ngoài nước được xuất bản trong những năm gần đây, nhằm phục vụ cho sinh viên ngành Chế biến thủy sản. Giáo trình này nhằm trang bị cho sinh viên những kiến thức sinh hóa cơ bản nhất, làm nền tảng để sinh viên có cơ sở đi sâu học tập nghiên cứu về môn sinh hóa. Phần 1 giáo trình gồm 3 chương đầu, mơi các bạn cùng tham khảo.
TUN BỐ BẢN QUYỀN Giáo trình “Hóa sinh thực phẩm” biên soạn tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin đƣợc phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm i LỜI MỞ ĐẦU Biên soạn giáo trì nh là một hoạt động thuộc Ti ểu hợp phần 3.1: Tăng cường lực quản lý, giảng dạy cải tiến giáo trình - khn khổ Dự án Khoa học công nghệ Nông nghiệp - vay vốn ADB Cuốn giáo trình “Hóa sinh thực phẩm” là mợt sản phẩm của Dự án biên soạn dùng cho việc giảng dạy và học tập ngành Công ngh ệ Chế biến thủy sản - hệ cao đẳng Cuốn giáo trình biên soạn dựa sở tham khảo tài liệu nước xuất năm gần đây, nhằm phục vụ cho sinh viên ngành Chế biến thủy sản Giáo trình nhằm trang bị cho sinh viên kiến thức sinh hóa nhất, làm tảng để sinh viên có sở sâu học tập nghiên cứu mơn Sinh hóa Giáo trình Hóa sinh thực phẩm biên soạn dựa sở tập hợp tài liệu nước xuất năm gần đây, nhằm phục vụ cho sinh viên ngành Chế biến thủy sản Giáo trình nhằm trang bị cho sinh viên kiến thức sinh hóa nhất, làm tảng để sinh viên có sở sâu học tập nghiên cứu mơn Sinh hóa Hóa học thực phẩm Giáo trình cung cấp cho sinh viên kiến cấu tạo, giá trị dinh dưỡng, tính chất quy luật biến đổi chất của chất thực phẩm Giáo trình gồm chương đề cập đến cấu tạo, tính chất, chức của chất tham gia vào cấu tạo tế bào q trình phân giải chất thể Trong trình biên soạn giáo trình tác giả nhận nhiều ý kiến đóng góp của đồng nghiệp chuyên gia trường Xin chân thành cám ơn đóng góp chân thành vô cùng quý báu của quý vị Mặc dù cố gắng, song việc biên soạn giáo trình khó tránh khỏi sót Chúng tơi mong tiếp tục nhận nhiều ý kiến đóng góp của bạn đọc để giáo trình được, bở sung, chỉnh sửa ngày mợt hồn thiện Chúng tơi chân thành cảm ơn Bộ Nông nghiệp và P hát triển N ông thôn, Ngân hàng phát triển châu Á (ADB), Ban Quản lý Trung ương Dự án Khoa học công nghệ Nông nghiệp đã tạo điều kiện cho giáo viên Trư ờng Cao đẳng Cơ điện Nông nghiệp Nam Bộ việc nâng cao lực , kinh nghiệm về biên soạ n cải tiến giáo trình giảng dạy , góp phần nâng cao chất lượng dạy và học nhà trường Tham gia biên soạn Nguyễn Thành Trung - Chủ biên Võ Thị Anh Minh ii MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH BẢNG vii DANH SÁCH HÌNH viii DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT xii Chƣơng PROTEIN 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ PROTEIN 1.1.1 Cấu tạo phân loại 1.1.2 Chức ACID AMIN 1.2.1 Cấu tạo chung phân loại 1.2.2 Tính chất acid amin PROTEIN 16 1.3.1 Peptide 16 1.3.2 Cấu trúc protein 18 1.3.3 Tính chất protein 27 CÁC PROTEIN THỰC PHẨM 33 1.4.1 Protein thịt 33 1.4.2 Protein cá 35 1.4.3 Hệ thống protein sữa 36 1.4.4 Protein trứng 36 CÁC BIẾN ĐỔI CỦA PROTEIN CÓ ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM 37 1.5.1 Khả tạo gel 37 1.5.2 Khả tạo bột nhão 39 1.5.3 Khả tạo màng 40 1.5.4 Khả nhũ hóa 40 1.5.5 Khả tạo bọt 42 1.5.6 Khả cố định mùi 43 CÂU HỎI ÔN TẬP 43 Phần tự luận 43 Phần trắc nghiệm 44 iii Chƣơng ENZYME 46 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA ENZYME 46 2.1.1 Khái niệm 46 2.1.2 Bản chất hóa học enzyme 46 2.1.3 Danh pháp enzyme 47 2.1.4 Cấu tạo hóa học enzyme 50 2.1.5 Hiệu lực xúc tác tính đặc hiệu enzyme 51 CƠ CHẾ TÁC DỤNG CỦA ENZYME 52 2.2.1 Năng lƣợng hoạt hóa 52 2.2.2 Cơ chế tác dụng enzyme 53 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN HOẠT ĐỘNG CỦA ENZYME 55 2.3.1 Ảnh hƣởng nhiệt độ 55 2.3.2 Ảnh hƣởng độ pH 55 2.3.3 Ảnh hƣởng nồng độ chất 57 2.3.4 Ảnh hƣởng nồng độ enzyme 59 2.3.5 Ảnh hƣởng chất hoạt hóa 59 2.3.6 Ảnh hƣởng chất kìm hãm 59 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ENZYME 60 2.4.1 Phƣơng pháp xác định độ hoạt động enzyme 60 2.4.2 Phƣơng pháp tách làm enzyme 61 CÁC PHẢN ỨNG CỦA ENZYME TRONG SẢN XUẤT THỰC PHẨM 62 2.5.1 Phản ứng thủy phân 62 2.5.2 Phản ứng oxy hóa khử 63 CÂU HỎI ÔN TẬP 64 Phần tự luận 64 Phần trắc nghiệm 64 Chƣơng VITAMIN 66 3.1 3.2 ĐẠI CƢƠNG VỀ VITAMIN 66 3.1.1 Khái niệm 66 3.1.2 Phân loại 67 CÁC VITAMIN HÒA TAN TRONG CHẤT BÉO 67 3.2.1 Vitamin A (Retinol) 67 3.2.2 Vitamin D (Canxipherol) 69 iv 3.3 3.4 3.2.3 Vitamin E (Tocopherol) 71 3.2.4 Vitamin K 73 3.2.5 Vitamin Q 74 CÁC VITAMIN HÒA TAN TRONG NƢỚC 75 3.3.1 Các vitamin nhóm B 75 3.3.2 Vitamin C (Acid ascorbic) 83 3.3.3 Vitamin H (Biotin) 85 CÁC ANTIVITAMIN 87 CÂU HỎI ÔN TẬP 87 Phần tự luận 87 Phần trắc nghiệm 88 4.1 4.2 4.3 4.4 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ GLUCID 91 4.1.1 Cấu tạo phân loại 91 4.1.2 Chức 91 MONOSACCHARIDE 93 4.2.1 Phân loại, danh pháp cấu tạo phân tử 93 4.2.2 Tính chất vật lý 100 4.2.3 Tính chất hóa học 100 4.2.4 Các monosaccharide tiêu biểu 105 OLIGOSACCHARIDE 108 4.3.1 Khái niệm chung 108 4.3.2 Các oligosaccharide tiêu biểu 108 POLYSACCHARIDE 110 5.2.1 Đặc tính chung 110 5.2.2 Các polysaccharide tiêu biểu 111 CÂU HỎI ÔN TẬP 117 Phần tự luận 117 Phần trắc nghiệm 117 Chƣơng LIPID 120 5.1 ĐẠI CƢƠNG 120 5.2.3 Khái niệm 120 5.2.4 Vai trò 120 5.2.5 Phân loại 121 v 5.2 5.3 LIPID ĐƠN GIẢN 121 5.2.1 Triacylglycerols 121 5.2.2 Sáp 127 5.2.3 Sterid 129 LIPID PHỨC TẠP 131 5.3.1 Phospholipid 131 5.3.2 Glycolipid 134 CÂU HỎI ÔN TẬP 136 Phần tự luận 136 Phần trắc nghiệm 136 Chƣơng PHÂN GIẢI SINH CHẤT 139 6.1 6.2 6.3 SỰ PHÂN GIẢI GLUCID 139 6.1.1 Phân giải tinh bột glycogen 139 6.1.2 Phân giải disaccharide 140 6.1.3 Phân giải glucose 141 SỰ PHÂN GIẢI LIPID 153 6.2.1 Sự chuyển hóa lipid q trình tiêu hóa hấp thụ 153 6.2.2 Sự phân giải triacylglycerols 154 6.2.3 Sự β oxy hóa acid béo 155 6.2.4 Chuyển hóa lipid bảo quản chế biến 161 SỰ PHÂN GIẢI PROTEIN 162 6.3.1 Sự tiêu hóa protein động vật 162 6.3.2 Những đƣờng hƣớng chuyển hóa acid amin 162 CÂU HỎI ÔN TẬP 164 Phần tự luận 164 Phần trắc nghiệm 164 TÀI LIỆU THAM KHẢO 166 vi DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1 Những acid amin thƣờng gặp protein Bảng 1.2 Giá trị pKa pI acid amin 11 Bảng 1.3 Khối lƣợng phân tử vài protein 27 Bảng 1.4 Giá trị pI vài protein 28 Bảng 2.1 Một số ion kim loại coenyme 50 Bảng 2.2 pH tối thích vài enzyme 56 vii DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1 Công thức cấu tạo chung acid amin Hình 1.2 Cơng thức cấu tạo acid amin vòng thơm Hình 1.3 Cơng thức cấu tạo acid amin có tính acid Hình 1.4 Công thức cấu tạo acid amin không phân cực kỵ nƣớc Hình 1.5 Công thức cấu tạo acid amin phân cực với điện tích dƣơng Hình 1.6 Công thức cấu tạo acid amin phân cực khơng tích điện Hình 1.7 Hai đồng phân cấu tạo leucine Hình 1.8 Đồng phân lập thể alanine Hình 1.9 Acid amin dạng khơng tích điện (1) dạng lƣỡng cực (2) Hình 1.10 Công thức cấu tạo glutamate theo pH 10 Hình 1.11 Sự phân bố nguyên tố liên kết peptide 17 Hình 1.12 Cấu tạo tên gọi pentapeptide 18 Hình 1.13 Cấu trúc bậc ribonuclease 19 Hình 1.14 Xác định trình tự acid amin phản ứng Edman 20 Hình 1.15 Xác định trình tự acid amin phản ứng Senger 21 Hình 1.16 Trình tự acid amin đoạn hemoglobin 22 Hình 1.17 Cấu trúc xoắn α protein 23 Hình 1.18 Cấu trúc gấp nếp song song protein 24 Hình 1.19 Cấu trúc gấp nếp đối song song protein 24 Hình 1.20 Cấu trúc bậc ribonuclease 25 Hình 1.21 Cấu trúc bậc deoxyhemoglobin 26 Hình 1.22 Sơ đồ tích điện phân tử protein 28 Hình 1.23 Sơ đồ hình thành hạt keo protein 30 Hình 1.24 Cơng thƣ́c cấu tạo của hem 34 Hình 2.1 Cấu trúc bậc ba chymotripsin 51 Hình 2.2 Biến dạng lƣợng phản ứng 53 Hình 2.3 Sơ đồ minh họa thuyết chìa khóa - ổ khóa” Fise 54 Hình 2.4 Sơ đồ minh họa thuyết “tiếp xúc cảm ứng” Kosland 54 Hình 2.5 Dạng chung đƣờng biểu diễn phụ thuộc vận tốc phản ứng enzyme vào nhiệt độ 55 viii Hình 2.6: Ảnh hƣởng pH tới độ hoạt động pepsin glucose 6-phosphatase 56 Hình 2.7 Dạng chung đƣờng biểu diễn phụ thuộc vận tốc phản ứng enzyme vào nồng độ chất 58 Hình 2.8 Đƣờng biểu diễn tuyến tính phụ thuộc vận tốc phản ứng enzyme vào nồng độ chất 58 Hình 2.9: Cơ chế hoạt đợng của chất kì m hãm 60 Hình 3.1 Cơng thức cấu tạo vitamin A 67 Hình 3.2 Sự hình thành vitamin A1 từ β caroten 68 Hình 3.3 Sự hình thành vitamin D từ sterol 70 Hình 3.4 Cơng thức cấu tạo vitamin E 71 Hình 3.5 Cơng thức cấu tạo vitamin K 73 Hình 3.6 Cơng thức cấu tạo vitamin Q 74 Hình 3.7 Cơng thức cấu tạo vitamin B1 75 Hình 3.8 Cơng thức cấu tạo vitamin B2 77 Hình 3.9 Cơng thức cấu tạo vitamin B6 78 Hình 3.10 Cơng thức cấu tạo vitamin PP 79 Hình 3.11 Cơng thức cấu tạo vitamin B5 79 Hình 3.12 Công thức cấu tạo acid folic Error! Bookmark not defined Hình 3.13 Cấu tạo cyanocobalamin 82 Hình 3.14 Cấu tạo vitamin C 83 Hình 3.15 Cấu tạo phân tử biotin 85 Hình 3.16 Cấu tạo biocytin 86 Hình 3.17 Các antivitamin vitamin B1 87 Hình 4.1 Công thức cấu tạo D-glucose D-fructose 93 Hình 4.2 Cơng thức cấu tạo monosaccharide có tính kiềm tính acid 94 Hình 4.3 Cấu hình D L glucose 95 Hình 4.4 Cơng thức cấu tạo D-aldose 95 Hình 4.5 Glucose hai đồng phân khơng đối quang 96 Hình 4.6 Sơ đồ hình thành vòng glucose 97 Hình 4.7 Cơng thức cấu tạo vòng glucose fructose 98 Hình 4.8 Mối quan hệ công thức cấu tạo dạng Fisher Haworth glucose 99 ix Hình 4.9 Cấu hình dạng ghế dạng thuyền glucopyranose 99 Hình 4.10 Cơng thức cấu tạo glyceraldehyde dihydroxyacetone 105 Hình 4.11 Cơng thức cấu tạo D-erytrose 105 Hình 4.12 Cơng thức cấu tạo pentose thƣờng gặp 106 Hình 4.13 Cơng thức cấu tạo D-glucose 106 Hình 4.14 Cơng thức cấu tạo D-fructose 107 Hình 4.15 Công thức cấu tạo D-galactose 107 Hình 4.16 Cơng thức cấu tạo D-mannose 107 Hình 4.17 Cơng thức cấu tạo sucrose 108 Hình 4.18 Cơng thức cấu tạo maltose 109 Hình 4.19 Cơng thức cấu tạo lactose 109 Hình 4.20 Mơ hình cấu tạo homopolysaccharide heteropolysaccharide 110 Hình 4.21 Cơng thức cấu tạo amylose 111 Hình 4.22 Mơ hình cấu trúc xoắn ốc amylose 112 Hình 4.22 Cơng thức cấu tạo amylopectin 113 Hình 4.23 Sơ đồ minh họa cấu trúc nhánh amylopectin 113 Hình 2.24 Công thức cấu tạo pectin 115 Hình 2.25 Cơng thức cấu tạo cellulose 116 Hình 4.26 Cơng thức cấu tạo chitin 116 Hình 5.1 Cơng thức cấu tạo chung triacylglycerols 121 Hình 5.2 Cơng thức cấu tạo 1-Stearoyl, 2-linoleoyl, 3-palmytoyl glycerol 122 Hình 5.3 Cơng thức cấu tạo acid béo no 125 Hình 5.4 Cơng thức cấu tạo acid béo không no 126 Hình 5.5 Cơng thức cấu tạo acid palmitic 126 Hình 5.6 Cơng thức cấu tạo acid linoleic 127 Hình 5.7 Cơng thức cấu tạo chung sáp 127 Hình 5.8 Cơng thức gớc rƣợu sáp 127 Hình 5.9 Cơng thức acid béo sáp 128 Hình 5.10 Cơng thức cấu tạo sáp ong 128 Hình 5.11 Cơng thức cấu tạo cholesterol 130 Hình 5.12 Cơng thức cấu tạo steroid hormone 130 x Vitamin B1 bền môi trƣờng acid, mơi trƣờng kiềm bị phá hủy nhanh chóng đun nóng Vitamin B1 nhạy với tác dụng chất oxy hóa, dƣới tác dụng HNO3, KMnO4 bị phá hủy mạnh Khi bị oxy hóa tạo thành hợp chất thiochrome phát huỳnh quang, tính chất đƣợc sử dụng để định lƣợng vitamin B1 Thiamin giữ vai trò quan trọng chuyển hóa acid pyruvic Nó thành phần enzyme carboxylase, enzyme khử carboxyl acid pyruvic acetaldehyde Trong thể thiamin xuất dƣới dạng thiamin-diphosphate Khi theo thức ăn vào thể chúng dễ dàng bị phosphoryl hóa men chứa adenosin-triphosphate (chủ yếu gan), bị khử phosphoryl thận nhờ enzyme phosphatase theo nƣớc tiểu dạng tự Nguyên nhân thiếu thiamin tăng tiêu thụ loại gạo bột xay giã trắng thiamin chất dinh dƣỡng dự trữ với lƣợng khơng lớn nhanh chóng cạn tình trạng sinh lý khác Các dấu hiệu lâm sàng thƣờng gặp: nhức đầu, mệt mỏi, ngủ, rối loạn trí nhớ, dễ bị kích thích, mồ hơi, thân nhiệt giảm, tim đập nhanh, hạ huyết áp, khó thở Do rối loạn chuyển hóa nƣớc gây phù nhƣng cần phân biệt với dạng phù thiếu protein Nhu cầu tối thiểu đề phòng bệnh beriberi khơng dƣới 0,7 mg thiamin/ngày Vitamin B1 phổ biến rộng rãi giới thực vật Tuy nhiên trừ số loại đặc biệt có nhiều vitamin B1 (men, mầm luá mì, cám gạo), loại thực phẩm khác hàm lƣợng chúng không đáng kể Phần lớn thiamin thực phẩm thực vật nằm dƣới dạng thiamin tự Trong sản phẩm động vật thƣờng gặp dƣới dạng liên kết phosphate hay pyrophosphate nhƣ diphosphothiamin Hạt lúa mì chứa tƣơng đối nhiều thiamin, hàm lƣợng phụ thuộc vào loại lúa mì điều kiện trồng trọt, dao ng t 500 ữ 800 àg/100g u cng l ngun thiamin quan trọng Đậu nành có 540 µg/100g, đậu xanh 720 µg/100g, đậu phộng 440 µg/100g Các loại khoai củ nghèo thiamin Thiamin diện phủ tạng động vật, đặc biệt gan, thận, cơ: 100g thịt bò có 100 µg thiamin, 100g gan bò có 400 µg thiamin Thịt heo tƣơng đối giàu thiamin, 100g thịt ba rọi chứa 530 µg thiamin Ở cá hàm lƣợng thấp hơn, trứng gà hàm lƣợng thiamin tập trung lòng đỏ trứng (300 µg thiamin /100g) b Vitamin B2 (Riboflavin) Vitamin B2 đƣợc Kun tách lần đầu dạng tinh khiết năm 1933 từ sữa nên lúc đầu mang tên lactoflavin, chất có màu vàng phát huỳnh quang xanh Năm 1935, Karrer tổng hợp đƣợc dẫn xuất lactoflavin từ nguyên liệu tự nhiên Vì cơng thức cấu tạo vitamin B2 có nhóm ribose nên đƣợc gọi tên riboflavin (hình 3.8) Vitamin B2 tinh khiết có dạng tinh thể màu cam, vị đắng, hòa tan tốt nƣớc, rƣợu piridin Ở dạng tinh thể vitamin B2 bền với nhiệt độ dung dịch acid Vitamin B2 không bền với kiềm tia cực tím 76 Vitamin B2 có rộng rãi tự nhiên, xanh Trong hạt có ít, khoai tây loại củ nghèo riboflavin Trái lại, cà chua loại rau có tƣơng đối nhiều Các loại men chứa nhiều vitamin B2 nhất: men bánh mì mg/100g, men bia mg/100g Các loại đậu nhƣ đậu nành 0,3 mg/100g Với loại thực phẩm động vật, vitamin B2 có nhiều phủ tạng: gan 0,2 mg/100g, tim 0,5 mg/100g Thịt nguồn B2 tốt, khoảng 0,2 mg/100g, trứng khoảng 0,3 mg/100g, cá nghèo riboflavin Phần lớn loại men, thực vật, nấm nhƣ số vi khuẩn có khả tổng hợp đƣợc vitamin B2 CH2 (CHOH)3 H3C N N H3C N CH2OH O NH O Hình 3.8 Cơng thức cấu tạo vitamin B2 (Phạm Thu Cúc, 2002) Vai trò sinh học vitamin B2 tham gia vào thành phần cấu tạo flavoprotein hoạt động nhƣ enzyme Vitamin B2 cần thiết cho chuyển hóa protein Khi thiếu vitamin B2, phần acid amin thức ăn khơng đƣợc sử dụng ngồi theo nƣớc tiểu Vitamin B2 có ảnh hƣởng tới cấu trúc tế bào, làm tăng tính thấm màng tế bào số chất nhƣ glucose Cũng nhƣ vitamin A, vitamin B2 có ảnh hƣởng tới khả cảm thụ ánh sáng mắt, nhìn màu Cơ chế tác dụng vitamin B2 thị giác chƣa hoàn toàn rõ ràng Khi thiếu vitamin B2 xảy tổn thƣơng giác mạc mắt Các triệu chứng thiếu vitamin B2 thƣờng gặp tổn thƣơng niêm mạc lƣỡi, mặt lƣỡi trở nên xẫm đỏ, bề mặt có hạt nhỏ, gai lƣỡi trở nên phẳng, sau teo lại Ngồi thiếu vitamin B2 gây biến đổi máu, trình tổng hợp hemoglobin bị rối loạn, đồng thời xuất bệnh khác nhƣ viêm gan, xơ gan, viêm màng phổi, thấp khớp Nhu cầu vitamin B2 0,55 mg/1000 Kcal c Vitamin B6 (piridoxin, piridoxal, piridoxamin) Vitamin B6 đƣợc tách dạng tinh khiết vào năm 1938, từ nấm men, sau từ cám gạo Cấu tạo đƣợc xác nhận vào năm 1939 nhờ tổng hợp hóa học Đó chất piridoxin, vitamin B6 tồn dạng piridoxal piridoxamin Công thức cấu tạo vitamin B6 thể hình 3.9 Tính chất vitamin B6: Piridoxin tinh thể khơng màu, có vị đắng hòa tan tốt nƣớc rƣợu Piridoxal tinh thể dạng vảy trắng, piridoxamin tinh thể hình thoi trắng 77 Cả loại piridoxin, piridoxal, piridoxamin bền đun sôi dung dịch acid kiềm, song khơng bền có mặt chất oxy hóa Chúng bị phân hủy nhanh đem chiếu sáng mơi trƣờng kiềm nhƣ trung tính CH2OH HO H3C CHO CH2OH N piridoxin HO N H3C piridoxal CH2NH2 CH2OH HO H3C CH2OH N piridoxamin Hình 3.9 Công thức cấu tạo vitamin B6 (Phạm Thu Cúc, 2002) Piridoxin vào thể chuyển hóa thành piridoxal piridoxamin Tất dạng bị oxy hóa thành 4-piridoxalic theo nƣớc tiểu với lƣợng nhỏ piridoxal piridoxamin Vitamin B6 cần cho tổng hợp porphyrin tham gia vào chuyển hóa lipid, cụ thể q trình chuyển hóa acid linoleic thành acid arachidonic Vitamin B6 có tác dụng làm giảm lƣợng cholesterol huyết thanh, có khả ngăn ngừa đƣợc bệnh xơ vữa động mạch Theo tiêu chuẩn Bộ Y Tế Liên Xô (1960) nhu cầu vitamin B6 0,7 mg/100 kcal phần với tăng hợp lý cho phụ nữ có thai cho bú Vitamin B6 có tự nhiên thƣờng dƣới dạng phức hợp với protein: men, gạo trắng, mầm nhiều loại hạt Vitamin B6 thƣờng đƣợc tổng hợp đƣờng hóa học, thực vật nhiều vi sinh vật có khả tổng hợp vitamin B6 d Vitamin PP (Niacin ( acid nicotinic), nicotinamide, vitamin B3) Năm 1870, Huber tổng hợp đƣợc acid nicotinic Đến năm 1937 phát tính chất vitamin Vitamin PP có tác dụng chống đƣợc bệnh da sần sùi gọi bệnh pellagra (tên vitamin PP xuất phát từ tên gọi Preventive Pellagra) Cấu tạo hóa học vitamin PP đƣợc trình bày hình 3.10 Acid nicotinic tinh thể hình kim, màu trắng, vị chua, tan nƣớc rƣợu Dạng acid bền với nhiệt độ, acid, kiềm; dạng amide tinh thể trắng có vị đắng tan tốt nƣớc, nhƣng bền với acid kiềm Vitamin PP thành phần quan trọng coenzyme nhƣ NAD+ NADH+ enzyme dehydrogenase Hai coenzyme nhƣ chất nhận chuyển hydro điện tử từ chất Khi nhận hydro chúng chuyển thành dạng khử (NADH NADPH) 78 O O OH NH3 N N acid nicotinic nicotiamide Hình 3.10 Cơng thức cấu tạo vitamin PP (Phạm Thu Cúc, 2002) Khi thiếu vitamin PP, thể có triệu chứng nhƣ: sƣng màng nhày dày ruột; da bị sần sùi vùng tiếp xúc nhiều với ánh sáng mặt trời; hệ thần kinh bị rối loạn dẫn đến suy nhƣợc tồn thân Vitamin PP có nhiều động vật thực vật, đặc biệt nấm men Trong hạt, vitamin PP chủ yếu tồn dạng este nên thể khó tiếp thu Các sản phẩm từ đậu chứa vitamin PP dạng hấp thu Ở bắp, vitamin PP thân bắp acid amin tryptophan Vitamin PP có nhiều thịt bò, gan bò, thận, tim; sữa chứa vitamin PP nhƣng giàu tryptophan Ở số động vật nhƣ: chim, chuột, ngựa; thực vật bậc cao; nhiều loại vi sinh vật tổng hợp vitamin PP qua hai đƣờng: chuyển hóa tryptophan mô, tổng hợp vi khuẩn đƣờng ruột Ta tổng hợp nhân tạo vitamin PP từ nicotin nhờ chất oxy hóa nhƣ: acid cromic, acid nitric, pecmanganat kali… Nhu cầu ngƣời bình thƣờng 25 mg vitamin PP ngày đêm e Vitamin B5 (acid pantothenic) Vitamin B5 đƣợc tìm vào năm 1933 Roger J Williams ông nghiên cứu chất kích thích sinh trƣởng nấm men Về mặt hóa học vitamin B5 amide đƣợc tạo thành từ kết hợp acid pantoic β-alanine (hình 3.11) CH3 HO CH2 C CH CO NH CH2 CH2 COOH CH3 OH Hình 3.11 Công thức cấu tạo vitamin B5 (Phạm Thu Cúc, 2002) Vitamin B5 phổ biến đối tƣợng sinh vật khác nên có tên acid pantothenic (trong tiếng Hi Lạp từ “pantothen” có nghĩa khắp nơi) 79 Vitamin B5 chất lỏng giống dầu, màu vàng, sáng, quánh, tan nhiều nƣớc, acid acetic ethanol; hòa tan dung mơi hữu khác Vitamin B5 bền với nhiệt oxy khơng khí mơi trƣờng trung tính, mơi trƣờng acid kiềm nóng liên kết peptide (CO–NH) dễ bị thủy phân Dạng đƣợc sử dụng phổ biến muối canxi pantothenate Khi thiếu vitamin B5, động vật phát bệnh viêm da, lông bị sắc tố bắt đầu rụng; tim, thận, tuyến thƣợng thận… bị viêm; biến đổi thối hóa hệ thần kinh bắt đầu xuất Ở ngƣời bệnh thiếu vitamin B5, thƣờng gặp thực khuẩn đƣờng ruột E coli sản xuất lƣợng lớn acid pantothenic đƣa acid vào ruột Acid pantothenic tham gia vào thành phần cấu tạo coenzyme A Chất giữ vai trò quan trọng việc sinh tổng hợp phân giải acid béo, đảm bảo việc thực phản ứng cần thiết biến đổi tƣơng hổ glucid lipid Acid pantothenic có rộng rãi thiên nhiên Chất có tất đối tƣợng nhƣ: động vật, thực vật vi sinh vật Đặc biệt, có nhiều gan, thận, lòng đỏ trứng, thịt Ở thực vật, có nhiều bơng cải, khoai tây, cà chua Trong sữa ong chúa men rƣợu chứa acid pantothenic đặc Nhu cầu hàng ngày ngƣời khoảng 10 mg vitamin B5 Acid pantothenic vào thể ngƣời động vật nguồn thức ăn Vitamin B5 đƣợc sử dụng rộng rãi thực tế lâm sàng để chữa trƣơng lực ruột sau mổ dày f Vitamin BC (các vitamin nhóm acid folic) Việc phát vitamin nhóm acid folic gắn liền với nghiên cứu vitamin nhóm B Khi nghiên cứu chất cần thiết cho sinh trƣởng vi sinh vật, Roger J Williams (1941) nhận thấy nguyên liệu nhƣ nấm men, gan có yếu tố kích thích sinh trƣởng nhiều lồi vi sinh vật Vì yếu tố đƣợc đặt tên acid folic (bắt nguồn từ “folium”trong tiếng La Tinh có nghĩa cây) Acid folic bao gồm nhóm chất tƣơng tự cấu trúc hóa học tính chất sinh học tùy thuộc vào nguồn chứa vitamin Acid folic mang tên vitamin B C (C chữ viết tắc từ Chicken) cần thiết cho phát triển cảu gà Vitamin BM (M chữ viết tắc từ Monkey) dạng liên kết acid folic vốn cần thiết cho sinh trƣởng khỉ Acid folic bao gồm ba gốc liên kết với nhau: gốc pterin, gốc acid para-aminobenzoic gốc acid glutamic Acid pteroylmonoglutamic chất nhóm acid folic (hình 3.12) Các hợp chất thuộc nhóm acid folic khác chúng khác số gốc acid glutamic Ví dụ: ngƣời ta biết đƣợc loại acid pteroyltriglutamic, acid pteroylheptaglutamic… Acid folic tinh thể hình kim, màu vàng, hòa tan nƣớc, khơng hòa tan đa số dung mơi hữu Nó bị phân giải nhanh ngồi ánh sáng, phân giải mạnh môi trƣờng 80 acid Acid folic bền mơi trƣờng có pH từ ÷ 10 Acid folic tồn sản phẩm thiên nhiên bền dung dịch tinh khiết COOH OH N CH2 NH CO NH CH N CH2 H2N N N CH2 COOH Hình 3.12 Cơng thức cấu tạo acid folic (Phạm Thu Cúc, 2002 Dạng acid folic phổ biến nấm men, cám gạo gan acid tetrahydrofolic, dƣới dạng acid folic tham gia vận chuyển gốc chứa carbon trình sinh tổng hợp nhiều loại chất quan trọng cơ) thể Ví dụ: vận chuyển nhóm methyl tổng hợp methionine, nhóm hydroxymethyl (–CH2OH) tổng hợp serine; nhóm formyl (–CHO) tổng hợp bazơ purin, pirimidin số acid amin Ngoài ra, ngƣời ta chứng minh đƣợc acid folic (dạng acid tetrahydrofolic) có thành phần coenzyme nhiều loại enzyme khác Do chức tạo vòng porphyrin hemin nên acid folic có tác dụng chống bệnh thiếu máu Acid folic cần thiết cho sinh trƣởng ngƣời, động vật chim Do acid folic tham gia vào trao đổi hợp chất chứa carbon, từ tạo nên nhiều chất quan trọng thể nên thiếu acid folic kèm theo rối loạn trầm trọng trao đổi chất Acid folic có nhiều rau xanh, gan, thận, nấm men Trong sản phẩm đậu thịt, sữa hàm lƣợng acid folic thấp hơn, acid folic Khoảng 50% acid folic tồn dạng khử (dẫn xuất – formyl – tetrahydrofolic) Hiện ngƣời ta điều chế acid folic hoàn toàn phƣơng pháp tổng hợp từ ba loại sản phẩm 2,4,5 triamino – – oxypirimidin diclorua; aldehyde 2,3 – dibrompropinoic acid paraminobenzoilglutamic Sau trình ngƣng tụ, sản phẩm đƣợc tinh chế lại cách kết tinh nƣớc nóng Nhu cầu acid folic ngƣời trƣởng thành bình thƣờng 100 ÷ 200 mg/ngày g Vitamin B12 (Cobalamin) Từ năm 1926, George Richards Minot William Murphy phát tác dụng chữa bệnh gan bệnh thiếu máu ác tính Sau 22 năm thu đƣợc dạng kết tinh yếu tố hoạt động từ dịch gan đặt tên vitamin B12 Vitamin B12 đƣợc gọi chung cobalamin phân tử có kim loại coban Cấu trúc hóa học vitamin B12 bao gồm mặt phẳng chứa vòng pirol nguyên tử coban 81 vị trí trung tâm, phần thứ hai phân tử nhóm nucleotide thẳng góc với mặt phẳng Hiện nay, ngƣời ta biết khoảng 100 loại chất tƣơng tự vitamin B12, chất quan trọng thƣờng gặp cyanocobalamin (hình 3.13) Hình 3.13 Cấu tạo cyanocobalamin (H.mùi, D Belitz et al, Vitamin B12 có dạng tinh thể màu đỏ, khơng không vị.2009) Phân tử lƣợng 1490 ± 150 Vitamin B12 tan tốt nƣớc rƣợu Dung dịch trung tính acid yếu vitamin B12 bền tối nhiệt độ thƣờng Ở ngồi ánh sáng dễ dàng bị phân hủy Dung dịch vitamin B12 bền nƣớc có vitamin B1, vitamin B2 acid nicotic; bị phá hủy có mặt chất oxy hóa Vitamin B12 vào thể gắn với hợp chất glucoprotein dày tạo nên phức hợp dễ hấp thu cho thể Nhiều thí nghiệm chứng minh vitamin B12 tham gia vào trình tổng hợp protein acid nucleic thể Vitamin B12 tham gia vào trao đổi chất chứa cacbon thƣờng kết hợp với acid folic phản ứng methyl hóa Ví dụ nhƣ q trình tổng hợp methionine từ homocysteine Ngoài ra, phản ứng quan trọng coenzyme B12 khử tất ribonucleoside – – triphosphate (tại C–2’) thành 2’–deoxyribonucleoside – triphosphate tƣơng ứng Vitamin B12 tham gia vào trình tạo máu, thiếu B12 gây bệnh thiếu máu ác tính Vitamin B12 82 liên q đến chuyển hóa hợp chất sulfidryl, tham gia vào khử hợp chất disulfide tạo thành hợp chất sulfidryl Do đó, trì hoạt động enzyme chứa nhóm –SH ảnh hƣởng đến trao đổi protein, glucid lipid Vitamin B12 nguồn vitamin hầu nhƣ đƣợc tổng hợp độc vi sinh vật Các vi khuẩn ruột động vật có khả tổng hợp vitamin B12 vừa đủ cung cấp cho động vật chủ Cho nên, sản phẩm động vật thƣờng giàu vitamin B12, nhiều sữa, trứng, gan thận bò Con ngƣời nhận vitamin B12 từ thức ăn, sau chúng đƣợc chuyển thành dạng liên kết với glucoprotein đặc biệt Dƣới tác dụng enzyme tiêu hóa, vitamin B12 đƣợc giải phóng từ phức hợp enzyme protein hấp thu vào ruột Nhu cầu vitamin B12 ngƣời bình thƣờng ngy l ữ 2,5 àg 3.3.2 Vitamin C (Acid ascorbic) Là loại có lƣợng cung cấp lớn loại vitamin Bệnh thiếu vitamin C đƣợc biết từ năm 1550 trƣớc Công nguyên, nhƣng đến năm 1928 tách đƣợc chất mang tính acid bệnh scorbut, năm 1933 tổng hợp đƣợc acid ascorbic Acid ascorbic tồn thiên nhiên dƣới hai dạng dạng L dạng D Dạng D khơng có hoạt tính sinh học Dạng L oxy hóa tạo thành acid dehydroascorbic (acid ascorbic khử hydro), loại chƣa đƣợc oxy hóa gọi acid ascorbic hồn ngun (hình3.14) Cả hai loại hồn ngun loại khử hydro có hoạt tính sinh học O O C HO C C O HO C H C HO C H CH2OH acid L-ascorbic -2H +2H O C O O C H C HO C H CH2OH acid L-dehydroascorbic Hình 3.14 Cấu tạo vitamin C (Phạm Thu Cúc, 2002) Acid ascorbic có dạng tinh thể trắng, có vị chua, dễ tan nƣớc, khó tan rƣợu, khơng tan benzene, este 83 Do phân tử có nhóm dienol nên vitamin C có tính khử mạnh, mà dung dịch fehling, nitrate bạc, đặc biệt 2,6 diclophenolindophenol bị khử acid ascorbic nhiệt độ thƣờng O OH Cl O Cl C Cl O Cl C HO C O HO C O C + N O O C H C + N H C HO C H HO C H CH2OH CH2OH + O(Na ) OH Acid ascorbic tƣơng đối bền môi trƣờng acid trạng thái khô Nhƣng môi trƣờng kiềm, kim loại nặng, tia tử ngoại enzyme làm tăng nhanh q trình oxy hóa acid ascorbic thành acid dehydroascorbic, tiếp tục oxy hóa bị hoạt tính vitamin C cho sản phẩm khác O COOH O C HO C O C O C COOH acid oxalic + COOH H C H C H C OH C O HO C H C HO C H CH2OH acid L-ascorbic -2H +2H O C COOH O HO C H CH2OH acid L-dehydroascorbic O C HO C H CH2OH acid L-dicetohulonic HO C H COOH acid treonic Vai trò vitamin C thể trì mơ liên kết Nếu thể thiếu vitamin C cấu trúc mơ liên kết bị yếu đi, thành mạch máu nhƣ màng bao bọc mô liên kết trở nên yếu đi, chảy máu xảy Acid ascorbic đƣợc dùng vài hệ thống trao đổi chất, gồm hydro hóa proline thành hydroxyproline, giai đoạn quan trọng tổng hợp collagen, hợp phần mơ liên kết Vì acid ascorbic không đủ ảnh hƣởng đến tổng hợp collagen làm cho vết thƣơng lâu lành, thành mao mạch yếu mà dẫn đến xuất huyết mức độ khác Acid ascorbic có ảnh hƣởng đến tạo thành hemoglobin, hấp thu sắt từ ruột sử dụng sắt mô gan Acid ascorbic diện nhiều phận thể Do tính chất tan nƣớc nên acid ascorbic nhanh chóng đƣợc hấp thu từ dày - ruột vào máu vài sau tiêu 84 hóa đƣợc mang đến mô Acid ascorbic chủ yếu thải ngồi qua hệ tiết niệu, mồ phân thải Chất dị hóa acid ascorbic oxalate lƣợng chất chuyển hóa đƣợc thải từ nƣớc tiểu Vì thƣờng xuyên đƣa lƣợng lớn acid ascorbic làm cho oxalate hệ tiết niệu thải tăng lên, nguyên nhân gây sỏi đƣờng tiết niệu Acid ascorbic kìm hãm chuyển hóa cholesterol ngăn ngừa phát triển xơ vữa động mạch Chuyển hóa vitamin C liên quan đến chuyển hóa nhiều vitamin khác Acid ascorbic tham gia vào nhiều q trình chuyển hóa quan trọng thể Vitamin C giữ vai trò quan trọng việc trì sức đề kháng thể bệnh nhiễm trùng Khi thiếu vitamin C nhiều phản ứng miễn dịch sinh học thể giảm xuống Một số bệnh nhiễm lạnh thông thƣờng bệnh nhiễm trùng nhƣ cúm thƣờng phát sinh vào mùa thực phẩm giàu vitamin C, vitamin A riboflavin Các tổ chức Y tế Dinh dƣỡng giới cho hàm lƣợng acid ascorbic cần dùng ngày cho ngƣời bì nh thƣờng là 80 ÷ 100 mg Thực tế hầu hết vitamin C có từ loại rau Thực phẩm giàu vitamin C loại citrus, gan, cà chua hầu hết loại rau khác Các loại khác có hàm lƣợng vitamin C thấp rau Vitamin C không bị phá hủy nhiệt nhƣng oxy hóa thƣờng xảy nhiệt độ tăng Việc nấu chín loại rau (hấp, luộc dùng áp suất) có khả làm khoảng 50% acid ascorbic Các loại citrus nƣớc quả, nƣớc cà chua nguồn acid ascorbic quan trọng 3.3.3 Vitamin H (Biotin) Những tính chất vitamin biotin đƣợc biết đến năm thứ 20 kỷ XX Nhƣng đến năm 1936, Kögl Tönnis chiết xuất đƣợc chế phẩm tinh khiết từ lòng đỏ trứng gọi biotin Biotin đƣợc biết với tên vitamin H hay coenzyme R Biotin loại acid monocarboxylic có cấu trúc vòng Vòng A biotin đƣợc tạo thành từ vòng imidazole vòng B vòng tiophene (hình 3.15) Hình 3.15 Cấu tạo phân tử biotin (H D Belitz et al, 2009) 85 Biotin tinh thể hình kim, khơng màu, tan nƣớc, tan rƣợu, không tan dung môi hữu cơ, bền với oxy H2SO4 Vitamin H bị phân hủy H2O2, HCl chất kiềm Biotin phần enzyme luôn kết hợp chặt chẽ với phần protein đƣờng tạo liên kết amid với gốc NH2 lysine Ví dụ: biocytin (hình 3.16) hợp chất hóa học (một amide) hình thành từ biotin acid amin L-lysine Biocytin trung gian trình trao đổi chất biotin, biocytin xảy tự nhiên huyết máu nƣớc tiểu Hình 3.16 Cấu tạo biocytin (H D Belitz et al, 2009) Những enzyme có biotin xúc tác hai dạng phản ứng sau: Dạng thứ nhất: phản ứng β – carboxyl hóa hay cố định CO2 gắn liền với phân giải ATP Ví dụ: carboxyl hóa acid pyruvic, acetyl Co A; kết phản ứng có tham gia lƣợng ATP, carboxyl – biotin đƣợc hình thành Dạng thứ hai: phản ứng chuyển hóa carboxyl hóa xảy khơng có phân giải ATP mà carboxyl hóa chất đƣợc xảy đồng thời decarboxyl hóa hợp chất khác Biotin tham gia vào phản ứng khử amin, trao đổi tryptophan Biotin thành phần đặc biệt quan trọng trình tổng hợp acid béo tham gia vào giai đoạn định tổng hợp protein bazơ purin Biotin kết hợp với số loại protein độc trứng gà gọi avidin, trình xảy ruột Vì vậy, sử dụng nhiều trứng gà sống gây thiếu biotin thể (các triệu chứng: sung da, rụng tóc, tăng thải acid béo…) Biotin có nhiều gan động vật có sừng, sữa, nấm men, đậu nành Bên cạnh đó, biotin có rau cải, hành khơ, thận, tim, lòng đỏ trứng, cám gạo, bột mì Nhu cầu ngày ngƣời bình thƣờng khoảng 150 ÷ 200 mg biotin 86 3.4 CÁC ANTIVITAMIN Khi nghiên cứu chất hóa học tác dụng vitamin, ngƣời ta nhận thấy có nhiều chất có khả làm hoạt tính sinh học vitamin có tác dụng chống lại vitamin Ngƣời ta gọi chất antivitamin, chất gây bệnh thiếu vitamin ngƣời động vật Cấu tạo hóa học antivitamin thƣờng giống với vitamin tƣơng ứng Khi vào thể sinh vật antivitamin khơng có hoạt tính vitamin nên tạo nên hệ enzyme hồn tồn bị ức chế khơng hoạt động Có nghĩa chúng đẩy vitamin khỏi enzyme chiếm lấy vị trí vitamin tạo thành phức hợp giả khơng hoạt động Ví dụ: antivitamin quan trọng vitamin B1 oxythiamin, pirithiamin (hình 3.17) OH (1) N H 3C (2) H 3C CH2 N+ CH3 N S NH2 CH3 N CH2 N N+ CH2 CH2OH CH2 CH2OH S Hình 3.17 Các antivitamin vitamin B1 (1) oxythiamin, (2) pirithiamin Avidin lòng trắng trƣ́ng là antivi tamin của vitamin H Nó kết hợp với biotin tạo phức hợp làm hoạt tính biotin dẫn tới tƣợng thiếu vitamin H CÂU HỎI ÔN TẬP Phần tự luận Trình bày định nghĩa cách phân loại vitamin? Trình bày cấu tạo chức vitamin A, E, D K 87 Trình bày cấu tạo chức vitamin B Trình bày tính chất chức vitamin C Trình bày tính chất chức vitamin H Phần trắc nghiệm Cyancobalamin tên hóa học của: A Vitamin B1 B Vitamin H C Vitamin B12 D Vitamin PP Vitamin B12 có vai trò A Ngăn ngừa bệnh xơ vữa động mạch B Tham gia trình tổng hợp máu C Tham gia vào trình điều hòa trao đổi canxi phospho D Giúp thể tăng sức đề kháng Vitamin sau tan nƣớc A Vitamin K C Vitamin D B Vitamin E D Vitamin B6 Vitamin A chất: A Dễ bị oxi hóa điều kiện thƣờng B Bền mơi trƣờng pH trung tính kiềm C Bị phá hủy môi trƣờng acid D Cả ba ý Tên hóa học Vitamin A là: A Retinol C Canxipherol B Philoquinon D Thiamin Vitamin D2 dẫn xuất của: A Cholesterol C Ergosterol B Naphatoquinon D Benzopiran Vai trò Vitamin D: A Chống oxy hóa, chống tim mạch 88 B Tham gia vào q trình cầm máu C Đóng vai trò vận chuyển tế bào thần kinh tham gia tổng hợp chất béo D Tham gia vào trình calci hóa mơ xƣơng Chọn câu nói vitamin C A Là tinh thể hình kim, màu vàng nhạt, khơng mùi B Vị chua, khơng màu, tan nƣớc bền nhiệt C Là tinh thể trắng, tan nƣớc không mùi D Chất dầu lỏng, màu vàng nhạt, không mùi, vị đắng Vitamin E có tên gọi hóa học là: A Philoquinon C Uniquinon B Canxipherol D Tocopherol 10 Thiếu vitamin E dẫn đến tƣợng: A Đau đầu, rụng tóc B Đau xƣơng, nhức mỏi C Thiếu máu, tổn thƣơng hệ thần kinh D Chảy máu dƣói da 11 Tên hóa học vitamine B3 là: A Thiamin C Acid nicotonic B Acid pentothenic D Acid folic 12 Vitamine B3 bền với nhiệt oxy khơng khí mơi trƣờng A Acid C Acid kiềm nóng B Kiềm D Trung tính 13 Biotin tên hóa học của: A Vitamin A C Vitamin C B Vitamin K D Vitamin H 14 Vitamin nhóm chất hữu cơ: A Có phân tử tƣơng đối nhỏ B Có chất lí hóa học khác C Tác dung sinh lý lên thể sinh vật thể khác D Tất 89 15 Tính nhạy cảm với nhiệt vitamine B1 trình bảo quản chế biến thực phẩm phụ thuộc yếu tố nào: A Độ pH môi trƣờng B Thời gian chế biến C Nồng độ oxy khơng khí D Tất yếu tố 90 ... 10 8 POLYSACCHARIDE 11 0 5.2 .1 Đặc tính chung 11 0 5.2.2 Các polysaccharide tiêu biểu 11 1 CÂU HỎI ÔN TẬP 11 7 Phần tự luận 11 7 Phần. .. 1. 1 1. 2 1. 3 1. 4 1. 5 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ PROTEIN 1. 1 .1 Cấu tạo phân loại 1. 1.2 Chức ACID AMIN 1. 2 .1 Cấu tạo chung phân loại 1. 2.2... thủy sản Giáo trình nhằm trang bị cho sinh viên kiến thức sinh hóa nhất, làm tảng để sinh viên có sở sâu học tập nghiên cứu mơn Sinh hóa Hóa học thực phẩm Giáo trình cung cấp cho sinh viên kiến