2.1Khái quát chung về phản ứng thủy phân
Phản ứng thủy phân là phản ứng phân giải các chất có sự tham gia của nước. Phản ứng thủy phân là phản ứng phổ biến và khá quan trọng trong công nghiệp thực phẩm. Người ta áp dụng phản ứng thủy phân để sản xuất động vật và thực vật. Những sản phẩm này sẽ giúp chúng ta ăn ngon miệng, dễ tiêu hóa hơn. Như vậy, sau khi thực hiện phản ứng thủy phân thì tính chất cảm quan, tính chất dinh dưỡng của thực phẩm tăng lên. Trong đa số trường hợp thì phản ứng thủy phân là có lợi, tuy nhiên trong một số trường hợp thì phản ứng thủy phân cũng gây ra sự hư hỏng thực phẩm như trong bảo quản thịt, cá, trứng, dầu mỡ,…
Phản ứng thủy phân thường là phản ứng mở đầu cho hàng loạt các phản ứng khác tiếp diễn. Ví dụ như protid sau khi thủy phân thành acid amin, sau đó acid amin bị phân giải sâu xa hơn như decarbonxyl hóa, dezamin hóa… cuối cùng là tạo ra những sản phẩm có hại về mặt cảm quan và dinh dưỡng cho sản phẩm. Polysaccharide sau
sâu xa hơn tạo sản phẩm trung gian, sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O. Lipid sau khi thủy phân sẽ tạo ra acid béo và glycerin, sau đó acid béo tiếp tục bị oxy hóa tạo ra sản phẩm có mùi vị khó chịu (còn gọi là sự ôi hóa chất béo).
Ngày nay thủy phân ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất, đặc biệt là trong công nghiệp thực phẩm. Trong công nghiệp thực phẩm, thông thường tác nhân thủy phân có thể là acid, kiềm hay enzyme, trong đó sử dụng rộng rãi và hiệu quả là enzyme thủy phân từ vi sinh vật. Nhóm enzyme thủy phân gọi tên chung là Hydrolase.
Phương trình tổng quát của phản ứng thủy phân: R1R2 +H2O -> R1OH + R2H
Hydrolase được chia thành bốn nhóm bản chất, cơ chất mà nó tách dụng như Esterase, Glucosisdase, Peptidase, Amidase và ứng với bốn phương trình phản ứng như sau:
2.2Phản ứng thủy phân protein trong công nghệ sản xuất nước tương
2.2.1 Đặc điểm của liên kết peptid trong phân tử protein
Protein là hợp chất cao phân tử, được tạo ra nhiều loại acid amin.
Acid amin là những hợp chất hữu cơ mạch thẳng hoặc mạch vòng mà trong phân tử có ít nhất một nhóm amin (-NH2) và mottj nhóm cacboxyl (-COOH).
Từ nhiều loại acid amin, theo nhiều phương án kết hợp sẽ tạo ra một số lượng cực kỳ phong phú protein.
Protein có nhiều loại tính chất và khả năng hết sức kỳ diệu. Có được điều này là do phân tử protein tồn tại dưới bốn dạng cấu trúc đặc biệt mà không hề thấy ở bất lỳ một dạng hợp chất hữu cơ nào khác. Trong bốn dạng cấu trúc protein, như ta đã biết cấu trúc bậc 1, cấu trúc bậc 2, cấu trúc bậc 3 và cấu trúc bậc 4, thì cấu trúc bậc 1 là cấu trúc phổ biến và quan trọng hơn cả.
Cấu trúc bậc 1 của protein là thành phần và trình tự sắp xếp acid amin trong mạch polypeptide.
Liên kết peptid (-CO-NH-) được tạo thành do phản ứng kết hợp giữa nhóm α – amin của một acid amin khác, loại đi một phân tử nước, ví dụ:
Liên kết peptid do các electron δ định vị của line kết đơn và một hệ thống electron π linh động tạo nên. Hệ thống đó gồm bốn electron, trong đó có hai electron của nối kép C=O và hai electron của cặp không chia nito. Bốn electron này tạo thành một hệ thống cộng hưởng và theo quy tắc chung: khi ở nguyên tử dị mạch nằm kế liền với nối kép có cặp electron không chia thì xảy ra sự chuyển dịch một phần điện tích của cặp không chia từ nguyên tử dị mạch tới nguyen tử cuối của nối kép. Như vậy sự phân bố điện tích trong liên kết peptid được biểu diễn như sau:
Khi đó nguyên tử nito tích điện dương, nghĩa là thay cho hai electron của cặp không chia, nó sẽ chỉ giữ lại một phần nào đó của hai electron này thôi.
Ngoài ra do sự khác nhau về độ âm điện của nguyên tử cacbon và oxy trong liên kết C=O mà nguyên tử cacbon cũng phải có điện tích tổng dương. Như vậy các nguyên tử cacbon và nito góp vào hệ thống electron π ít hơn một electron π.
Còn nguyên tử oxy góp vào hệ thống ít hơn một electron π, do đó có điện tích tổng âm.
Về sự cân bằng điện tích ta có thể viết:
Bằng phương pháp quỹ đạo phân tử, người ta đã tính sự phân bố bốn eletron của hệ thống như sau:
Của điện tích của hệ thống là
Hai nguyên tử C và N trong mối liên kết này có điểm giống nhau là chúng đều mang điện tích dương, vì vậy mối liên kết còn có tên gọi là liên kết nhị dương, vì cậy mối liên kết có tên gọi là liên kết nhị dương. Nguyên nhân tạo ra liên kết nhị dương là do sự khuyết electron π ở cả hai nguyên tử. Sự khuyết đó có thể tăng lên khi tăng tổng điện tích dương của cả hai nguyên tử tạo thành liên kết, hoặc khi chỉ tăng điện tích của một trong hai.
Nếu trong phan tử của cơ chất có nhiều liên kết giống nahu thì liên kết nào nhị dương hơn sẽ được phân ly và thủy phân trước. Chẳng hạn như trong phân tử alantion có năm liên kết peptid nhưng liên kết bị thủy phân trước tiên là liên kết có nét đứt sơ đồ dưới đây: