CHO + nCH O+ nC HO
2.2. Không có giá trị dinh dưỡng:
2.2.1. Tự nhiên:
2.2.1.1 Glycyrrhizin: [11], [15], [16], [28]
2.2.1.1.1. Công thức cấu tạo và tính chất:
Hình 2.16: Công thức cấu tạo của glycyrrhizin
Tên hóa học: 3-β,20-β)-20-Carboxy-11-oxo-30-norolean-12-en-3-yl-2-O-β-D- glucopyranuronosyl-α-D-glucopyranosiduronic acid
Những tên khác: Glycyrrhizin; Glycyrrhizinic acid; Glycyrrhizic acid Công thức hóa học: C42H62O16
Khối lượng phân tử: 822,94 g/mol
Glycyrrhizin, glycyrrhizinic acid hay glycyrrhizic acid có nguồn gốc từ rể cam thảo. Về mặt hóa học, glycyrrhizin là một triterpenoid glycosidic saponin với tên hệ thống là (3-beta,20-beta)-20-carboxy-11-oxo-30-norolean-12en-3-yl-2-O-beta- D-glucopyranuronosyl-alpha-D-glucopyranosiduronic acid.
ADI (do Nhật quy định) là 200mg/ ngày.
2.2.1.1.2. Phương pháp thu nhận:
Nguyên liệu để sản xuất glycyrrhizin là củ cam thảo. Phương pháp thu nhận Glycyrrhizin từ củ cam thảo nhìn chung bao gồm 2 giai đoạn:
-Giai đoạn 1: Trích ly các chất chiết từ củ cam thảo
-Giai đoạn 2: Tách riêng và tinh sạch Glycyrrhizin từ dịch chiết
2.2.1.1.3. Đặc điểm:
Sản phẩm thương mại glycyrrhizin ở dạng bột, dễ hòa tan trong nước. Trong dung dịch, glycyrrhizin rất bền nhiệt. Ơû 105oC, các tính chất của nó vẫn không bị thay đổi. Tuy nhiên, khi pH dung dịch nhỏ hơn 4,5 glycyrrhizin bị kết tủa.
Nó là một chất tạo ngọt có tác động mạnh, có độ ngọt gấp 30 – 50 lần surose. Ơû dạng acid nó không tan trong nước, nhưng dung dịch muối ammonium của nó tan trong nước ở pH lớn hơn 4,5.
Mặc dù ngọt nhưng vị của glycyrrhizin khác so với đường. Vị ngọt của glycyrrhizin xuất hiện chậm hơn đường và hậu vị kéo dài một thời gian. Thêm vào
đó, mùi cam thảo đặc trưng của nó khiến cho nó không phù hợp để thay thế đường trong việc tạo mùi hương. Không giống như aspartame, glycyrrhizin vẫn duy trì được độ ngọt của nó dưới tác dụng của nhiệt độ.
Glycyrrhizin và những sản phẩm rễ cam thảo khác được dùng nhiều với mục đích khoa học, thường để chữa trị loét trong hệ thống tiêu hóa và là thuốc long đờm. Triterpene bắt nguồn từ glycyrrhizin, glycyrrhizin acid, bản thân nó có thể chữa trị bệnh loét trong hệ thống tiêu hóa.
Glycyrrhizin hạn chế sự chuyển hóa cortisol thành cortisone bởi enzyme 11- betahydroxysteroid dehydrogenase. Kết quả là hàm lượng cortisol cao tập trung trong ống dẫn của thận. Cortisol có intrinsic mineralocorticoid properties (nó hoạt động giống như aldosterone và nó làm tăng khả năng giữ Natri). Việc tăng huyết áp phát sinh do cơ chế giữ Natri này.
2.2.1.1.4. Ứng dụng:
Glycyrrhizin dùng để tạo mùi vị trong một vài loại thực phẩm như kẹo, dược phẩm, thuốc lá. Nó cũng được dùng làm tác nhân tạo bọt trong một vài thức uống không cồn. Glycyrrhizin được chấp nhân dùng ở Mỹ như là chất tạo hương hay làm tăng mùi hương.
2.2.1.2 Stevioside: [11], [15], [28], [31], [32]
2.2.1.2.1. Công thức cấu tạo và tính chất:
Công thức phân tử: C38H60O18 Khối lượng phân tử: 804,36 đvC
ADI của stevioside là 2 mg/kg thể trọng.
Stevioside có nguồn gốc từ lá cây Stevia rebaudiana, bản chất hóa học của stevioside là phức giữa steviol và ba gốc đường glucose
Hình 2.17: Công thức cấu tạo của stevioside
Trong tự nhiên, Stevia rebaudiana chứa stevioside với hàm lượng khá cao (đến 6%). Loại thực vật này rất phổ biến ở Nam Mỹ, Nhật, Hàn Quốc … và được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất stevioside.
2.2.1.2.2. Phương pháp thu nhận:
Các bước cơ bản trong trích ly Stevioside từ lá cây Stevia rebaudiana:4bước • - Bước 1: dung môi trích ly
• - Bước 2: ion hoá dịch trích ly • - Bước 3: kết tủa hoặc đông tụ • - Bước 4: kết tinh hoặc sấy khô.
Có nhiều phương pháp trích ly, sau đây là một phương pháp điển hình:
Phương pháp trích ly bằng CO2 + H2O, CO2 + C2H5OH và CO2 + H2O + C2H5OH :
- Để sản xuất Stevioside cần trải qua 2 giai đoạn: bước tiền xử lý bằng SCFE với CO2 và bước thứ hai với hỗn hợp dung môi trích ly bao gồm CO2 + H2O, CO2 + C2H5OH và CO2 + H2O + C2H5OH .
- Bước đầu tiên có thông số kĩ thuật là 200 bar và 30oC. Glycosides được thu ở 120 và 200 bar tại các nhiệt độ 16,3 và 45oC
2.2.1.2.3. Đặc điểm:
Sản phẩm thương mại stevioside có dạng tinh thể, màu trắng, có khả năng hút ẩm cao nên cần được bảo quản trong điều kiện khô ráo.
Độ ngọt cao gấp 250- 300 lần so với đường Saccharose, tiết kiệm khi sử dụng. Stevioside có vị ngọt rõ nhưng thoảng nhẹ vị đắng.
Không sinh năng lượng, không làm tăng nồng độ đường trong máu như đường thông thường, được sử dụng cho người đái tháo đường.
Ổn định trong qui trình chế biến (nó bền nhiệt, bền pH):
+ Chịu nhiệt cho đến 198oC, không bị phá vở ở nhiệt độ như saccrine hoặc aspartame.
+ Khả năng chịu tốt trong dung dịch acid và trong muối (dung dịch Stevioside trong pH từ 3 - 9 ở 100oC trong 1giờ không bị mất đáng kể.
+ Không bị ảnh hưởng lẫn nhau với các chất cấu tạo nên sản phẩm. Không lên men, vì vậy không là nguồn thức ăn cho nấm men.
Stevioside tan nhiều trong nước. Tăng mùi vị, có thể dùng chung với muối, acid hữu cơ hoặc với amino acid. Nó cho vị bạc hà, hậu vị đắng nhưng có thể làm giảm bằng cách tăng độ tinh khiết trong quá trình trích ly. Có thể pha hài hòa mùi vị cho sản phẩm.
Không gây sâu răng. Không độc, kiểm tra rộng rãi ở động vật và người. Ưùng dụng cho người không gây ảnh hưởng xấu.
Không tạo ra phản ứng Maillard khi nằm trong hỗn hợp với amino acid hoặc protein. Stevioside là 1 Glycoside đúng nghĩa hơn là Saccharide.
2.2.1.2.4. Ứng dụng:
Từ những năm 1970, stevioside được dùng như một chất tạo ngọt ở Nhật bởi một mình nó hay dùng kết hợp với những chất tạo ngọt khác trong nước uống, rau
giầm, hải sản sấy khô, chất làm tăng mùi vị, bánh kẹo, chewing gum. Nó cũng là chất tạo ngọt được dùng ở Nam Hàn Quốc và Brazil.
2.2.1.3 Thaumatin: [13], [28]
2.2.1.3.1. Công thức cấu tạo và tính chất:
Thaumatin là một chất tạo ngọt có bản chất protein, Thaumatin được tìm thấy đầu tiên trong hỗn hợp protein được phân lập từ cây katemfe (Thaumatococcus daniellii Bennett) ở Tây Phi.
Có 5 loại thaumatin: I, II, a, b ca, nhưng có 2 loại phổ biến là Thaumatin I và Thaumatin II. Hai loại Thaumatin này khác nhau bởi 5 acid amine.
Thaumatin I có phân tử lượng là 22209 Da, thaumatin II là 22293 Da. Độ hấp thu cực đại của thaumatin ở bước sóng 279nm là 11,5-13.
Thaumatin bao gồm 207 acid amine ở dạng nếp gấp β, với 8 liên kết disulfite. Nó có đủ tất cả các loại acid amine trừ histidin. Các liên kết ngang disulfite thì bền nhiệt, cản trở sự biến tính và bảo vệ cấu trúc bậc 3 của chuỗi polypeptide. Sự vững chắc của cấu trúc bậc 3 ảnh hưởng đến tính năng công nghệ của thaumatin. Sự phân hủy của cầu disulfite gây mất vị ngọt.
Hàm lượng cho phép: không giới hạn.
2.2.1.3.2. Phương pháp thu nhận:
Trích ly từ hạt: thaumatin có thể trích ly từ vỏ hạt. Hoà tan các thành phần sợi của vỏ hạt vào dung môi. Sau đó dùng màng membrane để tách các thành phần protein, nhưng vẫn còn một số hợp chất hữu cơ không phải protein như: arabinogalactan, Arabinoglucuronoxylan, polysaccharide, thành phần của gum và chất nhầy của cây. Bước cuối cùng của quá trình, thaumatin được sấy để bảo quản và vận chuyển. Ở giai đoạn làm sạch sản phẩm hoàn toàn phù hợp yêu cầu chất lượng của những quy định về thực phẩm.
Phương pháp vi sinh: Để sản xuất thaumatin với lượng lớn và giá thành rẻ, người ta nghiên cứu việc cấy gen của thaumatin vào vi sinh vật. Thaumatin II được cấy vô tính vào vi khuẩn E. coli trong điều kiện có cung cấp lactose và tryptophan. Thaumatin được sản xuất ở mức độ thấp, khoảng 500 phân tử trong 1 tế bào. Ngoài E. coli người ta có thể sử dụng Bacillus subtilis, Streptomyces lividans, Saccharomyces cerevisae, Kluyveromyces lactics …
2.2.1.3.3. Đặc điểm:
Tạo ít năng lượng (hay hầu như không tạo năng lượng) và là một chất trợ hương. Hợp chất này được dùng đầu tiên cho mục đích bổ sung mùi và không là sản phẩm dành riêng để tạo ngọt. Một cách tự nhiên, thaumatin được tổng hợp bởi cơ thể người.
2000 lần độ ngọt của đường. Mặc dù rất ngọt nhưng vị của thaumatin khác rất rõ so với vị của đường. Khi dùng với liều lượng cao, độ ngọt của thaumatin được cảm nhận rất chậm, hiệu quả tạo ngọt của thaumatin kéo dài, khoảng 30 phút, nó để lại hậu vị của cam thảo.
Do có 8 cầu nối disulfite trong cấu trúc làm cho thaumatin bền nhiệt và áp suất trong các quá trình như tiệt trùng UHT, thanh trùng, khuấy đảo, gia nhiệt và ép đùn trong pH từ 2-8. Thaumatin ổn định trong điều kiện sấy thăng hoa và giữ nơi khô thoáng trong vòng 2 năm. Tính chất ngọt của nó phụ thuộc vào nhiệt độ và pH, ở điều kiện pH=7, nhiệt độ 70oC thaumatin mất dần vị ngọt.
Thaumatin tan trong nước, rượu, glycerol và propylene glycol. Điểm đẳng điện pI=11-12.
Thaumatin tạo ra vị ngọt lâu trên một khoảng rộng trên lưỡi, nó không bị giới hạn chỉ ở đầu lưỡi như những chất ngọt thông thường khác. Dung dịch thaumatin được pha loãng tới nồng độ 10 - 8M vẫn tạo vị ngọt. Ở những nồng độ thấp hơn, khi vị ngọt không được nhận ra, thaumatin có tác dụng làm tăng mùi vị. Vì vậy, thaumatin có thể được dùng để giảm ngưỡng cảm nhận của nhiều hợp chất, ngay cả với những mùi vị (ở một số nồng độ) làm giảm ngưỡng cảm nhận vị ngọt. Ví dụ ngưỡng cảm nhận vị cay bạc hà giảm 90%, vị thịt bò giảm 50% khi có mặt của thaumatin với hàm lượng 5.10-5% (w/v).
2.2.1.3.4. Ứng dụng:
Mặc dù không được dùng trong thực phẩm nấu hay nướng, nhưng thaumatin có thể được dùng như một chất làm kéo dài hương vị cho một vài sản phẩm mỹ phẩm hay dược phẩm.
Thaumatin được chấp nhận dùng trong thức ăn và nước uống ở Israel, Nhật và Khối Châu Aâu. Nó được chấp nhận dùng ở Mỹ Ơû Mỹ, nó được xem là một phụ gia tạo mùi (FEMA GRAS 3732), làm tăng hương vị trong thức uống, mứt và jelly, đồ gia vị, các sản phẩm sữa, yogurt, phô mai, cà phê hòa tan, trà hòa tan và chewing gum. Thaumatin được biết đến với cái tên ThalinTM.
Những sản phẩm có thể dùng thaumatin: - Chewing gum
- Bánh, kẹo - Ca cao - Kem
- Kem đánh răng và nước súc miệng - Nước ngọt - Thức uống có cồn - Yaourt và các món tráng miệng - Phô mai - Jam và marmalades - Đồ gia vị
- Phụ gia thực phẩm - Sản phẩm y học.
2.2.1.4. Monelin: [2], [3], [15], [28]
2.2.1.4.1. Công thức cấu tạo và tính chất:
Hình 2.18: Cấu trúc phân tử Monellin
Monellin là một protein tạo ngọt có 2 mạch (two-chain sweet protein) có nguồn gốc từ cây bụi ở Tây Phi, được gọi là serendipity berry - Dioscoreophyllum cumminsii.
2.2.1.4.2. Phương pháp thu nhận:
Có 4 phương pháp để thu nhận monellin :
- Chiết tách từ quả của cây Dioscoreophyllum cumminisii:
+ Muối trung hòa (thường là (NH4)2SO4) cho vào dịch chiết để làm tác nhân kết tủa thuận nghịch protein. Nó vừa trung hoà điện vừa loại bỏ lớp vỏ hydrat của protein.
+ Sau khi lọc lấy kết tủa protein, ta lại hòa tan vào nước để tạo dung dịch keo. Các phân tử keo có kích thước lớn không đi qua màng bán thấm. Dựa vào đó, ta loại bỏ lượng muối trung hoà còn dư bằng phương pháp thẩm tích.
+ Dùng phương pháp điện di hoặc sắc ký trao đổi ion để phân tách monellin từ hỗn hợp protein dựa trên sự khác nhau về đặc tính hoá lý của chúng.
- Chuyển gen mã hoá monellin vào vi khuẩn E.coli: Tiến hành kỹ thuật chuyển ghép gen mã hoá monellin sang vi khuẩn E.coli nhờ thể truyền là plasmid. Các khâu chủ yếu của kỹ thuật chuyển ghép gen :
+ Cắt ADN mã hoá monellin thành những đoạn ngắn (tương đương 1 gen) và cắt plasmid ở những vị trí thích hợp nhờ enzyme cắt restrictaz.
+ Nối đoạn ADN được cắt vào ADN plasmid nhờ enzyme nối ligaz, tạo thành ADN tái tổ hợp.
+ Chuyển ADN tái tổ hợp vào vi khuẩn E.coli và tạo điều kiện cho gen ghép được biểu hiện. ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận sẽ tự nhân đôi và truyền qua các thế hệ tế bào sau nhờ cơ chế phân bào. E.coli có tốc độ phân bào nguyên nhiễm rất nhanh (1 tế bào E.coli sau 12 giờ phân bào cho ra 16 triệu tế bào E.coli
mới). Do đó, ADN tái tổ hợp cũng được nhân lên rất nhanh, tổng hợp nên một lượng lớn monellin cần thiết.
- Chuyển gen mã hoá monellin vào chủng nấm men (sử dụng chủng nấm men
Saccharomyces cerevisiae và Candida utilis)
- Chuyển gen mã hoá monellin vào cây cà chua, rau diếp. Dưới sự điều hoà của chất hoạt hoá, monellin được tích luỹ nhiều ở quả cà chua và lá rau. Sử dụng những biện pháp chiết tách thích hợp, ta thu được monellin.
2.2.1.4.3. Đặc điểm:
Ước lượng là 1 phân tử monellin ngọt gấp 70000 ngàn lần 1 phân tử đường và 1 gam monellin ngọt gấp 1000 lần 1 gam đường. Đây là chất tạo ngọt không có giá trị dinh dưỡng (1 gam cung cấp 4 calo). Vị ngọt tương tự các mono/disaccharide, được cảm nhận nhanh và sau đó biến mất.
Hiện nay nó được nghiên cứu cho mục đích thương mại và được dùng như là một chất tạo ngọt phi carbohydrate. Sản phẩm thương mại: dạng bột tinh thể bảo quản ở 4oC. Ở điều kiện bình thường, monellin không có hoạt tính enzyme. Nhưng khi glysine bị acetyl hoá, monellin lại có hoạt tính enzyme.
Những chất ngọt có bản chất protein như monellin dễ bị biến tính do nhiệt và môi trường acid. Monellin bị biến tính ở pH 2,5 từ 40 – 60oC, do đó làm hạn chế những loại thực phẩm có thể sử dụng monellin để thay thế đường. Trong điều kiện pH cao, độ ngọt của monellin sẽ bị giảm. Độ ngọt cũng giảm khi nhiệt độ vượt quá 50oC ở pH acid.
Điểm đẳng điện : pI = 9,3.
Tinh thể monellin có khả năng phát quang, phát ra quang phổ có bước sóng 337nm, trong điều kiện pH cao thì phát ra quang phổ có bước sóng 348nm. Nó hấp thụ tia cực tím mạnh nhất ở bước sóng 277nm.
Monellin Tổng Hợp:
Monellin tổng hợp (MNEI) có cấu trúc là 2 mạch polypeptide gồm 96 acid aminee với liên kết glycine-phenylalanine dipeptide giữa chuỗi A và B của phân tử.
Monellin tổng hợp có độ ngọt gấp 4000 lần so với saccarose được so sánh với dung dịch 0,6% (w/v). Monellin tổng hợp bền hơn monellin tự nhiên trong điều kiện nhiệt độ và pH acid.
2.2.1.4.4. Ứng dụng:
Monellin được dùng cho những người bị tiểu đường, bị tăng lipid huyết, bệnh mục xương và những bệnh khác có liên quan đến việc tiêu thụ đường. Ngoài ra,
monellin cũng rất thích hợp cho những người ăn kiêng, cần chất tạo ngọt có độ ngọt cao nhưng không cung cấp nhiều năng lượng.
2.2.1.5 Miraculin: [2], [3], [15], [28]
2.2.1.5.1. Công thức cấu tạo và tính chất:
Miraculin là một glycoprotein có phân tử lượng khoảng 42 – 44KDa, có 191 acid amine và một vài chuỗi carbohydrate. Trong tự nhiên, miraculin được tìm thấy trong trái Synsepalum dulcificum.
2.2.1.5.2. Phương pháp thu nhận:
Có 2 phương pháp thu nhận :
- Trích ly micraculin trong vi khuẩn E. coli.
- Sản xuất micraculin bằng cách thay đổi đặc tính di truyền cây diếp cá. Phương pháp hữu dụng này đã sản xuất miraculin để có thể ứng dụng tạo ra những chất tạo ngọt không đường mới.
2.2.1.5.3. Đặc điểm:
Ơû dạng tinh khiết, miraculin là chất không vị. Tuy nhiên, khi có mặt trong thực phẩm với pH thấp, miraculin tạo vị ngọt. Do đó, miraculin còn được gọi là chất điều vị. Theo Branen và cộng sự (1989), vị ngọt tạo ra bởi miraculin có thể kéo dài đến vài giờ sau khi sử dụng.
Cơ chế tạo vị của miraculin vẫn chưa được biết rõ. Người ta cho là miraculin có thể thay đổi cấu trúc tế bào vị giác của lưỡi con người. Kết quả là cơ quan cảm nhận vị ngọt được hoạt hóa bởi vị chua, đó là vị cơ bản của miraculin. Tác dụng này vẫn kéo dài cho đến khi gai vị giác trở lại bình thường.