Đề tài Các tính chất và chức năng của protein trong thực phẩm

Nội dung text: Đề tài Các tính chất và chức năng của protein trong thực phẩm

1. NG TH NG TR ỜNG ĐẠI HỌ NG NGHIỆP THỰ PHẨM TP.HCM KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM B MÔN: HÓA HỌ THỰ PHẨM  ĐỂ TÀI: CÁC TÍNH CHẤT VÀ CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN TRONG THỰC PHẨM GVHD: TRẦN THỊ MINH HÀ SVTH: Huỳnh Tấn Đạt 2005100054 Nguyễn Tấn Phúc 2005100040 Võ Minh Trí 2008100088 Phạm Quốc Huy 2005100171 Nguyễn Hoàng Phúc 2005100031 Lớp: 01DHTP1 TP.HỒ CHÍ MINH 11-2011
2. NG TH NG TR ỜNG ĐẠI HỌ NG NGHIỆP THỰ PHẨM TP.H M KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM M N: HÓA HỌ THỰ PHẨM  TIỂU LUẬN HÓA HỌ THỰ PHẨM ĐỀ TÀI: TÍNH HẤT VÀ HỨ NĂNG ỦA PROTEIN TRONG THỰ PHẨM GVHD: TRẦN THỊ MINH HÀ TP.HỒ CHÍ MINH 11-2011
3. MỤ LỤ Trang LỜI MỞ ĐẦU PHẦN 1: TÍNH CHẤT CỦA PROTEIN 1 1.1.Khái niệm protein 1 1.2. ấu trúc protein 1 1.2.1.Acid amin-Đơn phân của protein 1 1.2.2.Các bậc cấu trúc của protein 1 1.3.Tính chất Hóa-Lý của protein 2 1.3.1.Tính tan của protein 2 1.3.2.Tính hydrat hóa của protein 2 1.3.3.Độ nhớt của protein 6 1.3.4.Hằng số điện môi của dung dịch protein 6 1.3.5.Tính chất điện ly của protein 7 1.3.6.Biểu hiện quang học của protein 8 1.3.7.Kết tủa thuận nghịch và không thuận nghịch 9 1.3.8.Các phản ứng hóa học của protein 10 1.3.8.1.Phản ứng với Folin-Ciocalteau 10 1.3.8.2.Phản ứng với Ninhydrin 10 1.3.9.Biến tính protein 11 1.3.9.1.Khái niệm chung 11 1.3.9.2.Các yếu tố gây biến tính 11 1.3.9.3.Tính chất của protein biến tính 12 1.3.10. Khả năng tạo gel của protein 13 1.3.11.Khả năng tạo nhũ của protein 15 1.3.12.Các tính chất tạo bọt của protein 19 1.3.13.Khả năng cố định mùi của protein 22 PHẦN 2: HỨ NĂNG ỦA PROTEIN 26 PHỤ LỤ 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO 30
4. KẾ HOẠ H PHÂN NG LÀM VIỆ M N: HÓA HỌC THỰC PHẨM NHÓM 01, LỚP 01DHTP1 SÁNG THỨ 4_TIẾT 5,6 ĐỀ TÀI: TÍNH HẤT VÀ HỨ NĂNG ỦA PROTEIN TRONG THỰ PHẨM STT N I DUNG THỰ HẠN N P NG ỜI KÝ KÝ GỬI GHI HIỆN NHẬN NHẬN CHÚ 01 Khái niệm về protein 10/11/2011 ấu trúc protein 02 Tính tan, tính hydrat, 12/11/2011 độ nhớt của protein 03 Hằng số điện môi, tính 14/11/2011 chất điện ly, biểu hiện quang học của protein 04 kết tủa thuận nghịch 16/11/2011 và không thuận HUỲNH nghịch, các phản ứng TẤN hóa học của protein ĐẠT 05 iến tính protein 18/11/2011 06 Khả năng tạo gel, tạo 20/11/2011 nhũ của protein 07 ác tính chất tạo bọt 22/11/2011 và khả năng cố dịnh mùi của protein 08 Tổng hợp chức năng 24/11/2011 của Protein Nhóm Trưởng: HUỲNH TẤN ĐẠT
5. LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, nhóm ngành Công nghiệp thực phẩm đã và đang phát triển mạnh ở nhiều quốc gia trên thế giới, trong đó có quốc gia Việt Nam chúng ta. Công nghiệp thực phẩm không chỉ đơn giản là chế biến, sản xuất, bảo quản, xuất khẩu thực phẩm cả trong và ngoài nước mà bên cạnh đó, công nghiệp thực phẩm còn nghiên cứu và ứng dụng các tính chất và chức năng của các thành phần hóa học cấu tạo nên thực phẩm, trong đó có protein. Protein không chỉ là đơn vị cấu tạo cơ bản trong cơ thể động vật và người mà còn giữ những vai trò, những chức năng rất quan trọng như là nâng đỡ, bảo vệ các mô cơ quan, vận chuyển oxy trong tế bào máu đến để nuôi các tế bào Do đó, việc tìm hiểu và nghiên cứu các tính chất và chức năng của protein trong thực phẩm là vô cùng quan trọng và cần thiết đối với tất cả mọi người nói chung và các bạn học sinh sinh viên đang theo học nhóm ngành này nói riêng. Vì vậy mà nhóm chúng em đã cùng nhau nhau nghiên cứu và đưa ra một bài tiểu luận về những “TÍNH HẤT VÀ HỨ NĂNG ỦA PROTEIN TRONG THỰ PHẨM” nhằm củng cố kiến thức và giúp cho mọi người có một cái nhìn tổng quát hơn, sâu sắc hơn về protein. Dù đã cố gắng rất nhiều và do kiến thức có giới hạn nên sẽ không tránh khỏi những sai sót trong bài. Rất mong được sự góp ý của cô để những bài nghiên cứu về sau sẽ đầy đủ và ít sai sót hơn. TẬP THỂ NHÓM
6. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ PHẦN 1: TÍNH HẤT ỦA PROTEIN 1.1. Khái niệm về protein Protein là những đại phân tử được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà các đơn phân là các axit amin. Chúng kết hợp với nhau thành một mạch dài nhờ các liên kết peptide (gọi là chuỗi polypeptide). Các chuỗi này có thể xoắn cuộn hoặc gấp theo nhiều cách để tạo thành các bậc cấu trúc không gian khác nhau của protein. 1.2. ấu trúc của protein 1.2.1. Axit amin – Đơn phân tạo nên protein Protein là một hợp chất đại phân tử được tạo thành từ rất nhiều các đơn phân là các axit amin. Axit amin được cấu tạo bởi ba thành phần: một là nhóm amin (-NH2), hai là nhóm Cacboxyl (-COOH) và cuối cùng là các nguyên tử Cacbon trung tâm đính với một nguyên tử Hydro và nhóm biến đổi R quyết định tính chất của axit amin. Người ta đã phát hiện ra được tất cả 20 axit amin trong thành phần của tất cả các loại protein khác nhau trong cơ thể sống. 1.2.2. ác bậc cấu trúc của protein Người ta phân biệt biệt ra 4 bậc cấu trúc của Protein: ấu trúc bậc một: Các axit amin nối với nhau bởi liên kết peptit hình thành nên chuỗi polypeptide. Đầu mạch polypeptit là nhóm amin của axit amin thứ nhất và cuối cùng là nhóm cacboxyl của axit amin cuối cùng. Cấu trúc bậc một của protein thực chất là trình tự sắp xếp các axit amin trên chuỗi polypeptide. Cấu trúc bậc một của protein có vai trò rất quan trọng vì trình tự các axit amin trên chuổi polypeptide sẽ thể hiện tương tác giữa các phần trong chuỗi polypeptide, từ đó tạo nên hình dạng lập thể của protein và do đó quyết định tính chất cũng như vai trò của protein. Sự sai lệch trong trình tự sắp xếp của các axit amin có thể dẫn đến sự biến đổi cấu trúc và tính chất của protein. HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 1
7. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ ấu trúc bậc hai: Là sự sắp xếp đều đặn các chuỗi polypeptide trong không gian. Chuỗi polypeptide thường không ở dạng thẳng mà ở xoắn lại tạo nên cấu trúc xoắn và cấu trúc nếp gấp  , được cố định bởi các liên kết hydro giữa những axit amin gần nhau. Các protein sợi như keratin, collagen (có trong lôn, tóc, móng, sừng) gồm nhiều xoắn , trong khi các protein cầu có nhiều nếp gấp  hơn. ấu trúc bậc ba: Các xoắn và phiến nếp gấp có thể cuôn lại với nhau thành từng búi có hình dạng lập thể đặc trưng cho từng loại protein. Cấu trúc không gian này có vai trò quyết định đối với hoạt tính và chức năng của protein. Cấu trúc này lại đặc biệt phụ thuộc vào nhóm –R trong các mạch polypeptide. Chẳng hạn nhóm –R của cysteine có khả năng tạo cầu disunfur (-S-S), nhóm –R của proline cản trở việc hình thành xoắn, từ đó vị trí của chúng sẽ xác định điểm gấp hay, hay những nhóm –R ưa nước thì nằm phía ngoài phân tử, còn các nhóm kị nước thì chuôi vào bên trong phân tử Các liên kết yếu hơn như liên kết hydro hay điện hóa trị có ở giữa các nhóm –R có điện tích trái dấu. ấu trúc bậc bốn: Khi protein có nhiều chuỗi polypeptide phối hợp với nhau thì tạo nên cấu trúc bậc bốn của protein. Các chuỗi polypeptide liên kết với nhau nhờ các liên kết yếu như liên kết hydro. 1.3. Tính chất Lý – Hóa của protein 1.3.1. Tính tan của protein Các loại protein khác nhau có khả năng hòa tan dễ dàng trong một số loại dung môi nhất định, chẳng hạn như albunmin dễ tan trong nước, globulin dễ tan trong muối loãng, prolamin tan trong ethanol, glutelin chỉ tan trong dung dịch kiềm hoặc acid loãng v.v 1.3.2. Tính hydrat hóa của protein Phần lớn thực phẩm là những hệ rắn hydrat hóa. Các đặc tính hóa lý, lưu biến của protein và các thành phần khác của thực phẩm phụ thuộc không chỉ riêng vào sự có mặt của nước mà còn phụ thuộc vào hoạt tính của nước. Ngoài ra, các chế phẩm protein concentrate và isolate dạng khô trước khi sử HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 2
8. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ dụng phải được hydrat hóa. Do đó, các tính chất hydrat hóa và tái hydrat hóa của protein thực phẩm có ý nghĩa thực tiễn to lớn. Hydrat hóa protein ở trạng thái khô có thể được phân chia thành các gian đoạn liên tiếp như sau: Sơ đồ 1: Quá trình hydrat hóa một protein ở dạng khô Hấp thụ nước (còn gọi là cố định nước), trương nở, thấm ướt, khả năng giữ nước, tính dính, dẻo liên quan đến 4 giai đoạn đầu; khả năng phân tán, độ nhớt, độ đặc của protein liên quan đến giai đoạn 5. Trạng thái cuối cùng của protein – tan hoặc không tan (một phần hay hoàn toàn) – có liên quan đến các tính chất chức năng quan trọng như tính tan hoặc tính tan tức thời (giai đoạn 5 xảy ra nhanh). Tính tạo gel liên quan đến sự tạo thành khối không tan hydrat hóa tốt, nhưng các phản ứng protein – protein đóng vai trò chính. Cuối cùng, các tính chất bề mặt như nhũ tương hóa và tạo bọt cũng cần protein có khả năng hydrat hóa và phân tán cao hơn các đặc tính khác. Trong quá trình hydrat hóa, protein tương tác với nước qua các nối peptide hoặc các gốc R ở mạch bên nhớ liên kết hydro. ác yếu tố môi trường ảnh hưởng đến tính chất hydrat hóa Nồng độ protein, pH, nhiệt độ, thời gian, lực ion, sự có mặt của các thành phần khác là những yếu tố ảnh hưởng đến các phản ứng protein – protein và protein - nước. Các tính chất chức năng được xác định trong điều kiện cân bằng của các lực này. HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 3
9. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ Lượng nước hấp thụ tổng số tăng khi tăng nồng độ protein. pH thay đổi dẫn đến thay đổi mức độ ion hóa và sự tích điện trên bề mặt các phân tử protein, làm thay đổi lực hút và đẩy giữa các phân tử này và khả năng liên kết với nước. tại điểm đẳng điện pI, phản ứng protein – protein là cực đại, các phân tử protein liên kết với nhau, co lại và khả năng hydrat hóa và trương nở là cực tiểu. Nói chung khả năng giữ nước của protein giảm khi nhiệt độ tăng do làm giảm các liên kết hydro. Biến tính và tập hợp ( aggregation ) khi đun nóng làm giảm bề mặt phân tử protein và các nhóm phân cực có khả năng cố định nước. Tuy nhiên, đối với một số ngoại lệ, khi đun nóng trong nước protein có cấu trúc chặt chẽ cao, sự phân ly và duỗi ra của các phân tử có thể làm lộ ra trên bề mặt các liên kết peptide và mạch ngoại phân cực mà trước đó bị che dấu, kết quả là làm tăng khả năng cố định nước. Bản chất và nồng độ các ion gây ảnh hưởng đến lực ion trong môi trường và sự phân bố điện tích trên bề mặt phân tử protein nên cũng ảnh hưởng đến khả năng hydrat hóa. Người ta nhận thấy có sự cạnh tranh phản ứng (liên kết) giữa nước, muối và các nhóm ngoại của acid amin. Khi nồng độ muối (như NaCl) thấp, tính hydrat hóa của protein có thể tăng do sự đính thêm các io giúp mở rộng mạng lưới protein. Tuy nhiên, khi nồng độ muối cao, các phản ứng muối - nước trở nên trội hơn, làm giảm liên kết protein - nước và protein bị “sấy khô”. Sự hấp thụ và giữ nước của protein có ảnh hưởng đến tính chất và kết cấu của nhiều thực phẩm như bánh mì, thịt băm Khả năng hóa tan của protein Thực phẩm ở trạng thái lỏng và giàu protein đòi hỏi protein phải có độ hòa tan cao. Độ hòa tan cao là một chỉ số rất quan trọng đối với protein được sử dụng trong đồ uống. Ngoài ra, người ta còn muốn protein có thể tan được ở những giá trị pH khác nhau và bền với nhiệt độ. Độ hòa tan của protein ở pH trung tính và pH đẳng điện là tính chất chức năng đầu tiên được đo đạc ở các giai đoạn chế biến và chuyển hóa HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 4
10. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ protein. Người ta thường sử dụng chỉ số “Nitơ hòa tan” (Nitrogen Solubility Index – NSI) để xác định đạc tính này. Biết được độ hòa tan của protein rất có ích cho các quá trình công nghệ như trích ly, tinh chế, tủa phân đoạn protein cũng như định hướng sử dụng các loại protein. Protein của lactoserum hòa tan tốt ở khoảng pH và lực ion rộng. Ngược lại, độ hòa tan của caseinate phụ thuộc nhiều vào pH, lực ion (và nồng độ Ca2+), nhưng ít phụ thuộc vào nhiệt độ như protein của lactoserum và protein đậu nành. Tính tan của phần lớn protein bị giảm mạnh và không thuận nghịch trong quá trình đun nóng. Tuy nhiên, trong chế biến thực phẩm, đun nóng luôn là cần thiết với các mục đích diệt vi sinh vật, giảm mùi khó chịu, tách bớt nước Ngay cả trường hợp đun nóng nhẹ (sử dụng khi trích ly và làm sạch các chế phẩm protein) cũng gây nên sự biến tính nhất định và làm giảm độ hòa tan. Không phải tất cả protein có độ hòa tan ban đầu tốt sẽ luôn có các tính chất chức năng khác tốt. Có trường hợp khả năng hấp thụ nước của protein được cải thiện khi làm biến tính ở một mức độ nào đó. Đôi khi, khả năng tạo gel vẫn giữ được sau khi biến tính và không hòa tan một phần protein. Tương ứng với điều đó, việc tạo thành nhũ tương, hệ bọt và gel có thể liên quan tới các mức độ làm duỗi mạch, tập hợp và không hòa tan protein khác nhau. Ngược lại, protein của lactoserum caseinate và một vài protein khác cần có độ hòa tan ban đầu đủ lớn nếu muốn chuyển hóa nó thành dạng gel, hệ bọt hay hệ nhũ tương tốt. HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 5
11. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ 1.3.3. Độ nhớt của dung dịch protein Khi protein hòa tan trong dung dịch, mỗi loại dung dịch của những protein khác nhau có độ nhớt khác nhau. Người ta có thể lợi dụng tính chất này để xác định khối lượng phân tử protein (độ nhớt càng cao thì khối lượng phân tử càng cao). Bảng 1: Độ nhớt của một số loại protein Protein Nồng độ % Độ nhớt tương đối (trong nước) (của nước bằng 1) Gelatin 3,0 4,54 Albumin trứng 3,0 1,20 Gelatin 3,0 14,2 Albumin trứng 8,0 1,57 1.3.4. Hằng số điện môi của dung dịch protein Khi thêm các dung môi hữu cơ trung tính như ethanol, aceton vào dung dịch protein trong nước thì độ tan của protein giảm tới mức kết tủa do giảm mức độ hydrat hóa của các nhóm ion hóa protein, lớp áo mất nước, các phân tử protein kết hợp với nhau thành tủa. Như vậy hằng số điện môi làm ngăn cản lực tĩnh điện giữa các nhóm tích điện của protein và nước. Mối liên hệ đó được đặc trưng bởi biểu thức: Ll F 22 Dr 2 Trong đó: D - hằng số điện môi của dung dịch F - lực tĩnh điện giữa các ion tích điện L1, l2 – điện tích các ion r – khoảng cách giữa các ion Ở đây lực tĩnh điện giữa các ion tỉ lệ nghịch với hằng số điện môi và khoảng cách giữa các ion protein. HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 6
12. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ 1.3.5. Tính chất điện ly của protein Cũng như các amino acid, protein là chất điện ly lưỡng tính vì trong phân tử protein có nhiều nhóm phân cực mạnh (gốc bên R) của amino acid. Ví dụ nhóm COOH thứ hai của Asp, Glu; nhóm NH2 của Lys; nhóm OH của Ser, Thr, Tyr v.v Trạng thái tích điện của các nhóm này phụ thuộc vào pH của môi trường. Ở pH nào đó mà tổng điện tích dương (+) bằng tổng điện tích âm (-) của phân tử protein bằng không, phân tử protein không di chuyển trong điện trường thì giá trị pH đó được gọi là pHi (isoeletric-điểm bằng điện) của protein. Như vậy protein chứa nhiều Asp, Glu (amino acid có tính acid mạnh) thì pHi ở trong vùng acid, ngược lại nhiều amino acid kiềm như Lys, Arg, His thì pHi ở trong vùng kiềm. Ở môi trường có pH pHi phân tử protein thể hiện tính acid, cho ion H+, do đó số điện tích âm lớn hơn số điện tích dương, protein là một đa ion, tích điện âm. ảng 2: Giá trị pHi của một số proetein Protein pHi Protein pHi Pepsin 1,0 Globulin sữa 5,2 Albumin trứng 4,6 Hemoglobin 6,8 Casein 4,7 Ribonuclease 7,8 Albunmin 4,9 Tripsin 10.5 huyết thanh Gelatin 4,9 Prolamin 12.0 Trong môi trường pH=pHi , protein dễ dàng kết tụ lại với nhau vì thế người ta lợi dụng tính chất này để xác định pHi của protein cũng như để kết tủa protein. Mặt khác do sự sai khác nhau về pHi giữa các protein khác nhau, có HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 7
13. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ thể điều chỉnh pH của môi trường để tách riêng các protein ra khỏi hỗn hợp của chúng. Sự kết muối của dung dịch protein Muối trung tính có ảnh hưởng rõ tới độ hòa tan của protein hình cầu: với nồng độ thấp chúng làm hòa tan nhiều protein. Tác dụng đó không phụ thuộc vào bản chất của muối trung tính, mà phụ thuộc vào nồng độ các muối và số điện tích của mỗi ion trong dung dịch, tức là phụ thuộc vào lực ion  của dung dịch (  1/ 2 CZ2 trong đó là kí hiệu của tổng, C là nồng độ  11  1 của mỗi ion, Z1 là điện tích của mỗi ion). Các muối có ion hóa trị II (MgCl2, MgSO4 ) làm tang đáng kể độ tan của protein hơn các muối ion có hóa trị I (NaCl, NH4Cl, KCl ) . Khi tăng đáng kể nồng độ muối trung tính thì độ tan của protein bắt đầu giảm van ở nồng độ muối rất cao, protein có thể bị tủa hoàn toàn. Các protein khác nhau tủa ở những nồng độ muối trung tính khác nhau. Người ta sử dụng tính chất này để chiết xuất và tách riêng từng phần protein ra khỏi hỗn hợp. Đó là phương pháp diêm tích (kết tủa protein bằng muối). Thí dụ dùng muối ammonium sulfate 50% bão hòa kết tủa globulin và dung dịch ammonium sulfate bão hòa để kết tủa albumin từ huyết thanh. 1.3.6. iểu hiện quang học của protein Cũng như nhiều chất hóa học khác , protein có khả năng hấp thụ và bức xạ ánh sáng dưới dạng lượng tử h . Vì vậy có thể đo cường độ hấp thụ của protein trong dung dịch hay còn gọi là mật độ quang thường kí hiệu bằng chữ OD (Optical Density). Dựa trên tính chất đó người ta đã sản xuất ra các loại máy quang phổ hấp thụ để phân tích protein. Nhìn chung, protein đều có khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến (từ 350nm-800nm) và vùng tử ngoại (từ 320nm xuống tới 180nm). Trong vùng ánh sáng khả kiến protein kết hợp với thuốc thử hấp thụ mạnh nhất ở vùng ánh sáng đỏ 750nm (định lượng protein theo Lowry). Đối với vùng tử ngoại dung dịch protein có khả năng hấp thụ ánh sáng tử ngoại ở hai vùng bước sóng khác nhau: 180nm-220nm và 250nm-300nm). HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 8
14. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ Ở bước sóng từ 180nm-220nm đó là vùng hấp thụ của liên kết peptide trong protein, cực đại hấp thụ ở 190nm. Do liên kết peptide có nhiều trong phân tử protein nên độ hấp thụ khá cao, cho phép định lượng tất cả các loại protein với nồng độ thấp. Tuy nhiên vùng hấp thụ này của các liên kết peptide trong protein có thể bị dịch về phía có bước sóng dài hơn khi có một số tạp chất lẫn trong dung dịch protein. Mặt khác chính các tạp chất này cũng hấp thụ ánh sáng tử ngoại ở vùng bước sóng 180nm-220nm. Vì thế trong thực tế thường đo độ hấp thụ của dung dịch protein ở bước sóng 220nm-240nm. Ở bước sóng từ 250nm-300nm là vùng hấp thụ các amino acid thơm (Phe, Tyr, Trp) có trong phân tử protein hấp thụ cực đại ở 280nm. Có thể sử dụng phương pháp đo độ hấp thụ của dung dịch protein ở bước sóng 280nm để định tính và định lượng các protein có chứa các amino acid thơm. Hàm lượng các amino acid thơm trong các protein khác nhau thay đổi khá nhiều, do đó dung dịch của các protein khác nhau có nồng độ giống nhau có thể khác nhau về độ hấp thụ ở bước sóng 280nm. Và được đánh giá bằng hệ số tắt, ví dụ: hệ số tắt của albumin huyết thanh bò băng 6,7 khi cho ánh sáng có bước sóng 280nm đi qua 1cm dung dịch có nồng độ 10mg/ml; trong khi hệ số tắt của kháng thể IgG bằng 13,6. Ngoài ra có nhiều chất khác trong dung dịch cũng có ảnh hưởng đến độ hấp thụ protein. Vì vậy các phương pháp đo độ ấp thụ ở vùng ánh sáng tử ngoại thường được dùng để định lượng protein đã được tinh sạch hoặc để xác định protein trong các phân đoạn nhận được khi sắc ký tách các protein qua cột. 1.3.7. Kết tủa thuận nghịch và không thuận nghịch của protein Khi protein bị kết tủa đơn thuần bằng dung dịch muối trung tính có nồng độ khác nhau hoặc bằng alcohol, aceton ở nhiệt độ thấp thì protein vẫn giữ nguyên được mọi tính chất của nó kể cả tính chất sinh học và có thể hòa tan trở lại gọi là kết tủa thuận nghịch. Các yếu tố kết tủa thuận nghịch được dùng để thu nhận chế phẩm protein. Trong quá trình kết tủa thuận nghịch muối trung tính vừa làm trung hòa điện vừa loại bỏ lớp vỏ hydrat hóa của protein, còn dung môi hữu cơ háo nước phá hủy lớp vỏ hydrate nhanh chóng. HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 9
15. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ Trong chế phẩm protein nhận được còn lẫn các chất đã dùng để kết tủa, cần sử dụng phương pháp thích hợp để loại bỏ các chất này. Ví dụ có thể dùng phương pháp thẩm tích để loại bỏ muối. Ngược lại kết tủa không thuận nghịch là phân tử protein sau khi bị kết tủa không thể phục hồi lại trạng thái ban đầu. Sự kết tủa này thường được sử dụng để loại bỏ protein ra khỏi dung dịch, làm ngưng phản ứng của enzyme. Một trong những yếu tố gây kết tủa không thuận nghịch đơn giản nhất là đun sôi dung dịch protein (sẽ nói kỹ hơn trong phần biến tính protein ở phần sau). 1.3.8. ác phản ứng hóa học của protein 1.3.8.1. Phản ứng với thuốc thử Folin-Ciocalteau Thuốc thử Folin-Ciocalteau có chứa acid phosphomolipdic và acid phosphovolframic. Các chất này làm tăng độ nhạy của phản ứng biure, mặt khác phản ứng với gốc Tyr và Trp trong phân tử protein. Các gốc amino acid này tham gia trong quá trình tạo phức chất màu xanh da trời. 1.3.8.2. Phản ứng với Ninhydrin Tất cả các amino acid trong phân tử protein đều phản ứng với hợp chất ninhydrin tạo thành phức chất màu xanh tím, phản ứng được thực hiện qua một số bước như sau: Dưới tác dụng của ninhydrin ở nhiệt độ cao, amino acid tạo thành NH3, CO2 và aldehit, mạch polypeptide ngắn đi một Carbon; đồng thời ninhydrin chuyển thành diceto oxy hindrien. Diceto oxy hindrien, NH3 mới tạo thành tiếp tục phản ứng với một phân tử ninhydrin khác để tạo thành phức chất màu xanh tím. Protein cũng có thể tham gia nhiều phản ứng tạo màu khác như: phản ứng xanthproteic, các gốc amino acid Tyr, Trp, Phe trong protein tác dụng với HNO3 đặc tạo thành màu vàng và sau khi thêm kiềm sẽ chuyển thành màu HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 10
16. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ nâu; phản ứng Pauli, các gốc Tyr, His trong protein tác dụng với diasobenzosulfate acid tạo thành màu đỏ anh đào; phản ứng Milon gốc Tyr tác dụng với thủy ngân nitrate trong HNO3 đặc tạo thành kết tủa màu nâu đất v v 1.3.9. iến tính protein 1.3.9.1.Khái niệm chung Sau khi protein bị kết tủa , nếu loại bỏ các yếu tố gây kết tủa mà protein vẫn mất khả năng tạo thành dung dịch keo bền như trước và mất những tích chất ban đầu , chẳng hạn độ hòa tan giảm, tính chất sinh học bị mất gọi là sự biến tính protein. Vì vậy, đối với việc bảo quản protein, người ta thường để dung dịch protein ở nhiệt độ thấp thường là từ 04 0 C . Song ở nhiệt độ này dung dịch protein dần dần cũng bị biến tính , biến tính càng nhanh khi dung dịch protein càng loãng. Sự biến tính ở nhiệt độ thấp của dung dịch protein loãng được gọi là sự biến tính “bề mặt”: protein bị biến tính tạo nên một lớp mỏng trên bề mặt dung dịch, phần dưới lớp mỏng là những nhóm ưa nước nằm trong dung dịch, phần trên lớp mỏng là những gốc kị nước của amino acid kết hợp với nhau bởi lực Van der Waals. Ở dung dịch đặc các phân tử protein kết hợp với nhau chặt chẽ hơn do đó làm giảm bớt và hạn chế sự biến tính bề mặt. Để bảo quản tốt các chế phẩm protein như enzyme, hormon,  - globulin kháng độc tố v v người ta tiến hành làm đông khô (làm bốc hơi nước của dung dịch protein ở áp suất và nhiệt độ thấp), bột thu được có thể bảo quản được ngay cả ở nhiệt độ phòng thí nghiệm trong các ống hàn kín. 1.3.9.2. ác yếu tố gây biến tính Có nhiều yếu tố tác động gây ra sự biến tính protein như: nhiệt độ cao, tia tử ngoại, sóng siêu âm, acide, kiềm, kim loại nặng. Vì vậy, trong thực tế người ta rất chú ý ảnh hưởng của các yếu tố có khả năng làm biến tính protein, ví dụ: khi chiết xuất và tinh chế protein, đặc biệt là các protein enzyme, cũng như khi xác định hoạt độ của chúng, phải chú ý đề phòng biến tính. Muốn vậy phải đảm bảo những điều kiện thích hợp nhất cho quy trình kỹ HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 11
17. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ thuật, như tiến hành thí nghiệm trong lạnh và đảm bảo pH thích hợp của các dung dịch sử dụng. 1.3.9.3. Tính chất của protein biến tính Những thay đổi dễ thấy nhất ở protein biến tính là thay đổi tính tan, khả năng phản ứng hóa học và hoạt tính sinh học như: hemoglobin bị biến tính không kết hợp với oxy được, tripsin khi bị biến tính không thủy phân được protein, kháng thể biến tính mất khả năng kết hợp với kháng nguyên v.v Nghiên cứu cấu trúc không gian cho thấy khi bị biến tính phân tử protein không còn cuộn chặt như trước mà thường duỗi ra hơn, kết quả là phá vỡ cấu hình không gian cần thiết để thực hiện hoạt tính sinh học. Sự biến tính không làm đứt liên kết peptide mà làm đứt các liên kết hydro, liên kết muối v.v nối các khúc của chuỗi polypeptide hoặc các chuỗi polypetide với nhau, vì vậy cấu trúc của nhóm kị nước của protein bị đảo lộn, các nhóm kị nước quay ra phía ngoài và các nhóm ưa nước quay vào trong, sự hydrat hóa của protein giảm (protein mất lớp áo nước) các phân tử protein dễ kết hợp với nhau, độ tan giảm và có thể kết tủa. Sự biến đổi cấu trúc khiến protein biến tính dễ bị tiêu hóa hơn protein nguyên thủy, thí dụ tripsin không thủy phân ribonuclease nguyên thủy, nhưng phân giải rất nhanh ribonuclease biến tính. Người ta phân biệt hai dạng biến tính: biến tính thuận nghịch (biến tính trở lại dạng ban đầu với tính chất và chức năng nguyên thủy của nó, đó là sự hoàn nguyên) và biến tính không thuận nghịch (protein không trở lại dạng ban đầu của nó). Lòng trắng trứng luộc là một ví dụ điển hình về biến tính không thuận nghịch, còn về biến tính thuận nghịch ta có thể nêu trường hợp tripsin: đun nóng tripsin ở pH bằng 3 tới 900 C , cấu trúc của phân tử tripsin bị biến đổi HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 12
18. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ (biến tính) nhưng sau khi làm lạnh một thời gian nhất định, tripsin trở lại cấu trúc ban đầu và lại có hoạt tính enzyme. 1.3.10. Khả năng tạo gel của protein Hiện tượng gel hóa là sự tập hợp các phân tử bị biến tính và tạo thành một mạng lưới protein có trật tự. Khả năng tạo gel là một tính chất chức năng quan trọng của nhiều protein. Nó đóng vai trò chủ yếu trong chế biến nhiều loại thực phẩm. Một số sản phẩm sữa như phomai, gel lòng trắng trứng, sản phẩm thịt cá dạng nghiền (giò, chả), gel keratin, gel protein đậu nành, bột nhào làm bánh mì, protein thực vật được cấu trúc bằng đùn nhiệt dẻo (extrusion) hay kéo sợi (các thịt giả) là những sản phẩm có cấu trúc gel. Tạo gel protein được sử dụng không chỉ để tạo thành các gel cứng, dẻo nhớt mà còn đồng thời cải thiện được tính chất hấp thụ nước, tính đặc chắc (tạo độ dày), cải thiện lực liên kết của các tiểu phần (tính bám dính) và để làm bền các hệ nhũ tương, hệ bọt thực phẩm. Gel protein điển hình chính là miếng đậu hủ, được sản xuất từ protein đậu nành. Điều kiện tạo Gel Trong phần lớn các trường hợp, gia công nhiệt là cần thiết cho việc tạo gel. Làm lạnh bên trong có thể cần thiết và acid hóa nhẹ đôi khi có lợi. Tương tự, cho thêm muối đặc biệt là ion Ca2+ có thể cần thiết để làm tăng tốc độ tạo gel, hoặc tăng độ cứng của gel (đối với trường hợp của protein đậu nành, lactoserum, serum albumin). Tuy nhiên, nhiều protein có thể tạo gel mà không cần đun nóng, chỉ nhờ thủy phân nhẹ bằng enzyme (mixen casein, lòng trắng trứng, fibrin); đơn HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 13
19. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ giản cho thêm Ca2+ (mixen casein) hay từ môi trường kiềm đưa về pH trung tính hoặc pI đẳng điện (như sản xuất đậu phụ). Trong khi nhiều gel được hình thành từ protein trong dung dịch (ovalbumin hoặc protein khác của lòng trắng trứng,  -lactoglobulin hoặc các protein khác của lactoserum, serum albumin, mixen casein, protein đậu nành), một số hệ phân tán trong nước hoặc trong dung dịch muối ăn của protein ít hoặc không tan trong nước cũng có thể tạo thành gel (callagen, actomyosin, protein isolate đậu nành bị biến tính một phần hay toàn phần ). Như vậy tính tan của protein không phải luôn cần thiết cho sự tạo gel. Cơ chế tạo gel và cấu trúc gel Cơ chế và các phản ứng liên quan đến việc hình thành mạng lưới protein ba chiều đặc trưng của các gel hiện vẫn chưa được hiểu biết hoàn toàn. Tuy nhiên, trong mọi trường hợp, người ta thấy rằng sự duỗi ra của các mạch polypeptide (biến tính) luôn là cần thiết, xảy ra trước gian đoạn phản ứng có trật tự giữa protein-protein và hiện tượng tập hợp protein. Điều đó giải thích tại sao protein isolate đậu nành đã bị biến tính bởi nhiệt, dung môi hữu cơ hoặc kiềm có thể tạo gel không cần đun nóng bên trong. Sự tạo thành mạng lưới của protein là kết quả của sự cân bằng giữa các phản ứng protein- protein, protein-nước, lực hút và đẩy của các mạch polypeptide nằm kề nhau. Tham gia vào việc tạo nên cấu trúc gel là các liên kết kỵ nước (tăng theo chiều nhiệt độ), liên kết tĩnh điện (như các cầu với ion Ca2+ và các ion có hóa trị II khác), liên kết hydro (tăng theo chiều giảm nhiệt độ) và các cầu disulfide. Sự góp phần của mỗi kiểu liên kết này thay đổi sự phụ thược vào bản chất protein, các điều kiện môi trường và các giai đoạn khác nhau của quá trình gel hóa. Các lực đẩy tĩnh điện và các phản ứng protein-nước có xu hướng phân tách các mạnh polypeptide. Sự hình thành các cầu đồng hóa trị disulfide thường dẫn đến tạo gel bền chắc với nhiệt và không có tính thuận nghịch. Ví dụ, gel của ovalbumin hay  -glactoglobulin. Gel của gelatin được tạo nên chủ yếu bởi các liên kết hydro. Đây là liên kết yếu, tạo ra sự linh động cho cấu trúc gel, làm gel có độ HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 14
20. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ dẻo nhất định. Gel gelatin có tính thuận nghịch, chảy khi đun nóng (khoảng 300C) và chu kì tạo gel, nóng chảy có thể lặp lại nhiều lần. Gel của protein đậu nành có đặc tính trung gian, độ cứng của gel sẽ giảm khi đun nóng trên 800C. Một vài protein có tính chất khác nhau có thể tạo thành gel khi đun nóng đồng thời (cogelefication). Protein cũng có thể tạo gel bởi phản ứng với các polysaccharide có khả năng tạo gel. Các liên kết ion không đặc hiệu giữa gelatin tích điện (+) và alginate hoặc các pectate tích điện (-) tạo thành gel có độ cứng, độ đàn hồi và nhiệt độ nóng chảy cao hơn (khoảng 800C). Người ta biết rằng, ở pH của sữa, các liên kết ion đặc hiệu có thể được tạo ra giữa các trung tâm tích điện (+) của casein K và carrageenate. Nhiều gel tồn tại dưới dạng cấu trúc hydrat hóa mạnh, chứa tới hơn 10g nước trên 1g protein và các thành phần thực phẩm khác nằm bên trong “cái bẫy” của mạng lưới protein Nhiều gel protein có thể chứa đến 98% nước. Nước có thể ở dạng hydrat hóa (liên kết chặt chẽ với các nhóm có cực của protein) hoặc nước tự do trong các mạng lưới gel, tuy là nước tư do nhưng tách chúng ra không dễ dàng. 1.3.11. Khả năng tạo nhũ của protein Đại cương về sự hình thành và phân hủy nhũ tương Hệ nhũ tương là các hệ phân tán giữa hai chất lỏng không hào tan vào nhau, một ở dạng những giọt nhỏ phân tán, còn chất lỏng kia ở dạng pha phân tán liên tục. Phần lớn các hệ nhũ tương thực phẩm là loại “dầu trong nước” để chỉ chất lỏng phân cực ưa nước hydrophile và dầu là chất lỏng kị nước hydrophobe. Nhiều nhũ tương thực phẩm còn chứa cả bóng khí và chất rắn phân tán. HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 15
21. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ Trong phần lớn trường hợp, đường kính của các giọt lỏng phân tán khoảng 0,1 50m với mức độ phân tán khác nhau xung quanh giá trị trung bình. Sự tạo thành các giọt nhũ tương đồng thời với việc hình thành bề mặt phân chia hai chất lỏng không tan vào nhau (còn gọi là bề mặt liên pha). Diện tích của bề mặt phân chia này tăng theo hàm số mũ khi đường kính các giọt giảm trong cùng một khối lượng pha phân tán và có thể đạt đến 1/m2 ml nhũ tương. Các hệ nhũ tương thường không bền do 3 hiện tượng chủ yếu sau: a) Sự nổi lên hay sự lắng xuống của các giọt lỏng do lực trọng trường. Hiện tượng này sẽ giảm khi đường kính của các giọt nhỏ và độ nhớt của pha liên tục lớn. b) Sự kết tụ của các giọt lỏng do các điện tích bị triệt tiêu và các lực đẩy tĩnh điện giữa các giọt cũng biến mất khi thay đổi pH hoặc lực ion. Các giọt dính nhau không trật tự, nhưng giữa chúng vẫn có sự phân cách bởi một lớp mỏng pha liên tục. Sự tập hợp sẽ làm tăng kích thước biểu kiến của các giọt và làm tăng tốc độ lắng. c) Sự hợp nhất hay sự “chảy” của giọt lắng này vào giọt lắng khác do hiện tượng lắng, va chạm và do chuyển động Brown Đây là hiện tượng tự nhiên theo quan điểm nhiệt động học, làm tăng không ngừng kích thước các giọt phân tán, cuối cùng dẫn đến tách hai pha thành hai lớp riên biệt bởi một bề mặt phân chia phẳng có diện tích nhỏ nhất. Hình 5: Cơ chế hư hỏng của một nhũ tương HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 16
22. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ Các protein là những chất làm bền nhũ tương thực phẩm Nhiều sản phẩm thực phẩm là hệ nhũ tương như sữa bò, sữa đậu nành, kem, nước cốt dừa, bơ, phomai nóng chảy, mayonnaise, xúc xích thịt cá và những thành phần protein thường đóng vai trò nổi bật trong việc làm bền các hệ này. Protein được hấp thụ ở bề mặt phân chia giữa các giọt dầu phân tán và pha nước liên tục có các tính chất vật lý và lưu biến (làm đặc, tạo độ nhớt, “cứng - dẻo”) có tác dụng ngăn cản các giọt chất béo hợp nhất. Tùy theo pH, ion hóa các gốc R của các acid amin trong mạch polypeptide cũng tạo ra các lực đẩy tĩnh điện, góp phần làm bền hệ nhũ tương. Nói chung, protein ít có khả năng làm bền hệ nhũ tương nước/dầu. Nguyên nhân có thể do phần lớn protein có bản chất ưa nước và do đó chúng bị hấp thụ ở pha nước gần bề mặt phân chia. Hình 6: Khả năng hấp thụ và làm bền nhũ tương của protein Tính chất bề mặt của protein Đặc tính quan trọng nhất của protein hòa tan đối với tính chất nhũ tương hóa của nó là khả năng protein khuếch tán đến bề mặt phân chia dầu nước và bị hấp thụ ở đó. Khả năng này phụ thuộc vào nhiệt độ và MW của phân tử protein. HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 17
23. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ Bảng 3: Khả năng làm bền nhũ tương của một số Protein Protein hỉ số hoạt tính nhũ tương hóa (số m2 của bề mặt phân chia được làm bởi 1g protein) pH 6,5 pH 8 Protein nấm men (88% 322 341 đã succinyl hóa) Bovine serum albumin - 197 Caseinate Na 149 166  -Lactoglobuline - 153 Lactoserum 119 142 Protein isolate đậu 41 92 nành Hemoglobin - 75 Protein của nấm men 8 59 Albunmin của trứng - 49 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành nhũ tương Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hệ nhũ tương như nhiệt độ, pH, lực ion, sự có mặt của các chất hoạt động bề mặt có MW thấp, sự có mặt của oxy. bản chất của dầu, hàm lượng protein hòa tan và các tính chất nhũ tương hóa của protein. pH có ảnh hưởng khác nhau đến các tính chất nhũ tương hóa của protein. Tại pI, một số protein trở nên ít hòa tan nên giảm khả năng tạo nhũ tương, đồng thời cũng không góp phần tạo điện tích bề mặt cho các giọt dầu- yếu tố làm bền nhũ tương do tác động của lực đẩy tĩnh điện. Ở một vài giá trị pH hoặc lực ion, protein có cấu trúc đặc chắc và độ nhớ dẻo cao. Trạng thái này, hoặc sẽ ngăn cản hiện tượng duỗi và hấp thụ protein ở bề mặt phân chia HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 18
24. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ hoặc ngược lại sẽ làm bền màng protein đã được hấp thụ và làm bền hệ nhũ tương. Đun nóng nói chung thường làm giảm độ nhớt và độ cứng của màng protein bị hấp thụ ở bề mặt phân chia nên làm giảm độ bền của hệ nhũ tương. Tuy nhiên, gia nhiệt cũng giúp tạo cấu trúc gel cho màng protein ở bề mặt phân chia, tăng khả năng giữ nước, làm tăng độ nhớt bề mặt và độ cứng của nó và vì thế trong một số trường hợp giúp làm bền nhũ tương. Trong thực tế, gel hóa protein myofibril góp phần làm bền nhiệt hệ nhũ tương của thịt như xúc xích, làm cho khả năng cố định nước và chất béo tăng, giúp chế phẩm có độ dính lớn hơn. Ngoài ra, người ta còn cho thêm các chất hoạt động bề mặt nhằm mục đích để màng protein bị hấp thụ trên bề mặt các giọt dầu đủ dày và có các tính chất lưu biến mong muốn. Trong thực tế, người ta thường sử dụng nồng độ protein từ 0,5 5% và nồng độ protein ở bề mặt phân chia sẽ đạt từ 0,5 20mg / m2 . 1.3.12. Các tính chất tạo bọt của protein Giới thiệu chung về các hệ bọt thực phẩm Các hệ bọt thực phẩm gồm các bọt khí phân tán trong pha liên tục là lỏng hoặc bán rắn có chất hoạt động bề mặt hòa tan. Có rất nhiều loại thực phẩm có dạng bọt như bánh xốp, kem, bọt của bia Trong nhiều trường hợp, khí tạo bọt là không khí, một số khác là CO2 còn pha liên tục là một dung dịch hoặc huyền phù nước có chứa protein. Một số hệ bọt thực phẩm là những hệ keo phức tạp. Ví dụ, kem là một hệ nhũ tương (hoặc huyền phù) của các giọt chất béo, một huyền phù của các tinh thể đá phân tán, một gel polysaccharide, một dung dịch đường nồng độ cao, dung dịch protein và các bọt khí. Các bọt khí thường chứa khí có áp suất lớn hơn áp suất ngoài , ép vào nhau nên bóng khí có hình đa diện. Trong các hệ bọt, pha liên tục gồm các lớp mỏng chất lỏng hay các màng mỏng ngăn cách ngăn cách các bọt khí. Bề mặt phân chia khí lỏng có thể đạt đến 1/m2 ml chất lỏng. Tương tự như trường hợp HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 19
25. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ tạo nhũ tương, cần cung cấp năng lượng cơ học (như khuấy, thổi khí ) để tạo bề mặt phân chia này. Để duy trì bề mặt phân chia chống hiện tượng hợp nhất các bọt khí, cần sử dụng các chất hoạt động bề mặt để làm giảm sức căng bề mặt và tạo thành mạng lưới bảo vệ đàn hồi. Một số peotein có khả năng tạo thành màng bảo vệ bị hấp thụ ở bề mặt phân chia khí/lỏng. Trong trường hợp đó, một tấm mỏng ngăn cách hai bọt khí kề nhau sẽ gồm hai lớp màng protein ngăn cách nhau bởi một màng mỏng chất lỏng. Kích thước các bọt khí có thể biến thiên trong một khoảng rộng từ 1m đến vài cm tùy thuộc sức căng bề mặt, độ nhớt của chất lỏng, năng lượng cơ học cung cấp Các phương pháp tạo hệ bọt: a) Cho khí đi qua một vật cản xốp (như thủy tinh xốp) vào dung dịch protein trong nước với nồng độ thấp (0,01 2%). b) Khuấy mạnh dung dịch protein trong nước khi có mặt một khối lượng lớn khí. Phương pháp này được áp dụng nhiều trong sản xuất thực phẩm. So với phương pháp sục khí thì phương pháp này đòi hỏi lực cơ học cao hơn (lực khuấy cắt) và tạo được hệ phân tán khí đồng nhất hơn. Nhu cầu protein cũng cao hơn (1 40%) do lực cơ học cũng tăng sự hợp giọt và ngăn cản protein hấp thụ lên bề mặt liên pha. Trong quá trình khuấy, dung tích khí phối trộn dần đạt đến giá trị cực đại (cân bằng động học) và dung tích của hệ có thể tăng lên từ 300 2000%. c) Giảm đột ngột áp suất của một dung dịch đã được nén sơ bộ. Sự khác biệt giữa các hệ nhũ tương và hệ bột thực phẩm là trong hệ bọt dung tích riêng phần của pha phân tán (pha khí) thay đổi trong một khoảng rộng hơn rất nhiều so với hệ nhũ tương. Các hệ bọt thường ít bền bởi vì chúng có tổng diện tích bề mặt phân chia rất lớn. Có 3 cơ chế chủ yếu phá vỡ hệ bọt: a) Sự rút (hoặc chảy) của chất lỏng từ các màng lỏng do lực trọng trường, sự chênh lệch áp suất và sự bốc hơi. Trong các hệ bọt mật độ thấp, các HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 20
26. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ bọt khí có xu hướng ép mạnh lẫn nhau làm tăng sự chảy của màng chất lỏng. “Sự chảy” sẽ giảm khi pha lỏng có độ nhớt cao (ví dụ cho thêm đường) và độ nhớt của màng protein bị hấp phụ tăng. Độ nhớt này phụ thuộc cường độ của các phản ứng protein-protein và protein-nước. b) Sự khuếch tán khí từ các bọt khí có kích thước nhỏ sang các bọt khí có kích thước lớn hơn. Sự khuếch tán xảy ra do sự hòa tan khí trong pha nước. c) Sự “đứt gãy” các màng chất lỏng ngăn cách các bọt khí đưa đến sự hợp nhất, làm tăng kích thước của bọt khí và dẫn đến phá vỡ hệ bọt. Có mối quan hệ tương hỗ giữa các hiện tượng “chảy” và “đứt gãy”. Sự “đứt gãy” làm tăng hiện tượng “chảy” và từ đó chiều dày và độ bền của màng chất lỏng giảm. Khi hai màng protein bị hấp thụ ở hai phía của màng chất lỏng sát lại gần nhau ở khoảng cách 50-150A0 (do hiện tượng chảy), chúng va chạm nhau và hiện tượng đức gãy xảy ra. Người ta chưa biết rõ rằng, với khoảng cách như vậy của hai màng protein, các lực đẩy hay các lực hút tĩnh điện của các phân tử protein đóng vai trò quan trọng hơn. Các màng protein bị hấp thụ có chiều dày lớn và đàn hồi sẽ có độ bền và khả năng chống đứt gãy tốt hơn. Ba yếu tố quan trọng nhất có tác dụng làm tăng độ bền của hệ bọt bao gồm sức căng bề mặt phân chia bé, pha lỏng có độ nhớt cao và các màng mỏng protein bị hấp thụ bền, đàn hồi và không thấm khí. Hoạt tính tạo bọt của một số protein Protein là chất tạo bọt và làm bền bọt. Sự hình thành hệ bọt liên quan đến sự khuếch tán các protein hòa tan đến bề mặt phân chia không khí/nước. Ở đó, chúng cần duỗi ra, tập trung lại và trải dài ra một cách tức thời để làm giảm sức căng bề mặt phân chia. Các phân tử có MW thấp, nghèo cấu trúc bậc 2,3 sẽ tác dụng một cách có hiệu quả như một chất hoạt động bề mặt. Sự hấp thụ của protein lên bọt thực hiện qua các vùng kỵ nước. HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 21
27. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ Độ bền của hệ bọt trong mối liên quan đến các đặc tính tạo thành bọt của protein lại có vài khác biệt nhỏ. Để hệ bọt protein bền, màng (film) tạo thành xung quanh mỗi bọt khí phải dày, có độ dính, dẻo, đàn hồi, liên tục và không thấm khí thích hợp. Trong trường hợp này, không phải các phân đoạn protein nhỏ linh động mà ngược lại dường như các protein hình cầu có khối lượng phân tử lớn và khó duỗi mạch lại có khả năng này. Trong thực tế, để tạo thành các màng bền, nhiều lớp mỏng các đoạn protein “duỗi” từng phần phải liên kết ngược lại với nhau qua các liên kết kỵ nước, liên kết hydro và cả liên kết tĩnh điện. Mặt khác, protein cần được hấp thụ mạnh ở bề mặt phân chia không khí/nước bằng các mối liên kết trung gian kỵ nước để tránh hiện tượng “giải hấp thụ” và làm mất lớp chất lỏng do “chảy”. Tính mềm dẻo và linh động đầy đủ của phân tử protein là cần thiết để chống lại các lực làm biến dạng, làm nở (extension ) bề mặt phân chia, làm mỏng các màng mỏng. Làm nở rộng bề mặt phân chia gây nên sự giảm nồng độ các phân tử bị hấp thụ và làm tăng sức căng bề mặt. Protein đối với hệ bọt có độ bền tốt cần có khả năng dịch chuyển từ vùng có sức căng bề mặt phân chia thấp đến vùng có sức căng bề mặt phân chia cao và cùng với chúng là các phân tử nước nằm sát cạnh, tái tạo lại chiều dày ban đầu của các màng mỏng. Cuối cùng, các gốc ngoại phân cực của protein sẽ cố định nước của các màng mỏng và hạn chế hiện tượng “chảy”. Protein có hoạt tính tạo bọt tốt là protein của lòng trắng trứng, globin và hemoglobin, serumalbumin, gelatin, protein của lactoserum, các mixen casein, casein  , protein của lúa mì (đặc biệt là glutenine), protein đậu nành, một số chế phẩm thủy phân của protein. Có những điểm giống nhau giữa sự tạo thành hệ nhũ tương và hệ bọt. Tuy nhiên, không có sự tương ứng chặt chẽ giữa hoạt tính tạo bọt và tạo nhũ tương của protein. Để làm bền bọt, cấu trúc của protein tại màng quan trọng hơn so với để làm bền hệ nhũ tương. 1.3.13. Khả năng cố định mùi của protein HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 22
28. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ Trong chế biến thực phẩm, kể cả các chế phẩm protein có nhiều trường hợp cần phải tẩy mùi để hạn chế hoặc tách các mùi khó chịu. Các hợp chất như andehyde, ketone, rượu, phenol, acid béo đã bị oxi hóa có thể cho mùi ôi, khét, mùi ngái và cho vị đắng, the, cay khi chúng liên kết với protein và các thành phần khác của thực phẩm. Các chất này chỉ được tách ra khi đun nóng hoặc nhai. Một số liên kết rất chặt chẽ, khó tách ngay cả khi trích ly bằng hơi nước hoặc dung môi. Bên cạnh vấn đề tách các mùi khó chịu, người ta còn sử dụng khả năng này của protein để mang đến cho thực phẩm các mùi dễ chịu (ví dụ, mang mùi thơm của thịt đến cho các protein thực vật đã được tạo kết cấu). Điều này thật là lý tưởng nếu các thành phần dễ bay hơi của những mùi dễ chịu có thể liên kết bền vững với thực phẩm, không bị tổn thất trong quá trình chế biến và bảo quản, nhưng lại được giải phóng nhanh trong miệng khi sử dụng thực phẩm và không bị biến đổi. ác phản ứng giữa chất bay hơi và protein Mùi của thực phẩm được tạo ra từ các thành phần dễ bay hơi có nồng độ rất bé ở gần bề mặt và nồng độ này phụ thuộc vào sự cân bằng giữa khối lượng thực phẩm và “khoảng không gian” mà nó chiếm chỗ (head space). Người ta thấy rằng, bổ sung protein vào hệ nước-chất mùi làm giảm nồng độ các chất bay hơi trong “khoảng không gian” vừa nói đến ở trên. Cố định các chất mùi có thể liên quan đến sự hấp thụ ở bề mặt thực phẩm hoặc đi sâu vào bên trong thự phẩm bởi sự khuếch tán. Có hai loại hấp thụ lên chất rắn: hấp thụ vật lý thuận nghịch bởi các liên kết trung gian Van der Waals; hấp thụ hóa học bởi các liên kết đồng hóa trị hoặc tĩnh điện. Cố định chất mùi do hấp thụ còn liên quan đến các liên kết hydro và liên kết kỵ nước. Các thành phần phân cực như alcohol có thể liên kết hydro và kỵ nước với các gốc acid amin không phân cực; đây là các phản ứng chủ yếu cố định các thành phần bay hơi có phân tử lượng thấp. Trong một số trường hợp, các thành phần bay hơi được cố định bởi các liên kết đồng hóa trị và quá trình thường không thuận nghịch (ví dụ cố định aldehyde và ketone bởi các nhóm HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 23
29. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ amine, hoặc nhóm amine bởi nhóm carboxyl ). Cố định không thuận nghịch có khả năng xảy ra hơn với các chất bay hơi có phân tử lượng lớn. Ví dụ, trong cùng nồng độ, protein đậu nành chỉ có thể cố định 10% octaral thay vì 50% đối với 2-dodecanal. Cố định không thuận nghịch có thể làm giảm cường độ mùi của các chất bay hơi ban đầu. Sự cố định các chất mùi chỉ có thể xảy ra khi các “trung tâm hấp thụ” ở dạng tự do chưa tham gia vào các phản ứng protein-protein hoặc các phản ứng khác. Người ta thấy rằng, các trung tâm hấp thụ tăng dần trong thời gian cố định các chất bay hơi. Trong quá trình này, các mạch protein bị duỗi ra và nhiều gốc acid amin kỵ nước trở nên tự do và tham gia vào quá trình hấp thụ. Một số tác giả cho rằng, các thành phần bay hơi không phân cực chui vào và phản ứng với các trung tâm kỵ nước của protein, thay thế các phản ứng kỵ nước protein-protein bên trong hoặc bên ngoài phân tử. Hiện tượng này làm cho protein trở nên không bền và có thể làm biến đổi độ hòa tan của protein. ác yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cố định chất mùi Mọi yếu tố làm biến đổi cấu hình của protein đều ảnh hưởng đến hoạt tính hấp thụ các chất bay hơi. Nước làm tăng khả năng cố định các chất dễ bay hơi phân cực do tăng độ linh động của các hợp chất này và tạo cho chúng khả năng tiếp xúc với các trung tâm hấp thụ dễ dàng hơn; tuy nhiên nước hầu như không ảnh hưởng đến khả năng cố định các chất bay hơi không phân cực. Trong môi trường hydrat hóa mạnh hoặc trong các dung dịch, khả năng các gốc acid amin phân cực hay không phân cực cố định các hợp chất carbonyl, alcohol, ester ở pH trung tính và kiềm tốt hơn ở pH acid. Các ion 2 Cl , SO4 ở nồng độ thấp làm bền cấu trúc tự nhiên của protein hình cầu nhưng ở nồng độ cao có thể làm thay đổi cấu trúc của nước, gây duỗi mạch protein, từ đó cải thiện các liên kết với các hợp chất bay hơi (như carbonyl). Các hóa chất gây nên sự phân ly protein thành các tiểu phần tử thường làm yếu mối liên kết của các chất bay hơi không phân cực, do các HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 24
30. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ vùng kỵ nước giữa các phân tử sẽ có xu hướng bị che dấu cùng với sự thay đổi cấu hình của các tiểu phần tử. Thủy phân mạnh protein làm giảm khả năng cố định mùi. Một lượng 6-7mg 1hexanal có thể được cố định bởi 1kg protein đậu nành, nhưng nếu protein này bị thủy phân bởi protease acid của vi khuẩn, khả năng cố định chỉ còn 1/mg kg . Tương tự, thủy phân protein có thể được sử dụng để khử mùi ngái của protein đậu nành. Sự biến tính nhiệt - ngược lại – làm tăng khả năng cố định các hợp chất bay hơi. Khi có mặt lipid, khả năng hấp thụ và giữ các thành phần bay hơi carbonyl tăng lên, kể cả các chất mùi tạo ra do hiện tượng oxy hóa chất béo. HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 25
31. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ PHẦN 2: HỨ NĂNG ỦA PROTEIN Một số chức năng của protein gồm: 1) Globulin miễn dịch G là loại kháng thể lưu thông trong máu và nhận biết hạt ngoại lai gây hại. Foreign particle binding site : điểm bám của hạt ngoại lai. HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 26
32. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ 2) Enzyme phenylalanine hydroxylase được hình thành từ 4 tiểu đơn vị. Enzyme sẽ chuyển hóa amino acid phenylalanine thành amino acid tyrosine. 3) Hormone tăng trưởng là protein thông tin hình thành từ tuyến yên. Nó điều tiết tăng trưởng tế bào bằng cách bám vào protein gọi là thụ quan hormone tăng trưởng (growth hormone receptor). HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 27
33. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ 4) Sợi actin, một loại protein cấu trúc hình thành từ nhiều tiểu đơn vị, giúp co cơ và duy trì hình dạng tế bào. 5) Ferritin, loại protein hình thành từ 24 tiểu đơn vị, liên quan với sự dự trữ ion. HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 28
34. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ 6) Kháng thể (Antibody): Kháng thể sẽ bám vào các phân tử ngoại lai như virus và vi khuẩn nhằm bảo vệ cơ thể. Ví dụ: Immunoglobulin G (IgG) . 7) Enzyme: Enzyme xúc tác cho hầu hết các phản ứng hóa học xảy ra trong tế bào. Chúng cũng giúp đỡ hình thành những phân tử mới bằng cách đọc thông tin di truyền lưu trữ trong DNA . Ví dụ: Phenylalanine hydroxylase 8) Thông tin (Messenger ): Protein thông tin, như một số loại hormone, truyền tải tín hiệu để phối hợp các quá trình sinh học giữa các tế bào, mô, cơ quan khác nhau. Ví dụ: hormone tăng trưởng (Growth hormone ) 9) Thành phần cấu trúc (Structural component): Những protein này cung cấp cấu trúc và nuôi dưỡng tế bào. Trong một phạm vi lớn hơn, chúng còn cho phép tế bào di chuyển. Ví dụ: Actin 10) Vận chuyển/ Dự trữ (Transport/storage): Các protein này bám vào những nguyên tử và phân tử nhỏ bên trong tế bào và lưu thông trong cơ thể. Ví dụ: Ferritin HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 29
35. KHOA NG NGHỆ THỰ PHẨM GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ PHỤ LỤ TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Hoàng Kim Anh (2008) Hóa Học Thực Phẩm Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật 2. Lê Ngọc Tú chủ biên (2002) Hóa Sinh Công Nghiệp Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật 3. Tài liệu trên mạng Internet - cua-protein.182580.html - HÓA HỌ THỰ PHẨM Trang 30