Các phản ứng cơ bản và biến đổi của thực phẩm trong quá trình công nghệ - PGS.TS. Trần Thị Luyến

212 trang phuongnguyen 3930

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Các phản ứng cơ bản và biến đổi của thực phẩm trong quá trình công nghệ - PGS.TS. Trần Thị Luyến", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

cac_phan_ung_co_ban_va_bien_doi_cua_thuc_pham_trong_qua_trin.ppt

Nội dung text: Các phản ứng cơ bản và biến đổi của thực phẩm trong quá trình công nghệ - PGS.TS. Trần Thị Luyến

CÁC PHẢN ỨNG CƠ BẢN VÀ BIẾN ĐỔI CỦA THỰC PHẨM TRONG QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ PGS.TS. TRẦN THỊ LUYẾN
CHƯƠNG 1 QUÁ TRÌNH THUỶ PHÂN (HYDROLYSIS) TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
1.1. BẢN CHẤT VÀ VAI TRÒ CỦA PHẢN ỨNG THUỶ PHÂN TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 1.1.1. Bản chất của quá trình thuỷ phân Quá trình thuỷ phân là quá trình phân cắt một số liên kết nhị dương (dispositive bonds) trong hợp chất hữu cơ thành các thành phần đơn phân dưới tác dụng của các chất xúc tác và có sự tham gia của nước trong phản ứng. Ví dụ 1. H2O Tinh bột Glucose + Maltose + Dextrin Enzyme amylase Xúc tác Acid mạnh Kiềm mạnh T0, P cao Ví dụ 2. H2O H2N – CH – CO – NH – CH – CO – NH – H2N – CH – COOH + Peptide (acid amin) R1 R2 (Protein) R1 Enzyme protease Liên kết nhị dương Acid mạnh (dispositive – bond) Xúc tác Kiềm mạnh T0, P cao
1.1.2. Vai trò của phản ứng thuỷ phân trong công nghệ thực phẩm 1. Phản ứng thuỷ phân làm thay đổi chất lượng thực phẩm 2. Phản ứng thuỷ phân là yếu tố mở đầu cho nhiều quá trình hoá học khác trong chế biến và bảo quản thực phẩm a. Phản ứng thuỷ phân là yếu tố mở đầu cho phản ứng thối rữa protein Thuỷ phân Protein Acid amin Sản phẩm thối rữa H2O Xúc tác Vi sinh vật gây thối rữa Phản ứng chậm Phản ứng nhanh (Slow reaction) (Fast reaction) b. Phản ứng thuỷ phân là yếu tố mở đầu tạo cơ chất cho phản ứng oxy hoá Thuỷ phân Oxy hoá Ketone, aldehyd Lipit Acid béo Enzyme và phi enzyme Hợp chất sẫm màu Thuỷ phân Oxy hoá Sản phẩm có màu Protein Acid amin Enzyme và phi enzyme Thuỷ phân Oxy hoá Saccharose Gluconic Hợp chất màu xám Glucose Enzyme và phi enzyme
c. Phản ứng thuỷ phân là yếu tố mở đầu cho các quá trình lên men Vi sinh vật Các chất dinh dưỡng Sản phẩm lên men d. Phản ứng thuỷ phân là yếu tố mở đầu cho việc hình thành mùi vị đặc trưng cho sản phẩm * Phản ứng thuỷ phân là yếu tố mở đầu cho việc hình thành mùi vị, màu sắc của nước mắm Vi sinh vật gây hương Tạo mùi (1) Thuỷ phân (2) Tạo vị ngọt đặc trưng Protein Acid amin Protease (3) Oxy hoá phi enzyme (4) Màu sắc đặc trưng Melanoidin Mùi vị đặc trưng NH3 * Phản ứng thuỷ phân là yếu tố mở đầu cho việc hình thành mùi vị đặc trưng cho thực phẩm khi gia công chế biến nhiệt Thuỷ phân Protein Peptide + Acid amin Sản phẩm có mùi, vị đặc trưng Thuỷ phân t0 Saccharose Glucose + Fructose
Trong sản xuất bánh mì Melanoidin Mùi thơm, màu vàng Enzyme Cơ chất cho Tinh bột Glucose Fucfurolamin Mùi thơm Amylase các phản ứng Vị ngọt Caramel hoá Màu đậm Trong công nghệ sản xuất malt cho lên men bia Melanoidin Peptide + Acid amin Protein Frucfurolamin Mùi thơm Tham gia các Quinonamin 0 phản ứng ở t sấy cao Oxy hoá phi Màu sắc đặc trưng Tinh bột Dextrin + Glucose + Pentose enzyme Giai đoạn nảy mầm Giai đoạn sấy ở nhiệt độ cao e. Phản ứng thuỷ phân có vai trò làm thay đổi cấu trúc và trạng thái thực phẩm pH thấp do acid lactic Protein Peptide + Acid amin Protease acid Enzyme tiêu hoá pH thấp CONH CONH CONH CONH Protein cấu trúc bậc cao Protein cấu trúc bậc I
1.2. CƠ CHẤT VÀ CHẤT XÚC TÁC CỦA PHẢN ỨNG THUỶ PHÂN 1.2.1. Cơ chất trong phản ứng thuỷ phân 1. Liên kết nhị dương trong cơ chất bị thuỷ phân Theo Bernard Pullman và Allberte Pullman, đặc điểm chung của các chất bị thuỷ phân là có chứa “liên kết bị thuỷ phân” do nguyên tử tích điện dương tạo nên, người ta gọi đó là “liên kết nhị dương” (dipositive bond). Ví dụ: liên kết trong phân tử protein là một liên kết nhị dương R1 – C – N – R2 O H Liên kết này do các điện tử  định vị của liên kết đơn và một hệ thống điện tử linh động tạo nên, hệ thống điện tử bao gồm 4 điện tử trong đó có 2 điện tử của nối kép C = O và 2 điện tử của cặp không chia trong phân tử nitơ, bốn điện tử này tạo thành một hệ thống cộng hưởng và theo qui tắc chung. Khi ở nguyên tử dị mạch nằm kề liền với nối kép sẽ phải có cặp điện tử không chia từ nguyên tử dị mạch tới nguyên tử cuối cùng của nối kép. Như vậy phân bố điện tích trong liên kết peptide sẽ là: – O + + R1 – C – N – R2 H
Khi đó N và C đều tích điện dương và có thể biểu diễn phần điện tích đó bằng  như sau: - O 3  =  +  +2 +1 với 3 1 2 R1 – C – N – R2 (1 +  ) + (1 +  ) + (2 -  ) = 4 3 2 1 H Bằng phương pháp quỹ đạo phân tử, người ta đã xác định được giá trị của các  như sau: -1.397 O +0.744 +1.858 R1 – C – N – R2 H 2. Các liên kết nhị dương thường gặp • Liên kết peptide O– + + R1 – C – N – R2 H
– • Liên kết este O + + ▪ Este của cacboxylic R1 – C – O – R2 ▪ Este của phosphoric OH OH R – O – P = O R – O+– P+= O– OH OH ▪ Este của hợp chất giầu năng lượng ATP OH OH OH – Adenin – Ribose – O +– P +– O +~ P +– O +~ P += O O – O – O – ▪ Este của acid sulfuric + O + + O R – O +– S R – O – S O – O OH O • Liên kết glucozide O– O– + + + O
1.2.2. Tác nhân và cơ chế trong phản ứng thuỷ phân 1. Tác nhân vô cơ (Inorganic catalyser) a. Khái quát chung về tác nhân vô cơ b. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ thuỷ phân bằng xúc tác vô cơ • Tốc độ phản ứng thuỷ phân khi có xúc tác vô cơ được tính theo công thức dx Trong đó: x: Lượng cơ chất được thuỷ phân trong thời gian  v = = k(a - x) a: Lượng cơ chất ban đầu d k: Hằng số tốc độ phản ứng thuỷ phân Trong đó: : Hoạt độ của chất xúc tác vô cơ N: Nồng độ đương lượng tác nhân k = f ( , N,,t 0 ,,m) : Tính chất của cơ chất thuỷ phân t0: Nhiệt độ của phản ứng : Thời gian phản ứng m: Hệ số modul N  t0 m Cơ chất bị thủy phân Quá trình thủy phân Sản phẩm thủy phân Tác nhân vô cơ
•Các yếu tố ảnh hưởng đến hằng số tố độ phản ứng • Ảnh hưởng của hoạt độ xúc tác ( ) đến hằng số phản ứng • Ảnh hưởng của chất xúc tác và nồng độ chất xúc tác • Ảnh hưởng của cơ chất thuỷ phân • Ảnh hưởng của nhiệt độ • Ảnh hưởng của thời gian thủy phân • Ảnh hưởng của modul 2. Xúc tác sinh học (biocatalyser) a. Đặc điểm của xúc tác enzyme • Tính đặc hiệu cao • Điều kiện nhẹ nhàng (thường ở nhiệt độ thường) • Dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường, pH, t0, kim loại nặng, nồng độ enzyme [E], nồng độ cơ chất [S], chất hoạt hóa (effector) và chất ức chế (inhibitor) • Hoạt lực của enzyme được xác định giá trị hoạt động của nó • Mỗi enzyme yêu cầu có những điều kiện hoạt động riêng b. Cơ sở lý thuyết về tác dụng của enzyme thuỷ phân vào liên kết nhị dương (liên kết thủy phân) Đa số enzyme thuỷ phân (hydrolase) không có nhóm ngoại. Trong trung tâm hoạt động của chúng chứa các gốc acid amin đặc hiệu. Đối với hydrolase thường chứa hai nhóm chức. Ví dụ: + Nhóm imidazol của histidin + Nhóm hydroxyl (một số acid amin: serin, treonin )
O  + 0.121 + 0.260 (1) + 0.228 O C NH2 NH H+ + 0.236 E + 0.233 C = O N C + 0.121 + 0.124 O N N H H c. Cơ chế tác dụng của enzyme hydrolase lên cơ chất bị thuỷ phân. Về mặt tổng quát, cơ chế tác dụng của enzyme hydrolase cũng theo cơ chế chung sau: E– + S+ ES P + E Trong đó: E: Enzyme S: Cơ chất ES: Phức hợp của enzyme-cơ chất P: Sản phẩm Giai đoạn đầu có sự hình thành phức hợp trung gian ES, sự tạo thành phức hợp này có thể theo hai kiểu sau:
• Kiểu cơ chế thứ nhất: là kiểu hình thành đơn giản, tâm ái nhân (–) của enzyme tương tác nhanh với một trong hai nguyên tử tích điện dương của liên kêt nhị dương (dipositive bond). Sau khi tương tác sẽ làm thay đổi mật độ electron (e) và làm suy yếu liên kết nhị dương tạo điều kiện cắt đứt liên kết. Các nhà nghiên cứu cho rằng kiểu cơ chế này xảy ra khi tâm ái nhân của enzyme mạnh và sự khuyết điện tử của liên kết nhị dương lớn. • Kiểu cơ chế thứ hai: lúc đầu các nguyên tử khuyết điện tử trong liên kết nhị dương chưa thể đính trực tiếp vào tâm ái nhân của trung tâm hoạt động của enzyme mà cơ chất gắn vào tâm ái nhân bằng một phản ứng hóa học nào đó giữa tâm ái nhân ở trung tâm hoạt động enzyme với một nhóm hóa học ở vị trí gần kề với liên kết nhị dương trong cơ chất. Dưới ảnh hưởng của trung tâm hoạt động của enzyme sẽ dần dần làm tăng mức độ khuyết điện tử vốn đã tồn tại trước đó, bằng cách tạo liên kết tương ứng với cơ chất ở những vị trí gần gũi với liên kết nhị dương. Nhờ vậy, làm cho sự phân bố điện tử trong phân tử cơ chất bị thay đổi theo chiều hướng cần thiết, khiến cho liên kết nhị dương được tăng cường và có thể tương tác với các tác nhân ái nhân của trung tâm hoạt động của enzyme và tiến hành làm yếu liên kết và tiến đến liên kết bị thuỷ phân khi có yếu tố nước tham gia. Ta có thể tham khảo cơ chế tác dụng của enzyme colinesterase thuỷ phân Acetylcolin ở hình dưới đây.
Hình 1. Cơ chế tương tác của cholinesterase trên cơ chất Acetylcolin Ser Ser O– OH CH2 CH2 + + H O CH3 – C – O – (CH2)2 – N  (CH3)3 2 + – + – HO Acetylcolin HO E – S O CH3 HN HOOC – CH – Glu HN CH –C+–O+–(CH ) –N–OOC–CH -Glu Hy N E 2 Hy N 3 2 2 2 CH CH s 2 s 2 H3C CH3 OH OH CH2 CH2 Tyr Tyr CH3COOH Acid acetic OH HO – (CH2)2 – N  (CH3)3 2H2O Ser Ser CH2 CH2 O ES + – * H–O ES * CO–CH3 + CH3 CO – CH3 CH3 + HN HN + NH HO–(CH2)2–N–OOC–CH2-Glu N O –(CH2)2–N–OOC–CH2 – Glu Hy Hy CH2 CH2 s H3C CH3 s H3C CH3 O– H+–O– CH2 CH2 Tyr Tyr
d. Một số đặc điểm của phản ứng thuỷ phân bởi enzyme • Thứ bậc của phản ứng • Các yếu tố điều chỉnh phản ứng thuỷ phân. – Nước: – Nhiệt độ: – pH của môi trường: • Một số ưu nhược điểm khi thuỷ phân bằng enzyme. Ưu điểm: - Không tạo ra sản phẩm phụ do enzyme có tính đặc hiệu cao. - Điều kiện thuỷ phân nhẹ nhàng (nhiệt độ thấp) do đó ít ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. - Điều chỉnh mặt hàng theo ý muốn, tiêu tốn ít năng lượng. Nhược điểm - Thời gian thuỷ phân dài dẫn đến chu kỳ sản xuất kéo dài. - Muốn có hiệu quả cao phải có chế phẩm enzyme tinh khiết. - Khó lọc hơn thuỷ phân bằng acid, do đó cần phải nâng cao nhiệt độ để lọc, có thể khắc phục nhược điểm này bằng cách thuỷ phân bằng enzyme acid. 1.2.3. Quá trình tự phân (autolysis) 1. Khái niệm chung 2. Động học quá trình tự phân giải (Kinetics autolysis process)
CHƯƠNG II PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 2.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 2.2. VAI TRÒ CỦA PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ VÀ Ý NGHĨA CỦA CHÚNG TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 2.3. PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 2.3.1. Phản ứng oxy hóa khử sinh học trong quá trình lên men 2.3.2. Phản ứng oxy hoá khử khi bảo quản và chế biến sản phẩm giàu lipit 2.3.3. Các phản ứng oxy hoá khử xảy ra khi bảo quản và chế biến sản phẩm giàu glucid
2.2. VAI TRÒ CỦA PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ VÀ Ý NGHĨA CỦA CHÚNG TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM • Nhiều phản ứng oxy hóa khử có tác dụng làm tăng chất lượng thực phẩm • Một số quá trình oxy hóa khử làm giảm chất lượng thực phẩm • Ý nghĩa của việc nghiên cứu phản ứng oxy hóa khử trong sản xuất thực phẩm.
2.3. PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 2.3.1. Phản ứng oxy hóa khử sinh học trong quá trình lên men Bản chất của quá trình lên men là quá trình oxy hóa khử, nhờ quá trình oxy hóa khử mà cơ chất đã được chuyển hóa thành sản phẩm lên men. Các phản ứng chuyển hóa đó được thực hiện trong tế bào vi sinh vật dưới tác dụng của enzyme của vi sinh vật Tế bào vi sinh vật Cơ chất Các chất dinh dưỡng khác Sản phẩm lên men Khi nghiên cứu về các phản ứng chuyển hóa trong tế bào vi sinh vật để biến đổi cơ chất thành sản phẩm lên men cho thấy luôn xảy ra quá trình tách và vận chuyển proton 2H+ và 2 điện tử (2e) qua enzyme dehydrogenase có coenzyme là NAD hoặc NADP. Sau đó 2H+ và 2e được chuyển đến cho hợp chất hữu cơ trung gian để thực hiện quá trình khử chúng và tạo thành sản phẩm lên men.
Ví dụ 1: Quá trình tạo thành ethanol trong tế bào nấm men có thể khái quát theo sơ đồ là một quá trình oxy hoá khử. C6H12O6 NAD Quá trình oxy hóa NADH + H CH3 – C – COOH O – CO2 CH3 – CHO CH3 – CH2OH Quá trình khử
Ví dụ 2: Quá trình tạo thành acid lactic trong tế bào vi khuẩn lactic là một quá trình oxy hoá khử. C6H12O6 NAD NADP Quá trình oxy hóa NADH + NADPH2 H CH – CHOH – COOH CH3 – C – COOH 3 Quá trình khử O
Ví dụ 3. Quá trình lên men sản xuất bột ngọt cũng là một quá trình oxy hoá khử Glucose NAD Chu trình Pentose NADH + H+ Acid Pyruvic Acetyl CoA Oxaloacetate Citrate Quá trình oxy hóa Fumarate -cetoglutarate NADH + H+ + NH3 Hình 3. Sơ đồ lên men sản xuất bột ngọt NAD là một quá trình oxy hóa khử Acid glutamic
Ví dụ 3. Quá trình lên men sản xuất bột ngọt cũng là một quá trình oxy hoá khử HOOC – CH2 – CH2 – C – COOH NH3 O H2O HOOC – CH2 – CH2 – C – COOH NADH + NH H NAD HOOC – CH2 – CH2 – C – COOH NH2 Quá trình biến đổi từ -xetoglutaric thành glutamic
Ví dụ 4: Quá trình lên men sinh khối tổng hợp acid amin của vi sinh vật là một quá trình oxy hoá khử theo sơ đồ sau Con đường Glucose Entner-Doudorow 6 phosphogluconate Glucose 6 phosphate Acid 6 phosphogluconate 2 ceto – 3 oxy Fuctose 6 phosphate Phosphopentose Phospho glyceraldehyde 3 phosphate Acid pyruvic AcetylCoA HSCoA Glycin + NH Cystein 3 NAD+ Serine Acid Acid citric Alanine oxaloacetic Leucine NADH+H+ + O Valine + O2 2 + NH CHU TRÌNH Lysine 3 NAD+ Acid malic KREBS Protein Aspartic acid Acid Threonine NADH+H+ cetoglutaric isoleucine + O2 Glutamic NADH+H+ acid Acid succinic Proline + O2 + Ornithine + NH NAD Arginine 3
NAD NADH́2 - Pyruvic Glucose Khung cacbon - α xetoglutaric Oxy hóa - OxaloAcetic - Fumaric NADH́2 Khử NH3 NAD Các acid amin tương ứng Cơ chế cụ thể: H O NH3 2 C6H12O6 CH3 – C – COOH CH3 – C – COOH O NH2 NAD NADH NADH + NAD Alanin + H H
C6H12O6 NAD Oxy hoá O NADH + H+ CH3 – C – COOH CH3 – C ~ SCoA O NH3 H2O Acid Citric HOOC – CH2 – CH – COOH HOOC – CH2 – CO – COOH NH NADH + H+ NAD 2 CHU TRÌNH Oxy hoá Aspactic Oxy hoá KREBS NH3 H2O HOOC – (CH2)2 – CO – COOH HOOC – CH2 – CH – COOH HOOC – CH = CH – COOH NH 2 NADH + NAD NADH + NH Aspactic H Oxy hoá 3 H NAD H2O Hình 5. Sơ đồ tổng quát lên men sinh tổng hợp HOOC – (CH ) – CH – COOH acid amin bởi vi sinh vật 2 2 Glutamic NH2
2.3.2. Phản ứng oxy hoá khử khi bảo quản và chế biến sản phẩm giàu lipit 1. Cơ chế oxy hoá lipit có enzyme tham gia a. Oxy hoá do xúc tác của lipoxydase Chất xúc tác cho quá trình này là lipoxydase. Lipoxydase thường là xúc tác oxy hoá mạnh các acid béo không no (có 2, 3 nối đôi trở lên) thành peroxit và hydroperoxit. Lipoxydase Acid béo Epoxide, aldehyd, ceton, rượu bậc cao, sản phẩm oxy hoá khác Lipoxydase có 881 gốc acid amin, phần protein enzyme là globulin. Cơ chế tác dụng của lipoxydase cho đến nay chưa được xác định rõ hoàn toàn. Một số tác giả cho rằng sự oxy hoá chất béo bằng enzyme cũng tương tự sự oxy hoá cơ chế phản ứng mạch. • Lipoxydase phản ứng với O2 tạo thành phân tử peroxit và chuyển oxy hoạt động sang phân tử acid béo. • Sau đó nguyên tử H từ nhóm metylen (–CH2–) được chuyển ra vị trí O2 (do vai trò của lipoxydase xúc tác mào đầu) tiếp diễn theo cơ chế phản ứng mạch không có sự tham gia của enzyme, giả thuyết này chưa được nhiều người ủng hộ. Theo Tappel Bower mỗi phân tử acid béo đều bị oxy hoá trực tiếp dưới tác dụng của lipoxydase theo cơ chế: − Tạo phức chất ban đầu: Enzyme – cơ chất – O2. − Sau đó hình thành gốc đôi do hydro được chuyển từ acid béo đến O2. Gốc đôi tạo sự luân hợp và cùng bị phân giải cho hydroperoxxit và giải phóng lipoxydase tự do.
R – CH = CH – CH2 – CH = CH – R’ R – CH = CH – CH – CH = CH – R’O Lipoxydase 2 2 Lipoxydase O 2 (Phức hợp) OOH + R – CH = CH – CH = CH – CH – R’OOH R – CH = CH – CH = CH – CH – R’ Lipoxydase Lipoxydase (Phức hợp gốc đôi) (Dạng hydroperoxit luôn hợp) OOH R – CH = CH – CH = CH – CH – R’ + Lipoxydase Theo cơ chế phản ứng mạch Epoxide, aldehyd, rượu
b. Oxy hoá kiểu β oxy hoá O R – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – C (acid béo) OH HSCoA ATP (1) R – CH – CH – CO ~ SCoA AMP + P P 2 2 - 2C R – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CO ~ SCoA CO FAD 2 (2) (oxy hoá) - 2C Chu trình H2O FADH2 Krebs O - 2C CO2 R – CH2 – CH2 – CH = CH – CO OH - 2C (3) H2O O O CH3 – C R – CH2 – CH2 – CHOH – CH2 – CO SCoA OH NAD (5) (4) (oxy hoá) O NADH + CH3 – C H O SCoA R – CH2 – CH2 – C – CH2 – C SCoA O HSCoA Hình 6. Sơ đồ oxy hoá acid béo kiểu 
c. Kiểu α oxy hoá acid béo 2H O CO O 2 2 O R – CH2 – CH2 – C R – CH2 – C OH Peroxydase H Aldehid của acid béo NAD NADH + O H O R – CH2 – C R – CH2 – C H OH H2O Aldehyd dehydrogenase Aldehit của acid béo acid béo mới
O R – CH2 – CH2 – C OH O R – CH2 – C OH H2O2 H2O2 R – COOH NADH + NADH + (1) (1) H H (2) + H O CO2 (2) + H2O 2 CO2 CO2 NAD NAD O R – C OH O R – CH2 – C OH Hình 7. Sơ đồ oxy hoá acid béo kiểu α
2. Phản ứng oxy hoá chất béo phi enzyme (tự ôi hoá) * Cơ chế của quá trình ôi hoá hoá học. • Thời kì phát sinh: hγ RH R* + [H*] (1) O 2 * * RH R + HO 2 (2) * * * RH + O2 + R1H R + R1 + HO 2 (3) 3+ Me * 2+ * RH R + Me + HO 2 (4) Me2+ ROOH Me3+ + RO* + OH* (5) • Thời kì phát triển: * R + O2 RO2 (6) * RO2 + RH ROOH + R (7) ROOH RO* + OH* (8) * * 2ROOH RO2 + RO + H2O (9) * * ROOH + RH RO + R + H2O (10) RO* (Alcocxyl)
Từ Alcocxyl có thể biến đổi tiếp tạo thành rượu, ketone, aldehyd - Acocxyl tương tác với phân tử lipit mới tạo thành rượu + gốc tự do mới RO* + R’H ROH + R’* (11) (Rượu) (Gốc tự do) - Acocxyl tương tác với nhau tạo thành rượu, keton R – CH – R + R’O* R’OH + R – C – R (12) O* (rượu) O (Keton) - Tương tác của gốc Alcocxyl với gốc alkil R – CH – R’ + R* R’H + R – C – R (13) O* O(Keton) hoặc R – CH – R’ R* + R – C – H (14) (gốc tự do) O* O(aldehyd) hoặc
hoặc tương tác với giữa gốc alkyl với một hydropeoxit cũng tạo ra keton R* + R’ – CH – R’’ R’ – CH – R’’ + RH OOH OOH R’ – C – R’’ + OH* O (Keton) - Sự oxy hoá các xêton cũng có thể cho ra các aldehyd và acid O O R1 – C – CH2 – R2 R1 – C – CH – R2 R1 – C + R2 – C OH OH O O OH
- Trong quá trình oxy hoá còn tạo thành các phản ứng trùng hợp cao phân tử O – O R1 – CH = CH – CH = CH – CH – R + R1 – C = CH – R1 O = CH R R – C CH – CHOO C = C hoặc R1 R1 R R + R1 – CH = CH – R2 R1 – CH – CH – R2 R1 – CH = CH – R2 R – CH – CH – CH – CH – CH – CH – R2 • Thời kỳ kết thúc: R1 R2 R1 R2 R1 R + R* → R + R* → Sản phẩm cao phân tử R + R* →
* Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ oxy hoá phi enzyme • Các yếu tố kích thích quá trình ôi hoá hoá học: – Ảnh hưởng của hàm lượng acid béo tự do – Ảnh hưởng của oxy – Ảnh hưởng của nhiệt độ – Ảnh hưởng của trạng thái lipit – Ảnh hưởng của ion kim loại giao chuyển – Ảnh hưởng của năng lượng mặt trời và tia ion – Ảnh hưởng của nước • Ảnh hưởng của các yếu tố kìm hãm
Kìm hãm sự oxy hoá bằng cách làm đứt mạch oxy hoá. – Kìm hãm oxy hoá bằng cách làm giảm tốc độ phát triển mạch – Kìm hãm phản ứng oxy hoá bằng cách vô hoạt các hợp chất chứa kim loại có hoạt động xúc tác – Kìm hàm phản ứng bằng chất hiệp trợ • Tác hại của sản phẩm oxy hoá – Sản phẩm oxy hoá thường làm vô hoạt enzyme, đặc biệt hệ enzyme tiêu hoá. – Sản phẩm oxy hoá lipit có khả năng phản ứng cao với protein tạo thành hợp chất bền vững, không tan trong nước cũng như trong dung môi hữu cơ và cũng không bị thuỷ phân bởi enzyme.
Kìm hãm sự oxy hoá bằng cách làm đứt mạch oxy hoá. Có thể giảm tốc độ phản ứng này theo chiều hướng đưa vào phản ứng chất chống oxy hoá InH, có mức năng lượng liên kết nhỏ, có khả năng dễ dàng xảy ra phản ứng với RO2 hơn, khi đó: RO2 + InH → ROOH + In* Gốc In* là gốc kém hoạt động, không thể tương tác với phân tử lipit. Sau đó gốc In sẽ bị vô hoạt bởi tổ hợp. RO2 + InH → ROOH + In* In* + In* → In – In RO* + In → ROOIn Các chất chống oxy hoá có thể là những chất có bản chất phenol hoặc amin. R3 R3 ― RO2 + R1 OH ROOH + R1 O R2 R2 Phenol Gốc In– kém hoạt động R3 RO2 + NHR1 OH RO2NHR1 R2 R2 Amin - phenol RO2 RO2H + RO2NR1 R2 Gốc In kém hoạt động
* Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ oxy hoá phi enzyme • Các yếu tố kích thích quá trình ôi hoá hoá học: – Ảnh hưởng của hàm lượng acid béo tự do – Ảnh hưởng của oxy – Ảnh hưởng của nhiệt độ – Ảnh hưởng của trạng thái lipit – Ảnh hưởng của ion kim loại giao chuyển – Ảnh hưởng của năng lượng mặt trời và tia ion – Ảnh hưởng của nước • Ảnh hưởng của các yếu tố kìm hãm – Kìm hãm sự oxy hoá bằng cách làm đứt mạch oxy hoá. – Kìm hãm oxy hoá bằng cách làm giảm tốc độ phát triển mạch – Kìm hãm phản ứng oxy hoá bằng cách vô hoạt các hợp chất chứa kim loại có hoạt động xúc tác – Kìm hàm phản ứng bằng chất hiệp trợ • Tác hại của sản phẩm oxy hoá – Sản phẩm oxy hoá thường làm vô hoạt enzyme, đặc biệt hệ enzyme tiêu hoá. – Sản phẩm oxy hoá lipit có khả năng phản ứng cao với protein tạo thành hợp chất bền vững, không tan trong nước cũng như trong dung môi hữu cơ và cũng không bị thuỷ phân bởi enzyme.
Kìm hãm oxy hoá bằng cách làm giảm tốc độ phát triển mạch Ví dụ: sulfua có khả năng phá huỷ hydroperoxit ROOH + R1SR2 → ROH + R1SOR2 ROOH + R1SOR2 → ROH + R1SO2R2 Tiuram (hợp chất sulfua) có khả năng phản ứng kiểu này CH CH3 3 N – C – S – S – C – N CH CH3 3 S S
* Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ oxy hoá phi enzyme • Các yếu tố kích thích quá trình ôi hoá hoá học: – Ảnh hưởng của hàm lượng acid béo tự do – Ảnh hưởng của oxy – Ảnh hưởng của nhiệt độ – Ảnh hưởng của trạng thái lipit – Ảnh hưởng của ion kim loại giao chuyển – Ảnh hưởng của năng lượng mặt trời và tia ion – Ảnh hưởng của nước • Ảnh hưởng của các yếu tố kìm hãm – Kìm hãm sự oxy hoá bằng cách làm đứt mạch oxy hoá. – Kìm hãm oxy hoá bằng cách làm giảm tốc độ phát triển mạch – Kìm hãm phản ứng oxy hoá bằng cách vô hoạt các hợp chất chứa kim loại có hoạt động xúc tác – Kìm hàm phản ứng bằng chất hiệp trợ • Tác hại của sản phẩm oxy hoá – Sản phẩm oxy hoá thường làm vô hoạt enzyme, đặc biệt hệ enzyme tiêu hoá. – Sản phẩm oxy hoá lipit có khả năng phản ứng cao với protein tạo thành hợp chất bền vững, không tan trong nước cũng như trong dung môi hữu cơ và cũng không bị thuỷ phân bởi enzyme.
Kìm hãm phản ứng oxy hoá bằng cách vô hoạt các hợp chất chứa kim loại có hoạt động xúc tác Các ion kim loại giao chuyển là yếu tố xúc tiến quá trình oxy hoá trong các phản ứng: Fe2+ + ROOH → Fe3+ + RO* + OH* 3+ 2+ Fe + ROOH → Fe + RO2* + H* Vì vậy có thể chọn các chất có khả năng tạo phức với kim loại qua đó loại trừ được khả năng chuyển hoá trị của kim loại. Các chất chống oxy hoá dạng này như acid citric, acid malic, acid fitinic O = C – O + CH2COONa CH2 Me Na+OOC – OH + Me Na+OOC – O CH2 CH2 COONa+ COONa+ Citratnatri
* Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ oxy hoá phi enzyme • Các yếu tố kích thích quá trình ôi hoá hoá học: – Ảnh hưởng của hàm lượng acid béo tự do – Ảnh hưởng của oxy – Ảnh hưởng của nhiệt độ – Ảnh hưởng của trạng thái lipit – Ảnh hưởng của ion kim loại giao chuyển – Ảnh hưởng của năng lượng mặt trời và tia ion – Ảnh hưởng của nước • Ảnh hưởng của các yếu tố kìm hãm – Kìm hãm sự oxy hoá bằng cách làm đứt mạch oxy hoá. – Kìm hãm oxy hoá bằng cách làm giảm tốc độ phát triển mạch – Kìm hãm phản ứng oxy hoá bằng cách vô hoạt các hợp chất chứa kim loại có hoạt động xúc tác – Kìm hàm phản ứng bằng chất hiệp trợ • Tác hại của sản phẩm oxy hoá – Sản phẩm oxy hoá thường làm vô hoạt enzyme, đặc biệt hệ enzyme tiêu hoá. – Sản phẩm oxy hoá lipit có khả năng phản ứng cao với protein tạo thành hợp chất bền vững, không tan trong nước cũng như trong dung môi hữu cơ và cũng không bị thuỷ phân bởi enzyme.
Kìm hàm phản ứng bằng chất hiệp trợ O C O C – OH O C – OH 2ROOH – C O HO – C – H CH2OH O OH C C = O O C = O 2RO2 – C OH InH HO – C – H (Hydroquinon) CH2OH Trong đó vòng quinon là gốc kém hoạt động
* Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ oxy hoá phi enzyme • Các yếu tố kích thích quá trình ôi hoá hoá học: – Ảnh hưởng của hàm lượng acid béo tự do – Ảnh hưởng của oxy – Ảnh hưởng của nhiệt độ – Ảnh hưởng của trạng thái lipit – Ảnh hưởng của ion kim loại giao chuyển – Ảnh hưởng của năng lượng mặt trời và tia ion – Ảnh hưởng của nước • Ảnh hưởng của các yếu tố kìm hãm – Kìm hãm sự oxy hoá bằng cách làm đứt mạch oxy hoá. – Kìm hãm oxy hoá bằng cách làm giảm tốc độ phát triển mạch – Kìm hãm phản ứng oxy hoá bằng cách vô hoạt các hợp chất chứa kim loại có hoạt động xúc tác – Kìm hàm phản ứng bằng chất hiệp trợ • Tác hại của sản phẩm oxy hoá – Sản phẩm oxy hoá thường làm vô hoạt enzyme, đặc biệt hệ enzyme tiêu hoá. – Sản phẩm oxy hoá lipit có khả năng phản ứng cao với protein tạo thành hợp chất bền vững, không tan trong nước cũng như trong dung môi hữu cơ và cũng không bị thuỷ phân bởi enzyme.
2.3.3. Các phản ứng oxy hoá khử xảy ra khi bảo quản và chế biến sản phẩm giàu glucid 1. Quá trình hô hấp tế bào 2+ 3+ 2+ 3+ SH2 NAD FADH2 Q 2Fe 2Fe 2Fe WFe ½ O2 3+ 2+ 3+ 2+ 2– S NADH FAD QH2 2Fe 2Fe 2Fe WFe O + H 2H+ ATP H2O C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 686 Kcal (1) Yếm khí C6H12O6 2 CH3 – CHOH – COOH (2) VK. lactic Acid lactic Yếm khí C6H12O6 2 CH3 – CH2OH + CO2 (3) Nấm men Rượu etylic CO Phương trình (1) là phương trình đốt cháy hoàn toàn các chất tỷ số 2 = 1 , tỉ số này gọi là hệ số hô hấp. Như vậy có 3 trường hợp xảy ra: O2
CO2 • Nếu 1, bên cạnh quá trình hô hấp hiếu khí còn quá trình hô hấp yếm khí sản sinh ra CO2 O2 như lên men rượu, lúc này trong nguyên liệu tích tụ acid hoặc rượu, tuỳ thuộc vào điều kiện bảo quản và tác nhân vi sinh vật. CO2 • Nếu 1 thì lượng oxy hấp thụ nhiều hơn CO2 bay ra, như vậy sản phẩm tạo thành không O2 những là CO2, H2O mà còn có các chất hữu cơ khác. CO • Nếu tỷ số 2 = 1 là quá trình chỉ xảy ra hô hấp hiếu khí hoàn toàn. O2 2. Oxy hoá glucose dưới tác dụng của glucoxydase ½ O + H O C H O 2 2 C H O + H O 6 12 6 glucoxydase 6 12 7 2 2 Gluconic 2.3.4. Sự oxy hoá khử sinh học các acid amin. O Acid amin 2 Oxyacid Xetoacid Enzyme (mạch thẳng) O Acid amin 2 Sản phẩm thẫm màu Enzyme (mạch vòng)
CHƯƠNG III ẢNH HƯỞNG PHẢN ỨNG THUỶ PHÂN VÀ OXY HOÁ KHỬ TRONG MỘT SỐ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
3.1. ẢNH HƯỞNG CỦA PHẢN ỨNG THUỶ PHÂN TRONG MỘT SỐ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ 3.1.1. Phản ứng thuỷ phân và quá trình hình thành nước mắm trong quá trình sản xuất. Nước mắm là chế phẩm thu được từ quá trình thuỷ phân thịt cá, được thực hiện theo nguyên lý: cá đem trộn lẫn với muối theo tỉ lệ nhất định và lên men tự nhiên. Trong quá trình đó protein cá được thuỷ phân dưới tác dụng của enzyme tạo thành peptide, acid amin theo sơ đồ. Cùng với quá trình đó, màu sắc và mùi vị của nước mắm dần dần được hình thành do các quá trình sinh hóa học, vi sinh học phức tạp diễn ra không ngừng. Sự tổng hòa giữa các vật chất sinh thành cùng với màu sắc, mùi vị đặc trưng đã tạo nên tính độc đáo của chế phẩm nước mắm. Quá trình tạo màu được quyết định bởi các phản ứng sinh hóa học phức tạp như melanoidin, quynonamin và oxy hóa khử Quá trình hình thành mùi vị đặc trưng của nước mắm là do các quá trình lên men tạo ra các amin, acid hữu cơ bay hơi và các chất hữu cơ có mùi thơm khác. Tác nhân chủ yếu tham gia vào quá trình hình thành mùi là vi sinh vật. Quá trình thuỷ phân protein cá được xúc tác bởi hệ enzyme protease, hệ serin-protease và hệ acid protease. • Hệ acid protease: đại diện cho hệ enzyme này là chathepsin có trong tế bào cá, hệ này chỉ tìm thấy trong nước bổi ở thời điểm 24h, sau đó hoạt tính gần như mất hẳn. Hệ enzyme này có tính acid, thường hoạt động mạnh nhưng bị ức chế bởi nồng độ muối cao, theo nghiên cứu của Sharp thì hệ này mất hoạt tính ở nồng độ muối 5% sau 12h. Vậy hệ acid protease này ít có vai trò trong quá trình hình thành nước mắm. Ngoài hệ enzyme trên, các tác giả còn nghiên cứu vai trò của hệ thioprotease, theo Awada thì hệ enzyme này không có hoạt tính ngay từ ngày đầu đến ngày chượp chín, cho nên xem như không tồn tại hệ enzyme này trong thịt và nội tạng cá dùng làm nước mắm.
• Hệ enzyme metalo-protease: có nhiều trong nội tạng cá, hệ enzyme này chịu được nồng độ muối cao nên hoạt động mạnh trong nước bổi, hoạt tính tăng dần đến tháng thứ 3, sau đó giảm dần đến cuối quá trình. Hệ enzyme này có thể gọi là amino-protease hay A-pase, hệ enzyme này thủy phân rộng rãi chuỗi peptide, chịu được nồng độ muối cao, pH thích hợp = 57, phân tử lượng là 260.000 đơn vị. Muốn tách hệ enzyme này có thể dùng phương pháp lọc gel (gel filtration, G = 100 – sephadex), pI = 45, ổn định với Mg2+, Mn2+, mất hoạt tính với Zn2+, Ni2+, Pb2+,Hg2+, có RF = 0.07 trong điện di. • Hệ serin-protease: tồn tại thời gian đầu trong nước bổi, sau hoạt động yếu. Hoạt tính tăng dần từ tháng thứ 2, cường độ hoạt động lớn ở tháng thứ 3 và hoạt động kéo dài đến khi chượp chín, hệ enzyme này có nhiều trong nội tạng cá, đặc trưng cho hệ này là tripsin, kimmotripsin. Loại enzyme này thường bị ức chế bởi chuỗi peptide (6 acid amin), enzyme này được hoạt hóa nhờ cathepsin B trong tế bào, cathepsin B thủy phân tháo gỡ chuỗi peptide này làm cho sesin-protease hoạt động trở lại. Trong môi trường nước mắm cathepsin B bị ức chế bởi nồng độ muối cao nên việc tháo gỡ phải tiến hành từng đợt, từ đầu N của cấu trúc, nhiệm vụ này lại do metaloprotease đảm nhận. Sau khi được hoạt hóa serin-protease hoạt động mạnh đóng vai trò quan trọng trong suốt quá trình hình thành nước mắm, serin-protease hoạt động tốt ở pH = 9, hoạt động an toàn ở pH = 510. Quá trình hình thành nước mắm trong điều kiện tự nhiên được phân chia làm 2 giai đoạn sau: Giai đoạn I. Từ đầu đến tháng thứ 3, trong giai đoạn này hệ enzyme metaloprotease chủ động thuỷ phân protein từ đầu nitơ hình thành các acid amin như alanine, Isoleucine, arginin, aspactic đồng thời tháo gỡ chuỗi ức chế trong cấu trúc của enzyme serin- protease. Giai đoạn II. Sau khi chuỗi ức chế được tháo gỡ, serin-protease hoạt động mạnh thuỷ phân các peptide và protein còn lại cho đến khi chượp chín. Các acid amin được tạo thành trong thời kỳ này là proline, valine, Tyrosine, phenylalanine Như vậy, muốn tăng nhanh quá trình thuỷ phân và tháo gỡ chuỗi ức chế cần giảm bớt độ mặn ở thời gian đầu và tạo điều kiện tiếp nhiệt cho bể chượp ở t0 = 40450C, hoặc có thể tăng cường cho chượp những chế phẩm enzyme vi sinh vật hay thực vật.
Bảng 2. Công thức thực nghiệm quy luật biến đổi nitơ trong dịch chượp Lô Loại chượp Loại đạm Công thức thực nghiệm (*) N *y = 5.5568lnT + 4.3474 Chượp cá cơm, đánh đảo, tiếp TS 1 1 N y = 2.0276lnT + 4.0191 nhiệt, cho muối một lần. aa 2 NNH3 y3 = 0.7627lnT + 0.5581 N y = 5.5670lnT + 5.1022 Chượp cá cơm, đánh đảo, tiếp TS 1 2 N y = 2.1063lnT + 4.1997 nhiệt, cho muối nhiều lần. aa 2 NNH3 y3 = 0.7421lnT + 0.4693 Chượp cá cơm gài nén, đánh NTS y1 = 5.5052lnT + 5.3652 3 đảo, tiếp nhiệt, cho muối Naa y2 = 2.0671lnT + 3.7692 một lần. NNH3 y3 = 0.7005lnT + 0.4693 Chượp cá cơm gài nén, đánh NTS y1 = 5.4729lnT + 5.7259 4 đảo, tiếp nhiệt, cho muối Naa y2 = 1.5693lnT + 5.5189 nhiều lần. NNH3 y3 = 0.6221lnT + 1.8659 * Đặt y1 = NTS, y2 = Naa , y3 = NNH3
Bảng 3. Công thức xác định quy luật biến đổi các acid amin trong dịch chượp cá cơm đánh đảo, tiếp nhiệt, cho muối một lần. STT Acid amin Công thức toán học 1 Cistein y1 = 0.2761lnT – 0.2234 2 Lysine y2 = 1.1070lnT + 1.2750 3 Histidine y3 = 1.0675lnT – 0.8679 4 Arginine y4 = 0.6388lnT – 0.1260 5 Aspactic y5 = 0.7232lnT – 0.0526 6 Glutamic y6 = 1.3697lnT + 0.6847 7 Serine y7 = 0.6721lnT – 0.4626 8 Glysine y8 = 0.4201lnT + 2.6400 9 Treonine y9 = 1.2090lnT – 1.0779 10 Alanine y10 = 0.8557lnT + 0.4457 11 Proline y11 = 0.6526lnT – 0.3360 12 Tyrosine y12 = 0.9155lnT – 0.4565 13 Phenylalanine y13 = 0.1467lnT + 0.4587 14 Valine + Metionine y14 = 1.2745lnT + 0.6080 15 Leucine + Isoleucine y15 = 1.7744lnT + 1.2691 16 Acid amin tổng số y16 = 13.1092lnT + 3.8274
Bảng 4. Công thức xác định quy luật biến đổi các acid amin trong dịch chượp cá cơm đánh đảo, tiếp nhiệt, cho muối nhiều lần. STT Acid amin Công thức toán học 1 Cistein y1 = 0.4967lnT – 0.2348 2 Lysine y2 = 1.1313lnT + 2.3364 3 Histidine y3 = 1.0757lnT – 0.2001 4 Arginine y4 = 0.8778lnT + 0.1144 5 Aspactic y5 = 0.7725lnT + 0.6758 6 Glutamic y6 = 1.1414lnT + 2.0901 7 Serine y7 = 0.6880lnT + 0.0401 8 Glysine y8 = 0.4215lnT + 3.0353 9 Treonine y9 = 1.4635lnT – 0.6949 10 Alanine y10 = 0.7816lnT + 0.9731 11 Proline y11 = 0.5383lnT + 0.4726 12 Tyrosine y12 = 0.8357lnT + 0.5729 13 Phenylalanine y13 = 0.1587lnT + 0.5993 14 Valine + Metionine y14 = 1.4158lnT + 1.5429 15 Leucine + Isoleucine y15 = 1.5747lnT + 3.0586 16 Acid amin tổng số y16 = 13.5784lnT + 14.2150
Bảng 5. Công thức xác định quy luật biến đổi các acid amin trong dịch chượp cá cơm gài nén đánh đảo, tiếp nhiệt, cho muối một lần.` STT Acid amin Công thức toán học 1 Cistein y1 = 0.0788lnT + 0.0536 2 Lysine y2 = 1.1478lnT + 1.1336 3 Histidine y3 = 0.3643lnT – 0.2548 4 Arginine y4 = 0.8649lnT – 0.8493 5 Aspactic y5 = 0.3754lnT + 0.4014 6 Glutamic y6 = 1.2984lnT + 0.1649 7 Serine y7 = 0.8609lnT + 0.6380 8 Glysine y8 = 0.5113lnT + 1.9914 9 Treonine y9 = 1.9919lnT – 1.1958 10 Alanine y10 = 0.6429lnT + 0.3108 11 Proline y11 = 0.9129lnT – 0.9173 12 Tyrosine y12 = 1.0568lnT + 0.0335 13 Phenylalanine y13 = 0.3667lnT + 0.8094 14 Valine + Metionine y14 = 1.7260lnT – 1.0973 15 Leucine + Isoleucine y15 = 1.8857lnT + 0.2666 16 Acid amin tổng số y16 = 13.1311lnT + 0.3265
Bảng 6. Công thức xác định quy luật biến đổi các acid amin trong dịch chượp cá cơm gài nén đánh đảo, tiếp nhiệt, cho muối nhiều lần. STT Acid amin Công thức toán học 1 Cistein y1 = 0.2267lnT – 0.1599 2 Lysine y2 = 1.1300lnT + 0.8822 3 Histidine y3 = 0.4174lnT – 0.1464 4 Arginine y4 = 0.7762lnT + 0.2942 5 Aspactic y5 = 0.3222lnT + 0.9432 6 Glutamic y6 = 1.1365lnT + 1.1987 7 Serine y7 = 0.7746lnT + 1.4751 8 Glysine y8 = 0.4752lnT + 1.6733 9 Treonine y9 = 1.0561lnT – 0.4764 10 Alanine y10 = 0.5882lnT + 0.7199 11 Proline y11 = 0.6868lnT + 0.3616 12 Tyrosine y12 = 1.0428lnT + 1.1355 13 Phenylalanine y13 = 0.3770lnT + 1.0221 14 Valine + Metionine y14 = 1.4737lnT + 0.6055 15 Leucine + Isoleucine y15 = 1.8419lnT + 1.7469 16 Acid amin tổng số y16 = 11.8962lnT + 12.6201
y(g/l) 80 70 15 60 Acid aminAcid (g/l) y 50 y 40 y IIIy 30 16 10 IV 16 20 I 16 5 10 II 16 0 2 10 18 26 38 46 62 Thời gian (ngày)– 1 0 1 x = lnT Hình 8. Quy luật biến đổi của acid amin tổng số của chượp cá cơm Trong đó: I y16 =13.1092x + 3.8274chượp cá cơm cho muối 1 lần II chượp cá cơm cho muối nhiều lần y16 = 13.5784x +14.2150 III y16 = 13.1311x + 0.3265chượp cá cơm gài nén cho muối 1 lần IV y16 = 11.8962x +12.6201chượp cá cơm gài nén cho muối nhiều lần
3.1.2. Sản xuất nước chấm từ xác nấm men nhờ phản ứng thuỷ phân HCl [HCl] tỷ lệ Xác nấm Xử lý Thuỷ phân Xử lý Nước chấm men τ T0 = 100 20C Hình 9. Sơ đồ hệ thống công nghệ thuỷ phân xác tế bào nấm men để sản xuất nước chấm bằng HCl Cơ chế của quá trình thuỷ phân diễn ra HCl Protein Acid amin + Peptide NH2 – CH – CO – NH – CH – CO – NH CH – COOH R1 R2 Rn NH2 – CH – COOH + NH2 – CH – CO – NH CH – COOH R1 R2 Rn • Tinh bột thuỷ phân thành đường maltose rồi cuối cùng thành đường glucose 2(C6 H10O5 )n + nH 2O → nC12H 22O11 → 2n(C6 H12O6 ) (Tinh bột) (Maltose) (Glucose)
• Cellulose thuỷ phân thành pentose và cuối cùng thành furfurol - ⎯ EMP⎯⎯ → ⎯ ⎯3H⎯2O→ (C6 H10O5 )n LLLC6 H12O6 C5 H10O 5 C4 H 3OCHO (Cellulose) (Glucose) (Pentose) (Furfurol) • Chất béo bị thuỷ phân thành glycerin và acid béo C3 H5 (COOR)3 + 3H 2O → C3 H5 (OH )3 + 3RCOOH (Lipid) (Glycerin) (Acid béo)
Xác nấm men 25 NTS (g/l) còn ố Xác nấm men còn lại lại s ng 15 ổ N (g / l) (g/l) 20 NH 3 N t N 1.5 15 10 1 10 Naa 5 5 0.5 0 10 15 20 25 30 N [HCl] % NH 3 Hình 10. Một số biến đổi khi thuỷ phân xác nấm men bằng HCl
Xác nấm men còn lại (g/l) N (g / l) NH 3 25 (g/l) ố NTS Xác nấm men còn lại 15 s ng ổ 20 Nitơ t Nitơ 1.5 15 10 1 10 5 N 5 aa 0.5 NH3 0 60 70 80 100 Thời gian (phút) Hình 11. Sự biến thiên hàm lượng xác nấm men còn lại, NTS, Naa, và NH3 theo thời gian thuỷ phân
Sinh khối nấm men phế thải -Loại bỏ CO2 ở τ = 15 phút Xử lý -Rửa bằng acid HCl 1% trong thời gian τ = 4 giờ - T0 = 100 20C, τ = 90 phút Thuỷ phân - Nồng độ HCl là 20%, hoặc 15% - Modul thuỷ áp: 3 dung dịch HCl/nấm men Lọc Trung hoà Thành phẩm Hình 12. Sơ đồ công nghệ sản xuất nước chấm từ xác nấm men phế liệu
3.1.3. Phản ứng thuỷ phân trong sản xuất tôm chua và các biến đổi tạo nên sản phẩm đặc trưng ▪ Quá trình thuỷ phân protein thành acid amin và các peptide. ▪ Quá trình lên men tạo acid lactic từ cơ chất là tinh bột, đường saccharose, thính Thuỷ phân Glucid Glucose (Tinh bột, thính) + CO2 HOOC – CH2 – CO – COOH H3C – CO – COOH HOOCH + CH3COOH 2H2 CH COOH H O CH3CHO 3 2 Acetic HOOC – CH2 – CH2 – COOH H3C – CHOH – COOH Succinic Lactic
3.1.4. Phản ứng thuỷ phân trong quá trình nấu dịch lên men bia E T0 τ Malt Tình bột Houplon Nấu dịch lên men Xử lý Dịch lên men Các chất khác Quá trình hoà tan Quá trình thuỷ phân các chất từ malt, tinh bột Hình 13. Sơ đồ hệ thống trìu tượng của quá trình nấm dịch lên men bia
Cơ chế phản ứng thuỷ phân tinh bột bằng enzyme amylase CH2OH CH2OH O O H H H H H H O OH H O OH H O Amylase phân cắt H OH amylase H OH α – 1,4 glucozit – + H2O → OH + H H+ + OH– → H O 2 O CH2OH H H H O H OH O O H H OH H H Amylase phân cắt O OH H O α – 1,6 glucozit H OH
a. Thuỷ phân tinh bột bởi enzyme. • Sự tác động độc lập của -amylase lên tinh bột • Sự tác động độc lập của -amylase lên tinh bột • Sự tác động đồng thời của -amylase và -amylase lên tinh bột • Sự tác động của amilophosphatase lên tinh bột • Thuỷ phân protein • Thủy phân các hợp chất khác – Thuỷ phân fitin – Thuỷ phân hemicellulose
3.1.5. Phản ứng thủy phân trong quá trình rửa thịt cá xay trong công nghệ sản xuất surimi Lần III (dd acid acetic) Lần I (dd NaCl) Lần II (nước thường) Phụ gia Cá Mối Cá Nhám Xay nhỏ Quá trình rửa Ép Phối trộn phụ gia Cá Đỏ Cá Sơn Thóc 0 t Thời gian Định hình Nồng độ Tỷ lệ dung môi Hình 14. Hệ thống trìu tượng của công nghệ rửa thịt cá xay Surimi
* Quá trình thuỷ phân lipid CH2OCR1 CH2OH R COOH Acid 1 CH2OCR2 CH2OH + Kiềm RCOONa CH2OCR3 CH2OH – COO COO– R R R Nhũ tương tan trong nước Hạt nhũ tương COO–
* Quá trình thuỷ phân protein t0 Môi trường Tỉ lệ τ Chu kỳ Thịt cá xay Quá trình rửa Xử lý Surimi - Màu Thuỷ phân Góp phần cải thiện - Mùi cắt mạch prtein chất lượng surimi về - Lipid Loại bỏ màu sắc, mùi vị và - Khoáng độ bền đông kết - Một số chất khác Giảm độ bền đông kết của surimi Tổn thất vật chất Hình 15. Ảnh hưởng quá trình rửa đến công nghệ sản xuất surimi
3.1.6. Phản ứng thuỷ phân trong quá trình sản xuất chitosan Vỏ ghẹ Vỏ tôm Sú HCl Khử khoáng Khử khoáng HCl Deacetyl (đồng Khử protein Protease NaOH đậm đặc thời khử protein) Deacetyl Deacetylase Chitosan Chitosan Theo phương pháp hóa học Theo phương pháp sinh học Hình 16. Các bước công nghệ sản xuất chitosan theo phương pháp hoá học và phương pháp sinh học
Cơ chế của quá trình thuỷ phân protein và deacetyl bởi NaOH * Phản ứng thuỷ phân protein NaOH H N – CH – CO – NH – CH – CO – H N – CH – COOH+ H N – CH – CO – NH – CH – 2 t0 cao 2 2 R1 R2 R1 R2 R3 Polypeptide Acid amin Peptide * Phản ứng deacetyl CH3COONa CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH O O NaOH O O H H H H H H H H O O O O O O OH H OH H OH H OH H H H t0 cao H H H HN – COCH3 H HN – COCH3 H NH2 H NH2 Chitin Chitosan
Bảng 7. Ảnh hưởng của chế độ nấu NaOH đến khả năng khử protein và deacetyl của ghẹ Kết quả Thời Độ deacetyl STT Các thông số cố định gian Độ nhớt Màu sắc N (%) (DD) (h) TS (0E) (%) 0 7.8 - - 1.0 6.2 - - 1.5 5.7 - - [NaOH] = 45% 1 w/v = 1/10 2.0 5.2 - - t0 = 80 20C 2.5 5.9 - - 5.0 Phớt nâu 7.71 51.2 13.8 5.5 Ngà vàng 7.97 65.7 16.4 6.0 Ngà vàng 8.03 74.1 17.8 6.5 Trắng ngà 8.31 82.7 16.6
0 7.8 - - 1.0 6.6 - - 1.5 6.3 - - [NaOH] = 45% 2.0 5.6 - - 2 w/v = 1/10 2.5 6.4 - - 0 0 t = 90 2 C 5.0 Trắng 7.91 62.2 13.2 5.5 Vàng 8.22 78.3 23.3 6.0 Trắng ngà 8.58 95.4 17.6 6.5 Trắng ngà 8.65 98.2 12.6 0 7.8 - - 1.0 7.1 - - 1.5 6.5 - - [NaOH] = 45% 2.0 6.8 - - 3 w/v = 1/10 2.5 7.2 - - 0 0 t = 100 2 C 5.0 Trắng ngà 8.06 70.1 11.8 5.5 Trắng 8.39 86.2 10.4 6.0 Trắng 8.59 95.5 8.1 6.5 Trắng 8.66 98.5 7.3
NTS % 0E DD % Độ deacetyl Độ nhớt NTS D TH Thời gian (h) Giai đoạn khử protein Giai đoạn deacetyl Hình 17. Quy luật biến đổi NTS, DD, và độ nhớt theo thời gian xử lý kiềm đặc trên vỏ tôm hoặc vỏ ghẹ Protease HCl Deacetylase Vỏ tôm Quá trình công nghệ Chitosan CaCl 2 CH3 – CO – Acid amin + Peptide
3.1.7. Biến đổi của nguyên liệu thuỷ sản sau thu hoạch do phản ứng thuỷ phân 1. Phản ứng thuỷ phân trong công nghệ sau thu hoạch một số động vật thuỷ sản và các biến đổi a. Cathepsin và calpain các enzyme nội bào làm mềm cơ thịt thuỷ sản Bảng 9. Đặc điểm của các proteinase nội sinh liên quan đến sự mềm hóa cơ thịt (Asghar và Bhatti, 1987) Khoảng Vị trí Proteinase pH hoạt Hoạt tính tồn tại động Chất cơ -calpsin 6.5÷7.5 - Giải phóng a-actinin, Z-nin m-calpsin 6.5÷7.5 - Thoái hóa desmin, connectin, nebulin, troponin T, troponin I, tropomyosin, protein C và protein M. Lysosom Cathepsin B 3.5÷6.5 - Thoái hóa myosin, actin, troponin T và collagen Cathepsin L 3.0÷6.5 - Thoái hóa myosin, actin, troponin T, troponin I, Cathepsin D 3.0÷6.0 tropomyosin, a-actinin, và collagen - Thoái hóa myosin, actin, troponin T, troponin I, tropomyosin, a-actinin, và collagen Cathepsin
i) ạ 120 cđ ự i c i ớ 100 (% so v 80 ộ 5% ng đ ng 2.50% ồ 60 N 0.50% Mẫu đối chứng 40 20 0 0 1 5 10 15 20 25 Thời gian ủ ấm (giờ) Hình 18. Ảnh hưởng của NaCl đối với hoạt độ của cathepsin
Calpsin Ảnh hưởng đến cấu trúc cơ thịt thủy sản 120 i i (%) . ạ 100 còn l ộ 80 m - Calpain t t đ ạ (0,91 mole/ml) Ho 60  - Calpain (0,91 mole/ml) 40 20 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Calpain (  mole/ml) Hình 19. Tác dụng ức chế của calpastatin tôm sú (P.monodon) lên hoạt độ của enzyme calpain
b. Biến đổi về tỉ lệ sống, và thành phần hoá học của thuỷ sản sau thu hoạch do phản ứng thuỷ phân Enzyme Protein Acid amin + Peptide Lipase Lipid Acid béo + Glycerin Enzyme Glucogen Glucose 120 ng (%) ng ố s 100 ệ l ỉ T Nhiệt độ thường 80 T = 20 10C 60 T = 10 10C T = 15 10C 40 20 0 0 1 2 3 4 5 6 7 Thời gian bảo quản (ngày) Hình 20. Biến đổi tỉ lệ sống của sò theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ khác nhau
120 ng (%) ng ợ 100 ng lư ng ọ Tr 80 T = 10 10C T = 15 10C 60 T = 20 10C 40 20 0 0 1 2 3 4 Thời gian bảo quản (ngày) Hình 21. Biến đổi trọng lượng của sò theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ khác nhau
16 14 ng protein (%) protein ng ợ 12 10 T = 27 20C Hàm lư Hàm T = 20 20C 8 T = 13 20C 0 6 T = 3 2 C 4 2 0 0 8 14 25 37.5 50 70 95 100 125 Thời gian bảo quản (h) Hình 22. Biến đổi hàm lượng protein của ghẹ theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ khác nhau
Bảng 10. Hàm lượng tổng acid béo của ghẹ xanh (P.pelagicus) biến đổi theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ bảo quản khác nhau (% trên một đơn vị trọng lượng tươi). Chế độ bảo quản mẫu STT Acid béo (%) Ký 3 20C 13 20C 27 20C hiệu Tươi 48h 120h 24h 72h 4h 12h 1 Myistic 14:0 0.84 0.67 0.83 0.71 1.34 0.80 0.68 2 Palmitic 16:0 0.14 0.03 0.09 0.12 0.07 0.15 0.08 3 Palmitoleic 16:1w7 0.06 0.01 0.02 0.04 0.02 0.07 0.04 4 Stearic 18:0 0.04 0.01 0.03 0.05 0.02 0.04 0.03 5 Cis-vaccenic 18:1w7 0.1 0.05 0.08 0.11 0.07 0.11 0.07 6 Oleic 18:1w9 0.1 0.06 0.09 0.13 0.07 0.11 0.07 7 Linoleic 18:2w6 0.02 0.01 0.02 0.02 0.01 0.02 0.01 8 Linolenic 18:3w3 0.15 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 9 Arachidic 20:0 0.01 0.00 0.00 0.01 0.00 0.01 0.00 10 Gondoic 20:1w9 0.08 0.04 0.07 0.12 0.06 0.08 0.06 11 Eicosadiennoic 20:2w6 0.17 0.06 0.11 0.14 0.11 0.15 0.04 12 Homo--linoleic 20:3w6 0.01 0.00 0.01 0.01 0.00 0.01 0.00 13 Eicosatetrenoic 20:4w3 0.01 0.00 0.01 0.00 0.00 0.01 0.00 14 Eicosapentanoic (EPA) 20:5w3 0.02 0.01 0.01 0.02 0.01 0.02 0.01 15 Behinic 22:0 0.13 0.06 0.08 0.12 0.09 0.12 0.08 16 Erucic 22:1w9 0.00 0.00 0.01 0.00 0.01 0.00 0.00 17 Myristoleic 14:1w5 0.01 0.00 0.01 0.01 0.00 0.02 0.01 18 Docosahexaenoic(DHA) 22:6w3 0.08 0.04 0.01 0.02 0.01 0.07 0.05 Tổng acid béo 1.98 1.06 1.49 1.64 1.90 1.80 1.24
2.5 Acid béo (%) béo Acid 2 T = 27 20C 1.5 T = 3 20C T = 13 20C 1 0.5 0 0 4 12 24 48 72 120 Thời gian (h) Hình 23. Biến đổi hàm lượng tổng acid béo của ghẹ xanh (P.pelagicus) theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ khác nhau
Bảng 11. Hàm lượng acid béo bão hoà của ghẹ xanh (P.pelagicus) biến đổi theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ bảo quản khác nhau (% trên một đơn vị trọng lượng tươi). Chế độ bảo quản mẫu ST Ký Acid béo (%) 3 20C 13 20C 27 20C T hiệu Tươi 48h 120h 24h 72h 4h 12h 1 Myistic 14:0 0.84 0.67 0.83 0.71 1.34 0.80 0.68 2 Palmitic 16:0 0.14 0.03 0.09 0.12 0.07 0.15 0.08 3 Stearic 18:0 0.04 0.01 0.03 0.05 0.02 0.04 0.03 4 Arachidic 20:0 0.01 0.00 0.00 0.01 0.00 0.01 0.00 5 Behinic 22:0 0.13 0.06 0.08 0.12 0.09 0.12 0.08 Tổng acid béo bão hoà 1.16 0.77 1.03 1.01 1.52 1.12 0.87
1.6 1.4 1.2 1 20C Acid béo bão hoà (%) hoà bão béo Acid T = 27 T = 3 20C 0.8 T = 13 20C 0.6 0.4 0.2 0 0 4 12 24 48 72 12 Thời gian (h) Hình 24. Biến đổi hàm lượng acid béo bão hoà của ghẹ xanh (P.pelagicus) theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ khác nhau
Bảng 12. Hàm lượng acid béo không bão hoà của ghẹ xanh (P.pelagicus) biến đổi theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ bảo quản khác nhau (% trên một đơn vị trọng lượng tươi).` Chế độ bảo quản mẫu STT Acid béo (%) Ký 3 20C 13 20C 27 20C hiệu Tươi 48h 120h 24h 72h 4h 12h 1 Palmitoleic 16:1w7 0.06 0.01 0.02 0.04 0.02 0.07 0.04 2 Cis-vaccenic 18:1w7 0.1 0.05 0.08 0.11 0.07 0.11 0.07 3 Oleic 18:1w9 0.1 0.06 0.09 0.13 0.07 0.11 0.07 4 Linoleic 18:2w6 0.02 0.01 0.02 0.02 0.01 0.02 0.01 5 Linolenic 18:3w3 0.15 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 6 Gondoic 20:1w9 0.08 0.04 0.07 0.12 0.06 0.08 0.06 7 Eicosadiennoic 20:2w6 0.17 0.06 0.11 0.14 0.11 0.15 0.04 8 Homo--linoleic 20:3w6 0.01 0.00 0.01 0.01 0.00 0.01 0.00 9 Eicosatetrenoic 20:4w3 0.01 0.00 0.01 0.00 0.00 0.01 0.00 10 Eicosapentanoic (EPA) 20:5w3 0.02 0.01 0.01 0.02 0.01 0.02 0.01 11 Erucic 22:1w9 0.00 0.00 0.01 0.00 0.01 0.00 0.00 12 Myristoleic 14:1w5 0.01 0.00 0.01 0.01 0.00 0.02 0.01 13 Docosahexaenoic(DHA) 22:6w3 0.08 0.04 0.01 0.02 0.01 0.07 0.05 Tổng acid béo 0.82 0.29 0.46 0.63 0.38 0.68 0.37
0.9 0.8 0.7 0.6 T = 27 20C 0.5 T = 3 20C 0.4 T = 13 20C Acidbéo không bão hoà (%) 0.3 0.2 0.1 0 0 4 12 24 48 72 12 Thời gian (h) Hình 25. Biến đổi hàm lượng acid béo không bão hoà của ghẹ xanh (P.pelagicus) theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ khác nhau
0.09 0.08 0.07 0.06 Acidbéo DHA(%) 0.05 T = 13 20C 20C 0.04 T = 27 T = 3 20C 0.03 0.02 0.01 0 0 4 12 24 48 72 120 Thời gian (h) Hình 26. Biến đổi hàm lượng acid docosahexaenoic (DHA) của ghẹ xanh theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ khác nhau
0.025 0.02 T = 27 20C Acid EPAbéo (%) 0.015 T = 3 20C 0 0.01 T = 13 2 C 0.005 0 0 4 12 24 48 72 12 Thời gian (h) Hình 27. Biến đổi hàm lượng acid eicosapentaenoic (EPA) của ghẹ xanh theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ khác nhau
100 90 80 70 T = 27 20C 60 20C m bazơ m bayhơi (mg%) T = 18 ạ 50 T = 13 20C ngđ 0 ợ 40 T = 3 2 C 30 Hàmlư 20 10 0 0 6 12 24 36 48 72 96 120 144 168 Thời gian (giờ) Hình 28. Biến đổi hàm lượng đạm bazơ bay hơi của ghẹ xanh đực theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ khác nhau
90 80 70 60 m bazơ bay hơi (mg%). bay bazơ hơi m T = 27 20C ạ 50 T = 18 20C ng đ ng ợ T = 13 20C 40 T = 3 20C Hàm lư Hàm 30 20 10 0 0 6 8 12 24 36 72 96 120 140 Thời gian (giờ) Hình 29. Biến đổi hàm lượng đạm bazơ bay hơi của ghẹ xanh cái theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ khác nhau
35 30 25 20 Thịt càng que m bazơ bay hơi (mg%) Thịt thân ạ 15 ng đ ng ợ 10 Hàm lưHàm 5 0 0 24 48 72 Thời gian (giờ) Hình 30. Hàm lượng đạm bazơ bay hơi giữa thịt thân và thịt càng, que trong quá trình bảo quản ơ nhiệt độ 3 20C
20 m quan m ả 18 m c m ể 16 Đi 14 T = 27 20C 12 T = 20 20C 10 T = 13 20C 0 8 T = 3 2 C 6 4 2 0 0 100 200 Thời gian bảo quản (h) Hình 31. Biến đổi cảm quan của ghẹ xanh theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ khác nhau
2. Biến đổi của rong biển sau thu hoạch do phản ứng thuỷ phân CH2OH CH2OH O O O O HO HO O OH OH H O 2 n Cellulose Enzyme Vi sinh vật CH2OH CH2OH O O O O HO HO O OH OH 3÷10 Hình 32. Sự phân giải cellulose thành cellulodextrin
CH2OH CH2OH O O O HO HO CH2OSO3 O H O O OH O OH OH n H2O Enzyme Vi sinh vật CH2OH CH2OH O O O HO HO CH2OSO3 O H O O OH O OH OH 3÷10 Hình 33. Sự phân giải agar thành agar dextrin
CH O O O 2 O 2 O O O O OH Carrageenan n H2O Enzyme Vi sinh vật SO CH O O O 2 O 2 O O O O OH Carrageenan dextrin 3÷10 Hinh 34. Sự phân giải carrageenan thành carrageenan dextrin
Bảng 13. Biến đổi của độ nhớt và hiệu suất thu alginate của nguyên liệu theo phương pháp làm khô và thời gian chậm làm khô Thời gian làm khô 0 1 2 3 (ngày) Phương pháp Biến đổi làm khô Phơi Sấy Phơi Sấy Phơi Sấy Phơi Sấy của alginate Độ nhớt (centipoise) 595 540 489 420 418 340 379 292 Hiệu suất (%) 25.35 24.22 24.51 23.14 24.06 22.51 23.77 22.13 * Ảnh hưởng của thời gian chậm làm khô • Rong được làm khô ngay • Rong không được làm khô ngay • Phương pháp phơi • Phương pháp sấy * Ảnh hưởng của môi trường nước rửa rong sau thu hoạch và thời gian, nhiệt độ bảo quản rong khô.
Bảng 14. Độ nhớt và hiệu suất thu hồi alginate của nguyên liệu xử lý nước ngọt ngay sau thu hoạch, phơi và bảo quản Chế độ bảo Bảo quản quản 1 tuần 2 tuần 3 tuần 4 tuần Không bảo Biến đổi 5÷10 5÷10 5÷10 5÷10 0 0 0 0 quản của alginate T 0C T 0C T 0C T 0C thưòng thưòng thưòng thưòng Độ nhớt 525 539 487 509 466 489 451 447 595 (centipoise) Hiệu suất (%) 23.92 24.33 22.86 23.35 21.65 22.56 20.84 21.9 25.53 2
Bảng 15. Độ nhớt và hiệu suất thu hồi alginate của nguyên liệu không xử lý nước ngọt, phơi và bảo quản Chế độ bảo Bảo quản quản 1 tuần 2 tuần 3 tuần 4 tuần Không bảo Biến đổi 5÷10 5÷10 5÷100 5÷10 T0 T0 T0 T0 quản của alginate 0C 0C C 0C thưòng thưòng thưòng thưòng Độ nhớt 497 513 447 480.4 423.5 457.8 411 445.5 582 (centipoise) Hiệu suất (%) 22.54 22.86 21.14 21.71 20.01 20.79 19.24 20.02 24.28
3.2. BIẾN ĐỔI THỰC PHẨM DO PHẢN ỨNG OXY HOÁ KHỬ TRONG MỘT SỐ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ 3.2.1. Quá trình oxy hoá khử trong quá trìn lên men bia 1. Oxy hoá khử xảy ra trong quá trình làm lạnh dịch đường lên men 2. Quá trình oxy hoá khử để tạo nên sinh khối tế bào nấm men. a. Quá trình oxy hoá khử để tạo sinh khối tế bào nấm men Số lượng tế vào thay đổi trong quá trình lên men được biểu diễn trên đường cong sinh trưởng của nấm men được phân chia thành 4 pha sau: • Pha lag (pha tiềm tàng): giai đoạn đầu này không có sự tăng lên về số lượng tế bào nấm men , nhưng nấm men tổng hợp tích cực các enzyme cho giai đoạn tiếp theo, giai đoạn này thường kéo dài trong khoảng thời gian 6h. • Pha log (pha mũ): ở giai đoạn này chế độ nấm men phát triển mạnh, sự phát triển này dẫn đến số lượng tế bào tăng lên từ 1.2÷1.3 lần trong khoảng thời gian 1 giờ. • Pha ổn định: ở giai đoạn này sối lượng tế bào nấm men sinh ra cân bằng với số lượng tế bào nấm men chết đi và có trạng thái ổn định.T0, pH, • Pha tử vong: có sự giảm xuống về số lượng tế bào. Giai đoạn này số lượng tế bào nấm men chết đi nhiều hơn số lượng tế bào mới sinh ra do sự cung cấp chất dinh dưỡng ngày càng ít đi và sự tích luỹ sản phẩm thải độc hại càng nhiều.
70 60 Số lượng tế bào 50 nấm men Độ đường còn lại 40 Độ chua 30 Nhiệt độ trong tank lên men 20 10 0 0 1 2 3 4 5 Thời gian lên men (ngày) Hình 35. Sự thay đổi độ đường, nhiệt độ, độ chua và số lượng tế bào nấm men ở giai đoạn lên men chính
b. Quá trình oxy hoá khử để tạo nên sản phẩm bia đặc trưng CH2OH CH2 – O – PO3H2 O O H H Hexokinase H H (1) + ATP + ADP OH H 2+ OH H HO OH Mg HO OH H OH H OH Glucose Glucose-6-phosphat H2O3P – O – H2C CH2 – O – PO3H2 O CH2 OH H O H (2) Glucose-6-phosphatizumerase OH H H H HO OH H HO H OH OH H Glucose-6-phosphat Fructose-6-phosphat H O P – O – H C H O P – O – H C 2 3 2 O 2 3 2 O CH – O – PO H CH2 OH 2 3 2 Phosphofructokinase (3) H H + ATP H H + ADP H HO H HO OH H OH H Fuctose-6-phosphat Fuctose-1,6-diphosphat
H O P – O – H C 2 3 2 O CH – O – PO H 2 3 2 CH2 – O – PO3H2 H – C = O Aldolase (4) H C = O + H – C – OH H H HO CH2OH CH2 – O – PO3H2 OH H PhosphodioxyKeton 3-phosphoglyceraldehyd Fuctose-1,6-diphosphat H – C = O O = C – O ~ H2PO3 dehydrogenase + + (5) H – C – OH + H3PO4 + NAD H – C – OH + NADH + H CH2 – O – PO3H2 CH2 – O – PO3H2 3-phosphoglyceraldehyd Acid 1,3-diphosphoglycerinic O = C – O ~ H2PO3 COOH (6) H – C – OH + ADP H – C – OH + ATP CH2 – O – PO3H2 CH2 – O – PO3H2 Acid 1,3-diphosphoglycerinic Acid 3-phosphoglycerinic
COOH COOH Phosphoglyxerometase (7) H – C – OH H – C – O – PO3H2 + H2O CH2 – O – PO3H2 CH2 – OH Acid 3-phosphoglycerinic Acid 2-phosphoglycerinic COOH COOH Enolase (8) H – C – O – PO3H2 H – C – O ~ PO3H2 + H2O CH2 – OH CH2 Acid 2-phosphoglycerinic Acid 2-phosphoenol piruvic COOH COOH Piruvatkinase (9) H – C – O ~ PO3H2 + ADP C = O + ATP CH2 CH3 Acid 2-phosphoenol piruvic Acid piruvic
COOH H Cacboxylase (10) C = O C = O + CO2 CH3 CH3 Acid piruvic Acetaldehyd H Alcoldehydrogenase + + (11) C = O + NADH + H CH3 – CH2 – OH + NAD Rượu ethylic CH3 Acetaldehyd C6 H12O6 + 2ATP + 2H3 PO4 + 4ADP → 2C2 H5OH + 2CO2 + 4ATP + 2ADP C6 H12O6 + 2H3 PO4 + 2ADP → 2C2 H5OH + 2CO2 + 2ATP
• Đường hướng thứ hai của quá trình lên men rượu có thể lệch sang là sự tạo thành glycerin từ phosphodioxy Keton theo sơ đồ sau: Phosphodioxy Keton NADH Glycerophosphat dehydrogenase NAD+ α-glycerophosphat Glycerin + H3PO4 • Đường hướng thứ 3 của quá trình lên men rượu có thể tạo thành cục bộ acetic và glycerin 2C6 H12O6 + 2H 2O → C2 H5OH + CH3COOH + 2C3 H8O3 + 2CO2 Glucose Rượu ethylic a.acetic Glycerin
C6H12O6 (Glucose) ATP (Hexokinase) ADP Glucose-6- P Fructose-6- P ATP (Hexokinase) ADP Fructose-1,6-di P CH2 – OH CHO C = O CH – OH CH – O P CH – O P (DioxyKeton P ) (Aldehyd - 3 P - glyceric) Hình 36. Sơ đồ chuyển hoá glucose trong tế bào nấm men ở điều kiện yếm khí
(Aldehyd - 3 P - glyceric) NAD H3PO4 NADH + H+ CH2 – O P CH – OH COO P (Acid 1,3 di P - glyceric) ADP CH3CH2OH (Rượu ethanol) ATP NAD CH2 – O P + NADH + H CH – OH CH3CHO (Aldehyd acetic) COOH (Acid 3 P - glyceric) (I) CO 2 Phosphoglyceratmutase CH3 ATP ADP CH2 CH2 – OH – H O C = O CO P 2 CHO P Piruvatkinase COOH COOH COOH (Acid piruvic) (Acid P - enolpiruvic) (Acid 2 P - glyceric) Hình 36. Sơ đồ chuyển hoá glucose trong tế bào nấm men ở điều kiện yếm khí
CH 3 CO NADH + H+ 2 O C = O CH – C 3 SCoA COOH (II) (Acetyl coA) (Acid piruvic) COOH HOOC – C – CH2 – COOH HOOC – CH2 – C – CH2 – COOH O OH (Acid oxaloacetic) (Acid citric ) NADH + H+ CO2 NADH + H+ HOOC – CH – CH2 – COOH HOOC – CH2 – C – CH2 – CH2 – COOH OH O (Acid α-xetoglutamic) (Acid malic) CO2 NADH + H+ O C SCoA HOOC – CH = CH – COOH CH2 – CH2 – COOH (Acid fumaric) (Xucinyl - CoA) CO2 NADH + H+ Hình 37. Chuyển hoá acid pyruvic trong tế bào nấm men trong điều kiện hiếu khí (có oxy)
3. Quá trình tân tạo rượu cao và acid hữu cơ trong bia là quá trình oxy hoá khử CH3 – C – COOH + R – CH – COOH CH3 – CH – COOH + R – C – COOH O NH2 NH2 O – CO R – C – COOH 2 R – CHO O – H2O 2 (R – CHO) R – COOH + R – CH2OH Acid béo Rượu cao Chẳng hạn như sự tân tạo tyrosol sau
OH 2 2 CH3 – CH – COOH O Acid pyruvic CH2 – CH – COOH NH Tyrosine 2 Yeast Sự tân tạo tyrosol OH 2 2 CH3 – CH – COOH NH 2 Alanin CH2 – CH – COOH O OH – CO2 OH CH – COOH + H O 2 2 2 Acid hữu cơ thơm OH CH2 – CHO Adehyd thơm Tyrosol CH2 – CH2OH
Quá trình tân tạo rượu cao có thể khái quát như sau Nấm men Nấm men Glucose Acid pyruvic Alanin Acid amin Rượu cao Acid hữu cơ Nấm men Glucose Acid pyruvic Alanin Acid amin Acid hữu cơ Rượu cao
4. Quá trình hình thành diacetyl và phân huỷ diacetyl trong bia do quá trình oxy hoá khử * Quá trình hình thành diacetyl CH3 – CHOH – COOH CH3 – COOH Ví sinh vật (nấm men hoặc vi khuẩn) H O OH 2 CH – C – COOH 3 α- acetolactic C = O CH3 Oxy hoá và CO2 decacboxyl hoá H2 CH3 – C – C – CH3 O O diacetyl * Quá trình phân huỷ diacetyl H + H CH3 – C – C – CH3 2 CH3 – C – C – CH3 α- acetolactatdecacboxylase O O O OH diacetyl Acetoin
5. Quá trình oxy hoá khử làm thay đổi các thành phần trong bia a. Biến đổi hàm lượng nitơ Bảng 16. Sự thay đổi hàm lượng đạm và các thông số liên quan trong quá trình lên men theo thời gian Các thông số biến đổi trong quá trình lên men bia N Thời NH 3 Độ Số lượng gian Nhiệt Áp suất N N pH đường tế bào TS a.amin (giờ) độ (0C) (Kg/cm2) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (plato) (triệu/lit) 0 10.5 5.2 0 11.5 21 3080 875.8 4.20 24 12 4.9 0 11.2 34.65 3080 875.8 4.20 48 12 4.3 0.5 8.5 65.80 2800 835.8 4.20 72 12 4.3 0.5 6.5 96 2520 805.8 4.20 96 12 4.2 0.5 3.45 112 2100 734.4 5.60 120 8 4.1 0.5 2.2 91.50 1680 664.4 5.60 144 4 4.0 1 2.1 18 1400 603.3 7.00 168 2 4.0 1 2.1 14.50 1260 563.0 7.00
Biến đổi làm giảm hàm lượng nitơ Nguồn nitơ Dinh Sinh tổng hợp Sinh tổng hợp Tân tạo Tân tạo dưỡng protein kiến tạo acid amin nội acid hữu rượu cao nitơ enzyme bào cơ Xây dựng sinh khối nấm men
3500 m (mg/l). m ạ 3000 ng đ ng ợ 2500 Hàm lư Hàm 2000 NTS NAcid amin 1500 1000 500 0 0 24 48 72 96 120 144 168 Thời gian (giờ) Hình 38. Biểu đồ so sánh mức độ biến đổi của hàm lượng đạm tổng số và hàm lượng đạm acid amin theo thời gian
8 7 m N (mg/l) ạ 6 Đ 5 NN 4 NH 3 3 2 1 0 0 24 48 72 96 120 144 168 Thời gian (giờ) Hình 39. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi hàm lượng đạm NH3 theo thời gian
b. Quá trình oxy hoá khử làm biến đổi chất lượng cảm quan của dịch lên men bia và hình thành hương vị màu sắc đặc trưng. 6 5 m quan trung bình trung quan m ả 4 Màu sắc m c m Vị ể Đi 3 Mùi Độ bọt 2 1 0 0 24 48 72 96 120 144 168 Thời gian (giờ) Hình 40. Đồ thị biểu diễn mức độ biến đổi cảm quan về màu sắc, mùi, vị và độ bọt của bia trong quá trình lên men chính
3.2.3. Phản ứng oxy hoá khử trong sản xuất rượu vang Quả Ép dịch Làm dập vỏ Phụ gia Điều chỉnh thành phần Điều chỉnh thành phần Phụ gia Lên men Lên men 2 giai đoạn Xử lý Xử lý Vang trắng Vang đỏ
1. Phản ứng oxy hoá nước quả làm giảm chất lượng của rượu vang. Khi ép, hoặc làm dập quả tế bào bị phá vỡ, cân bằng sinh hoá trong quả bị phá huỷ nghiêm trọng. Đồng thời do tiếp xúc với oxy không khí, các enzyme trong nước quả hoạt động mạnh (đặc biệt các enzyme oxy hoá khử oxydoreductase) làm cho nước quả bị oxy hoá nhanh chóng. Trong đó quá trình oxy hoá polyphenol là đáng kể nhất sau đó đến các vitamine và các chất khác. O Polyphenol 2 Tanin Quá trình oxy hoá nước quả sẽ gây ra nhiều biến đổi làm giảm chất lượng của dịch quả trước khi lên men và ảnh hưởng mạnh đến chất lượng của rượu vang sau này. Các biến đổi chất lượng được cụ thể về các hướng sau. • Mất mùi thơm tự nhiên của nước quả: do quá trình oxy hoá làm biến đổi cấu trúc hoá học của các nhóm mang mùi từ đó làm mất mùi. • Hàm lượng tanin tăng lên do oxy hoá polyphenol sẽ làm cho vị chát tăng lên, ảnh hưởng không tốt đến đời sống nấm men, vi khuẩn, làm cho khả năng lên men yếu. Vị chát cao sẽ làm cho vị của rượu vang không bão hoà. • Màu sắc của nước quả bị sẫm lại làm ảnh hưởng đến màu sắc của rượu vang, nhất là trong sản xuất vang trắng.
• Hiện tượng oxy hoá khử xảy ra sẽ làm enzyme bị kết tủa. Các enzyme thường bị kết tủa khi có mặt các muối sắt, muối đồng ở thế oxy hoá khử. Các enzyme này rất cần thiết cho quá trình làm chín rượu vang sau này. Qua đó cho ta thấy hiện tượng oxy hoá khử trong giai đoạn làm dập hoặc ép quả xảy ra sẽ ảnh hưởng lớn đến chất lượng của rượu vang. Do đó, cần có biện pháp làm giảm thiểu hiện tượng này bằng một trong những phương pháp sau: – Không làm dập quả trong quá trình thu hái, vận chuyển. – Sau khi ép hoặc làm dập quả phải tiến hành sản xuất ngay. Nếu để chậm dù chỉ một vài giờ thì chất lượng của rượu vang cũng kém đi. – Dùng biện pháp hoá lý để hạn chế oxy hoá. • Ép lọc dịch quả trong điều kiện không có oxy. • Bổ sung thêm chất chống oxy hoá vào dịch ép. Trong đó SO2 là chất chống oxy hoá được sử dụng phổ biến và cho phép dùng trong sản xuất rượu vang ở hầu hết cac nước sản xuất rượu vang. Tác dụng của SO2 trên các phương diện: chống oxy hoá, tiêu diệt vi sinh vật có hại như khuẩn nấm và vi khuẩn lactic.Tác dụng chống oxy hoá của SO2 ở chỗ, SO2 thu oxy của môi trường và làm giảm hoạt động của enzyme oxy hoá khử. Tuy nhiên cần lưu ý về liều lượng SO2 bổ sung, thường dùng là 30÷120 mg/lít nước quả. Nếu liều lượng SO2 quá nhiều sẽ cho rượu vang có mùi khó chịu ảnh hưởng đến sự sống của nấm men và vi khuẩn lên men malolactic sau này. – Có thể xử lý nhiệt cho dịch quả để vô hoạt enzyme oxy hoá. Tuy nhiên phương pháp này cũng ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng của rượu vang. Chỉ cho phép xử lý nhiệt trong thời gian ngắn và nhiệt độ không quá cao, chẳng hạn nếu pH của dịch quả để sản xuất vang là = 3.2÷3.6 thì chỉ cần gia nhiệt ở 600C trong thời gian τ = 15÷20 phút. Phương pháp này thường thực hiện trong sản xuất vang dứa, vì đồng thời với quá trình vô hoạt enzyme oxy hoá còn có quá trình vô hoạt enzyme bromelain.
2. Phản ứng oxy hoá khử trong quá trình lên men tạo nên thành phần và chất lượng của rượu vang. Trong quá trình lên men nếu không có phản ứng oxy hoá khử thì không thể hình thành rượu vang đặc trưng. Quá trình oxy hoá khử là yếu tố mở đầu cho việc hình thành sinh khối tế bào, sinh tổng hợp hệ thống enzyme của vi sinh vật và quá trình trao đổi chất (lên men) tạo sản phẩm đặc trưng: ethanol, rượu cao, aldehyd thơm, acid hữu cơ Môi trường lên men Glucose Nấm men Rượu cao saccharose Ethanol CO Acid amin 2 Glycerin Acid hữu cơ Dinh dưỡng khác Acid lactic
12 n (%) n ồ c ộ Đ 10 hàm lượng 8 đường 180 g/l Hàm lượng đường 200 g/l Hàm lượng 6 đường 220 g/l Hàm lượng đường 250 g/l 4 2 0 2.5 3.5 4.5 5.5 pH Hình 41. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến độ cồn ở các hàm lượng đường khác nhau
CHƯƠNG 4 KHẢ NĂNG BIẾN ĐỔI CỦA HỢP CHẤT CƠ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
4.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÁC NGUYÊN NHÂN LÀM BIẾN ĐỔI THỰC PHẨM 4.1.1. Thực phẩm dễ bị biến đổi do bản chất của chúng chứa đựng các chất sống dễ biến đổi 4.1.2. Thực phẩm bị biến đổi do tác động của các yếu tố môi trường công nghệ Bảng 17. Các hướng biến đổi chung của thực phẩm trong công nghệ Yếu tố Môi trường Chiều hướng biến đổi của thực phẩm Thực phẩm bị mềm nhũn do phản ứng thuỷ phân Acid, kiềm Biến màu, khả năng biến tính của các chất hữu cơ Oxy Thực phẩm biến đổi theo chiều hướng oxy hoá Khả năng mất nước, biến màu, biến tính Hoá học Alcol Khả năng hoá hợp, tạo màu, mùi. Chất phụ gia Khả năng giữ nước Chất sát trùng, tẩy Khả năng mất màu rửa Khả năng biến tính của các chất hữu cơ Enzyme Khả năng thuỷ phân làm mềm thực phẩm Khả năng lên men Sinh học Khả năng tạo mùi Vi sinh vật Khả năng phân huỷ Khả năng thuỷ phân
Bảng 17. Các hướng biến đổi chung của thực phẩm trong công nghệ Khả năng biến tính các chất hữu cơ Khả năng phân huỷ các chất hữu cơ Nhiệt độ cao Khả năng mất nước Khả năng tạo màu, tạo mùi Khả năng đa tụ Vật lý Khả năng mất nước, biến tính (nhiệt độ đông lạnh) Nhiệt độ thấp Khả năng đa tụ (nhiệt độ đông lạnh) Thuỷ phân nhẹ (nhiệt độ đông lạnh) Khả năng giảm thiểu vi sinh vật Ánh sáng, các tia Biến tính vật lý Thay đổi màu, oxy hoá Khả năng tạo gel Nghiền trộn Khả năng trộn lẫn, hoá hợp Ép Khả năng mất nước Khả năng gắn kết Cơ học Xay nhỏ Khả năng cắt nhỏ Quay muối Khả năng khử tạp chất Tăng cường độ dòn, cứng Khả năng mất nước Khả năng tẩy trắng
4.2. KHẢ NĂNG BIẾN ĐỔI CỦA PROTEIN TRONG CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN 4.2.1. Hiện tượng biến tính của protein (protein degeneration) 1. Khái quát chung về hiện tượng biến tính (to denature) Dưới tác dụng của các tác nhân vật lý, hoá học, có khi cả cơ học đều làm cho protein bị biến tính. Nghĩa là xảy ra sự sắp xếp lại các nhóm mạch bên trong nội tại phân tử protein, các cấu trúc bậc cao bị thay đổi do các liên kết thứ cấp, chủ yếu là liên kết hydro bị phá vỡ. Từ đó làm cho protein bị biến đổi tính chất (to denature). Hiện tượng đó gọi là biến tính protein. • Khi protein bị biến tính, tính chất của protein sẽ thay đổi như sau: – Mất tính chất hoạt động sinh học – Mất khả năng hoà tan trong nước – Mất khả năng kết tinh và những tính chất lý hoá học khác (độ nhớt, sức căng bế mặt ) – Biến đổi hình dạng và kích thước phân tử – Tăng cường bị thuỷ phân bởi enzyme protease trong đường ống tiêu hoá • Cho đến nay chưa một lý thuyết nào giải thích thoả đáng cơ chế của các quá trình biến tính protein. • Các quá trình biến tính protein dưới tác dụng của tác nhân gây biến tính khác nhau sẽ không giống nhau. • Tuy nhiên trong đó sự biến tính của globulin được nghiên cứu cặn kẽ hơn cả. Khi bị biến tính, các liên kết thứ cấp trong phân tử protein bị phá vỡ, mạch polyPeptide bị “mở”, protein bị mất khả năng hợp nước kèm theo giải phóng các nhóm chức ( –SH, – S – S –, – OH ) vốn trước kia nằm ẩn sâu phía trong mạch polyPeptide. Vì vậy protein bị biến tính cho phản ứng màu đặc trưng mạnh hơn. Các mạch polyPeptide bị biến tính thường liên kết lại với nhau không theo một quy luật nào cả thành một tập hợp lớn, do đó biến tính thường làm cho protein bị vón cục và kết tủa.
Biến tính protein làm vón cục và kết tủa (a) (b) (c) (a): Mạch polyPeptide chưa bị biến tính. (b): Mạch polyPeptide đã biến tính (c): Tập hợp các protein đã biến tính
2. Tính phổ biến của hiện tượng biến tính protein và ý nghĩa của việc nghiên cứu khả năng biến tính của protein trong sản xuất thực phẩm • Khả năng biến tính của protein ở nhiệt độ cao • Khả năng biến tính của protein ở nhiệt độ đóng băng. Tỉ lệ protein bị biến tính không thuận nghịch trong quá trình đông lạnh phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: • Số lượng và kích thước của tinh thể nước đá • Sự ổn định của nhiệt độ trong khi bảo quản • Thời gian bảo quản • Sự có mặt của phụ gia • Trạng thái thực phẩm ban đầu • Sự mạ băng, bao gói • Tốc độ tan băng Khả năng biến tính của protein trong môi trường acid, kiềm • Khả năng biến tính của protein trong môi trường acid, kiềm • Khả năng biến tính của protein trong điều kiện môi trường alcol • Khả năng biến tính của protein bởi tanin • Khả năng biến của protein dưới tác dụng của lực cơ học nghiền trộn
Khả năng biến tính của protein bởi tanin O O O O O δ - piran Flavan Flavon OH O O HO O OH O OH OH OH Flavonol Flavonol Cetaclin Ngưng tụ Phenol Olygome Protein (Tanin) Phức hợp không hoà tan
2. Tính phổ biến của hiện tượng biến tính protein và ý nghĩa của việc nghiên cứu khả năng biến tính của protein trong sản xuất thực phẩm • Khả năng biến tính của protein ở nhiệt độ cao • Khả năng biến tính của protein ở nhiệt độ đóng băng. Tỉ lệ protein bị biến tính không thuận nghịch trong quá trình đông lạnh phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: • Số lượng và kích thước của tinh thể nước đá • Sự ổn định của nhiệt độ trong khi bảo quản • Thời gian bảo quản • Sự có mặt của phụ gia • Trạng thái thực phẩm ban đầu • Sự mạ băng, bao gói • Tốc độ tan băng Khả năng biến tính của protein trong môi trường acid, kiềm • Khả năng biến tính của protein trong môi trường acid, kiềm • Khả năng biến tính của protein trong điều kiện môi trường alcol • Khả năng biến tính của protein bởi tanin • Khả năng biến của protein dưới tác dụng của lực cơ học nghiền trộn
Khả năng biến của protein dưới tác dụng của lực cơ học nghiền trộn Lực giã Lực giã hay nghiền trộn hay nghiền trộn Protein cấu trúc Protein cấu trúc bậc I, II, III, IV bậc I duỗi thẳng Gel protein Hình 42. Khả năng tạo gel của protein
4.2.2. Hiện tượng thuỷ phân protein (decomposition, hydrolysis) 1. Khái quát chung 2. Quá trình tự phân giải (thuỷ phân bằng enzyme nội tại) a. Tốc độ tự phân giải protein. b. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tự phân giải (autolysis) ❖ Giống loài ❖ pH ❖ Nồng độ NaCl ❖ Nhiệt độ c. Tính phổ biến và ý nghĩa của quá trình tự phân giải của protein. Quá trình tự phân giải sẽ xảy ra gần cuối quá trình tê cứng của cơ thịt. Động vật sau khi giết mổ, cá sau khi đánh bắt nếu không được bảo quản ở nhiệt độ thấp (ice) sẽ dẫn nhanh đến quá trình tự phân giải. Tuỳ vào mục đích công nghệ mà khống chế hay xúc tiến quá trình này. Trong trường hợp bảo quản sản xuất nguyên liệu đông lạnh thì cần có biện pháp kìm hãm quá trình tự phân giải. Trường hợp sản xuất thức ăn chín thì quá trình tự phân giải có ý nghĩa để nâng cao chất lượng mùi, vị cho sản phẩm. Bởi lẽ khi quá tình tự phân giải xảy ra sẽ làm cho thực phẩm thay đổi về một số tính chất: cơ thịt mềm mại hơn, hương vị thơm ngon hơn khi gia nhiệt, độ ẩm lớn, enzyme tiêu hoá dễ dàng tác dụng. Cần lưu ý: điều kiện nhiệt độ cho quá trình tự phân giải thực phẩm cần thực hiện ở 1÷40C, ở nhiệt độ này nhằm khống chế sự hoạt động của vi sinh vật thối rữa. Tuy nhiên cũng có thể thực hiện ở nhiệt độ cao hơn (nhiệt độ thường) nhưng có tẩm thêm gia vị và thực hiện trong thời gian ngắn. Ví dụ: cá trước khi rán để đóng hộp, người ta ướp cá với phụ gia và để cá tự phân giải trong 2h sau đó mới rán, kết quả làm cho cá sau khi rán có vị ngọt hơn, mùi thơm hơn, cá mềm mại hơn, màu sắc đẹp hơn
3. Sự thuỷ phân protein bằng các tác nhân bên ngoài a. Tác nhân là enzyme Hệ enzyme protein được chia làm 2 nhóm: Nhóm 1: endoprotease: chỉ tác động vào các mối nối Peptide ở trung tâm của phân tử protein, phân cắt phân tử protein thành những phần nhỏ hơn. Thuộc loại enzyme này gồm có pepsin, tripsin, chimotripsin, papain. Nhóm 2: exopeptidase: là các loại enzyme thuỷ phân các mối nối Peptide ở đầu mạch, kết quả lần lượt giải phóng các acid amin tự do. Thuộc nhóm này gồm có cacboxypeptindase, aminopeptindase, dipeptindase b. Thuỷ phân bằng tác nhân hoá học (acid, kiềm) • Thuỷ phân bằng acid: Các liên kết Peptide là liên nhị dương (như phân tích ở phần các phản ứng thuỷ phân) cho nên các liên kết này cũng bị các yếu tố acid, kiềm tác động thuỷ phân. Khi cho protein vào môi trường acid, tuỳ theo từng loại acid, nồng độ của chúng, nhiệt độ và thời gian mà sản phẩm sẽ khác nhau (acid amin, Peptide, pepton ). Tuy nhiên cần lưu ý rằng: khi thuỷ phân trong môi truờng acid thì không xảy ra hiện tượng raxemic hoá, triptophan bị phá huỷ, một phần acid amin có chứa lưu huỳnh và một số loại oxyt acid bị phá huỷ. • Thuỷ phân bằng kiềm Khi thuỷ phân trong môi trường kiềm cần lưu ý hiện tượng raxemic hoá xảy ra làm mất khả năng tiêu hoá cho người và động vật, arginin bị phá huỷ và phần lớn các acid amin chứa lưu huỳnh bị phá huỷ Vì lý những lý do trên mà không chế biến thực phẩm thuỷ phân bằng tác nhân thuỷ phân là kiềm. 4. Ý nghĩa của phản ứng thuỷ phân trong sản xuất thực phẩm
4.2.3. Quá trình thối rữa của protein 1. Khái quát chung và các quá trình phản ứng thối rữa protein Vi khuẩn gây thối rữa Protease Acid amin Protein H2O Peptide Sản phẩm thối rữa Phản ứng chậm Phản ứng nhanh a. Phản ứng khử amin của acid amin b. Một số phản ứng phân huỷ acid amin riêng biệt • Sự phân huỷ arginin • Sự phân huỷ prolin • Sự phân huỷ cystin và cystein • Sự phân huỷ triptophan • Sự phân huỷ glutamic và acid aspactic • Sự phân huỷ histidin thành histamin, sự phân giải lizin thành cadaverin, sự phân giải phenylalanin thành phenylethylamin. c. Phân huỷ các chất có đạm khác • Phân huỷ creatinin • Phân huỷ lecithin • Phân huỷ base purin • Phân huỷ phosphoproteit và nucleoproteit
2. Tốc độ thối rữa và nhân tố ảnh hưởng a. Tốc độ thối rữa b. Các nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ thối rữa • Tính chất cơ thịt. • Ảnh hưởng của nhiệt độ • Ảnh hưởng của pH • Ảnh hưởng của số lượng vi sinh vật ban đầu
4.2.4. Chiều hướng biến đổi của protein dưới tác động của môi trường công nghệ Bảng 18. Chiều hướng biến đổi của protein dưới tác động của môi trường công nghệ Yếu tố Công nghệ Chiếu hướng biến đổi có lợi Chiếu hướng biến đổi không có lợi (1) (2) (3) (4) - Biến tính thuận nghịch - Biến tính không thuận nghịch Lạnh đông - Nước kết băng - bảo quản - Mất nước – protein khô xác. Nhiệt độ (Frozen) protein - Thuỷ phân nhẹ tuỳ thuộc thời gian thấp - Tạo gel ở thời điểm nhất định Làm lạnh - Bảo quản protein - Thuỷ phân tuỳ thuộc thời gian. (Chilling) - Tạo gel ở thời điểm nhất định - Biến tính, nâng cao khả năng - Mất nước tiêu hoá. - Tạo gel ở thời điểm nhất định Luộc, chần, nấu, - Thuỷ phân tạo vị ngọt, mùi hấp thơm - Mùi vị tăng cường Nhiệt độ cao - Biến tính, nâng cao khả năng - Phản ứng cháy protein tạo CO2 + tiêu hoá. H2O, làm mất nước. - Thuỷ phân nâng cao chất - Tốc độ phản ứng tuỳ thuộc vào Sấy, nướng lượng mùi vị và khả năng phương pháp và kỹ thuật công tiêu hoá nghệ - Hoá hợp với phụ gia, đa tụ phân tử. - Tự phân giải tăng mùi vị. - Phân huỷ protein nếu thời gian kéo Nhiệt độ - Chỉ thực hiện thời gian ngắn dài. thường
Bảng 18. Chiều hướng biến đổi của protein dưới tác động của môi trường công nghệ - Phân huỷ protein có Bảo quản mức độ - Tạo rượu cao từ acid amin (công nghệ lên - Lên men sản xuất các Lên men bia, rượu men bia) sản phẩm Vi sinh - Tạo ethanol, acid hữu cơ vật - Tạo mùi thơm nước mắm do vi sinh vật - Vi sinh vật phân huỷ yếm khí trao đổi chất có acid amin tham sản phẩm thuỷ phân Lên men sản xuất gia (Công nghệ sản xuất nước mắm) tạo sản phẩm cấp thấp nước mắm - Enzyme của vi sinh vật tham gia. gây mùi khó chịu cho - Thuỷ phân protein cá tạo acid amin, nước mắm. Peptide. Tẩm - Tạo phản ứng cho mùi thơm gia v ị - Hạn chế mất nước của protein (làm bền protein) Xay nghiền - Cắt mạch protein Dễ phân huỷ nếu thời gian kéo dài, nhiệt độ Lực tác thích hợp cho hoạt động dụng của vi khuẩn gây thối cơ học Nghiền giã - Biến tính - tạo gel - Màu xám nếu thời gian kéo dài. Sản xuất sản - Thuỷ phấn mạnh ,không xảy ra hiện - Phân huỷ một số acid phẩm thuỷ phân tượng raxemic amin. Acid Rửa khử mùi thịt - Màu sắc và mùi protein thit cá được cải - Thuỷ phân cắt mạch, cá trong công thiện giảm độ tạo gel nghệ sản xuất surimi Áp suất Hầm (ninh) - Biến tính - tăng khả năng tiêu hoá, làm - Phân huỷ một phần cao mềm sản phẩm acid amin
4.3 KHẢ NĂNG BIẾN ĐỔI CỦA GLUCID TRONG CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN 4.3.1. Sự thuỷ phân của glucid * Cơ chế thuỷ phân tinh bột bằng enzyme amylase * Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thuỷ phân tinh bột + Nhiệt độ: + Độ pH: + Nồng độ cơ chất : * Cơ chế thuỷ phân celluloseđược Reese 1950 và cộng sự đưa ra mô hình sau đây Cellulose Cellulose Đường hoà tan C1 Cx Cellobiase tự nhiên hoạt động (Cellobiose) Glucose Theo Ridơ thì sự phân huỷ cellulose nhờ enzyme theo sơ đồ sau : Cellulose tự nhiên Cellulase C1 Mạch polyglucozidee đã hydrat hoá Cellulase Cx Cellobiose Cellobiase Glucose
Quá trình thuỷ phân glucid khá phổ biến trong thực tế sản xuất thực phẩm như : - Trong công nghệ lên men rượu, alcol từ tinh bột, rỉ đường. - Công nghệ sản xuất bánh mì. - Công nghệ sản xuất malt và nấu dịch lên men bia. - Công nghệ sản xuất tương. - Công nghệ sản xuất đường glucose, maltose. - Công nghệ sản xuất Agar, alginat, chitosan - Công nghệ sản xuất đường nghịch đảo. - Lên men sản xuất sữa chua
4.3.2. Một số kiểu phân giải khác Con đường phosphorolise: có thể nói theo kiểu phân giải này acid phosphoric sẽ thay thế vai trò của nước ở quá trình thuỷ phân. Phản ứng tiến hành theo kiểu phosphorilase chỉ tác dụng vào liên kết 1,4 của tinh bột và sẽ dừng lại khi tới liên kết 1,6. Tác dụng của nó chỉ được tiếp tục khi liên kết 1,6 được giải phóng nhờ enzyme amilo 1,6-glucozidase. Có thể coi phosphorilase là loại enzyme glucozidetranspherase. Quá trình phản ứng cứ tiếp diễn và tạo nên hàng loạt các phân tử glucose-1-phosphat. Sự phân giải của glycogen cũng tiến hành tương tự. Các disaccarit cũng bị tác dụng của enzyme phosphorilase tạo lên các dẫn xuất của monosaccarit tương ứng đồng thời giải phóng monosaccarit thứ 2. Maltosephotphorilase Maltose G – P và G CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH O O O O H H H H H H H H H H H O H + OH H O OH H OH H OH H HO OH HO O–P–OH HO OH OH H OH H OH H OH H OH
4.3.3. Phản ứng mất nước, đa tụ ở nhiệt độ cao của glucozide (hiện tượng caramen hoá) * Giai đoạn đầu : Khi nhiệt độ đạt đến nhiệt độ nóng chảy, saccharose bị mất nước nội phân đồng thời cắt mạch tạo các sản phẩm theo phương trình sau đây: -H2O C12H22O11 C6H10O5 + C6H10O5. Glucosan Levulosan * Giai đoạn tiếp theo: Khi nhiệt độ tăng đến 185÷1900C, hai sản phẩm này lại đa tụ với nhau tạo izosaccarosan, đồng thời các izosaccarosan lại đa tụ và mất nước tạo sản phẩm caramelan màu vàng (tổng lượng nước mất 10%). C6H10O5 + C6H10O5 C12H20O10 (izosaccarosan) -H2O C12H22O11 C24H36O18 (caramelan) Sản phẩm caramelan lại tiếp tục ngưng tụ với izosaccarosan và mất 3 phân tử nước tạo sản phẩm caramelen. Tổng lượng nước mất trong thời kỳ này là 14%. Caramelen có màu nâu, vị đắng. -3H2O C24H36O18 C36H50O35 (caramelen) * Giai đoạn cuối: Khi nhiệt độ tiếp tục tăng, thời gian gia nhiệt kéo dài, lượng nước mất đi 25%, các sản phẩm tiếp tục đa tụ và mất nước tạo caramelin có màu nâu đen, vị đắng.
4.3.4. Khả năng tạo gel của glucid. 1. Khả năng tạo gel tinh bột : OH OH OH OH OH Nghiền, giã 0 n hoặc t cao Các phân tử mất HO HO HO HO HO cấu trúc xoắn α Cấu trúc xoắn α phân tử amylose Xuất hiện nôi lực ma sát Nghiền, giã (hoặc để nguội) Gel đàn hồi
2. Khả năng tạo gel của alginat Ca2+ O O O O Cấu trúc dạng lưới gel alginatcanxi dạng vỉ trứng (Egg-box) Cấu trúc phân tử alginat tự do + NH3 OOC + + + NH3 NH3 NH3 COO + COO NH3 OOC COO COO Chitosan Alginat Gel alginat-chitozan
+ Chitosan NH3 + + NH3 NH3 COO COO OOC NH + + OOC COO 3 NH3 Alginat Ca2 COO COO + Alginat COO + + OOC NH3 NH3 OOC + NH3 COO COO Chitosan Alginat NH + NH + Chitosan 3 3 + NH3 Tạo gel kép alginat – chitosan và Ca2+ Khả năng tạo gel của alginat
3. Khả năng tạo gel của agar:
4. Khả năng tạo gel của carrageenan
Protein + COO– COO– COO– NH3 2- SO4 Carrageenan Ca2+ Ca2+ Ca2+ Carrageenan Protein Hình 45. Khả năng trộn lẫn và tạo gel giữa carrageenan và protein
4.3.4. Phản ứng oxi hoá khử glucid 1. Sự oxy hoá khử gián tiếp (oxy hoá khử sinh học) Glucose A.nucleic Lipid Fructose 1,6 diphosphat Chu trình pentose Pentose Triose Glyxerin Alanin Pyrivic Acetylco.A Acid béo Glyxin Cistein Serin Ethanol Leuxin Lactic Xitric Valin Acetic OxaloAcetic NAD Formic NADH + H+ Butyric NADH + H+ Fumaric NAD FADH 2 α - xetoglutaric Glutamic FAD Xuccinic Prolin Aspactic NAD Arginin Lyzin Treinin NADH + H+ Izoleuxin Protein Hình 46. Sơ đồ oxy hoá khử sinh học glucose để cung cấp năng lượng và sản phẩm lên men
2. Oxy hoá trực tiếp Oxy hoá Glucose Gluconic Sản phẩm thẫm màu 4.3.5. Biến đổi của glucid trong bảo quản rau quả sau thu hoạch 1. Đặc tính sinh học của nguyên liệu rau quả 2. Các quá trình sinh hoá xảy ra sau khi thu hái và thời gian bảo quản rau quả Hô hấp hiếu khí: khi rau quả được tiếp xúc với oxy khi đó C6H12O6 + O2 6CO2 + 6H2O + 282.104J (Glucose) Khi dó chuỗi hô hấp hoạt động C6H12O6 NAD ½ O2 NADH O 2– + H Mạch chuyển proton H+, e– H2 O ATP ATP ATP
Khi đó 2/3 lượng nhiệt toả ra môi trường xung quanh còn 1/3 dùng cho việc duy trì quá trình sống của rau quả hoặc dự trữ dưới dạng ATP, lúc này nhiệt độ của khối rau quả sẽ tăng lên. Hô hấp yếm khí xảy ra trong môi trường không có oxy hoặc lượng oxy trong các tế bào không đủ. Quá trình hô hấp này về cơ bản giống như quá trình lên men có phương trình hoá học như sau: C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 11,7.104J Phản ứng này có sinh nhiệt nhưng nhiệt lượng toả ra nhỏ hơn gần 24 lần so với hô hấp hiếu khí, rượu sinh ra từ quá trình này tích tụ trong các tế bào, ức chế sự sống của chúng và là nguyên nhân gây ủng bên trong rau quả. Mức độ tiến triển của quá trình hô hấp được đặc trưng bằng cường độ hô hấp, được biểu thị bằng số miligam CO2 toả ra từ 1kg rau quả trong thời gian 1 giờ. Người ta thấy rằng cường độ hô hấp của rau quả thay đổi theo từng thời kỳ phát triển của chúng từ khi phát triển cho đến khi già, chết. Qua đồ thị hình [47] vẽ trên cho thấy, ở thời kỳ bắt đầu sinh trưởng và phát triển của các tế bào, cường độ hô hấp giảm nhanh chóng theo thời gian (1). Đến thời kỳ thứ (2) khi tế bào đã phát triển mạnh, tốc độ của cường độ hô hấp có chậm hơn và đạt tới cực tiểu khi quả đã phát triển đầy đủ và bắt đầu quá trình chín (3). Đối với một số loại quả hạch, quả nhiều hạt, chuối, ổi, xoài quá trình chín bắt đầu từ khi cường độ hô hấp đạt tới cực tiểu (3) và tăng lên nhanh chóng trong quá trình chín, đạt đến điểm cực đại (4) khi quả đã chín hoàn toàn (quá trình chín từ 3 đến 4). Đấy là thời kỳ chuyển hoá mạnh mẽ các chất trong thành phần hoá học của rau quả làm cho chất lượng của chúng đạt đến giá trị cao nhất. Giai đoạn tăng cường độ hô hấp (từ 3 đến 4) này được gọi là sự tăng climacteric. Những loại quả mà có sự tăng nhanh về cường độ hô hấp trong quá trình chín và đạt tới giá trị cực đại khi đã chín hoàn toàn gọi là quả climacteric
) h 3.5 (g/100g/24 2 3.0 1 CO 2.5 2.0 2 4 1.5 6 5 3 1.0 cl 0.5 m M IV VIII X VII II Tháng Hình 47. Động học của sự hô hấp trong quá trình phát triển của rau quả.
Hình 48. Sơ đồ về cường độ hô hấp qua các thời kỳ qua hấp Sơ đồvề hô độ 48. cường Hình Cường độ hô hấp Giai đoạn phát triển phát triển của rau quả của rau phát triển Giai đoạn sắp chín Chu kỳ Climactevic qui trình chín Giai đoạn già Giai Giai đoạn
3. Những yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ của các quá trình sinh hoá trong rau quả a. Nhiệt độ b. Độ ẩm tương đối của không khí c. Thành phần không khí của môi trường 4. Độ chín của rau quả - Độ chín thu hái - Độ chín kỹ thuật - Độ chín sử dụng - Độ chín sinh lý 5. Những biến đổi của rau quả trong quá trình chín * Những biến đổi glucid trong thành phần hoá học của quá trình chín. * Những biến đổi về trạng thái vật lý, sinh lý, hoá lý * Những biến đổi về chỉ tiêu cảm quan * Một số áp dụng việc nghiên cứu quá trình biến đổi sinh hoá glucid của rau quả sau thu hoạch để bảo quản và dấm chín
4.4. KHẢ NĂNG BIỂN ĐỔI CỦA LIPIT TRONG CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN 4.4.1. Sự thuỷ phân lipit Dưới tác dụng của các yếu tố nhiệt độ, hoá chất kiềm, acid, enzyme lipase, lipit thường bị thuỷ phân tạo thành các sản phẩm đơn giản như acid béo, glycerin, bazơ nitơ, acid phosphoric Triglycerit axit béo + glycerin Leuxithin Axit béo + bazơ nitơ + glycerin + axit phosphoric Xêfalin Trường hợp thuỷ phân bằng kiềm sẽ tạo thành xà phòng và glycerin (quá trình xà phòng hoá). • Chỉ số Xa của lipit tăng dần theo thời gian do acid béo hình thành ngày càng tăng. • Hiện tượng dầu mỡ hoá chua trong bảo quản cũng do quá trình thuỷ phân lipit gây nên. • Trong sản xuất thực phẩm thường phải phòng tránh hiện tượng này, bởi vì quá trình thuỷ phân là quá trình mở đầu cho phản ứng oxy hoá chất béo làm giảm nhanh chất lượng thực phẩm.
4.4.2. Sự nhũ hoá lipit Hình 48. Sự tạo nhũ tương bền của lipit trong môi trường kiềm
4.4.3. Sự ôi hoá lipit 1. Ôi hoá do phản ứng thuỷ phân 2. Ôi hoá do phản ứng oxy hoá khử a. Ôi hoá hoá học b. Ôi hoá sinh học 4.5. NHỮNG BIẾN ĐỔI CƠ BẢN CỦA VITAMINE 4.5.1. Giới thiệu chung về vitamine và khả năng biến đổi của chúng 1.Giới thiệu chung về vitamine 2. Các chiều hướng biến đổi chung của vitamine Loại Các yếu tố môi trường Chiều hướng biến đổi Vitamine 0 O2, t cao, acid, chất oxy hoá - Oxy hoá mất hoạt tính sinh học. Vitamine A - Mức độ phụ thuộc vào thời gian tác dụng Vitamine B6 Ánh sáng, độ ẩm, không khí, pH - Phân giải phân tử mất hoạt tính sinh học Vitamine B1 kiềm - Mức độ phụ thuộc vào thời gian tác dụng Vitamine B12 Vitamine B3 Hydrogen trong môi trường t0 - Sự no hoá làm thay đổi cấu trúc - mất Vitamine A cao, áp suất cao hoạt tính sinh học. Nhiệt độ, chất oxy hoá, pH acid. - Bền, ít thay đổi Vitamine E - Là chất chống oxy hoá Vitamine C Môi trường kiềm, tia tử ngoại. - Bị phá hủy mất hoạt tính sinh học. Vitamine E Vitamine B1
4.5.2. Những tính chất, chức nàng và sự biến đổi của một số vitamine trong công nghệ thực phẩm. 1. Viamin A a. Cấu tạo, tính chất, chức năng. b. Vitamine A và provitamin A trong thực phẩm - ảnh hưởng của các quá trình bảo quản và chế biến tới hàm lượng vitamm A. • Nguồn gốc • Hàm lượng vitamine A trong một số sản phẩm 2. Vitamime D: a. Cấu tạo, tính chất, chức năng. b. Vitamine D trong thực phẩm và khả năng biên đổi của chung trong bảo quản và chế biến thực phẩm 3. Vitamm E (tocoferol) 4. Vitamine B1: a. Cấu tạo, tính chất, chức năng. b. Sự tồn tại của vitamine B1 trong tự nhiên.
5. Vitamine B6 a. Cấu tạo, tính chất, chức năng. b. Bảo quản và chế biến 6. Vitamine C:(acid ascocbic) a. Cấu tạo, tính chất, chức năng. b. Tính chất công nghệ c. Biện pháp bảo vệ vitamine C trong chế biến và bảo quản 7. Vitamine B12:
CHƯƠNG 5 KHẢ NĂNG BIẾN ĐỔI CỦA CHẤT MÀU THỰC PHẨM TRONG QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ
5.1. Ý NGHĨA CỦA CÁC SẮC TỐ TRONG SẢN XUẤT THỰC PHẨM Có thể thực hiện điều đó bằng những cách sau: 1. Xây dựng một quy trình gia công nguyên liệu bán thành phẩm để bảo toàn được tối đa các màu có sẵn trong nguyên liệu. 2. Tách ra, cô đặc và bảo quản các chất màu từ chính nguyên liệu thực vật đó hoặc từ các nguyên liệu khác giàu màu sắc. Sau đó từ các chất màu tự nhiên đã cô đặc này có thể dùng để nhuộm màu cho chính nguyên liệu mà đã thu được chất màu hoặc cho những dạng nguyên liệu hoàn toàn khác. 3. Tổng hợp nhân tạo các chất màu giống chất màu tự nhiên của sản phẩm thực phẩm rồi dùng chúng để nhuộm màu cho các sản phẩm khác mà ở dạng tự nhiên không đủ mạnh hoặc bị mất màu ban đầu do quá trình chế biến. 4. Dùng các biện pháp kỹ thuật thích hợp để điều chỉnh các phản ứng theo chiều tạo ra những chất màu mới từ những hợp phần có trong nguyên liệu. 5. Tìm biện pháp kỹ thuật tẩy rửa các màu sắc không thích hợp để làm tăng chất lượng tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình tiếp theo như tẩy màu dung dịch đường, nước quả, dầu ăn, rong biển, dầu cá, agar
5.2. CÁC SẮC TỐ TỰ NHIÊN 5.2.1. Diệp lục tố (Clorofil) Cấu tạo của 2 loại clorofil như sau: C55H72O5N4Mg - Clorofil A C55H70O6N4Mg - Clorofil B Clorofil B có màu sắc nhạt hơn clorofil A, tỉ lệ clorofil B/clorofil A là 1/3. * Một số tính chất của clorofil: Clorofil – protein T0 cao Dịch bào chứa acid thoát ra pH  Clorofil + Protein biến tính Khử XH2 (tác nhân khử) Feofitin + MgX2 Mẫu xẫm Oliu Clorofil-A + Kiềm → (C32H30ON4Mg)(COONa)2 + CH3OH + Rượu fitol Clorofil-B + Kiềm → (C32H28O2N4Mg)(COONa)2 + CH3OH + Rượu fitol
5.2.2. Carotenoid * Tính chất * Licopin * Xantofil Protein * Capxantin * Criptoxantin. + + CH3 CH3 * Bicxin * Xitroxantin O O H3C CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 H3C CH3 O O + + NH3 NH3 Dạng liên kết của astaxantin với protein Protein
5.2.3. Các sắc tố flavonoid * Antoxian * Flavonol 5.3. MÀU SẮC THỰC PHẨM ĐƯỢC HÌNH THÀNH TRONG QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ • Phản ứng giữa đường và acid amin (malanoidin) • Phản ứng dehydrat hoá các đường hay phản ứng caramen hoá. • Phản ứng phân huỷ acid ascobic, limonic, maleic, tactric và một số acid hữu cơ khác. • Phản ứng hợp chất phenol + acid amin (quinonamin) • Phản ứng oxy hoá các hợp chất của sắt và tạo thành phức có màu. • Phản ứng tạo nên các sunfua kim loại có màu • Phản ứng oxy hoá phenol, phản ứng cháy của lipid. 5.3.1. Tạo mầu mới do phản ứng caramen 5.3.2. Sự tạo màu mới do phản ứng melanoidin` 1. Một số giai đoạn chủ yếu của Melanoidin a. Giai đoạn đầu
O O 1 COOH C– H COOH 1 C– H 2 HN – C – R’’ + H2N – C – R’’ – CH – –2 C – OH H R’ H R’ Acid amin Phức đường amin Đường glucose * Chuyển vị amadori O 1 C– H COOH COOH 2 2 1 – CH – HN – C – R’’ R’ – C – CH2 – HN – CH – R’’ 1-amin-1-dexoxi-2-xetose R’ H O (dạng xeton) Phức đường amin COOH R’ – C = CH – HN – CH – R’’ 1-amin-1-dexoxi-2-xetose Một số giai đoạn chủ yếu của Melanoidin OH (dạng enon)
b. Giai đoạn trung gian 1-amin-1-dezoxi-2-xetose 5 4 3 2 1 Acid amin – H O 2 – H O – H2O 2 Aldehyd Phân huỷđường Phân Fufurol Reducton Aldehyd Ozon Sản phẩm Acid amin Acid amin Ketone trung gian DiAcetyl Aldehyd Aldehyd Sản phẩm Sản phẩm trung gian trung gian Đa tụ Đa tụ Tạo màu Hình 49. Các đường hướng phản ứng ở giai đoạn trung gian của melanoidin
c. Giai đoạn cuối cùng của phản ứng melanoidin * Phản ứng ngưng tụ aldol OH O O O CH – C + H – CH – C CH – CH – CH – C 3 H 2 H 3 2 H Axetaldehyd Axetaldehyd Andol * Phản ứng trùng hợp hóa tạo sản phẩm vòng Ví dụ 1: NH2 CHO N + [O] CH2 + CH2 + 3H2O CHO NH2 N Pirazin Ví dụ 2: aldehydaminAcetic R’’ + 2 NH R’’ – C – C – R’ 3 O O R’ R R – CHO 3 H2O NH Dẫn xuất imidazol * Phản ứng tạo nên các melanoidin có màu nâu, không tan trong nước Phản ứng ngưng tụ Polyme không no Polyme không no hoà tan trong nước không hoà tan trong nước Phản ứng trùng hợp Màu đậm Màu đậm Sản phẩm Melanoidin
2. Các yếu tố ảnh hưởng và điều kiện xảy ra phản ứng melanoidin Cường độ mùi thơm, màu sắc của phản ứng phụ thuộc vào các yếu tố sau đây. • Bản chất acid amin • Bản chất các loại đường • Tỉ lệ acid amin so với đường • Ảnh hưởng của hàm ẩm • Nhiệt độ • pH môi trường • Một số điều kiện khác ▪ Ảnh hưởng của hàm ẩm ▪ Ảnh hưởng của chất kìm hãm 3. Tính phổ biến của melanoidin 5.3.3. Sự tạo thành các chất màu do sự oxy hoá các phenol 1. Các hợp phần của phenol a. Đồng phân thuận nghịch do C3 gây ra b. Đồng phân dị cấu thể do C2 gây ra 2. Tính chất chung của hợp chất polyphenol a. Phản ứng oxy hoá khử
a. Phản ứng oxy hoá Polyphenol ½ O2 A Polyphenol ½ O2 Octoquinol H2O AH2 Octoquinol H2O b. Phản ứng cộng O OH O + CH2 – CH – COOH OH SH NH2 Octoquinon CH – CH – COOH Acid amin Cistein SH NH2 c. Phản ứng ngưng tụ Polyphenoloxydase Polyphenol + O2 Octoquinon (1) Octoquinon + Glucose Polyphenol + CO2 + H2O (2) n(Octoquinon) Flobafen (có màu đỏ nâu hoặc nâu đen) (3) 3. Chức năng các polyphenol
4. Cơ chế của phản ứng tạo màu do oxy hoá khử các polyphenol a. Oxy hoá OH O HO O HO O OH O O2 Polyphenoloxydase OH OH OH OH Octoquinon b. Ngưng tụ tạo thành dime O OH HO O O HO O OH OH OH OH OH OH OH O O Ngưng tụ Ngưng HO O HO O O O OH OH OH OH Diphenolquinon
c. Sự tạo thành bisflavanol OH O HO O HO O O OH OH OH CHOH OH OH Octoquinon + + OH OH HO O HO O OH OH OH Tương tác Tương OH OH OH OH O HO O HO O O OH OH OH OH OH Bisflavanol Diphenolquinon
d. Sự tạo thành teaflavin OH OH HO O HO O OH OH OH OH OH OH Polyphenol O HO O HO O O OH OH O OH OH HO OH 2 e. Phản ứng tạo thành tearubigin Teaflavin OH OH O O H2C COOH HO OH COOH Teaflavin Tearubigin
Sơ đồ tổng quát về sự tạo màu do phản ứng oxy hoá khử enzyme và phi enzyme của polyphenol [O ] Polyphenol 2 [Octoquinon] Polyphenoloxydase 2 Ngưng tụ Diphenolquinon Diphenolquinon Khử Oxy hoá phi enzyme Otoquinon Biflavonol Teaflavin (vàng) Oxy hoá phi enzyme Oxy hoá phi enzyme Tearubigin (đỏ)
5.3.4. Sự tạo màu mới do phản ứng quinonamin Các sản phẩm có màu mới không những do phản ứng oxy hoá và ngưng tụ các polyphenol mà còn do phản ứng ngưng tụ octoquinon và acid amin. Do đó người ta thường gọi là phản ứng polyphenolamin hay là phản ứng quinonamin. Phản ứng ngưng tụ quinon và acid amin có thể xảy ra theo 2 giai đoạn * Giai đoạn I. Các octodiphenol bị oxy hoá dưới tác dụng của polyphenoloxydase và sự có mặt oxy tạo thành parahydroxyoctobenzoquinon. * Giai đoạn II Parahydroxyoctobenzoquinon tiếp tục ngưng tụ với acid amin tạo thành polyphenolamin. Sau đó các chất trung gian này biến đổi tiếp tục, kết quả tạo thành các aldehyd có gốc R của acid amin có mùi thơm và các sản phẩm quinonamin đa tụ cho màu từ vàng da cam đến đỏ tuỳ theo acid tham gia. Sơ đồ tổng quát của phản ứng quinon amin được trình bày trên hình [50].
OH H O HO O H HO O OH ½ O2 O H Enzyme H OH OH + R – CH – COOH OH Polyphenol 1 OH Quinon NH2 O OH HO O H H O HO O OH ½ O2 Enzyme NH – CH – COOH NH – CH – COOH OH R1 OH NH + R2 – CH – COOH 3 R1 - H2O NH2 H2O OH O HO O H HO O H NH – CH – COOH NH2 R2 NH – CH – COOH NH – CH – COOH OH OH R1 R1 R2CHO H O OH R2 2 OH HO O H HO O H - CO2 NH – CH – COOH N = CH – R2 Decacboxylase NH – CH – COOH NH – CH – COOH OH R1 OH R1 Hình 50. Sơ đồ phản ứng quinonamin
5.4. KỸ THUẬT GIỮ MÀU HOẶC LÀM THAY ĐỔI MÀU THỰC PHẨM 5.4.1. Kỹ thuật giữ màu thực phẩm * Cơ sở khoa học và các biện pháp kỹ thuật để giữ màu xanh của diệp lục tố – Màu xanh diệp lục tố thường có nhiều trong rau xanh, chè xanh, đậu xanh Trong quá trình gia công kỹ thuật như luộc rau, xào rau, thanh trùng đồ hộp rau, đậu, sấy chè thường màu xanh bị biến đổi, nếu không có biện pháp kỹ thuật tương ứng để giữ màu xanh – Cơ sở khoa học các biện pháp kỹ thuật dựa vào tính chất của clorofil. Clorofil – Protein T0 cao acid dịch bào thoát ra, pH Thuỷ phân giảm, protein biến tính Clorofil Kiềm H2X, pH thấp Cu Fe Al Xanh đậm Xanh sáng Nâu Xám Feofitin (màu xẫm oliu)
Như vậy, vần đề mấu chốt để làm mất màu clorofil là do môi trường pH thấp của dịch bào thoát ra. Do vậy cần có biện pháp khống chế yếu tố này là. • Gia nhiệt nhanh trên môi trường nước lớn khoảng 3÷4 lít/Kg nhằm khống chế sự giảm pH. • Gia nhiệt trong môi trường có cacbonat kiềm hoặc kiềm thổ (nhằm trung hoà acid dịch bào, tăng pH), mặt khác clorofil trong kiềm cho màu xanh. • Bổ sung dinatriglutamat vào môi trường nước nấu. • Nhuộm màu clorofil kiềm cho đậu trước khi vào hộp. – Đối với sản xuất chè xanh: biện pháp chần chè xanh trước khi sấy, mục đích tiêu diệt enzyme polyphenoloxydase để hạn chế sự hình thành màu nâu đỏ, vàng của phản ứng màu do oxy hoá polyphenol. Tuy nhiên phải chú ý điều kiện chần với thời gian nhanh, nước lớn để làm màu xanh không bị biến đổi hoặc bổ sung cacbonat kiềm hoặc kiểm thổ vào môi trường nước để chần chè. * Trong sản xuất đồ hộp, biện pháp quan trọng là thêm rutin để bảo vệ màu đỏ, vàng của anh đào, mận. Bổ sung thêm tanin, ascobic để bảo vệ màu đỏ của dâu tây, anh đào. 5.4.2. Kỹ thuật làm thay đổi màu thực phẩm 1. Tác nhân vật lý * Ánh sáng • Ánh sáng có khả năng làm tăng cường hay làm mất màu, chẳng hạn • Làm mất màu rong đỏ, agar khi phơi nắng • Làm thẫm màu nước mắm, nước đường, mật mía khi phơi nắng
* Nhiêt độ cao Nhiệt độ cao có khả năng làm thay đổi màu của thực phẩm. Ví dụ nhiệt độ cao làm mất màu xanh xám của tôm và chuyển sang màu đỏ. Nhiệt độ cao làm tăng cường màu thuốc lá, chè đen khi sấy. Nhiệt độ cao điều chỉnh màu của malt vàng và malt thẫm khi sấy. Qua đó cho thấy tác động của nhiệt độ cao lên các phương diện sau • Phân huỷ chất màu, hoặc xúc tiến phản ứng khử chất màu. • Xúc tiến các phản ứng tạo màu polyphenolamin, melanoidin, quinonamin, caramen • Tăng cường oxy hoá chất màu có sẵn trên nguyên liệu để làm thay đổi màu (hiện tượng tôm đỏ khi gia nhiệt). 2. Tác nhân hoá học * Độ ẩm Ảnh hưởng lớn đến quá trình thay đổi màu. Độ ẩm khác nhau cho cường độ màu khác nhau (ví dụ quá trình sấy malt, quá trình cô đặc mứt quả ) * pH môi trường. pH của môi trường ảnh hưởng đến cấu trúc phân tử chất màu do vậy có vai trò làm thay đổi màu của chất màu. Ví dụ: màu xám của tôm sẽ chuyển sang màu đỏ khi đưa tôm vào môi trường acid. Màu xanh diệp lục tố sẽ mất đi và chuyển thành màu xẫm oliu khi có mặt acid, ngược lại màu xanh sẽ giư được khi môi trường có kiềm.
* Sự hiện diện của các phản ứng hoá học • Phản ứng caramen hoá – H O – H O – H O C H O 2 C H O 2 C H O 2 C H O (Caramenlan) 12 22 11 12 20 10 12 18 9 Trùng hợp 36 50 25 – H2O – 19H2O Trùng hợp (C3H2O)x C96H102O51 C36H48O24 (chất màu humin) (Caramenlin) (Caramenlen) Hoặc viết công thức: Cm(H2O)n Khi tỉ lệ m/n = 1.3 thì sản phẩm có màu. Tổng quát: – Khi mất 12% H2O tạo sản phẩm là caramenlan (vàng) – Khi mất 15% H2O tạo sản phẩm là caramenlen (vàng đậm) – Khi mất 20% H2O tạo sản phẩm là caramenlin (vàng nâu) – Khi mất > 20% H2O tạo sản phẩm là humin (màu đen) • T0 = 1200C: phản ứng bắt đầu • T0 = 160÷2000C: phản ứng tăng nhanh • T0 = 4000C → cháy thành than
• Phản ứng phân huỷ đường ở nhiệt độ cao thành hợp chất humin giống sản phẩm caramen hoá O O O OH C C C O H H H C – C = C n. HO – C – H HO – C HO – C H n Phản ứng này phổ biến trong các quá trình như * Sấy sản phẩm gia vị ở nhiệt độ cao * Sấy malt đặc biệt (170÷2200C) • Phản ứng Maye – Melanoidin – Cơ chất tham gia phản ứng này gồm có • Đường hoặc sản phẩm phân huỷ đường ở nhiệt độ cao. • Nhóm amin trong các chất (amit, acid amin, Peptide, amoniac). – Điều kiện của phản ứng như sau • Tỉ lệ đường/amin. • Nhiệt độ (nhiệt độ bắt đầu là 300C, t = 600C tăng nhanh, t = 1200C tăng rất nhanh). • Môi trường kiềm hay acid đều xảy ra. • Độ ẩm: W ≥ 90% thì không phản ứng, W ≤ 30% phản ứng rất thuận lợi. (Phản ứng này thường gặp trong chế biến thực phẩm: ở các quá trình gia nhiệt, quá trình cô đặc các sản phẩm mứt quả, đường, cà chua, sấy malt, sấy sản phẩm gia vị, nướng sản phẩm gia vị).
• Phản ứng tạo hợp chất phenol với ion sắt Dioxiphenylamin 3+ Phenylalamin Fe Màu tím xám Tyrozin Fe2+ tạo phức màu xanh với hợp chất chứa amin và hydroxin Fe2+ – C – C – H – C = C (Màu xanh) O N – OH N – OH • Phản ứng oxy hóa khử: chủ yếu do hợp chất phenol [O2] Ngưng tụ Hợp chất phenol Quinon Flobaphen (đỏ nâu hoặc nâu đen) Oxydase Phản ứng này phổ biến trong các quá trình sau: • Tôm biến đen • Bột mì thâm đen • Táo cắt thâm đen • Quá trình biến màu thẫm của dịch lên men bia khi làm lạnh • Tạo màu của nước mắm • Sản xuất chè đen, chè đỏ 3. Tác nhân hoá lý 4. Tác nhân vi sinh vật 5. Tác nhân sinh học khác
5.4.3. Các biến đổi cơ bản của chất màu khi có tác dụng của các tác nhân làm thay đổi màu • Thay đổi cấu trúc phân tử (ví dụ: carotenoid trong dầu cá bị mất màu khi chúng được cộng hydro làm thay đổi cấu tạo. + H C = C 2 – C = C – (Có màu) (Không màu) • Các nhóm màu được tạo thành hay bị bao vây. Astaxanthin có nhóm mang màu trên 2 vòng thơm, khi nhóm mang màu gắn với protein, chúng có màu xám. • Các chất màu bị phân huỹ - thay đổi tính chất, ví dụ: màu tan → màu không tan (chè và bã chè). • Có thể bị hấp thụ dẫn đến thay đổi màu • Màu thay đổi kéo theo thay đổi mùi, vị và một số tính chất sinh học khác
5.4.4. Các biện pháp kỹ thuật làm thay đổi màu thực phẩm 1. Biện pháp tạo màu – Tạo màu bằng phản ứng hoá học melanoidin quinonamin, polyphenolamin – Tạo màu bằng cách bổ sung màu từ ngoài. – Tạo màu bằng cách chuyển từ màu này sang màu khác nhờ các yếu tố công nghệ 2. Tẩy màu cho thực phẩm * Các biện pháp vật lý. Dùng các phương pháp: lắng, lọc, khuấy, đảo trộn để làm màu trắng ra (như biện pháp quật kẹo, để tẩy màu kẹo. Dùng năng lượng hν (tử ngoại) để tẩy màu rong đỏ, agar). * Các biện pháp hoá lý. Sự hấp phụ: dùng chất hấp phụ có khả năng hấp phụ các chất màu lên bề mặt chất hấp phụ và loại chất màu ra khỏi sản phẩm bằng phương pháp lọc bỏ chất hấp phụ sau khi hấp phụ. Phương pháp này thích hợp cho dạng dung dịch, ví dụ: tẩy màu cho dầu cá, nước mắm xuất khẩu, dịch alginat, agar Các trường hợp hấp phụ • Hấp phụ phân tử: toàn bộ phân tử chất không điện ly bị hấp phụ Ad + M → AdM Ad: Chất hấp phụ M: Chất màu hấp phụ