Các phản ứng cơ bản và biến đổi của thực phẩm trong các quá trình công nghệ

Chia sẻ: Hoang Quynh Quynh | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:212

Thêm vào BST

Báo xấu

680
lượt xem 145
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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. phản ứng thủy phân là yếu tố mở đầu cho nhiều quá trình hóa học khác nhau trong chế biến và bảo quản thực phẩm

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Các phản ứng cơ bản và biến đổi của thực phẩm trong các quá trình công nghệ

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 k ết nhị dương (dispositive bonds) trong hợp chất hữu cơ thành các thành phần đơn phân dưới tác d ụng c ủa các ch ất xúc tác và có sự tham gia của nước trong phản ứng. Ví dụ 1. H 2O Glucose + Maltose + Dextrin Tinh bột Enzyme amylase Xúc tác Acid mạnh Kiềm mạnh T0, P cao Ví dụ 2. H2O H2N – CH – COOH + Peptide H2N – CH – CO – NH – CH – CO – NH – R1 (acid amin) R1 R2 (Protein) Enzyme protease Liên kết nhị dương Acid mạnh Xúc tác (dispositive – bond) 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 Sản phẩm thối rữa Protein Acid amin H2O Vi sinh vật Xúc tác gây thối rữa Phản ứng nhanh Phản ứng chậm (Fast reaction) (Slow reaction) b. Phản ứng thuỷ phân là yếu tố mở đầu tạo cơ chất cho phản ứng oxy hoá Oxy hoá Thuỷ phân Ketone, aldehyd Hợp chất sẫm Lipit Acid béo Enzyme và phi enzyme màu Oxy hoá Thuỷ phân Sản phẩm có màu Protein Acid amin Enzyme và phi enzyme Oxy hoá Saccharose Thuỷ phân Glucose Hợp chất màu xám Gluconic 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 c ủa nước mắm Vi sinh vật gây hương Tạo mùi (1) Thuỷ phân (2) Tạo vị ngọt đặc trưng Protein Acid amin Protease Oxy hoá phi enzyme (3) Màu sắc đặc trưng (4) Melanoidin Mùi vị đặc trưng NH3 * Phản ứng thuỷ phân là yếu tố mở đầu cho việc hình thành mùi v ị đặc tr ưng 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 Mùi thơm, màu vàng Melanoidin Enzyme Cơ chất cho Tinh bột Glucose Mùi thơm Fucfurolamin các phản ứng Amylase Màu đậm Caramel hoá Vị ngọt Trong công nghệ sản xuất malt cho lên men bia Melanoidin Peptide + Acid amin Protein Frucfurolamin Mùi thơm Tham gia các Quinonamin phản ứng ở t sấy cao 0 Màu sắc đặc trưng Oxy hoá phi Tinh bột Dextrin + Glucose + Pentose enzyme Giai đoạn nảy Giai đoạn sấy ở nhiệt độ cao mầ m 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 I Protein cấu trúc bậc cao
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 c ủa các ch ất b ị thu ỷ phân là có chứa “liên kết bị thuỷ phân” do nguyên tử tích đi ện d ương tạo nên, người ta g ọi 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 – R 2 OH Liên kết này do các điện tử σ định vị của liên kết đơn và một hệ thống điện tử π linh động tạo nên, hệ thống điện tử bao gồm 4 điện t ử trong đó có 2 điện tử của nối kép C = O và 2 điện tử của cặp không chia trong phân t ử nit ơ, bốn điện tử này tạo thành một hệ thống cộng hưởng và theo qui t ắc chung. Khi ở nguyên tử dị mạch nằm kề liền với nối kép sẽ phải có cặp điện t ử không chia từ nguyên tử dị mạch tới nguyên tử cuối cùng của nối kép. Nh ư v ậy phân b ố điện tích trong liên kết peptide sẽ–là: O ++ R1 – C – N – R2 H
hi đó N và C đều tích điện dương và có thể biểu diễn phần điện tích đó bằng δ như sau: -δ O3 δ = δ + δ với +δ2 +δ1 3 1 2 + δ ) + (1 + δ ) + ( 2 − δ ) = 4 R1 – C – N – R2 (1 3 2 1 H Bằng phương pháp quỹ đạo phân tử, người ta đã xác định được giá trị của các δ như sau: -1.397 O +0.744 +1.858 R1 – C – N – R 2 H 2. Các liên kết nhị dương thường gặp • Liên kết peptide O– + + R1 – C – N – R 2 H
O– • Liên kết este  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 OH O 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 Trong đó: x: Lượng cơ chất được thuỷ phân trong thời gian τ dx v= = k (a − x) a: Lượng cơ chất ban đầu dτ k: Hằng số tốc độ phản ứng thuỷ phân Trong đó: α: Hoạt độ của chất xúc tác vô cơ k = f (α , N , δ , t 0 ,τ , m) N: Nồng độ đương lượng tác nhân δ: Tính chất của cơ chất thuỷ phân t0: Nhiệt độ của phản ứng τ: Thời gian phản ứng α N δ mt0Hệ số modul :m Cơ chất bị thủy Sản phẩm thủy phân Quá trình thủy phân phân Tác nhân vô cơ
•Các yếu tố ảnh hưởng đến hằng số tố độ phản ứng • Ảnh hưởng của hoạt độ xúc tác (α) 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 • thuyết về tác dụng c có enzyme thu phân vào liên k riêng b. Cơ sở lýMỗi enzyme yêu cầu ủa những điềuỷkiện hoạt động ết nhị dương (liên k ết 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 th ường ch ứa hai nhóm chức. Ví dụ: + Nhóm imidazol của histidin + Nhóm hydroxyl (một số acid amin: serin, treonin…)
O + 0.260 (1) + 0.121 + 0.228 _ C O NH NH2 H+ + 0.236 E … + 0.233 C=O C N + 0.124 + 0.121 N N O 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 d ương c ủa liên kêt nhị dương (dipositive bond). Sau khi t ương tác sẽ làm thay đ ổi m ật độ electron (e) và làm suy yếu liên kết nhị dương tạo đi ều kiện c ắt đ ứt 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 k ết nhị dương chưa thể đính trực tiếp vào tâm ái nhân của trung tâm ho ạt đ ộng của enzyme mà cơ chất gắn vào tâm ái nhân bằng m ột phản ứng hóa h ọc nào đó giữa tâm ái nhân ở trung tâm hoạt động enzyme với m ột 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 m ức đ ộ khuy ết điện tử vốn đã tồn tại trước đó, bằng cách tạo liên kết t ương ứng với c ơ chất ở những vị trí gần gũi với liên kết nhị dương. Nhờ vậy, làm cho s ự phân bố điện tử trong phân tử cơ chất bị thay đổi theo chiều h ướng c ần 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 đ ộng c ủa enzyme và ti ến hành làm yếu liên kết và tiến đến liên kết bị thuỷ phân khi có y ếu t ố n ước tham gia. Ta có thể tham khảo cơ chế tác dụng của enzyme colinesterase thu ỷ phân Acetylcolin ở hình dưới đây.
Hình 1. Cơ chế tương tác của cholinesterase trên cơ chất Acetylcolin Ser Ser O– OH CH2 CH2 H2O CH3 – C+ – O+ – (CH2)2 – N ≡ (CH3)3 + HO– + HO– Acetylcolin E S O– CH3 HN HN E N CH3–C –O –(CH2)2–N–OOC–CH2-Glu + + HOOC – CH2 – Glu N Hy Hy CH2 CH2 H3C CH3 s s OH OH CH2 CH2 Tyr Tyr CH3COOH Acid acetic OH HO – (CH2)2 – N ≡ (CH3)3 2H2O Ser Ser CH2 CH2 ES O + H–O– ES * * CO–CH3 CO – CH3 CH3 CH3 + HN+ HN HO–(CH2)2–N–OOC–CH2-Glu O –(CH2)2–N–OOC–CH2 – Glu + NH N Hy Hy CH2 CH2 H3C CH3 H3C CH3 s s O– H+–O– C H2 C H2 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 chuy ển 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