Chương 5: SỰ CHUYỂN HOÁ CỦA GLUCID TRONG QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN & BẢO QUẢN THỰC PHẨM

Chia sẻ: Pham Khanh Dung | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:39

Thêm vào BST

Báo xấu

678
lượt xem 56
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Lượng glucid trong các nguyên liệu thực vật và động vật rất khác nhau. Trong thực vật, glucid là thành phần chủ yếu, chiếm tới 85-90% trọng lương chất khô. Đường và tinh bột được chứa bên trong các tế bào còn non, một số mô dự trữ. Polysaccharide như cellulose, hemicellulose, protopectin...: thành tế bào Trong các thực phẩm động vật, thường lượng glucid lại rất ít (thường không vượt quá 2% so với lượng chất khô). Thịt và trứng có rấi ít glucid, chỉ cá, sữa là tương đối nhiều hơn Nguồn glucid mà thực phẩm cung cấp cho con người chủ yếu lấy từ...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Chương 5: SỰ CHUYỂN HOÁ CỦA GLUCID TRONG QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN & BẢO QUẢN THỰC PHẨM

1 Chương 5 SỰ CHUYỂN HOÁ CỦA GLUCID TRONG QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN & BẢO QUẢN THỰC PHẨM I. KHÁI NIỆM 1. Khái niệm - Lượng glucid trong các nguyên liệu thực vật và động vật rất khác nhau. Trong thực vật, glucid là thành phần chủ yếu, chiếm tới 85-90% trọng lương chất khô. +Đường và tinh bột được chứa bên trong các tế bào còn non, m ột s ố mô d ự trữ. Polysaccharide như cellulose, hemicellulose, protopectin...: thành tế bào - Trong các thực phẩm động vật, thường lượng glucid lại rất ít (thường không vượt quá 2% so với lượng chất khô). Thịt và trứng có rấi ít glucid, ch ỉ cá, s ữa là tương đối nhiều hơn - Nguồn glucid mà thực phẩm cung cấp cho con người chủ yếu lấy t ừ th ực vật. * Bản chất hóa học của Glucid: là polyhydroxy aldehyde hoặc polyhydroxy ketone. Đa số các glucid có công thức tổng quát là (Cm(H2O)n). Ngoài ra còn có một số loại glucid đặc biệt, trong cấu trúc của chúng ngoài C, H, O còn có thêm S, N, P. 2. Vai trò của Gluxit 2.1. Trong cơ thể sống. Glucid có vai trò như sau: • Gluxit được tạo ra bởi cây xanh, là cách tự nhiên để dự trữ năng l ượng ánh sáng mặt trời • Tham gia mọi hoạt động sống của tế bào. • Là nguồn chất dinh dưỡng dự trữ (tinh bột ở cây, glycogen ở ĐV) dễ huy động, cung cấp chủ yếu các chất trao đổi trung gian và năng l ượng cho t ế bào. • Tham gia vào cấu trúc (vd cellulose) của thành tế bào thực vật, vi khuẩn; hình thành bộ khung (vỏ) của nhóm động vật có chân khớp (Cutin) Tham gia vào thành phần cấu tạo của nhiều chất quan trọng như: AND, ARN… , thành phần của VTM (Ribose của riboflavin) 2.2. Trong công nghiệp thực phẩm
2 Đối với công nghệ thực phẩm, vai trò của glucid cũng đa d ạng và vô cùng quan trọng: - Là thành phần của nhiều loại TP - Là chất liệu cơ bản, cần thiết và không thể thiếu của ngành s ản xu ất lên men: rượu, bia, bột ngọt, acid amin, vitamin, kháng sinh. - Tham gia tạo cấu trúc, hình thù, trạng thái và chất lượng cho các loại s ản phẩm thực phẩm. - Lên men gluxit bằng nấm men và các VSV lên men tạo ra CO 2, rượu, acid hữu cơ, và một số h/chất khác. Tạo kết cấu : - Tạo sợi, tạo màng, tạo gel, tạo độ đặc, độ cứng, độ đàn hồi cho thực phẩm: tinh bột, thạch, pectin trong miến, mứt quả, kem, giò lụa… - Tạo kết cấu đặc thù của một số loại thực ph ẩm: đ ộ ph ồng nở c ủa bánh phồng tôm, tạo bọt cho bia, độ xốp cho bánh mì, vị chua cho sữa… Tạo chất lượng - Chất tạo ngọt cho thực phẩm (các đường) - Tham gia tạo màu sắc và hương thơm cho sản phẩm (đường trong phản ứng caramen hoá, melanoidin…) - Tạo ra các tính chất lưu biến cho sản phẩm thực phẩm: độ dai, độ trong, độ giòn, độ dẻo… - Có khả năng giữ được các chất thơm trong sản phẩm thực phẩm - Tạo ẩm cũng như làm giảm hoạt độ nước làm thuận lợi cho quá trình gia công cũng như bảo quản II. PHÂN LOẠI MONOS ACCHARIDE C3 – Triose: Glyceraldehyde, dihydroxyaceton…. C4 – Tetrose: erythrose C5 – Pentose: Ribose, ribulose,xylulose… C6 – Hexose: Glucose, Fructose, Mannose, Galactose.. C7 – Heptose: sedoheptulose… OLIGOS ACCHARIDE Malto s e GLUCID S ac c haro s e (S ac c haride ) Lac to s e .. POLYS ACCHARIDE Tinh bột: Amilose, Amilopectin Cellulose Glycogen…
3 1. Monosaccharides a. Cấu tạo Là những dẫn xuất của Aldehyt hoặc ketose chỉ có một polyol. Đường đơn, không thể bị thủy phân thành đường đơn giản hơn (Glucose or fructose). Một phân tử đường có chứa từ 3-7 C I (CH2O)n or H - C - OH I Các Aldose (e.g., glucose) chứa nhóm aldehyde (CHO) Ketoses (e.g., fructose) chứa nhóm keto (CO), thường ở C2. Một số Aldose (aldehyt)
4 Một số Ketose
5 Dạng monosaccharide quan trọng với thực phẩm H O C CH2OH H C OH C O HO C H HO C H H C OH H C OH H C OH H C OH CH2OH CH2OH D-glucose D-fructose Căn cứ để xác định, C bất đối, dạng D hay dạng L
6 Cấu trúc đóng vòng của Glucose Voøng furan Voøng pyran
7 1 CHO red raw to sh ow th e OH CH2 OH H OH on carbon5 close to the aldeh yd e on carbon1 H 5 OH HO H H O C OH H 1 H OH HO H 5 H OH H OH CH2 OH D Glucose CH2 OH CH2 OH anomeric O carb on H O H H OH ( β ) H + H OH H OH H HO H HO OH( α ) H OH H OH βD Glucopyranose αD Glucopyranose (βD Glucose) ( αD Glucos e ) a. Tính chất của các monosaccharides Tính chất vật lý Đặc điểm của đường - Một số đường (glucose, fructose, sucrose...) có chung một số đặc điểm sau: - Có vị ngọt - Tan trong nước, dễ dàng tạo nước ngọt.
8 -Tạo tinh thể khi bay hơi nước (khi pha đường, để bay hơi, thấy lắng lại những tinh thể đường) - Cung cấp NL - Dễ dàng bị lên men bởi VSV. - Ở nồng độ cao ức chế sinh trưởng của VSV (do vậy được dùng trong bảo quản). - Chuyển mầu tối khi gia nhiệt (caramelize) - Một số có thể kết hợp với Pro để tạo mầu vàng tối (browning reaction) - Mầu vang của bánh khi nướng, phản ứng tạo mầu vàng của đường và Pro (Browning or mailard reaction). Trong trường hợp này nhóm NH2 kết hợp với CHO hay CO của đường khử tạo màu nâu vàng (vd sữa khô để lâu chuyển màu tối);phản ứng OXH ở lớp cắt trái cây, mầu sẫm của chè do tanin (qt OXH thường tăng khi có mặt của kim loại). Khi nấu nướng, mầu cuối cùng của thực phẩm là sự kết hợp của nhiều yếu tố - Khi cho vào miệng cho cảm giác hòa tan và vị ngọt • Do có nhiều nhóm –OH trong phân tử, nên nhìn chung monose dễ tan trong nước không tan trong các dung môi hữu cơ. • Khi cô đặc dung dịch monose ta sẽ thu được dạng tinh thể monose. • Do sự có mặt các nhóm – CHO, C=O, -OH nên monose cũng có các tính chất đặc trưng của các nhóm này, điển hình là tính khử. 1) Phản ứng OXH (Tác dụng của chất OXH) • Khi bị OXH nhẹ bằng các dung dịch như Cl2, Br2, hay I2, trong môi trường kiềm hoặc dùng dung dịch kiềm của các ion kim loại, nhóm CHO sẽ bị OXH thành COOH. CHO COOH H C OH H C OH HO C H HO C H Br2 + HBr H C OH H C OH H2O H C OH H C OH CH2OH CH2OH D- Glucose Acid gluconic
9 Hay trong phản ứng khủ nước felling O H O OH C C H C OH H C OH HO C H 2+ HO C H + Cu + Cu2O(s) H C OH H C OH H C OH H C OH CH2OH CH2OH D-Glucose D-Gluconic acid Aldoses bị OXH  các nhóm carboxylic (COOH), phản ứng dẫn đến sự hình thành các Aldonic acid (vd, gluconic acid). Tác nhân của phản ứng Fehling là dung dịch Cu2+ sẽ được khử sang Cu1+ trong qt OXH đường. Phản ứng này thường đuợc sử dụng nhận biết và đo lượng đường khử trong thực phẩm và các chất sinh học Mặc dù các Ketone không tham gia phản ứng này nhưng do chúng dễ dàng đồng phân hoá thành các aldoses
10 - Ez Gluco oxidase có tính OXH đặc hiệu với β-D-Glucopyranose  Gluconic acid. Phản ứng này được sử dụng trong phân tích hàm lượng Glucose trong các thực phẩm, mẫu sinh học (vd. máu) có nhiều loại đường khác nhau. - Trong điều kiện oxy hoá nhẹ (vd. có mặc Br trong môi trường trung tính hoặc kiềm nhẹ), các aldose bị OXH thành aldonic acid. - Trong môi trường OXH mạnh hơn (vd: HNO3) Dicarboxylic acid (Aldaric acid) - Trong trường hợp nhóm CHO được bảo vệ thì nhóm OH của C6 sẽ bị OXH - Trong công nghiệp để thu được những glucoronic, tinh bột được oxy hóa trước khi thủy phân. Một số uronic acid là thành phần có trong các loại polysaccaride thực phẩm quan trọng như D- galacturionic là t/p của pectin.
11 2) Phản ứng Khử Dưới t/d của các chất khử (vd: NaBH4), nhóm CHO hoặc nhóm CO bị khử thành các rượu tương ứng (Polyol). Mỗi ketose bị khử thành 2 rượu do tạo nên một C bất đối mới. - Tên của rượu được lấy từ tên của đường, thay đuôi ose /ulose = itol. Vd. Glucose  Glucitol (sorbitol) Manose  Malnitol Fructose  malnitol và sorbitol Ứng dụng: Các dẫn xuất này được sử dụng để thay thế đường trong thực phẩm để giảm hoạt độ của nước, chống hiện tượng kết tinh, tăng sự tái hấp thụ nước của các sản phẩm bị mất nước....
12 Sorbitol có nhiều trong một số loại quả lê, táo, mận.... malnitol có nhiều trong các rong biển. Trong thực tế Glucitol và Mannitol thường được sản xuất từ hydrogenolysis (thuỷ phân và hydrogenation) succrose. - Sugar alcohol được sử dụng rộng rãi trong sản phẩm bánh kẹo, món tráng miệng, sản phẩm thịt... Chúng có độ ngọt ít hơn. - Do các sugar alcohol được hấp thụ kém hơn Glucose chúng được sử dụng để sản xuất các đồ uống ít calories. - Sugar alcohol làm giảm hoạt độ nước trong rất nhiều sản phẩm  giúp làm giảm nấm mốc. 3. Phản ứng với các hợp chất chứa gốc NH2 (phản ứng Maillard) - Phản ứng Maillard (phản ứng sẫm màu) là phản ứng xảy ra giữa đường khử (Glucose, maltose, fructose, lactose) và protein (thường là các gốc NH2 của lysine) và thường yêu cầu To cao. Kết quả của phản ứng Maillard: + Tạo ra các chất có màu nâu (Melanoidin) chứa N, có khối lượng phân tử và độ hòa tan khác nhau. Cấu trúc các h/c này đến nay vẫn chưa biêt hết. Hiện tượng tạo màu nâu rất cần thiết cho một số thực phẩm như bánh mì nướng, bánh quy, hành phi, thịt nướng, cafe... nhưng cũng có hại trong các loại TP như sữa đặc, rau củ sấy... + Tạo ra các chất bay hơi có mùi (cần thiêt cho nhiều qt chiên nướng) nhưng nó cùng liên quan đến việc tạo ra các mùi không mong muốn trong các qt bảo quản và chế biến nhiệt như thanh trùng, tiệt trùng... + Tạo các chất có vị đắng, cần thiết trong chế biến cà phê, nhưng tạo vị lạ khi quay thịt cá + Tạo các chất có tính khử mạnh (reductone) , có thể tham gia bảo vệ TP khỏi bị OXH. + Làm mất nhiều A.A thiết yếu (lysine, cystein, Methionine) + Tạo một số hợp chất có khả năng gây ung thư + Tạo một số h/c có thể l.kết chéo với Protein
13 Fig. 1 : The initial step of the Maillard reaction between RNH2 + Đường khử glucose and an amino acid (RNH2), in which R is the amino acid side group (from ref. 2) ↓ Các h/c amadori Chuyển vị các Fig. 2 : Formation of HMF and Amadori-rearrangement Amadori ↓ HMF Biến đổi các Amadories - Phân hủy  deoxysome (dicarbonyls) - Loại nước  dicarbonyl, amino acid - Strecher (deoxysone + amine  aldehyt, aminoketon)... Hỗ hợp của các sản phẩm có màu gọi là Melanoidin
14 Các sản phẩm tươi sống hầu như ko chứa các SP của p.ứng Maillard Bánh mì, bánh quy, chocolate… có thể chứa hàm lượng cao các sản phẩm Amadori. Sữa đun nóng, sữa cho trẻ sơ sinh là hai vd về đồ uống có chứa lactulosyllyine (Amadori product) Một số đồ ăn, khoai tây chiên, cafe có thể chứa acrylamine thịt nướng có thể chứa heterocrylamine. Nhiều thực phẩm có thể chứa carboxyl methyllamine Vỏ bánh mì, một số loại bánh ngọt, café, chocolate có thể chứa Melanoidin 4. Phản ứng caramen hóa - Là sự phân hủy đường (cả đường khử và không khử) ở nhiệt độ cao (sự đun nóng chảy đường) mà không có sự tham gia của các h/c Nito  tạo ra các chất có màu nâu tối (caramen) - Caramen là một hợp chât cao phân tử cho đến nay vẫn chưa xác định được cấu trúc chính xác. Nói chung các sp của qt caramen hoá có thể chia thành 3 nhóm sau: 2C12H22O11 = 4H20 C24H36O18 Caramelan 3C12H22O11 = 8H20 C36H50O25 Caramelen Continued heating yields caramelin C125H188O80 Một lượng nhỏ Acid, kiềm hoặc muối thường làm tăng qt caramen hoá và có thể đạt được các hương vị theo mong muốn. Nếu qt caramen hóa để quá nữa thì sản phẩm sẽ kém ngọt do các đường bị phá hủy. Cuối cùng sẽ trở lên đắng. - Phản ứng này được ứng dụng trong công nghiệp chế biến đồ uống, bánh kẹo ... - Nếu phản ứng ko được điều khiển tốt, sẽ tạo ra các chất có vị đắng, cháy và có vị không ngon. Nhiệt độ cao, pH thấp thúc đẩy phản ứng.
15 Table 1 : Initial caramelization temperatures of common carbohydrates Sugar Temperature Fructose 110° C Galactose 160° C Glucose 160° C Maltose 180° C Saccharose 160° C - Với saccharose, phản ứng caramen hoá xảy ra theo sơ đồ phản ứng: Tạo các anhydrit không màu: C12H22O11 – H2O → C6H10O5 + C6H10O5 Saccharose glucozan levulozan Đến 185-1900C sẽ tạo thành izosaccharozan: Glucozan + levulozan → izosaccharozan C6H10O5 + C6H10O5 → C12H20O10 Khi nhiệt độ cao hơn sẽ mất đi 10% nước và tạo thành caramelan (C12H18O9 hoặc C24H36O18) có màu vàng: 2C12H20O10 – 2H2O → (C12H18O9) hoặc C24H36O18 Izosaccharozan caramelan Khi mất đi 14% nước sẽ tạo thành caramelen: C12H20O10 + C24H36O18 – 3H2O → C36H48O24.H2O Và khi mất đi 25% nước sẽ tạo thành caramelin có màu nâu đen. Hầu như tất cả các sản phẩm caramen hoá đều có vị đắng.
16 Table 2 : Stage of caramelization of saccharose (table sugar) Step T°C Description and use Image 1 Evaporation 100 Sugar is melted and impurities rise to the surface; of water 2 Small 102 No colour; soft cooling; no flavour change. Used in Thread frostings. 3 Large 104 No colour; soft cooling; no flavour change. Used in Thread preserves. 4 Small Ball 110 - 115 No colour; semi-soft cooling; no flavour change. Used in cream candy fillings, Italian meringue, fondants, fudge, and marshmallows; 5 Large Ball 119 - 122 No colour; firm cooling; no flavour change. Used in soft caramels; 6 Light Crack 129 No colour; firm cooling; no flavour change. Used in semi-hard candies. 7 Hard Crack 165 - 166 No colour; hard cooling; no flavour change. Used in butterscotch and hard candies; 8 Extra-hard 168 Slight colour; shatters like glass during cooling; no Crack flavour change. Used in hard candies; 9 Light 180 Pale amber to golden brown; rich flavour. Carmel 10 Medium 180 - 188 Golden brown to chestnut brown; rich flavour; Carmel 11 Dark 188 - 204 Very dark and bitter; smells burned. Used for Carmel colouring, but lack of appropriate sweetness;
17 12 Black Jack 210 Also known as "monkey's blood." At this point, the sugar begins to breaks down to pure carbon. Burning flavour. Cơ chế của phản ứng caramen hóa Giai đoạn 1 : Chuyển hóa glucose, fructose, mannose  1,2-enediol tiếp tục ra nhiệt  xảy ra các p.ứng khử nước để tạo ra 5-hydroxymethylfurfural.
18 - H2O, To - H2O, To - H2O, To - H2O, To Chất tiền thân của caramel Nếu đường ban đầu là pentose thì SP cuối cùng là 2-furaldehyde Giai đoạn 2: Từ các dẫn suất furaral  Các polymer (h/c cao phân tử) có mầu nâu
19 Nếu gia nhiệt đường trong ĐK kiềm  hình thành 1,2 và 2,3 –enediols  phân cắt thành các h/c thơm như saccharinic acid, lactic acid, 2,4-dihydroxybutyric acid, ethyl alcohol, và một số chất thơm như benzenen, maltol, catechol, bensaladehydes. 5. Phản ứng ester hóa Nhóm OH của đường có thể chuyển thành esters hay ethers. Ester hóa thường xảy ra khi cho các carbohydrate t/d HCl hay anhydride (CH3CO)2O trong dung dịch baso. Nhiều carboydrate trong tự nhiên ở dạng các dẫn xuất của phosphate-este. Phosphate-este là những chât trung gian quan trọng trong TĐC ở sinh vật Tinh bột trong thực phẩm thường bị este hóa bởi phản ứng hóa học nhằm cải thiện chức năng của chúng. Điển hình nhất là acetate và succinate este của starch.
20 vd polyestes của sucrose và 6 hoặc 8 fatty acid bằng qt chuyển este hóa  Sucrose fatty acid polyesters (olestra), chất thay thế chất béo. Chât này thường được sử dụng trong sản xuất snack với vai trò chủ yếu là thay thế mỡ/dầu dán. Chất này không chứa NL do không thể bị thủy phân bằng các lipases, nhưng có 7. Phản ứng ete hóa là phản ứng alkyl hóa gốc OH của đường  ete Các tác nhân alkyl hóa thường dùng: dimethyl-sulphate (CH 3)2SO4; Methyl iodide CH3I. Các ete ít gặp trong tự nhiên, tuy nhiên các phản ứng này thường được dùng để cải thiện tính chất của tinh bột. vd: methyl (-O-CH3); sodium carboxyl methyl (O-CH2-CO2-Na), và hydroxylpropyl (O-CH2-CHOH-CH3) ete của cellulose và hydroxylpropyl của starch được cải thiện để sử dụng trong TP. 8. Deoxy and amine sugar