Tiểu luận "Tìm hiểu về Cyclodextrins, ứng dụng và triển vọng tương lai trong thực phẩm"

Chia sẻ: Pham Khanh Dung | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:19

Thêm vào BST

Báo xấu

890
lượt xem 91
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cyclodextrins ( hay còn gọi là cycloamyloses) thuộc nhóm hợp chất được tạo thành từ các phẩn tử đường liên kết với nhau tạo thành vòng (vòng oligosaccharides). Cyclodextrins là hợp chất chứa từ 5 hoặc nhiều hơn các đơn vị đường α-Dglucopyranoside theo liên kết 1-4, như trong amylose (một đoạn của tinh bột).

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tiểu luận "Tìm hiểu về Cyclodextrins, ứng dụng và triển vọng tương lai trong thực phẩm"

VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Tiểu luận: Tìm hiểu về Cyclodextrins, ứng dụng và triển vọng tương lai trong thực phẩm. Sinh viên thực hiện:Bùi Thị Vàng Anh Trần Thị Thu Hoài Giáo viên hướng dẫn:TS.Nguyễn Thị Minh Tú Hà Nội 2011
Cyclodextrins(CDs) là gì? CDs được sản xuất từ đâu và sản xuất như thế nào? Tại sao CDs lại được ứng dụng trong thực phẩm? Tình hình ứng dụng CDs trên thế giới hiện nay ra sao? Các triển vọng tương lai của CDs là gì?
Cyclodextrins là gì? Cyclodextrins ( hay còn gọi là cycloamyloses) thuộc nhóm hợp chất được tạo thành  từ các phẩn tử đường liên kết với nhau tạo thành vòng (vòng oligosaccharides). Cyclodextrins là hợp chất chứa từ 5 hoặc nhiều hơn các đơn vị đường α-D-  glucopyranoside theo liên kết 1-4, như trong amylose (một đo ạn của tinh bột). Vòng có chứa 5 phân tử là không tự nhiên. Gần đây phân tử cyclodextrin l ớn nh ất đã đ ược phát hiện có chứa 32 đơn vị 1,4-anhydroglucopyranoside trong khi như một hỗn hợp ít thuộc tính nhất, thậm chí có ít nhất oligosaccharides vòng có ch ứa 150 đ ơn v ị đã biết đến. Cyclodextrins điển hình có chứa một số lượng các monomer glucose nằm trong khoảng từ 6 -8 , tạo nên một hình nón, do vậy dễ cho electron α -cyclodextrin: có chứa 6 phân từ đường trong vòng  β -cyclodextrin: chứa 7 phân tử đường trong vòng  γ -cyclodextrin: chứa 8 phân tử đường trong vòng  Cyclodextrins điển hình được tạo thành bởi từ 6-8 đơn vị đường glucopyranoside, v ề  hình học có thể đại diện như toroids với sử mở lớn hơn và nhỏ hơn của toroid để d ễ hòa tan trong dung môi lần lượt là các nhóm hydroxyl thứ cấp và sơ c ấp. Do sự sắp xếp này, bên trong của toroids không ưa nước, nhưng có thể cân nhắc đến khả năng ưa nước kém trong môi trường nước và do vậy có thể làm vật chủ cho các phân tử ưa nước khác. Trái lại, bên ngoài hoàn toàn ưa nước cho phép cyclodextrinh có thể hòa tan trong nước dễ dàng
Hình 1.Cấu trúc và kích thước các CDs
Các tính chất của CDs -Tính chất vật lý Bảng 1. Một vài thông số vật lý của CDs α -CD β -CD γ -CD Các thông số Khèi lîng ph© tö n 972 1135 1297 Sè ® n vÞ glucoza ¬ 6 7 8 Sè ph© tö H2O trong lç n 6 11 17 4,7 - 5,3 6,0 - 6,6 7,5 - 8,3 Đêng kÝnh trong (Å) 14,6 15,4 17,5 Đêng kÝnh ngoµi (Å) 79 79 79 ChiÒu cao (Å) 174 262 472 ThÓ tÝch lç hang 0,1 0,14 0,2 (ml/mol) 0,174 0,262 0,472 (ml/g) 14,2 1,85 23,2 (nm3) Đé tan trong níc (g/100ml, 25 0C) 255 - 260 255 - 265 240 - 245 ĐiÓm nãng chảy (0C) 12,33 12,2 12,08
-Tính chất hóa học của CDs Độ bền hóa học: So với các oligosacarit mạch thẳng thì các CD là những phân tử rất bền.  Các axit mạnh như axit clohydric có thể phân hủy CD tạo ta hỗn hợp các oligosacarit khác nhau (từ mạch thẳng do phân tử CD bị mở vòng cho đến tận glucoza). Tốc độ thủy phân tăng khi nhiệt độ thủy phân tăng nhưng chậm hơn 3-5 lần so với các oligosacarit mạch thẳng tương ứng [R. A. Hedge (1998)]. Trong một môi trường axit yếu như axit hữu cơ sự thủy phân hầu như không xảy ra. Cũng như các oligosacarit và dịch kiềm đặc (trong dung dịch NaOH 0,35N) ở 700C không thấy có sự thủy phân CD. CD khá bền với nhiệt độ, tia UV hay IR. Với các tác nhân oxy hóa CD có thể bị oxy hóa làm  mở vòng glucoza nhưng không tạo ra focmadehyt hay axit focmic vốn là các chất độc do CD không có tính khử.α và β-CD khá bền dưới tác dụng của enzim thủy phân amololytic trong khi đó γ –CD bị thủy phân dễ dàng bởi α- amillaza.Nói chung các α- amillaza từ nấm mốc thủy phân CD tốt hơn các α- amillaza từ vi khuẩn. β amilaza và glucoamilaza không thủy phân CD nhưng cyclodextrin glucosyltransfenaza có thể thủy phân dễ dàng.Các phức CD nhìn chung bền hơn CD trước sự thủy phân bởi enzim. Điều này có thể do một số chất khách thể ức chế enzim hoặc cản trở không gian khiến enzim khó tiếp xúc với cơ chất CD.Ngoài ra các CD biến đổi cũng bền hơn do nhóm thay thế không gian.[E.Scheiderman và cs (2000)].Đối với các polisacarit không có tính khử khác CD không bị thủy phân, thậm chí ở nhiệt độ cao và trong môi trường đậm đặc. Khả năng biến đổi hóa học:  Bằng phương pháp hóa học hoặc bằng enzim có thể thay thế các nhóm hydroxyl của CD bằng các nhóm khác (metyl, amin, este, ete…) khi đó đường kính của CD không bị thay đổi nhưng chiều sâu các lỗ hang giảm xuống [E.Scheiderman và cs (2000) ]. Mục đích biến đổi này là nhằn thay đổi độ hòa tan, thay đổi khả năng tạo phức (độ bền phức, độ chọn lọc khách thể …) hoặc thêm các nhóm chức năng đặc hiệu làm xúc tác.
CDs được sản xuất từ đâu và sản xuất như thế nào? Cyclodextrins (CDs) được sản xuất từ tinh bột bằng phản ứng vòng hóa các  chuỗi glucopyranoza mạch thẳng nhờ enzim cyclodextrin glycosyltransferase (CGTase) cùng với α-amylase. Đầu tiên tinh bột được hồ hóa bằng nhiệt độ hoặc sử dụng α-amylase, sau đó bổ sung CGTase cho chuyển hóa. CGTases có thể tổng hợp nên tất cả các dạng cyclodextrin, do vậy sản phẩm là hỗn hợp của 3 loại phân tử vòng chính với tỷ lệ phụ thuộc vào enzym sử dụng: mỗi CGTase có đặc tính riêng của nó về tỷ lệ α:β:γ. Tách chiết 3 loại phân tử cyclodextrins cần dựa vào khả năng tan trong nước khác nhau của mỗi phân tử: β-CD tan kém trong nước (18.5 g/l hoặc 16.3mM) (tại nhiệt độ 250C) có thể thu dễ dàng thông qua sự hình thành tinh thể trong khi α- và γ-CDs dễ tan hơn (lần lượt là 145 và 232 g/l) thường được tách chiết bằng kỹ thuật sắc phổ đắt và mất nhiều thời gian. Như vậy một cách khác được sử dụng là bổ sung tác nhân phức hợp trong bước chuyển đổi của enzym: tác nhân (thường các các dung môi hữu cơ như toluene, acetone hoặc ethanol) để hình thành nên phức hợp với cyclodextrin sau đó kết tủa. Sự hình thành phức hợp từ sự chuyển hóa tinh bột dẫn đến việc tổng hợp các cyclodextrin kết tủa, do vậy làm giàu hàm lượng của nó trong hỗn hợp sản phẩm cuối cùng. [E.Scheiderman và cs(2000)] Hiện nay dạng thương mại chủ yếu là β-CDs. 
Tại sao CDs lại được ứng dụng trong thực phẩm?
Tính không độc:Các β CDs này đã được chấp nhận trong suốt thập kỷ  1980 giống như là thành phần phổ biến cho sản xuất thực phẩm bởi vì chúng không bị hấp phụ tại dạ dày và chúng luôn trao đổi chất bởi các vi sinh vật tại ruột kết.(Szente & Szejtli 2004). Khả năng tạo phức:CDs có thể tạo phức bao (dạng khách thể và chủ  thể) với nhiều hợp chất khác nhau bao gồm các chất béo mạch thẳng, các aldehyt, ceton, alcohol, các axit hữu cơ, các chất thơm chất khí, các hợp chất phân cực như halogen, axitamin, amin…[Kevin B. Hicks, 1996]. Đây là hiện tượng một khách thể bị giữ, bị bao bọc trong lỗ hang của phân tử chủ thể CDs. Ở phức này CDs được gọi là phần tử “chủ thể” các phần tử được bao bọc bên trong được gọi là các phần tử khách thể. Các phần tử khách thể sẽ được bao bọc một phần hay toàn bộ vào trong lỗ hang của phần tử chủ thể CDs [Trinh, JM.(1999)]. Nhìn chung, một phần tử CD sẽ chứa một phần tử khách thể. Để ổn định và để bao bọc các mùi, vị, các vitamin, các màu tự nhiên có  trong thực phẩm, làm tăng giá trị sinh học của các hợp chất có hoạt tính sinh học có trong thực phẩm, tăng chất lượng thực phẩm.
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành phức hợp CDs -Sự thay thế của các phân tử nước từ bên trong lỗ hang. -Sự phóng thích của sức căng vòng tròn CD khi phức hệ được hình thành. -Lực hút Van der Waal và sự liên kết hydrogen ảnh hưởng lẫn nhau được thiết lập khi phức hệ được hình thành. -Vai trò của nước trong việc hình thành và ổn định phức CDs (Hình 1) -Tính ổn định của phức CDs có quan hệ gần gũi với đường đẳng nhiệt hút thấm bề mặt nước (Hình 2) -Kích thước lỗ hang khác nhau của các CDs làm cho chúng ít nhiều có tính chọn lọc khi tạo phức với phân tử có kích thước khác nhau. Để phức tạo thành được bền, phần tử khách thể cần được bao khít bởi lỗ hang CDs. Các phân tử nhỏ (phân tử có ít hơn hoặc bằng 4 cacbon) liên kết tôt với các α-CD, còn các phân tử lớn hơn sẽ liên kết tốt nhất với các β-CDs và γ-CDs. -Tỷ lệ giữa phân tử khách thể và CDs. -Mối liên quan giữa độ ẩm và %các khách thể tách rời (Hình 3)
Hình 1. Hình ảnh thể hiện sự kết hợp và di chuyển vị trí của nước trong quá trình hình thành phức hệ
Hình 2. Đường đẳng nhiệt hấp thụ nước của β- CD.
Hình 3. Mối quan hệ giữa độ ẩm và % khách thể tách rời
Tình hình ứng dụng CDs trên thế giới. Tình hình ứng dụng của CDs trong thực phẩm ở các quốc gia là  không giống nhau. - Tại Mỹ, α-CDs, β-CDs và γ -CDs là bao gồm cả trong quản lý thực phẩm và dược phẩm (the Food and Drug Administration GRAS) (Nhìn chung chúng đều chấp nhận là an toàn), - Nhật những CDs này được ghi nhận giống như các sản phẩm tự nhiên và việc buôn bán của chúng trong khu vực thực phẩm là chỉ hạn chế ở dạng tinh khiết. - Các chuyên gia tại ủy ban FAO/WHO về chất phụ gia thực phẩm đều có khuyến cáo chung là liều lượng lớn nhất của β-CDs là 5mg/kg/ngày.Đối với α-CDs và γ -CDs có thể chấp nhận việc dùng hàng này là không phải xác định vì chúng không độc (Astray et al. 2009). - Ở Australia và New Zealand α,β và γ CDs được đưa vào các dạng thực phẩm mới từ năm 2003, 2004 (Cravotto và cs., 2006).
Bảng 2. Một vài sản phẩm được làm từ việc bao bọc cyclodextrin
Triển vọng tương lai của cyclodextrin
Gần đây có rất nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng các hoạt đ ộng c ủa CD gi ống nh ư các ch ất ức ch ế s ẫm  màu khi được thêm vào các loại nước quả khác nhau như nước táo, nước lê và nước chuối (L´ opez-Nicol´ as et al. 2007a,b,c).CDs dịch chuyển các hợp chất polyphenol. Một trong các nghuyên nhân làm s ẫm màu (Torres- Rivas et al. 2004;Alvarez-Parrilla et al. 2007). Tuy nhiên, polyphenol đ ược bao b ọc trong các l ỗ hang cyclodextrins là không có giá trị cho enzym polyphenol oxidase (Del Valle 2004). Sự hiện diện của β-CD làm thay đổi nhiều tính keo của tinh b ột lúa mỳ.(Kim& Hill 1984), s ự bi ến tính c ủa protein  kể từ khi chúng có khả năng t ạo hình với các ph ức h ệ cùng v ới các amino k ỵ n ước.(Mortensen & Jansson 2004). Rất nhiều các thành phần chức năng có thể cả việc gia tăng các tính ch ất đ ặc bi ệt c ủa chúng cho vi ệc c ải ti ến  hương hay việc che dấu để tránh các nhận thức giác quan của chúng trong các s ản ph ẩm th ực ph ẩm khi chúng được thêm vào.Cái được hưởng là sự quan trọng của chúng khi ng ười tiêu dùng có c ảm giác hài lòng v ề các tính chất của sản phẩm cuối cùng. Các ứng dụng của CD trong k ỹ thuât về mùi x ứng đáng là m ột chú ý đ ặc bi ệt. Bằng sự định hình bao gồm các phức hệ với cyclodextrin, các tác nhân mùi có th ể là nh ững nhân t ố ngang b ằng nhau.Lời đề nghị này là một tiềm năng to lớn cho việc b ảo vệ các tính chất h ương d ễ bay h ơi và d ễ phân h ủy hiện diện trong các hệ thống thực phẩm xuyên suốt quy trình s ản xuất gi ống nh ư quy trình làm l ạnh, quy trình làm tan chảy, vi sóng, nấu và thanh trùng.(Jouquand et al. 2004) Bao bọc hương bên trong CD cải tiến quy trình hốn hợp. Điều này được chứng minh trong vi ệc b ảo vệ các tác  động của các tác nhân làm bay hơi trong suốt quá trình đốt nóng (Qi & Hedges 1995). Sự bao bọc của nutraceutical thu hút b ởi ch ất béo và các cấu thành oxy-ch ất d ễ bay h ơi bên ngoài CDs b ảo v ệ  chúng từ các quy trình oxidative.Các acids béo không ch ứa các cholesterol thi ết y ếu có th ể tác đ ộng tr ở l ại b ởi sự hình thành của phức hệ với CDs. Khá nhi ều nghiên cứu cũng đã ch ỉ ra r ằng đ ể xác đ ịnh s ự th ực hi ện c ủa các CDs thu được các tác động chống oxy hóa trên phân t ử linoleic (Regiert 2007) Ứng dụng thử thách khác mới của CDs là trong bao gói các tính ch ất th ực ph ẩm, n ơi mà chúng có th ể th ể hi ện  hai điều có lợi: phát triển các tính chất của sự bao gói các tính ch ất và phát tri ển các tính ch ất c ảm giác trong h ệ thống thực phẩm.(Wood, 2001). Các ghi chú trước đây, nước có ý nghĩa đặc bi ệt tác đ ộng vào s ự hình thành các ph ức h ệ CD và s ự phân tách của các hợp chất bao bọc. Do vậy, bất kỳ ứng dụng nào được đề cập, các mối quan hệ nước, cũng nên kiểm tra để tìm ra sự thật cho mỗi hệ th ống liên quan, vấn đ ề môi tr ường t ại m ỗi ph ức h ệ c ần đ ược nghiên c ứu để phát triển thích hợp một cách hệ thống các thành ph ần ch ức năng bao b ọc.
Xin chân thành cám ơn
TÀI LIỆU THAM KHẢO E.Scheiderman,AM.Stalcup(2000), "Cyclodextrin: a versatile tool  in separation science", J. Chromatogr., 745, 83-102. Kevin B. Hicks, Rebecca M. haines, Cindy B.S. Tong, Geral M.  Sppers, Yeihia El. Atawy, Peter L. Irwin, Paul A. Seib (1996), Inhibition of enzymatic browning in fresh fruit and vegetable juice by soluble and insoluble form of cyclodextrin alone or in combination with photphates", J. Agric. Food Chem, 44, 2591- 2595. R. A. Hedge (1998), "industrial applications of cyclodextrin",  Chem. Rev., 98, 2035-2044. Jim Smith và Edward Charter (2009) Functional food product  development - Prince Edward Island Food Technology Centre Charlottetown, Canada