Biến đổi protein trong chế biến và bảo quản thực phẩm

Biến đổi protein trong CB và BQ thực phẩm ThS Tơn Nữ Minh Nguyệt
Phần một
:

SƠ LƯC VỀ SỰ CHUYỂN HOÁ PROTEIN
TRONG CƠ THỂ
I. Thuỷ phân protein
Ở dạ dày nhờ có môi trường HCl và enzim pepsin, protein của thức ăn bò thuỷ
phân, tạo thành chủ yếu hỗn hợp polipeptit ( còn gọi là pepton).
Ở ruột, nhờ các enzim pepsin, chimotripsin, cacboxipeptiđaza xúc tác cho quá
trình thuỷ phân polipeptit thành hỗn hợp các aminoaxit. Các aminoaxit sinh ra được
hấp thụ qua thành ruột, theo máu về gan, đi tới các mô và tế bào. Một phần
aminoaxit được dùng để tái tổng hợp protein cho cơ thể, phần khác được phân giải
để cung cấp năng lượng cho cơ thể hoạt động.
II.Sự phân giải aminoacid
Trong cơ thể, các aminoaxit bò phân giải qua các phản ứng sau:
1. Phản ứng desamin hoá( loại nhóm amino)
a. Phản ứng desamin hoá-oxi hoá.
Nhờ xúc tác của enzym, nhóm amino bò loại ra khỏi phân tử aminoacid, tạo thành
cetoacid và amoniac:
R
CH
COOH
O
R
C
COOH
O
NH
3
+

b. Phản ứng trao đổi nhóm amino.
Nhờ tác dụng xúc tác của enzym aminotranferase
R
1
CH
COOH
NH
2
R
2
C
COOH
O
R
1
C
COOH
O
R
2
CH COOH
NH
2
enzim
+
+
2. Phản ứng descarboxyl hoá(loại nhóm carboxyl)
Nhờ tác dụng xúc tác của enzym descarboxylase, nhóm carboxyl bò loại khỏi
phân tử aminoacid, tạo thành amin hoặc aminoacid (nếu descarboxyl hoá acid
monoamino dicarboxylic)

1
Biến đổi protein trong CB và BQ thực phẩm ThS Tơn Nữ Minh Nguyệt
R
CH
COOH
NH
2
R
CH
2
NH
2
CO
2
enzim
+
III. Các sản phẩm cuối cùng của sự phân giải aminoacid
Quá trình phân giải aminoaxit tạo ra cetoacid, acid carboxylic và amoniac.
Các cetoacid và carboxylic tiếp tục tham gia vào chu trình Krep đã bò oxi hoá thành
carbonic và nước . Như vậy sản phẩm cuối cùng của sự phân giải aminoacid là
carbonic, nước và amoniac. Khí carbonic được thải ra ngoài cơ thể, nước tham gia
vào quá trình trao đổi chung, amoniac(gây độc cho cơ thể) được chuyển hoá thành
những chất không hoặc ít độc ( như glutamin, asparagin, ure) bằng các cách sau:
1.Amit hoá các acid monoamino dicarboxylic
Amoniac phản ứng với axit glutamic hoặc axit aspactic, tạo thành glutamin hay
asparagin.
Thí dụ:
HOOC
CH
2

CH
2
CH
COO
NH
3
ATP
Glutaminsinteza
Mg
2+
or
Mn
2+
H
2
N
C
CH
2
CH
2
COO
CH
+NH
3
ADP
Pv
O
+
+

+ +
2.Ure hoá khí carbonic(tổng hợp ure)
Amoniac phản ứng với khí cacbonic tạo thành ure theo một chu trình gồm nhiều
phản ứng, gọi là chu trình ure. Phương trình phản ứng tổng quát của chu trình ure:
NH
3
CO
2
ATP
OH
2
H
2
N
C
NH
2
O
AMP PP Pv
+ + + + + +
IV. Sinh tổng hợp protein
Một phần aminoacid được dùng để tái tổng hợp protein cho cơ thể. Quá trình tổng
hợp diễn ra chủ yếu trong các riboxom của tế bào, gồm 4 giai đoạn:
1. Giai đoạn hoạt hoá aminoaxit
2
Biến đổi protein trong CB và BQ thực phẩm ThS Tơn Nữ Minh Nguyệt
Xảy ra hai quá trình phản ứng , cả hai phản ứng đều cần enzim aminoaxyl-tARN
xúc tác. Mỗi aminoacid cần một loại enzym tương ứng, như vậy 21 aminoaxit cần 21
enzim khác nhau. Nhờ tác dụng của enzym, aminoacid kết hợp với ATP tạo ra
aminoaxyl-AMP-enzim có khả năng phản ứng cao:

Aminoacid + ATP [Aminoaxyl-AMP-enzym] + PP
Sau đó, aminoaxyl-AMP-enzym tương tác với tARN, tạo ra aminoaxyl-Tarn:
[Aminoaxyl-AMP-enzim] + tARN Aminoaxyl-Tarn + AMP + enzym
2. Giai đoạn khởi đầu tổng hợp polypeptide
Nhờ mARN (tức ARN khuôn) bắt đầu xảy ra phản ứng tổng hợp “phức hợp” đầu
tiên của polypeptide từ aminoacid đã được hoạt hoá.
3. Giai đoạn kéo dài chuỗi polipeptit
Nhờ ARN khuôn mẫu, GTP và các yếu tố khác, phân tử aminoaxit thứ hai( đã
được hoạt hoá) tiếp tục gắn vào “phức hợp” đầu tiên(ở giai đoạn hai). Quá trình này
được lặp lại với các phân tử aminoacid tiếp theo.
4. Giai đoạn kết thúc tổng hợp protein
Sau khi giai đoạn phát triển mạch kết thúc, chuỗi polipeptide vừa được tao thành
và cả tARN đều tách rời khỏi riboxom.
Quá trình sinh tổng hợp protein trong có thể xảy ra qua 4 giai đoạn, nhưng với tốc
độ rất nhanh. Thí dụ để tổng hợp một phân tử protein chứa khoảng 300 gốc
aminoaxit chỉ mất khoảng 30 giây.
Phần hai
:

BIẾN ĐỔI CỦA PROTEIN TRONG QUÁ TRÌNH
CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN
A- PHẢN ỨNG THUỶ PHÂN
Protein polypeptide peptids peptone acid amin
I. Bằng tác nhân hoá học
1.Thuỷ phân bằng acid:
* Thuỷ phân hạn chế các liên kết peptide
3
Biến đổi protein trong CB và BQ thực phẩm ThS Tơn Nữ Minh Nguyệt
- Sẽ làm biến đổi mạch bên của protein như khử nhóm acid của asparagin và
glutamin, khử phospho của phosphsery và phá huỷ các gốc tryptophan.

- Một số protein thực vật sau khi thuỷ phân sẽ tạo thành các sắc tố và các dẫn
xuất có mùi thơm của thòt. Một số dòch thuỷ phân của các protein nảy được trung
hoà bằng xut, lọc và được sử dụng làm tác nhân tạo hương.
- Khi đun nóng protein thực vật trong HCl có nồng độ 1-3M, ở
C
0
100
trong thời
gian 10 – 15 h để tăng lượng nitơ phi protein lên ba lần, có thể tăng độ hoà tan lên
rất nhiều và do đó làm tăng tính chất bề mặt của gluten lên.
* Thuỷ phân hoàn toàn các liên kết peptide
- Dưới tác dụng của acid và ở nhiệt độ cao ( HCl 6N ,
CC
00
107100
−
, 20 – 72 giờ)
protein bò thuỷ phân, không xảy ra hiện tượng racemic hoá.
2. Thuỷ phân bằng kiềm:
* Thuỷ phân hạn chế ( đun nóng protein trong NaOH có pH = 11- 12,5 ,
CC
00
9570
−
, từ 20 phút đến vài giờ)
- Tạo ra những peptide lưỡng cực có các mạch bên kỵ nước và có một nhóm
carboxyl có cực ở tận cùng.
- Dùng để hoà tan và trích ly các protein ít hoà tan cùa thực vật, của vi sinh vật
và của cá.
* Thuỷ phân hoàn toàn

- Dưới tác dụng của kiềm (NaOH 4 -8N .
2
)(OHBa
14% , đun sôi trong 18- 29
giờ) protein bò thuỷ phân , acid amin bò racemic hoá, các oxy acid bò deamin hoá,
một phần cystein và cystin bò phá hỏng, arginin phân huỷ thành ornithin và ure. Vậy
tác dụng của kiềm sẽ làm mất giá trò dinh dưỡng của acic amin khi chuyển từ dạng
L sang D.
II. Bằng enzym
Sử dụng các protease như bromelin, papain, neutrase, tripsine, pepsine…
1. Thuỷ phân hạn chế
*Trong chế biến
- Thủy phân hạn chế và đặc hiệu thường có tác dụng làm đông tụ protein.
Ví dụ: dùng chimozin để kết tủa các casein của sữa : chimozin chỉ cắt một liên
kết peptide giữa gốc
105
Phe
và gốc
106
Met
để giải phóng ra một đoạn glucopeptide
háo nước và chính nhờ vậy mới xảy ra sự động tụ tiếp theo của phân tử paracaseinat
K kỵ nước.
- Thuỷ phân hạn chế để hoà tan protein vì sau khi bò thuỷ phân hạn chế độ hoà
tan của protein tăng lên do đã tạo ra được những đơn vò polypeptide bé hơn, háo
nước hơn và dễ sonvat hoá hơn.
4
Biến đổi protein trong CB và BQ thực phẩm ThS Tơn Nữ Minh Nguyệt
+ Thuỷ phân một phần có tác dụng làm cho quá trình trích ly và tinh chế protein
vốn ban đầu kém hoà tan được dễ dàng.

Ví dụ: isolat protein đậu nành khi bò thuỷ phân ở mức độ 3% hay 8% (pH= 3 hoặc
5,5) thì độ hoà tan sẽ có giá trò tương ứng là 10% hoặc 50-80%.
+ Thuỷ phân từng phần làm cho protein có độ hoà tan tốt hơn ở tất cả giá trò pH
vì lúc này protein không tự tạo ra được các tập hợp lớn nay cả ở pH đẳng điện. Được
ứng dụng để làm giàu lượng protein cho các đồ uống có vò chua ( acid hoá) và có xử
lý nhiệt.
- Thuỷ phân từng phần cũng được dùng để cải tiến các tính chất nhũ hoá và tạo
bọt của các protein bò biến tính nhiệt. Do tăng độ hoà tan làm cho sự khuếch tán của
protein đến bề mặt liên pha không khí/ nước và dầu/ nước được dễ dàng. Tuy nhiên
khi mức độ thuỷ phân vượt quá 3 - 5% thì độ nhớt và chiều dày của của màng mỏng
protein được hấp thụ là không đủ để làm bền các nhũ tương và các bọt.
* Trong bảo quản
- Sự thủy phân thường giải phóng ra các peptide có dính các gốc leuxin hoặc
phenylalanin có vò đắng nên làm giảm tính cảm quan của sản phẩm.
2.Thuỷ phân hoàn toàn : thuỷ phân hoàn toàn protein thành các acid amin . Tạo
ra các sản như nước mắm , tạo ra nguồn acid amin không thay thế để bổ sung vào
các loại thực phẩm có nguồn protein kém hoặc không hoàn hảo.
B- PHẢN ỨNG OXY HOÁ KHỬ
Khi bảo quản các thực phẩm giàu protein thường xảy ra hiện tượng ôi thối làm
mất giá trò dinh dưỡng của thực phẩm. Nguyên nhân là do tác dụng của các enzym
có trong thực phẩm và vi sinh vật xâm nhập từ môi trường ngoài
I.Phản ứng khử amin:
R - CH - COOH + H
2
R - CH
2
- COOH + NH
3
NH
2

enzim của vi sinh
vật hiếu khí
II.Phản ứng khử nhóm Cacboxyl:
R - CH - COOH
NH
2
R - CH
2
- NH
2
+
CO
2
5
Biến đổi protein trong CB và BQ thực phẩm ThS Tơn Nữ Minh Nguyệt
Phản ứng này tạo thành các amin khác nhau. Từ lysin tạo thành cacdaverin, từ
hystidin tạo thành hystamin , là những chất độc.
III.Phản ứng khử amin khử cacboxyl
R - CH - COOH
NH
2
+ O
2
R - CO - COOH + NH
3
R - CO - COOH + NH
3
R - CH = O
+ CO
2

decacboxlaza
R
CH COOH
OH
R CH
2
OH + CO
2
CO
2
NH
2
CH COOH + H
2
O
R
OH + NH
3
R CH
OH
IV. Phản ứng tạo thành mercaptan
Thường xảy ra đối với các acid amin chứa lưu huỳnh như cystein, cystine,
methionin.
CH
2
SH
CH NH
2
COOH
+ 2H

CH
2
SH
CH
3
+ CO
2
+ NH
3
etylmercaptide
V.Phản ứng tạo scatol, indol, cresol, phenol
Trong quá trình hoạt động sống các vi sinh vật gây thối rữa thường gặp trong
đường ruột và trong quá trình cất giữ protein các acid amin vòng chuyển hoá thành
các sản phẩm độc như :scartol, indol, cresol, phenol
- Phản ứng tạo thành cresol, phenol:
6
Biến đổi protein trong CB và BQ thực phẩm ThS Tơn Nữ Minh Nguyệt
OH
CH
2
CH COOH
NH
2
OH
CH
3
OH
phenol
cresol
tyrosin

- Phản ứng tạo scatol, indol
H
N
CH
2
- CH - COOH
NH
2
OH
2
+
H
N
CH
2
- CH - COOH
OH
+
NH
3
Triptophan Axit indoloxypsopinic
+
H
N
CH
2
- CH - COOH
OH
O
2

H
N
CH
2
- COOH
+ H
2
O + CO
2
Axit indolaxetic
H
N
CH
2
- COOH
+ CO
2
H
N
CH
3
Scatol
H
N
CH
3
+
O
2
H

N
+ H
2
O + CO
2
Indol
VI.Phản ứng tạo di-trimethylamin từ các lipoprotein
Phần lipid sau khi tách từ lipoprotein sẽ bò chuyển hoá thành các di-trimethylamin
7
Biến đổi protein trong CB và BQ thực phẩm ThS Tơn Nữ Minh Nguyệt
Ví dụ:
CH
3
- N - CH
2
- CH
2
- OH
CH
3
CH
3
OH
N
CH
3
CH
3
CH
3

[O]
O = N
CH
3
CH
3
CH
3
colin
trimethylamin
oxytrimethylamin
VII. Phản ứng tạo thành phosphin
Xảy ra với phosphoprotein và nuleoprotein. Nguồn tạo thành phosphin là các acid
phosphoric có trong protein được giải phóng khi bò phân huỷ :

H
3
PO
4
3O
2
PH
3
Phosphin là khí không màu, mùi thối, rất độc.

Ngoài những phản ứng trên thì lipid khi bò oxy hoá sẽ tạo các gốc tự do có khả
năng kết hợp với phân tử protein ở các nhóm chức ở mạch nhánh và gây ra những
biến đổi không mong muốn trong cấu trúc protein làm giảm giá trò dinh dưỡng của
thực phẩm.
C – SỰ BIẾN TÍNH PROTEIN

I.Các biện pháp vật lý:
1. Gia công cơ học:
- Nghiền khô bột protein hay protein cô đặc nhằm tạo bề mặt lớn, tăng khả năng
hoà tan, hấp thụ nước, hấp thụ chất béo, tạo bọt.
- Đồng hóa các huyền phù hay dung dòch protein (của sữa): do lực cắt mạnh làm
nát vụn các tập hợp protein (micelle) thành các dưới đơn vò nên tăng khả năng nhũ
hóa.
- Tạo bọt: lực cắt làm biến tính bề mặt và tập hợp protein.
- Tạo bột nhão, tạo sợi, nấu đùn: lực cắt làm các phân tử protein sắp xếp lại, trao
đổi các cầu disulfur, tân tạo mạng lưới protein. Động tác kéo vuốt, nhào trộn nhiều
lần làm cho mạng protein, nhất là xoắn α bò phá hủy.
2. Xử lý nhiệt:
Là công đoạn phổ biến và quan trong cho các sản phẩm thực phẩm. Tuỳ mức độ
gia nhiệt mà chất lượng thực phẩm tốt hơn hay kém đi.
a. Gia nhiệt ở nhiệt độ cao :
8
Biến đổi protein trong CB và BQ thực phẩm ThS Tơn Nữ Minh Nguyệt
* Gia nhiệt vừa phải: protein chỉ bò biến tính.
- Các độc tố có bản chất protein thực phẩm (enterodoxin của Staphylococus
aureces) hay các chất kìm hãm enzym tiêu hóa (antitrypsin Kunitz và Bowman trong
hạt đậu tương) trong nguyên liệu sẽ mất độc tính.
- Chần hoặc nấu (khi đóng hộp rau quả) làm vô hoạt các enzin (protein,
polyphenoloxidase, lypoxydase) vốn tạo ra màu sắc, mùi vò xấu và giảm hàm lượng
protein của thực phẩm.
- Các protein như glyxinin đậu tương, ovalbumin, colagen cũng dễ tiêu hóa hơn
do mạch peptide duỗi ra, để lộ các gốc acid amin tạo điều kiện tác dụng thuận lợi
cho protease.
* Gia nhiệt trên 100
0
C: xảy ra phản ứng khí amin. Tuy không ảnh hưởng

đến giá trò dinh dưỡng nhưng sự xuất hiện lại các nhóm carboxyl làm thay đổi pI và
các tính chất của protein.
* Gia nhiệt kiểu thanh trùng ở nhiệt độ trên 110 – 115
0
C: một phần các gốc
cystein trong thòt, cá, sữa bò phá huỷ tạo thành H
2
S, acid cysteic, dimethylsulfur và
các hợp chất bay hơi khác làm cho sản phẩm có mùi đặc trưng.
* Gia nhiệt khan trên 200
0
C (khi rán thòt, cá): Tryptophan bò vòng hóa tạo
ra
γβα
,,
- carbolin:
N
H
R
NH
2
N
R
N
H
NH
2
CH
3
R

N
H
α- carbolin β- carbolin γ- carbolin
( R = H hay
3
CH
) ( R = H hay
3
CH
) ( R = H hay
3
CH
)

* Gia nhiệt ở nhiệt độ cao trên 200
0
C ở pH trung tính hay kiềm:
- Thủy phân liên kết peptide và đồng phân hóa các gốc acid amin tạo hỗn hợp
racemic. Đồng phân D làm giảm giá trò dinh dưỡng 50%, giảm độ tiêu hóa của
protein (các liên kết peptide chứa D – acid amin khó bò thuỷ phân hơn), có thể gây
độc tỷ lệ với lượng được hấp thu qua màng chắn ruột.
9