Bài giảng về hóa sinh hoàng lan phượng

HOÀNG LAN PHƯỢNG

12/2007

BÀI MỞ ĐẦU
A. Khái niệm về môn học
1. Mục đích
Hóa sinh là môn học nghiên cứu về cấu tạo và tính chất, chức năng sinh
học của các chất trong cơ thể sinh vật và sự chuyển hoá của các chất trong
quá trình hoạt động sống (trong quá trình bảo quản chế biến).
Môn học cung cấp những kiến thức cơ bản về sự chuyển hóa các chất
trong cơ thể sinh vật và ứng dụng của chúng trong quá trình bảo quản chế
biến. Giúp sinh viên có thể áp dụng những kiến thức đã học vào thực tiễn
sản xuất.
2. Đối tượng môn học là những cơ thể động vật, thực vật, vi sinh vật nguyên
liệu của quá trình bảo quản chế biến.
3. Nội dung môn học
Môn học gồm có 7 chương:
Chương 1: Protein
Chương 2: Enzyme
Chương 3: Glucid
Chương 4: Lipid
Chương 5: Vitamin
Chương 6: Các sắc tố và chất thơm
Chương 7: Hoá sinh sự chin của quả
Chương 8: Hoá sinh ngũ cốc
4. Vai trò của môn học
Ứng dụng của ngành hóa sinh rất đa dạng.
Trong Công nghệ vi sinh cụ thể là công nghệ lên men có thể sử dụng vi
sinh vật lên men để sản xuất thực phẩm truyền thống.
Ngành này còn được ứng dụng trong công nghiệp enzyme và công

nghiệp protein. Trong công nghệ tế bào sử dụng để tạo ra các giống cây, con
cho năng suất cao.
1


HOÀNG LAN PHƯỢNG

12/2007

B. Vị trí của môn học
- Hoá sinh là môn học cơ sở. Nó cung cấp các kiến thức để học các môn
học cơ sở khác và các môn chuyên ngành trong lĩnh vực bảo quản chế biến.
- Môn học bắt buộc trước khi học môn học này là hoá học thực phẩm,
sinh lý nông sản.
C. Yêu cầu đối với sinh viên
- Lý thuyết: 30 tiết
- Thực hành: 15 tiết (trong đó kiến tập 5 tiết)
- Seminar: 1 bài
- Hình thức thi: trắc nghiệm 1 bài, kiểm tra miệng 2 bài.
- Cách thức cho điểm theo quy chế 25 và 45.
D. Tài liệu tham khảo:
Tài liệu Tiếng Việt
1. Nguyễn Trọng Cẩn và các cộng sự (1999), Công nghệ enzyme. NXB
Nông Nghiệp, Thành phố Hồ Chí Minh.
2. Quách Đĩnh, Nguyễn Văn Tiếp, Nguyễn Văn Thoa (2000), Công nghệ
sau thu hoạch và chế biến rau quả. NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
3. Ngô Xuân Mạnh, Vũ Kim Bảng, Nguyễn Đặng Hùng, Vũ Thy Thư
(2006), Hóa sinh thực vật. NXB Nông Nghiệp, Hà Nội.
4. Nguyên Văn Mùi (2001), Thực hành hóa sinh học. NXB Khoa học và kỹ
thuật, Hà Nội.

5. Lê Ngọc Tú và các cộng sự (2000), Hóa sinh công nghiệp. NXB Khoa
học và kỹ thuật, Hà Nội.
6. Phạm Văn Ty, Nguyễn Thành (2007), Công nghệ sinh học tập 5, Công
nghệ vi sinh và môi trường. NXB Giáo dục, Hà Nội.
Tài liệu nước ngoài
7. H. D. Belitz- W. Grosh (1999), Food chemistry, Springer, Germany.
8. Kay Yockey Mehas, Sharon Lesley Rodgers (2000), Food Science, The
biochemistry of food and nutrition, the third edition, Glencoe McGrawHill publish, United States of America.
9. Lehninger (1975), Biochemistry, Worth Publish, United States of
America
2


HOÀNG LAN PHƯỢNG

12/2007

CHƯƠNG 1: PROTEIN
1.1. Cấu tạo của phân tử Protein
1.1.1. Amino acid
a. Khái niệm: Amino acid là dẫn xuất của acid hữu cơ, trong phân tử đồng
thời chứa nhóm carboxyl và nhóm amin.
b. Cấu tạo
- Công thức tổng quát:
R

CH2

COOH

NH2

- R là gốc amino acid, là nhóm nguyên tử hay là một gốc phân tử được
liên kết trực tiếp vào carbon α, có bản chất rất khác nhau và nó quyết định
tính đa dạng của amino acid.
- Trong cơ thể sinh vật, trong các protein, amino acid chỉ tồn tại ở dạng α.
- Có khoảng 2000 amino acid tự nhiên nhưng trong protein chỉ có 20 loại.
c. Phân loại và danh pháp
- Dựa vào bản chất hoá học của gốc R có thể chia amino acid
thành 6 nhóm:
+ Nhóm 1: các amino acid đơn giản.
Gồm có: glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine

Glycine

Alanine

3

Valine


HOÀNG LAN PHƯỢNG

12/2007

Leucine

Isoleucine

+ Nhóm 2: các amino acid mạch thẳng có chứa nhóm OH
Gồm có: Serine, Threonine.

Serine

Threonine

+ Nhóm 3: các amino acid chứa lưu huỳnh
Gồm có: Cysteine, Cystin, Methionine.

Cysteine

Methionine

+ Nhóm 4: các amino acid có tính acid
Gồm có: aspartic acid, glutamic acid

Aspartic acid

Glutamic acid

+ Nhóm 5: các amino acid có tính kiềm
Gồm có: Lysine, Arginine, Histidine.
4


HOÀNG LAN PHƯỢNG

Lysine

12/2007

Arginine

Histidine

+ Nhóm 6: các amino acid có mạch vòng
Gồm có: Phenylalanine, Tyrosine, Tryptophan, Proline.

Phenyalanine

Tyrosine

Trytophan

Proline

- Ngoài ra có thể phân amino acid thành amino acid có tính phân cực và
không phân cực.
+ Amino acid có tính phân cực chứa gốc R có các nhóm phân
cực, nó có khả năng kết hợp với hidro trong nước tạo thành liên kết hidro.
+ Amino acid có tính không phân cực: trong gốc R có chứa gốc
không phân cực như alanine.
5


HOÀNG LAN PHƯỢNG

12/2007

- Dựa vào sự có mặt của nhóm carboxyl, amin trong gốc R người ta
chia amino acid thành 3 nhóm: amino acid có tính kiềm, amino acid có tính
acid, amino acid trung tính. Tính kiềm hay tính acid quyết định đến tính chất
lưỡng tính của các protein.
- Dựa vào tính chất dinh dưỡng hay nhu cầu của người động vật, người
ta phân thành amino acid không thay thế - đó là amino acid mà cơ thế người,
động vật không tổng hợp được phải thu nhận trực tiếp từ thức ăn. Khi thiếu
các amino acid này trong thức ăn sẽ dẫn đến mắc các bệnh dinh dưỡng.
+ Tám amino acid không thay thế đối với người là: Valine,
Leucine,

Isoleucine,

Treonine,

Tryptophan,

Methionine,

Lysine,

Phenylalanine.
+ Mười amino acid không thay thế đối với gia cầm và động vật
non: Valine, Leucine, Isoleucine, Treonine, Tryptophan, Methionine, Lysine,
Phenylalanine, Arginine và Histidine.
d. Tính chất
- Xét về lí tính: amino acid thường ở dạng bột mầu trắng, có khả năng
tan hoặc ít tan, độ tan phụ thuộc bản chất loại amino acid đó.
- Tính đồng phân quang học của amino acid:
+ Trong amino acid có nguyên tử carbon bất đối, có cấu trúc bất

đối, dẫn đến amino acid có tính hoạt quang (làm lệch ánh sáng phân cực đi
một phía) và các chất này tồn tại ở dạng đồng phân quang học.
+ Các đồng phân quang học xếp thành 2 dãy D, L; chúng tạo
thành từng cặp gọi là đồng phân gương của nhau.
+ Chất tiêu chuẩn là Isoleucine. Muốn biết một amino acid nào
thuộc dãy D hay dãy L chỉ cần so sánh công thức của nó vơi Isoleucine.
+ Trong các phân tử protein các amino acid chỉ tồn tại ở dạng L.
- Tính chất lưỡng tính

6


HOÀNG LAN PHƯỢNG

12/2007

Do trong phân tủ amino acid có 2 nhóm chức carboxyl và amin nên chúng có
tính chất lưỡng tính. Trong môi trường nước, amino acid có thể phân ly thành acid
hoặc base.
Sự phân ly theo kiểu acid hay base là phụ thuộc vào pH của môi trường
(1) Trong môi trường acid, amino acid phân ly theo kiểu base nên amino acid
tích điện dương.
(2) Trong môi trường kiềm, amino acid phân ly theo kiểu acid nên amino
acid tích điện âm.
(3) Trong môi trường trung tính, sự phân ly theo kiểu base hay acid là bằng
nhau nên amino acid là ion lưỡng cực.
+ Giá trị pH môi trường trung tính gọi là điểm đẳng điện. Điểm
đẳng điện của amino acid là giá trị pH môi trường mà tại đó amino acid
không tích điện. Mỗi amino acid có 1 giá trị điểm đẳng điện riêng. Nó phụ
thuộc và sự có mặt của nhóm chức -COOH, -NH2 trong phân tử.

- Ý nghĩa:
+ Dựa vào tính chất lưỡng tính và điểm đẳng điện người ta có thể
tách amino acid ra khỏi nhau. Phương pháp này gọi là phương pháp điện di
+ Trong chế biến, tuỳ thuộc vào pH của môi trường amino acid
sẽ tích điện khác nhau nên ảnh hưởng đến tính hoà tan, độ tích điện của amino
acid và chất lượng thực phẩm.
+ Trong sinh học, các tế bào nhờ có tính lưỡng tính mà amino
acid đóng vai trò chất đệm, có tác dụng chống sự thay đổi pH do các yếu tố,
nó ổn định tính pH của dịch bào.
1.1.2 Quan điểm hiện đại về cấu trúc của Protein
a. Cấu trúc bậc 1
- Định nghĩa: cấu trúc bậc 1 của phân tử Protein là trình tự xắp xếp của
các amino acid trên chuỗi polypeptit.
- Liên kết:
Cấu trúc bậc 1 được quyết định bởi liên kết peptid. Liên kết peptid là
liên kết cộng hoá trị tương đối bền vững và chỉ bị phá huỷ bởi các tác nhân

7


HOÀNG LAN PHƯỢNG

12/2007

acid, kiềm khi thuỷ phân hay enzyme thuỷ phân như proteaza. Cấu trúc bậc 1
tương đối bền vững và nó chỉ bị mất đi khi ở điều kiện xử lý khắc nghiệt.
- Ý nghĩa: Trong cơ thể sinh vật cấu trúc bậc 1 quyết định chức năng
sinh học của nó
b. Cấu trúc bậc 2:
- Định nghĩa: cấu trúc bậc 2 là sự xoắn lại của chuỗi polypeptid. Có 2

dạng xoắn, xoắn α và xoắn β.
- Liên kết:
Liên kết tạo nên cấu trúc bậc 2 của protein là liên kết hidro. Liên kết
hyđro được tạo ra giữa nhóm C=O, cụ thể là oxy với H của nhóm N-H của 2
liên kết pepetid khác nhau trên cùng một chuỗi polypeptid tạo ra dạng xoắn α.
Mỗi vòng xoắn có 3,6 amino acid, khoảng cách 2 vòng xoắn là 5,4 A o,đưòng
kĩnh mỗi vòng xoắn là 10,1 Ao.
Nếu liên kết hyđro được tạo thành từ 2 liên kết peptid nằm trên 2 chuỗi
polypeptid khác nhau thì hình thành xoắn β. Liên kết hyđro là liên kết rất yếu
tuy nhiên với số lượng lớn nên nó làm cho chuỗi polypeptid bị xoắn lại.
- Ý nghĩa: liên kết cấu trúc bậc 2 của protein có tác dụng duy trì tính ổn
định của nó trong tế bào. Cấu trúc này không bền vì liên kết hydro không bền
nó dễ dàng bị phá huỷ dưới tác dụng của các yếu tố khác nhau.
c. Cấu trúc bậc 3
- Định nghĩa: cấu trúc bậc 3 là sự sắp xếp của chuỗi polypepetid trong
không gian.
- Liên kết:
Liên kết duy trì cấu trúc bậc 3 của protein là các liên kết phụ như liên
kết ion, liên kết disunfua. Các liên kết này không bền và dễ bị thay đổi dưới
tác động của các yếu tố môi trường nên cấu trúc này không bền.
- Ý nghĩa:
Cấu trúc này làm cho chuỗi polypeptid có hình dạng và kích thước nhất
định. Do sự cuộn lại của chuỗi này mà dẫn đến sự sắp xếp một cách ngẫu
nhiên sao cho các nhóm chức ưa nước trong gốc R của amino acid quay ra bề
8


HOÀNG LAN PHƯỢNG

12/2007

mặt của chuỗi và tạo thành vùng ưa nước, các nhóm ghét nước quay vào bên
trong lòng phân tử và tạo thành vùng ghét nước. Sự sắp xếp ngẫu nhiên này
giúp phân tử protein ổn định trong tế bào. Do sự hình thành cấu trúc bậc 3 nên
protein có chức năng xúc tác (Protein enzyme) dẫn đến sự hình thành trung
tâm hoạt động. Khi thay đổi cấu trúc bậc 3 làm giảm khả năng xúc tác của
protein.
d. Cấu trúc bậc 4
- Định nghĩa: là sự kết hợp các chuỗi polypeptid vốn tạo thành protein.
Với các phân tử protein được tạo thành từ nhiều chuỗi polypepetid thì các
chuỗi này có thể tồn tại độc lập với nhau, tuy nhiên ở dạng này nó không có
chức năng sinh học, chỉ khi các chuỗi này liên kết với nhau tạo thành liên kết
bậc 4 thì nó mới thể hiện chức năng sinh học
- Liên kết: chủ yếu là liên kết hyđro
- Ý nghĩa: chức năng sinh học.

Hình các dạng cấu trúc của phân tử protein
Nguồn(www.research-innovation.ed)
1.2 Tính chất của protein
1.2.1 Hình dạng và phân tử lượng của protein
- Protein có khối lượng phân tử rất lớn từ 10- 100 nghìn Da
9


HOÀNG LAN PHƯỢNG

12/2007

(1 Da = 1,66.10-24gam), gồm có 2 dạng.
+ Protein hình cầu: chiều dài/ rộng = 20 lần. Phần lớn

protein hình cầu hoà tan trong nước hoặc dung dịch muối loãng, có hoạt
tính sinh học.
+ Protein hình sợi: chiều dài/ chiều rộng = hàng triệu lần và nó
không tan trong nước, trơ về mặt hoá học và chủ yếu có chức năng cơ học.
1.2.2 Khả năng hyđrat hoá và tính tan của protein
- Đa số protein có khả năng hòa tan trong nước tạo thành dung dịch
keo nhưng nó không qua được màng bán thấm (celophan). Người ta có thể
lợi dụng đặc điểm này để tinh sạch protein ra khỏi những chất có khối
lượng phân tử thấp hơn.
- Protein có chứa các liên kết peptid và các nhóm có cực nên có khả
năng kết hợp với các phân tử nước (có tính lưỡng tính) để tạo thành lớp vỏ
nước có tính hoà tan cao. Tuy nhiên, có một số protein có khả năng hidrate
cao nhưng tính hoà tan thấp do tính hoà tan còn phụ thuộc vào các yếu tố sau:
+ Vị trí nhóm háo nước và nhóm kị nước, nếu nhóm kị nước nằm
bên trong thì tăng tính hoà tan.
+ Khả năng kết hợp với nước của các nhóm chức có cực.
+ Khả năng hoà tan của protein còn phụ thuộc vào nồng độ muối
trung tính. Nếu nồng độ muối thấp thì khả năng hoà tan tăng và ngược lại nếu
nồng độ muối cao thì khả năng hoà tan giảm.
+ Khả năng hoà tan cũng phụ thuộc vào bản chất của dung môi
hữu cơ, khi cho dung môi vào làm tăng lực hút tĩnh điện giữa các phân tử
protein với nhau, các phân tử liên hợp lại tạo thành kết tủa bởi các dung môi
như etanol có tính hút nước mạnh mẽ nên phá vỡ lớp vỏ hydrate.
+ Khả năng hoà tan còn phụ thuộc vào nhiệt độ, pH. Khi nhiệt độ
cao, protein bị biến tính, bị kết tủa tạo vón, khi ở điểm pH đẳng điện thì tính
hoà tan của protein cũng là thấp nhất, và cuối cùng protein bị đông tụ.

10

HOÀNG LAN PHƯỢNG

12/2007

1.2.3. Phản ứng đặc trưng của mọi protein - phản ứng biure
Phản ứng này để xác định định tính, định lượng của protein, nó được
ứng dụng trong nghiên cứu protein.
Phản ứng biure = protein + CuSO4 + NaOH tạo ra phức màu tím xanh.
Phản ứng này đặc trưng cho các liên kết peptid có trong phân tử protein.
Cường độ màu tỉ lệ với hàm lượng protein.
NH2

CO

CO

- NH 3
H 2N

2 CO

NH

NH2

NH2

Ure

Biure

Trong môi trường kiềm mạnh, liên kết peptid của phân tử protein phản
ứng với CuSO4 tạo thành phức chất mầu tím hoặc tím đỏ. Phức chất này có
cực đại hấp phụ ở bước sóng 540 nm.
Độ nhạy phản ứng tăng lên nhiều lần khi có thuốc thử Folin-Ciocalteau.
Hiện nay, độ nhạy phản ứng này đã làm tăng lên nhiều lần gọi là phản
microbiure.
1.2.4. Sự biến tính của protein
a. Định nghĩa: Sự biến tính protein là sự thay đổi cấu hình nguyên thể của
protein, khi bị biến tính protein mất cấu trúc bậc 4, 3, 2 (tuỳ mức độ của yếu
tố gây biến tính) nhưng cấu trúc bậc 1 không thay đổi.
b. Khi bị biến tính protein thay đổi tính chất lý, hoá học và chức năng sinh
học, cụ thể:
- Độ nhớt tăng
- Tính linh động kém
- Khả năng hoà tan kém
- Dễ bị kết tủa
c. Các yếu tố gây biến tính
- Các yếu tố vật lý: tác nhân cơ học, nhiệt, tia phóng xạ....

11


HOÀNG LAN PHƯỢNG

12/2007

+ Nhiệt độ là tác nhân làm biến tính protein thường gặp nhất. Dưới tác
dụng của nhiệt độ phân tử protein bị giãn mạch. Vận tốc biến tính phụ thuộc
mạnh vào nhiệt độ. Sự biến tính protein do nhiệt độ phụ thuộc vào bản chất và

nồng dộ protein, hoạt độ nước, pH, lực ion, bản chất các ion có mặt. Nhiệt độ
thấp cũng có thể làm biến tính protein. Ví dụ: protein của trứng sữa bị kết tủa ở
nhiệt độ lạnh đông.
+ Xử lý cơ học tạo ra lực cắt làm biến tính protein.
+ Các bức xạ tia cực tím thường bị hấp thụ bởi các acid amin thơm có
trong thành phần protein làm biến tính protein.
+ Các yếu tố hoá học: acid, base, muối, nguyên tử kim loại nặng.
Protein bị biến tính khi ở pH quá cao hoặc quá thấp vì ở pH này tạo ra lực đẩy
tĩnh điện giữa các nhóm bị ion hóa làm giãn mạch các phânt tử protein.
Dung môi hữu cơ làm biến đổi hằng số điện môi của môi trường do đó làm
biến đổi lực tĩnh điện làm biến tính protein.
Tóm lại, các tác nhân gây biến tính protein được sử dụng để loại bỏ
protein ra khỏi dung dịch, làm ngừng phản ứng enzyme.
- Các dạng biến tính gồm có 2 dạng:
+ Biến tính thuận nghịch là hiện tượng biến tính mà khi loại bỏ
các tác nhân gây biến tính phân tử protein trở về trạng thái ban đầu. Thường
áp dụng với các tác nhân hoá học
+ Biến tính không thuận nghịch là hiện tượng biến tính mà sau
khi loại bỏ các tác nhân gây biến tính phân tử protein không có khả năng trở
về trạng thái ban đầu.
- Ý nghĩa:
+ Trong nghiên cứu để nghiên cứu protein thì phải duy trì trạng
thái cấu trúc nguyên thể của nó. Vì vậy, phải tránh các yếu tố gây biến tính.
+ Trong chế biến, sử dụng nhiều yếu tố gây biến tính protein để
tăng giá trị dinh dưỡng của thực phẩm, gây kết tủa, tăng khả năng hoà tan,
làm trong sản phẩm.
1.3. Phân loại protein
1.3.1. Protein đơn giản:
12

HOÀNG LAN PHƯỢNG

12/2007

a. Dựa vào tính hoà tan trong dung môi khác nhau người ta phân ra thành
các phân nhóm phụ
- Abumin: là những protein có khối lượng phân tử nhỏ, tan trong nước,
có chức năng dự trữ trong củ quả và các mô của thực phẩm, và là chất xúc tác.
Ví dụ: abumin của lòng trắng trứng.
- Globulin: là những protein có phân tử lượng lớn từ 1-3 triệu Da,
không hoà tan trong nước, tan trong dung dịch muối trung tính NaCl, KCl 1-2
%, có chức năng dự trữ (protein trong hạt đậu), hay là chất kháng thể (imino
globulin).
- Prolamin: là những protein có phân tử lượng 26000- 40000 Da, không
tan trong nước, dung dịch muối, tan trong rượu etylic 70%, có chức năng dự
trữ (protein trong ngô, sắn, đại mạch).
- Glutelin: là những protein có phân tử lượng từ 50000- vài triệu Da,
không tan trong nước, dung dịch muối, rượu etylic mà tan trong kiềm 1-2%,
đây là loại protein phức tạp, khối lượng phân tử lớn, có chức năng dự trữ
(protein trong củ sắn, gạo).
Đây là 4 nhóm protein dự trữ chủ yếu ở trong các sản phẩm thực vật - động
vật. Tỉ lệ giữa các nhóm này có thể thay đổi theo tuỳ loại.
- Ngoài 4 loại trên còn có Histon và Protamin là những protein có phân
tử lượng nhỏ 8000- 10000 Da, có tính kiềm, lần đầu tiên được chiết rút từ tinh
dịch cá hồi.
- Ứng dụng:
Mỗi loại protein có một chức năng riêng, tỷ lệ các nhóm protein cũng
khác nhau ở các loại thực vật khác nhau vì thế khi chế biến thực phẩm phải có
sự phối trộn các nguồn thực phẩm khác nhau. Chúng sẽ bổ sung cho nhau về

mặt dinh dưỡng.
Trong chọn giống, các nhà chọn giống không chỉ có xu hướng chọn
giống có hàm lượng protein cao mà phải còn có thành phần amino acid không

13


HOÀNG LAN PHƯỢNG

12/2007

thay thế. Hiện nay, các nhà khoa học đã tạo ra giống ngô giàu lysin tới 4%,
tạo ngô gen opax ức chế prolamin giảm xuống còn 20-30%.
1.3.2. Protein phức tạp
Protein phức tạp là những protein trong đó phân tử protein đơn giản
liên kết với một chất khác (không có bản chất protein). Dựa vào chất phi
protein này chia protein phức tạp thành các chất khác nhau
- Proteinphosphate: protein đơn giản liên kết với H3PO4
- Metalloprotein: protein đơn giản liên kết với kim loại Fe, Cu, Mn.
Các kim loại được gắn trực tiếp với protein. Những protein này có chức năng
xúc tác.
- Cromoprotein: protein đơn giản liên kết với chất có mầu thường ở
dạng phức chất có chứa kim loại, màu của phức chất phụ thuộc vào ion kim
loại nhưng ion kim loại không gắn trực tiếp vào protein.
Ví du: hemoglobin.
- Glucoprotein: protein đơn giản liên kết với đường của glucid nào đó
như đường maltose, sucrose...
Ví dụ: Imino glubulin.
- Lipoprotein: protein liên kết với gốc lipid (phospholipid), nó có chức
năng là cấu trúc của màng sinh học, có tính chọn lọc.

- Nucleoprotein: protein Histon liên kết với nucleic acid, có chức năng
cấu trúc nhiễm sắc thể.
1.4. Khả năng chuyển hoá của protein trong bảo quản và chế biến
thực phẩm
1.4.1. Sự biến đổi của protein do điều kiện nhiệt độ
Trong sản xuất thực phẩm, gia nhiệt là một công đoạn phổ biến. Gia
nhiệt ảnh hưỏng đến chất lượng thực phẩm. Tuỳ vào mức độ gia nhiệt mà chất
lượng thực phẩm có thể tăng lên hay giảm đi.
- Khi gia nhiệt vừa phải thì protein chỉ bị biến tính, các độc tố có bản
chất protein như enterdoxin của Staphylococcus aureces hoặc những chất kìm
hãm enzyme tiêu hoá có trong đậu tương sẽ mất độc tính.
14


HOÀNG LAN PHƯỢNG

12/2007

Mặt khác, gia nhiệt vừa phải còn có tác dụng làm vô hoạt những enzyme không
mong muốn như enzyme polyphenoloxydase, lipoxydase, peroxydase... Trong
quá trình sản xuất, những enzyme này là xúc tác cho quá trình oxi hoá các hợp
chất có trong rau quả tạo nên màu sắc, mùi vị không mong muốn và phá huỷ
vitamin.
Hơn nữa, gia nhiệt vừa phải còn giúp cho mạch peptid của thực phẩm
chứa colagen, glixinin duỗi ra, tạo điều kiện cho enzyme protease tác dụng
thuận lợi hơn nên những protein này chuyển từ khó tiêu sang dễ tiêu.
Ví dụ: trong quá trình chế biến đồ hộp rau quả, quy trình sản xuất có giai
đoạn chần ở nhiệt độ dưới 1000C để vô hoạt một số enzyme
- Khi gia nhiệt kiểu thanh trùng ở nhiệt độ trên 110- 115 0C, các gốc
Cystein, Cystine dễ hình thành nên H2S, dimetylsulfua, cysteic acid và các sản

phẩm bay hơi khác tạo cho các sản phẩm có mùi đặc trưng.
- Khi gia nhiệt khan ở trên 200 0C, tryptophan sẽ bị vòng hóa tạo thành
các α, β, γ carboline.
- Khi gia nhiệt ở nhiệt độ cao hơn nữa, protein của các thực phẩm có
pH trung tính sẽ biến đổi như sau:
+ Các liên kết peptid và đồng phân hóa của các amino acid bị
thủy phân làm giảm giá trị dinh dưỡng, khả năng tiêu hóa của thực phẩm.
+ Một số amino acid bị phá hủy. Cystein bị chuyển hóa thành
dehydroalanine. Trong môi trường kiềm, serine, treonine và lysine bị phá hủy.
- Đối với sản phẩm thịt cá, khi gia nhiệt ở nhiệt độ cao còn tạo ra các
cầu đồng hóa trị kiểu isopeptid giữa lysine của chuỗi peptid này với gốc
glutamic, gốc aspartic của chuỗi peptid khác.
1.4.2. Sự biến đổi của protein do enzyme
Trong bảo quản, các thực phẩm giàu protein có hiện tượng ôi thối
làm mất giá trị dinh dưỡng của thực phẩm. Nguyên nhân gây ra hiện tượng
trên là do tác dụng của enzyme có sẵn trong thực phẩm hoặc do vi sinh vật
xâm nhập từ bên ngoài.
- Phản ứng khử amin
15


HOÀNG LAN PHƯỢNG

Amino acid + NADH2

12/2007

dehyrogenase

acid hữu cơ + NAD + NH3

- Phản ứng khử nhóm carboxyl
Trong điều kiện yếm khí có thể xảy ra sự tích lũy acid amin. Nhiều
amin là các chất độc thực phẩm. Hiện tượng này xảy ra trong bảo quản thực
phẩm giàu protein như trứng, thịt, hạt đậu khi thực phẩm không tươi dẫn đến
việc ôi thiu do tích lũy nhiều amin độc.
Tryptophan

Tryptamin

Histidine

Histamin

Hai chất này là 2 chất độc. Ngoài ra sự khử carboxyl hóa acid amin còn là quá
trình sinh năng lượng gắn liền với quá trình hô hấp.
- Phản ứng tạo thành mercaptan, thường xảy đối với các acid amin chứa
lưu huỳnh.
- Phản ứng tạo thành scatol, crezol, phenol.
Trong quá trình cất giữ, các acid amin vòng chuyển thành các sản phẩm độc
có mùi khó chịu.
- Phản ứng tạo thành phosphin.
Phản ứng này xảy ra đối với phosphoprotein và nucleoprotein. Nguồn tạo
thành phosphin là các acid phosphoric có trong protein được giải phóng ra khi
bị phân hủy. Phosphin là khí không mầu, mùi thối và rất độc.

16


HOÀNG LAN PHƯỢNG

12/2007

CHƯƠNG 2: ENZYME - ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG CHẾ
BIẾN THỰC PHẨM
2.1. Khái niệm enzyme
Enzyme là chất xúc tác sinh học có bản chất protein.
Trong cơ thể sinh vật, luôn xảy ra các phản ứng hóa sinh. Người ta cho
rằng enzyme đã xúc tác cho hầu hết các phản ứng, đảm bảo cho quá trình trao
đổi chất diễn ra nhịp nhàng, theo chiều hướng xác định hay nói cách khác
enzyme giúp cho sự sinh trưởng và phát triển của cơ thể sinh vật.
Enzyme được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau bởi lẽ:
(1) Enzyme có thể tham gia xúc tác cho các phản ứng xảy ra bên ngoài hoặc
bên trong cơ thể như:
Enzyme

Tinh bột sắn

maltose (đường mạch nha)

(2) Enzyme có cường lực xúc tác lớn so với các chất xúc tác khác.
(3) Enzyme có tính đặc hiệu cao
(4) Phần lớn enzyme tác dụng trong điều kiện không cần nhiệt độ, pH bình
thường của cơ thể.
(5) Enzyme phần lớn có nguồn gốc sinh học nên chúng không độc.
(6) Enzyme có thể sản xuất từ những nguồn nguyên liệu đơn giản nên rẻ tiền.
Tuy nhiên, hiện nay xu hướng sản xuất các chế phẩm enzyme chủ yếu là từ vi
sinh vật bởi vi sinh vật phát triển rất nhanh.
2.1.1. Cấu trúc
a. Bản chất enzyme

Một số thực nghiệm đã đưa ra những bằng chứng về bản chất protein
của Enzyme như:
(1) Nothrop và Kuritz đã thu nhận được tinh thể protein từ pepsin và tripsin
năm 1930-1931. Sau đó một số nhà khoa học cũng đã kết tinh được một số

17


HOÀNG LAN PHƯỢNG

12/2007

enzyme khác. Enzyme có khối lượng phân tử nhỏ nhất là ribonuclease (12700
Da), còn phần lớn các enzyme có khối lượng phân tử từ 20000 đến 90000 Da.
(2) Các phân tử enzyme tham gia phản ứng Biure, đó là phản ứng dùng để
nhận biết các liên kết peptide trong protein.
(3) Các phân tử enzyme có cấu trúc bậc cao giống như protein và dưới tác
dụng của các yếu tố gây biến tính các cấu trúc bậc cao bị biến tính.
(4) Các enzyme cũng có tính chất lưỡng tính, khi tăng giảm độ pH thì tăng
giảm khả năng xúc tác của enzyme.
b. Các thành phần Enzyme
Enzyme gồm có 2 loại đó là enzyme một thành phần (enzyme đơn cấu
tử) và enzyme hai thành phần (enzyme nhị cấu tử).
(1) Enzyme đơn cấu tử là những enzyme chỉ có protein đơn giản có hoạt tính xúc tác.
(2) Enzyme nhị cấu tử là những enzyme mà trong thành phần ngoài phần
Protein còn có những phần khác là phần phi protein.
Protein đơn giản + Cofactor

Enzyme hai thành phần

- Cofactor hay phần phi protein còn được gọi là nhóm ngoại
(prosthetic). Nhóm ngoại có thể là dẫn xuất của vitamin, ion kim loại.
- Nếu 2 phần của enzyme 2 thành phần kết hợp với nhau một cách
thuận nghịch thì phần protein được gọi là apoenzim, phần phi enzyme được
gọi là coenzyme. Enzyme chỉ thể hiện được khả năng xúc tác khi 2 phần này
kết hợp với nhau. Trong quá trình xúc tác, mỗi phần của enzyme có 1 vai trò
và chức năng riêng.

Thành phần

Coenzyme
Ion kim loại, vitamin, chất

Apoenzyme

Khối lượng

Protein
hữu cơ phân tử nhỏ
Không lớn
lớn
Trực tiếp tham gia quá Không trực tiếp tham gia vào

Vai trò

trình xúc tác, quyết định quá trình xúc tác mà quyết
đặc hiệu phản ứng.

định tính đặc hiệu cơ chất

Ví dụ một số enzyme là dẫn xuất của các vitamin khác nhau
18


HOÀNG LAN PHƯỢNG

12/2007

Enzyme
Aminotranferase
Pyruvat

Coenzyme
Phosphopyridoxal
Thiaminpyrophosphate

Chức năng
Chuyển amin hoá
Khử carboxyl hoá,

dehidrogenase

(TPP)

vận chuyển nhóm

Dehydrogenase

+

NAD , NADP

+

yếm khí
Enzyme Flavinic
FAD, FMN
c. Trung tâm hoạt động của Enzyme (TTHĐ)

aldehyde
Chuyển H+, eChuyển H+, e-

Trung tâm hoạt động của Enzyme (active center) là một bộ phận trong
Enzyme trực tiếp tham gia vào quá trình xúc tác, nó có khả năng kết hợp với
cơ chất và chuyển hóa tạo thành sản phẩm.

Sự

hình

thành
TTHĐ

Enzyme 1 thành phần
Do sự kết hợp của 1 số nhóm chức

Enzyme 2 thành phần
Do sự tham gia của các

hóa học có trong gốc R của acid

nhóm chức hóa học có

amin.

trong acid amin và các

Khi ở cấu trúc bậc 1 các nhóm chức

nhóm chức hóa học có

này ở xa nhau, ở cấu trúc bậc 3 thì ở

trong coenzyme

gần nhau
Là bộ phận quan trọng nhất của enzyme. Nó trực tiếp tham gia
Vai trò

phản ứng.

Trung tâm allosteric (trung tâm dị lập thể)
Trong phân tử enzyme ngoài trung tâm hoạt động có thể kết hợp với cơ chất
tạo thành sản phẩm thì nó còn có một vị trí thứ 2 có khả năng kết hợp với 1 cơ
chất thứ 2 làm biến đổi cấu trúc không gian của enzyme, làm ảnh hưởng đến
việc enzyme kết hợp với cơ chất. Cơ chất thứ 2 gọi là cơ chất điều hoà. Nếu
cơ chất điều hoà làm giảm khả năng xúc tác của enzyme thì gọi là chất điều
hoà âm. Nếu ngược lại thì gọi là chất điều hoà dương.
2.1.2. Tính chất của enzyme
19

HOÀNG LAN PHƯỢNG

12/2007

Enzyme mang đầy đủ tính chất của chất xúc tác thông thường ngoài ra
còn mang tính chất của protein. Như các chất xúc tác khác, enzyme làm tăng
tốc độ phản ứng nhưng không bị thay đổi trong quá trình xúc tác và chỉ cần
một lượng nhỏ cũng có thể chuyển hoá cơ chất.
Vì enzyme là chất xúc tác sinh học nên ngoài những tính chất xúc tác
như những chất xúc tác thông thường, enzyme còn có tính chất xúc tác khác
mà chất xúc tác vô cơ không có.
a. Enzyme không chịu được các điều kiện khắc nghiệt
Do bản chất là protein nên điều kiện hoạt động của enzyme là điều kiện
của cơ thể. Nếu ở những điều kiện khắc nghiệt enzyme sẽ bị giảm hoạt tính
hoặc mất dần hoạt tính.
b. Hiệu suất xúc tác lớn
Enzyme có cường lực xúc tác lớn, gấp trăm nghìn lần so với chất xúc
tác hoá học vô cơ.
Ví dụ: trong phản ứng H2O2

1/2 O2 + H2O .

Khi không có chất xúc tác năng lượng hoạt hoá của phản ứng này là 17,5 kcal,
khi có xúc tác platin năng lượng hoạt hoá là 11,5 kcal, khi có enzyme catalase
năng lượng hoạt hoá là 5,5 kcal như vậy 1 mg Fe có trong catalase có hiệu
quả xúc tác bằng 1 kg Fe vô cơ.
Hay khi thuỷ phân saccarose nếu dùng chất xúc tác là HCl và ở nhiệt độ 50600C thì năng lượng hoạt hoá là 25000 kcal, còn nếu dùng enzyme sucrose thì
năng lượng hoạt hoá còn 9400 kcal.

c. Tính đặc hiệu cao
Tính đặc hiệu là tính chất mà enzyme chỉ xúc tác cho sự biến đổi của
từng cơ chất cũng như chỉ có thể xúc tác cho từng loại phản ứng. Đây là một
đặc tính quan trọng nhất để phân biệt enzyme và chất xúc tác vô cơ.
* Đặc hiệu phản ứng là mỗi một enzyme chỉ xúc tác cho một kiểu phản
ứng nhất định. Ví dụ: enzyme amylase chỉ xúc tác cho phản ứng thuỷ phân
tinh bột, hay enzyme protease chỉ xúc tác cho phản ứng thuỷ phân protein.
20


HOÀNG LAN PHƯỢNG

12/2007

* Đặc hiệu cơ chất là mỗi một enzyme chỉ có khả năng xúc tác cho một cơ
chất hoặc một nhóm cơ chất nào đó. zaXxs
- Đặc hiệu tuyệt đối là tính đặc hiệu của enzyme chỉ xúc tác cho sự biến
đổi của một chất.
- Đặc hiệu tương đối (đặc hiệu nhóm, đặc hiệu liên kết hoá học) là tính
đặc hiệu một enzyme chỉ xúc tác cho sự biến đổi của một số chất có cấu tạo
tương tự nhau.
- Đặc hiệu đồng phân quang học (đặc hiệu lập thể) là tính đặc hiệu mà
một phân tử enzyme chỉ xúc tác cho sự chyển hoá của 1 dạng đồng phân lập
thể nhất định của chất hữu cơ.
* Ý nghĩa của tính đặc hiệu
Tính đặc hiệu của enzyme giúp cho hoạt động của cơ thể sống, cho quá
trình trao đổi chất không bị rối loạn. Trong quá trình bảo quản chế biến thực
phẩm, tính đặc hiệu được sử dụng rất rộng rãi.
2.1.3. Cơ chế tác dụng của enzyme
(Theo thuyết phức chất enzyme cơ chất )

Theo cơ chế này, phản ứng do enzyme xúc tác xảy ra qua 3 giai đoạn
- Giai đoạn 1: Enzyme + S

ES (phức sơ cấp)

Phức sơ cấp ES nhờ các gốc hoạt động của enzyme và cơ chất. Phức này
không bền và quá trình hình thành phức sơ cấp nhanh, đòi hỏi năng lượng
hoạt hoá thấp. Mối liên kết giữa enzyme và cơ chất thường là liên kết hydro,
lực hút tĩnh điện và lực valdecval.
- Giai đoạn 2: ES

ES* (phức chất hoạt hoá)

Enzyme có tác dụng gây cảm ứng làm biến dạng cơ chất, làm cho liên kết
trong phân tử yếu đi và cơ chất dễ dàng tham gia phản ứng. Ở giai đoạn này
xảy ra sự kéo căng và sự phá vỡ liên kết đồng hoá trị của cơ chất.
- Giai đoạn 3: ES*

EP

Trong giai đoạn này, có sự biến đổi cơ chất đã hoạt hoá thành sản phẩm trên
bề mặt enzyme. Sau đó, sản phẩm tách khỏi bề mặt enzyme.
EP

E+P
21


HOÀNG LAN PHƯỢNG

12/2007

E: Enzyme; S: Cơ chất; P: Sản phẩm

Nguồn (www.research-innovation.ed)
* Ưu điểm của thuyết này
Theo thuyết này, giữa enzyme và cơ chất không có sự tương đồng về
cấu trúc phân tử mà sự tương đồng xảy ra khi enzyme và cơ chất tiến lại gần
nhau, enzyme gây ra cảm ứng làm biến dạng cơ chất. Từ đó làm cho phân tử
cơ chất dễ dàng tham gia vào các phản ứng hóa học. Thuyết này phù hợp với
thuyết “cảm ứng ăn khớp”.
Thuyết này đã giải thích được vai trò của enzyme trong quá trình xúc
tác là hoạt hóa hay biến dạng cơ chất, cơ chất dễ dàng tham gia phản ứng.
Thuyết này cũng phù hợp với cơ chế tác dụng của enzyme.
2.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme
a. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất.
Trong trường hợp đơn giản nhất, phản ứng chỉ có cơ chất S, enzyme E
xúc tác cho sự chuyển hoá nó chỉ tạo thành một sản phẩm P, phản ứng xảy ra
như sau:
k+1

E+S

k -1

k+2

ES

P+E

Gọi k+1: hằng số vận tốc phản ứng tạo thành phức ES.
k-1: hằng số vận tốc phản ứng phân ly ES

E+S

k2: hằng số vân tốc phản ứng phân ly ES

E+P

22


HOÀNG LAN PHƯỢNG

12/2007

v+1 = k+1. [E].[S]
v-1 = k-1. [ES]
v2 = k2. [ES]
Khi đạt tới trạng thái cân bằng sự phân ly ES theo chiều k -1bằng sự phân ly
ES theo chiều k+1.
k-1. [ES] + k2. [ES] = k+1. [E].[S]
[E].[S]

k-1 + k2
=

= km

[ES]

k+1

Qua quá trình biến đổi hoá học người rút ra được biểu thức:
vpu = vmax. [S]/ (km + [S])
km: hằng số Michaelis - Menter đặc trưng cho ái lực giữa E và S
km nhỏ thì ái lực giữa E và S lớn nên v lớn.
km lớn thì ái lực giữa E và S nhỏ nên v giảm.
Nếu km >> [S]

v = vmax .[S]/ km

Nếu km<< [S]

v = vmax

Nếu km = [S]

v = vmax/ 2

Khi nồng độ cơ chất tăng thì vận tốc phản ứng tăng. Nhưng tăng đến
một mức nào đó thì tốc độ phản ứng không tăng nữa. Trong thực tế sản xuất
nếu tăng [S] quá thì không những lãng phí cơ chất mà còn kìm hãm hoạt động
của enzyme.
v
vmax

vmax/2

0

[S]

km

23


HOÀNG LAN PHƯỢNG

12/2007

Biểu đồ 1: Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất tới vận tốc phản ứng có enzyme
b. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của
enzyme. Điều này được minh hoạ bằng biểu đồ sau:

Biều đồ 2: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hoạt tính của enzyme dehydrogenase
Nhận xét:
- Mỗi một enzyme có một nhiệt độ tối thích, đó là nhiệt độ mà Enzyme
có hoạt tính xúc tác cao nhất.
- Khi ở nhiệt độ cao hoạt tính xúc tác giảm dần và khi enzyme bị phân
huỷ thì bị mất hoàn toàn hoạt tính. Nhiệt độ enzyme bị mất hoàn toàn hoạt
tính gọi là nhiệt độ tới hạn.
- Khi ở nhiệt độ quá thấp, hoạt tính xúc tác của enzyme bị giảm dần
nhưng enzyme không bị phá huỷ. Enzyme hoạt động ở mức thấp nhất. Khi
nâng dần nhiệt độ lên nhiệt độ thích hợp enzyme lại trở lại hoạt động bình
thường.
- Ứng dụng: Trong sản xuất nông nghiệp người ta dùng nhiệt độ để

điều khiển cây trồng. Trong bảo quản nông sản thực phẩm người ta thường
dùng nhiệt độ thấp để bảo quản…Ví dụ trong bảo quản cà chua để hạn chế
hoạt động của enzyme trong quá trình hô hấp, người ta bảo quản cà chua ở
khoảng 50C, bảo quản dứa 10- 120C, bảo quản chuối xanh 12- 140C,
24


HOÀNG LAN PHƯỢNG

12/2007

c. Ảnh hưởng của pH môi trường

Biều đồ 3: Ảnh hưởng của pH môi trường tới hoạt tính xúc tác của enzyme pepsin
- pH môi trường ảnh hưởng tới khả năng ion hoá của các nhóm chức
trong trung tâm hoạt động của enzyme. Vì vậy, việc thay đổi pH tức là ảnh
hưởng đến việc kết hợp giữa cơ chất và enzyme.
- pH môi trường cũng ảnh hưởng đến tính bền của enzyme hay nói cách
khác là ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của enzyme.
- Mỗi một enzyme có một pH tối thích riêng như pH tối thích
của enzyme pepsin là 1,5 - 2,5; amylase của khoai tây là hơn 5 - 5,2. Tuy
nhiên, pH tối thích của một enzyme không cố định.
- Ứng dụng: trong chế biến thực phẩm dựa vào pH để điều khiển hoạt
động xúc tác của enzyme như trong sản xuất rượu. Trong sản xuất nông
nghiệp, mỗi loại cây trồng có thể sinh trưởng và phát triển tốt ở một vùng pH
nhất định của đất hoặc của nước.
d. Các chất hoạt hoá enzyme
- Định nghĩa: các chất hoạt hoá enzyme là những chất có tác dụng làm
tăng cường hoạt động xúc tác của enzyme.
- Bản chất của các chất hoạt hoá rất khác nhau, chúng thường là những

chất có khối lượng phân tử nhỏ.

25