NG TH
TR ỜNG ĐẠI HỌ
KHOA
B
NG
NG NGHIỆP THỰ PHẨM TP.HCM
NG NGHỆ THỰ PHẨM
MÔN: HÓA HỌ THỰ PHẨM
ĐỂ TÀI:
CÁC TÍNH CHẤT VÀ CHỨC NĂNG
CỦA PROTEIN TRONG THỰC PHẨM
GVHD: TRẦN THỊ MINH HÀ
SVTH: Huỳnh Tấn Đạt
2005100054
Nguyễn Tấn Phúc
2005100040
Võ Minh Trí
2008100088
Phạm Quốc Huy
2005100171
Nguyễn Hoàng Phúc
2005100031
Lớp: 01DHTP1
TP.HỒ CHÍ MINH 11-2011
NG TH
TR ỜNG ĐẠI HỌ
KHOA
NG
NG NGHIỆP THỰ PHẨM TP.H M
NG NGHỆ THỰ PHẨM
M N: HÓA HỌ THỰ PHẨM
TIỂU LUẬN HÓA HỌ THỰ PHẨM
ĐỀ TÀI:
TÍNH HẤT VÀ HỨ NĂNG
ỦA PROTEIN TRONG
THỰ PHẨM
GVHD: TRẦN THỊ MINH HÀ
TP.HỒ CHÍ MINH 11-2011
MỤ LỤ
Trang
LỜI MỞ ĐẦU
PHẦN 1: TÍNH CHẤT CỦA PROTEIN ............................................................. 1
1.1.Khái niệm protein ............................................................................. 1
1.2. ấu trúc protein ................................................................................ 1
1.2.1.Acid amin-Đơn phân của protein............................................... 1
1.2.2.Các bậc cấu trúc của protein ...................................................... 1
1.3.Tính chất Hóa-Lý của protein ......................................................... 2
1.3.1.Tính tan của protein ................................................................... 2
1.3.2.Tính hydrat hóa của protein ....................................................... 2
1.3.3.Độ nhớt của protein.................................................................... 6
1.3.4.Hằng số điện môi của dung dịch protein ................................... 6
1.3.5.Tính chất điện ly của protein ..................................................... 7
1.3.6.Biểu hiện quang học của protein................................................ 8
1.3.7.Kết tủa thuận nghịch và không thuận nghịch ............................ 9
1.3.8.Các phản ứng hóa học của protein ........................................... 10
1.3.8.1.Phản ứng với Folin-Ciocalteau ........................................ 10
1.3.8.2.Phản ứng với Ninhydrin.................................................... 10
1.3.9.Biến tính protein ...................................................................... 11
1.3.9.1.Khái niệm chung ............................................................... 11
1.3.9.2.Các yếu tố gây biến tính ................................................... 11
1.3.9.3.Tính chất của protein biến tính ......................................... 12
1.3.10. Khả năng tạo gel của protein ................................................ 13
1.3.11.Khả năng tạo nhũ của protein ................................................ 15
1.3.12.Các tính chất tạo bọt của protein ........................................... 19
1.3.13.Khả năng cố định mùi của protein ......................................... 22
PHẦN 2: HỨ NĂNG ỦA PROTEIN ................................................ 26
PHỤ LỤ ..................................................................................................... 30
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 30
KẾ HOẠ H PHÂN
NG LÀM VIỆ
M N: HÓA HỌC THỰC PHẨM
NHÓM 01, LỚP 01DHTP1
SÁNG THỨ 4_TIẾT 5,6
ĐỀ TÀI:
TÍNH HẤT VÀ HỨ NĂNG ỦA PROTEIN
TRONG THỰ PHẨM
STT
N I DUNG THỰ
HIỆN
HẠN N P
01
Khái niệm về protein
ấu trúc protein
02
Tính tan, tính hydrat, 12/11/2011
độ nhớt của protein
03
Hằng số điện môi, tính 14/11/2011
chất điện ly, biểu hiện
quang học của protein
04
kết tủa thuận nghịch
và không thuận
nghịch, các phản ứng
hóa học của protein
05
iến tính protein
NG ỜI
NHẬN
10/11/2011
16/11/2011
18/11/2011
06
Khả năng tạo gel, tạo
nhũ của protein
20/11/2011
07
ác tính chất tạo bọt
và khả năng cố dịnh
mùi của protein
22/11/2011
08
Tổng hợp chức năng
của Protein
24/11/2011
Nhóm Trưởng: HUỲNH TẤN ĐẠT
HUỲNH
TẤN
ĐẠT
KÝ
NHẬN
KÝ GỬI GHI
CHÚ
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, nhóm ngành Công nghiệp thực phẩm đã và đang phát triển mạnh ở
nhiều quốc gia trên thế giới, trong đó có quốc gia Việt Nam chúng ta. Công
nghiệp thực phẩm không chỉ đơn giản là chế biến, sản xuất, bảo quản, xuất
khẩu thực phẩm cả trong và ngoài nước mà bên cạnh đó, công nghiệp thực
phẩm còn nghiên cứu và ứng dụng các tính chất và chức năng của các thành
phần hóa học cấu tạo nên thực phẩm, trong đó có protein. Protein không chỉ là
đơn vị cấu tạo cơ bản trong cơ thể động vật và người mà còn giữ những vai
trò, những chức năng rất quan trọng như là nâng đỡ, bảo vệ các mô cơ quan,
vận chuyển oxy trong tế bào máu đến để nuôi các tế bào…Do đó, việc tìm
hiểu và nghiên cứu các tính chất và chức năng của protein trong thực phẩm là
vô cùng quan trọng và cần thiết đối với tất cả mọi người nói chung và các bạn
học sinh sinh viên đang theo học nhóm ngành này nói riêng. Vì vậy mà nhóm
chúng em đã cùng nhau nhau nghiên cứu và đưa ra một bài tiểu luận về những
“TÍNH
HẤT VÀ
HỨ
NĂNG
ỦA PROTEIN TRONG THỰ
PHẨM” nhằm củng cố kiến thức và giúp cho mọi người có một cái nhìn tổng
quát hơn, sâu sắc hơn về protein.
Dù đã cố gắng rất nhiều và do kiến thức có giới hạn nên sẽ không tránh khỏi
những sai sót trong bài. Rất mong được sự góp ý của cô để những bài nghiên
cứu về sau sẽ đầy đủ và ít sai sót hơn.
TẬP THỂ NHÓM
KHOA
NG NGHỆ THỰ PHẨM
GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ
PHẦN 1: TÍNH HẤT ỦA PROTEIN
1.1.
Khái niệm về protein
Protein là những đại phân tử được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà
các đơn phân là các axit amin. Chúng kết hợp với nhau thành một mạch dài
nhờ các liên kết peptide (gọi là chuỗi polypeptide). Các chuỗi này có thể xoắn
cuộn hoặc gấp theo nhiều cách để tạo thành các bậc cấu trúc không gian khác
nhau của protein.
1.2.
ấu trúc của protein
1.2.1. Axit amin – Đơn phân tạo nên protein
Protein là một hợp chất đại phân tử được tạo thành từ rất nhiều các đơn
phân là các axit amin. Axit amin được cấu tạo bởi ba thành phần: một là
nhóm amin (-NH2), hai là nhóm Cacboxyl (-COOH) và cuối cùng là các
nguyên tử Cacbon trung tâm đính với một nguyên tử Hydro và nhóm biến đổi
R quyết định tính chất của axit amin. Người ta đã phát hiện ra được tất cả 20
axit amin trong thành phần của tất cả các loại protein khác nhau trong cơ thể
sống.
1.2.2.
ác bậc cấu trúc của protein
Người ta phân biệt biệt ra 4 bậc cấu trúc của Protein:
ấu trúc bậc một: Các axit amin nối với nhau bởi liên kết peptit hình
thành nên chuỗi polypeptide. Đầu mạch polypeptit là nhóm amin của
axit amin thứ nhất và cuối cùng là nhóm cacboxyl của axit amin cuối
cùng. Cấu trúc bậc một của protein thực chất là trình tự sắp xếp các axit
amin trên chuỗi polypeptide. Cấu trúc bậc một của protein có vai trò rất
quan trọng vì trình tự các axit amin trên chuổi polypeptide sẽ thể hiện
tương tác giữa các phần trong chuỗi polypeptide, từ đó tạo nên hình
dạng lập thể của protein và do đó quyết định tính chất cũng như vai trò
của protein. Sự sai lệch trong trình tự sắp xếp của các axit amin có thể
dẫn đến sự biến đổi cấu trúc và tính chất của protein.
HÓA HỌ THỰ PHẨM
Trang 1
KHOA
NG NGHỆ THỰ PHẨM
GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ
ấu trúc bậc hai: Là sự sắp xếp đều đặn các chuỗi polypeptide trong
không gian. Chuỗi polypeptide thường không ở dạng thẳng mà ở xoắn
lại tạo nên cấu trúc xoắn
và cấu trúc nếp gấp , được cố định bởi
các liên kết hydro giữa những axit amin gần nhau. Các protein sợi như
keratin, collagen…(có trong lôn, tóc, móng, sừng) gồm nhiều xoắn
,
trong khi các protein cầu có nhiều nếp gấp hơn.
ấu trúc bậc ba: Các xoắn
và phiến nếp gấp có thể cuôn lại với
nhau thành từng búi có hình dạng lập thể đặc trưng cho từng loại
protein. Cấu trúc không gian này có vai trò quyết định đối với hoạt tính
và chức năng của protein. Cấu trúc này lại đặc biệt phụ thuộc vào nhóm
–R trong các mạch polypeptide. Chẳng hạn nhóm –R của cysteine có
khả năng tạo cầu disunfur (-S-S), nhóm –R của proline cản trở việc
hình thành xoắn, từ đó vị trí của chúng sẽ xác định điểm gấp hay, hay
những nhóm –R ưa nước thì nằm phía ngoài phân tử, còn các nhóm kị
nước thì chuôi vào bên trong phân tử…Các liên kết yếu hơn như liên
kết hydro hay điện hóa trị có ở giữa các nhóm –R có điện tích trái dấu.
ấu trúc bậc bốn: Khi protein có nhiều chuỗi polypeptide phối hợp
với nhau thì tạo nên cấu trúc bậc bốn của protein. Các chuỗi
polypeptide liên kết với nhau nhờ các liên kết yếu như liên kết hydro.
1.3.
Tính chất Lý – Hóa của protein
1.3.1. Tính tan của protein
Các loại protein khác nhau có khả năng hòa tan dễ dàng trong một số
loại dung môi nhất định, chẳng hạn như albunmin dễ tan trong nước, globulin
dễ tan trong muối loãng, prolamin tan trong ethanol, glutelin chỉ tan trong
dung dịch kiềm hoặc acid loãng v.v…
1.3.2. Tính hydrat hóa của protein
Phần lớn thực phẩm là những hệ rắn hydrat hóa. Các đặc tính hóa lý,
lưu biến của protein và các thành phần khác của thực phẩm phụ thuộc không
chỉ riêng vào sự có mặt của nước mà còn phụ thuộc vào hoạt tính của nước.
Ngoài ra, các chế phẩm protein concentrate và isolate dạng khô trước khi sử
HÓA HỌ THỰ PHẨM
Trang 2
KHOA
NG NGHỆ THỰ PHẨM
GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ
dụng phải được hydrat hóa. Do đó, các tính chất hydrat hóa và tái hydrat hóa
của protein thực phẩm có ý nghĩa thực tiễn to lớn.
Hydrat hóa protein ở trạng thái khô có thể được phân chia thành các
gian đoạn liên tiếp như sau:
Sơ đồ 1: Quá trình hydrat hóa một protein ở dạng khô
Hấp thụ nước (còn gọi là cố định nước), trương nở, thấm ướt, khả năng
giữ nước, tính dính, dẻo liên quan đến 4 giai đoạn đầu; khả năng phân tán, độ
nhớt, độ đặc của protein liên quan đến giai đoạn 5. Trạng thái cuối cùng của
protein – tan hoặc không tan (một phần hay hoàn toàn) – có liên quan đến các
tính chất chức năng quan trọng như tính tan hoặc tính tan tức thời (giai đoạn 5
xảy ra nhanh). Tính tạo gel liên quan đến sự tạo thành khối không tan hydrat
hóa tốt, nhưng các phản ứng protein – protein đóng vai trò chính. Cuối cùng,
các tính chất bề mặt như nhũ tương hóa và tạo bọt cũng cần protein có khả
năng hydrat hóa và phân tán cao hơn các đặc tính khác.
Trong quá trình hydrat hóa, protein tương tác với nước qua các nối
peptide hoặc các gốc R ở mạch bên nhớ liên kết hydro.
ác yếu tố môi trường ảnh hưởng đến tính chất hydrat hóa
Nồng độ protein, pH, nhiệt độ, thời gian, lực ion, sự có mặt của các
thành phần khác là những yếu tố ảnh hưởng đến các phản ứng protein –
protein và protein - nước. Các tính chất chức năng được xác định trong điều
kiện cân bằng của các lực này.
HÓA HỌ THỰ PHẨM
Trang 3
KHOA
NG NGHỆ THỰ PHẨM
GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ
Lượng nước hấp thụ tổng số tăng khi tăng nồng độ protein. pH thay đổi
dẫn đến thay đổi mức độ ion hóa và sự tích điện trên bề mặt các phân tử
protein, làm thay đổi lực hút và đẩy giữa các phân tử này và khả năng liên kết
với nước. tại điểm đẳng điện pI, phản ứng protein – protein là cực đại, các
phân tử protein liên kết với nhau, co lại và khả năng hydrat hóa và trương nở
là cực tiểu.
Nói chung khả năng giữ nước của protein giảm khi nhiệt độ tăng do
làm giảm các liên kết hydro. Biến tính và tập hợp ( aggregation ) khi đun nóng
làm giảm bề mặt phân tử protein và các nhóm phân cực có khả năng cố định
nước. Tuy nhiên, đối với một số ngoại lệ, khi đun nóng trong nước protein có
cấu trúc chặt chẽ cao, sự phân ly và duỗi ra của các phân tử có thể làm lộ ra
trên bề mặt các liên kết peptide và mạch ngoại phân cực mà trước đó bị che
dấu, kết quả là làm tăng khả năng cố định nước.
Bản chất và nồng độ các ion gây ảnh hưởng đến lực ion trong môi
trường và sự phân bố điện tích trên bề mặt phân tử protein nên cũng ảnh
hưởng đến khả năng hydrat hóa. Người ta nhận thấy có sự cạnh tranh phản
ứng (liên kết) giữa nước, muối và các nhóm ngoại của acid amin. Khi nồng độ
muối (như NaCl) thấp, tính hydrat hóa của protein có thể tăng do sự đính
thêm các io giúp mở rộng mạng lưới protein. Tuy nhiên, khi nồng độ muối
cao, các phản ứng muối - nước trở nên trội hơn, làm giảm liên kết protein nước và protein bị “sấy khô”.
Sự hấp thụ và giữ nước của protein có ảnh hưởng đến tính chất và kết
cấu của nhiều thực phẩm như bánh mì, thịt băm…
Khả năng hóa tan của protein
Thực phẩm ở trạng thái lỏng và giàu protein đòi hỏi protein phải có độ
hòa tan cao. Độ hòa tan cao là một chỉ số rất quan trọng đối với protein được
sử dụng trong đồ uống. Ngoài ra, người ta còn muốn protein có thể tan được ở
những giá trị pH khác nhau và bền với nhiệt độ.
Độ hòa tan của protein ở pH trung tính và pH đẳng điện là tính chất
chức năng đầu tiên được đo đạc ở các giai đoạn chế biến và chuyển hóa
HÓA HỌ THỰ PHẨM
Trang 4
KHOA
NG NGHỆ THỰ PHẨM
GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ
protein. Người ta thường sử dụng chỉ số “Nitơ hòa tan” (Nitrogen Solubility
Index – NSI) để xác định đạc tính này. Biết được độ hòa tan của protein rất có
ích cho các quá trình công nghệ như trích ly, tinh chế, tủa phân đoạn protein
cũng như định hướng sử dụng các loại protein.
Protein của lactoserum hòa tan tốt ở khoảng pH và lực ion rộng. Ngược
lại, độ hòa tan của caseinate phụ thuộc nhiều vào pH, lực ion (và nồng độ
Ca2+), nhưng ít phụ thuộc vào nhiệt độ như protein của lactoserum và protein
đậu nành.
Tính tan của phần lớn protein bị giảm mạnh và không thuận nghịch
trong quá trình đun nóng. Tuy nhiên, trong chế biến thực phẩm, đun nóng
luôn là cần thiết với các mục đích diệt vi sinh vật, giảm mùi khó chịu, tách
bớt nước…Ngay cả trường hợp đun nóng nhẹ (sử dụng khi trích ly và làm
sạch các chế phẩm protein) cũng gây nên sự biến tính nhất định và làm giảm
độ hòa tan.
Không phải tất cả protein có độ hòa tan ban đầu tốt sẽ luôn có các tính
chất chức năng khác tốt. Có trường hợp khả năng hấp thụ nước của protein
được cải thiện khi làm biến tính ở một mức độ nào đó. Đôi khi, khả năng tạo
gel vẫn giữ được sau khi biến tính và không hòa tan một phần protein. Tương
ứng với điều đó, việc tạo thành nhũ tương, hệ bọt và gel có thể liên quan tới
các mức độ làm duỗi mạch, tập hợp và không hòa tan protein khác nhau.
Ngược lại, protein của lactoserum caseinate và một vài protein khác cần có độ
hòa tan ban đầu đủ lớn nếu muốn chuyển hóa nó thành dạng gel, hệ bọt hay
hệ nhũ tương tốt.
HÓA HỌ THỰ PHẨM
Trang 5
KHOA
NG NGHỆ THỰ PHẨM
GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ
1.3.3. Độ nhớt của dung dịch protein
Khi protein hòa tan trong dung dịch, mỗi loại dung dịch của những
protein khác nhau có độ nhớt khác nhau. Người ta có thể lợi dụng tính chất
này để xác định khối lượng phân tử protein (độ nhớt càng cao thì khối lượng
phân tử càng cao).
Bảng 1: Độ nhớt của một số loại protein
Nồng độ %
Độ nhớt tương đối
(trong nước)
(của nước bằng 1)
Gelatin
3,0
4,54
Albumin trứng
3,0
1,20
Gelatin
3,0
14,2
Albumin trứng
8,0
1,57
Protein
1.3.4. Hằng số điện môi của dung dịch protein
Khi thêm các dung môi hữu cơ trung tính như ethanol, aceton vào dung
dịch protein trong nước thì độ tan của protein giảm tới mức kết tủa do giảm
mức độ hydrat hóa của các nhóm ion hóa protein, lớp áo mất nước, các phân
tử protein kết hợp với nhau thành tủa. Như vậy hằng số điện môi làm ngăn
cản lực tĩnh điện giữa các nhóm tích điện của protein và nước. Mối liên hệ đó
được đặc trưng bởi biểu thức:
F
L2 l2
Dr 2
Trong đó: D - hằng số điện môi của dung dịch
F - lực tĩnh điện giữa các ion tích điện
L1, l2 – điện tích các ion
r – khoảng cách giữa các ion
Ở đây lực tĩnh điện giữa các ion tỉ lệ nghịch với hằng số điện môi và khoảng
cách giữa các ion protein.
HÓA HỌ THỰ PHẨM
Trang 6
KHOA
NG NGHỆ THỰ PHẨM
GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ
1.3.5. Tính chất điện ly của protein
Cũng như các amino acid, protein là chất điện ly lưỡng tính vì trong
phân tử protein có nhiều nhóm phân cực mạnh (gốc bên R) của amino acid.
Ví dụ nhóm COOH thứ hai của Asp, Glu; nhóm NH2 của Lys; nhóm OH của
Ser, Thr, Tyr v.v…Trạng thái tích điện của các nhóm này phụ thuộc vào pH
của môi trường. Ở pH nào đó mà tổng điện tích dương (+) bằng tổng điện tích
âm (-) của phân tử protein bằng không, phân tử protein không di chuyển trong
điện trường thì giá trị pH đó được gọi là pHi (isoeletric-điểm bằng điện) của
protein. Như vậy protein chứa nhiều Asp, Glu (amino acid có tính acid mạnh)
thì pHi ở trong vùng acid, ngược lại nhiều amino acid
kiềm như Lys, Arg,
His thì pHi ở trong vùng kiềm.
Ở môi trường có pH < pHi , đa số protein là một cation, số điện tích
dương lớn hơn số điện tích âm. Ở pH > pHi phân tử protein thể hiện tính acid,
cho ion H+, do đó số điện tích âm lớn hơn số điện tích dương, protein là một
đa ion, tích điện âm.
ảng 2:
Giá trị pHi của một số proetein
Protein
pHi
Protein
pHi
Pepsin
1,0
Globulin sữa
5,2
Albumin trứng
4,6
Hemoglobin
6,8
Casein
4,7
Ribonuclease
7,8
Albunmin
4,9
Tripsin
10.5
4,9
Prolamin
12.0
huyết thanh
Gelatin
Trong môi trường pH=pHi , protein dễ dàng kết tụ lại với nhau vì thế người ta
lợi dụng tính chất này để xác định pHi của protein cũng như để kết tủa
protein. Mặt khác do sự sai khác nhau về pHi giữa các protein khác nhau, có
HÓA HỌ THỰ PHẨM
Trang 7
KHOA
NG NGHỆ THỰ PHẨM
GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ
thể điều chỉnh pH của môi trường để tách riêng các protein ra khỏi hỗn hợp
của chúng.
Sự kết muối của dung dịch protein
Muối trung tính có ảnh hưởng rõ tới độ hòa tan của protein hình cầu:
với nồng độ thấp chúng làm hòa tan nhiều protein. Tác dụng đó không phụ
thuộc vào bản chất của muối trung tính, mà phụ thuộc vào nồng độ các muối
và số điện tích của mỗi ion trong dung dịch, tức là phụ thuộc vào lực ion
của dung dịch ( 1/ 2 C1Z12 trong đó
là kí hiệu của tổng, C1 là nồng độ
của mỗi ion, Z1 là điện tích của mỗi ion). Các muối có ion hóa trị II (MgCl2,
MgSO4...) làm tang đáng kể độ tan của protein hơn các muối ion có hóa trị I
(NaCl, NH4Cl, KCl…) . Khi tăng đáng kể nồng độ muối trung tính thì độ tan
của protein bắt đầu giảm van ở nồng độ muối rất cao, protein có thể bị tủa
hoàn toàn.
Các protein khác nhau tủa ở những nồng độ muối trung tính khác nhau.
Người ta sử dụng tính chất này để chiết xuất và tách riêng từng phần protein
ra khỏi hỗn hợp. Đó là phương pháp diêm tích (kết tủa protein bằng muối).
Thí dụ dùng muối ammonium sulfate 50% bão hòa kết tủa globulin và dung
dịch ammonium sulfate bão hòa để kết tủa albumin từ huyết thanh.
1.3.6. iểu hiện quang học của protein
Cũng như nhiều chất hóa học khác , protein có khả năng hấp thụ và bức
xạ ánh sáng dưới dạng lượng tử h . Vì vậy có thể đo cường độ hấp thụ của
protein trong dung dịch hay còn gọi là mật độ quang thường kí hiệu bằng chữ
OD (Optical Density). Dựa trên tính chất đó người ta đã sản xuất ra các loại
máy quang phổ hấp thụ để phân tích protein. Nhìn chung, protein đều có khả
năng hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến (từ 350nm-800nm) và vùng tử
ngoại (từ 320nm xuống tới 180nm).
Trong vùng ánh sáng khả kiến protein kết hợp với thuốc thử hấp thụ
mạnh nhất ở vùng ánh sáng đỏ 750nm (định lượng protein theo Lowry).
Đối với vùng tử ngoại dung dịch protein có khả năng hấp thụ ánh sáng tử
ngoại ở hai vùng bước sóng khác nhau: 180nm-220nm và 250nm-300nm).
HÓA HỌ THỰ PHẨM
Trang 8
KHOA
NG NGHỆ THỰ PHẨM
GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ
Ở bước sóng từ 180nm-220nm đó là vùng hấp thụ của liên kết peptide
trong protein, cực đại hấp thụ ở 190nm. Do liên kết peptide có nhiều trong
phân tử protein nên độ hấp thụ khá cao, cho phép định lượng tất cả các loại
protein với nồng độ thấp. Tuy nhiên vùng hấp thụ này của các liên kết peptide
trong protein có thể bị dịch về phía có bước sóng dài hơn khi có một số tạp
chất lẫn trong dung dịch protein. Mặt khác chính các tạp chất này cũng hấp
thụ ánh sáng tử ngoại ở vùng bước sóng 180nm-220nm. Vì thế trong thực tế
thường đo độ hấp thụ của dung dịch protein ở bước sóng 220nm-240nm.
Ở bước sóng từ 250nm-300nm là vùng hấp thụ các amino acid thơm
(Phe, Tyr, Trp) có trong phân tử protein hấp thụ cực đại ở 280nm. Có thể sử
dụng phương pháp đo độ hấp thụ của dung dịch protein ở bước sóng 280nm
để định tính và định lượng các protein có chứa các amino acid thơm. Hàm
lượng các amino acid thơm trong các protein khác nhau thay đổi khá nhiều,
do đó dung dịch của các protein khác nhau có nồng độ giống nhau có thể khác
nhau về độ hấp thụ ở bước sóng 280nm. Và được đánh giá bằng hệ số tắt, ví
dụ: hệ số tắt của albumin huyết thanh bò băng 6,7 khi cho ánh sáng có bước
sóng 280nm đi qua 1cm dung dịch có nồng độ 10mg/ml; trong khi hệ số tắt
của kháng thể IgG bằng 13,6. Ngoài ra có nhiều chất khác trong dung dịch
cũng có ảnh hưởng đến độ hấp thụ protein. Vì vậy các phương pháp đo độ ấp
thụ ở vùng ánh sáng tử ngoại thường được dùng để định lượng protein đã
được tinh sạch hoặc để xác định protein trong các phân đoạn nhận được khi
sắc ký tách các protein qua cột.
1.3.7. Kết tủa thuận nghịch và không thuận nghịch của protein
Khi protein bị kết tủa đơn thuần bằng dung dịch muối trung tính có
nồng độ khác nhau hoặc bằng alcohol, aceton ở nhiệt độ thấp thì protein vẫn
giữ nguyên được mọi tính chất của nó kể cả tính chất sinh học và có thể hòa
tan trở lại gọi là kết tủa thuận nghịch. Các yếu tố kết tủa thuận nghịch được
dùng để thu nhận chế phẩm protein. Trong quá trình kết tủa thuận nghịch
muối trung tính vừa làm trung hòa điện vừa loại bỏ lớp vỏ hydrat hóa của
protein, còn dung môi hữu cơ háo nước phá hủy lớp vỏ hydrate nhanh chóng.
HÓA HỌ THỰ PHẨM
Trang 9
KHOA
NG NGHỆ THỰ PHẨM
GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ
Trong chế phẩm protein nhận được còn lẫn các chất đã dùng để kết tủa, cần
sử dụng phương pháp thích hợp để loại bỏ các chất này. Ví dụ có thể dùng
phương pháp thẩm tích để loại bỏ muối.
Ngược lại kết tủa không thuận nghịch là phân tử protein sau khi bị kết
tủa không thể phục hồi lại trạng thái ban đầu. Sự kết tủa này thường được sử
dụng để loại bỏ protein ra khỏi dung dịch, làm ngưng phản ứng của enzyme.
Một trong những yếu tố gây kết tủa không thuận nghịch đơn giản nhất là đun
sôi dung dịch protein (sẽ nói kỹ hơn trong phần biến tính protein ở phần sau).
1.3.8.
ác phản ứng hóa học của protein
1.3.8.1. Phản ứng với thuốc thử Folin-Ciocalteau
Thuốc thử Folin-Ciocalteau có chứa acid phosphomolipdic và acid
phosphovolframic. Các chất này làm tăng độ nhạy của phản ứng biure, mặt
khác phản ứng với gốc Tyr và Trp trong phân tử protein. Các gốc amino acid
này tham gia trong quá trình tạo phức chất màu xanh da trời.
1.3.8.2. Phản ứng với Ninhydrin
Tất cả các amino acid trong phân tử protein đều phản ứng với hợp
chất ninhydrin tạo thành phức chất màu xanh tím, phản ứng được thực hiện
qua một số bước như sau:
Dưới tác dụng của ninhydrin ở nhiệt độ cao, amino acid tạo thành
NH3, CO2 và aldehit, mạch polypeptide ngắn đi một Carbon; đồng thời
ninhydrin chuyển thành
diceto
oxy
hindrien.
Diceto oxy hindrien,
NH3 mới tạo thành tiếp
tục phản ứng với một
phân tử ninhydrin khác
để tạo thành phức chất màu xanh tím.
Protein cũng có thể tham gia nhiều phản ứng tạo màu khác như: phản
ứng xanthproteic, các gốc amino acid Tyr, Trp, Phe trong protein tác dụng với
HNO3 đặc tạo thành màu vàng và sau khi thêm kiềm sẽ chuyển thành màu
HÓA HỌ THỰ PHẨM
Trang 10
KHOA
NG NGHỆ THỰ PHẨM
GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ
nâu; phản ứng Pauli, các gốc Tyr, His trong protein tác dụng với
diasobenzosulfate acid tạo thành màu đỏ anh đào; phản ứng Milon gốc Tyr
tác dụng với thủy ngân nitrate trong HNO3 đặc tạo thành kết tủa màu nâu đất
v..v…
1.3.9. iến tính protein
1.3.9.1.Khái niệm chung
Sau khi protein bị kết tủa , nếu loại bỏ các yếu tố gây kết tủa mà protein
vẫn mất khả năng tạo thành dung dịch keo bền như trước và mất những tích
chất ban đầu , chẳng hạn độ hòa tan giảm, tính chất sinh học bị mất gọi là sự
biến tính protein. Vì vậy, đối với việc bảo quản protein, người ta thường để
dung dịch protein ở nhiệt độ thấp thường là từ 0 40 C . Song ở nhiệt độ này
dung dịch protein dần dần cũng bị biến tính , biến tính càng nhanh khi dung
dịch protein càng loãng. Sự biến tính ở nhiệt độ thấp của dung dịch protein
loãng được gọi là sự biến tính “bề mặt”: protein bị biến tính tạo nên một lớp
mỏng trên bề mặt dung dịch, phần dưới lớp mỏng là những nhóm ưa nước
nằm trong dung dịch, phần trên lớp mỏng là những gốc kị nước của amino
acid kết hợp với nhau bởi lực Van der Waals. Ở dung dịch đặc các phân tử
protein kết hợp với nhau chặt chẽ hơn do đó làm giảm bớt và hạn chế sự biến
tính bề mặt. Để bảo quản tốt các chế phẩm protein như enzyme, hormon, globulin kháng độc tố v..v…người ta tiến hành làm đông khô (làm bốc hơi
nước của dung dịch protein ở áp suất và nhiệt độ thấp), bột thu được có thể
bảo quản được ngay cả ở nhiệt độ phòng thí nghiệm trong các ống hàn kín.
1.3.9.2. ác yếu tố gây biến tính
Có nhiều yếu tố tác động gây ra sự biến tính protein như: nhiệt độ cao,
tia tử ngoại, sóng siêu âm, acide, kiềm, kim loại nặng. Vì vậy, trong thực tế
người ta rất chú ý ảnh hưởng của các yếu tố có khả năng làm biến tính
protein, ví dụ: khi chiết xuất và tinh chế protein, đặc biệt là các protein
enzyme, cũng như khi xác định hoạt độ của chúng, phải chú ý đề phòng biến
tính. Muốn vậy phải đảm bảo những điều kiện thích hợp nhất cho quy trình kỹ
HÓA HỌ THỰ PHẨM
Trang 11
KHOA
NG NGHỆ THỰ PHẨM
GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ
thuật, như tiến hành thí nghiệm trong lạnh và đảm bảo pH thích hợp của các
dung dịch sử dụng.
1.3.9.3. Tính chất của protein biến tính
Những thay đổi dễ thấy nhất ở protein biến tính là thay đổi tính tan, khả
năng phản ứng hóa học và hoạt tính sinh học như: hemoglobin bị biến tính
không kết hợp với oxy được, tripsin khi bị biến tính không thủy phân được
protein, kháng thể biến tính mất khả năng kết hợp với kháng nguyên v.v…
Nghiên cứu cấu trúc không gian cho thấy khi bị biến tính phân tử
protein không còn cuộn chặt như trước mà thường duỗi ra hơn, kết quả là phá
vỡ cấu hình không gian cần thiết để thực hiện hoạt tính sinh học. Sự biến tính
không làm đứt liên kết peptide mà làm đứt các liên kết hydro, liên kết muối
v.v…nối các khúc của chuỗi polypeptide hoặc các chuỗi polypetide với nhau,
vì vậy cấu trúc của nhóm kị nước của protein bị đảo lộn, các nhóm kị nước
quay ra phía ngoài và các nhóm ưa nước quay vào trong, sự hydrat hóa của
protein giảm (protein mất lớp áo nước) các phân tử protein dễ kết hợp với
nhau, độ tan giảm và có thể kết tủa. Sự biến đổi cấu trúc khiến protein biến
tính dễ bị tiêu hóa hơn
protein nguyên thủy, thí
dụ tripsin không thủy
phân ribonuclease nguyên
thủy, nhưng phân giải rất
nhanh ribonuclease biến
tính.
Người ta phân biệt hai dạng biến tính: biến tính thuận nghịch (biến tính
trở lại dạng ban đầu với tính chất và chức năng nguyên thủy của nó, đó là sự
hoàn nguyên) và biến tính không thuận nghịch (protein không trở lại dạng ban
đầu của nó). Lòng trắng trứng luộc là một ví dụ điển hình về biến tính không
thuận nghịch, còn về biến tính thuận nghịch ta có thể nêu trường hợp tripsin:
đun nóng tripsin ở pH bằng 3 tới 900 C , cấu trúc của phân tử tripsin bị biến đổi
HÓA HỌ THỰ PHẨM
Trang 12
KHOA
NG NGHỆ THỰ PHẨM
GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ
(biến tính) nhưng sau khi làm lạnh một thời gian nhất định, tripsin trở lại cấu
trúc ban đầu và lại có hoạt tính enzyme.
1.3.10. Khả năng tạo gel của protein
Hiện tượng gel hóa là sự tập hợp các phân tử bị biến tính và tạo
thành một mạng lưới protein có trật tự.
Khả năng tạo gel là một tính chất chức năng quan trọng của nhiều
protein. Nó đóng vai trò chủ yếu trong chế biến nhiều loại thực phẩm. Một số
sản phẩm sữa như phomai, gel lòng trắng trứng, sản phẩm thịt cá dạng nghiền
(giò, chả), gel keratin, gel protein đậu nành, bột nhào làm bánh mì, protein
thực vật được cấu trúc bằng đùn nhiệt dẻo (extrusion) hay kéo sợi (các thịt
giả) là những sản phẩm có cấu trúc gel. Tạo gel protein được sử dụng không
chỉ để tạo thành các gel cứng,
dẻo nhớt mà còn đồng thời cải
thiện được tính chất hấp thụ
nước, tính đặc chắc (tạo độ
dày), cải thiện lực liên kết của
các tiểu phần (tính bám dính) và
để làm bền các hệ nhũ tương, hệ
bọt thực phẩm. Gel protein điển
hình chính là miếng đậu hủ,
được sản xuất từ protein đậu
nành.
Điều kiện tạo Gel
Trong phần lớn các trường hợp, gia công nhiệt là cần thiết cho việc
tạo gel. Làm lạnh bên trong có thể cần thiết và acid hóa nhẹ đôi khi có lợi.
Tương tự, cho thêm muối đặc biệt là ion Ca2+ có thể cần thiết để làm tăng tốc
độ tạo gel, hoặc tăng độ cứng của gel (đối với trường hợp của protein đậu
nành, lactoserum, serum albumin).
Tuy nhiên, nhiều protein có thể tạo gel mà không cần đun nóng, chỉ
nhờ thủy phân nhẹ bằng enzyme (mixen casein, lòng trắng trứng, fibrin); đơn
HÓA HỌ THỰ PHẨM
Trang 13
KHOA
NG NGHỆ THỰ PHẨM
GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ
giản cho thêm Ca2+ (mixen casein) hay từ môi trường kiềm đưa về pH trung
tính hoặc pI đẳng điện (như sản xuất đậu phụ).
Trong khi nhiều gel được hình thành từ protein trong dung dịch
(ovalbumin hoặc protein khác của lòng trắng trứng, -lactoglobulin hoặc các
protein khác của lactoserum, serum albumin, mixen casein, protein đậu nành),
một số hệ phân tán trong nước hoặc trong dung dịch muối ăn của protein ít
hoặc không tan trong nước cũng có thể tạo thành gel (callagen, actomyosin,
protein isolate đậu nành bị biến tính một phần hay toàn phần…). Như vậy tính
tan của protein không phải luôn cần thiết cho sự tạo gel.
Cơ chế tạo gel và cấu trúc gel
Cơ chế và các phản ứng liên quan đến việc hình thành mạng lưới
protein ba chiều đặc trưng của các gel hiện vẫn chưa được hiểu biết hoàn
toàn. Tuy nhiên, trong mọi trường hợp, người ta thấy rằng sự duỗi ra của các
mạch polypeptide (biến tính) luôn là cần thiết, xảy ra trước gian đoạn phản
ứng có trật tự giữa protein-protein và hiện tượng tập hợp protein. Điều đó giải
thích tại sao protein isolate đậu nành đã bị biến tính bởi nhiệt, dung môi hữu
cơ hoặc kiềm có thể tạo gel không cần đun nóng bên trong. Sự tạo thành
mạng lưới của protein là kết quả của sự cân bằng giữa các phản ứng proteinprotein, protein-nước, lực hút và đẩy của các mạch polypeptide nằm kề nhau.
Tham gia vào việc tạo nên cấu trúc gel là các liên kết kỵ nước (tăng theo
chiều nhiệt độ), liên kết tĩnh điện (như các cầu với ion Ca2+ và các ion có hóa
trị II khác), liên kết hydro (tăng theo chiều giảm nhiệt độ) và các cầu
disulfide. Sự góp phần của mỗi kiểu liên kết này thay đổi sự phụ thược vào
bản chất protein, các điều kiện môi trường và các giai đoạn khác nhau của quá
trình gel hóa. Các lực đẩy tĩnh điện và các phản ứng protein-nước có xu
hướng phân tách các mạnh polypeptide.
Sự hình thành các cầu đồng hóa trị disulfide thường dẫn đến tạo gel
bền chắc với nhiệt và không có tính thuận nghịch. Ví dụ, gel của ovalbumin
hay -glactoglobulin. Gel của gelatin được tạo nên chủ yếu bởi các liên kết
hydro. Đây là liên kết yếu, tạo ra sự linh động cho cấu trúc gel, làm gel có độ
HÓA HỌ THỰ PHẨM
Trang 14
KHOA
NG NGHỆ THỰ PHẨM
GVHD: THS TRẦN THỊ MINH HÀ
dẻo nhất định. Gel gelatin có tính thuận nghịch, chảy khi đun nóng (khoảng
300C) và chu kì tạo gel, nóng chảy có thể lặp lại nhiều lần. Gel của protein
đậu nành có đặc tính trung gian, độ cứng của gel sẽ giảm khi đun nóng trên
800C.
Một vài protein có tính chất khác nhau có thể tạo thành gel khi đun
nóng đồng thời (cogelefication). Protein cũng có thể tạo gel bởi phản ứng với
các polysaccharide có khả năng tạo gel. Các liên kết ion không đặc hiệu giữa
gelatin tích điện (+) và alginate hoặc các pectate tích điện (-) tạo thành gel có
độ cứng, độ đàn hồi và nhiệt độ nóng chảy cao hơn (khoảng 800C). Người ta
biết rằng, ở pH của sữa, các liên kết ion đặc hiệu có thể được tạo ra giữa các
trung tâm tích điện (+) của casein K và carrageenate.
Nhiều gel tồn tại dưới dạng cấu trúc hydrat hóa mạnh, chứa tới hơn
10g nước trên 1g protein và các thành phần thực phẩm khác nằm bên trong
“cái bẫy” của mạng lưới protein Nhiều gel protein có thể chứa đến 98% nước.
Nước có thể ở dạng hydrat hóa (liên kết chặt chẽ với các nhóm có cực của
protein) hoặc nước tự do trong các mạng lưới gel, tuy là nước tư do nhưng
tách chúng ra không dễ dàng.
1.3.11. Khả năng tạo nhũ của protein
Đại cương về sự hình thành và phân hủy nhũ tương
Hệ nhũ tương là các hệ phân
tán giữa hai chất lỏng không
hào tan vào nhau, một ở dạng
những giọt nhỏ phân tán, còn
chất lỏng kia ở dạng pha phân
tán liên tục.
Phần lớn các hệ nhũ tương thực phẩm là loại “dầu trong nước” để chỉ
chất lỏng phân cực ưa nước hydrophile và dầu là chất lỏng kị nước
hydrophobe. Nhiều nhũ tương thực phẩm còn chứa cả bóng khí và chất rắn
phân tán.
HÓA HỌ THỰ PHẨM
Trang 15
- Xem thêm -