Tài liệu Tiểu luận phương trình phản ứng hóa nâu

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC-THỰC PHẨM  TIỂU LUẬN Đề tài: PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG HÓA NÂU Nhóm : 14 Mả lớp học phần: 210543202 GVHD: Nguyễn Thị Trang TP. HỒ CHÍ MINH – 2015 PHẢN ỨNG HÓA NÂU DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM Họ và tên MSSV Trần Bảo Giang 14031431 Nguyễn Thị Hoa 14097621 Dương Thị Mến 14100461 Phạm Văn An 14092071 GVHD: Nguyễn Thị Trang Nhóm: 14 5 PHẢN ỨNG HÓA NÂU LỜI CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan đây là bài tiểu luận độc lập của riêng nhóm. Tất cả thông tin, số liệu do nhóm tự tìm hiểu, phân tích và trình bày một cách trung thực, khách quan. Sinh viên thực hiện Nhóm 14 GVHD: Nguyễn Thị Trang Nhóm: 14 5 PHẢN ỨNG HÓA NÂU LỜI CẢM ƠN Trân trọng cảm ơn giảng viên hướng dẫn, trường Đại học Công Nghiệp Tp. Hồ Chí Minh, Viện Công nghệ Sinh học-Thực phẩm đã tạo điều kiện tốt nhất để chúng em thực hiện tiểu luận. Cảm ơn tất cả các bạn cộng tác viên đã nhiệt tình giúp đỡ nhóm tìm hiều đề tài để nhóm có thể hoàn thành tiểu luận một cách tốt nhất có thể. Sinh viên thực hiện Nhóm 14 GVHD: Nguyễn Thị Trang Nhóm: 14 5 PHẢN ỨNG HÓA NÂU NHẬN XÉT GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... GVHD: Nguyễn Thị Trang Nhóm: 14 5 PHẢN ỨNG HÓA NÂU LỜI MỞ ĐẦU Cuộc sống ngày cáng phát triển thì nhu cầu về thực phẩm của con người ngày càng tăng và cùng với đó là yêu cầu về mặt chất lượng thực phẩm ngày càng tăng. Sản phầm thực phẩm không chỉ d0ap1 ứng tốt nhu cầu về mặt dinh dưỡng, an toàn mà còn đảm bảo tốt về mặt cảm quan. Trong quá trình chế biến thì màu sắc các sản phẩm thực phẩm thay đổi liên tục, kéo theo mì vị và các yếu tố cảm quan khác thay đổi theo. Một trong những nguyên nhân làm thay đổi màu sắc của thực phẩm là các phản ứng sẩm màu. Có hai nguyên nhân dẫn đến sự sẫm màu là do sự oxi hóa bởi enzim và oxi hóa bởi các tác nhân không phải enzim. Đối với ngành công nghệ thực phẩm, việc hiểu rõ tác nhân, cơ chế của các phản ứng hóa nâu trong quá trình chế biến và sản xuât thực phẩm sẽ giúp tăng khả năng tạo màu trong các sản phẩm cần thiết và hạn chế những tác động có hại của các phản ứng này. Với bài tiểu luận này chúng em xin trình bày những hiểu biết nhất định của mình thông qua quá trình học tập và tìm hiểu về phản ứng hóa nâumột trong những phản ứng tạo màu quang trọng trong quá trình sản suất thực phẩm. Vì thời gian làm tiểu luận và kiến thức hiểu biết còn hạn chế nên trong quá trình làm không tránh khỏi những sai sót,mong cô và các bạn thông cảm bỏ qua. GVHD: Nguyễn Thị Trang Nhóm: 14 5 PHẢN ỨNG HÓA NÂU MỤC LỤC Chương I: Giới thiệu về phản ứng hóa nâu thực phẩm...............................8 Chương II: Phản ứng hóa nâu do enzyme...................................................8 II.1. Giới thiệu về phản ứng hóa nâu do enzyme...........................8 II.2. Cơ chế và điều kiện xảy ra phản ứng hóa nâu do enzyme.....8 II.2.1. Cơ chế...........................................................................8 II.2.2. Điều kiện xảy ra phản ứng............................................11 II.3. Qui trình sản xuất có ứng dụng phản ứng hóa nâu do enzyme ................................................................................................. 11 II.4. Ảnh hưởng của phản ứng hóa nâu do enzyme.......................12 II.4.1. Ảnh hưởng có lợi..........................................................12 II.4.2. Ảnh hướng có hại..........................................................13 Chương III: Phản ứng hóa nâu không enzyme...........................................15 III.1. Giới thiệu phản ứng hóa nâu không enzyme........................15 III.2. Tìm hiểu một số phản ứng hóa nâu không enzyme..............15 III.2.1.Phản ứng Caramen hóa ................................................15 III.2.2.Phản ứng Maillard........................................................17 III.2.3. Phản ứng thủy phân acid Ascobic...............................25 GVHD: Nguyễn Thị Trang Nhóm: 14 5 PHẢN ỨNG HÓA NÂU III.3. Qui trình sản xuất có ứng dụng phản ứng hóa nâu không enzyme...........................................................................................26 Phụ lục...........................................................................................28 Tài liệu tham khảo...................................................................29 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ PHẢN ỨNG HÓA NÂU THỰC PHẨM. Trong quá trình chế biến, bảo quản thực phẩm, bên cạnh việc đảm bảo chất lượng và an toàn thực phẩm thì tính cảm quan trong thực phẩm cũng là một trong những yếu tố quan trọng mà ta cần quan tâm theo sát từ khâu chế biến, bảo quản cho đến tay người tiêu dung. Theo các nhà nghiên cứu, thì một trong những phản ứng tạo màu ở thực phẩm đó là phản ứng hóa nâu. Phản ứng hóa nâu được chia làm 2 dạng. 1. Phản ứng hóa nâu do enzyme 2. Phản ứng hóa nâu không enzyme.  Phản ứng Maillar.  Phản ứng caramen.  Phản ứng oxi hóa acid ascorbic. CHƯƠNG II: PHẢN ỨNG HÓA NÂU DO ENZYME. II.1. Giới thiệu về phản ứng hóa nâu do enzyme. Nâu hóa có enzyme là quá trình hóa học xảy ra trong thực phẩm bởi enzyme polyphenoloxidaza, gây ra màu nâu. Nâu hóa có enzyme có thể xảy ra trong quả ( mơ, lê, táo, chuối…), rau( khoai tây, rau diếp, nấm,…) và trong cả hải sản( tôm,…). II.2. Cơ chế và điều kiện xảy ra phản ứng hóa nâu do enzyme. II.2.1. Cơ chế. GVHD: Nguyễn Thị Trang Nhóm: 14 5 PHẢN ỨNG HÓA NÂU A. Poluphenol- cơ chất của phản ứng hóa nâu. Polyphenol còn được gọi là hợp chất phenolic là nhóm chất tồn tại trong thực vật( rau quả) có vai trò quan trọng trong nâu hóa bởi vì chúng là chất nền trong các phản ứng hóa nâu do enzyme. Hợp chất phenolic gây ra màu cho rất nhiều thực vật, chúng là một phần của vị và màu của đồ uống như nước táo chè, và là chất chống oxi hóa quan trọng trong thực vật. Polyphenol có thể chia thành nhiều loại như: anthocyans( màu trong trái cây), flavonoids( catechins, tannins trong chè và rượu) và chất không phải là flavonoids( acid glalic trong lá chè). Trong quá trình chế biến và tích trữ polyphenol bị thay đổi bởi các hóa chất và các tác nhân sinh học. Quan trọng nhất là enzyme oxi hóa gây ra màu nâu cho rau quả. Phản ứng này hầu như xảy ra khi cắt hoặc gây ra các tác động cơ học. Thực phẩm Chuối Cơ chất phenol chlorogenic acid (flesh), catechol, catechin (peel), caffeic acid, 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA), 3,4-dihydroxy benzoic acid, p-cresol, 4-methyl catechol, leucocyanidin 3,4-dihydroxyphenylethylamine (Dopamine), leucodelphinidin, leucocyanidin coffe chlorogenic acid, caffeic acid Táo Ca cao Khoai tây Chè GVHD: Nguyễn Thị Trang Nhóm: 14 5 catechins, leucoanthocyanidins, anthocyanins, complex tannins chlorogenic acid, caffeic acid, catechol, DOPA, p-cresol, phydroxyphenyl propionic acid, p-hydroxyphenyl pyruvic acid, m-cresol flavanols, catechins, tannins, cinnamic acid derivatives PHẢN ỨNG HÓA NÂU Bảng 1: Một số loại cơ chất phenol trong thực phẩm. B. Enzyme xúc tác chó phản ứng hóa nâu. Enzyme polyphenoloxidaza được phát hiện đầu tiên trong nấm và tìm thấy nhiều trong tự nhiên. Enzyme poluphenoloxidaza là metaloenzyme chứa o,2% Cu trong phân tử, chỉ hoạt động trong pH 5-8. C. Cơ chế phản ứng. Phản ứng tạo màu do enzyme gồm hai giai đoạn:  Hydroxyl hóa bởi enzyme tạo polyphenol không màu.  Oxy hóa bởi enzyme ra quinon mang màu. Các phản ứng này đều xảy ra dưới tác dụng của oxi không khí.  Giai đoạn hydroxyl hóa bởi enzyme tạo polyphenol không màu. Enzyme xúc tác quá trình o-hydroxyl của monophenol ( phân tử phenol trong đó vòng benzene có chứa 1 nhóm thế hydroxyl đơn) tạo thành o-diphenol ( phân tử phenol có chứa 2 nhóm thế hydroxyl). Enzym xúc tác giai này có tên là monophenolaza hoặc cresolaza  Giai đoạn oxy hóa bởi enzyme ra quinon mang màu. Quá trình oxy hóa của o-diphenol để tạo ra o-quinon. Đây là quá trình polymer hóa nhanh o-quinon để tạo ra sắc tố đen, nâu hoặc đỏ là nguyên nhân của màu nâu của trái cây. Khi có mặt của oxy không khí, các enzyme xúc tác những bước đầu tiên trong việc chuyển đổi sinh hóa của phenol để sản xuất quinon và trải qua trùng hợp để mang lại 1 dạng polymer màu tối, không hòa tan gọi là melanin. Các melanin hình thành rào cản và có đặc tính kháng khuẩn, ngăn chặn sự lây lan của sự nhiễm trùng hoạc bầm tím trong mô thực phẩm. GVHD: Nguyễn Thị Trang Nhóm: 14 5 PHẢN ỨNG HÓA NÂU Enzym xúc tác cho giai đoạn hai là polyphenolaza hoặc catecholaza. Tên gọi hệ thống của enzym giai đoạn oxy hóa là octodiphenoloxyOxydoreductaza. D. Điều kiện phản ứng. Phản ứng xảy ra khi có sự hiện diện của không khí , phụ thuộc vào độ pH. Phản ứng xảy ra trong khoảng pH từ 5-8. II.3. Qui trình sản xuất có ứng dụng phản ứng hóa nâu do enzyme.     1. Qui trình sản xuất cacao. Phản ứng hóa nâu xảy ra trong qua trình rang hạt cacao. Xảy ra giai đoạn đầu quá trình rang hạt.  Quá trình oxy hóa polyphenol xảy ra tạo màu.  Phản ứng Maillard giữa đường khử và acid amin.  Phản ứng caramen háo tạo màu và mùi. Ứng dụng và vai trò: phản ứng hóa nâu có vai trò quan trọng trong việc tạo màu, mùi cho các sản phẩm cacao, quyết định tính cảm quan cho sản phẩm. 2. Qui trình sản xuất rượu vang sim. Phản ứng hóa acid arcobic ( Vitamin C).  Vitamin C và Vitamin C-nitin ảnh hưởng đến khả năng duy trì màu sắc cảu sản phẩm. VD: O-diphenol + ½ O2 = O-quinone + H2O ( chất hoạt động) O-quinenoc chất hoạt động gây ra hàng loạt phản ứng quang trọng hoặc ngưng tụ với nhau tạo các sản phẩm có màu hoặc không màu, tan hoặc không tan trong nước.  Tamin ảnh hưởng đến vị và khả năng duy trì màu sắc. GVHD: Nguyễn Thị Trang Nhóm: 14 5 PHẢN ỨNG HÓA NÂU  Nồng độ tamin càng cao thì độ hấp thụ càng lớn và tăng dần theo thời gian bảo quản.  Tamin tạo ra vị chát se cho sản phẩm rượu. 3. Qui trình sản xuất chè.  Phản ứng hóa nâu xảy ra trong giai đoạn làm héo chè.  Trong quá trình làm héo chè, hàm lượng Vitamin C giảm( chất chống oxy hóa) do đó làm tăng qua trình oxy hóa sắc tố antonianidin tạo ra những sản phẩm tan được trong nước làm cho màu sắc của nước pha chè đen trở nên đẹp hơn. Phản ứng hóa nâu còn được sử dụng trong một số qui trình sản xuất như: qui trình sản xuất coffe ( trong phản ứng tạo màu và mùi cho coffe), qui trình sản xuất hoa quả khô( phản ứng xảy ra trong giai đoạn xấy khô hoa quả), qui trình sản xuất thuốc lá( giai đoạn sấy khô lá thuốc). Ứng dụng và vai trò chủ yếu của phản ứng hóa nâu trong quá trình sản xuất thực phẩm là:  Làm tăng tính cảm quan cho thực phẩm.  Tiêu giệt VSV và làm tăng thời gian bảo quản thực phẩm. II.4. Ảnh hưởng của phản ứng hóa nâu do enzyme. II.4.1. Ảnh hưởng có lợi. • Nâu hóa có enzym có vai trò quan trọng trong việc tạo ra màu của cafe, chè, cacao • Giữ màu vàng nâu cho các loại hoa quả khô như nho,mận,chà là,sung… • Polyphenoloxidaza được xem là có giá trị quan trọng trong việc chống lại vi khuẩn vi rút và các điều kiện khí hậu có hại. II.4.2. Ảnh hưởng có hại. GVHD: Nguyễn Thị Trang Nhóm: 14 5 PHẢN ỨNG HÓA NÂU • Nâu hóa có enzym ảnh hưởng xấu đến chất lượng,cụ thể là trong quá trình thu hái và tích trữ rau quả tươi.. Nâu hóa có thể gây nên 50% sự hao hụt trong quá trình sản xuất rau quả. Hình 1: Phản ứng hóa nâu do enzyme xảy ra ở táo GVHD: Nguyễn Thị Trang Nhóm: 14 5 PHẢN ỨNG HÓA NÂU Hình 2: Phản ứng hóa nâu do enzyme xảy ra ở tôm GVHD: Nguyễn Thị Trang Nhóm: 14 5 PHẢN ỨNG HÓA NÂU CHƯƠNG III: PHẢN ỨNG HÓA NÂU KHÔNG ENZYME. III.1. Giới thiệu về phản ứng hóa nâu không enzyme. Phản ứng nâu hóa không enzim thường gặp trong quá trình chế biến thực phẩm mà phổ biến nhất là trong thực phẩm nướng, rán…tuy nhiên phản ứng sẫm màu không enzim cũng thường gây ra sự hư hỏng của thực phẩm như làm giảm giá trị dinh dưỡng, tạo màu không mong muốn, gây mùi ôi thiu. Phản ứng nâu hóa không enzim là phản ứng của các hợp chất cacbonyl, xuất hiện từ đường khử hoặc các phản ứng khác nhau như oxi hóa axit ascorbic, thủy phân tinh bột hay oxi hóa lipit. Phản ứng hóa nâu không enzyme bao gồm các phản ứng: Phản ứ ng caram en hóa Phản ứ ng m elanoid in Phản ứ ng giữa các sản phẩ m oxi h óa lip it với p rotein Phản ứ ng th oái p hân các hợp chất cacbonyl có n ối đ ôi luân h ợp . GVHD: Nguyễn Thị Trang Nhóm: 14 5 PHẢN ỨNG HÓA NÂU III.2. Tìm hiểu một số phản ứng hóa nâu không enzyme. III.2.1. Phản ứng caramen hóa. A. Khái niệm. Phản ứng caramen hóa là loại phản ứng loại bỏ nước của đường dẫn đến đồng phân hóa và trùng hợp đường thành các hợp chất cao phân tử. B. Cơ chế phản ứng.  Giai đoạn đầu: phản ứng tạo nên các anhydrit của glucozan, fructozan, sacarozan là những hợp chất không màu. Sau đó, còn xảy ra sự trùng hợp hóa các đường đã được dehydrat hóa để tạo thành các phẩm vật có màu nâu vàng. Ví dụ: Với Sacaroza , sơ đồ phản ứng caramen hóa: C12H22O11 - H2O -> C6H10O5 + C6H10O5  Giai đoạn 2: Sự trùng hợp hóa đường đã được dyhydrat Đến 185 – 190 o C sẽ tạo thành izosacarozan glucozan + levulozan -> izosacarozan C6H10O5 + C6H10O5 -> C12H20O10  Giai đoạn 3: tiếp tục trùng hợp tạo thành caramel và caramelin Khi ở nhiệt độ cao hơn sẽ mất đi 10% nước và tạo thành caramenlan (C12H18O9, hoặc C24H36O18) có màu vàng: C12H20O10 - H2O ->C12H18O9 hoặc C24H36O18 Khi mất đi 14 % nước sẽ tạo thành caramelen C12H20O10 + C24H36O18 - 3 H2O -> C36H48O24.H2O GVHD: Nguyễn Thị Trang Nhóm: 14 5 PHẢN ỨNG HÓA NÂU Và khi mất đi 25% nước sẽ tạo thành caramelin có màu nâu đen C. Điều kiện phản ứng. Phản ứng xảy ra mạnh mẽ ở nhiệt độ nóng chảy của đường. Ví dụ: glucoza ở 146 – 150 o C, fructoza 95 - 100 o C, sacaroza 160 – 180 oC III.2.2. Phản ứng MELANOIDIN. A. Khái niệm. Khi chế biến mức quả thường thấy màu nâu nhạt, sữa đựng nóng quá lâu cũng thấy màu vàng, thịt cá chiên hay nướng đều thấy hiện một lớp vỏ màu vàng nâu. Những hiện tượng đều bắt nguồn từ phản ứng Melanoidin. Phản ứng Melanoidin là phản ứng giữa protein và glucid hay nói chính xác hơn là phản ứng giữa đường khử và acid amin. B. Cơ chế phản ứng. Theo Hodge, phản ứng tạo melanoidin bao gồm một loạt các phản ứng xảy ra song song hoặc nối tiếp. Dựa vào mức độ màu sắc của các sản phẩm có thể chia thành 3 giai đoạn kế tiếp nhau.  Giai đoạn đầu: phản ứng không màu và không hấp thụ ánh sang cực tím. Giai đoạn này bao gồm 2 phản ứng: Phản ứng ngưng tụ cacbonylamin và phản ứng chuyển vị Amadorin.  Phản ứng ngưng tụ cacbonylamin. Phản ứng ngưng tụ cacbonylamin hay chính là sự ngưng tụ đường với acid amin. GVHD: Nguyễn Thị Trang Nhóm: 14 5 PHẢN ỨNG HÓA NÂU Hình 3: Phản ứng ngưng tụ cacbonylamin Trong điều kiện sản xuất khi ở nhiệt độ cao, pư được bắt đầu không phải từ N – Glucozit mà từ sacaroamin( đường amin) theo sơ đồ sau: Hình 4: Phản ứng từ sacaroamin GVHD: Nguyễn Thị Trang Nhóm: 14 5 PHẢN ỨNG HÓA NÂU  Phản ứng chuyển vị Amadorin. Khi ở nhiệt độ cao, phức đường amin bị đồng phân hóa hay gọi là bị chuyển vị nội phân Amadori. Sản phẩm của phản ứng là chất khởi đầu để tạo thành polime có màu sẫm gọi là melanoidin. Hình 5: Phản ứng chuyển vị Amadori  Giai đoạn trung gian. Giai đoạn này xảy ra sự khử nước của 1 – amin – 1 – dezoxi – 2 – xetoza tạo thành các sản phẩm phân ly khác nhau.Phụ thuộc vào d9eiu62 kiện môi trường và nhiệt độ trung gian có thể tiến hành bằng một số con đường: GVHD: Nguyễn Thị Trang Nhóm: 14 5 PHẢN ỨNG HÓA NÂU  Tạo thành furfurol và ozon. Hình 6: Phản ứng tạo furfurol Khi bị thủy phân, bazo Schiff của hydroxymetyl furfurol hoặc của furufrol có thể bị phân hủy để tạo thành hydoxymetylfurfurol hoặc furfurol và acid amin tự do theo sơ đồ sau: Hình 7  Hydroxymetylfurfurol- con đường khử nước của dezoxyxetoza. Dezoxyxetoza phản ứng với phân tử glucoza tạo thành difuranozamin. Sau đó difuranozamin bị thủy phân để tạo thành 3dezpxyglucozon. GVHD: Nguyễn Thị Trang Nhóm: 14 5