VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Tiểu luận: Tìm hiểu về Cyclodextrins, ứng dụng và triển vọng tương lai trong thực phẩm. Sinh viên thực hiện:Bùi Thị Vàng Anh Trần Thị Thu Hoài Giáo viên hướng dẫn:TS.Nguyễn Thị Minh Tú Hà Nội 2011 Cyclodextrins(CDs) là gì? CDs được sản xuất từ đâu và sản xuất như thế nào? Tại sao CDs lại được ứng dụng trong thực phẩm? Tình hình ứng dụng CDs trên thế giới hiện nay ra sao? Các triển vọng tương lai của CDs là gì? Cyclodextrins là gì?  Cyclodextrins ( hay còn gọi là cycloamyloses) thuộc nhóm hợp chất được tạo thành từ các phẩn tử đường liên kết với nhau tạo thành vòng (vòng oligosaccharides).  Cyclodextrins là hợp chất chứa từ 5 hoặc nhiều hơn các đơn vị đường α-D- glucopyranoside theo liên kết 1-4, như trong amylose (một đoạn của tinh bột). Vòng có chứa 5 phân tử là không tự nhiên. Gần đây phân tử cyclodextrin lớn nhất đã được phát hiện có chứa 32 đơn vị 1,4-anhydroglucopyranoside trong khi như một hỗn hợp ít thuộc tính nhất, thậm chí có ít nhất oligosaccharides vòng có chứa 150 đơn vị đã biết đến. Cyclodextrins điển hình có chứa một số lượng các monomer glucose nằm trong khoảng từ 6 -8 , tạo nên một hình nón, do vậy dễ cho electron  α -cyclodextrin: có chứa 6 phân từ đường trong vòng  β -cyclodextrin: chứa 7 phân tử đường trong vòng  γ -cyclodextrin: chứa 8 phân tử đường trong vòng  Cyclodextrins điển hình được tạo thành bởi từ 6-8 đơn vị đường glucopyranoside, về hình học có thể đại diện như toroids với sử mở lớn hơn và nhỏ hơn của toroid để dễ hòa tan trong dung môi lần lượt là các nhóm hydroxyl thứ cấp và sơ cấp. Do sự sắp xếp này, bên trong của toroids không ưa nước, nhưng có thể cân nhắc đến khả năng ưa nước kém trong môi trường nước và do vậy có thể làm vật chủ cho các phân tử ưa nước khác. Trái lại, bên ngoài hoàn toàn ưa nước cho phép cyclodextrinh có thể hòa tan trong nước dễ dàng Hình 1.Cấu trúc và kích thước các CDs Cỏc tớnh cht ca CDs -Tớnh cht vt lý Bng 1. Mt vi thụng s vt lý ca CDs Cỏc thụng s -CD -CD -CD Khối l ợng phân tử Số đơn vị glucoza Số phân tử H 2 O trong lỗ ờng kính trong ( ) ờng kính ngoài ( ) Chiều cao ( ) Thể tích lỗ hang (ml/mol) (ml/g) (nm 3 ) ộ tan trong n ớc (g/100ml, 25 0 C) iểm nóng ch y ( 0 C) 972 6 6 4,7 - 5,3 14,6 79 174 0,1 0,174 14,2 255 - 260 12,33 1135 7 11 6,0 - 6,6 15,4 79 262 0,14 0,262 1,85 255 - 265 12,2 1297 8 17 7,5 - 8,3 17,5 79 472 0,2 0,472 23,2 240 - 245 12,08 -Tính chất hóa học của CDs  Độ bền hóa học: So với các oligosacarit mạch thẳng thì các CD là những phân tử rất bền. Các axit mạnh như axit clohydric có thể phân hủy CD tạo ta hỗn hợp các oligosacarit khác nhau (từ mạch thẳng do phân tử CD bị mở vòng cho đến tận glucoza). Tốc độ thủy phân tăng khi nhiệt độ thủy phân tăng nhưng chậm hơn 3-5 lần so với các oligosacarit mạch thẳng tương ứng [R. A. Hedge (1998)]. Trong một môi trường axit yếu như axit hữu cơ sự thủy phân hầu như không xảy ra. Cũng như các oligosacarit và dịch kiềm đặc (trong dung dịch NaOH 0,35N) ở 70 0 C không thấy có sự thủy phân CD.  CD khá bền với nhiệt độ, tia UV hay IR. Với các tác nhân oxy hóa CD có thể bị oxy hóa làm mở vòng glucoza nhưng không tạo ra focmadehyt hay axit focmic vốn là các chất độc do CD không có tính khử.α và β-CD khá bền dưới tác dụng của enzim thủy phân amololytic trong khi đó γ – CD bị thủy phân dễ dàng bởi α- amillaza.Nói chung các α- amillaza từ nấm mốc thủy phân CD tốt hơn các α- amillaza từ vi khuẩn. β amilaza và glucoamilaza không thủy phân CD nhưng cyclodextrin glucosyltransfenaza có thể thủy phân dễ dàng.Các phức CD nhìn chung bền hơn CD trước sự thủy phân bởi enzim. Điều này có thể do một số chất khách thể ức chế enzim hoặc cản trở không gian khiến enzim khó tiếp xúc với cơ chất CD.Ngoài ra các CD biến đổi cũng bền hơn do nhóm thay thế không gian.[E.Scheiderman và cs (2000)].Đối với các polisacarit không có tính khử khác CD không bị thủy phân, thậm chí ở nhiệt độ cao và trong môi trường đậm đặc.  Khả năng biến đổi hóa học: Bằng phương pháp hóa học hoặc bằng enzim có thể thay thế các nhóm hydroxyl của CD bằng các nhóm khác (metyl, amin, este, ete…) khi đó đường kính của CD không bị thay đổi nhưng chiều sâu các lỗ hang giảm xuống [E.Scheiderman và cs (2000) ]. Mục đích biến đổi này là nhằn thay đổi độ hòa tan, thay đổi khả năng tạo phức (độ bền phức, độ chọn lọc khách thể …) hoặc thêm các nhóm chức năng đặc hiệu làm xúc tác. CDs được sản xuất từ đâu và sản xuất như thế nào?  Cyclodextrins (CDs) được sản xuất từ tinh bột bằng phản ứng vòng hóa các chuỗi glucopyranoza mạch thẳng nhờ enzim cyclodextrin glycosyltransferase (CGTase) cùng với α-amylase. Đầu tiên tinh bột được hồ hóa bằng nhiệt độ hoặc sử dụng α-amylase, sau đó bổ sung CGTase cho chuyển hóa. CGTases có thể tổng hợp nên tất cả các dạng cyclodextrin, do vậy sản phẩm là hỗn hợp của 3 loại phân tử vòng chính với tỷ lệ phụ thuộc vào enzym sử dụng: mỗi CGTase có đặc tính riêng của nó về tỷ lệ α:β:γ. Tách chiết 3 loại phân tử cyclodextrins cần dựa vào khả năng tan trong nước khác nhau của mỗi phân tử: β-CD tan kém trong nước (18.5 g/l hoặc 16.3mM) (tại nhiệt độ 25 0 C) có thể thu dễ dàng thông qua sự hình thành tinh thể trong khi α- và γ-CDs dễ tan hơn (lần lượt là 145 và 232 g/l) thường được tách chiết bằng kỹ thuật sắc phổ đắt và mất nhiều thời gian. Như vậy một cách khác được sử dụng là bổ sung tác nhân phức hợp trong bước chuyển đổi của enzym: tác nhân (thường các các dung môi hữu cơ như toluene, acetone hoặc ethanol) để hình thành nên phức hợp với cyclodextrin sau đó kết tủa. Sự hình thành phức hợp từ sự chuyển hóa tinh bột dẫn đến việc tổng hợp các cyclodextrin kết tủa, do vậy làm giàu hàm lượng của nó trong hỗn hợp sản phẩm cuối cùng. [E.Scheiderman và cs(2000)]  Hiện nay dạng thương mại chủ yếu là β-CDs. Tại sao CDs lại được ứng dụng trong thực phẩm?  Tính không độc:Các β CDs này đã được chấp nhận trong suốt thập kỷ 1980 giống như là thành phần phổ biến cho sản xuất thực phẩm bởi vì chúng không bị hấp phụ tại dạ dày và chúng luôn trao đổi chất bởi các vi sinh vật tại ruột kết.(Szente & Szejtli 2004).  Khả năng tạo phức:CDs có thể tạo phức bao (dạng khách thể và chủ thể) với nhiều hợp chất khác nhau bao gồm các chất béo mạch thẳng, các aldehyt, ceton, alcohol, các axit hữu cơ, các chất thơm chất khí, các hợp chất phân cực như halogen, axitamin, amin…[Kevin B. Hicks, 1996]. Đây là hiện tượng một khách thể bị giữ, bị bao bọc trong lỗ hang của phân tử chủ thể CDs. Ở phức này CDs được gọi là phần tử “chủ thể” các phần tử được bao bọc bên trong được gọi là các phần tử khách thể. Các phần tử khách thể sẽ được bao bọc một phần hay toàn bộ vào trong lỗ hang của phần tử chủ thể CDs [Trinh, JM.(1999)]. Nhìn chung, một phần tử CD sẽ chứa một phần tử khách thể.  Để ổn định và để bao bọc các mùi, vị, các vitamin, các màu tự nhiên có trong thực phẩm, làm tăng giá trị sinh học của các hợp chất có hoạt tính sinh học có trong thực phẩm, tăng chất lượng thực phẩm. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành phức hợp CDs -Sự thay thế của các phân tử nước từ bên trong lỗ hang. -Sự phóng thích của sức căng vòng tròn CD khi phức hệ được hình thành. -Lực hút Van der Waal và sự liên kết hydrogen ảnh hưởng lẫn nhau được thiết lập khi phức hệ được hình thành. -Vai trò của nước trong việc hình thành và ổn định phức CDs (Hình 1) -Tính ổn định của phức CDs có quan hệ gần gũi với đường đẳng nhiệt hút thấm bề mặt nước (Hình 2) -Kích thước lỗ hang khác nhau của các CDs làm cho chúng ít nhiều có tính chọn lọc khi tạo phức với phân tử có kích thước khác nhau. Để phức tạo thành được bền, phần tử khách thể cần được bao khít bởi lỗ hang CDs. Các phân tử nhỏ (phân tử có ít hơn hoặc bằng 4 cacbon) liên kết tôt với các α-CD, còn các phân tử lớn hơn sẽ liên kết tốt nhất với các β-CDs và γ-CDs. -Tỷ lệ giữa phân tử khách thể và CDs. -Mối liên quan giữa độ ẩm và %các khách thể tách rời (Hình 3) [...]... ảnh thể hiện sự kết hợp và di chuyển vị trí của nước trong quá trình hình thành phức hệ Hình 2 Đường đẳng nhiệt hấp thụ nước của β-CD Hình 3 Mối quan hệ giữa độ ẩm và % khách thể tách rời Tình hình ứng dụng CDs trên thế giới  Tình hình ứng dụng của CDs trong thực phẩm ở các quốc gia là không giống nhau - Tại Mỹ, α-CDs, β-CDs và γ -CDs là bao gồm cả trong quản lý thực phẩm và dược phẩm (the Food and... và γ CDs được đưa vào các dạng thực phẩm mới từ năm 2003, 2004 (Cravotto và cs., 2006) Bảng 2 Một vài sản phẩm được làm từ việc bao bọc cyclodextrin Triển vọng tương lai của cyclodextrin       Gần đây có rất nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng các hoạt động của CD giống như các chất ức chế sẫm màu khi được thêm vào các loại nước quả khác nhau như nước táo, nước lê và nước chuối (L´ opez-Nicol´... CDs là trong bao gói các tính chất thực phẩm, nơi mà chúng có thể thể hiện hai điều có lợi: phát triển các tính chất của sự bao gói các tính chất và phát triển các tính chất cảm giác trong hệ thống thực phẩm.(Wood, 2001) Các ghi chú trước đây, nước có ý nghĩa đặc biệt tác động vào sự hình thành các phức hệ CD và sự phân tách của các hợp chất bao bọc Do vậy, bất kỳ ứng dụng nào được đề cập, các mối quan... của chúng cho việc cải tiến hương hay việc che dấu để tránh các nhận thức giác quan của chúng trong các sản phẩm thực phẩm khi chúng được thêm vào.Cái được hưởng là sự quan trọng của chúng khi người tiêu dùng có cảm giác hài lòng về các tính chất của sản phẩm cuối cùng Các ứng dụng của CD trong kỹ thuât về mùi xứng đáng là một chú ý đặc biệt Bằng sự định hình bao gồm các phức hệ với cyclodextrin, các... nhiên và việc buôn bán của chúng trong khu vực thực phẩm là chỉ hạn chế ở dạng tinh khiết - Các chuyên gia tại ủy ban FAO/WHO về chất phụ gia thực phẩm đều có khuyến cáo chung là liều lượng lớn nhất của β-CDs là 5mg/kg/ngày.Đối với α-CDs và γ -CDs có thể chấp nhận việc dùng hàng này là không phải xác định vì chúng không độc (Astray et al 2009) - Ở Australia và New Zealand α,β và γ CDs được đưa vào các... bảo vệ các tính chất hương dễ bay hơi và dễ phân hủy hiện diện trong các hệ thống thực phẩm xuyên suốt quy trình sản xuất giống như quy trình làm lạnh, quy trình làm tan chảy, vi sóng, nấu và thanh trùng.(Jouquand et al 2004) Bao bọc hương bên trong CD cải tiến quy trình hốn hợp Điều này được chứng minh trong việc bảo vệ các tác động của các tác nhân làm bay hơi trong suốt quá trình đốt nóng (Qi & Hedges... béo và các cấu thành oxy-chất dễ bay hơi bên ngoài CDs bảo vệ chúng từ các quy trình oxidative.Các acids béo không chứa các cholesterol thiết yếu có thể tác động trở lại bởi sự hình thành của phức hệ với CDs Khá nhiều nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng để xác định sự thực hiện của các CDs thu được các tác động chống oxy hóa trên phân tử linoleic (Regiert 2007) Ứng dụng thử thách khác mới của CDs là trong. .. loại nước quả khác nhau như nước táo, nước lê và nước chuối (L´ opez-Nicol´ as et al 2007a,b,c).CDs dịch chuyển các hợp chất polyphenol Một trong các nghuyên nhân làm sẫm màu (TorresRivas et al 2004;Alvarez-Parrilla et al 2007) Tuy nhiên, polyphenol được bao bọc trong các lỗ hang cyclodextrins là không có giá trị cho enzym polyphenol oxidase (Del Valle 2004) Sự hiện diện của β-CD làm thay đổi nhiều... chất bao bọc Do vậy, bất kỳ ứng dụng nào được đề cập, các mối quan hệ nước, cũng nên kiểm tra để tìm ra sự thật cho mỗi hệ thống liên quan, vấn đề môi trường tại mỗi phức hệ cần được nghiên cứu để phát triển thích hợp một cách hệ thống các thành phần chức năng bao bọc Xin chân thành cám ơn TÀI LIỆU THAM KHẢO     E.Scheiderman,AM.Stalcup(2000), "Cyclodextrin: a versatile tool in separation science",... insoluble form of cyclodextrin alone or in combination with photphates", J Agric Food Chem, 44, 25912595 R A Hedge (1998), "industrial applications of cyclodextrin", Chem Rev., 98, 2035-2044 Jim Smith và Edward Charter (2009) Functional food product development - Prince Edward Island Food Technology Centre Charlottetown, Canada . SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Tiểu luận: Tìm hiểu về Cyclodextrins, ứng dụng và triển vọng tương lai trong thực phẩm. Sinh viên thực hiện:Bùi Thị Vàng Anh. được sản xuất từ đâu và sản xuất như thế nào? Tại sao CDs lại được ứng dụng trong thực phẩm? Tình hình ứng dụng CDs trên thế giới hiện nay ra sao? Các triển vọng tương lai của CDs là gì? . giữa độ ẩm và % khách thể tách rời Tình hình ứng dụng CDs trên thế giới.  Tình hình ứng dụng của CDs trong thực phẩm ở các quốc gia là không giống nhau. - Tại Mỹ, α-CDs, β-CDs và γ -CDs