Biến Hình Protein Công Nghệ Protein & Enzyme BIẾN HÌNH PROTEIN: I Định nghĩa biến hình Protein: Biến hình Protein tức dùng tác nhân lý học, hóa học, hay enzyme học tác động lên Protein nhằm làm thay đổi phần cấu trúc phân tử tính chất thay đổi theo II Các tác nhân làm biến hình Protein: – Tác nhân vật lý – Tác nhân hóa học – Tác nhân sinh học (Tác nhân enzyme hay vi sinh vật) Tác nhân vật lý làm biến hình Protein: a Biến hình gia công học: Các biện pháp gia công học có tác dụng làm biến đổi tính chất chức Protein – Trường hợp bột Protein Protein cô đặc, việc gia công cách nghiền khô quan trọng, tạo cho bột có bề mặt lớn cải thiện khả hấp thụ nước, khả hòa tan, khả hấp thụ chất béo khả tạo bọt – Với huyền phù Protein dung dịch Protein biện pháp đồng hóa trường hợp đồng hóa sữa có ích – Trong trường hợp tạo bọt, bề mặt liên pha nước/không khí, lực cắt thường làm biến tính bề mặt tập hợp Protein Chính biến tính phần Protein mà làm cho bọt bền – Trong việc tạo hình Protein trình tạo bột nhão, tạo sợi nấu đùn lực học đóng vai trò quan trọng b Biến hình xử lý nhiệt: – Nhiệt làm biến đổi cấu trúc Protein, thủy phân liên kết peptid, thay đổi acid amin mạch bên làm ngưng tụ Protein với phân tử chất khác.Tùy mức độ gia nhiệt mà chất lượng thực phẩm tốt – xử lý nhiệt Protein thực phẩm chứa Protein điều kiện vắng mặt chất khác, tùy theo cường độ gia nhiệt mà xảy phản ứng khác nhau.Phần lớn phân tử Protein giữ tính chất sinh học tính chất chức phạm vi nhiệt độ thấp – Khi gia nhiệt vừa phải Protein bị biến tính Gia nhiệt vừa phải biện pháp chần trước đóng hộp số rau nhằm làm biến tính vô họat enzym (protease, polyphenoloxydaza, lypoxydaza…) Công Nghệ Protein & Enzyme Biến Hình Protein – Gia nhiệt vừa phải, có tác dụng làm cho số thực phẩm giàu colagen, glixinin đậu tương, albumin dễ dàng tiêu hóa – Khi gia nhiệt kiểu trùng nhiệt độ lớn 110 –115oC sản phẩm giàu Protein thịt, cá, sữa gây phá hủy phần gốc Cistin, Cistein để hình thành nên H 2S, dimetyl sulfua, acid cisteic hợp chất bay khác khiến cho sản phẩm có mùi đặc trưng – Khi gia nhiệt khan Protein nhiệt độ 200 oC (nhiệt độ đạt rán thịt cá) tryptophan bị vòng hóa để tạo α, β γ cacbolin: – Khi gia nhiệt nhiệt độ cao (t > 200oC) thực phẩm giàu Protein có pH trung tính gia nhiệt thực phẩm giàu Protein có môi trường kiềm xảy ra:  Thủy phân liên kết peptid đồng phân hóa gốc acid amin, tạo hỗn hợp raxemic làm giảm giá trị dinh dưỡng 50%  Phá hủy số acid amin:  Tạo cầu nối đồng hóa trị Gốc DHA tạo phản ứng loại (khử) β gốc Cistein phosphoserin: – Mạch polypeptid có chung gốc lysine, gốc ornitin gốc Cistein kết hợp với mạch poly có chứa gốc DHA theo sơ đồ sau: Biến Hình Protein Công Nghệ Protein & Enzyme – Khi xử lý nhiệt thịt cá nhiệt độ cao nhiệt độ trùng tạo cầu đồng hóa trị kiểu isopeptid gốc lysine chuỗi peptid với gốc glutamic gốc aspartic chuỗi peptid khác: Về phương diện dinh dưỡng, việc tạo cầu đồng hóa trị isopeptid phân tử phân tử làm giảm độ tiêu hóa N, giảm hệ số sử dụng Protein giá trị sinh học Protein Hơn hiệu ứng không gian cầu đồng hóa trị (glutaminlizyl aspartyl-lizyl) ngăn cản không cho protease đến vùng đặc hiệu để thủy phân làm cho trình tiêu hóa protein bị chậm lại Tác nhân hóa học làm biến hình Protein: a Thay đổi pH: – Khi đưa pH đến acid kiềm – Khi đưa pH đến kiềm – Riêng Protein đậu tương kiềm hóa đến pH = 10 –12 tiếp đến trung hòa để tạo cho Protein có độ giãn mạch sâu sắc, sau làm khô sấy phun Protein thu có khả tạo gel tái hydrat hóa nhiệt độ bình thường – Khi đưa Protein đến pH thích hợp có mặt ion đa hóa trị số chất đa điện ly làm tăng khả tạo cầu nối ion phân tử Protein – Đưa pH Protein đến điểm đẳng điện để gây cho Protein tập hợp thuận nghịch không làm giãn mạch bất thuận nghịch Protein cách đơn giản để tách làm Protein b Xử lý dung môi phân cực: – Các Protein bị biến hình xử lý dung môi có độ phân cực khác Các biện pháp xử lý dung môi thường làm phơi Công Nghệ Protein & Enzyme Biến Hình Protein bày vùng kỵ nước mà vốn trước bị che khuất, làm cho Protein tập hợp kết tủa không thuận nghịch (ở pH trung tính đẳng điện) - Quá trình kết tủa Protein dung môi dùng để tạo gel – Các hợp chất ure muối guanidin dung dịch đậm đặc (4-8M) có tác dụng phá hủy liên kết hydro làm cho Protein bị biến hình c Gắn vào Protein nhóm chức : – Nếu làm thay đổi nhóm bên Protein làm thay đổi độ có cực hay làm thay đổi tích điện Protein Phân tử Protein lúc cuộn lại, giãn (hoặc) tập hợp với phân tử Protein khác – Khi gắn vào Protein nhóm cacboxyl ion hóa tạo cho Protein lực đẩy tĩnh điện bị phân ly, giãn mạch dễ dàng Ngoài ra, đưa nhóm ion vào làm cho khả hấp thụ nước độ bền nhiệt Protein tốt đặc biệt làm tăng độ nhạy Protein kết tủa với ion Ca2+ – Khi đưa nhóm phosphat sulfat vào gluten làm tăng khả hấp thụ nước, khả tạo gel khả tạo màng – Các tác nhân họat động bề mặt natri dodexylsunfat gắn vào Protein làm giãn mạch biến hình Protein – Các chất tẩy rửa dạng anion có tác dụng làm cho Protein tích điện âm (khi pH gần trung tính) làm tăng lực đẩy bên làm biến hình Protein d Tạo cầu đồng hóa trị: – Khi gắn đồng hóa trị polyol vào Protein làm tăng độ có cực độ hòa tan Protein không bị kết tủa gia nhiệt – Có thể làm cho Protein kỵ nước cách đưa vào Protein nhóm không cực.Người ta dùng chất phản ứng nhị chức kiểu andehyd malonic, aldehyd glutaric formaldehid trung hợp hóa (paraformandehid) để khâu (bằng đồng hóa trị) nhóm ε–NH2 gốc lysine Protein lại với Phản ứng kiểu thường làm giảm tính hòa tan độ tiêu hóa Protein: Biến Hình Protein Công Nghệ Protein & Enzyme – Có thể tạo cầu disulfua phản ứng oxy hóa vừa phải nhóm tiol có mặt không khí, bromat enzyme oxy hóa Các phản ứng dùng ngày công nghệ làm bánh mì để cải thiện tính chất nhớt dẻo gluten – Cũng gắn đồng hóa trị acid amin acid amin thay vào Protein để tăng giá trị dinh dưỡng Protein Chẳng hạn gắn methionin vào Protein đậu nành, so với việc bổ sung methionin tự có số ưu điểm sau:  Không có mùi methionin  Methionin không bị khuyếch tán bị trình tạo sợi  Methionin không bị phân hủy cỏ động vật nhai lại  Bảo vệ nhóm ε–NH2 α-NH2 dính líu vào phản ứng Maillard Methionin, lysine tryptophan gắn vào nhóm ε– NH2 lysine hay vào nhóm α-NH2 cuối nhóm cacboxyl acid glutamic aspartic – Cũng gắn acid amin vào Protein cách gia nhiệt trực tiếp Protein với N-cacboxyanhidric Công Nghệ Protein & Enzyme Biến Hình Protein Bằng cách trùng hợp hóa từ N-cacboxianhidric methionin ghép chuỗi polymethionin với chiều dài khác lên nhóm ε–NH2 Protein e Thủy phân hạn chế: – Thủy phân hạn chế liên kết peptid, chẳng hạn đun nóng Protein thực vật HCl có nồng độ 1-3 M, 100 oC thời gian từ 10 – 15h để tăng lượng nitơ phi Protein lên ba lần, làm tăng độ hòa tan lên nhiều làm tăng tính chất bề mặt gluten lên – Thủy phân acid, nói chung, làm biến đổi mạch bên Protein, chẳng hạn khử gốc amid asparagin glutamin, khử phospho phosphoserin phá hủy gốc tryptophan.Sự thủy phân acid thường qua nhiều phản ứng phức tạp để tạo thành sắc tố dẫn suất có mùi thơm thịt – Sự thủy phân hạn chế liên kết peptid thu cách đun nóng Protein môi trường kiềm Chẳng hạn đun nóng Protein NaOH có pH = 11 –12,5 nhiệt độ 70 –90 o thời gian từ 20 phút đến vài Phương pháp khử trừơng hợp dùng để hòa tan trích ly Protein hòa tan thực vật, vi sinh vật cá Tác nhân sinh học làm biến hình Protein: a Các enzyme thủy phân Protein (Protease): Các enzyme thủy phân Protein thường có tên gọi protease, protease, peptidase hay C-N-hydrodase Enzyme protease phân cắt liên kết peptid L- axid amin: Phản ứng thủy phân không cần cung cấp lượng từ bên cân phản ứng chuyển dịch phía trái Một số Protease thường sử dụng biến hình Protein:  Papain: (EC.3.4.22.2)  Pepsin (EC.3.4.4.1)  Renin: (EC 3.4.4.3)  Chimotripsin: (E.C3.4.21.1) Biến Hình Protein Công Nghệ Protein & Enzyme  Trypsin: (EC.3.4.21.4)  Subtilisin: (EC.3.4.4.16) –  Colagenase :(EC.3.4.24.3) b Vai trò protease biến hình protein: [2] – Các protease xúc tác phản ứng phân cắt liên kết peptid phản ứng tổng hợp liên kết peptid – Phức acyl-enzyme trung gian tạo phân cắt liên kết peptid bị công nucleophil nhóm amin để tân tạo liên kết peptid phân tử nước để giải phóng chuỗi ngắn – Khi liên kết peptid bị thuỷ phân dẫn tới hậu sau: • Tăng số lượng nhóm có cực -NH3 COO- tăng độ háo nước sản phẩm • Giảm khối lượng phân tử chuỗi polypeptid • Cấu hình phân tử bị thay đổi – Ngược lại, liên kết peptid tân tạo làm giảm số nhóm có cực, làm giảm theo độ háo nước làm tăng khối lượng phân tử làm biến đổi cấu hình phân tử protein – Protein bị biến hình protease phản ứng khử trùng hợp phản ứng trùng hợp III Ứng dụng biến hình protein công nghiệp: Biến hình colagen làm mềm thịt – Colagen protein hình sợi thịt.Có cấu trúc gồm nhiều sợi xoắn ốc liên kết lại thành khối sợi Biến Hình Protein Công Nghệ Protein & Enzyme − Colagen có độ bền độ cứng định liên kết chéo nội phân tử phân tử (liên kết hydro, liên kết disunfua, liên kết aldol, liên kết ester liên kết isopeptid,…) Số lượng liên kết nội ngoại phân tử tăng lên thịt động vật già – colagenase enzyme sử dụng tốt làm mềm thịt Phương pháp ứng dụng nhiều ngành công nghệ thực phẩm sản xuất đồ hộp Khả tạo bột nhão: Khả tạo bọt: Bọt thực phẩm hệ phân tán bóng bọt pha liên tục chất lỏng chất nửa rắn, có chứa chất hoạt động bề mặt hoà tan Các loại kem ướp lạnh, bọt bia, bánh mì,…là bọt thực phẩm Trong sản xuất bia, tạo bọt tính chất quan trọng bia − Công thức kẹo mềm phải có chất tạo bọt để kẹo xốp, thường dùng lòng trắng trứng gà Biến Hình Protein Công Nghệ Protein & Enzyme Đường + Mật + tinh bột +Nước Sữa, bơ, lạc, Lòng trắng trứng Sirô Nấu Đánh xốp Đánh trộn Tạo hình Đóng gói bảo quản Khả tạo gel protein [4] – Có thể nói thực phẩm giò lụa, giò cá, phomat, bánh mì, …là sản phẩm có kết cấu khung từ gel protein – Đông tụ sữa trình quan trọng sản xuất phomat Quá trình minh họa theo sơ đồ sau: Công Nghệ Protein & Enzyme Biến Hình Protein Khả cố định mùi: [1] – Protein cố định chất có mùi khác Các chất có mùi chất bay hơi, protein hấp phụ vật lý hấp phụ hoá học chất có mùi qua tương tác Van der Waals qua liên kết đồng hoá trị liên kết tĩnh điện Khả nhũ hoá: – Nhũ tương hệ phân tán hai chất lỏng không trộn lẫn được, chất lỏng dạng giọt nhỏ pha bị phân tán, chất dạng pha phân tán liên tục – Nhiều sản phẩm thực phẩm nhũ tương như: sữa, kem, bơ, phomat nóng chảy, lòng đỏ trứng, thịt nghiền nhỏ để làm xúc xích… – Nhũ tương hệ thống không bền nhiệt động Để làm cho nhũ tương bền, người ta dùng chất khử nhũ hoá:  Cho chất điện ly vô vào  Hoặc thêm chất hoạt động bề mặt có cấu trúc lưỡng cực  Hoặc thêm chất cao phân tử hoà tan pha liên tục Biến hình protein phản ứng plastein: a Phản ứng plastein: – Trước đây, Plastein lần sử dụng để đặt tên cho sản phẩm kết tủa thu cho renin vào dịch thuỷ phân hạn chế fibrin Ngày nay, Plastein định nghĩa gel protein tạo thêm endopeptidase vào dung dịch cô đặc protein thuỷ phân không hoà tan dung dịch acid tricloaxetic 10% Phản ứng tạo plastein gọi phản ứng plastein – Dưới tác dụng protease, peptid xếp lại thành plastein theo sơ đồ sau: – Các điều kiện cần cho phản ứng plastein :  Các peptid phải có khối lượng phân tử 500 2000 Dal phải có nồng độ 10%  pH phản ứng 10 Công Nghệ Protein & Enzyme Biến Hình Protein  Độ háo nước chất peptid có vai trò quan trọng: hiệu suất plastein thu cực đại tỷ lệ peptid háo nước/peptid kỵ nước 0.5 – Phản ứng plastein thường bao gồm hai giai đoạn:  Thuỷ phân hạn chế protein nồng độ thấp ([...]... vị đắng của các peptid tạo thành từ dịch thuỷ phân protein đậu tương (Fujimaki và cộng sự, 1970) – Tuy nhiên, công nghệ của phản ứng plastein là khả năng cải biến các tính chất dinh dưỡng của protein – Sử dụng phản ứng plastein còn cho phép cải thiện tính lưỡng tính của protein thực phẩm bằng cách cài gắn các ester của acid amin kỵ nước vào trong các protein háo nước c Chế tác plastein từ protein đậu... tác plastein từ protein đậu Protein đậu tương (nồng độ cao) Papain H – (peptit) – O – papain H – Met – O – Et H – (pepsin) – Met – O - Et – Đầu tiên papain tác dụng với phân tử protein tạo thành sản phẩm trung gian peptidyl-papain Sau đó là phản ứng amin-phân bởi H-Met-OEt (ester của methionin) để tạo thành sản phẩm được gắn methionin vào đấu cuối cacbon 12 Biến Hình Protein Công Nghệ Protein & Enzyme... cùng một protease hoặc bởi hai protease khác nhau Protein đậu tương (nồng độ thấp) thuỷ phân bằng pepsin (pH 1,6; 370C; 12h) Oligopeptit (trung hoà tới pH 7 cô đặc chân không tới nồng độ xác định) Bổ sung este của axitamin Tái tổng hợp bằng papain (pH 6; 370C; 24h) Oligopeptit (nồng độ cao) Plasein đã được bổ sung axitamin 11 Biến Hình Protein Công Nghệ Protein & Enzyme – Điều kiện để cài gắn methionin...Công Nghệ Protein & Enzyme Biến Hình Protein  Độ háo nước của các cơ chất peptid có vai trò rất quan trọng: hiệu suất plastein thu được sẽ cực đại khi tỷ lệ peptid háo nước/peptid kỵ nước bằng 0.5 – Phản ứng plastein thường bao gồm hai giai đoạn:  Thuỷ phân hạn chế protein ở nồng độ thấp (