PROTEIN & BIẾN ĐỔI SINH HÓA

Ở THỊT, CÁ

ACID AMIN

THỦY PHÂN và TỔNG HỢP

ĐỊNH NGHĨA

Protein bắt nguồn từ “proteios” của ngƣời Hy Lạp có nghĩa là “Primary”

Là bộ khung trong hệ thống sinh vật học tạo ra cấu trúc và duy trì sự sống cho tế bào

Là polymers của các amino acid

Protein = polypeptide + ( cofactors, coenzyme, nhóm prosthestic . . . )

Polypeptide: các amino acid liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị

Cofactor: không có chứa nhóm amino acid trong thành phần. VD: ion kim loại Zn2+

trong carboxypeptidase

Coenzyme: các cofactor hữu cơ. VD: nucleotide trong lactate dehydrogenase

Nhóm prosthestic: các cofactor liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị VD: heme trong hemoglobin

Chủ yếu tạo cho thực phẩm có giá trị dinh dƣỡng cao

Là chất tạo hình tạo kết cấu quan trọng

Protein có thể tƣơng tác với nƣớc và dƣới tác dụng của nhiệt độ protein có thể thay đổi tính chất, trạng thái để tạo hình tạo dáng, tạo kết cấu cho sản phẩm

Protein có thể tƣơng tác với nhau, với nƣớc, với gluxit, với lipid để tạo ra độ đặc, độ dẻo, độ trong, độ tạo bọt, độ xốp cho sản phẩm

Ứng dụng protein trong thực phẩm

Tạo gel: Protein cơ vân (giò lụa, xúc xích); Protein sữa (yaourt, phô

mai); Protein trứng (Conalbumin và ovalbumin có pI = 4,6, biến tính ở

57oC – 65oC và 72oC – 84oC )

Tạo kết cấu và tạo hình sản phẩm: Đông tụ nhiệt và tạo màng mỏng

(gelatin tạo liên kết hidro thuận nghịch)

Tạo sợi: Protein biến tính, duỗi ra, sau đó sắp xếp theo một trục gọi là

kéo sợi

Ép đùn nhiệt dẻo: xúc xích, gluten bánh que

Tạo bột nhão: gluten bột mì

PHÂN LOẠI PROTEIN

Dựa vào tính đồng thể

Homoprotein: protein chỉ do acid amin tạo nên

Heteroprotein: hợp chất của protein với các hợp chất

phi protein

Dựa vào chức năng

Protein cấu trúc

Protein sinh học

Protein thực phẩm

PROTEIN TRONG THỰC PHẨM

Ngon

Dễ tiêu hóa

Không độc tố

Thuận lợi về mặt kinh tế

Acid amine

PROTEIN TRONG THỰC ĐƠN

HẰNG NGÀY

Có 9 trong 20 amino acid cần có trong khẩu phần ăn hằng ngày

Đó là các amino acid cần thiết bao gồm

Protein là nguồn Nitơ chủ yếu trong khẩu phần ăn hằng ngày

Histidine

Isoleucine

Leucine

Lysine

Methionine

Phenylalanine

Threonine

Tryptophan

Valine

CẤU TRÖC CỦA PROTEIN VÀ

CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN

Cấu trúc: Protein là polymer của amino acid

Các amino acid tham gia trong liên kết peptide

là 2 gốc amino và carboxylic acid

Cacbon α là C có gắn nhóm chức năng

CẤU TRÖC LẬP THỂ CỦA CÁC

NHÓM AMINO ACID

Các amino acid có tính bất đối xứng

Có một nguyên tử cacbon bất đối xứng

Protein tự nhiên có cấu tạo các amino acid nằm bên trái

SỰ HÌNH THÀNH LIÊN KẾT PEPTIDE

SỰ HÌNH THÀNH CẦU NỐI DISULFIDE

Hai phân tử cystein bị oxi hóa

Hình thành liên kết giữa hai phân tử

C SH C SH

H2 H2

S C S

H2 H2

C

[ O ]

NHỮNG PHẢN ỨNG KHÁC

Ninhydrin

Ở bƣớc sóng 570nm, xuất hiện màu tím, màu xanh dƣơng hoặc voilet

Ở bƣớc sóng 440nm có màu vàng cho proline

Phenylisothiocyanate

Dansyl cloride

CẤU TRÖC BẬC 1

α- Helix

α-helix và β-Sheet

α-helix và β-Sheet

CẤU TRÖC BẬC 3

CẤU TRÖC BẬC 4

SỰ HÕA TAN CỦA PROTEIN

Hòa tan trong nƣớc

Tƣơng tác protein và dung môi

Liên kết hydro, lƣỡng cực, ion

Phụ thuộc vào

pH

Lực ion

Loại dung môi

Nhiệt độ

SỰ BIẾN TÍNH PROTEIN Khái niệm:

Biến đổi về hình thể, cấu tạo cơ bản của phân tử protein

Mất hoạt tính sinh học và chức năng tự nhiên

Mạch polypeptide sắp xếp hỗn loạn

Đặc điểm

Không phá vỡ cấu trúc bậc 1, chỉ phá vỡ cấu trúc bậc cao

Sự biến tính phụ thuộc :

Nhiệt độ

Bề mặt biến đổi

Thay đổi pH và nồng độ muối

Mất nƣớc ở nhiệt độ thấp

Sử dụng chất phụ gia

Một số yếu tố chống lại sự biến tính

Ion kim loại VD Ca2+

Sự solvat hóa

Kết hợp với các chất khác VD glucoprotein, lipoprotein

SỰ BIẾN TÍNH PROTEIN

Sự biến tính

Các biện pháp vật lý

Gia công cơ học:

Nghiền cắt: tạo bề mặt lớn, tăng khả năng hấp phụ, tạo bọt

Đồng hóa: dƣới tác dụng lực cắt tăng khả năng nhũ hóa

Tạo bột nhão, tạo sợi, ép đùn: các phân tử protein sắp xếp lại, tạo các cầu nối disulfua

Xử lí nhiệt

Các độc tố có bản chất protein bị vô hoạt: antitrypsin trong đỗ tƣơng

Vô hoạt enzyme: polyphenoloxidase, lipase

Dễ tiêu hóa hơn do protein bị biến tính: ovalbumin , collagen ..

Gia nhiệt ở nhiệt độ cao sinh ra khí H2S

KẾT QUẢ CỦA SỰ BIẾN TÍNH

Mất đặc tính sinh học

Giảm khả năng hòa tan

Làm tăng độ nhớt

LÀm tăng phản ứng kết hợp với các chất khác

Dễ phản ứng thủy phân bằng các enzyme thủy phân protein

Enzyme và các chât ức chế protein bị mất hoạt tính

Cải thiện mùi

Mất các acid amin không bền: cystein, lysine hình thành NH3, H2S

Cải thiện khả năng tiêu hóa

ẢNH HƢỞNG CỦA pH Hòa tan tối thiểu ở pI Hòa tan tốt ở pH kềm

ẢNH HƢỞNG CỦA pH

SỰ BIẾN TÍNH DƢỚI TÁC

DỤNG CỦA NHIỆT ĐỘ Có thể làm biền tính gliadin, trứng, protein sữa

Vẫn giữ hoạt tính của lipase, oxidase

Phụ thuộc vào hàm lƣợng nƣớc

Phụ thuộc vào các yếu tố khác: cầu nối disulfide, liên kết ion . . .

Trypsinogen 55

Pepsinogen 60

Lysozyme 72

Myoglobin 79

Soy glycinin 92

Oat globulin 108

ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ

TỚI PHẢN ỨNG CỦA ENZYME

CƠ CHẤT

CHẤT ỨC CHẾ

denaturation

V

T

SỰ THAY ĐỔI HẰNG SỐ ĐIỆN MÔI

Giảm đối với các dung môi có

cực: alcol, aceton

Tăng các tƣơng tác tĩnh điện

Tƣơng tác kị nƣớc yếu hơn

Biến tính thuận nghịch & không

thuận nghịch

SỰ BIẾN TÍNH CỦA

PROTEIN THỰC PHẨM

Protein của thịt cá: colagel, potein tơ cơ, TMAO

Protein của trứng: Đánh trứng làm bánh, lactoalbumin, ...

Protein của sữa: Ca2+ + PO3- = Ca3(PO4)2

Protein của lúa mì: glutenin trong quá trình làm bột nhào & nƣớng

Protein của đậu nành: Phản ứng thủy phân bằng acid & bằng enzyme

SỰ BIẾN TÍNH CỦA

PROTEIN THỊT, CÁ

Ảnh hƣởng của nhiệt độ

Ảnh hƣởng của quá trình nghiền, xông khói

Ảnh hƣởng của quá trình lạnh đông & trữ đông

Ảnh hƣởng của quá trình dehydrat hóa và sấy

thăng hoa

Ảnh hƣởng của sự giảm pH sau khi thú vật chết

PHẢN ỨNG OXI HÓA KHỬ

CỦA PROTEIN

Phản ứng oxy hóa khử trong protein ngũ

cốc : Glutein

Phản ứng oxi hóa khử của protein thịt:

Cystein

C SH C SH

H2 H2

S C S

H2 H2

C

[ O ]

PHẢN ỨNG THỦY PHÂN

CỦA PROTEIN Phản ứng thủy phân bằng enzyme

Phản ứng thủy ohân bằng acid

Ƣu điểm

Sản phẩm có khả năng tiêu hóa cao

Không tạo ra các sản phẩm phụ khó chịu

Những thành phần phi protid không có ảnh hƣởng đáng kể

Nhƣợc điểm

Tạo vị đắng

Khắc phục

Sự che phủ: bổ sung polyphotphat, gelatin

Làm mất trung tâm hoạt động: giảm pH

Tách những peptide gây đắng

Ngăn chặn sự hình thành protein kỵ nƣớc

PHẢN ỨNG CỦA PROTEIN

VỚI CÁC CHẤT KHÁC

Phản ứng với kim loại

Phản ứng với phenol hình thành cầu

nối hidrogen, amide

C SH Cu SH

H2 H2

S C S

H2 H2

C Cu

C

CẤU TẠO CỦA CƠ BẮP Bắp thịt đƣợc cấu tạo từ 3 thành phần chính

Cơ sọc: cơ của thịt nạc

Cơ trơn: cơ cấu tạo của thành ruột và bao tử

Cơ tim: cơ cấu tạo của thành trái tim

Protein tơ cơ

Myosine

Actin

CẤU TRÖC CỦA CƠ

CẤU TẠO CỦA CƠ BẮP

Cơ vân

Cơ tim

Cơ trơn

Cơ thành ruột

CẤU TẠO CỦA CƠ BẮP

CẤ

U T

ẠO

CỦ

A C

Ơ B

ẮP

CẤU TẠO CỦA CƠ BẮP

Pacemaker potential (SA node)

CẤU TẠO CỦA CƠ BẮP

MỀM DẺO CỦA CƠ BẮP KHI CO CƠ

PROTEIN LIÊN KẾT

Là thành phần của màng bao cơ

Collagen

Màu trắng, không co giãn, gồm 3 sợi xoắn lại

Tan trong nƣớc nóng thành gelatin

Elastin

Màu vàng, co giãn

Khong tan trong nƣớc

THÀNH PHẦN HÓA HỌC

Meat % water %protein %fat

Beef 60 18 22

Pork 42 12 45

Turkey 58 20 20

Chicken 65 30 5

Fish 70 20 10

Milk 87 4 5

THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA THỊT

Thành phần Cá fillet Thịt bò

Protein 28 20

Lipid 67 3

Carbohydrate <0.5 1

Tro 15 1

Nƣớc 96 75

THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA CÁ VÀ

ĐỘNG VẬT CÓ VÖ Chất béo

Hữu nhũ: 1- 2 nối đôi / 1 acid béo

Cá: 5 – 6 nối đôi / 1 acid béo

Protein

Protein cấu tạo actin, myosin, actomyosin, tropomyposin

Tan trong muối trung tính có nồng độ > 0.5M, lực ion cao

Protein tƣơng cơ: myoalbumin, glubulin, enzyme

Hòa tan trong muối trun tính có lực ion thấp < 0.5M

Protein mô liên kết là collagen, elastin

Các chất tan chứa nitơ phi protein là các chất dễ bay hơi: amoniac, TMAO, creatin,. . .

SỰ KHÁC NHAU CỦA CƠ THỊT

VÀ CƠ CÁ

Hàm lƣợng mô liên kết: cá 10%, ĐV: 17%

Nhiệt độ gelatin hóa của collagen cá thấp hơn thịt

Chiều dài của sợi cơ ở cá ngắn và mỏng hơn so với ĐV

Protein cá dễ bị biến tính bởi nhiệt và dễ thủy phân hơn so với ĐV

pH của cá sau khi chết khoảng 6.2 cao hơn so với pH của ĐV

Màu sắc: Cá: carotenoid, ĐV: hemoglobin

MÀ

U S

ẮC

CỦ

A T

HỊT

KHỞI ĐẦU SỰ CO CƠ

SỰ

CO

CƠ

SỰ CO CƠ

SỰ BIẾN ĐỔI CƠ BẮP THỊT Thú hay cá chết

Tiết nhớt

Ngƣng tuần hoàn máu

Oxi cung cấp kém

Giảm thế oxi hóa khử

Hô hấp yếm khí ( 30 ATP) Glycogen tạo acid lactic

Giảm lƣợng ATP và

creatine photphat pH giảm

Khởi đầu sự co cứng Biến tính protein Cathepsin phóng

thích & hoạt động

Phân cắt

protein VSV phát triển Thoát nƣớc,

mất màu Tích tụ chất chuyển hóa

Ngƣng tác động thực bào

SỰ BIẾN ĐỔI CƠ BẮP CỦA THỊT

Các trạng thái biến đổi cấu trúc của cơ bắp

Bắt đầu co cứng ( mềm mại )

Co cứng ( dai ,cứng chắc )

Sau co cứng ( mềm mại )

TRẠNG THÁI TIỀN CO CỨNG

Các mô còn mềm

Có sự hiện diện của creatine photphat và ATP

Tiến trình đƣờng phân vẫn hoạt động bình thƣờng

Thịt còn mềm mại

Brisket forms a more stable ring at a lower temperature than pork. This is

partly due to higher myoglobin levels in brisket, and perhaps the difference

in myoglobin chemistry. Also note the ring is darker where the meat dries

out earliest (typically on the edges cut across the grain)

TRẠNG THÁI CO CỨNG

Năng lƣợng dự trữ giảm do

ATP bắt đầu giảm

Đầu của myosin không thể tách ra khỏi actin hình thành actomyosin

Ca2+ không đƣợc bơm trở về thể lƣới tƣơng cơ

Bơm Na/K trong sợi dây thần kinh ngừng lại

Ngƣng cung cấp thức ăn

pH của cơ tiến dần đến pI

Hô hấp yếm khí nên lƣợng ATP giảm ( 30 ATP )

Kết quả: Co cứng

TRẠNG THÁI SAU CO CỨNG Là thời kỳ chín sinh hóa trong thịt và cá

Cấu trúc thịt mềm mại trở lại

Hƣơng vị và cấu trúc của sản phẩm đƣợc chấp nhận cao: nem chua

Nguyên nhân

Enzyme thủy phân protein hoạt động mạnh sau khi thú chết

Cathepsin tìm thấy trong lysosome hoạt động mạnh do pH giảm

Calpains tìm thấy chủ yếu trong sarcoplasm hoạt động mạnh bởi ion Ca2+

Các enzyme phân hủy cấu trúc protein làm cho thịt mềm

SỰ BIẾN ĐỔI KHI pH GIẢM

Đƣờng phân theo con đƣờng yếm khí

Glycogen tạo ra acid lactic ( 30 ATP )

Mức độ và tốc độ giảm pH ảnh hƣởng đến chất lƣợng của thịt

PSE DFD NORMAL

SỰ BIẾN ĐỔI KHI pH GIẢM

pH cuối Kiểu giảm pH Tính chất thịt

6.0 – 6.5 Chậm, dần, dần Sậm màu

5.7 – 6.0 Chậm, dần, dần Hơi sậm màu

5.3 – 5.7 dần dần Bình thƣờng

5.3 – 5.6 Nhanh Hơi tái

5.0 Nhanh Tái, rỉ nƣớc

5.1 – 5.3 Nhanh Tái, rỉ nƣớc

Điểm đẳng điện là điểm mà tại đó protein trung hòa điện tích

Ở trạng thái này, khả năng giữ nƣớc là kém nhất nê thịt bị rỉ nƣớc mất màu

pI của thịt heo là 5.1

pH của thịt heo vừa giết mổ là 5.6

SỰ BIẾN ĐỔI KHI pH GIẢM

TỐC ĐỘ VÀ MỨC ĐỘ GIẢM pH

Cần tránh pH của thịt dƣới 5.3

Tốc độ gảm pH phải dần dần

SLAUGHTERING PROCEDURE

There are few factors to be consider on pre-slaughter handling of meat such as at the

farm,during transport,at the stockyard and also at abattoir.

Moreover there are few factors to be consider for selection of animal for slaughtering

such as age of the animal,sex of the animal,size,degree of fatness and also health of

the animal.

There are few steps in managing of animal prior to slaughter:fasting,relaxedanimal,

handling animals gently and also cleaning of animals

Steps that are included in slaughtering is stunning,sticking,scalding and

scarping,removal of the head,evisceration,spiltting,post mortem inspection and also

chilling

Actors that affect meat qualities are color,texture(tenderness),odour and also flavour.

Meat should be handle properly so that it is safe to consume by people

The uncooked meat should keep in refridgeratorso that it wont spoil easily

Meat color

Meat color can be affected by the concentration of heme pigments like myglobin,

haemoglobin , their chemical states and the light- scattering properties of the

meat(Lawrie 2002)

At high pH, the heme iron is predominantly in the ferrous state(Fe2+), while at low

pH accelerates ferrous iron conversion to the ferric state (Fe3+)

Oxygen can bind to heme iron only if it is in the ferrous state(Fe2+)

Water can bind to myglobin (Mb) only if the iron is in the ferrous form.

Under low oxygen tension conditions, Mb exists in the purple colored, reduces form

(Fe2+). Exposed to oxygen for a short period of time, the central iron(Fe2+)

reversibly binds oxygen, producing oxymyglobin(MbO2), which is bright pink or red

When exposed to O2 for a longer period of time, the central iron atom can lose an

electron (oxidized to Fe3+), producing metmyoglobin (MetMb), which is grey-brown

Immediately post slaughter, the oxidized form can be reduced by endogenous

reducing systems in the meat, as long as reducing equivalents (NADH) are

available and the globin fraction is in its native state (undenatured).

Over time, these reducing equivalents are depleted and the pigment is irreversibly oxidized

-Reduction pH: ~7.0 to ~5.5 due to

anaerobic glycolysis (lactic acid

formation from glycogen in muscle)

-Rigor mortis (fiber contraction);

24-48 hr

-Relaxation of rigor (2-9 days)

SỰ BIẾN ĐỔI ATP SAU KHI CHẾT

Chuyển glycogen

thành acid lactic

ATPase sử dụng ATP

để chuyển hóa trong

chu trình đƣờng phân

Creatin photphat giảm

do không tổng hợp

ADP thành ATP

Meat with an appreciable myoglobin concentration changes from red to grey or greyish-brown when cooked. The brown pigments formed during cooking may include

1 - denatured globin nicotinamide hemichromes,

2 - denatured myoglobin,

3 - Maillard reaction products,

4 - metmyochromogen and

5 - haematin di-imadazole complexes.

Cooking makes myofibrils

stronger. The longer we cook

myofibrils, the tougher they

get. Cooking cross-links the

proteins. If sarcomere length is short,

there is more cross-linking and cooked

sracomeres are very strong

SỰ BIẾN ĐỔI ATP SAU KHI CHẾT

THỜI GIAN CO CỨNG Thời gian co cứng là thời gian từ lúc

thú chết đến khi co cứng

Thời gian co cứng bị ảnh hƣởng bởi:

Enzyme tổng hợp và phân cắt ATP

Lƣợng creatine photphat, ATP và glycogen

Thời gian co cứng kéo dài, pH giảm từ từ và thấp nên chất lƣợng thịt tốt

SỰ BIẾN ĐỔI PROTEIN THỊT

SAU KHI CHẾT

Protein cơ: sự hình thành actomyosin, thịt

sẽ dai

Khả năng giữ nƣớc của protein thay đổi

Giai đoạn tiền co cứng: bình thƣờng

Giai đoạn co cứng: giảm

Giai đoạn sau co cứng: Khả năng giữ nƣớc

tăng do có sự chuyển động của các ion làm

tăng điện tích trong protein tơ cơ

SỰ MỀM THỊT SAU CO CỨNG

Thay đổi khả năng giữ nƣớc

Gia tăng độ mềm thịt do liên kết với nitơ phi protein không tan: peptide, acid amin

Khi pH thấp, màng lipoprotein của lysozome bị phá vỡ giải phóng ra cathepsins ( A, B, C, D ) thủy phân protein ( pH tối thích = 4 )

Có sự tham gia của dipeptidase

Sự biến mất chất keo giữa các tơ cơ, có sự hòa tan của Z - line

SỰ BIẾN ĐỔI THỊT DO VSV

Khi thú sống khỏe mạnh, mô cơ là vô khuẩn

Khi thú chết, sự thực bào ngừng lại, vi khuẩn trong các hạch bạch huyết nhân ra và lan tràn khắp mô cơ

TMAO bị khử bởi VSV và phản ứng enzyme thành TMA cho mùi tanh, biểu hiện sự hƣ hỏng của cá