CHƯƠNG 1: PROTEIN Mã Chương: MH08-01 Giới thiệu: Mục tiêu: - Biết được cấu tạo, tính chất của Protein; - Trình bày được vai trò sinh học và giá trị dinh dưỡng của Protein; - Sự biến đổi của protein trong chế biến thực phẩm. Nội dung chính: 1. Giới thiệu Protein là phân tử sinh học rất lớn, có mặt nhiều nhất trong tế bào sống. Protein tham gia vào rất nhiều các phản ứng sinh hóa khác nhau và tồn tại ở các dạng phân tử khác nhau.
Protein được kết hợp bởi các acid amin. Các acid amin nối với nhau bởi liên kết peptid. Acid amin, peptid và protein là những thành phần quan trọng của thực phẩm cung cấp các tiền chất cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp protein trong cơ thể. Ngoài ra, chúng còn trực tiếp tham gia vào việc tạo nên hương vị của thực phẩm hay tham gia vào các phản ứng nhiệt và enzyme để tạo nên các chất màu, chất mùi trong quá trình bảo quản và chế biến.
Protein cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên các tính chất vật lý của thực phẩm qua khả năng tạo và ổn định các hệ gel, bọt, nhũ tương và cấu trúc sợi. Protein được cung cấp từ thực và động vật, ngoài ra, nguồn cung cấp protein còn bao gồm tảo (Chlorella, Scenedesmus, Spirulina.), nấm men và vi khuẩn (protein đơn bào SCP – single cell protein). Do nấm men và vi khuẩn thường chứa lượng lớn acid nucleic (6-17% so với trọng lượng khô) nên cần quá trình thu nhận, tinh sạch protein. Protein là hợp chất phổ biến trong các nguyên liệu và sản phẩm thực phẩm.
Trong thực phẩm, protein có thể ở trạng thái dịch thể hoặc ở trạng thái rắn, có thể ở dạng gần như thuần nhất trong một số sản phẩm này nhưng lại ở dạng hổn hợp với các hợp phần khác trong một số thành phẩm khác. Có thực phẩm protein là hợp phần chính có sẵn trong nguyên liệu, có thực phẩm protein được thêm vào ở dạng chất phụ gia. Protein sẵn có hoặc được đưa vào sản phẩm thực phẩm chủ yếu là để tạo cho thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao. Ngoài ra, protein còn có vai trò cực kỳ quan trọng trong công nghệ sản xuất thực phẩm: là chất tạo hình và tạo kết cấu đặc trưng cho nhiều loại sản phẩm thực phẩm.
16 Do tương tác với nước và dưới tác dụng của nhiệt mà protein có thể thay đổi tính chất, trạng thái để tạo hình, tạo dáng và tạo kết cấu cấu cho sản phẩm thực phẩm. Trong những điều kiện công nghệ nhất định, protein có thể tương tác với nhau, tương tác với nước, với glucid, lipid để tạo ra độ đặc, độ dẻo, độ trong, tạo bọt, tạo độ xốp cho các sản phẩm thực phẩm. Vai trò sinh học Protein đóng vai trò then chốt trong hầu hết các quá trình sinh học, chúng đảm nhận nhiều chức năng quan trọng trong cơ thể - Xúc tác: Hầu như tất cả các phản ứng sinh hóa xảy ra trong cơ thể đều có chất xúc tác là enzyme. Enzyme là chất xúc tác sinh học có bản chất là protein.
- Nuôi dưỡng (dự trữ): các protein dự trữ là nguồn nguyên liệu để nuôi dưỡng cơ thể. Protein trứng và sữa (casein) cũng có vai trò nuôi dưỡng. - Vận chuyển: Hemoglobin vận chuyển oxy, albumin huyết tương vận chuyển lipid. - Bảo vệ: nhiều protein bảo vệ cho tế bào và mô chống lại sự xâm nhập của chất lạ hoặc các tác nhân có hại.
Các globulin miễn dịch hoặc các kháng thể là những protein đặc hiệu được tổng hợp từ các tế bào lympho ở cơ thể động vật có vai trò nhận biết, kết tủa hoặc trung hòa những vi khuẩn và các protein lạ xâm nhập vào cơ thể. Interferon là protein chống lại sự nhiễm khuẩn và nhiễm virus. Fibrinogen và thrombin là những protein của máu có tác dụng làm đông máu khi thành mạch bị tổn thương. - Vận động: Myosin, actin, actomyosin là những protein chính của sợi tơ cơ.
Hoạt động của chúng tạo nên co và duỗi cơ. - Cấu trúc: các protein cấu trúc quan trọng như collagen trong tổ chức liên kết, keratin trong tóc, da; elastin trong thành mạch. - Điều hòa: một số hormone có bản chất protein, là chất có vai trò điều hòa quan trọng các chuyển hóa trong cơ thể như glucagon, adrenaline tham gia điều hòa đường máu. Vai trò dinh dưỡng Thuật ngữ protein có xuất xứ từ tiếng Hy Lạp “protos” nghĩa là trước nhất, quan trọng nhất.
Protein là thành phần cơ bản của vật chất sống, nó tham gia vào thành phần của mỗi một tế bào và là yếu tố tạo hình chính. Quá trình sống là sự thoái hóa và tân tạo thường xuyên của protein. *Protein là thành phần nguyên sinh chất tế bào Ở nguyên sinh chất tế bào không ngừng xảy ra quá trình thoái hoá protein cùng với sự tổng hợp protein từ thức ăn. Protein cũng là thành phần quan trọng của 17 nhân tế bào và các chất giữa tế bào.
Một số protein đặc hiệu có vai trò quan trọng do sự tham gia của chúng vào hoạt động các men, nội tố, kháng thể và các hợp chất khác. Ví dụ globin tham gia vào thành phần huyết sắc tố, miosin và actin đảm bảo quá trình co cơ, -globulin tham gia vào sự tạo thành rodopsin của võng mạc mắt, chất này giúp cho quá trình cảm thụ ánh sáng được bình thường. *Protein cần thiết cho sự chuyển hoá bình thường của các chất dinh dưỡng khác Mọi quá trình chuyển hoá của glucid, lipid, acid nucleic, vitamin và chất khoáng đều cần có sự xúc tác của các enzyme mà bản chất hoá học của enzyme là protein. Các quá trình chuyển hoá của các chất dù là phân giải hay tổng hợp đều cần một nguồn năng lượng lớn, một phần năng lượng đáng kể do protein cung cấp.
*Protein tham gia vào cân bằng năng lượng của cơ thể Protein là nguồn năng lượng quan trọng cho cơ thể, cung cấp khoảng 10 - 15% năng lượng của khẩu phần. Các acid amin không tham gia vào tổng hợp protein hoặc được phân giải từ protein, từ các đoạn peptid nhờ enzyme carboxy peptidase hay amino peptidase của ruột non sẽ bị khử amin hoá bằng cách oxy hoá, kết quả tạo thành nhóm –NH2 và α-cetoacid. Nhóm amin phần lớn đựơc tạo thành urê qua chu trình ormithin, còn một phần tồn tại dưới dạng amoniac. Các α-cetoacid tiếp tục bị biến đổi theo đường hướng β oxy hoá để tạo thành acetyl CoA và năng lượng, acetyl CoA lại tiếp tục đi vào chu trình Krebs để tạo ra CO2, H2O, năng lượng và các sản phẩm trung gian.
Như vậy các acid amin biến đổi theo đường hướng khử amin hoá sẽ cho nguồn năng lượng lớn. Các acid amin cũng có thể bị khử carboxyl hoá để tạo thành các amin hay diamin. Các amin này lại bị oxy hoá tiếp tục để tạo thành NH3, H2O, aldehyde tương ứng, đồng thời giải phóng nguồn năng lượng đáng kể. Như vậy khi thiếu glucid, lipid thì một phần protein thừa có thể chuyển hoá thành glucid hay acid béo để tham gia vào quá trình đốt cháy và cung cấp năng lượng.
Khi đốt cháy trong cơ thể, 1 g protein cho 4 Kcal. *Protein điều hoà chuyển hoá nước và cân bằng kiềm toan trong cơ thể Protein đóng vai trò như chất đệm, giữ cho pH máu ổn định do khả năng liên kết với H+ và OH-. Các hoạt động của cơ thể rất nhạy cảm với sự thay đổi pH máu, vì vậy vai trò duy trì cân bằng pH là rất quan trọng. Protein có nhiệm vụ kéo nước từ trong tế bào vào mạch máu, khi lượng protein trong máu thấp, dưới áp lực co bóp của tim, nước bị đẩy vào khoảng gian bào gây hiện tượng phù nề.
*Protein bảo vệ và giải độc cho cơ thể Cơ thể con người chống lại sự nhiễm trùng nhờ hệ thống miễn dịch. Hệ thống miễn dịch sản xuất ra kháng thể có bản chất là các protein bảo vệ. Mỗi kháng thể gắn với một phần đặc hiệu của vi khuẩn hoặc yếu tố lạ nhằm tiêu diệt 18 hoặc trung hoà chúng. Cơ thể có hệ thống miễn dịch tốt khi được cung cấp đầy đủ acid amin cần thiết để tổng hợp nên kháng thể.
Cơ thể luôn bị đe doạ bởi các chất độc được hấp thụ từ thực phẩm qua hệ thống tiêu hoá hoặc trực tiếp từ môi trường, các chất độc này sẽ được gan giải độc. Khi quá trình tổng hợp protein bị suy giảm do thiếu dinh dưỡng thì khả năng giải độc của cơ thể giảm. *Protein là chất kích thích ngon miệng Do chức năng này mà protein giữ vai trò quan trọng trong việc tiếp nhận các chế độ ăn khác nhau. Trong cơ thể người protein là chất có nhiều nhất sau nước.
Gần 1/2 trọng lượng khô của người trưởng thành là protein và phân phối như sau: 1/3 ở cơ, 1/5 có ở xương và sụn, 1/10 ở da, phần còn lại ở các tổ chức và dịch thể khác, trừ mật và nước tiểu bình thường không chứa protein. Protein cần thiết cho chuyển hóa bình thường các chất dinh dưỡng khác, đặc biệt là các vitamin và chất khoáng. Khi thiếu protein, nhiều vitamin không phát huy đầy đủ chức năng của chúng mặc dù không thiếu về số lượng. Acid amin và peptide 2.1 Acid amin Acid amin là đơn vị cơ bản cấu tạo nên protein.
Các acid amin thường được gọi tên theo nguồn gốc phát hiện ra chúng. Acid amin đầu tiên được phát hiện ở cây măng tây (asparagus) vào năm 1806 và được gọi là asparagin. Acid amin cuối cùng trong số 20 acid amin tham gia vào thành phần cấu tạo protein là threonin được phát hiện năm 1938. * Cấu tạo Acid amin Acid amin đuợc coi là các dẫn xuất amino của acid carboxylic, trong đó có một nguyên tử hydro tại Cα được thay thế bằng một nhóm amino.
COOH H2N C H R R được gọi là mạch bên, các acid amin khác nhau sẽ khác nhau ở cấu tạo mạch bên R. Các acid amin thường gặp Khi thủy phân hoàn toàn phân tử protein, ta thu được các acid amin ở dạng đồng phân L, có khoảng 20 acid amin thường gặp trong thành phần protein.