Protein của ngũ cốc

MỤC LỤC Trang CHƯƠNG 1: PROTEIN 5 1.1. TỔNG QUAN VỀ PROTEIN 5 1.2. CẤU TRÚC PROTEIN 5 1.2.1. Acid amin 5 1.2.2. Các bậc cấu trúc của protein 5 CHƯƠNG 2: NGŨ CỐC – PROTEIN TRONG HẠT NGŨ CỐC 6 2.1 NGŨ CỐC 6 2.2 PROTEIN TRONG NGŨ CỐC 6 2.2.1. Cấu trúc protein trong ngũ cốc 6 2.2.2. Thành phần protein trong ngũ cốc 7 2.2.3. Phân loại protein trong ngũ cốc 7 2.2.4. Gluten 8 CHƯƠNG 3: MỘT SỐ LOẠI HẠT NGŨ CỐC THÔNG DỤNG 11 3.1. LÚA GẠO 11 3.2. LÚA MÌ 12 3.3. NGÔ 13 3.4. ĐẠI MẠCH 14 3.5. YẾN MẠCH 15 3.6. CAO LƯƠNG 16 DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 2.1: Giá trị dinh dưỡng (%) của 1 số hạt ngũ cốc 6 Bảng 2.2: Thành phần % các acid amin so với lượng protein tổng  trong 1 số loại ngũ cốc 7 Bảng 2.3: Một số tính chất vật lý của protein trong ngũ cốc 8 Bảng 2.4: Tên riêng 1 số loại protein trong hạt ngũ cốc  và thành phần của chúng 8 Bảng 3.1: Tỉ lệ % các loại protein trong lúa gạo 11 Bảng 3.2: Thành phần các acid amin của các loại protein  khác nhau trong hạt lúa 12 Bảng 3.3: Hàm lượng acid amin trung bình trong protein lúa mì 13 Bảng 3.4: Thành phần acid amin (mol%) trong protein ngô 14 Bảng 3.5: Thành phần acid amin của các nhóm protein đại mạch 15 Bảng 3.6: Thành phần acid amin của các nhóm protein yến mạch 16 DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1: Cấu trúc các bậc của protein 5 Hình 2.1: Ngũ cốc 6 Hình 2.2: Thành phần các nhóm protein tham gia tạo mạng gluten 9 Hình 2.3: Mạng gluten, gliadin và glutenin của bột mì 10 Hình 3.1: Cây lúa 11 Hình 3.2: Cây lúa mi 12 Hình 3.3: Ngô 13 Hình 3.4: Hạt yến mạch 15 CHƯƠNG I: PROTEIN 1.1. Tổng quan về protein: - Protein (Protit hay Đạm) là những đại phân tử được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà các đơn phân là axít amin. Chúng kết hợp với nhau thành một mạch dài nhờ các liên kết peptide (gọi là chuỗi polypeptide). Các chuỗi này có thể xoắn cuộn hoặc gấp theo nhiều cách để tạo thành các bậc cấu trúc không gian khác nhau của protein. 1.2. Cấu trúc protein: - Protein là một hợp chất đại phân tử được tạo thành từ rất nhiều các đơn phân là các axit amin. Axit amin được cấu tạo bởi ba thành phần: một là nhóm amin (-NH2), hai là nhóm cacboxyl (-COOH) và cuối cùng là nguyên tử cacbon trung tâm đính với 1 nguyên tử hyđro và nhóm biến đổi R quyết định tính chất của axit amin. Người ta đã phát hiện ra được tất cả 20 axit amin trong thành phần của tất cả các loại protein khác nhau trong cơ thể sống. - Các bậc cấu trúc của protein: · Cấu trúc bậc một · Cấu trúc bậc hai · Cấu trúc bậc ba · Cấu trúc bậc bốn Hình 1.1: Cấu trúc các bậc của protein CHƯƠNG II: NGŨ CỐC – PROTEIN TRONG HẠT NGŨ CỐC 2.1. Ngũ cốc: - Ngũ cốc là từ chỉ chung 1 số loại cây có hạt dùng để ăn như: ngô, lúa gạo, lúa mì, … Trong số đó thì lúa mì và lúa gạo là hai loại lương thực cơ bản nhất là con người sử dụng. Hình 2.1: Ngũ cốc 2.2. Protein trong ngũ cốc: Hàm lượng protein trong ngũ cốc thay đổi rất nhiều phụ thuộc vào cả giống và điều kiện phát triển. Đối với các hạt ngũ cốc, protein không chủ có giá trị về mặt dinh dưỡng mà còn góp phần lớn để tạo cấu trúc cho các sản phẩm lương thực. Hàm lượng protein, tỉ lệ các axit amin, cấu trúc của protein ảnh hưởng nhiều đến tính chất công nghệ của các loại bột từ hạt (như tạo độ nở cho bánh mì, độ day cho mì sợi ...) Bảng 2.1: Giá trị dinh dưỡng (%) của 1 số hạt ngũ cốc 2.2.1. Cấu trúc protein trong hạt ngũ cốc: - Trong hạt ngũ cốc, protein tồn tại dưới 2 dạng: protein dự trữ và protein chức năng · Protein dự trữ: tồn tại chủ yếu trong nội nhũ, nhằm để dành cho quá trình nảy mầm. Tồn tại dưới dạng protein hình cầu có màng bao. Các hạt có thẻ nằm riêng biệt hay kết dính với nhau tạo mạng lưới protein bao bọc quanh hạt tinh bột, chúng tập trung nhiều ở gần thành tế bào và góp phần tạo độ cứng cho hạt. Vì vậy, hàm lượng protein càng nhiều hạt càng cứng. · Protein chức năng: tồn tại trong lớp aleurone và trong phôi, chúng được hiểu là các enzym. Trong nội nhũ cũng có chứa enzym nhưng hàm lượng nhỏ hơn. Do đó, bột xay từ nguyên hạt thường dễ hư hỏng hơn nhiều do có nhiều enzym hơn bột thượng hạt thu được từ lõi hạt. 2.2.2. Thành phần hóa học của protein ngũ cốc: - Protein của các loại hạt khác nhau có thành phần axit amin khác nhau, tuy nhiên chúng đều có 1 đặc diểm chung là hàm lượng lysine và methionine thường thấp hơn rất nhiều so với protein của sữa, trứng hay thịt. Do đó, khi sử dụng hạt ngũ cốc là thức ăn cho người và gia súc thì cần phải phối hợp với các loại thực phẩm khác. Tuy nhiên, ngày nay với sự phát triển của khoa học, con người đã lai tạo được 1 số giống lúa mạch và bắp có hàm lượng lysine cao. Bảng 2.2: Thành phần % các acid amin so với lượng protein tổng trong 1 số loại ngũ cốc 2.2.3. Phân loại protein trong hạt ngũ cốc: - Hiện nay, cách phân loại theo T.B.Osborne đang được chấp nhận rỗng rãi. Osborn phân loại protein của các hạt lương thực dựa trên tính tan của chúng trong các dung môi khác nhau thành 4 nhóm chính: · Albumins: là nhóm protein tan trong nước và trong dịch muối có nồng độ loãng. Albumins bị đông tụ dưới tác dụng của nhiệt. Một ví dụ điển hình cho protein thuộc nhóm này là ovalbumins của lòng trắng trứng. · Globulins: là nhóm protein không tan trong nước tinh khiết nhưng tan được trong dung dịch muối loãng. · Prolamins: là nhóm các protein tan được tốt trong dung dịch rượu ethenol 70%. · Glutelins: là protein tan được trong acid và base. Bảng 2.3: Một số tính chất vật lý của protein trong ngũ cốc - Cách phân loại trên đây không chính xác lắm vì sự phân chia giữa các nhóm không được rõ ràng. Ví dụ : prolamins cũng có thể tan 1 ít trong nước hay trong dung dịch muối loãng có lực ion nhỏ. - Ứng với mỗi loại hạt, các protein này còn có những tên riêng. Ví dụ : + Phần Prolamins ở ngô có tên là Zein; ở kê có tên là penisetin; ở lúa mì có tên là gliadin; ở đại mạch có tên là hordein; ở mạch đen có tên là secalin. + Phần Glutelins ở lúa mì có tên là glutenin; ở đại mạch có tên là hordenin; ở ngô, mạch đen và thóc có tên là glutelin; còn ở yến mạch có tên là avenin. Bảng 2.4 : Tên riêng 1 số loại protein trong hạt ngũ cốc và thành phần của chúng - Các nhóm protein riêng biệt tương đối khác nhau về thành phần acid amin, nhất là các acid amin không thay thế. Các nhóm Glutelins và Prolamins chứa nhiều acid glutamic và prolin, trong khi đó hàm lượng lysine và tryptophan lại rất ít. - Trong các nhóm protein thì Albumins và Globulins có thành phần acid amin cân đối hơn, chúng chứa nhiều các acid amin không thay thế quan trọng. Trong khi đó, nhóm Glutelins và nhất là prolamins có thành phần acid amin không cân đối, trong chúng rất nghèo các acid amin không thay thế như lysine, tryptophan, methionine ... - Phần lớn protein chức năng đều thuộc nhóm Albumins và Globulins. Ngược lại, các protein dự trữ lại lại thuộc nhóm Prolamins và Glutelins. 2.2.4. Gluten: - Khi đem bột nhào với nước, hai nhóm protein không tan trong nước của bột là prolamins và glutenlins sẽ hấp thụ nước, duỗi mạch, định hướng, sắp xếp lại thành hàng và làm phát sinh các tương tác ưa béo và hình thành các cầu đisunfua mới (qua PƯ trao đổi –SH/-SS). Kết quả là tạo thành mạng protein 3 chiều có tính nhớt, dẻo, dính và đàn hồi bao xung quanh các hạt tinh bột và những hợp phần khác. Hỗn hợp đó gọi là bột nhào. - Rửa bột nhào cho tinh bột trôi đi còn lại khối dẻo không tan gọi là gluten ướt. Trong gluten ướt có khoảng 60 – 70% nước. Trong chất khô của gluten ướt có chứa đến 90% là protein. Như vậy, gluten không phải là chất hóa học xác định nào đó mà là hỗn hợp của các chất gồm protein và nhiều chất khác. Hình 2.2: Thành phần các nhóm protein tham gia tạo mạng gluten - Không phải hạt lương thực nào cũng có khả năng tạo ra được khối gluten ướt có tính dẻo, dai và đàn hồi. Các loại hạt như lúa mì, mạch đen, đại mạch có khả năng tạo ra màng gluten có chất lượng cao. - Gluten trong bột càng nhiều chất lượng bột càng cao. Hàm lượng gluten ướt trong bột lúa mì dao động từ 15 – 50%, còn gluten khô chiếm từ 5 – 18%. Thông thường, lúa mì có hàm lượng protein cao chứa 35 – 40% gluten ướt, còn hàm lượng protein thấp chứa 15 – 20%. - Do tính chất vừa dai, vừa đàn hồi nên gluten ướt góp phần tạo hình dạng, tạo bộ khung, cấu trúc và các tính chất như độ cứng, độ đặc, độ dai, độ đàn hồi hay khả năng tạo gel cho các sản phẩm thực phẩm. Gluten ướt có tính cố kết, dẻo và giữ khí nên khi gia nhiệt khí nở ra thành một cấu trúc xốp. Hình 2.3 : Mạng gluten, gliadin và glutenin của bột mì - Chất lượng gluten ướt được đánh giá dựa trên các chỉ tiêu cảm quan và các chỉ số vật lý như màu sắc, độ dai, độ căng đứt, độ đàn hồi ... Càng ít nhóm –SH và nhiều nhóm –S – S – thì chất lượng gluten càng tốt. Chất lượng gluten được thể hiện ở các chỉ số sau: màu sắc, khả năng huút nước, đọ đàn hồi và độ căng đứt, độ bền ban đầu và sự thay đổi thể tích gluten khi nướng (bánh). · Màu sắc: quan sát mà sắc gluten ngay sau khi tách bằng nước. Gluten tốt có màu trứng ngà đôi khi hơi vàng, gluten xấu màu xám, tối. · Khả năng hút nước: chính là độ ẩm của gluten tươi ngay sau khi tách bằng nước, gluten tốt thì có khả năng hút nước cao (tính theo lượng nước được hút bởi 100g gluten khô). · Độ đàn hồi: là tính chất rất quan trọng của gluten vì nó biểu hiện khả năng giữ khí của bột nhào, được xác định bằng cách cân 4g gluten tươi, vò tròn rồi đặc ở nhiệt độ thường sau 30 phút. Nếu ấn ngón tay vào viên gluten rồi thả ra nếu nó phồng trở lại vị trí cũ là gluten tốt, nếu phồng chậm hay không bằng vị trí cũ là gluten xấu. · Độ căng đứt: cùng đặc trưng cho khả năng giữ khí của bột, được xác định bằng độ dài kéo đứt của 2,5g gluten tươi. + Gluten có độ căng đứt kém: ≤ 8cm + Guluten có độ căng đứt trung bình: 8 – 15cm + Gluten có độ căng đứt cao: >15cm · Độ bền ban đầu của gluten được đặc trưng bởi độ đàn hồi và độ căng đứt ban đầu và sau khi tách gluten 2 – 3h. · Sự thay đổi thể tích gluten khi nướng: là chỉ số đặc trưng cho độ nở của gluten. Với viên gluten tươi 2,5g đem nướng trong lò 160 – 165oC trong 30 phút. Nếu gluten tốt thì thể tích tăng gấp đôi, nếu gluten xấu thì tăng ít, không tăng thậm chí bị cháy. CHƯƠNG III: MỘT SỐ LOẠI HẠT NGŨ CỐC THÔNG DỤNG: 3.1. Lúa gạo: - Trong gạo, hàm lượng protein không cao, tùy thuộc giống lúa, điều kiện canh tác mà hàm lượng protein thay đổi trong một khoảng khá rộng. Mức protein trung bình là 9,4%, thông thường trong khoảng 7 – 10%. Ở Việt Nam, các giống lúa có hàm lượng protein trong khoảng từ 5,26 – 10%. Hình 3.1: Cây lúa - Trong hạt lúa, protein tồn tại ở 3 dạng chính: · Các hạt cầu protein lớn: nằm cả ở dai vùng gần lớp aleurone và trung tâm hạt, các hạt này có đường kính 1 – 2 mm. · Các hạt cầu protein nhỏ: chủ yếu nằm ở vùng subaleurone, có đường kính 0,5 – 0,7 mm. · Dạng “ tinh thể“: có đường kính từ 2 – 3 mm cũng chỉ tồn tại trong lớp subaleurone. - Protein trong gạo cũng gồm 4 loại, trong đó glutelins hay còn có tên riêng là oryzenin chiếm đa số, các protein còn lại là albumins, globulins và prolamins (oryzin). Bảng 3.1: Tỉ lệ % các loại protein trong lúa gạo - Thành phần protein của lúa gạo có đủ 20 loại acid amin khác nhau, nếu xét trên các acid amin không thay thế thì protein gạo có giá trị sinh học cao hơn của ngô và của lúa mì. Thành phần các acid amin tạo nên các nhóm protein khác nhau thì khác nhau, phân bố các acid amin tại các phần khác nhau của hạt cũng không giống nhau. Bảng 3.2: Thành phần các acid amin của các loại protein khác nhau trong hạt lúa (aEAAS: các acid amin không thay thế bao gồm cả cysteine và tyrosine) 3.2. Lúa mì: - Hạt lúa mì thường chứa trung bình 13% protein, cá biệt do lai tạo giống có loại chứa đến 25%. Hình 3.2: Cây lúa mì - Gliadin và glutenin chiếm phần chủ yếu của protein lúa mì. Gliadin đặc trưng cho độ giãn, còn glutenin đặc trưng cho độ đàn hồi của bột nhào. Lúa mì là loại hạt ngũ cốc duy nhất có chứa một lượng đang kể glutenin phân tử lượng lớn và không hòa tan trong acid acetic 0,1M. Chính nhờ tính chất đàn hồi của protein này ma bột mì mới làm bánh mì được. - Các gliadin và glutenin lúa mì có hàm lượng glutamin rất lớn (40 – 45%) do đó kéo theo cả hàm lượng nitơ cũng lớn. Hàm lượng glutamin cao sẽ hình thành nhiều liên kết hidro giữa các chuỗi peptit với nhau hoặc với các phân tử nước, do đó tạo cho gluten có tính nhớt dẻo cao. Hàm lượng các acid amin ưa béo tương đối cao cho thấy các tương tác ưa béo chẳng những tham gia vào cấu trúc bậc 4 của glutenin mà còn liên kết được với các lipid cũng như tạo được mạng lưới gluten trong bột nhào. - Hàm lượng prolin rất cao (10 – 15%) đặc biệt là của gliadin cũng có ảnh hưởng đến cấu trúc bậc hai của protein này phá hủy các phần xoắn a cũng như các vùng có cấu trúc lá xếp b. - Các gốc cystin vượt xa các gốc cystein cũng chứng tỏ các cầu disulfua có tham dự vào hình thể và sự tập hợp của các protein này. - Trong protein lúa mì có khoảng 20 acid amin. Các acid amin không thay thế đều có trong thành phần protein lúa mì nhưng tỉ lệ của chúng không cân đối. Trong phôi có chứa nhiều leucine, còn trong nội nhũ chứa nhiều leucine và phenylalanin. Bảng 3.3: Hàm lượng acid amin trung bình trong protein lúa mì (% theo lượng nito nói chung) a/ Gliadin: là tên gọi riêng của prolamin lúa mì. Trong lúa mì có hai nhóm prolamin chính: + Gliadin a, b, g có phân tử lượng 30000 – 45000 đvC. + Gliadin w có phân tử lượng nằm giữa 60000 và 80000 đvC. - Khi hình thành mạng lưới gluten, các gliadins sẽ liên kết với nhau bằng cầu hydro giữa các gốc glutamine để tạo ra những sợi có phân tử lượng hàng triệu đvC b/ Glutenin: là tên riêng của glutelin lúa mì. Các glutenins có xu hướng tự liên kết với nhau bằng tương tác ưa béo, bằng liên kết hidro và bằng cầu disulfua lớn hơn so với gliadins. - Khối lượng phân tử của các glutenins có thể lên đến 20,106 đvC. - Ở trạng thái ngậm nước, các glutenin tạo ra một khuông hoặc một màng mỏng rất chắc, đàn hồi, có tính cố kết cao và chịu được kéo căng. Sở dĩ có được những tính chất này là do cường độ tương tác cũng như số lượng tương tác giữa các chuỗi protein. 3.3. Ngô: - Trong nội nhũ, protein cùng với tinh bột ở dạng dự trữ. Phần lớn protein dự trữ này định vị ở trong các thể protein hình cầu, có màng bao bọc và có đường kính từ 2 – 5 mm. Các thể protein hình cầu này lại liên kết chặt với nhau thành 1 màng lưới protein. - Thành phần % các loại protein trong ngô: · Prolamins (Zein): 46,9 %. Hình 3.3: Ngô · Glutelins: 45,3 %. · Albumins: 4,0 %. · Globulins: 2,8 %. - Hàm lượng protein trung bình là 10%, những giống ngô có hàm lượng protein trên 20% lại có năng suất trồng trọt thấp. Trong protein ngô, prolamins (zein) là phần chính trong ngô, gần ½ zein tích trong nội nhũ, phôi chủ yếu chứa globulins và chỉ một số ít zein. Bảng 3.4: Thành phần acid amin (mol%) trong protein ngô - Trong ngô thì hàm lượng protein trong phôi khác với hàm lượng acid amin trong nội nhũ. Xét về mức độ cân đối giữa các acid amin không thay thế thì protein phôi có giá trị cao hơn của nội nhũ và hạt do có hàm lượng lysine và tryptophane cao hơn. 3.4. Đại mạch: - Các hợp chất chứa nito trong hạt đại mạch thì có đến 80% là protein. Hàm lượng protein trong đại mạch dao động trong 1 khoảng khá rộng, từ 7–25% và phân bố không đều trong từng phần của hạt (phần giáp phôi có hàm lượng protein khoảng 16%, phần giữa khoảng 10% và phần hạt khoảng 13%). - Protein phi Gliadin là loại vừa hòa tan trong kiềm vừa hòa tan trong dung dịch kiềm loãng. - Phân bố hàm lượng protein trung bình trong hạt đại mạch: · Albumin: 12,5% · Globulin: 12,7% · Gliadin: 34,4% · Glutelin: 27,0% · Protein phi gliadin: 10,8% - Protein của đại mạch có khả năng tạo thành gluten nhưng gluten thường cứng và vụn nát, kém đàn hồi, kém dẻo. Hàm lượng gluten tươi của đại mạch dao động trong khoảng 12 – 26%. Hàm lượng nước trong gluten tươi là 50–65%. - Xét về mặt dinh dưỡng, protein của đại mạch thiếu lysine, tiếp theo là methionine, threonin và tryptophan. Bảng 3.5: Thành phần acid amin của các nhóm protein đại mạch 3.5. Yến mạch: - Protein của yến mạch được xem là có giá trị dinh dưỡng cao hơn so với tất cả các loại hạt lương thực khác. Hàm lượ ng protein của yến mạch thông thường trong khoảng từ 15 – 20%. Hầu như toàn bộ protein tập trung ở phần nội nhũ. - Giống như gạo, protein yến mạch có lượng prolamin (7-13%) và glutelin (21 – 27%) tấp nên khả năng tạo khung gluten của 2 loại hạt này kém. Ngược lại, hàm lượng albumin (10 – 19%) và nhất là hàm lượng globulin khá cao (52–56%). Nhóm globulin lại chứa khá nhiều lysine nên yến mạch và gạo có giá trị dinh dưỡng tốt hơn các loại hạt ngũ cốc khác. Hình 3.4: Hạt yến mạch Bảng 3.6: Thành phần acid amin của các nhóm protein yến mạch - Tuy vậy, so với khuyến nghị về tỉ lệ các acid amin không thay thế thì protein yến mạch cũng vẫn thiếu lysine, threonin và methionine. Hàm lượng lysine và threonine của yến mạch là 4,5% và 3,4% cao hơn các hạt khác nhưng vẫn thấp hơn giá trị 5,5% và 4,0%/100g protein của FAO và WHO đưa ra. 3.6. Cao lương: - Hàm lượng protein của cao lương cao hơn của hạt ngô khoảng 1 – 2%. Trong protein cao lương, nhóm protein tan trong cồn và nhóm protein có tên là kafiririne chiếm đến 50%. - Kafirine là nhóm protein ưa béo, giàu priline, acid aspatic và acid glutmic nhưng chứa rất ít lysine. Kafirine được tìm thấy chủ yếu trong các hạt protein. Nhóm protein nhiều thứ 2 trong hạt là Glutelin. Glutelin là dạng protein cao phân tử là chiếm phần nhiều trong các mạng protein của hạt. Hàm lượng albumin và globulin trong hạt cao lương không cao và chủ yếu nằm ở phôi hạt. - Xét về mặt dinh dưỡng thì protein cao lương nói chung thiếu lysine, tiếp theo là threonine. Lysine trong cao lương chỉ chiếm khoảng 45% so với tỉ lệ cân đối giữa các acid amin do FAO/WHO khuyến nghị. TÀI LIỀU THAM KHÀO Hoàng Kim Anh, 2008, Hóa học thực phẩm, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật, 382p. Trần Thị Thu Trà, 2007, Công nghệ bảo quản và chế biến lương thực, NXB Đại Học Quốc Gia TpHCM, 480p. Lê Ngọc Tú, 2004, Hóa Sinh Công Nghiệp, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật, 438p