See discussions, stats, and author profiles for this publication at: />
Hoá sinh Thực phẩm (Food Biochemistry)
Book · September 2009

CITATIONS

READS

0

7,078

8 authors, including:
Dam Sao Mai

Hoang Ho Thien

Industrial University of Ho Chi Minh City

Ho Chi Minh University of Industry

89 PUBLICATIONS   272 CITATIONS   

16 PUBLICATIONS   46 CITATIONS   

SEE PROFILE

SEE PROFILE

Huong Nguyen Thi Mai

Thao Nguyen Luu

Ho Chi Minh University of Industry

Industrial University of Ho Chi Minh

7 PUBLICATIONS   84 CITATIONS   

17 PUBLICATIONS   24 CITATIONS   

SEE PROFILE

SEE PROFILE

Some of the authors of this publication are also working on these related projects:

Renewable View project

Products from Soursoup View project

All content following this page was uploaded by Dam Sao Mai on 19 June 2021.
The user has requested enhancement of the downloaded file.



ĐÀM SAO MAI (Chủ biên) - HỒ THIÊN HOÀNG - LÊ VĂN NHẤT HOÀI NGUYỄN THỊ TRANG - NGUYỄN THỊ MAI HƯƠNG - LƯU THẢO NGUYÊN LÂM KHẮC KỶ - PHẠM TẤN VIỆT

HOÁ SINH
THỰC PHẨM


NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH - 2009


Lời nói đầu

LỜI NĨI ĐẦU
--------------------------------Sự phát triển nhanh chóng của cơng nghệ thực phẩm trong hai
thập niên gần đây địi hỏi sự hiểu biết toàn diện về khả năng phân tích
các chất trong thực phẩm và phương pháp sản xuất thực phẩm. Để đảm
bảo yêu cầu này cần có kiến thức tồn diện về hóa sinh thực phẩm, vi
sinh thực phẩm, các quy trình chế biến thực phẩm, ….
Hy vọng rằng quyển sách này góp một phần kiến thức về hóa sinh
thực phẩm trong việc giảng dạy và tham khảo cho sinh viên và những
người quan tâm đến ngành công nghệ thực phẩm. Các kiến thức về hóa
sinh trong quyển sách này được diễn đạt dưới góc độ của thực phẩm. Các
thành phần quan trọng trong thực phẩm (protein, enzyme, lipid,
carbonhydrate, vitamin, chất màu và chất mùi) được mô tả và phân tích
kỹ, có liên hệ với các thơng số trong thực phẩm. Các quá trình biến đổi
cơ bản trong thực phẩm của từng loại chất được trình bày tại từng
chương nói về chất đó. Tác động của điều kiện bên ngoài như pH, oxy,
nhiệt độ,... đến các chất thường gặp trong thực phẩm cũng được ghi nhận
cụ thể.
Xin chân thành cám ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Công
nghiệp TP.HCM đã tạo điều kiện cho chúng tơi hồn thành quyển sách này.
Quyển sách này cịn nhiều thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý
của quý độc giả.
Các tác giả

1









Hóa sinh thực phẩm

Chương 1. Mở đầu

CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU
-----------------1.1. KHÁI NIỆM
1.1.1. Đối tượng của mơn học
Hóa sinh là mơn khoa học nghiên cứu đến những cấu trúc và quá
trình hóa học diễn ra trong cơ thể sinh vật. Đây là mơn học giao thoa
giữa hóa học và sinh học, và có một số phần trùng với tế bào học, sinh
học phân tử hay di truyền học. Hóa sinh học là khoa học nghiên cứu các
cơ sở phân tử của sự sống, giúp con người hiểu rõ cơ chế cũng như các
thay đổi trong cơ thể sống, như:
- Thành phần cấu tạo hóa học của các chất trong tế bào và cơ thể sống.
- Q trình chuyển hóa các chất trong tế bào và trong cơ thể sống.
- Cơ sở hóa học của các q trình hoạt động sống.
Hóa sinh học được chia hai thể loại: hóa sinh tĩnh và hóa sinh động.
Hóa sinh tĩnh đề cập đến cấu tạo, thành phần của các hợp chất sinh học
như chất béo (lipid), vitamin, protein, glucid,...; hóa sinh động bàn về sự
chuyển hóa cũng như chức năng của các hợp chất sinh học.
Hóa sinh học phát triển dựa trên cơ sở sinh học và hóa học làm nền
tảng. Cùng với sự phát triển tột bậc của khoa học kỹ thuật, ngày càng có
nhiều các nghiên cứu về hố sinh đạt được các kết quả khả quan. Từ đó

hóa sinh học cũng góp phần thúc đẩy sự phát triển của công nghệ sinh
học, y học, nơng nghiệp, thực phẩm….
Đối với thực phẩm, hóa sinh học đã góp một phần khơng nhỏ, ví dụ
như trong các q trình sau:
- Phân tích các quy trình chuyển hóa trong chế biến thực phẩm, từ đó
góp phần làm tăng giá trị sản phẩm.
- Đa dạng hóa sản phẩm, tạo ra các sản phẩm mới có nhiều tính năng. Ví
dụ: các sản phẩm có bổ sung thêm vitamin, acid amin, muối khoáng,….
-

Rút ngắn thời gian xử lý để tạo sản phẩm nhanh hơn. Ví dụ: sử dụng
enzyme làm mềm thịt, dùng enzyme khiến sữa đông tụ nhanh hơn,….
9


Chương 1. Mở đầu

Hóa sinh thực phẩm

Hóa sinh học liên quan đến rất nhiều chuyên ngành khác nhau và bản
thân hóa sinh học cũng bao gồm rất nhiều chuyên ngành chuyên sâu như:
acid nucleic, enzyme,….
Do đó trong phạm vi chương trình học ta sẽ chỉ xem xét đến các
phần của hóa sinh học liên quan tới chuyên ngành thực phẩm.
1.1.2. Lịch sử phát triển
Sự phát triển của ngành hóa sinh học gắn liền với sự phát triển của
nhiều ngành khoa học khác như: hóa hữu cơ, sinh lý học, y học,…. Từ
cuối thế kỷ 18 các nghiên cứu về hoá sinh học bắt đầu được thực hiện.
Tuy nhiên, cuối thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20, hóa sinh học mới bắt đầu trở
thành một nghành khoa học độc lập.

Sơ lược lịch sử phát triển của hóa sinh học:
- Nửa đầu thế kỷ 19:
Năm 1865 Gregor Mendel nêu
lên các định luật di truyền (và ông
được coi là ông tổ của di truyền
học).
Năm 1869 Johann Meischer
tách được DNA từ nhân của
bạch cầu.
Năm 1882, Friedrich Wohler
tổng hợp được ure. Đây là
chất hữu cơ đầu tiên có thể
tổng hợp được từ chất vơ cơ.
Từ đó chứng minh được sự
tổng hợp các chất hữu cơ mà
không cần “sự sống”.

Friedrich Wohler (1800-1882)

Đã tách được một số enzyme như: amylase từ lúa mạch nảy mầm,
pepsin từ dạ dày, tripsin từ tuyến tụy.

10


Hóa sinh thực phẩm

Chương 1. Mở đầu

- Nửa cuối thế kỷ 19:

Đã bắt đầu tìm hiểu về một số cấu trúc của acid amin, saccharide,
lipide, bản chất của liên kết peptide, acid nucleic.
Tìm hiểu và giải thích một số các q trình chuyển hóa trong cơ thể
sống, đặc biệt là về q trình lên men.
Năm 1897, Eduard Buchner đã
thành cơng trong thí nghiệm lên
men vơ bào.
- Nửa đầu thế kỷ 20:
Phát hiện một số bệnh liên quan
đến quá trình dinh dưỡng thiếu
chất.
Phát hiện các vitamin, hoocmon và
xác định được vai trị của chúng
trong cơ thể.
Xác định được bản chất hóa học
của enzyme.
Xác định được các phản ứng của
quá trình lên men và oxy hóa sinh
học.

Eduard Buchner (1860-1917)

- Năm 1902 Walter Sutton đưa ra thuật ngữ gene và chứng minh các nhiễm
sắc thể mang các gen khác nhau.
- Năm 1940 Oswald Avery tách được DNA thuần khiết.
- Đến năm 1950 về cơ bản đã xác định được tính chất của các chất chủ
yếu cấu tạo cơ thể và các con đường chuyển hóa chúng trong cơ thể.
- Năm 1953 James Watson và Francis Crick khám phá ra mơ hình
DNA xoắn kép (nhận giải Nobel cùng Maurice Wilkins năm 1962,
Rosalind Franklin cũng có cơng rất lớn nhưng mất trước đó 4 năm).

- Từ 1961 đến 1966 đã có hàng loạt các cơng trình nghiên cứu cấu trúc
phân tử acid nucleic và vai trị của chúng trong q trình tổng hợp
protein. Đồng thời đề ra được mơ hình điều hịa hoạt động gen.

11


Chương 1. Mở đầu

Hóa sinh thực phẩm

- Năm 1967, sau khi nắm được trình tự sắp xếp các bazơ trong một
đoạn gen của DNA ở nấm men, Gobind Khorana (Mỹ) đã tổng hợp
thành cơng đoạn gen đó. Mấy năm
sau, tập thể của ông (Robert W.
Holley, Gobind Khorana và Marshall
W. Nirenberg) đã tổng hợp được
hoàn toàn một gen đầy đủ của vi
khuẩn đường ruột (E. coli). Năm
1976, họ ghép được gen này vào tế
bào vi khuẩn. Gen nhân tạo được
ghép đã "sống" và hoạt động bình
thường ở tế bào này.
- Năm 1978 lần đầu tiên tổng hợp
được insulin từ vi khuẩn E. coli
mang gen tái tổ hợp.

Har Gobind Khorana (1922-)

- Đến nay, nhờ áp dụng các thành tựu

tiến bộ của khoa học kỹ thuật hóa sinh học đã đi sâu vào việc nghiên
cứu cơ sở phân tử của quá trình bảo quản thông tin di truyền, cơ chế
sinh tổng hợp protein, nghiên cứu cấu trúc của màng sinh học.
Tóm lại, với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của hóa sinh học, các
chuyên ngành khác cũng phát triển mạnh hơn. Từ đó tạo ra ngày càng
nhiều các chế phẩm sinh học, các sản phẩm có giá trị để sử dụng trong y
học, nơng nghiệp, thực phẩm,….
1.2. THÀNH PHẦN HĨA HỌC CỦA CƠ THỂ SỐNG
1.2.1. Nước
Cuộc sống trên Trái Đất bắt nguồn từ trong nước. Tất cả các sự sống
trên Trái Đất đều phụ thuộc vào nước và vịng tuần hồn nước. Nước là
thành phần quan trọng của các tế bào sinh học và là mơi trường của các
q trình sinh hóa cơ bản. Hơn 70% diện tích của Trái Đất được bao phủ
bởi nước. Lượng nước trên Trái Đất có vào khoảng 1,38 tỉ km³. Trong đó
97,4% là nước mặn trong các đại dương trên thế giới, phần còn lại, 2,6%,
là nước ngọt, tồn tại chủ yếu dưới dạng băng tuyết đóng ở hai cực và trên
các ngọn núi. Chỉ có 0,3% nước trên toàn thế giới (khoảng 3,6 triệu km³)
là có thể sử dụng làm nước uống. Nước chiếm một hàm lượng rất lớn
trong cơ thể sống, cụ thể như:
12


Hóa sinh thực phẩm

Chương 1. Mở đầu

- Trong cơ thể người nước chiếm khoảng 58 – 65%.
- Ở nhiều loài cá nước chiếm tới 80%.
- Trong sữa nước chiếm khoảng 98%.
Nước có vai trị rất quan trọng trong cơ thể sống:

- Nước có tác dụng hịa tan các phần tử có tính tan trong nước. Nước
có cấu trúc phân cực, trong môi trường nước, cứ 3 – 4 phân tử nước ở
vị trí cạnh nhau liên kết với nhau bằng liên kết hydro. Do đó nước có
khả năng hịa tan nhanh chóng các hợp chất ion hóa có nhóm lưỡng
cực hoặc phân cực.
- Nước cịn là mơi trường thực hiện các phản ứng hóa học, là nơi diễn
ra q trình trao đổi chất.
- Sự sống được duy trì bởi một chuỗi phản ứng hóa học, liên kết mật
thiết với nhau, được tiến hành trong môi trường nước dưới xúc tác là
enzyme. Chuỗi phản ứng này có khả năng thu nhập và tự tổng hợp ra
những chất cần thiết phục vụ cho sự sống.
1.2.2. Các hợp chất hữu cơ
1.2.2.1. Protein
Protein (protit) là thành phần không thể thiếu được của cơ thể sống.
Protein là một hợp chất đại phân tử được tạo thành từ rất nhiều các đơn
phân là các acid amin 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. Acid amin được cấu
tạo bởi ba thành phần: nhóm amin (-NH2), nhóm carboxyl (-COOH) và
nguyên tử carbon trung tâm đính với 1 ngun tử hydro và nhóm biến đổi
R quyết định tính chất của acid amin. Người ta đã phát hiện ra được tất
cả 20 acid amin trong thành phần của tất cả các loại protein khác nhau
trong cơ thể sống. Ngồi ra cịm có các dạng kết hợp của các acid amin
như: cystin, oxiprolin,….
Protein phục vụ cho việc tạo hình, hồi phục và đổi mới tế bào.
Protein có trong các chất có khả năng hồn thành các chức năng của cơ
thể như: nguyên sinh chất của tế bào, nhân tế bào, enzyme, hormon,
kháng thể,…
13



Chương 1. Mở đầu

Hóa sinh thực phẩm

Ví dụ: Glogin: cung cấp oxy cho tế bào (hemoglozin).
Miozin, actin: giúp cơ co rút.
Globulin: tạo kháng thể, bảo vệ cơ thể không bị nhiễm trùng.
Thiếu protein cơ thể con người sẽ bị nhiều bệnh nguy hiểm như:
- Bệnh phù thủng, phát phì của gan.
- Suy dinh dưỡng.
- Giảm tính miễn dịch của cơ thể.
- Ảnh hưởng đến các tuyến nội tiết, hệ thần kinh.
- Làm thay đổi thành phần hoá học của xương.
Trong quá trình sống, cơ thể con người cần phải được cung cấp đủ
lượng protein. Thông thường trong khẩu phần ăn, năng lượng do protein
cung cấp phải chiếm khoảng 12 – 15%.
1.2.2.2. Glucid
Glucid là nguồn cung cấp năng lượng quan trọng. Hơn 50 % năng
lượng trong khẩu phần con người là do glucid cung cấp. Glucid là khẩu
phần ăn chính, chiếm gần ½ số calo hàng ngày – 1g glucid giải phóng ra
4,1 kcal. Glucid tham gia vào thành phần của các tế bào. Góp phần vào
sự hình thành tế bào.
Glucid được dùng để cung cấp năng lượng cho cơ thể hoạt động. Q
trình chuyển hóa của glucid diễn ra sơ lc nh sau:
oxyhoựa

* Glucid ắắ ắắđ CO2 + H2O + Q
* Glucid dư ® tích tụ lại thành lipid dự trữ.
Glucid có nhiều trong thực phẩm nguồn gốc thực vật, đặc biệt là ngũ

cốc. Hàm lượng glucid trong gạo tẻ giã 75%, ngô mảnh 72%, hạt ngô
vàng 69%, bột mỳ 73%, bánh mỳ 52%, mỳ sợi 74%, miến dong 82%,
khoai lang 28%, khoai tây 21%, sắn củ 36%.... Trong động vật có thể gặp
một số loại glucid như glucogen, lactose (5% / sữa).
Glucid là những hợp chất hữu cơ tạp chức, có chứa nhiều nhóm
hidroxyl (-OH) và có nhóm carbonyl (> C = O) trong phân tử. Glucid
14


Hóa sinh thực phẩm

Chương 1. Mở đầu

bao gồm nhiều loại khác nhau, quan trọng nhất là các loại sau đây:
- Monosaccharide là loại glucid đơn giản nhất, chất tiêu biểu quan
trọng là glucose.
- Disaccharide là loại glucid có cấu tạo phức tạp hơn, khi thủy phân
cho hai phân tử monosaccharid. Chất tiêu biểu quan trọng của loại
này là saccharose.
- Polisaccharide là loại glucid có cấu tạo phức tạp, khối lượng phân tử
rất lớn, khi thủy phân cho rát nhiều phân tử monosaccharide. Các
chất tiêu biểu quan trọng là tinh bột và cellulose.
Dựa vào khả năng hòa tan trong nước, glucid có thể chia ra làm các
loại sau:
- Glucid hịa tan: glucose, saccharose, lactose, fructose. Đây là các loại
glucid dễ tiêu hóa.
- Glucid khơng hịa tan: như tinh bột, cellulose, pectin,…
Khi đưa glucid vào cơ thể, trước hết glucid được chuyển thành năng
lượng, số dư một phần chuyển thành glycogen và một phần chuyển thành
mỡ dự trữ. Nhu cầu glucid đối với mỗi cơ thể sẽ phụ thuộc vào cơ thể và

nghề nghiệp. Ví dụ lượng glucid cần cho mỗi đối tượng khác nhau là
khác nhau:
- Không lao động chân tay : 433g
- Lao động cơ giới

: 491g

- Lao động bán cơ giới

: 558g

- Lao động không cơ giới : 631g
Thông thường người trẻ tuổi sẽ có nhu cầu glucid cao hơn người
trưởng thành và người già.
Khi sử dụng đầy đủ glucid, sẽ làm giảm sự phân huỷ protein đến mức
tối thiểu. Ngược lại, khi lao động nặng nếu cung cấp glucid không đủ sẽ
làm tăng phân huỷ protein dẫn đến tình trạng suy nhược cơ thể. Trong
trường hợp sử dụng quá nhiều, glucid sẽ chuyển thành lipit, ăn nhiều
glucid đến mức độ nhất định sẽ gây ra hiện tượng béo phì.

15


Chương 1. Mở đầu

Hóa sinh thực phẩm

1.2.2.3. Lipid
Trong hóa học, lipid nghĩa là hợp chất béo, và là hợp chất hữu cơ đa
chức (chứa nhiều nhóm chức giống nhau). Chúng gồm những chất như

dầu ăn, mỡ .... Lipid có độ nhớt cao, không tan trong nước, tan trong các
dung môi hữu cơ như ether, chlorophorm, benzene, rượu nóng.
Vai trị của lipid:
- Chất béo kéo dài thời gian thức ăn ở dạ dày và đi qua đường tiêu hóa,
tạo cảm giác no sau khi ăn. Mặt khác chất béo tạo cảm quan ngon
lành cho thực phẩm; làm tăng vị và tính dinh dưỡng của thực phẩm.
- Trong cơ thể chất béo là nguồn dự trữ năng lượng lớn nhất, có khả năng
sinh nhiệt cao – 1g lipid giải phóng 9,3kcal, đồng thời cũng là dung mơi
hịa tan của các vitamin tan trong chất béo. Lipid cần thiết cho các
chuyển hoá các vitamin nhóm B. Thiếu lipid, cơ thể sẽ kém chống đỡ
với các bệnh nhiễm trùng, kém chịu lạnh, dễ bị bệnh xơ vữa động mạch.
- Ngăn ngừa xơ vữa động mạch bằng cách kết hợp với cholesterol tạo
các ester cơ động, không bền vững và dễ bài xuất ra khỏi cơ thể.
Thiếu lipid trong khẩu phần thực phẩm thì cơ thể sẽ bị nội tổng hợp
cholesterol. Dư chất béo kể cả dầu thực vật sẽ khiến cho tăng sự tạo
thành cholesterol.
- Điều hịa tính bền vững của thành mạch: nâng cao tính đàn hồi và hạ
thấp tính thấm của thành mạch..
- Chất béo tham gia vào cấu trúc của tất cả các mô, là thành phần thiết yếu
của tế bào, của các màng cơ thể và có vai trị điều hịa sinh học cao. Não
bộ và các mơ thần kinh đặc biệt giàu chất béo. Các rối loạn chuyển hóa
chất béo ảnh hưởng đến chức phận nhiều cơ quan kể cả hệ thần kinh.
Một số tổ chức như: gan, não, tim, các tuyến sinh dục có nhu cầu cao về
các acid béo chưa no, nên khi không được cung cấp đủ từ thức ăn thì các
rối loạn sẽ xuất hiện ở các cơ quan này trước tiên. Thiếu acid béo
omega-3 dẫn đến ảnh hưởng khả năng nhận thức, khả năng nhìn,...
- Chất béo cung cấp các acid béo thiết yếu không no đa nối đôi, chuỗi
dài là tiền chất của một loạt các chất có hoạt tính sinh học cao như
prostaglandin, leukotrienes, thromboxanes… Các eicosanoids này là
các chất điều hòa rất mạnh một số tế bào và chức năng như: kết dính

tiểu cầu, co mạch, đóng ống động mạch Botalli,…
16


Hóa sinh thực phẩm

Chương 1. Mở đầu

Phân loại lipid dựa trên tính chất của các acid béo:
- Acid béo no: hoạt tính sinh học khơng cao. Nếu dùng nhiều sẽ dẫn
đến bệnh suy động mạch vành. Thường có trong chất béo động vật.
- Acid béo không no: tham gia vào việc chuyển hóa lipid. Phịng chống
bệnh sơ động mạch, chuyển hóa cholesterol. Làm tăng tính đàn hồi,
giảm tính thấm của thành mạch máu trong thực vật.
Với người trưởng thành, lượng lipid trong khẩu phần nên có là 15 - 20%
(trung bình là 18%) tổng số năng lượng và khơng nên vượt quá 25 - 30%,
trong đó 30 - 50% là lipid nguồn gốc thực vật. Với đối tượng trẻ em, thanh
thiếu niên lượng lipid có thể chiếm đến 30% tổng năng lượng khẩu phần.
1.2.2.4. Vitamin
Vitamin là phân tử hữu cơ cần thiết ở lượng rất nhỏ cho hoạt động
chuyển hoá bình thường của cơ thể sinh vật, khơng tổng hợp được bởi cơ
thể, do vậy phải được cung cấp từ thức ăn ở những lượng nhỏ hoặc dùng
vitamin tổng hợp khi nguồn dinh dưỡng khơng bảo đảm nhu cầu. Có nhiều
loại vitamin, các vitamin khác nhau về bản chất hoá học lẫn tác dụng sinh lý.
Vai trò của vitamin:
- Vitamin cấu tạo nên các enzyme, hoocmon và các hợp chất quan
trọng khác.
- Vitamin làm xúc tác cho các quá trình sinh hóa.
Trong trường hợp thiếu vitamin sẽ gây nên nhiều ảnh hưởng xấu như:
- Phá huỷ hoạt động của các enzyme khiến cho sự trao đổi chất trở nên

hỗn loạn.
- Gây nên nhiều bệnh, như: hoại huyết (thiếu vitamin C), tê phù (thiếu
vitamin B1), còi xương (thiếu vitamin D).
Tuy nhiên nếu trong quá trình sử dụng dùng quá liều vitamin thì cũng
gây nhiều bất lợi cho cơ thể.
Vitamin được phân loại như sau:
- Vitamin tan trong nước: C, B1, B2, acid folic, acic pantothenic, biotin,
B12, B6, niacin,...
- Vitamin tan trong chất béo: A, D, E, K,...
Nhu cầu vitamin: phụ thuộc vào lứa tuổi, đặc tính lao động, điều
kiện mơi trường,… Ví dụ: thời tiết lạnh cần nhiều vitamin; lao động trí
óc, hoạt động tinh thần nhiều cần vitamin nhiều hơn.
17


Chương 1. Mở đầu

Hóa sinh thực phẩm

1.2.3. Nguyên tố đa lượng và vi lượng
Nguyên tố đa lượng là các nguyên tố mà lượng chứa trong khối
lượng chất sống của cơ thể lớn hơn 10-4 (hay 0,01%). Các nguyên tố mà
lượng chứa ít hơn 10-4 được gọi là nguyên tố vi lượng. Nguyên tố đa
lượng và vi lượng chiếm 2 – 6%, có vai trị quan trọng trong việc tạo
hình, hình thành và kiến tạo nên các tổ chức của cơ thể. Nguyên tố vi
lượng cũng giúp duy trì cân bằng acid-baz trong mô và tế bào.
Các nguyên tố C, H, O, N là những nguyên tố chủ yếu của các hợp chất
hữu cơ xây dựng nên cấu trúc tế bào. Trong chất nguyên sinh các nguyên tố
hoá học tồn tại dưới dạng các anion (PO43-, SO42-, Cl-, NO3- ...) và cation
(Ca2+, Na+, K+, ...) hoặc có trong thành phần các chất hữu cơ (như Mg trong

chất diệp lục…). Nhiều nguyên tố vi lượng (Mn, Cu, Zn, Mo…) là thành
phần cấu trúc bắt buộc của hàng trăm hệ enzyme xúc tác các phản ứng sinh
hoá trong tế bào.
Các nguyên tố đa lượng chủ yếu trong tế bào của cơ thể người bao
gồm: oxy (65%), carbon (18,5%), hydro (9,5%), nitơ (3,3%), canxi (1,5%),
phospho (1%), kali (0,4%), lưu huỳnh (0,3%), natri (0,2%), clo (0,2%),
magie (0,1%),…. Các nguyên tố vi lượng như: Mn, Zn, Cu, Mo,....
Tính chất của một số nguyên tố đa lượng:
- Canxi: tạo xương, có trong nhân tế bào, có tác dụng kiềm hóa, tham gia
trong q trình đơng máu, duy trì khả năng hưng phấn của thần kinh.
- Phospho: đóng vai trị quan trọng trong q trình trao đổi chất, làm
xúc tác cho các phản ứng có trong pho mát, trứng, thịt, cá.
- Natri: có trong mọi cơ quan, tổ chức, dịch sinh học của cơ thể động
vật giúp cân bằng áp suất thẩm thấu.
- Lưu huỳnh: tạo một số acid amin.
Tính chất của một số nguyên tố vi lượng:
- Sắt: tạo máu, có trong nhân tế bào.
- Coban: tạo máu, kích thích q trình tạo máu.
- Iod: tham gia vào chức năng của tuyến giáp.
- Flor: phát triển răng, men răng, sự hóa sừng.
- Đồng: tham gia q trình hô hấp của mô, tạo máu.

18


Hóa sinh thực phẩm

Chương 2. Nước

CHƯƠNG 2. NƯỚC

-----------------2.1. VAI TRỊ CỦA NƯỚC TRONG ĐỜI SỐNG VÀ SẢN XUẤT
THỰC PHẨM
Trái Đất là hành tinh độc nhất trong hệ Mặt Trời có sự sống do bởi có
một lượng lớn nước trên Trái Đất. Hàng tỷ năm về trước, nước bắt đầu
hình thành và từ đó sơng, biển cũng hình thành trên bề mặt Trái Đất. Sự
sống cũng bắt đầu từ đây.
¾ bề mặt Trái Đất là nước. Nước chiếm vai trò quan trọng trong cuộc
sống, chiếm 70 – 80% cơ thể người và là thành phần chính trong thực
phẩm ở trạng thái tự nhiên trừ ngũ cốc.
Trong quá trình quang hợp, cùng với CO2, ánh sáng và diệp lục, nước
cũng chiếm một vai trị chủ đạo. Nhờ có nước mà q trình này được
hoàn thành tạo ra vật chất và O2, cung cấp cho sự sống trên Trái Đất:
6 CO2 + 6 H2O à C6H12O6 + 6 O2
Trong cơ thể người và động vật, nhờ nước mà các phản ứng thủy
phân thức ăn mới được tiến hành. Nước có thể tham gia trực tiếp vào các
phản ứng sinh hóa và cũng có thể chỉ làm môi trường cho các phản ứng
xảy ra.
2.1.1. Vai trị của nước trong thực phẩm
- Trong cơng nghiệp thực phẩm, nước được dùng để nhào rửa nguyên
liệu, vận chuyển, xử lý nguyên liệu, để chế tạo sản phẩm và các chất
trong sản phẩm. Nước có thể tham gia trực tiếp vào trong các phản
ứng trở thành dạng liên kết, cũng có thể tồn tại ở dạng tự do.
- Nước làm tăng cường các quá trình sinh học như hô hấp, nảy mầm,
lên men…
- Nước làm tăng giá trị cảm quan của thực phẩm, như độ bóng, mịn,
dai, dẻo…
- Ngồi ra, nước cịn tham gia vào các q trình gia nhiệt hoặc làm
lạnh trong các quy trình sản xuất.

19



Chương 2. Nước

Hóa sinh thực phẩm

2.1.2. Hàm lượng và trạng thái của nước trong thực phẩm
Dựa vào hàm lượng nước, người ta chia các sản phẩm thực phẩm ra
thành ba nhóm:
- Nhóm các sản phẩm thực phẩm có hàm lượng nước cao (trên 40%).
- Nhóm các sản phẩm thực phẩm có hàm lượng nước trung bình (10 –
40%).
- Nhóm các sản phẩm thực phẩm có hàm lượng nước thấp (dưới 10%).
Trong các sản phẩm thực phẩm, nước thường ở dưới hai dạng: nước
tự do và nước liên kết. Nước tự do là chất lỏng giữa các mixen (micelle),
nước liên kết do tác dụng thẩm thấu, nước hydrate hóa các cao phân tử và
nước dung môi. Nước tự do linh động và có tất cả tính chất của nước
ngun chất. Nước liên kết được hấp thụ bền vững trên bờ mặt các
mixen. Tùy theo mức độ liên kết, dạng nước này được chia ra làm ba
loại:
- Nước liên kết hóa học: liên kết rất chặt chẽ với vật liệu và chỉ tách ra
khi có tương tác hóa học hoặc khi xử lý nhiệt tương đối mạnh. Nước
liên kết hóa học thường ở dạng nước hydrat có trong thành phần của
nhóm hydroxyl hoặc ở dạng nước của hợp chất phân tử dưới dạng
tinh thể hydrat.
- Nước liên kết hấp thụ hay liên kết hóa lý: có độ bền liên kết ở mức
trung bình được tạo bởi các phân tử có cực nằm trên bề mặt của sản
phẩm hút các cực của nước (liên kết hydro). Trong trường hợp này,
nước có khả năng bảo tồn được tính chất của mình.
- Nước liên kết mao quản hay liên kết cơ lý: được hấp thụ bởi các phân

tử bề ngoài ở dạng mao quản, sau đó đi vào bên trong, ngưng tụ và
làm đầy các mao quản.
2.2. CẤU TẠO CỦA NƯỚC
Cấu tạo của một đơn phân tử nước là một hình tam giác cân, trong đó
đỉnh là nguyên tử oxy, ở hai góc của đáy là hai proton, góc giữa hai liên
kết O – H bằng 104,50. Độ dài giữa hạt nhân của nguyên tử oxy và hydro
trong liên kết O – H là 0,96 Å (tương đương với 0,96 x 10-8 cm).

20


Hóa sinh thực phẩm

Chương 2. Nước

(b)

(a)

Hình 2.1. (a) Cấu trúc orbital của phân tử nước; (b) Liên kết hydror giữa các
phân tử nước

Đám mây điện tử trong phân tử nước hình thành do sự phối hợp của
năm cặp điện tử của nguyên tử oxy và hydro:
- Một cặp bên trong bao quanh hạt nhân của oxy
- Hai cặp bên ngoài phân bố quanh nhân của hydro nhưng nghiêng về
nhân của oxy
- Hai cặp điện tử dư của oxy (không đem góp chung với hydro).
Như vậy, phân tử nước có bốn cực tích điện, hai cực âm tương ứng
với các cặp điện tử dư của oxy và hai cực dương tương ứng với hai

nhân nguyên tử hydro có mật độ điện tử thấp. Do sự phân bố điện tích
đối xứng như vậy, phân tử nước biểu hiện tính phân cực rõ ràng và nhờ
vào sự phân cực này mà nước có khả năng hòa tan được nhiều hợp chất
khác nhau.
Trong các phân tử nước, ngoài các đơn phân tử đơn giản H2O, còn
chứa các phân tử liên hợp dạng [H2O]x, với x = 1, 2, 3…. . Hiện tượng
liên hợp trong nước luôn xảy ra và cũng luôn bị phá vỡ. Số lượng nước
đơn giản trong phân tử liên hợp tùy thuộc vào trạng thái của nước.
Với nước đơn phân tử có hình tam giác đều. Nước đá lại có cấu trúc
tinh thể, trong đó mỗi đơn phân tử được liên kết bởi bốn phân tử khác:
[H2O]5 (mạng phân tử cấu trúc hình tháp), có cấu tạo hình tứ diện đều.
Khoảng cách giữa hai nguyên tử oxy là 0,276nm. Khi đun nóng, liên hợp
phân tử bị phá hủy chuyển thành dạng liên hợp [H2O]2. Ở 1000C hầu hết
các phân tử nước tồn tại dưới dạng đơn phân tử.
21


Chương 2. Nước

Hóa sinh thực phẩm

Hình 2.2. Cấu trúc mạng tinh thể của nước đá (hexagonal ice)

Sự liên kết của nước là do các liên kết hydro tạo thành. Thông thường
ở trạng thái đơng đặc, nước có khả năng tạo thành liên kết hydro hoàn
chỉnh nhất, do các dao động của phân tử bị giảm đi. Người ta đã chứng
minh rằng ở (–1830C) tất cả các phân tử nước đều tham gia vào liên kết
hydro. Ở 00C chỉ có khoảng 50% số phân tử tham gia, và ở 1000C có rất
ít phân tử tham gia.
Chính vì vậy ta thấy rằng, trong phân tử nước đá cứ một phân tử nước

lại có bốn phân tử nước khác bao quanh tạo thành hình tứ diện đều, với tâm
là nguyên tử oxy, các góc là nguyên tử hydro. Các liên hợp này lại nối tiếp
nhau với oxy làm trung tâm của tứ diện. Vậy nước đá có cấu trúc khơng
gian rỗng. Tùy theo độ bão hòa của nước ở các điểm nhiệt độ khác nhau, mà
nước đá hình thành có các dạng khác nhau (hình 2.3). Điều đó giải thích vì
sao bơng tuyết có nhiều hình dạng, cũng như nước đá hình thành khi đơng
lạnh hoặc cấp đơng có kích thước và hình dáng khác nhau.
Trong nước lỏng, nước thường ở dạng đôi [H2O]2. Như vậy, song
song với việc tăng nhiệt độ, các liên kết hydro giữa các phân tử nước bị
phá vỡ dần, nước chuyển dần từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng. Đây
là q trình thu nhiệt, điều đó giải thích hiện tượng trời trở nên lạnh hơn
trong mùa tuyết tan tại xứ lạnh.
22


Hóa sinh thực phẩm

Chương 2. Nước

Hình 2.3. Hình dạng nước đá ở các mức nhiệt độ và độ bão hòa khác nhau

Ở áp suất thường nước có khối lượng riêng lớn nhất ở 3,98 0C. Khi
đun nóng nuớc lên trên nhiệt độ đó hoặc làm lạnh xuống dưới nhiệt độ
đó, khối lượng riêng của nước đều giảm xuống.
Trong vật lý, điểm ba trạng thái của một chất là tại nhiệt độ và áp
suất mà ở đó ba pha của chất đó (khí, lỏng, rắn) có thể cùng tồn tại trong
cân bằng nhiệt động lực học. Với nước, ở nhiệt độ 0,0098 0C (~273,16
K) và áp suất 4,579 mmHg (611,73 Pas, 6,1173 millibar, 0,00603 atm),
nước có thể tồn tại đồng thời ở ba trạng thái: nước đá, nước lỏng và hơi
nước. Nhiệt độ đó gọi là điểm ba của nước (điểm T, hình 2.4).

Tại áp suất 220 atm, nhiệt độ 374oC, ta có điểm tới hạn của nước
(điểm C, hình 2.4). Khi nhiệt độ của nước vượt quá mốc này thì sự ngưng
tụ sẽ không diễn ra ở bất cứ áp suất nào. Trên đường TC, dạng hơi và
lỏng của nước nằm trong trạng thái cân bằng. Đường TA chỉ điểm hóa
lỏng hoặc hóa rắn của nước tại các điều kiện khác nhau. Tương tự như
vậy, đường TB chỉ điểm hóa hơi hoặc hóa rắn của nước tại các điều kiện
khác nhau. Đường TD chỉ trạng thái khi nước được cấp đông nhanh ở
nhiệt độ dưới điểm đông lạnh.

23