Sinh hóa môi trường

cấu tử, enzyme ñơn giản ). Enzyme ñược cấu tạo từ chuỗi polypeptid và phần phi enzyme ñược gọi là enzyme hai thành phần ( hai cấu tử, enzyme phức tạp ). Trong trường hợp này chuỗi polypeptid ñượ gọi là apoenzyme, còn phần phi protein gọi là coenzyme . Thường gặp coenzyme có bản chất là ion kim loại hoặc vitamin. I.3. Trung tâm hoạt ñộng của enzyme Ở mỗi phân tử enzyme ñều tồn tại một vùng cấu trúc nơi trực tiếp xảy ra phản ứng xúc tác gọi là trung tâm hoạt ñộng của enzyme. Cấu tạo của các trung tâm hoạt ñộng enzymr hiện còn biết rất ít. Ở các enzyme một cấu tử, trung tâm hoạt ñộng thường bao gồm một tổ hợp các nhóm ñịnh chức axit amin không tham gia tạo thành trục chính của sợi polypeptid ( thí dụ nhóm – SH của xystein , -OH của xerin…) các nhóm này có thể ở xa nhau trong mạch polypeptid nhưng lại rất gần nhau trong không gian ( ở cấu trúc bậc 3 và 4 ). Vì vậy chỉ cần một biến ñổi nhỏ của môi trường ảnh hưởng ñến cấu trúc của phân tử enzyme sẽ làm vô hiệu hóa trung tâm hoạt ñộng và enzyme mất hoạt tính. Ở enzyme hai cấu tử vai trò trung tâm hoạt ñộng thường do nhóm ngoại (coenzyme ) ñảm nhận. Trung tâm hoạt ñộng ( TTHð) có cấu hình không gian rất tương ứng với cấu trúc của cơ chất và thường ñược hình thành trong quá trình enzyme tiếp xúc với cơ chất. Quan niệm chìa khóa và mô hình Koshland. Một số enzyme có TTHð tồn tại dưới dạng chưa hoạt hóa gọi là zimogen hoặc proenzyme. Thí dụ pepxinogen, tripxinogen… có thể ñược hoạt hóa nhờ các proteaza khác (tripxin chẳng hạn ). Các enzyme này cắt ñi một vài ñoạn peotid có tác dụng kìm hãm TTHð của enzyme. II. Tính chất của enzyme II.1. Cường lực xúc tác Enzyme có khả năng xúc tác mạnh hơn nhiều so với xúc tác thông thường. Thí dụ: ñể thủy phân 5 kg protein trứng cần phải ñun sôi trong nhiều giờ còn nếu sử dụng 1gam pepxin thì chỉ mất 2 giờ trong nhiệt ñộ thường. II.2. Tính ñặc hiệu của enzyme Mỗi enzyme chỉ có khả năng xúc tác cho sự chuyển hóa một hay một số chất nhất ñịnh theo kiểu phản ứng nhất ñịnh. Sự tác dụng có tính lựa chọn cao này gọi là tính ñặc hiệu của enzyme. Người ta phân biệt: a) ðặc hiệu kiểu phản ứng: mỗi enzyme chỉ có khả năng xúc tác cho một trong các kiểu phản ứng chuyển hóa một chất nhất ñịnh, thí dụ phản ứng oxy hóa khử, phản ứng thủy phân. b) ðặc hiệu cơ chất: ðặc hiệu tuyệt ñối: Enzyme chỉ tác dụng trên một cơ chất nhất ñịnh. Thí dụ ureaza chỉ tác dụng với ure mà không tác dụng với dẫn xuất của nó. Ureaza H2N – CO – NH2 + H2O CO2 + H2O Ureaza H2N – CO – NH3 + H2O không xảy ra E S [ES] S E [ES] ðặc hiệu tương ñối: Enzyme chỉ có khả năng tác dụng lên một kiểu liên kết hóa học nhất ñịnh trong phân tử cơ chất không phụ thuộc vào cấu tạo phân tử của phần tham gia tạo thành liên kết ñó. Thí dụ enzyme lipaza có khả năng thủy phân tất cả các liên kết este. CH2OCOR1 CH2OH R1COOH Lipaza CHOCOR2 + H2O CHOH + R2COOH CH2OCOR3 CH2OH R3COOH c) ðặc hiệu nhóm: Enzyme có khả năng tác dụng lên một kiểu liên kết hóa học nhất ñịnh với ñiểu kiện một tronh hai thành phần tham gia tạo thành liên kết phải có cấu tạo xác ñịnh. Thí dụ cacboxypeptidaza có khả năng phân cắt liên kết peptid gần nhóm cacboxyl tự do. Cacboxylpeptidaza R – C – N – CH – COOH RCOOH + H2N – CH – COOH || | | | O H R’ R’ d) ðặc hiệu quang học: Enzyme chỉ tác dụng với một tronh hai dạng ñồng phân quang học của cơ chất. thí dụ fumarathydrataza chỉ khử nước của axit L – malic mà không tác dụng với D- malic ñể tạo axit fumaric. COOH HCOOH | Fumarahydrataza || HO - CH HOOC – CH | CH2 | COOH L- malic axit fumaric III. Cơ chế tác dụng của enzyme Phản ứng enzyme xảy ra qua 3 giai ñoạn Giai ñoạn 1: Enzyme ( E ) nhanh chóng kết hợp với cơ chất ( S ) bằng liên kết yếu tạo phức enzyme – cơ chất ( ES ) không bền. [ E ] + [ S ] → [ ES]. Giai ñoạn 2: Cơ chất bị biến ñổi do sự kéo căng và phá vỡ các liên kết. Giai ñoạn 3: Tạo sản phẩm, enzyme ñược giải phóng dưới dạng tự do. [ ES] → [P] + [ E ]. Thí dụ: Phản ứng thủy phân IV. Các yếu tố ảnh hưởng ñến hoạt ñộng của enzyme IV.1. Nồng ñộ enzyme Nói chung , trong ñiều kiện thừa cơ chất tốc ñộ phản ứng phụ thuộc tuyến tính vào nồng ñộ enzyme: V = K [ E ]. Trong ñó: V – vận tốc phản ứng; [ E ] – nồng ñộ cơ chất; K – hằng số. IV.2. Nồng ñộ cơ chất IV.3. nhiệt ñộ Trong công nghiệp sản xuất và bảo quản sản phẩm thực phẩm yếu tố nhiệt d0o65 thường ñược sử dụng ñể ñiều hòa phản ứng enzyme . Ở nhiệt ñộ thấp enzyme giảm hoạt ñộ song không bị biến tính nhiều. Ở nhiệt ñộ cao ( 70 0C) enzyme bị biến tính và không có khả năng phục hồi hoạt ñộ. Nhiệt ñộ tối thích vào khoảng 40 – 50 0C. IV.4. Giá trị pH IV.5. Chất kích thích và kìm hãm Chất kìm hãm là những chất làm giảm hoạt ñộ của enzyme. Người ta phân biệt chất kìm hãm cạnh tranh và không cạnh tranh. Chất hoạt hóa là những chất làm tăng hoạt ñộ xúc tác của enzyme. V. Cách gọi tên và phân loại enzyme V.1.Cách gọi tên trước kia thường gọi tên enzyme một cách tùy tiện, tùy tác giả. Các tên quen dùng như pepxin, tripoxin,…hiện nay vẫn ñược dùng gọi là tên thông dụng. Tên gọi ñầy ñủ, chính xác, theo quy ước quốc tế ñược gọi theo tên cơ chất ñặc hiệu của nó cùng với tên của kiểu phản ứng mà nó xúc tác, cộng thêm ñuôi aza. Thí dụ: Glucozyltransferaza là enzyme xúc tác cho phản ứng vận chuyển gốc ñường. V.2. Phân loại enzyme Enzyme ñược chia làm 6 loại 1. Oxydoreductaza: là enzyme xúc tác phản ứng oxy hóa khử. Thí dụ: dehydrogenaza, oxydaza, peroxydaza,… 2. Transferaza: là enzyme xúc tác sự vận chuyển nhóm hóa học từ chất này sang chất khác. Thí dụ: aminotransferaza,… 3. Hydrolaza: Enzyme xúc tác phản ứng thủy phân. Thí dụ: peptidhydrolaza, lipaza,… 4. Liaza: xúc tác phản ứng loại CO2 ra khỏi một chất. Thí dụ: piruvatdecacboxylaza (loại CO2 ra khỏi axit piruvic),… 5. Izomeraza: là enzyme xúc tác quá trình ñồng phân hóa. Thí dụ glucoizomeraza,… 6. Ligaza: Là enzyme xúc tác cho phản ứng cần năng lượng. Thí dụ: piruvat cacboxylaza, asparaginsyntetaza,… VI. Tính ưu việt của phản ứng enzyme và một số ứng dụng của enzyme VI.1. tính ưu việt của phản ứng enzyme ðiều kiện phản ứng ôn hòa hơn so với xúc tác hóa học, do ñó dễ thực hiện, ít tốn kém và hiệu quả cao. Ít tốn kém hơn về năng lượng. Thí dụ : phản ứng thủy phân sacaroza nếu không có chất xúc tác thì cần năng lượng là 32 000 cal/mol, nếu xúc tác là axit thì cần năng lượng là 25000 cal/mol, nếu xúc tác là enzyme invertaza thì chỉ cần năng lượng là 9 400 cal/mol. Phản ứng enzyme diễn ra với vận tốc rất nhanh. Thí dụ : ñể thủy phân protein thành axit amin cần liềm hoặc axit trong vòng vài chục giờ, song nếu sử dụng enzyme thùi chỉ cần vài chục phút. VI.2. Một số ứng dụng của enzyme Trong công nghiệp thực phẩm: Ứng dụng của phản ứng thủy phân: ñể tạo cấu trúc mong muốn, ñể cải thiện cấu trúc của sản phẩm (mùi, vị,…), ñể thu những sản phẩm có phân tử lượng nhỏ : thí dụ enzyme amilaza, proteaza,…trong công nghiệp sản xuất rượu, bia, bánh mì, chế biến thịt,… Ứng dụng của phản ứng oxy hóa khử: thí dụ các loại chè, cà phê, thuốc lá khác nhau là do sử dụng một cách tài tình các enzyme có sẵn trong nguyên liệu hoặc chế phẩm enzyme có nguồn gốc ñộng thực vật, ñặc biệt là vi sinh vật. Một số enzyme còn ñược sử dụng ñể bảo quản thực phẩm, thí dụ glucooxydaza ñược sử dụng ñể ngăn chặn quá trình oxy hóa,… Trong xử lý môi trường: Phương pháp xử lý sinh học: Xử dụng VSV phân giải hầu hết các chất với thời gian ngắn, trong ñiều kiện ñơn giản, các thiết bị xử lý ñơn giản, chi phí không cao, phương pháp tiến hành ñơn giản. CHƯƠNG III GLUXIT I. Giới thiệu chung về gluxit Gluxit là nhóm chất hữu cơ phổ biến cả ở ñộng vật ( 2 % trọng lượng các chất khô) và thực vật ( 80 – 90 % trọng lượng các chất khô). Gluxit ñược tổng hợp bởi cây xanh từ CO2, H2O và năng lượng của ánh sáng mặt trời, còn con người và ñộng vật không có khả năng ñó và phải sử dụng nguồn gluxit từ thực vật. Gluxit thuộc nhóm dinh dưỡng ñặc biệt quan trọng ñối với người và ñộng vật. Các nguyên tố tạo nên gluxit là C, H và O. I.1. Chức năng sinh học của gluxit Gluxit là chất cung cấp năng lượng chủ yếu (60 % ) cho các quá trình sống của cơ thể. Tuy ñộ sinh nhiệt chỉ bằng một nửa lipid song gluxit có ưu thế nổi bật là hòa tan tốt trong nước, làm môi trường cho các phản ứng xảy ra trong cơ thể. Gluxit có vai trò cấu trúc , tạo hình (xelluloza). Gluxit có vai trò bảo vệ (mucopolysacharit). I.2. phân loại gluxit Gluxit ñược phân làm hai loại • Gluxit ñơn giản (monosacarit) • Gkuxit phức tạp (polysacarit ) : polysacarit lại ñược phân thành polysacarit loại I (oligosacarit) và polysacarit loại II. Trong công nghiệp thực phẩm Gluxit là chất liệu cơ bản, không thể thiếu của ngành sản xuất lên men: sản xuất rượu, bia, axit aimin, mì chính, chất kháng sinh,… • Gluxit tạo ra cấu trúc, hình thù, trạng thái cho các sản phẩm : ñộ phồng của bánh phồng tôm, ñộ xốp cho bánh mì,… • Tạo chất lượng: tạo ngọt (ñường ), tạo màu sắc cho thực phẩm,… II. Monosacarit II.1. ðặc tính cấu tạo của monosacarit Monosacarit là dẫn xuất aldehyt hoặc xeton của các polyol. Dẫn xuất aldehyt ñược gọi là aldoza, dẫn xuất xeton gọi là xetoza. Người ta thường tiến hành ñánh số các nguyên tử C ; ñánh số ñược bắt ñầu từ nguyên tử C ở ñầu mạch có nhóm cacbonyl ñể cho nguyên tử C của nhóm cacbonyl có chỉ số nhỏ nhất. Giới thiệu một số monosacarit thường gặp: Các dạng cấu tạo của monosacarit Dạng D và L : trong phân tử của monosacarit có một số nguyên tử C bất ñối, vì vậy mỗi monosacarit có thể tồn tại dưới dạng ñồng phân lập thể khác nhau, số lượng ñồng phân lập thể là 2n với n là số nguyên tử C bất ñối. Những monosacarit có – OH ñính với C nằm cạnh C cuối cùng bên phải mạch thẳng gọi là monosacarit dạng D (dextrogyre), ngược lại thì là dạng L (levogyre ). Hiện nay người ta dùng chữ L và D ñể chỉ các cấu hình của ñồng phân và thêm vào ñó dấu (+) hoặc (-) ñể chỉ ñộ quay cực về bên phải hay bên trái. ða số các monosacarit trong tự nhiên ñều thuộc dạng D và cơ thể sinh vật chỉ hấp thụ monosacarit dạng D mà thôi. Những monosacarit dạng L cản trở sự hấp thụ gluxit của cơ thể. Khi gặp ñiều kiện thuận lợi dạng D và L có thể chuyển hóa qua lại lẫn nhau. Trong chế biến thực phẩm nếu xảy ra quá trình monosacarit dạng D chuyển hóa thành dạng L ( quá trình racemic hóa ) sẽ làm giảm sút chất lượng của sản phẩm. CHO CHO CHO | | | HCOH HCOH HCOH | | | CH2OH HCOH HOCH | | HCOH HCOH | | CH2OH HCOH | CH2OH D - glyxeraldehyt D- Riboza D- glucoza CHO CHO CH2OH | | | HCOH HOCH C = O | | | HOCH HOCH HOCH | | HOCH HCOH HCOH | | | HCOH HCOH HCOH | | | CH2OH CH2OH CH2OH D – galactoza D – mantoza D - Fructoza Dạng vòng của monosacarit Khi nghiên cứu kỹ về các tính chất hóa học của monosacarit người ta thấy rằng các công thức hình chiếu trình bày ở trên chưa hoàn toàn phù hợp. Thí dụ một số phản ứng dễ dàng xảy ra ñối với chức aldehyt thông thường song lại không xảy ra ñối với monosacarit. Vì vậy có thể nghĩ rằng chức aldehyt trong monosacarit còn có thể tồn tại dưới dạng cấu tạo ñặc biệt nào ñó,… Kolle (1870) ñã chỉ ra rằng monosacarit còn tồn tại dưới dạng mạch vòng. Sự tạo vòng xảy ra do tác dụng của nhóm cacbonyl với một trong các nhóm –OH rượu trong cùng một phân tử monosacarit. Như vậy từ công thức cấu tạo hở sẽ có thể tạo nên hai dạng vòng, thí dụ ñối với D – glucoza: OH H -C | H – C - OH | HO – C – H O | H- C - OH | H - C | CH2OH α –D - glucoza CHO CHO | | HCOH HCOH | | HCOH HCOH | | HOCH HOCH | | HCOH HOCH | | CH2OH CH2OH D – glucoza L - glucoza OH H -C | H – C - OH | HO – C – H O | H- C - OH | H - C | CH2OH β –D - glucoza Sự sắp xếp của nhóm –OH glucozit về bên phải hoặc bên trái của trục cacbon làm thay ñổi hàng loạt tính chất của phân tử monosacarit (ñộ quay c ực chẳng hạn). trong dung dịch D- glucoza có thể tồn tại ở cả ba dạng : hai dạng vòng và một dạng hở. Sự tạo vòng thường xảy ra giữa nhóm cacbonyl và nhóm –Oh rượu ở vị trí C4 hoặc C5 ñối với các aldoza và C6 ñối với các xetoza. Như vậy dạng vòng của monosacarit có thể là năm cạnh hoặc sáu cạnh. Cách biểu diễn công thức vòng theo kiểu trên dựa trên nguyên tắc của Hayworth: Vòng monosacarit ñược coi như ñặt trên một mặt phẳng, như vậy toàn bộ mạch C và cầu nối oxy ñược xếp cùng trên một mặt phẳng, phần ñậm nét của phân tử biểu diễn vị trí của vòng gần với tầm mắt của người quan sát, còn các nhóm OH và H sẽ ñược sắp ở trên hoặc ở dưới mặt phẳng chứa vòng monosacarit. Nếu ở trong công thức hình chiếu chúng ñược sắp xếp ở bên phải của chuỗi cacbon thì trong công thức của Hayworth chúng sẽ ñược sắp xếp ở phần dưới của mặt phẳng chứa vòng và ngược lại. Chỉ riêng trong trường hợp ñối với nguyên tử cacbon mà nhóm OH ñược dùng ñể cấu tạo nên cầu oxy thì cách sắp xếp các nhóm thế lại theo nguyên tắc ngược lại, sở dĩ như vậy là do công thức hình chiếu của Ficher còn chưa biểu diễn ñược cấu trúc của monosacarit một cách hoàn hảo. Thí dụ ñối với fructoza: II.2. Tính chất của moonosacarit II.2.1. Phản ứng oxy hóa Dưới tác dụng của các tác nhân oxy hóa, nhóm cacbonyl bị chuyển thành axit. Tùy ñiều kiện tác nhân oxy hóa mạnh hay yếu mà quá trình oxy hóa chỉ xảy ra tại C1 hay C cuối. Thí dụ: phản ứng khi oxy hóa nhẹ bằng nước brom (hoặc clo,iot) trong môi trường kiềm. Nước brom Glucoza --------------------------------► HOOC- (CHOH )4 - CH2OH Axit gluconic Riêng ñối với xetoza thì phản ứng này không xảy ra. Khi oxy hóa bằng các chất oxy hóa mạnh hơn, thí dụ : HNO3 thì cả chức aldehyt và chức rượu bậc một trong phân tử ñều chuyển thành chức axit. HNO3 Glucoza ------------------------------►HOOC – (CHOH)4 – COOOH Axit glucaric II.2.2. Phản ứng khử Dưới tác dụng của các chất khử monosacarit chuyển thành các polyol. Khi ñó các nhóm aldehyt hoa85cxeton của monosacarit chuyển thành các nhóm rượu tương ứng. H2 Glucoza ---------------------------► HOH2C - (CHOH)4 – CH2OH D- sorbitol II.2.3. Tác dụng của axit Khi ñun sôi pentoza, hexoza với axit nồng ñộ cao ( HCl 12%,H2SO4 ñặc ), phân tử của chúng bị loại ñi 3 phân tử nước và tạo thành fucfurol hoặc oximetylfucfurol. Các sản phẩm này có thể ngưng tụ với các hợp chất phenol và tạo các sản phẩm có màu ñặc trưng. Những phản ứng này ñược sử dụng ñể ñịnh tính và ñịnh lượng monosacarit. II.2.4. Phản ứng với nhóm hydroxyl glucozit và sự tạo ra các hợp chất glucozit III. Polysacarit III.1. Polysacarit loại 1( Oligosacarit ) Oligosacarit là nhóm gluxit cấu tạo bởi sự liên kết của một số ít (2-10) monosacarit bằng liên kết glucozit. Sự kết hợp giữa hai monosacarit có thể xảy ra theo hai kiểu khác nhau và phụ thuộc vào các kiểu kết hợp ñó mà sẽ có các disacarit có tính chất khác nhau. Trong kiểu liên kết thứ nhất , một monosacarit này liên kết với một monosacarit nhờ nhóm OH của nó với một nhóm OH rượu của chất khác, như vậy chất tạo thành vẫn còn một nhóm OH glucozit ở dạng tự do và duy trì tính khử, thí dụ như ñường lactoza, maltoza. Trong kiểu liên kết thứ hai, hai monosacarit kết hợp với nhau nhờ hai nhóm OH glucozit của chúng, kết quả chất tạo thành không còn chứa OH glucozit tư do và không còn tính khử, thí dụ ñường sacaroza. III.1.1. Sacaroza Là disacarit ñược tạo từ α, D glucoza và β, D fructoza liên kết với nhau bằng liên kết 1-2 glucozit. Sacaroza có nhiều trong mía, củ cải ñường. ðường sacaroza có tính hút ẩm mạnh và khi bị thủy phân bởi enzyme invertaza tạo thành dung dịch chứa α, D glucoza và β, D fructoza. Hỗn hợp chứa hai chất trên gọi là ñường nghịch ñảo do sau khi thủy phân góc quay cực chuyển từ phải sang trái. III.1.2. Maltoza ( ñường mạch nha ) Là disacarit ñược cấu tạo bởi hai gốc α, D glucopiranoza liên kết với nhau bởi liên kết 1-4 glucozit. Maltoza có nhiều trong các mầm lúa ( do enzyme amilaza thủy phân tinh bột). Khi thủy phân maltoza bằng axit hoặc enzyme maltaza sẽ tạo thành dung dịch chứa α, D Glucopiranoza. III.1.3. Lactoza (ñường sữa) Là disacarit ñược cấu tạo bởi β, D galactoza và α, D glucoza liên kết với nhau bởi liên kết 1-4 glucozit. ðường lactoza khó bị thủy phân hơn sacaroza. Trong ruột trẻ em có enzyme lactaza khiến quá trính thủy phân diễn ra dễ dàng hơn. Khi trưởng thành enzyme này mất dần ñi. III.2. Polysacarit loại 2 ðược cấu tạo bởi nhiều monosacarit liên kết với nhau nhờ các liên kết α, hoặc β glucozit. Nhiều polysacarit có tầm quan trọng ñặc biệt trong thực phẩm như : tinh bột, pectin, thạch (aga-aga). Tinh bột: Tinh bột là thành phần chính của các hạt ngũ cốc và các củ lương thực. Tinh bột có vai trò dinh dưỡng cực kỳ lớn vì trong quá trình tiêu hóa chúng bị thủy phân thành ñường glucoza là chất tạo nên nguồn calo chính của thực phẩm cho con người. Tinh bột giữ vai trò quan trọng trong kỹ nghệ thực phẩm do những tính chất hóa lý quan trọng của nó như : làm kết dính, tạo ñộ cứng. làm ñặc , tạo ñộ ñàn hồi cho thực phẩm… ► Cấu tạo của tinh bột: Tinh bột không phải là một chất riêng biệt. Nó bao gồm hai thành phần khác hẳn nhau về tính chất lý học và hóa học là amoloza (20-25%) và amilopectin (75-80% ). ▪ Amiloza: ñược cấu tạo từ các α, D Glucopiranoza liên kết với nhau bằng liên kết 1-4 glucozit. ▪ Amilopectin: ñược cấu tạo từ α, D Glucopiranoza liên kết với nhau bằng liên kết 1-4 và 1-6 glucozit. ► Một số ñặc tính của tinh bột: 1. Khi tác dụng với Iot: amilo cho màu xanh, amilopectin cho màu tím ñỏ, tinh bột cho màu xanh tím rất ñặc trưng. Phản ứng này dùng ñể xác ñịnh tinh bột. 2. Tinh bột bị hồ hóa ở nhiệt ñộ nhất ñịnh. Giá trị nhiệt ñộ mà tại ñó mạch tinh bột bị giãn ra gọi là nhiệt ñộ giãn mạch. Khi ấy liên kết 1-4 và 1-6 glucozit bị kéo căng (chưa bị cắt ) và trở nên lỏng lẻo. Khi bị hồ hóa ñộ nhớt của tinh bột rất cao. 3. Sự thoái hóa tinh bột: là hiện tượng mất tính dẻo của tinh bột, thường xảy ra ở nhiệt ñộ thấp, thí dụ cơm ăn ñể nguội chẳng hạn. ðối với tinh bột giàu amylopectin ( tinh bột nếp) thì sự thoái hóa diễn ra chậm hơn so với tinh bột giàu amiloza. 4. Sự thủy phân tinh bột: Dưới xúc tác của enzyme hoặc axit , tinh bột bị thủy phân, liên kết glucozit gãy. Quá trình thủy phân tinh bột xảy ra theo các giai ñoạn sau : Tinh bột → amylodextrin → eritrodextrin → acrodextrin → maltodextrin Mỗi sản phẩm này cho màu khác nhau với iot : amylodextrin cho màu tím, eritrodextrin cho màu ñỏ, acrodextrin và maltodextrin không cho màu với iot. Như vậy ta có thể sử dụng iot ñể thử và nhận biết giai ñoạn ñộ sâu của quá trình thủy phân tinh bột. Nếu sử dụng enzyme ñể thủy phân tinh bột thì tùy thuộc vào mục ñích sản xuất mà sử dụng các loại enzyme khác nhau. ►Giới thiệu tác dụng của một số enzyme thủy phân tinh bột: ●α – amilaza có trong malt, vi sinh vật và tuyến tụy của ñộng vật. Nó có tác dụng xúc tác sự thủy phân liên kết glucozit 1- 4 bất kỳ, kết quả là tạo ra các polysacarit ngắn hơn hoặc disacarit hoặc glucoza. α -amilaza Tinh bột Dextrin + Maltoza + Glucoza Glycogen ( nhiều) (ít ) (ít) (glycogen là polysacarit có nguồn gốc ñộng vật, cấu tạo hóa học tương tự amilopectin nhưng mức ñộ phân nhánh nhiều hơn) ●β –amilaza có trong malt, có tác dụng lên liên kết glucozit 1-4 nhưng chỉ tác dụng từ phía ñầu không có tính khử của phân tử tinh bột và theo từng cặp glucoza một. β –amilaza Tinh bột Dextrin + Maltoza (54-58%) (42-46%) ●Glucoamilaza có trong gan ñộng vật, vo sinh vật, xúc tác cho phản ứng thủy phân liên kết 1-4, 1-6 glucozit bắt ñầu từ ñầu không khử của chuỗi polysacarit. Sản phẩm chủ yếu ñược tạo thành là glucoza và dextrin. Tác dụng của α – amilaza ,β –amilaza ñối với amiloza và amilopectin oooooooooooooooooooooooooooo ooooooooooo oooooooooooo oooo ooooo oooo oooooo oo oo oo oo oo o oo oo o α – amilaza amiloza oooooooooooooooooooooooooooo oo oo oo oo oo β –amilaza amiloza ►Sự phân giải tinh bột trong cơ thể: Trong cơ thể, dưới tác dụng của các enzyme tinh bột bị thủy phân, dần dần tạo sản phẩm cuối cùng là α, D glucoza. α, D glucoza thấm qua thành ruột, theo máu tới tế bào. Tại tế bào chúng ñược chuyển hóa qua nhiều phản ứng dưới sự xúc tác của nhiều enzyme, tạo thành axit pyruvic ( CH3COCOOH ). Quá trình này ñược gọi là quá trình ñường phân. Ở cơ thể hiếu khí, axit pyruvic ñược oxy hóa trong chu trình Krebs ñể giải phóng nước và CO2 , ở cơ thể yếm khí axit pyruvic ñược lên men tạo rượu hữu cơ và axit hữu cơ.
Trong công nghiệp thực phẩm: Dưới tác dụng của các enzyme polysacarit bị thủy phân tạo monosacarit. Trong ñiều kiện không có oxy của không khí, dưới tác dụng của hệ enzyme vi sinh vật, ñặc biệt là nấm men, các monosacarit bị chuyển hóa thành rượu axit lactic, glyxerin,….Quá trình này gọi là quá trình lên men. CHƯƠNG IV LIPID I. Giới thiệu chung về lipid Lipid hay chất béo là nhóm hợp chất hữu cơ tự nhiên rất phổ biến trong tế bào ñộng vật và thực vật, có thành phần hóa học khác nhau nhưng có ñặc ñiểm chung là không hòa tan trong nước mà hòa tan trong các dung môi hữu cơ ( ete, cloroform,…). Về cấu tạo hóa học trong phân tử lipid có chúa rượu ña chức và axit béo bậc cao ( este của rượu và axit béo). I.1. Chức năng sinh học • Cung cấp năng lượng cho cơ thể: 1g protein khi ñược ñốt cháy trong cơ thể giải phóng 4,3 kcal năng lượng. 1 g gluxit ñốt cháy trong cơ thể giải phóng 4,8 kcal, còn 1 g lipid giải phóng 9,8 kcal. • Là dung môi hòa tan vitamin. • Là nguồn cung cấp các vitamin A,D,E,K,F cho cơ thể. • Mỡ tạo thành lớp áo tự nhiên bao bọc và bảo vệ cơ thể. • Lipid cũng tham gia vào cấu tạo tế bào. I.2. Phân loại lipid Lipid ñơn giản là những lipid mà trong thành phần chỉ có este của rượu và axit béo. Thuộc nhóm này có glycerid, cerid (sáp ), sterid. Lipid phức tạp là những lipid mà ngoài hai thành phần trên còn có những nhóm phụ. Thuộc nhóm này có glycerophospholipid, glyceroglucolipid. II. Glycerid II.1. Cấu tạo hóa học Glycerid là este của glycerin và axit béo. O || CH2 – O – C – R1 | O || CH – O – C – R2 | O || CH2 – O – C – R3 II.2. Cách gọi tên glycerid Giới thiệu một số axit béo: Mặc dù trong thiên nhiên có rất nhiều loại chất béo khác nhau song sự sai khác chủ yếu giữa chúng là ở tính chất của các axit béo. Axit béo ñược chia thành hai loại: no (CnH2nO2) và không no. Trong số những axit béo no thường gặp nhất là palmitic (C15H31COOH) và stearic (C17H35COOH ), chúng khiến chất béo có cấu trúc rắn . Một số axit béo no khác ít gặp hơn là miristic (C14), capric (C10),butyric (C4). Axit béo không no thường gặp trong dầu thực vật, dầu ñộng vật ( từ cá, ñộng vật biển). Ở nhiệt ñộ phòng chúng có dạng lỏng.Thường gặp nhất là oleic (C17H33COOH), linoleic (C17H31COOH), linolenic (C17H29COOH) và arachidonic (C19H31COOH). Ba axit béo chưa no là arachidonic, linoleic và linolenic là những thành phần không thể thiếu của thực phẩm vì cơ thể con người không thể tổng hợp chúng. Người ta coi tập hợp các axit béo chưa no trên có vai trò quan trọng như vitamin ( chúng ñược gọi là vitamin F). Oleic : CH3- (CH2)7- CH = CH -(CH2)7 –COOH Linoleic : CH3 –(CH2)4- (CH=CH-CH2)2 - (CH2)6 – COOH Linolenic: CH3 –CH2- (CH=CH-CH2)3 - (CH2)6 – COOH. Arachidonic: CH3 –(CH2)4- (CH=CH-CH2)4 - (CH2)2 – COOH. Glycerid ñược gọi theo số gốc axit tham gia tạo liên kết este, tên của axit ñổi ñuôi –ic thành ñuôi –in. Thí dụ: CH2 – O – CO – (CH2)16 – CH3 | CH – O – CO – (CH2)16 – CH3 | CH2 – O – CO – (CH2)16 – CH3 Tristearin CH2 – O – CO – (CH2)7 – CH = CH – (CH2)7 – CH3 | CH – O – CO – (CH2)7 – CH = CH – (CH2)7 – CH3 | CH2 – O – CO – (CH2)7 – CH = CH – (CH2)7 – CH3 Triolein
Mỡ, dầu ñộng vật, dầu thực vật: Có thể nói dầu mỡ tự nhiên là những triglycid hỗn tạp. Chẳng hạn, thành phần của mỡ lá ở lợn gồm có : tristearin o%, stearodiolein 15 %, β- palmitodiolein 42-57 %, β- palmitostearolein 21- 36 %, β- palmitodistearin 2%,… Triglycerid của ñộng vật thường tập trung trong các tế bào của mô mỡ làm thành một lớp mỡ dưới da, hoặc bao quanh một số cơ quan hoặc nằm xen giữa các mô khác. Có thể thu ñược mỡ nước bằng cách nấu nóng chảy ở nhiệt ñộ dưới 800C (ñể mỡ không có màu và mùi. Triglycerid của ñộng vật trên cạn và của chim thì rắn và ñược gọi là mỡ, còn của cá và ñộng vật dưới nước thì lỏng và ñược gọi là dầu ñộng vật. Trong cây glycerid là thành phần tất yếu của hạt. Hạt của một số cây chứa rất nhiều glycerid gọi là hạt có dầu và là nguyên liệu ñể khai thác dầu ( dầu lạc, hướng dương,..). II.3. Tính chất lý học của glycerid Không tan trong nước mà tan trong các dung môi hữu cơ. Tuy nhiên trong những ñiều kiện nhất ñịnh, dưới tác dụng của chất nhũ hóa (protein, xà phòng, soda,…) lipid bị phân chia thành các hạt nhỏ lơ lửng trong dung dịch mà khi ñể yên không bị tách thành hai lớp, ñược gọi là nhũ tương. Nguyên nhân là do các chất nhũ hóa ( có tính chất hoạt hóa bề mặt, làm giảm sức căng bề mặt của các giọt lipid) bao quanh các giọt lipid, khiến chúng không tích tụ lại với nhau. Trong cơ thể người và ñộng vật, lipid ñược nhũ tương hóa nhờ axit mật. Là dung môi cho nhiều chất có mùi dễ bay hơi. Trong mỹ phẩm người ta sử dụng chất béo làm dung môi ñể chiết dầu ete ( thí dụ từ hoa hồng). Chính vì tính chất này mà khi bảo quản chất béo dễ dàng hấp thụ những mùi lạ. Nhiệt ñộ nóng chảy của glycerid phụ thuộc vào thành phần số lượng các loại axit béo. Dầu mỡ chứa nhiều axit béo no có nhiệt ñộ nóng chảy cao, dầu mỡ chứa nhiều axit béo không no có nhiệt ñộ nóng chảy thấp hơn. Như chúng ta ñã thấy, tất cả dầu và mõ tự nhiên ñều chứa các triglycerid khác nhau, do ñó không có một ñiểm nóng chảy rõ ràng mà thường có một khoảng nóng chảy. II.4. Tính chất hóa học của glycerid Phản ứng thủy phân: glycerid dễ dàng tham gia phản ứng thủy phân dưới tác dụng của enzyme lipaza tạo ra glycerin và axit béo. CH2 – O – CO – R1 CH2OH R1COOH | Lipaza | CH – O – CO – R1 CHOH R2COOH | + H2O | CH2 – O – CO – R1 CH2OH R3COOH Phản ứng xà phòng hóa: Dưới tác dụng của kiềm liên kết este trong phân tử glycerid bị thủy phân tạo glycerin và muối của axit béo. Các muối này gọi là xà phòng. CH2 – O – CO – R1 CH2OH R1COONa | | CH – O – CO – R1 + 3NaOH CHOH R2COONa | | CH2 – O – CO – R1 CH2OH R3COONa Xà phòng Phản ứng hydrogen hóa: Là phản ứng gắn hydro vào nối ñôi của axit béo không no trong các glycerid. Ni Triolein + 3H2 Tristearin to Trên thực tế người ta hydro hóa chọn lọc một số dầu thực vật ñể làm giảm hàm lượng axit linolenic do ñó làm tăng ñộ bền của dầu ( thí dụ hydro hóa dầu ñậu tương ñể giảm hàm lượng axit linolenic từ 9% xuống 1% ). ðôi khi người ta cũng hydro hóa từng phần hoặc toàn bộ nhằm mục ñích tạo ra các chất béo rắn làm nền ñể sản xuất margarin hoặc sản xuất mỡ ñể nhũ hóa. II.5. Các chỉ số của chất béo Chỉ só axit: Là số mg KOH dùng ñể trung hòa các axit béo tự do có trong 1g chất béo.Chỉ số axit ñược dùng khi ñánh giá ñộ tươi của các chất béo dùng làm thực phẩm. Chỉ số axit cao chứng tỏ axit không tươi, ñã bị thủy phân một phần. Chỉ số xà phòng hóa ( chỉ số savon ): Là số mg KOH dùng ñể xà phòng hóa 1g chất béo và trung hòa axit béo tự do có trong 1g chất béo này. Chỉ số savon cao chứng tỏ trong dầu mỡ có chứa nhiều axit béo phân tử lượng thấp và ngược lại. Chỉ số Iot: Là số gam iot kết hợp với 100 gam chất béo. Iot kết hợp vào các nối ñôi trong phân tử axit béo không no. Các chất béo có chứa nhiều axit béo không no, có chỉ số iot lớn. Chất béo có chỉ số iot càng cao, nhoe65t ñộ nóng chảy càng thấp. Chỉ số peroxit: Dầu, mỡ giữ lâu ngày thường có mùi khét khó chịu, gọi là sự ôi hóa. Mùi khét khó chịu là do các aldehyt,xeton, axit phân tử thấp,.. ñược tạo thành do quá trình ôi hóa. Hiện tượng này có thể do nhiều nguyên nhân, tuy nhiên kiểu phổ biến nhất là do oxi trong khong khí kết hợp vào nối ñôi trong phân tử axit béo không no tạo thành peroxit theo kiểu phản ứng sau: O - O | | R – C = C – R1 + O2 R – C – C – R1 | | | | H H H H Peroxyt Khi cho KI phản ứng với chất béo bị ôi hóa, nó sẽ phản ứng với peroxit, giải phóng iot theo phản ứng sau: O - O | | R – C – C – R1 + 2KI + H2O R – CH – CH – R1 + I2 + 2KOH | | O H H Dùng tiosunphat ñể chuẩn ñộ lượng iot ñược giải phóng: 2 Na2S2O3 + I2 = Na2S4O6 + 2NaI. Số gam iot ñược giải phóng bởi peroxit có trong 100gam chất béo ñược gọi là chỉ số peroxit. Chỉ số peroxit ñược sử dụng ñể ñánh giá mức ñộ ôi hóa của chất béo. Quá trình ôi mỡ tăng nhanh ở ñiều kiện ẩm, nhiệt ñộ cao và có ánh sáng. Một số ion kim loại như Cu, Pb cũng xúc tác cho quá trình này. Trong thực tế, ñể ngăn ngừa quá trình ôi hóa mỡ, người ta thường thêm các chất chống oxi hóa như galatpropil, galatetil… hoặc tìm cách loại bỏ oxi trong môi trường bảo quản. III. Cerid (còn gọi là sáp ) Cerid là este của axit bậc cao và rượu ñơn chất. Sáp rất phổ biến ở dịch tiết của ñộng vật. thí dụ sáp ong, sáp lông cừu,…có tác dụng chống thấm nước, bảo vệ da, lông của ñộng vật khỏi bị thấm nước. Ở thực vật, ñặc biệt là thực vật nhiệt ñới trên bề mặt của lá và quả ñược phủ một lớp sáp cứng có tác dụng bảo vệ cho lá, quả khỏi bị thấm nước, hạn chế thoát hơi nước, ngăn chặn vi sinh vật xâm nhập. Sáp ñược ứng dụng trong công nghiệp dược, ñể sản xuất các loại thuốc bôi, ñể sản xuất các loại kem , son trong mỹ phẩm. Trong bảo quản lâu dài trái cây, người ta tráng một lớp sáp mỏng bảo vệ. IV. Sterid Sterid là este của rượu mạch vòng và axit béo bậc cao. Hai ñại diện quan trọng là colesterol và ecgosterol. Ở ñộng vật, colesterol ñược tổng hợp chủ yếu trong gan. Colesterol cũng có nhiều trong mô thần kinh, máu , trong lớp mỡ dưới da, lòng ñỏ trứng. Sterid có thể chuyển hóa thành các chất ñiều hòa sinh học khác nhau ( các hoocmon sinh dục, vitamin D,…) và tham gia cấu tạo nên màng tế bào. V. Lpid phức tạp Các ñại diện chính V.1.Glycerophotpholipid Phổ biến rộng rãi trong cơ thể người và ñộng vật (hồng cầu, não, lòng ñỏ trứng, gan ,tim,…) và thực vật (hạt hướng dương, hạt ñậu tương,…).Cấu tử alcol của nó là glycerol. Hai nhóm hydroxyl ở C-1 và C-2 bị este hóa với các axit béo phân tử lớn, còn nhóm hydroxyl ở C-3 este hóa với axit photphoric. CH2OCOR1 | R2OCOCH O | || CH2O – P – OH | O – X V.2. Glyceroglucolipid Phổ biến trong lục lạp và các phần khác của tế bào lá. Công thức cấu tạo như sau: VI. Sự chuyển hóa lipid trong cơ thể Lipid phức tạp vào trong cơ thể sẽ ñược chuyển hóa dần thành lipid ñơn giản, sau ñó thành glycerin và axit béo dưới tác dụng của các enzyme. Những chất này theo những phản ứng phức tạp sẽ ñược oxy hóa tạo năng lượng cho cơ thể hoạt ñộng hoặc ñược dự trữ. Lượng chất béo cần thiết cho người lớn vào khoảng 80-100 gam/ngày. CHƯƠNG V AXIT NUCLEIC I. Thành phần cấu tạo Axit nucleic là hợp chất cao phân tử có chứa các nguyên tố C, H,O, N, P. ðơn vị cấu tạo cơ sở của axit nucleic là mononucleotid. Một mononucleotid bao gồm ba thành phần: bazo nito, ñường pentoza và axit phosphoric. Ba thành phần này kết hợp với nhau theo tỉ lệ : 1: 1: 1. I.1. Bazo nito Các bazo nito có trong phân tử axit nucleic là dẫn xuất của purin hoặc pirimidin. I.2. Pentoza Pentoza có trong phân tử axit nucleic ở dạng β – D furanoza. Hai loại pentoza của axit nucleic là riboza và deoxiriboza: Dựa vào ñặc ñiểm của pentoza người ta phân axit nucleic thành hai loại chính : axit ribonucleic (ARN ) chứa riboza và axit deoxiribonucleic (AND) chứa deoxiriboza. Ngoài ra giữa ARN và AND còn khác nhau về thành phần bazo nito: AND không chứa uraxin, ARN thường không chứa timin. I.3. Cách liên kết giữa các thành phần cấu tạo của mononucleotid Bazo nito – pentoza - axit photphoric. ( liên kết N- glucozit ñược tạo thành giữa C1 của pentoza và N3 của pirimidin hoặc C9 của purin nucleozit ( liên kết este với nhóm OH của pentoza, thường là C5 ) Nucleotid II. liên kết photphodieste giữa các mononucleotid trong chuỗi polynucleotid Các gốc mononucleotid trong chuỗi polynucleotid kết hợp với nhau qua liên kết photphodieste. Liên kết này ñược tạo thành giữa gốc photphat của một mononucleotid với nhóm OH pentoza của mononnucleotid kế tiếp. Năm 1953 Oatxon ( nhười Mỹ) và Cric ( người Anh ), ñã ñề ra mô hình cấu trúc xoắn kép của phân tử AND. Theo mô hình này hai chuỗi polynucleotid với cực trái xoắn gần như song song xung quang một trục chung tương tự như cầu thanh xoắn ốc. Hai chuỗi polynucleotid gắn với nhau qua liên kết hidro hình thành giữa các cặp bazo ở vị trí ñối diện nhau theo nguyên tắc bổ sung nghiêm ngặt : A luôn liên kết với T, G luôn liên kết với X. Như vậy biết ñược trật tự sắp xếp của các mononucleotid trên một chuỗi có thể thiết lập chính xác trật tự sắp xếp các mononucleotid trên chuỗi kia. Trật tự chính xác của các bazo (các nucleotid ) trên chuỗi polynucleitid là yếu tố mang thông tin di truyền. Thành tựu này mở ra bước ngoặt trong lịch sử sinh học, dẫn ñến những hiểu biết về cơ chế phân tử hoạt ñộng biểu hiện gen. Hai nhà bác học trên ñã nhận dược giải thưởng Nobel vào năm 1962. III. Chức năng của axit nucleic III.1. Chức năng của AND Trong tế bào AND tập trung trong nhiễm sắc thể và có nhiệm vụ giữ thông tin di truyền, chỉ ñạo mọi hoạt ñộng sống của tế bào. III.2. Chức năng của ARN Tùy theo chức năng ARN có thể ñược chia thành ba loại: • ARN thông tin chứa các thông tin cần thiết ñể tổng hợp protein. • ARN riboxom tập trung ở riboxom thực hiện việc tổng hợp protein. • ARN vận chuyển vận chuyển axit amin ñã ñược hoạt hóa ñến riboxom là nơi tổng hợp nên phân tửi protein. CHƯƠNG VI NƯỚC, MUỐI KHOÁNG VÀ VITAMIN I. Nước Nước là chất kỳ diệu nhất trong tất cả các chất và cần thiết nhất cho cơ thể con người. Không có nước thì không có sự sống. 60-70 % cơ thể con người là nước. Nước tham gia vào thành phần cấu tạo tế bào, là dung môi hòa tan các chất trong cơ thể, tham gia vảo phản ứng thủy phân, có tác dụng ñiều hòa thân nhiệt….Trong công nghiệp thực phẩm nước là nguyên liệu cho nhiều quá trình chế biến. Cơ thể con người hấp thụ nước bằng thức ăn, uống ,thở. Nước vào trong cơ thể ñược hấp thụ trực tiếp không phải qua một quá trình chế biến nào. Nước cũng ñược bài tiết qua con ñường tiêu hóa, qua da và hô hấp. Nhu cầu về nước phuu5 thuộc vào ñộ tuổi, ñặc ñiểm sinh lý…Trung bình một ngày một người cần 1,75 -2 lít nước: 0,8 – 1 lít ở dạng ñồ uống, lượng nước còn lại có trong thức ăn và do quá trình chuyển hóa các chất ( lipid, gluxit, protein ) trong cơ thể tạo thành. II. Muối khoáng Dựa vào thành phần có trong cơ thể, người ta chia các nguyên tố thành hai nhóm: các nguyên tố ña lượng và các nguyên tố vi lượng. Các nguyên tố ña lượng chủ yếu là Ca, K, Na,P,S,MG,…các nguyê tố vi lượng chủ yếu là Fe, Cu ,Zn ,I,F,… chúng có vai trò rất quan trọng ñối với cơ thể. Canxi tham gia vào thành phần cấu tạo của xương và răng. Trong cơ thể người lớn có chứa khoảng 1 kg canxi. Nhu cầu một ngày vào khoảng 0,8 – 1g. Nguồn canxi là các sản phẩm sữa ( ñặc biệt là phomai), tôm cua,.. Muối chứa Mg cùng với các enzyme xúc tác chuyển hóa các chất. Sắt tham gia vào thành phần cấu tạo của hemoglobin trong máu, có trong gan và một số cơ quan khác… Cơ thể con người hấp thụ muối khoáng một cách trực tiếp, không phải qua một quá trình biến ñổi nào. III. Vitamin III.1. Giới thiệu chung về vitamin Thuật ngữ”vitamin” ñược sử dụng ñể nhóm các chất hữu cơ có cấu tạo và tính chất hóa lý khác nhau song ñều rất cần thiết cho hoạt ñộng sống của cơ thể . Nhu cầu của cơ thể ñối với vitamin rất nhỏ ( ñôi khi ñến phần mười, phần trăm mg), tuy nhiên nếu thức ăn không cung cấp ñủ một hoặc một vài vitamin nào ñó sẽ dẫn tới cân bằng trao ñổi chất bị phá vỡ , dẫn ñến bệnh tật và thậm chí tử vong. Nhìn chung các vitamin tham gia vào thành phần của các enzyme. Dựa vào tính tan người ta chia vitamin thành hai nhóm : các vitamin tan trong nước và các vitamin tan trong chất béo. Bảng : Phân loại vitamin Vitamin tan trong nước Vitamin tan trong chất béo Vitamin B1 (Tiamin ) Vitamin B2 (Riboflavin ) Vitamin B6 (Piridoxin ) Vitamin PP ( axit nicotinic) Vitamin H (Biotin ) Vitamin C (Axit ascorbic) Vitamin B12 (Xiancobalamin ) Vitamin A và Caroten Vitamin D (Canxipherol) Vitamin E ( Tocopherol ) III.2. Nhóm vitamin hòa tan trong chất béo III.2.1. Vitamin A và caroten ( tiền vitamin A ) Tác dụng: - Tăng sự cảm nhận ánh sáng của mắt - ðảm bảo sự phát triển bình thường của các biểu mô. Thiếu vitamin A sẽ gây bệnh quáng gà, nếu thiếu nhiều sẽ dẫn tới mù lòa. Thiếu vitamin A sẽ khiến da khô, sần sùi và chậm phát triển Nguồn cung cấp: Vitamin A có nhiều trong dầu gan cá thu, gan ñộng vật, trứng ñộng vật. Trong một số loại rau quả (ớt, cà rốt , bí ñỏ, hành lá, gấc,…) có chứa nhiều provitamin A là caroten. Khi ñưa vào cơ thể caroten sẽ chuyển thành vitamin A nhờ hệ enzyme. III.2.2. Vitamin D Tác dụng : ðiều hành quá trình trao ñổi canxi và photpho, tham gia vào quá trình tạo xương. Thiếu vitamin D sẽ dẫn tới bệnh còi xương, ăn mất ngon, khó ngủ, nóng tính, sâu răng, xương dễ gãy và khó hồi phục. Nguồn cung cấp: Vitamin D có nhiều trong nghêu, sò, ốc , hến, cua,cá, sữa,… Trên da người có tiền vitamin D, dưới tác dụng của tia tử ngoại sẽ thu ñược vitamin D, v ì vậy người ta chữa cho trẻ em còi xương do thiếu vitamin D bằng cách tắm nắng. III.2.3. Vitamin E Tác dụng : - Tham gia vào các phản ứng oxy hóa khử. - Tham gia vào sự trao ñổi lipid, qua ñó ảnh hưởng ñến khả năng sinh sản của ñộng vật. Thiếu vitamin E ñộng vật sẽ sinh sản kém hoặc vô sinh. Nguồn cung cấp : Dầu thực vật, rau xà lách, rau cải, thận ñộng vật,.. Tuy nhiên nhu cầu cơ thể về vitamin E không lớn lắm và trong cơ thể lượng vitamin E dự trữ ñủ ñể bảo ñảm ñược thời gian dài tới vài tháng nên ít xảy ra hiện tượng thiếu vitamin E. III.2.4. Vitamin K Tác dụng: Là một trong những yếu tố tham gia vào quá trình ñông máu . Khi thiếu vitamin K thời gian ñông máu sẽ kéo dài. Tuy nhiên bệnh thiếu vitamin K ít xảy ra do trong ruột có các vi khuẩn có khả năng tổng hợp vitamin này. Nguồn cung cấp: Vitamin K có nhiều trong cà chua, ñậu, cà rốt, gan , thận,… III.3. Vitamin tan trong nước: III.2.5. Vitamin B1 Tác dụng: Là coenzyme của enzyme piruvatdecacboxylaza và xetoglutarat decacboxylaza, là những enzyme tham gia vào quá trình trao ñổi gluxit. Vì vậy khi thiếu vitamin B1 quá trình trao ñổi gluxit bị trì trệ và dẫn tới bệnh tật. Nguồn cung cấp: Vitamin B1 có nhiều trong cám, trong nấm men bia, thận ñộng vật,… III.2.6 Vitamin B6 Tác dụng : - Là coenzyme của nhiều enzyme. - Tvào quá trình trao ñổi chất béo. - Thiếu vitamin B6 thần kinh sẽ bị ức chế, dây mất ngủ, ñau ñầu,.. Nguồn cung cấp : Vitamin B6 có nhiều trong lòng ñỏ trứng, sữa, thịt,... III.2.7. Vitamin C Tác dụng: Tăng sức ñề kháng, chống lại các hiện tượng choáng hoặc ngộ ñộc bởi các hóa chất cũng như các ñộc tố của vi trùng. Khi thiếu vitamin C, sẽ xuất hiện các triệu chứng của bệnh lý như chảy máu lợi, răng. Nguồn cung cấp: Vitamin C có nhiều trong trái cây chua, rau xanh, (cam ,chanh, dâu, dưa chuột, cà chua, rau cải,..) III.2.8. Vitamin B12 ( cobalamin) Tác dụng: Cần thiết cho máu. Nếu thiếu vitamin B12 cơ thể sẽ bị thiếu máu, thiếu nhiều có thể dẫn tới thiếu máu ác tính. Nguồn cung cấp : - Sữa, gan ,trứng. - Ít có trong thực vật. - ðược tổng hợp bởi vi sinh vật. III.3. Sự liên quan giữa vitamin và enzyme Trong thành phần coenzyme của ña số các enzyme ñều có các vitamin. Khi cơ thể bị thiếu các vitamin thì xuất hiện các bệnh lý tương ứng do không có các coenzyme có chứa các vitamin.
Phương thức hấp thụ vitamin của cơ thể: Vitamin là hợp chất hữu cơ với một lượng bé nhưng rất cần thiết cho cơ thể, ñể cấu tạo nên các enzyme, hoocmon,…ñồng thời xúc tác các quá trình sinh hóa xảy ra trong cơ thể. Sự trao ñổi chất sẽ hiệu quả khi có ñủ vitamin. Khi chuyển hóa trong cơ thể, vitamin tạo thành các este, các nucleotid và những hợp chất khác. Nhiều hợp chất này liên kết với protein ñể tạo thành các enzyme hoàn toàn. Thiếu vitamin sẽ dẫn ñến phá hủy các hoạt ñộng của enzyme, hỗn loạn sự trao ñổi chất. III.4. Antivitamin Những chất có khả năng làm mất hoạt tính sinh học của vitamin và có tác dụng chống lại chúng gọi là các antivitamin hay kháng vitamin. Antivitamin thường có cấu tạo hóa học gần giống vitamin, nhưng antivitamin không có hoạt tính vitamin nên khi vào cơ thể sẽ làm cho các hệ enzyme không hoạt ñộng. Nghĩa là antivitamin ñẩy vitamin ra khỏi hệ enzyme và chiếm chổ thể hiện tính “giả”vitamin. Chöông VI XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC I. Khái niệm chung Nước thải ñược tạo ra trong quá trình sản xuất của nhà máy và trong sinh hoạt hằng ngày. Nước thải chứa nhiều hợp chất vô cơ, hữu cơ, chất hòa tan, không hòa tan,các chất khí và hệ vi sinh vật khác nhau. Nước thải có thể ở dạng lỏng lưu chảy ñược hoặc ở dạng huyền phù, cũng có thể ở dạng ñặc quánh như bùn hay ở dạng không tan. Trong thành phần nước thải có nhiều chất ảnh hưởng ñến môi trường và ñời sống con người. Khi công nghiệp càng phát triển thì càng có nhiều chất thải hơn và ña dạng hơn.Vì thế vấn ñề xử lý các chất thải là một vấn ñề cấp bách và cần phải giải quyết. Xử lý nước thải cũng có nhiều phương pháp khác nhau như:
Phương pháp hóa học: dùng các chất hóa học hay phản ứng hóa học ñể phân giải.
Phương pháp lý học: dùng các biện pháp lắng,lọc, kết tủa, hấp phụ.
Phương pháp cơ lý: ñông tụ, trung hòa, kết tủa, lắng trong.
phương pháp hóa lý: trao ñổi ion, hấp phụ.
Phương pháp nhiệt: dùng nhiệt ñộ cao ñể phân giải các chất
Phương pháp sinh học: biến ñổi các chất do vi sinh vật. Mục ñích: chuyển các chất ñộc hại thành ñơn giản hơn. Chuyền các chất ñộc hại, không có ích thành các sản phẩm có ích: tạo phân bón, tạo các khí biogaz,.. Phương pháp sinh học ñược xem là có hiệu quả và hiện nay ñược phổ biến vì: Sử dụng vi sinh vật có khả năng phân giải hầu hết các chất với thời gian ngắn, trong ñiều kiện ñơn giản, các thiết bị xử lý ñơn giản, chi phí không cao, phương pháp dễ tiến hành . Dựa vào ñiều kiện tiến hành, hệ vi sinh vật sử dụng có thể chia 2 dạng xử lý nước thải: ● Xử lý sinh học yếm khí (không có oxy): kèm theo hệ vi sinh vật yếm khí. ● Xử lý sinh học hiếu khí (có oxy ): kèm theo hệ vi sinh vật hiếu khí. Tùy từng loại nước thải sử dụng phương pháp phù hợp. Các vi sinh vật sử dụng các thành phần có trong chất thải ñể làm chất dinh dưỡng cho nó, ñồng thời chuyển hóa những chất trong chất thải thành những chất không có hại, ñôi khi tạo sản phẩm có lợi. II.Những yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học Các vi sinh vật trong quá trình xử lý nước thải cần sống, sinh sản và phát triển bình thường. Mọi ñiều kiện trong xử lý nước thải phải phù hợp với ñiều kiện sinh lý. - Nhiệt ñộ: là yếu tố quan trọng. Việc xử lý chất thải xảy ra ở 20 -300C phù hợp với vi sinh vật. Nếu nhiệt ñộ thấp hơn, quá trình xử lý chậm hơn vì vi sinh vật kém hoạt ñộng. Nếu nhiệt ñộ quá cao, vi sinh vật bị ức chế và có thể bị tiêu diệt.Phần protein của chất xúc tác (enzyme-VSV) bị biến tính, không còn xúc tác. - pH : VSV ña phần không chịu ñược ñộ kiềm / axit quá cao. VSV ưa môi trường trung hòa hay axit yếu. Một số nước thải của nhà máy có pH quá kiềm hay axit sẽ ức chế vi sinh vật. Do dó phải ñiều chỉnh pH về gần 7. Trong môi trường tự nhiên pH từ 6 – 6,5 phù hợp với phần lớn các vi sinh vật ( nấm men, nấm mốc, vi khuẩn). Trong một số trường hợp, vi sinh vật có khả năng tự ñiều chỉnh pH môi trường. - Nồng ñộ oxy hòa tan(DO):Tùy theo phương pháp yếm khí hay hiếu khí ðặc biệt ñối với phương pháp hiếu khí: Oxy hòa tan trong nöôùc b ò tie âu thu ï do quaù trình phaân hu ûy caùc chaát höõu cô, do vaäy kh i caàn thieát caàn phaûi boå s ung löôïng DO ñeå duy trì caùc quaù trình sinh hoïc vaø ñ ôøi soáng thuûy sinh. Ngöôøi ta thöôøng söû duïng caùc quaù trình nhö :xaùo trộn và sục khí. ðối với phương pháp kỵ khí thì càng giảm lượng oxy càng tốt ñể quá trình lên men kỵ khí thuận tiện và hiệu quả. Khuấy trộn dịch nước thải và tác nhân vi sinh vật; sự khuấy trộn dịch nước thải làm hiệu quả xử lý tăng lên. Chất dinh dưỡng cần cho vi sinh vật như: , cacbon, nitơ , phot pho,lưu huỳnh,..( C : xenluloza, glucid; N: nitrat, ure; P: muối photphat; S: muoii61 sunfat;…).những loại nước thải có lượng N,P quá cao cần phải pha loãng nước thải, trước khi xử lý ñể không ảnh hưởng ñến sinh lý của vi sinh vật. III. Một số phương pháp sinh học xử lý nước thải Có nhiều phương pháp sinh học xử lý nước thải ñược chia thành 3 nhóm lớn: III.1. Xử lý bẳng phương pháp tự nhiên ( PP cánh ñồng lọc) Là phương pháp sử dụng ngay hệ vi sinh vật trong tự nhiên 9 ñất, nước, không khí, nguyên liệu sẵn có,…) không cần ñưa thêm vi sinh vật khác vào. Phương pháp này sử dụng cho trường hợp nhiễm bẩn không cao, không có nhiều chất ñộc hại: nước thải từ nhà máy hay nước thải sinh hoạt ñược chảy thấm qua một lớp dất dày khoảng 2m thường là ñất xốp hay ñất pha cát,…sau khi qua lớp ñất này, nhờ hệ vi sinh vật tự nhiên có sẵn trong ñất, nước, không khí,…sẽ phân hủy các chất bẩn trong nước thải, một số VSV có hại cũng bị giữ lại trong lớp ñất này. Phương pháp ñơn giản, sử dụng những vùng ñất không canh tác cho nước thải chảy qua nhưng tốn diện tích, thời gian xử lý lâu. Trong tự nhiên, các ao hồ, sông cũng có quá trình làm sạch tự nhiên bởi hệ vi sinh vật có trong nước, bùn ao, không khí,…. III.2. Phương pháp xử lý hiếu khí: cần oxy và vi sinh vật hiếu khí.
Cách 1: Sử dụng bùn hoạt tính, trong ñó chứa hệ vi sinh vật hiếu khí có khả năng phân giải mạnh các chất . Nồng ñộ VSV chiếm khoảng 70 %, 30% là chất khác. Hê VSV trong bùn hoạt tính hiếu khí chủ yếu là các vi khuẩn có khả năng phân hủy mạnh các hợp chất hữu cơ như rượu, axit béo, cacbua hydro thơm, hydratcacbon và các hợp chất khác. Thí dụ: vi khuẩn Pseudomonas oxy hóa ñược rượu, axit béo, parafin,… Nhóm bacterium phân hủy ñược các phế liệu dầu mỏ, phenol, andehyt, axit béo,… Tùy theo chiều dòng chảy nước thải và bùn hoạt tính hiếu khí ta có các kiểu xử lý khác nhau. ● Kiểu 1: cho bùn hoạt tính hiếu khí chảy vào bể xử lý cùng một lúc và cùng chiều với nước thải từ trên xuống. Trong quá trình dịch chuyển cùng chiều, chất thải tiếp xúc với bùn hoạt tính, vi sinh vật sẽ nhanh chóng phân hủy các chất trong nước thải khoảng 4 giờ. Luồng không khí ñược ñưa vào ở ñáy thiết bị và ñược phun bằng những ống nhỏ. Ngoài ra , trong bể xử lý có nhiều vách ngăn bán phần ñể dòng chảy ñi theo nhiều ñường, giảm tốc ñộ dòng chảy, tăng thời gian tiếp xúc giữa nước thải với thời gian tiếp xúc Sau khi qua bể xử lý, hỗn hợp ñược cho qua thiết bị lắng ñể tách riêng phần bùn, cặn …và phần nước ñã xử lý. ● Kiểu 2: Về nguyên lý như kiểu 1,nhưng chiều nước thải và bùn hoạt tính ngược nhau. Nước thải chảy từ trên xuống, sau ñó là chảy từ phải sang phía trái bể; còn bùn hoạt tính sẽ chảy từ trên xuống, sau ñó chảy từ trái sang phải bể ngược dòng nhau); không khí từ dưới lên.Mục ñích tăng cường sự tiếp xúc giữa bùn hoạt tính và nước thải làm cho quá trình phân hủy chất trong nước thải nhanh hơn. Nước sau khi xử lý ñược tách ra ở một van phía trên – bên trái bể. ● Kiểu 3: Kiểu hỗn hợp, bùn hoạt tính và nước thải ñi ngược chiều nhưng tạo thêm các dòng xoáy mạnh, tăng sự tiếp xúc; không khí vẫn ñược ñưa từ dưới lên.
Cách 2: Cũng sử dụng bùn hoạt tính nhưng ở dạng không chuyển ñộng mà ñược ñặt trong một bể cố ñịnh có gắn hệ thống ñánh khuấy.Nước thải ñược ñưa từ dưới lên, oxy vào bể từ trên xuống. Nước sau xử lý ñược lấy ra ở phía trên.Trong quá trình hoạt ñộng, VSV phat trien tăng sinh khối nên lượng bùn cũng tăng lên nên có van tháo bùn dư phía trên bể. Ngoài ra có van ñể lấy phần khí biogaz. Ngày nay người ta cải tiến bằng cách bùn hoạt tính ñược gắn lên một chất mang xốp ( gốm,sứ, ñá dăm,sỏi, vật liệu xỉ kim loại, polymer,..) nhằm tạo khoảng không chứa lớp không khí giữa các lớp bùn hoạt tính. ðưa toàn bộ bùn hoạt tính và chất mang xốp vào bể lọc, nước thải chuyển từ trên xuống, không khí từ dưới lên, nước sau xử lý ñược lấy ra phía dưới bể( bể lọc sinh học). Cường ñộ làm sạch phụ thuộc: tốc ñộ dòng chảy, vật liệu mang vi sinh vật, hệ vi sinh vật, không khí,… III.3. Phương pháp xử lý yếm khí Sử dụng hệ vi sinh vật yếm khí trong ñiều kiện không có oxy.Phương pháp này áp dụng cho chất thải có nồng ñộ nhiễm bẩn cao, nhiều cặn, chất bã xơ, thường dạng ñặc quánh như bùn, rác, thực vật chết, nước phân, phân chuồng, chất cặn bã của các nhà máy,…. Wuá trình ñược tiến hành trong những bể kín, yếm khí và sử dụng hệ vi sinh vật yếm khí có sẵn hay bổ sung thêm. Vi sinh vật phân giải các chất tạo sản phẩm thường là khí. Các khí do VSV tạo ra là biogaz có thành phần chủ yếu là metan (50 – 80 % ), CO2 (18-32%), H2 (7,7%), N2 (7,6%)….Hỗn hợp khí này có thể thắp sáng hay ñun nấu trong gia ñình. Lên men metan gồm 2 giai ñoạn: • Giai ñoạn 1: oxy hóa axit, chất hữu cơ bị phân hủy thành axit hữu cơ : axit axetic, CO2, H2, NH2, và các sản phẩm khác. • Giai ñoạn 2: Là quá trình lên men tạo metan, vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ tạo năng lượng cho chúng, ñồng thời phân hủy chất hữu cơ tạo biogaz làm giảm hàm lượng chất nhiễm bẩn trong nước thải và trong các loại rác, phân , thực vật chết,.. Ý nghĩa: Xử lý chất thải bẩn chống ô nhiễm môi trường , ñồng thời tạo biogaz sử dụng trong công nghiệp và ñời sống.