Tiểu luận Chất xơ hòa tan

KHÁI NIỆM CHUNG: 1/Định nghĩa chất xơ: Theo phương diện sinh hoïc : chaát xô laø chaát baõ coøn laïi sau khi bò tieâu hoaù, goàm: caùc chaát caáu taïo vaùch teá baøo: cellulose, hemicellulose, pectin, lignin caùc polysaccharide döï tröõ, baøi tieát noäi baøo (gums, nhaày) Theo phương diện hoaù hoïc : chaát xô laø caùc polysaccharide thöïc vaät khaùc vôùi tinh boät vaø lignin. Trong thöùc aên ngoaøi caùc thaønh phaàn dinh döôõng nhö carbohydrate, lipid, protein, vitamin vaø muoái voâ cô, coøn coù thaønh phaàn chaát xô vôùi moät löôïng nhaát ñònh (chuû yeáu goàm cellulose, hemicellulose; lignin; pectin …) 2/Phân loại: ˜ Döïa vaøo khaû naêng phaân taùn trong nöôùc (ngaäm nöôùc, giöõ nöôùc) goàm 02 loaïi: - “Chất xô tan” phaân taùn maïnh trong nöôùc: pectin, gums, nhaày vaø vaøi loaïi hemicellulose.“Tính tan” cuûa chaát xô chuû yeáu laø do phaân taùn trong nöôùc, nhöng khoâng thöïc söï hoaø tan veà maët hoaù hoïc. VD: 1g psyllium (bieät döôïc IGOL_moät loaïi thöïc döôïc phaåm chöùc xô tan), neáu troän vôùi 20ml nöôùc ñeå yeân trong moät giôø seõ taïo moät khoái nhaõo (lôùn hôn 20ml) -“Chất xô khoâng tan” ít phaân taùn trong nöôùc: cellulose, lignin, moät soá hemicellulose. -Chaát xô trong rau coù khaû naêng ngaäm nöôùc keùm hôn xô tan nhöng maïnh hôn xô khoâng tan. ˜Döïa vaøo caáu truùc hoaù hoïc: Chuû yeáu laø caùc polysaccharide khoâng phaûi tinh boät: cellulose, caùc hemicellulose, caùc pectin vaø caùc loaïi gums. Caùc polysaccharide khaùc nhau ôû ñöôøng ñôn (glucose, galactose, arabinose vaø caùc monomer cuûa acid uronic); caùc moái noái hoaù hoïc giöõa chuùng vôùi nhau. Cellulose: coù trong vaùch teá baøo cuûa taát caû caùc loaøi thöïc vaät Hemicellulose: goàm caùc nhoùm polysaccharide khaùc nhau tuyø möùc ñoä phaân nhaùnh, ñöôïc phaân loaïi theo ñöôøng ñôn coù trong daây chính (xylan, galactan, mannan) vaø trong caùc nhaùnh beân (arabinose, galactose) Pectin: daây chính chöùa acid galactuonic, rhamnose, nhaùnh beân chöùa galactose, arabinose. Gums: coù caáu truùc khaùc nhau tuyø theo nguoàn goác, thöôøng laø polysaccharide thöù yeáu trong haàu heát caùc loaïi thöùc aên Psyllium (lôùp maøng bieåu bì vaø döôùi bieåu bì cuûa haït chín khoâ caây Plantago ovata, coù caáu truùc chuoãi polymer lôùn phaân töû goàm nhieàu nhoùm bao goàm d-galactose, d-glucose, lignin, l-rhamnose, d-xylose, l-arabinose, d-mannose vôùi nhöõng chuoãi beân uronic acid) Thaønh phaàn khoâng phaûi polysaccharide laø lignin chöùa caùc hoãn hôïp phenolic coù caáu truùc phaân töû khoâng gian ba chieàu raát phöùc taïp. Lignin coù trong thaønh phaàn goã cöùng, khoù phaân raõ cuûa haàu heát caùc loaïi thöùc aên töø caây coû. Duø soá löôïng ít nhöng lignin laïi aûnh höôûng lôùn ñeán khaû naêng tieâu hoaù. Thöùc aên thöïc vaät coøn chöùa löôïng nhoû (5 –10%) caùc chaát khoâng phaûi laø carbohydrate khaùc, coù khaû naêng taïo khoái phaân nhö caùc chaát öùc cheá men tieâu hoaù, caùc glycoprotein vaùch teá baøo, caùc ester phenolic vaø caùc saûn phaåm cho phaûn öùng Maillard. II/CHẤT XƠ HÒA TAN: 1/Pectin: a. Nguồn gốc và cấu tạo Pectin là một polysaccharide tồn tại phổ biến trong thực vật, là thành phần tham gia xây dựng cấu trúc tế bào thực vật. Ở thực vật pectin tồn tại chủ yếu ở 2 dạng là pectin hòa tan và protopectin không hòa tan. Dưới tác dụng của acid, enzyme protopectinaza hoặc khi gia nhiệt thì protopectin chuyển thành pectin. Pectin là hợp chất cao phân tử polygalactoronic có đơn phân tử là galactoronic và rượu metylic. Trọng lượng phân tử từ 20.000 - 200.000 đvC. Hàm lượng pectin 1% trong dung dịch có độ nhớt cao, nếu bổ sung 60 % đường và điều chỉnh pH môi trường từ 3,1-3,4 sản phẩm sẽ tạo đông. Cấu tạo phân tử pectin là một dẫn suất của acid pectic, acid pectic là một polymer của acid D-galacturonic liên kết với nhau bằng liên kết 1-4-glycozide. Hợp chất pectin được đặc trưng bởi 2 chỉ số quan trọng là chỉ số methoxyl “MI” biểu hiện cho phần trăm khối lượng nhóm methoxyl –OCH3 có trong phân tử pectin và chỉ số este hóa “DE” thể hiện mức độ este hóa của các phân tử acid galactoronic trong phân tử pectin. Dựa trên mức độ methoxy hóa và este hóa, trong thương mại chia pectin thành 2 loại: pectin có độ methoxyl hóa cao và pectin có độ methoxyl hóa thấp. - Pectin methoxyl hóa cao (High Methoxyl Pectin – HMP): DE >50 % hay MI > 7%. Chất này có thể làm tăng độ nhớt cho sản phẩm. Muốn tạo đông cần phải có điều kiện pH = 3,1 – 3,4 và nồng độ đường trên 60 %. - Pectin methoxyl hóa thấp (Low Methoxyl Pectin – LMP): DE < 50 % hay MI < 7%. Được sản xuất bằng cách giảm nhóm methoxyl trong phân tử pectin. Pectin methoxy thấp có thể tạo đông trong môi trường không có đường. Chúng thường được dùng làm màng bao bọc các sản phẩm. Trong quá trình bảo quản có thể bị tách nước hoặc lão hóa. Quá trình tạo đông phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nguồn pectin, mức độ methoxy hóa càng cao thì khả năng tạo đông càng cao. Khi sử dụng cần phải hòa tan pectin vào nước, khi pectin hút đủ nước thì mới sử dụng ở công đoạn cuối chế biến. Các pectin đều là những chất keo háo nước nên có khả năng hydrat hóa cao nhờ sự gắn các phân tử nước vào nhóm hydroxyl của chuỗi polymethyl galacturonic. Ngoài ra, trong phân tử pectin có mang điện tích âm nên chúng có khả năng đẩy lẫn nhau có khả năng làm giãn mạch và làm tăng độ nhớt của dung dịch. Khi làm giảm độ tích điện và hydrat hóa sẽ làm cho sợi pectin xích lại gần nhau và tương tác với nhau tạo nên một mạng lưới ba chiều rắn chứa pha lỏng ở bên trong. b.Ứng dụng Caùc chaát pectin giöõ vai troø quan troïng trong quaù trình chín cuûa quaû . Khi quaû ñang phaùt trieån protopectin phaân taùn ôû thaønh teá baøo vaø chieám tæ leä khaù cao , tôùi luùc quaû baét ñaàu chín protopectin bieán daàn sang daïng pectin hoøa tan döôùi taùc duïng cuûa acid höõö cô vaø enzyme protopectinase trong quaû. Trong khi baûo quaûn cuõng nhaän thaáy söï giaûm daàn protopectin vaø taêng daàn pectin hoøa tan Pectin là chất tạo gel quan trọng nhất được sử dụng để tạo ra cấu trúc gel cho thực phẩm. Khả năng tạo gel của nó được sử dụng trong những thực phẩm cần có sự ổn định của nhiều pha. Tác dụng tạo gel của pectin được sử dụng chủ yếu trong các sản phẩm mứt trái cây và mứt đông. Tác dụng của pectin là tạo ra cấu trúc mứt đông và mứt trái cây không bị thay đổi trong quá trình vận chuyển, tạo ra mùi vị thơm ngon cho sản phẩm và giảm sự phá vở cấu trúc. Trong một số trường hợp, pectin còn được sử dụng với carageenan để tăng hiệu quả tạo gel. 2/Carboxylmethyl cellulose(CMC) CMC laø moät daãn xuaát cuûa cellulose, coù khaû naêng hoaø tan thöïc söï veà maët hoaù hoïc. Phaûn öùng taïo CMC: Rcell(OH)3 + ClCH2COONa + NaOH à Rcell(OH)2OCH2COONa + NaCl +H2O Na-CELLLULOSE CELLULOSE Hình 11 –Ñieàu cheá CMC töø Cellulose Caáu taïo CMC (treân moät goác glucose) Hình 12 –Phaân töû CMC a.Tính chaát vaät lyù: Hoaø tan trong nöôùc à tính chaát quyeát ñònh caùc tính chaát hoaù hoïc cuõng nhö öùng duïng cuûa CMC. Tính chaát naøy coù ñöôïc do trong coâng thöùc caáu taïo cuûa CMC coù caùc nhoùm –COOH coù khaû naêng taïo thaønh lieân keát Hydro vôùi nöôùc. Ngoaøi ra, CMC coøn coù khaû naêng tan trong moät soá dung moâi khaùc. Hoaù naâu ôû nhieät ñoä 180 – 220oC Hoaù than ôû nhieät ñoä 210 – 250oC Haáp phuï ñoä aåm cao Khoái löôïng rieâng daïng xoáp 0.4 – 0.8g/ml b.Tính chaát hoaù lyù: Ñoä thay theá (DS=degree substitution): laø soá nhoùm –OH ñöôïc thay theá (trung bình) bôûi – OCH2COOH treân moät ñôn vò glucose. Moät ñôn vò glucose cuûa cellulose coù 3 nhoùm –OH, neân DS cao nhaát laø 3. Khi cellulose phaûn öùng vôùi kieàm, khoâng phaûi taát caû caùc nhoùm –OH ñeàu bò thay theá bôûi –CH2 –COONa, thöôøng khoaûng 0.4 goác bò thay theá. Khaû naêng hoaø tan cuûa CMC phuï thuoäc raát lôùn vaøo DS: DS >1.2: tan trong dung moâi höõu cô DS töø 0.4 – 1.2: tan trong nöôùc DS <0.4: tan trong kieàm Chæ soá DS thöôøng duøng töø 0.4 –1.2. Khaû naêng keát tuûa cuõng tuyø thuoäc vaøo DS: DS =0.1 –0.2 keát tuûa ôû pH <6 DS =0.3 –0.5 keát tuûa ôû pH <3 DS =0.7 –0.9 keát tuûa ôû pH <1 Ñoä tuï hôïp (DS=degree polimezation): bieåu thò ñoä daøi cuûa maïch cellulose. Ñoä tuï hôïp cao: dung dòch 1% 2.000cp Ñoä tuï hôïp vöøa: dung dòch 2% 300-600cp Ñoä tuï hôïp thaáp: dung dòch 2% 25-50cp Tính acid: CMC laø moät acid yeáu, tính acid do coù caùc nhoùm –COOH (Ka=3.10-5). c.ÖÙng duïng cuûa CMC trong ñôøi soáng: CMC ñöôïc söû duïng trong nhieàu ngaønh coâng nghieäp nhö: saûn xuaát chaát taåy röûa, trong coâng ngheä thöïc phaåm, coâng nghieäp deät, laøm vec –ni cho giaáy, döôïc phaåm, vaø trong buøn khoan. Veà lónh vöïc thöïc phaåm, CMC ñöôïc söû duïng do coù caùc tính chaát: Khoâng maøu, khoâng muøi, khoâng vò, khoâng ñoäc haïi. Hoaø tan trong nöôùc. Laø chaát taïo nhuõ, chaát oån ñònh vaø taïo boït toát. Giöõ ñoä aåm toát. Coù theå duøng thay theá moät soá keo thieân nhieân, duøng ñeå hoaït hoaù coâng thöùc pha cheá. Trong nhöõng thöïc phaåm dehydrate cöôøng ñoä phaân taùn cuûa CMC taêng à söû duïng laøm taêng khaû naêng boå döôõng cuûa thöïc phaåm. Thöôøng söû duïng muoái Na cuûa CMC (sodium carboxymethyl cellulose) vì ñaây môùi laø saûn phaåm sinh ra trong phaûn öùng ñieàu cheá CMC. Natri carboxymethyl cellulose coù tính tan toát vaø coù caùc tính chaát nhö CMC. Hình 13 –Sodium Carboxymethyl Cellulose Caùc thöïc phaåm coâng nghieäp coù Na –CMC : mì aên lieàn, kem, nöôùc eùp traùi caây, thöùc aên ñoùng hoäp, möùt, baùnh chieân … vôùi chöùc naêng laø chaát oån ñònh. III/VAI TRÒ CỦA CHẤT XƠ HÒA TAN ĐỐI VỚI SỨC KHỎE CON NGƯỜI: 1/GIÁ TRỊ DINH DƯỠNG VÀ TIÊU HÓA CỦA CHẤT XƠ: Trong thöùc aên ngoaøi caùc thaønh phaàn dinh döôõng nhö carbohydrate, lipid, protein, vitamin vaø caùc chaát voâ cô coøn coù thaønh phaàn chaát xô vôùi moät löôïng nhaát ñònh (chuû yeáu laø cellulose, hemicellulose, lignin, pectin, …) Thaønh phaàn chaát xô: trong caùc thöùc aên khaùc nhau, tuyø loaïi thöïc vaät maø thaønh phaàn chaát xô do thöïc phaåm ñoù cung caáp cho cô theå laø khaùc nhau. Cô theå ngöôøi khoâng saûn xuaát caùc enzim cellulase phaân giaûi cellulose cuõng nhö caùc chaát xô noùi chung, nhöng moät soá vi khuaån ñöôøng ruoät coù theå phaân giaûi vaø ñoàng hoaù, do ñoù möùc ñoä nhaát ñònh caùc chaát naøy coù giaù trò veà dinh döôõng. Chức năng dinh dưỡng của chất xơ + Với ruột già: Chất xơ có tác dụng chống táo bón nhờ khả năng giữ nước làm phân mềm và tăng khối lượng phân làm kích thích nhu động ruột. Ngoài ra, chất xơ ở ruột già có tác dụng tăng khả năng lên men của vi khuẩn ruột già với các polysaccharides, sinh ra các acid chuỗi ngắn là nguồn năng lượng cho tế bào niêm mạc già + Với cholesterol máu: Chất xơ có tác dụng làm giảm cholesterol máu do làm giảm hấp thu cholesterol vào máu nhờ tác dụng gắn với acid mật trong ruột làm giảm nhũ tương hóa chất béo của thức ăn. Đồng thời chất xơ làm tăng thải acid mật nên lại kích thích tạo acid mật từ cholesterol, do đó giảm cholesterol trong cơ thể (acid mật được tạo từ cholesterol).  + Với đường máu: Chất xơ làm giảm đáp ứng đường máu sau khi ăn nhờ tính nhầy và thể tích phân tử lớn. Chất xơ bao quanh thức ăn ở ruột làm men tiêu hóa khó tiếp xúc với thức ăn, và thức ăn không được tiêu hóa khó được hấp thu. Đồng thời chất xơ lưu lại trong dạ dày lâu tạo cảm giác no làm cho ăn ít đi.  + Với sự điều chỉnh cân nặng: Chất xơ có tác dụng giảm cân nhờ những tính chất trên: giảm hấp thu chất béo, tạo cảm giác no lâu giúp ta ít thèm ăn và ức chế men tiêu hóa giảm tốc độ tiêu hóa thức ăn.  2/VAI TRÒ CỦA CHẤT XƠ HÒA TAN: Moät ñaëc tính vaät lyù cuûa chaát xô tieâu hoaù laø khaû naêng giöõ nöôùc, taïo chaát nhôùt (viscosity): Taïo ñieàu kieän deã daøng cho söï leân men trong quaù trình tieâu hoaù ôû daï daøy, ruoät öùc cheá khaû naêng tieâu hoaù cuûa enzim tuyeán tuî tieâu hoaù glucid, lipid, protein; queùt vaø ñöa nhanh xuoáng ruoät giaø toaøn boä caùc chaát ñoäc haïi vaø thöïc phaåm bò bieán chaát ñöôïc cô theå haáp thu. Taêng khaû naêng lieân keát vôùi acid maät vaø trao ñoå cation trong heä thoáng tieâu hoaù ruoät, daï daøy. Taùc ñoäng laøm giaûm thaønh phaàn cholesterol trong huyeát töông, ñieàu hoaø söï ñaùp öùng glucose huyeát vaø kích thích taêng cöôøng khaû naêng hoaït ñoäng ruoät giaø. Chất xơ hòa tan còn có tác dụng giúp giảm nguy cơ xơ vữa động mạch nhờ sự chuyển hóa chất béo, chất đạm béo và đường đơn. Qua nghiên cứu thực nghiệm cho thấy, việc bổ sung 2 - 10g chất xơ hòa tan mỗi ngày sẽ góp phần giảm 2% cholesterol toàn phần và cholesterol xấu (LDL). Dựa trên 40 thử nghiệm lâm sàng, Cơ quan Quản lý Dược phẩm và Thực phẩm của Mỹ (FDA) khuyến cáo: Sử dụng cám hạt ngũ cốc là một phần của chế độ ăn giúp giảm nguy cơ mắc bệnh mạch vành. Chất xơ cũng làm gia tăng sự nhạy cảm của insulin, giảm Triglyceride và góp phần kiểm soát trọng lượng cơ thể. Những thực phẩm có nhiều chất xơ giúp làm chậm sự tăng đường trong máu (hay gọi là đường huyết) sau khi ăn. Điều này được ứng dụng trong việc lựa chọn thực phẩm cho bệnh nhân tiểu đường dạng 2 hoặc người bị tăng đường huyết, giúp ổn định lượng đường trong máu, dự phòng được các biến chứng của bệnh. Khi kết hợp với nước, chất xơ hút nước và to ra làm cho phân mềm và khối phân to ra hơn trước. Khi đó, thành ruột càng bị kích thích mạnh, làm tăng nhu động ruột, giúp cho việc bài tiết phân được dễ dàng, giảm nguy cơ ung thư đại trực tràng. Ngoài ra, chất xơ còn có tác dụng làm tăng khả năng miễn dịch của hệ thống tiêu hóa nhờ phát triển hệ vi khuẩn có ích trong đường ruột, giảm nguy cơ nhiễm trùng đường tiêu hóa, nhất là giảm chứng tiêu chảy ở trẻ em. Rau cải và trái cây là nguồn cung cấp chất xơ quan trọng. Lượng chất xơ trong rau cải khoảng từ 0,3 - 3,5% tùy loại. Thực phẩm này đặc biệt cần thiết cho người cao tuổi. Trong rau, chất cellulose liên kết với chất pectin tạo thành một phức hợp pectin - cellulose, kích thích mạnh nhu động ruột và tiết dịch ruột. Khuyến cáo chung của các chuyên gia về dinh dưỡng là nên ăn 20 - 35g chất xơ/ngày và tiêu thụ tối thiểu 300g rau/ngày + 100g trái cây tươi chín. 3/MỘT SỐ TÁC HẠI CỦA CHẤT XƠ HÒA TAN: Caùc chaát xô töø nguõ coác, traùi caây coù khaû naêng gaén vôùi calcium, saét, keõm, ñoàng, magnesium vaø selenium laøm giaûm haáp thu vaø taêng thaûi khoaùng ra phaân. Vieäc kích thích ñaïi traøng seõ laøm cho caùc nguyeân toá vi löôïng treân chöa ñöôïc haáp thu ñaõ bò thaûi ra ngoaøi à Beänh thieáu khoaùng. Chaát xô thöïc phaåm coù tính nhôùt coù khaû naêng keát hôïp, laøm giaûm haáp thuï nhieàu loaïi thuoác nhö acetaminophen, digoxin, caùc glycoside trôï tim, salicylate, nitrofurantoin, caùc daãn xuaát cuûa coumarin. Vì vaäy neân uoáng thuoác khoaûng moät giôø tröôùc böõa aên coù chaát xô. Tài liệu tham khảo: 1/Trang taøi lieäu khoa hoïc-coâng ngheä tröôøng Cao Ñaüng coäng ñoàng Kieân Giang 2/Baùch khoa toaøn thö Vieät Nam 3/Dieãn ñaøn HUIS community- tröôøng Coâng nghieäp TPHCM 4/Trang VN MEDIA.vn 5/ Nguyeãn Ñöùc Löông, Cao Cöôøng. Thí nghieäm coâng ngheä sinh hoïc (taäp 1), Thí nghieäm hoùa sinh hoïc, NXB Ñaïi hoïc Baùch Khoa TPHCM. 6/ Leâ Vaên Chöù, Leâ Doaõn Dieân, Buøi Ñöùc Lôïi, Nguyeãn Thò Thònh, Ñaëng Thò Thu, Leâ Ngoïc Tuù. Hoùa sinh coâng nghieäp, NXB Khoa hoïc vaø kó thuaät Haø Noäi 7/ Leâ Ngoïc Tuù, Hoaù Hoïc Thöïc Phaåm, , NXB Khoa Hoïc Kyõ Thuaät 8/ Boä Y Teá Vieät Nam Vai troø cuûa chaát xô trong cuoäc soáng (Baùo söùc khoeû vaø ñôøi soáng). 9/ Hoà Só Traùng, Cô Sôû Hoaù Hoïc Goã vaø Cellulose, taäp 1, Ñaïi Hoïc Baùch Khoa Haø Noäi, NXB Khoa Hoïc Kyõ Thuaät 10/GS.TS Nguyeãn Höõu Chaán, Nhöõng vaán ñeà hoaù sinh hieän ñaïi, NXB khoa hoïc & kyõ thuaät, 1999 11/hoaù sinh cô baûn – phaàn 1: cuûa Ñoàng Thò Thanh Thu – Tröôøng ÑHKHTN TPHCM