Đang tải... (xem toàn văn)
enzyme trong thực phẩm
Ứng dụng enzyme trong thực phẩm Bộ Giáo dục và Đào tạo Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh Khoa Công nghệ Sinh học – Khóa 2009 BÁO CÁO Công Nghệ Protein – Enzyme ỨNG DỤNG ENZYME TRONG THỰC PHẨM Báo cáo Công nghệ Protein-Enzyme Page 1 Ứng dụng enzyme trong thực phẩm Mục Lục Mục Lục .2 1.Pancreatic proteinase: .8 2.Papain .9 1.Cơ chế tác động của enzyme pectinase .23 2.Quy trình chế biến nước táo 23 1.Tính chất thịt sau khi giết mổ 27 2.Phương pháp làm mềm thịt bằng enzyme 28 3.Quy trình thu nhận bromelin thô dùng làm mềm thịt 28 1.Quá trình phân giải và chuyển hóa lactose trong sữa chua 30 2.Cơ chế đông tụ sữa trong sản xuất sữa chua 30 3.Sơ đồ quy trình sản xuất men sữa chua 32 4.Quy trình sản xuất phomai .32 1.Quá trình phân giải ở con mắm 33 2.Các hệ enzym trong sản xuất nước mắm .34 3.Quy trình chế biến nước mắm .35 MỞ ĐẦU Enzyme là một dạng protein được sinh tổng hợp trong mỗi tế bào và là chất xúc tác cho mọi phản ứng sinh học. Từ hàng ngàn năm nay, con người đã thấy được lợi ích lớn lao và tiềm năng của enzyme ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đời sống. Các quá trình sản xuất từ thủ công như lên men rượu, làm tương chao hay ủ mắm đến các bể lên men ở quy mô công nghiệp như sản xuất thịt hộp, phomai hay bột ngọt đã nâng lên thành kỹ nghệ. Nhiều loại enzyme được phát hiện ra từ nhiều nguồn đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Trong đó nổi bật nhất và có tác động mạnh mẻ nhất đó chính là ngành công nghiệp thực phẩm. Bảng dưới đây thể hiện một cách rõ nét từng khía cạnh mà enzyme tác động và lợi ích chúng mang lại cho nền công nghiệp thực phẩm. Báo cáo Công nghệ Protein-Enzyme Page 2 Ứng dụng enzyme trong thực phẩm A. CÁC ENZYME QUAN TRỌNG TRONG THỰC PHẨM I. Enzyme Amylase 1. Tổng quan về enzyme pectinase a. Khái niệm. + Amylase là một hệ enzyme rất phổ biến trong thế giới sinh vật. + Các enzyme này thuộc nhóm enzyme thủy phân, xúc tác phân giải liên kết nội phân tử trong nhóm polysaccharide với sự tham gia của nước: RR’ + H-OH RH + R’OH + Có 6 loại enzyme được xếp vào 2 nhóm: • Endoamylase (enzyme nội bào). • Exoamylase (enzyme ngoại bào). + Cơ chất tác dụng của amylase là tinh bột và Báo cáo Công nghệ Protein-Enzyme Page 3 Ứng dụng enzyme trong thực phẩm glycogen. b. Phân loại: Enzyme Amylase bao gồm: + Edoamylase. • Enzyme khử nhánh. o Enzyme khử trực tiếp. Pullulanase (α-dextrin6-glucosidase). o Enzyme khử gián tiếp. Transglucosylase (Oligo-1,6-glucosidase). Maylo-1,6-glucosidase. • Enzyme α-amylase. + Exoamylase. • Enzyme β-amylase. • Enzyme γ-amylase. c. Cấu trúc: + α-amylase (α-1,4-glucanohydrolase): (EC 3.2.1.1) Amylase có khả năng phân cắt các liên kết 1,4-glucoside của cơ chất một cách ngẫu nhiên và là enzyme nội bào. α-amylase không chỉ có khả năng phân hủy hồ tinh bột mà còn có khả năng phân hủy các hạt tinh bột nguyên vẹn. + β-amylase (β-1,4-glucan-maltohydrolase): (EC 3.2.1.2) β–amylase xúc tác từ sự thủy phân các liên kết 1,4-glucan trong tinh bột, glucogen và polysaccharide, phân cắt từng nhóm maltose từ đầu không khử của mạch. Maltose được hình thành do sự xúc tác của β-amylase có cấu hình β. + γ-amylase (gluco amylase): (EC 3.2.1.3) Gluco amylase có khả năng thủy phân liên kết -1,4 lẫn -1,6-glucoside, ngoài ra còn có khả năng thủy phân liên kết -1,2 và -1,3-glucoside. Glucoamylase có khả năng thủy phân hoàn toàn tinh bột, glucogen, amylopectin, dextrin… thành glucose mà không cần có sự tham gia của các loại enzyme amylase khác. + Oligo 1,6- glucosidase ( dextrinase tới hạn ): (EC 3.2.1.10) Enzyme này thủy phân liên kết β-1,6 glucoside trong isomaltose, panose,và các dextrin tới hạn có thể chuyển hóa đường có thể lên men được. + Enzyme pullulanase (α-dextrin6- glucosidase): (EC 3.2.1.41) Khác với dextrinase tới hạn trong hoạt động của nó trên glycogen, và tỷ lệ của thủy phân dextrins giới hạn. Tác động của nó trên Amylopectin hoàn tất.Maltose là đường nhỏ nhất mà nó có thể chuyển hóa mối liên kết. + Enzyme isoamylase ( glycogen 6- glucanohydolase ): (EC 3.2.1.68) d. Đặc tính. + Khả năng dextrin hóa: Thủy phân tinh bột -> dextrin + một ít maltoza. Dextrin có khả năng hoạt hóa cao, đặc trưng cho tính chất của enzyme này. + Tính bền nhiệt: Phân tử có 1 - 6 nguyên tử C, tham gia vào sự hình thành ổn định cấu trúc bậc 3 của enzyme -> tính bền nhiệt của enzyme. Báo cáo Công nghệ Protein-Enzyme Page 4 Ứng dụng enzyme trong thực phẩm + Tính tan: Amylase dễ tan trong nước, trong dung dịch muối và rượu loãng. + Cơ chất tác dụng: của amylase là tinh bột và glycogen. • α – amylase : có những đặc tính rất đặc trưng về cơ chế tác động, chuyển hóa tinh bột, khả năng chịu nhiệt. o α-amylase là một metaloenzyme. Mỗi phân tử α-amylase đều có chứa 1- 30 nguyên tử gam Ca/mol, nhưng không ít hơn 1-6 nguyên tử gam/mol Ca tham gia vào sự hình thành và ổn định cấu trúc bậc 3 của enzyme, duy trì hoạt động của enzyme. Do đó, Ca còn có vai trò duy trì sự tồn tại của enzyme khi bị tác động bởi các tác nhân gây biến tính và tác động của các enzyme phân giải protein. Nếu phân tử α-amylase bị loại bỏ hết Ca thì nó sẽ hoàn toàn bị mất hết khả năng thủy phân cơ chất. α-amylase bền với nhiệt độ hơn các enzyme khác. o α-amylase của sinh vật có những đặc tính rất đặc trưng về cơ chế tác động, chuyển hóa tinh bột, khả năng chịu nhiệt. Thể hiện họat tính trong vùng axit yếu: Nấm mốc: pH = 4,5 - 4,9. Vi khuẩn: pH = 5,9 - 6,1. pH < 3 vô hoạt (trừ enzyme của Asp.Niger pH = 2,5 - 2,8). o Điều kiện hoạt động của α-amylase từ các nguồn khác nhau thường không giống nhau. pH tối thích cho hoạt động của α-amylase từ nấm sợi là 4,0-4,8 ( có thể hoạt động tốt trong vùng pH từ 4,5-5,8 ). o α - amylase của nấm mốc có khả năng dextrin hóa cao tạo ra một lượng lớn glucoza và maltoza. o Nhiệt độ tối thích cho hoạt động xúc tác của α - amylase từ các nguồn khác nhau cũng không đồng nhất. o Trong dung dịch đệm pH = 4,7; α - amylase của Asp. Oryzae rất nhạy với tác động của nhiệt độ cao, thậm chí ở 40oC trong 3 giờ hoạt lực dextrin hóa của nó chỉ còn 22 - 29%, hoạt lực đường hóa còn 27 -85%. Ở 50oC trong 2 giờ, α - amylase của nấm sợi này bị vô hoạt hoàn toàn. o Độ bền đối với tác dụng của acid cũng khác nhau. α-amylase của Asp.oryzae bền vững đối với acid tốt hơn là α-amylase của malt và vi khuẩn Bac.subtilis. o Nhiệt độ tối thích cho hoạt động xúc tác của α-amylase từ các nguồn khác nhau cũng không đồng nhất, α-amylase của nấm sợi rất nhạy cảm đối với tác động nhiệt. Nhiệt độ tối thích của nó là 500°C và bị vô hoạt ở 70O°C ( Kozmina, 1991). Cơ chế tác dụng Quá trình thủy phân tinh bột bởi enzyme α-amylase là quá trình đa giai đoạn: Báo cáo Công nghệ Protein-Enzyme Page 5 Ứng dụng enzyme trong thực phẩm α-amylase có khả năng phân cách các liên kết α-1,4-glucoside nằm ở phía bên trong phần tử cơ chất ( tinh bột hoặc glycogen ) một cách ngẫu nhiên. Nó không chỉ thủy phân hồ tinh bột mà nó thủy phân cả hạt tinh bột nguyên song với tốc đột rất chậm. Giai đoạn 1 (dextrin hóa): Tinh bột a-amylase dextrin phân tử lượng thấp. Chỉ một số phân tử cơ chất bị thủy phân tạo thành một lượng lớn dextrin phân tử thấp ( α- dextrin ), độ nhớt của hồ tinh bột giảm nhanh ( các amylose và amylopectin đều bị dịch hóa nhanh ). Giai đoạn 2 ( giai đoạn đường hóa ): Dextrin phân tử thấp bị thủy phân tetra và trimaltose (không cho màu với iod) thủy phân rất chậm disaccharide và monosaccharide. Amylose phân giải nhanh oligosacharide poliglucose (gồm 6-7 gốc glucose) bị phân cách mạch polyglucose colagen ngắn Maltose maltotriose maltotetrose. Tác dụng của α-amylase lên amylopectin cũng xảy ra tương tự nhưng vì không phân cắt được liên kết α-1,6-glycoside ở chỗ mạch nhánh trong phân tử amylopectin nên dù có chịu tác dụng lâu thì sản phẩm cuối cùng, ngoài các đường nói trên ( 72% maltose và 19% glucose)còn có dextrin phân tử thấp và isomaltose 8%. Khả năng dextrin hóa cao của α-amylase là tính chất đặc trưng của nó. Vì vậy, người ta thường gọi loại amylase này là amylase dextrin hóa hay amylase dịch hóa. 2. Ứng dụng trong thực phẩm Enzyme amylase thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm sau: • sản xuất bột ngọt • sản xuất bia • trong công nghiệp sản xuất cồn • trong sản xuất siro • công nghiệp sản xuất bánh mì • sản xuất bánh kẹo, glucoza và mật • chế biến thực phẩm gia súc II. Enzyme pectinase Báo cáo Công nghệ Protein-Enzyme Page 6 Ứng dụng enzyme trong thực phẩm 1. Tổng quan về enzyme pectinase. - Pectinase là một trong các enzyme phân giải pectin. Pectinase là hệ enzyme có tác dụng lên pectin dạng hòa tan, làm giải phóng nhóm metoxy (CH 3 O-) và phần polysaccharide còn lại được gọi là acid pectic (hay polygalacturonic). - Pectin là polysaccharide có nhiều trong quả, củ hoặc thân cây. - Ở thực vật, pectin tồn tại được hai dạng: dạng protopectin không tan và dạng pectin hòa tan. Dạng không tan có thể chuyển hóa thành pectin hòa tan trong môi trường acid, ở nhiệt độ sôi hay khi có mặt enzyme. - Hệ enzyme pectinase: + Pectinesterase (pectase-3.1.1.11). • Enzyme này thu được từ canh trường nấm mốc A.Niger. N-acid amin cuối trong phân tử là phenylalanine. • Pectinestrerase thủy phân liên kết este trong pectin cũng như trong các acid pectic để tạo thành methanol vào acid pectinic. Pectin + nH2O CH3OH + acid pectinic. + Polygalacturonase (pectinase-3.2.1.15). Dựa vào cơ chế tác dụng có thể chia ra thành: • Endopolygalacturonase (polygalacturonase dịch hóa) phân cắt liên kết α-1,4 ở phía trong phân tử pectin cũng như phía trong phân tử acid polygalacturonic. • Enxopolygalacturonase (polygalacturonase đường hóa): phân cắt dần dần từng phân tử acid galacturonic một. • Protopectinase: tách araban và galactan ra khỏi protopectin để tạo thành dẫn xuất metyl của acid polygalacturonic (tức là pectin hòa tan). • Ranseliminase: phân hủy pectin bằng con đường phi thủy phân tạo ra đơn phân là galacturonic có chứa nối đôi (4-deoxy-5-xetogalacturonic). 2. Ứng dụng - Pectinase thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm sau: • Sản xuất rược vang. • Sản xuất nước quả và nước uống không rượu. • Sản xuất các mặt hàng từ quả: nước quả cô đặc, mứt… • Sản xuất nước giải khát. • Sản xuất cà phê và cà phê hòa tan. Báo cáo Công nghệ Protein-Enzyme Page 7 Ứng dụng enzyme trong thực phẩm - Đưa pectinase vào khâu nghiền quả sẽ làm tăng hiệu suất nước quả sau khi ép 15 – 25%. Khi có pectin thì khâu nghiền sẽ có trạng thái keo, do đó khi ép dịch quả sẽ không thoát ra được. - Nhờ pectinase phân giải các chất pectin đi mà dịch quả trong suốt không bị vẫn đục và lọc dễ dàng. - Pectinase còn góp phần chiết rút được các chất màu, tannin và những chất hòa tan, làm tăng thêm chất lượng của sản phẩm. - Trong sản xuất các mặt hàng từ quả pectinase có thể thu được dịch quả có nồng độ đậm đặc. III. Enzyme proteinase Proteinase là enzyme protease thủy phân các peptide bên trong protein. Cơ chế thủy phân như sau : 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. Pancreatic proteinase: a. Cấu tạo : - Trong công nghiệp sản xuất enzyme, người ta thường sản xuất chế phẩm hỗn hợp giứa trypsin và chymotrypsin. Chế phẩm thương mại này được sản xuất từ tuyến tụy. - Các enzyme này gồm có: Trypsin, chymotrypsin, elastase, colagenase, carboxyl- peptidase A và B, aminopeptidase, amylase, lactase, saccharase, lipase, ribonuclease… b. Tính chất lý hóa : − Tính chất vật lý: + Bột pancreatic là dạng bột vô định hình có màu xám nhạt hay vàng nhạt. + Có mùi và vị đặc trưng + Hòa tan trong nước không tan trong cồn và chloroform. + Có hoạt tính mạnh nhất trong môi trường kiềm ( pH 8,5-9,0) và bị bất hoạt trong môi trường acid mạnh. Báo cáo Công nghệ Protein-Enzyme Page 8 Ứng dụng enzyme trong thực phẩm + Nhiệt độ từ 30-40 o C + Tuy nhiên người ta cũng có thể sử dụng pH là 7,5 và nhiệt độ 45-50 o C để thực hiện các phản ứng. + Chế phẩm hỗn hợp bền vững trong dung dịch pH 3-5. Nếu đưa nhiệt độ lên 90 o C ở pH 6-8, chế phẩm enzyme hỗn hợp sẽ bị mất hoạt tính. Khi cho 1-2g CaCl 2 /l chế phẩm enzyme hỗn hợp và hàm lượng cơ chất cao sẽ làm ổn định enzyme. − Tính chất hóa học: + Pancreatic là hệ enzyme xúc tác các phản ứng thủy phân chuyển hóa đạm, đường, chất béo và một số chất khác ở trong ruột. + Pancreatic có thể Pepton hóa nhiếu loại thức ăn như sữa, thịt, cháo… và chuyển dầu, chất béo thành dạng nhũ tương để dễ tiêu hóa. + Pancreatic hoạt động mạnh nhất từ 2-3 giừ sau khi ăn để thực hiện quá trình tiêu hóa ở ruột non. c. Ứng dụng: Trong công nghệ thực phẩm người ta sử dụng để sản xuất phomat từ sữa, sản xuất bánh từ bột mì, hay chế biến các sản phẩm giàu protein đậu tương. Trong công nghệ thuộc da: dùng để thủy phân một số thành phần phi collagen của da và loại bỏ các protein phi fibrin như albumin, globulin. 2. Papain Người ta thu nhận chế phẩm papain bằng cách sấy khô mủ cây đu đủ. Trong mủ quả đu dủ có chứa papain, chymopapain và một lượng nhỏ protease khác. Papain thuộc nhóm enzyme thủy phân có nguồn gốc thực vật a. Cấu trúc: Papain là một endoprotease chứa 16,1% N và 1,25S. Papain là một protease thiol, theo nghiên cứa của R.L.Hill và E.L.Smith, papain là một chuỗi polypeptide gồm 185 amino acid, trọng lượng phân tử là 20.900 Dalton. Bao gồm 212 amino acid được ổn định bằng 3 cầu nối disulfide.Cấu trúc không gian gồm 2 phần rõ rệt với 1 khe ở giữa.Khe này chứa vùng hoạt động chứa đựng một "bộ ba xúc tác" được ví như chymotrypsin.Bộ 3 xúc tác được làm từ 3 amino acid- cystein -25,histidine-159 và asparagine-158. b. Tính chất lý hóa: − Tính chất vật lý: Bảng 1: Tính chất vật lý của papain Điểm đẳng điện pI = 8,75 Hằng số lắng S 20 2,42 ± 0,04 Hằng số phân tán D 20 (10 -7 sec.cm 2 ) 10,27 ± 0,13 Phân tử lượng 20.700 Độ triền quang (α) D -66,7 o Độ xoắn 17% Báo cáo Công nghệ Protein-Enzyme Page 9 Ứng dụng enzyme trong thực phẩm Vòng hiệu ứng coton 290nm Thể tích riêng phần V (ml/g) 0,724 Trị số ma sát f/f 0 1,16 Bột màu vàng hay nâu nhạt tùy thuộc vào phương pháp sấy, không tan trong hầu hết các chất hữu cơ nhưng tan 1 phần trong nước hay glycerine Bền nhiệt. Papain thô có hoạt độ khoảng 400-600mUI/g, papain tinh khiết có hoạt độ khoảng 100000mUI/g. Papain hoạt động ở pH rất rộng (pH 4,5-10). pH tối ưu cho hoạt động của papain là 7-8, nhiệt độ tối ưu cho phản ứng là 55-60 o C. Papain rất dễ mất hoạt tính ở pH=3,0 khi có mặt của oxy. Dung dịch papain ổn định khi cho cysteine hay sulfite. − Tính chất hóa học: Papain thủy phân protein thành các polypeptide và các amino acid, nó đóng vai trò vừa như endopeptidase vừa như exopeptidase. ∗ Các endopeptidase thủy phân protein chủ yếu thành peptide: i+k= n ∗ Các exopeptidase thủy phân các peptid thành các aminoacid: n’+k’=n So với các protease có nguồn gốc động vật và VSV khác, papain có khả năng thủy phân sâu hơn, vì vậy nó được dùng để thủy phân tiếp các liên kết peptid còn lại sau khi đã thủy phân bằng trypsin và chymotrypsin. Tính đặc hiệu cơ chất của papain rất rộng, papain có khả năng thủy phân hầu hết các liên kết peptide trừ các liên kết với proline và với các glutamic acid có nhóm carboxyl tự do. Khả năng thủy phân của papain còn tùy thuộc vào trạng thái cơ chất, tức là cơ chất có bị biến tính hay không. Nếu cơ chất bị biến tính thì papain có khả năng thủy phân sâu hơn. c. Ứng dụng: Trên thế giới có chế phẩm thương mại papain dạng bột và chế phẩm thương mại dạng lỏng. Chế phẩm thương mại dạng lỏng thường được làm ổn định hóa bằng glycerol. Cả hai dạng chế phẩm thương mại trên được ứng dụng nhiều trong sản xuất bánh, trong sản xuất bia và trong công nghiệp chế biến thịt. 3. Bromelin a. Cấu tạo: Báo cáo Công nghệ Protein-Enzyme Page 10 . CÁO Công Nghệ Protein – Enzyme ỨNG DỤNG ENZYME TRONG THỰC PHẨM Báo cáo Công nghệ Protein -Enzyme Page 1 Ứng dụng enzyme trong thực phẩm Mục Lục Mục Lục.........................................................................................................................................2. Công nghệ Protein -Enzyme Page 2 Ứng dụng enzyme trong thực phẩm A. CÁC ENZYME QUAN TRỌNG TRONG THỰC PHẨM I. Enzyme Amylase 1. Tổng quan về enzyme pectinase
