Đang tải... (xem toàn văn)
Enzyme pectinase là một nhóm enzyme thủy phân pectin , sản phẩm của quá trình này là acid galacturonic, galactose, arabinose, methanol… đây là một nhóm ezyme được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chỉ đứng sau amylase và protease. Enzyme này ban đầu được phát hiện trong các dịch chiết trái cây như cà rốt, cà chua hay đại mạch. Đầu tiên phải kể đến là phát hiện của E.fremi (1840) trên đối tượng cà rốt. Pectin là polysaccharide dị thể, chủ yếu là một mạch chính gồm các gốc acid –α – D 1,4 galacturonic, liên kết với nhau bằng liên kết 1,4–O glucozic còn gọi là acid polygalacturonic hay acid pectic. Pectine hòa tan trong tự nhiên là ester metylic của acid pectic. Trong thực tế không phải tất cả các nhóm –COOH ở C6 của đường galactose cũng bị metyl hóa (tạo ester metylic), mà đôi khi một số nhóm –COOH bị decacboxyl hóa (khử CO2), một số nhóm –COOH thay thế H bằng kim loại, cũng có lúc giữ nguyên dạng –COO. Người ta cho rằng protopectine là hợp chất giữa pectine và araban, galactose hay tinh bột. Trọng lượng phân tử từ 20.000 – 200.000 đvC Enzyme pectinase cũng như hầu hết các enzyme khác là chất xúc tác sinh học có bản chất là protein, có khả năng xúc tác với độ đặc hiệu cơ chất cao. Các chất xúc tác này thường có cấu trúc rất phức tạp và thường để đảm bảo có tính xúc tác, enzyme có cấu trúc bậc IV. Trong cấu tạo bậc IV, nhờ vào tương tác hóa học giữa các thành phần mà chúng hình thành nên trung tâm hoạt động. Enzyme polygalacturonase (pectinase) chứa 1 vùng 8 – 10 vòng xoắn kép về phía phải với 2 vòng sẽ tạo thành 1 khe liên kết với cơ chất. Người ta nguyên cứu nhận thấy rằng trung tâm hoạt động của enzyme này chứa 2aa là Aspartat và lysin. Người ta cũng bảo rằng có một histidin nằm gần trung tâm hoạt động sẽ ảnh hưởng đến khả năng xúc tác của enzyme.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Đề tài : PECTINASE VÀ ỨNG DỤNG PECTINASE TRONG NƯỚC QUẢ GVHD: KIM OANH Nhóm thực hiện: Nhóm Danh sách thành viên: Lê Hữu Nghĩa 2005150407 Hồ Thị Diệu Linh 200515016 Trương Thị Ngọc Triều 2005150384 Võ Thị Thùy Dương 2005150229 Thân Thị Thanh Tú 2005150111 Tp.HCM, 10/2018 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ENZYME PECTINASE Tổng quan Enzyme 1.1 Enzyme gì? Enzyme protein có khả xúc tác đặc hiệu cho phản ứng hóa học Chúng thúc đẩy phản ứng xảy mà khơng có mặt sản phẩm cuối Enzyme có nhiều đối tượng sinh học thực vật, động vật môi trường nuôi cấy vi sinh vật.Hiện người ta thu nhiều loại chế phẩm enzyme khác sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực y học , nông nghiệp, công nghiệp… 1.2 Bản chất Enzyme: 1.2.1 Bản chất sinh học Enzyme: Enzyme loại Protein sinh vật tổng hợp nên, tham gia vào phản ứng sinh học.Như chất sinh học enzyme sản phẩm trình sinh học, thực phản ứng sinh hóa ngồi tế bào sinh vật Các loại enzyme có đặc tính sinh học chung sau:- Enzyme tạo tế bào sinh vật Qúa trình tổng hợp Enzyme trình phức tạp điều khiển, kiểm soát chặt chẽ.- Enzyme than gia phản ứng tế bào sống enzyme tách khỏi tế bào sống.- Enzyme tham gia phản ứng điều kiện nhiệt độ ơn hòa Vì q trình sống tế bào, enzyme tổng hợp hoạt động điều kiện nhiệt độ tế bào nhiệt độ thể Nhiệt độ thể tế bào sinh vật thường la nhiệt độ thấp Phần lớn nhiệt độ thể sinh vật dao động khoảng 30400C Enzyme tham gia xúc tác phản ứng thể từ giai đoạn đầu đến giai đoạn giải phóng hồn tồn lượng dự trữ hợp chất hóa học Qúa trình chuyển hóa thực theo chuỗi phản ứng, phản ứng xúc tác loại enzyme Các enzyme thay xúc tác để phản ứng xảy ra, để tạo thành CO2 , H2O, số chất khác giải phóng lượng Cũng chuỗi phản ứng tạo thành chu kỳ chuyển hóa khép kín Trong chuỗi chuyển hóa hở hay chuỗi chuyển hóa khép kín, sản phẩm phản ứng trước chất Enzyme thực phản ứng Các phản ứng thường xảy tế bào ( ta thực chúng ống nghiệm) Trong tế bào thường không xảy phản ứng enzyme đơn ( phản ứng) mà thường xảy phản ứng theo chuỗi phản ứng Phản ứng enzyme phản ứng tiêu hao lượng Trong đó, phản ứng hóa học xúc tác chất xúc tác hóa học đòi hỏi lượng lớn Nhờ có hoạt động xúc tác enzyme, phản ứng sinh hóa xảy liên tục điều kiện lượng ôn hòa Enzyme chịu điều khiển gen điều kiện phản ứng Gen định tổng hợp loại enzyme Mỗi enzyme định phản ứng sinh hóa.Cơ chế sau: Một gen → enzyme → phản ứng Như vậy, gen định chất sinh học chất hóa học enzyme Cơ chế có ý nghĩa lớn việc điều khiển tổng hợp enzyme tế bào vi sinh vật 1.2.2 Bản chất hóa học enzyme: Ngoại trừ nhóm nhỏ RNA có tính xúc tác, tất enzyme protein Tính chất xúc tác phụ thuộc vào cấu tạo protein Nếu enzyme bị biến tính hay phân tách thành tiểu đơn vị hoạt tính xúc tác thường bị đi, tương tự thân protein enzyme bị phân cắt thành amino acid Vì cấu trúc bậc 1, 2, 3, protein enzyme cần thiết cho hoạt tính xúc tác chúng.Enzyme, protein khác, có trọng lượng phân tử khoảng 12.000 đến 1000.000 Một số enzyme cấu tạo gồm toàn phân tử L amino acid liên kết với tạo thành, gọi enzyme thành phần Đa số enzyme protein phức tạp gọi enzyme hai thành phần Phần khơng phải protein gọi nhóm ngoại hay coenzyme Một coenzyme kết hợp với apoenzyme khác (phần protein) xúc tác cho q trình chuyển hóa chất khác chúng giống kiểu phản ứng 1.3 Cơ chế hoạt động: Những quan điểm nhằm giải thích chế tác dụng enzyme cho enzyme (E) tưong tác với chất (S) làm giảm lựợng hoạt hóa phản ứng hóasinh Muốn làm giảm lượng hoạt hóa phản ứng enzyme cần trải qua nhiều giai đoạn trung gian tạo thành phức chất định E S Khi kết hợp với phân tử enzyme, kết cực hóa, chuyển dịch electron biến dạng mối liên kết tham gia trực tiếp vào phản ứng làm thay đổi động nên phân tử chất trở nên hoạt động dễ dàng tham gia phản ứng.Việc tạo thành phức hợp E-S giai đoạn đầu xảy nhanh khơng bền Do sau thời gian dài chứng minh thực nghiệm Bằng chứng rõ ràng tồn phức hợp E-S thành cơng hai nhà hóa sinh Nhật Bản K.Iaglu T Ozava tách phức E-S phản ứng khử amin cách oxy hóa (loại trừ nhóm amine) amino acid dãy D oxydase xúc tác.Nhìn chung ta hình dung chế tác dụng enzyme lên chất tạo sản phẩm phương trình tổng qt sau: E+SE-SP+E 1.4 Tính đặc hiệu enzyme: Người a chia tính đặc hiệu làm kiểu: a Đặc hiệu phản ứng Đặc hiệu chất Đặc hiệu khơng gian Đặc hiệu phản ứng: Đó biểu enzyme thường xuyên xúc tác cho kiểu phản ứng định, ví dụ vận chuyển hydro từ chất cho (rượu bậc hay rượu bậc hai) đến chất nhận (NAD+ hay NADP+) hay chuyền nhóm amin từ amino acid đến ceto acid Các phản ứng loại thứ dehydrogenase xúc tác, phản ứng loại thứ hai aminotransferase xúc tác b Đặc hiệu chất: - Đặc hiệu tuyệt đối: Enzyme tác dụng lên chất định, ví dụ có tính chất kinh điển chuyên hoá tuyệt đối urease, enzyme phân giải ure Hằng trăm thí nghiệm dẫn xuất ure cho thấy chúng không bị phân giải tác động urease Thực người ta phát khả phân giải chất hydroxyure với tốc độ bé khoảng 120 lần - Đặc hiệu nhóm tuyệt đối: Các enzyme tác dụng lên chất có kiểu cấu trúc phân tử, liên kết có yêu cầu xác định nhóm nguyên tử đối vơi nhóm nguyên tử gần liên kết chịu tác dụng Ví dụ : maltase phân giải liên kếtglucosidic tạo thành từ glucoside glucose với -OH monose khác - Đặc hiệu nhóm tương đối: Các enzyme khơng có yêu cầu đối vơi nhóm chức gần liên kết chịu tác dụng ví dụ lipase thuỷ phân lipid c Đặc hiệu không gian: Các enzyme xúc tác cho dạng đồng phân dạng L hay dạng D, dạng cis hay trans mà Enzyme Pectinase 2.1 Định nghĩa: Enzyme pectinase nhóm enzyme thủy phân pectin , sản phẩm trình acid galacturonic, galactose, arabinose, methanol… nhóm ezyme ứng dụng rộng rãi công nghiệp đứng sau amylase protease Enzyme ban đầu phát dịch chiết trái cà rốt, cà chua hay đại mạch Đầu tiên phải kể đến phát E.fremi (1840) đối tượng cà rốt 2.2 Cấu tạo hóa học cấu trúc không gian Enzyme Pectinase: Pectin polysaccharide dị thể, chủ yếu mạch gồm gốc acid –α – D- 1,4 galacturonic, liên kết với liên kết 1,4–O glucozic gọi acid polygalacturonic hay acid pectic Pectine hòa tan tự nhiên ester metylic acid pectic Trong thực tế tất nhóm –COOH C6 đường galactose bị metyl hóa (tạo ester metylic), mà đơi số nhóm –COOH bị decacboxyl hóa (khử CO2), số nhóm –COOH thay -H kim loại, có lúc giữ nguyên dạng –COO Người ta cho protopectine hợp chất pectine araban, galactose hay tinh bột Trọng lượng phân tử từ 20.000 – 200.000 đvC Enzyme pectinase hầu hết enzyme khác chất xúc tác sinh học có chất protein, có khả xúc tác với độ đặc hiệu chất cao Các chất xúc tác thường có cấu trúc phức tạp thường để đảm bảo có tính xúc tác, enzyme có cấu trúc bậc IV Trong cấu tạo bậc IV, nhờ vào tương tác hóa học thành phần mà chúng hình thành nên trung tâm hoạt động Enzyme polygalacturonase (pectinase) chứa vùng – 10 vòng xoắn kép phía phải với vòng tạo thành khe liên kết với chất Người ta nguyên cứu nhận thấy trung tâm hoạt động enzyme chứa 2aa Aspartat lysin Người ta bảo có histidin nằm gần trung tâm hoạt động ảnh hưởng đến khả xúc tác enzyme 2.3 Phân loại Enzyme pectinase phân loại theo chế tác dụng chúng: Bảng 1: Bảng phân loại enzyme pectinase St Enzym (tên gọi theo hệ Enzym(tên thống) thường gọi) Pectin-pectinhydrolase Pectinesterase Phản ứng xúc tác Pectin + H2O = n metanol + pectic acid Poly-a -1,4 galacturonidglycano hydrolase-PG Poly-a Endopoly Thủy phân liên kết a -1,4-D- galacturonase galacturonid galacturonid (endo-PG) không theo trật tự -1,4-D-Exopoly Thủy phân liên kết a -1,4-D- galacturonidgalacturon- galacturonase hydrolase (exo-PG) galacturonid pectat, galacturonic với đứt mạch acid galacturonic Poly-a -1,4-D-Endopolymetil- Thủy phân liên kết a -1,4-D- galacturonidmetilester- galacturonase galacturonid pectin không glycanohydrolase (Endo-PMG) theo trật tự định Poly-a -1,4-D- galacturonid Exo-pectatliase Thủy phân liên kết a -1,4-D- digalacturonoliase galacturonid pectat với (exo-PKTE) Sự tạo thành D -4,5 aciddegalacturonic không theo trật tự định Poly-a -1,4-D- galacturonid Endopectatliase glicanoliase (PETE) Thủy phân liên kết a -1,4-Dgalacturonid pectat, galacturonic với tạo thành nối đôi không theo trật tự định Poly-a -1,4-D- galacturonid Endopectinliase metylester (Endo-PTE) glicanoliase Thủy phân liên kết a -1,4-Dgalacturonid pectin với tạo thành nối đôi không theo trật tự định Pectinesterase (PE): xúc tác thủy phân nhóm methyl ester 10 osyporum Tuy nhiên, thực tế, PG thực vật bậc cao nghiên cứu nhiều cà chua chín Các enzyme PG cà chua chín tồn hai dạng, hai endoenzyme.PG1 có khối lượng phân tử 84kD có khoảng 50% bị bất hoạt nhiệt độ 78oC.PG2 có khối lượng phân tử 44kD có khoảng 50% bị bất hoạt 57oC PG1 có độ ổn định tối đa pH 4,3, trái lại PG2 ổn định tối đa pH 5,6 Exo-PG thủy phân đầu không khử chuỗi polygalacturonic, tạo galacturonic acid sản phẩm thủy phân chiếm ưu thế.Sự thủy phân polymer bị gián đoạn tồn mạch nhánh chất Mức độ thuỷ phân tăng tỉ lệ với kích thước chất, đạt tối đa với mức polymer hoá 20 exo-PG cà rốt đào Hoạt động exo- enzyme làm tăng nhanh tạo thành nhóm khử làm tăng chậm độ nhớt dung dịch chất Sự phân hủy polyuronide q trình chín khơng gây tích lũy galacturonic acid, có endo-enzyme PG có liên quan 2.4.2 Enzym pectinase từ vi sinh vật Nguồn giàu enzyme pectinase nấm mốc, nấm men, vi khuẩn Nấm mốc: penicillium glaucum, p.ehrlichii, p.chrysogenum, p.expanam, p.cilrimim, aspergillus awamori, a.foetidus, a.niger, a.terrus, a.saitoi, a.aureus, a.oryzae, a.wentii, fusarium moniliforme,… Nấm men: saccharomyces fragilis Vi khuẩn: bacillus polymyxa, flavobacterium pectinovorum, klebsiella aerogenes Các lồi vi sinh vật thường có bề mặt tất loại quả, phận khác thực vật bị hư hỏng, thực vật chết, chúng loài vi sinh vật khác phá huỷ nhanh phận thực vật Người ta thường thu pectinase từ canh trường bề mặt từ canh trường bề sâu nấm mốc Các vi khuẩn nấm men tổng hợp enzime a.niger chủ yếu tổng hợp pectinnesterase con.diplodiella, pen.citrimin tạo chủ yếu polygalacturonase Nấm men sacch.fragilis dường tạo endopectintraseliminase 14 Vi khuẩn bac.polymyxa, bac.species lại chủ yếu tạo transeliminase Vài trò enzyme pectinase CHƯƠNG 2: QUÁ TRÌNH THU NHẬN ENZYME PECTINASE Nguồn gốc thu nhận: Từ vi sinh vật: Vi sinh vật phân giải pectine có mặt đại diện nấm mốc, nấm men, vi khuẩn như: - Nấm mốc: Penicillium glaucum, P ehrlichii, P.chrysogenum, P.expanam, P cilrimim, aseergillus awamori, A.foetidus, A.niger, A.terrus, A.saitoi, - Fusarium moniliforme,… Nấm men: saccharomyces fragilis Vi khuẩn: bacillus polymyxa, Flavobacterrium pectinovorum, Klebsiella aerogenes,… Các lồi VSV thường có bề mặt tất loại quả, phận khác thực vât Khi bị hư hỏng, thực vật chết, chúng loài VSV khác phá hủy nhanh phận thực vật Thu nhận: Hiện nay, người ta thu nhận chế phẩm pectinase chủ yếu từ vi sinh vật Có phương pháp sản xuất pectinase: 2.1 Thu nhận chế phẩm pectinase từ canh trường bề mặt: Môi trường sử dụng để nuôi cấy vi sinh vật để thu nhận pectinase thường cám gạo, hay cám mì, bã củ cải thóc mầm Nguồn dinh dưỡng bổ sung thường muối ammonium, phosphoric,…Độ ẩm môi trường phải nằm khoảng 60%.Nấm mốc A.awamori thường nuôi cấy 300C thời gian 40h, sau giảm xuống 240C nuôi 48-52h Sản phẩm sau lên men sấy khô thành chế phẩm enzyme thô đem tinh chế 15 Để thu dược chế phẩm enzyme pectinase tinh khiết chế phẩm enzyme thơ phải trích ly phương pháp kết tủa nhờ dung môi hữu hay muối ammonium sulfate Dung môi hữu sử dụng để kết tủa enzyme pectinase rượu ethanol (72,5-75%) isopropanol (55-57%) Muối ammonium sulfate sử dụng có độ bão hòa 0,79 Khi kết tủa rượu ethanol, chế phẩm enzyme thu có độ tinh khiết khoảng 90%, muối độ tinh khiết đạt khoảng 75% Nhiệt độ kết tủa đối ưu rượu 2-50C, thời gian tiếp xúc với rượu ngắn tốt Sau đó, ly tâm để tách kết tủa khỏi dung dịch, sấy kết tủa thiết bị sấy chân không sấy thăng hoa nghiền nhỏ đem bảo quản 2.2 Thu nhận chế phẩm enzyme từ canh trường bề sâu: Phương pháp hiếu khí Sự tích tụ enzyme môi trường bắt đầu phát triển vi sinh vật gần đạt đến pha ổn định, mơi trường bị acid hóa mạnh lượng phospho vơ sử dụng hồn tồn pH môi trường nuôi cấy thường đạt từ 6-7,2 thích hợp Đối với nấm mốc, pH kiềm kìm hãm tổng hợp sinh khối tích lũy enzyme pectinase pH = ức chế hoàn toàn tích lũy enzyme pectinase Khi pH dịch acid, pH nằm khoảng 4,5-5,0, tạo thành sinh khối không bị ảnh hưởng tạo thành enzyme enzyme pectinase bị kìm hãm Tuy nhiên, pH môi trường nuôi cấy A niger A awamori 16 dịch 3,5-3,8 2,9-3,2 theo thứ tự Vật liệu gieo cấy sợi nấm 24, 32 48h tuổi với hàm lượng từ 2-10% Đối với A niger A awamori, vật liệu gieo cấy sợi nấm ủ sơ môi trường dinh dưỡng bắt đầu nứt nanh bào tử Thời gian ủ sơ thường 3842h Lượng sợi nấm đem gieo cấy thường 2% Trong q trình ni cấy, hàm lượng chất hòa tan mơi trường thường giảm từ 6% xuống 1,5-1,8% Để thu chế phẩm khơ, cần tách sợi nấm khỏi canh trường lỏng Cô đặc chân không canh trường lỏng đến kh hàm lượng chất khô đạt 5-8% sấy thiết bị sấy phun Điều kiện sấy phun nhiệt độ chất tải nhiệt vào phải đạt 165-1800C đạt 60-700C Thời gian lưu chế phẩm enzyme thiết bị sấy phun phải không 16 giây nhiệt độ chế phẩm sau sấy phải không 400C Chế phẩm thu cần phải đóng gói kín để tránh hút ẩm Có thể thu chế phẩm pectinase tinh khiết cách kết tủa enzyme dịch lọc canh trường với ethanol theo tỷlệ 4:1, với aceton theo tỷ lệ 2:1 isopropanol theo tỷ lệ 1,3:1, với muối ammonium sulfate (50-80% muối kết) Nếu kết tủa ethanol, hoạt độ pectinase kết tủa vào khoảng 88-90% so với hoạt độ dịch canh trường ban đầu Nếu kết tủa muối ammonium sulfate, cần tách muối khỏi enzyme phương pháp thẩm tích (với nước dung dịch đệm), sau sấy khơ Khi độ bão hòa (NH4)2SO4 0,5 kết tủa đoạn có hoạt độ pectinase thấp (đoạn chiếm 0,25% trọng lượng khô), kết tủa (NH4)2SO4 có độ bão hòa 1,0 kết tủa đoạn chiếm 0,11% lại có hoạt độ pectinase cao Phương pháp yếm khí: Mơi trường: Bã củ cải: 2% ; (NH4)2 HPO4: 0,75% KH2PO4: 0,1%; CaCO3: 0,3%; nước chiết ngơ: 0,5% Clostridium pectinofermentants 15 có khả tổng hợp pectinase cách mạnh mẽ pha tăng trưởng trình sinh trưởng tăng đồng thời với tích lũy sinh khối Sự tích lũy enzyme tối đa tương ứng với pha ổn định sinh trưởng qua 5560h.pH ban đầu môi trường dinh dưỡng 6,5-7,0 Vật liệu gieo cấy ban đầu chuẩn bị dạng canh trường chứa bào tử cấy với lượng 4% theo thể tích Qúa trình ni cấy tiến hành nhiệt độ 350C Cl.Felsineum ni cấy yếm khí để thu pectinase Thành phần mơi trường gồm có: Lactose: 2%; pectin củ cải: 1%; (NH4)2 HPO4: 0,4%; K2HPO4:0,7%; KH2PO4:0,3%; NaCl:0,1%; MgSO4:0,025%; FeSO4:dạng vết; CaCO3:0,5%; dịch nấm men tự phân:0,05%; ascorbic acid:0,5% Có thể tiến hành thu chế phẩm từ dịch lọc canh trường cách kết tủa enzyme với dung môi hữu với muối ammonium sulfate Nếu kết tủa dung môi hữu cơ, pH dung dịch xử lý 6,5-6,8 Nếu kết tủa 2-2,5 thể tích acetone hoạt độ enzyme kết tủa đạt 93-95% so với hoạt độ ban đầu 17 Khi kết tủa ammonium sulfate có độ bão hòa 0,2 thu chế phẩm chứa pectinesterase pectintranseliminase; độ bão hòa 0,9-1 thu chế phẩm chứa pectintranseliminase exopolygalacturonase Phương pháp đại chuẩn bị chế phẩm enzyme pectinase thường theo bước sau đây: - Khử muối phương pháp lọc gel (Biogel P100) Tách protein phương pháp trao đổi anion (DEAE Biogel A), hay trao - đổi cation (CM Biogel A) Tách enzyme pectinase alginate liên kết ngang Tinh FPLC Alginate liên kết ngang hoạt động cách kết hợp lực, ảnh hưởng tĩnh điện thay pectate liên kết ngang CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG ENZYME PECTINASE TRONG LÀM NƯỚC QUẢ Giới thiệu ứng dụng enzyme pectinase Trong sản xuất thực phẩm, người ta sử dụng chế phẩm pectinase duới dạng tinh khiết Người ta không dung chế phẩm dạng canh trường nấm mốc sấy khô Tỉ lệ chế phẩm pectinase cô đặc lượng nguyên liệu đem chế biến vào khoảng từ 0,03- 0,05 đến 0,10% Trong sản xuất rượu vang, sản xuất nước nước uống khơng rượu, sử dụng pectinase cách hiệu Nhờ tác dụng pectinase mà trình ép, làm dịch lọc dễ dàng, làm tăng hiệu suất sản phẩm Chẳng hạn đưa pectinase vào khâu nghiền quả, làm tăng hiệu suất nước sau ép tới 15 – 25% Bởi lẽ có pectinase phân giải chất pectinase mà dịch suốt không bị đục lọc dễ dàng Không Enzyme pectinase góp phần chiết rút chất màu, tannin chất hồ tan nữa, làm tăng thêm chất lượng thành phẩm Tồn nhóm enzyme pectinase phân giải pectin: - Pectin methyl esterase Depolymease 18 - Exoenzym pectinase Pectin methyl esterase (EC.3.1,1,11): Enzyme tham gia phân giải pectin thành acid pectic methanol Enzyme có tên khác pectiestenase (PE).Hiệu suất thuỷ phân pectin enzyme cao, đạt 98% Pectinesterase nấm sợi hoạt động mạnh pH 3-5 Cả hai loại pectinase bị biến tính nhiệt độ 800C Pectin depolymease: Ezyme có tế bào thực vật Tuy nhiên người ta sản xuất enzyme theo quy mô công nghiệp từ nấm sợi từ vi khuẩn Chúng phân làm loại sau: Endo pectin traseliminase (EC,4.2.2.3), viết tắt PTE – pectiliase Endo petin acid traseliminase (EC, 4.2.2.1), viết tắt PATE Endo – poly galacturonase (EC, 3.2.1.15), viết tắt PMG Endo – poly methyl galacturonase Việc ứng dụng pectinase để thu nhận nước áp dụng lần vào năm 1930 Từ đến việc áp dụng enzyme trở nên phổ biến nhiều nước giới Việc thu nhận nước từ trước đến chủ yếu phương pháp ép Nếu pectin nhiều theo nước gây tượng nước bị đục, có độ keo cao khó lọc Trong tế bào nước chiếm khoảng 90-95% Nếu ta nghiền sau ép ta thu nhận khoảng 60-70% tối đa Khi ta cho enzyme pectinase vào, hiệu suất ép tăng 15-30% Nhiều trường hợp, hiệu suất ép tăng đến 50% Liều lượng chế phẩm enzyme tinh khiết cho vào 0,03- 0,05% chế phẩm thơ 0,5 – 2% Nhiệt độ trì cho trình thuỷ phân 43 – 45%.Thời gian thuỷ phân – 8h.dịch thu pectinase tronng hơn, khả lọc tốt hiệu kinh tế thấy rõ Ứng dụng enzyme pectinase sản xuất nước 2.1 Các chế phẩm enzyme Trong sản xuất nước rượu vang, việc sử dụng enzym tiến khoa học lớn.Các chế phẩm enzyme sử dụng sản xuất nước rượu vang hỗn hợp nhiều loại enzyme loại enzyme riêng biệt.việc 19 sử dụng hỗn hợp enzyme hay loại enzyme riêng biệt phụ thuộc vàp nguyên liệu sản phẩm cần đạt tới Ngoài ra, việc sử dụng loại chế phẩm enzyme trình bày phụ thuộc vào cơng nghệ sản xuất ( yếu tố kỹ thuật) Trong sản xuất nước rượu vang, người ta thường sử dụng sáu nhóm enzyme sau: • Nhóm chế phẩm enzyme dùng để sản xuất nước đục Mục đích sử dụng nhóm chế phẩm enzyme làm tăng hiệu suất trích ly để thu luợng sản phẩm lớn • Nhóm chế phẩm enzyme dùng để sản xuất nước trong, khơng chứa pectin Mục đích sử dụng nhóm làm tăng hiệu suất trích ly thuỷ phân hồn toàn chất protein, pectin, làm giảm độ nhớt làm triệt tiêu nguyên nhân làm đục • nước Nhóm chế phẩm enzyme dùng để làm tăng khả đồng hố nước thịt Mục đích làm tăng khả trích ly nước • Nhóm chế phẩm enzyme dùng để sản suất bán sản phẩm rượu vang nhằm làm tăng hiệu suất trích ly bán sản phẩm • Nhóm chế phẩm enzyme dùng để ngăn cản q trình oxy hố làm cản trở phát triển vi sinh vật hiếu khí phát triển nước quả, rượu vang • Nhóm chế phẩm enzyme dùng vào mục đích chống lại đường sản suất siro thành phẩm Việc sử dụng chế phẩm enzyme phải xem xét kỹ lưỡng sở đặc điểm nguyên liệu trái cần xử lý.Trong đặc điểm trái cây, người ta quan tâm nhiều đến đặc điểm màu sắc tự nhiên sản phẩm Trong nhiều trường hợp, việc sử dụng enzyme phải đảm bảo giữ màu sắc tự nhiên ban đầu tạo màu sắc theo ý muốn cách điều khiển phản ứng enzyme Theo màu sắc tự nhiên, loại trái chia làm hai loại: - Trái có màu nhạt: táo, lê, nho trắng, chuối, cam, xồi, bưởi Trái có màu sẩm chứa nhiều antõian: anh đào, mận đỏ, nho đỏ, mận đen, dâu Để xử lý nghiền có màu nhạt, người ta thường sử dụng loạt enzyme sau: 20 2.2 Enzym endo-PmG để làm giảm độ nhớt dịch Enzyme PE làm tăng hiệu suất trích ly Enzyme khác cellulose, hemicelluase, protease không bắt buộc Ứng dụng chế phẩm pectinase sản xuất nước Từ loại khác nhau, người ta thường chế biến thành loại nước trong, nước đục, trước tiên phải chiết rút dịch từ mô bản, mơ bì đơi mơ học Do đó, hiệu suất chiết rút dịch phụ thuộc vào khả thấm tế bào, cấu tạo giải phẩu tình chất lý nguyên liệu, độ nhớt dịch quả, độ thịt quả, thành phần định tính định lượng pectin chứa dịch bào thành tế bào mô Để sử dụng vào việc chế biến nước chế phẩm pectinase phaỉ có enzym endo exo-polygalacturonse, enzym pectinestenaza.Trong chế phẩm loại enzym vừa kể enzym định hiệu chế phẩm.Vì endo exo-polygalacturonse làm giảm độ nhớt dịch quả, enzymPE góp phần vapò tác dụng enzym này.Enzym proteinase chế phẩm thuỷ phân vỏ protein vỏ nguyên sinh tế bào, kết làm cho dịch dễ dàng.Sự có mặt xenluase hemixenlulase chế phẩm tốt không bắt buộc sử dụng cho loại táo, lê chế phẩm khơng phép có enzyme pectinaseliminase enzym phân huỷ protopectin vốn gắn tế bào riêng biệt mô lại với nhau, gây mủn hố mơ quả, làm tăng độ nhớt dịch kết làm giảm hiệu suất dịch Ngược lại, sử dụng cho loại mọng dâu tây có mặt chế phẩm enzym PTE lại cần thiết enzym làm mủn hố tế bào làm cho tính chất nước tế bào tăng lên độ nhớt dịch lại giảm xuống Ngoài ra, chế phẩm pectinase dùng sản xuất nước khơng phép có enzym oxydase( ascohatoxydase, poliphenoloxydase) Trong chế biến nước có thịt enzym PTE, hemixenlulase xenlulase lại enzym định hiệu tác dụng chế phẩm.trong vai trò dẫn động enzym PTE có tác dụng phân huỷ protopectin mơ Hemixenlulase xenlulase với PTE làm cho độ đồng thể nước có màu sang chế phẩm khơng 21 chứa enzym oxi hố, cho ngun liệu có carotenoid antõian khơng chứa enzym phá huỷ chất Để thu nước quả, trường hợp có sử dụng enzym pectinase, người ta phải nghiền nhỏ nguyên liệu Bã nghiền nhânh đem xử lý enzym, sau đem ép ly tâm.Trong trường hợp có sử dụng enzyme, người ta có thê nghiền nhỏ tới mức tối đa, cốt thuận lợi cho tác dụng enzym mà không sợ bị tắc nghẽn kênh dẫn dịch q trình ép sau Dùng pectinase khơng làm tăng hiệu suất dịch mà để làm dịch Phương pháp sử dụng enzym có hiệu cả.Bởi lẽ nhờ tác dụng enzyme mà hệ keo nước bị phá huỷ hoàn toàn.Nếu làm phương pháp khác pectin bị kết tủa phần xử lý pectinase, pectin bị phân giải hoàn toàn thành chất hoà tan Với phương pháp enzym, mang lượng thừa chế phẩm loại trừ trường hợp làm khơng hồn tồn Dịch nước xử lý chế phẩm pectinase thường có vị hồn tồn có khuynh hướng bị đục Quá trình làm dịch tác dụng pectinase chia làm giai đoạn: - Giai đoạn “ bất ổn định hoá” tiêu biểu giảm độ nhớt cách sâu sắc thường gọi trạng thái “ phá vỡ” Giai đoạn “kết lắng” trạng thái “phá vỡ” kết thúc kết tủa hoàn toàn Giai đoạn cuối thường xác định vắng mặt pectin kết tủa ion canxi Sử dụng enzym để sản xuất nước trùng uống trực tiếp từ táo vải Ngày nay, nước nước đục sản xuất nhiều nước giới Tùy theo hàm lượng đường acid có nước quả, người ta chế biến nước có hàm lượng đường acid thấp, người ta bổ sung đường acid điều chỉnh chất lượng cuối sản phẩm Hàm lượng pectin cao sản phẩm thường khơng có lợi độ nhớt sản phẩm cao Việc thủy phân pectin có dịch làm cho sản phẩm dịch khơng bị đục.Tuy nhiên, việc xử lý pectin pectinase không nên 22 tiến hành phân giải pectin đến mà cần phải giữ lượng định sản phẩm nước quả.Chính lượng pectin giúp cho chất lượng nước tốt Trong sản xuất nước táo nước vải, người ta sử dụng chế phẩm pectinase cho hiệu cao.Khi xử lý nước 50 0C giờ, hiệu suất tách nước tăng 20%, 37- 40% sau2 -4 tăng 20 – 25%.Các nghiên cứu thực tế sản xuất cho thấy hiệu xử lý nước táo cao.Chính thế, việc ứng dụng enzyme pectinase áp dung tất nhà máy sản xuất nước táo giới.Trong xử lý nước enzyme pectinase, người ta thường cho thêm ascorbic acid vào chống q trình oxy hóa nước táo Bảng 2: Hiệu xử lý nước chế phẩm pectinas Stt Loại nước Nước từ táo a- Khơng cho chế phẩm enzyme b- Có chế phẩm enzyme Hiệu Chất Độ Đường Pectina Chất Điểm suất khô acid (%) se (%) chát cảm (%) (%) (%) (%) quan 71,2 10,2 0,53 6,7 0,33 0,04 4,5 78,8 11,5 0,62 8,0 0,15 0,02 4,8 49,2 8,5 0,91 5,62 0,26 0,09 3,8 72,4 10,2 1,16 7,4 0,12 0,16 4,3 Nước vải a- Không cho chế phẩm enzyme b- Có cho chế phẩm enzyme 23 Sản xuất nước uống từ dâu tây, anh đào phúc bồn tử Người ta thường sản xuất dạng nước nước đục từ loại trái Trong trình sản xuất, người ta thường cho thêm đường điều chỉnh lại lượng acid cho phù hợp Các loại nước thường chứa nhiều pectin Do đó, việc sử dụng chế phẩm enzyme pectinase dễ loại bỏ khả gây đục cho nước ổn định nâng cao chất lượng dịch điều cần thiết Người ta rửa loại nước vòi hoa sen Sau đó, loại nước đem chà thành dạng pure Quả nghiền đun nóng nhiệt độ 40-50 0C cho vào máy trộn Tại nước phối trộn với tỷ lệ phần nước 10 phần nước enzyme có lượng enzyme 0,03% Riêng nước dâu tây, người ta cho thêm 0,03% Vitamin C để làm chất chống oxy hóa Hỗn hợp giữ 0C.Thời gian lưu nhiệt độ 400C 4-8 Nước sau cho qua máy ép đun nóng đến 450C Tiếp đó, người ta đem nước ly tâm cuối lọc qua máy ép lọc khung Sản xuất nước từ nho Nước uống từ trái nho loại nước uống không thuộc loại nước uống đục.Loại nước uống từ nho dạng thường sản xuất nhiều hầu châu Âu châu Mỹ Tuy nhiên nay, người ta sản xuất nước uống từ nhỏ dạng đục (chủ yếu màu nho có màu đỏ).Trong đó, Ý nước sản xuất nước uống dạng đục nhiều nhất, sau Pháp, Rumani.Nho loại cho nhiều dịch chứa nhiều đường.Tuy nhiên, nước nho thường chứa nhiều thịt Trong thịt có nhiều pectin, dễ gây đục thu nhận dịch thường khơng cho hiệu suất cao.Chính thế, người ta phải xử lý nước nho chế phẩm enzyme pectinase Lượng enzyme pectinase sử dụng trường hợp làm nát nho 0,2% so với khối lượng nho Thời gian xử lý enzyme nhiệt độ 45 0C, phương pháp xử lý người ta làm tăng hiệu suất thu nhận dịch nho từ 65,9 lên 77,3% nho trắng từ 66-82,2% nho đỏ 24 Đối với nho trắng nghiền kỹ, xử lý enzyme pectinase thời gian 2,5-3 nhiệt độ 40-450C, hiệu suất tăng 14-18% Nếu tiếp tục xử lý sau giai đoạn xử lý thêm 4-5 40 – 500C, nước táo hoàn toàn Ở giai đoạn làm dịch này, người ta đun nóng dịch lên 900C, sau hạ nhiệt xuống 500C sử dụng enzyme để làm nước Trong mẫu dịch khơng xử lý enzyme, chu trình làm nước nho phải kéo dài - tháng Hiệu suất thu dịch không sử dụng enzyme đạt trung bình 65% Bảng 3: Hiệu việc xử lý nước nho enzyme Stt Nước nho Chất Hiệu khô suất (%) (%) Mẫu đối 17,5 chứng Mẫu xử lý 19,0 chế phẩm pectinase Độ acid (%) Đường (%) Chất chát (%) Cặn (%) Điể m came quan 4,2 65,0 0,54 15,1 0,125 3,0 70,1 0,68 16,85 0,135 Có 4,5 capecta t Q trình sản xuất nước nho trắng có xử lý enzyme pectinase Nho rửa sạch, tách cuống, loại hạt máy xé chứa chúng vào thùng kín thời gian – thùng lên men liên tục thời gian – Trong thời gian lưu trữ này, người ta cho 0,02% ascorbic acid, sau ép thu nhận dịch nho Dịch nho làm nóng 800C, sau làm nguội nhanh đến 400C, nước nho cho thêm 0,01% enzyme pectinase Tiến hành trình thủy phân cho độ nhớt nước nho suốt.Thời gian thủy phân khoảng – giờ.Kết thúc trình thủy phân, lại đun nóng dịch lần thứ hai đến 800C làm nguội đến 200C lọc nước qua máy lọc ép, tiến hành rót chai đem trùng 25 Q trình sản xuất nước nho đỏ có sử dụng pectinase Nho rữa sạch, tách cuống đun nóng 85 – 90 0C máy gia nhiệt làm nguội đến 45 – 500C, giữ dịch nho nhiệt độ thời gian – thùng kín – thiết bị lên men liên tục Thường cho enzyme pectinase giai đoạn với liều lượng 0,03% Sua thời gian thủy phân trên, người ta tiến hành lọc ép Dịch lọc cho thêm 0,03% enzyme pectinase để làm dịch Quá trình làm dịch thực – giờ.Sau nước lọc, rót chai đem trùng Hiệu suất chất lượng nước nho sản xuấ theo phương pháp xử lý pectinase Sản xuất nước mận Người ta thường sản xuất nước pha đường từ mận Mận loại cho hiệu suất thu nhân nước ép thấp Để thu nhận nước từ mận, người ta phải áp dụng phương pháp nhiệt enzyme Q trình cơng nghệ thực sau: Mận rửa sạch, đun nóng với nước.Nước cho vào khoảng 15 – 20% so với khối lượng mận.nhiệt độ giữ 85 – 90 0C – 20 phút tùy thuộc vào độ chín mận Sau khối qua hệ thống ép xử lý enzyme pectinase 40 – 45 0C – Dịch thu nhận máy lọc ép lần nữa, đóng chai đem trùng Phương pháp xử lý nhiệt enzyme kết hợp cho ta hiệu suất đạt tới 78,9% so với hiệu suất 58,2% không xử lý enzyme Câu hỏi ơn tập: Mục đích việc sử dụng loại enzyme Pectinase công nghệ sản xuất nước gì?( chọn câu trả lời khơng đúng) a) Tăng hiệu xuất trích ly b) Làm giảm độ nhớt nước c) Triệt tiêu nguyên nhân gây đục nước d) Khử vị đắng nước họ citrus Với táo, nhiệt độ gia nhiệt tối thích trước xử lý enzyme bao nhiêu? a) 200C b) 150C c) 300C d) 250C Tác dụng việc loại bỏ pectin ( depectinisation) 26 a) Làm giảm độ nhớt pectin hòa tan b) Gây kết tụ mảnh gây đục c) a b d) a sai b Có thể phá vỡ tinh bột xót lại táo cách sử dụng enzyme sau đây? a) Enzyme pestinase b) Enzyme amylase c) Enzyme cellulose d) Enzyme protease “Enzyme petinase giúp tăng hiệu xuất dịch quả, giảm độ nhớt nước lại làm đục nước quả” Nhận định hay sai? a) Đúng b) SaiSai Để sản phẩm không bị keo tụ dễ cô đặc, nên thực gì? a) Khử pectin trước, sau lọc đặc cho pectinase tác dụng suốt thời gian đặc b) Lọc nước quả, sau khử pectin cô đặc cho pectinase tác dụng suốt thời gian cô đặc c) Khử pectin sau cô đặc cho pectinase tác dụng suốt thời gian cô đặc d) Khử pectin trước cô đặc cho pectinase tác dụng suốt thời gian cô đặc Tỉ lệ chế phẩm pectinase cô đặc lượng nguyên liệu đem chế biến a) Khoảng từ 0.05-0.2% b) khoảng từ 0,03- 0,05 đến 0,10% c) Khoảng từ 0.3-0.5 đến 1% d) Khoảng từ 0.5-2% Tên gọi khác Pectin methyl esterase? a) Pectiestenase b) Endo – poly methyl galacturonase c) petin acid traseliminase Vì sử dụng cho loại táo, lê chế phẩm khơng phép có enzyme pectinaseliminase? a) enzym phân huỷ protopectin vốn gắn tế bào riêng biệt mô lại với b) gây mủn hố mơ c) làm tăng độ nhớt dịch kết làm giảm hiệu suất dịch d) a b c 27 e) a sai , b c 10 Quá trình làm dịch tác dụng pectinase chia làm giai đoạn? a) b) c) 28