Bài giảng Công nghệ sinh học thực phẩm - Chương 4 Ứng dụng enzyme trong bảo quản và chế biến thực phẩm

CHƢƠNG IV: ỨNG DỤNG ENZYME TRONG BẢO QUẢN VÀ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM MỤC LỤC 1. Công nghệ sinh học protein và enzyme 2. Ứng dụng enzyme trong bảo quản và chế biến thực phẩm 3. Ứng dụng enzyme trong kiểm tra chất lượng thực phẩm  1. Công nghệ sinh học protein và enzyme Các protein và enzyme đã được con người sử dụng từ lâu, nhưng việc thu nhận chúng dễ dàng với số lượng lớn và nhiều chủng loại từng là ước mơ của các nhà khoa học. Trước đây, công nghệ protein và enzyme là phần chủ yếu của kĩ thuật hoá sinh (biochemical engineering). Ngày nay, nó phát triển mạnh, nhất là với sự ra đời của Genomics và Proteomics, với các đặc điểm : – Các phân tử protein có cấu trúc phức tạp nhất, nên để thu các chế phẩm có đầy đủ hoạt tính sinh học đòi hỏi không những các kĩ thuật chiết tách, tinh sạch tốt, mà còn bảo quản được lâu dài. – Nhiều ứng dụng trong trị liệu cho người và các lĩnh vực khác nhau. – Nhiều protein truyền thống được thay thế dần bằng các r-protein. 1.1 PROTEIN 1.1.1 Các bậc cấu trúc Protein là polymer gồm các amino acid nối với nhau bằng cầu nối peptide và hình thành cấu trúc không gian 3 chiều khi ở dạng tự nhiên. Tham gia thành phần cấu tạo protein có 20 loại L-amino acid với các chữ viết tắt gồm ba chữ hoặc với chỉ một chữ. Ví dụ : Lysine (Lys - K), Arginine (Arg - R), Histidine (His - H),... Phân tử protein có thể có 4 bậc cấu trúc như sau : – Cấu trúc bậc một: Chuỗi polypeptide mạch thẳng. – Cấu trúc bậc hai : Chuỗi polypeptide mạch thẳng xoắn theo kiểu lò xo (xoắn alpha và beta). – Cấu trúc bậc ba : Chuỗi polypeptide cấu trúc bậc hai cuộn xếp theo kiểu đặc trưng tạo cấu trúc không gian ba chiều phức tạp (dạng sợi, cuộn hay khối cầu). – Cấu trúc bậc bốn : 2 hay nhiều chuỗi polypeptide cấu trúc bậc ba liên kết với nhau. 1.1.2. Sự ổn định và gấp cuộn Khi protein vừa đƣợc tổng hợp xong, nó gấp cuộn thành cấu trúc không gian ba chiều xác định chức năng sinh học, đồng thời ổn định cấu trúc. Trong nhiều năm, các nhà hoá sinh học cho rằng sự cuộn gấp của phân tử protein được xác định tự động bởi cấu trúc bậc một. Nhƣng thực tế cho thấy, trình tự này không đủ đảm bảo cho polypeptide tạo dạng hình có tính đặc hiệu cao để đáp ứng đúng chức năng của nó. Nhóm các protein chaperone giúp các polypeptide gấp cuộn đúng dạng hình không gian ba chiều có đủ hoạt tính sinh học và một số enzyme nhƣ disulfide isomerase giúp tạo cầu nối disulfide. 1.1.3. Các biến đổi sau dịch mã Nhiều polypeptide chịu những biến đổi hoá trị trong hoặc sau dịch mã trên ribosome. Các biến đổi này ảnh hưởng đến hoạt tính sinh học hoặc ổn định cấu trúc của polypeptide. – Sự cắt xén bởi protease : Cắt bớt một đoạn peptide của protein làm hoạt hoá chức năng protein hay enzyme. Biến đổi có tính đặc hiệu và không thuận nghịch. Thường gặp ở các tiền enzyme và các protein đích được đưa vào các bào quan hoặc xuất ra khỏi tế bào. Ví dụ, các enzyme tiêu hoá như trypsin, chymotrypsin và pepsin. – Glycosyl hoá : Gắn thêm các gốc hoặc chuỗi đƣờng. Thƣờng gặp ở các protein màng hoặc các protein ngoại bào ở Eukaryotae. Glycosyl hoá có nhiều năng lƣợng: trực tiếp làm trung gian cho các hiệu ứng sinh học của một số protein (hCG và erythropoetin), định hƣớng mục tiêu (các enzyme của lysosome), nhận biết (các thụ thể), ổn định cấu trúc, thay đổi độ hoà tan, tăng bán chu kì tồn tại của phân tử. – Phosphoryl hoá : Gắn thêm nhóm phosphate vào protein, mà chất cho chủ yếu là ATP. Quá trình có thể thuận nghịch nhờ hệ thống 2 enzyme : kinase và phosphatase. Nó thay đổi hoạt tính sinh học hoặc tính chất hoá lí của polypeptide. Ngoài ra, còn có nhiều kiểu biến đổi sau dịch mã khác như acetyl hoá (acetylation), acyl hoá (acylation), amid hoá (amidation), sulfate hoá (sulfation), hydroxyl hoá (hydroxylation), tạo nối SS,... 1.2.1. Khái quát về enzyme Từ hàng ngàn năm trƣớc đây, loài ngƣời đã sử dụng các enzyme trong chế biến thực phẩm và nƣớc giải khát. Năm 1897, E.Buchner thu dịch nấm men nghiền nát và thấy hoạt tính lên men rƣợu của nó. Ông gọi chúng là enzyme (tiếng Hi Lạp : en = trong, zyme = nấm men và enzyme có nghĩa trong nấm men). 1.2. ENZYME Nhờ có enzyme các phản ứng hoá học được thực hiện trong tế bào sống với sự hoàn hảo trong điều kiện đẳng nhiệt (nhiệt độ không đổi), đẳng áp (áp suất không đổi) và có các đặc điểm sau: phản ứng có hiệu quả cao, nhiều phản ứng xảy ra đồng thời theo dây chuyền, không phải tinh sạch sản phẩm ở từng công đoạn, các phản ứng chịu sự điều hòa hợp lí và tiết kiệm nhất, lại ít tiêu tốn năng lượng. Chúng có tính đặc hiệu cao và có hiệu quả hơn gấp nhiều lần so với các chất xúc tác vô cơ. Về cấu tạo, tất cả enzyme đều là protein. Ở nhiều enzyme, phần protein cần gắn một phân tử thứ hai như với cofactor (các ion kim lọai như Mg++, Zn++,) hoặc coenzyme (phân tử không phải peptid như coenzyme A) hay nhóm prosthetic (như các heme) mới có họat tính. Điều này cần tính đến khi chiết tách và tinh sạch enzyme và thường phải có biện pháp bổ sung các nhóm tương ứng để nhận enzyme có hoạt tính. Một biện pháp khác là sử dụng enzyme trong tế bào nguyên vẹn. Tính đặc hiệu của enzyme gồm 2 dạng : – Đặc hiệu phản ứng chỉ biểu hiện với một loại liên kết hóa học nhất định như lipase chỉ cắt liên kết ester nối glycerol và acid béo của nhiều loại lipid khác nhau. – Đặc hiệu cơ chất thể hiện chuyên biệt cho những cơ chất nhất định như urease chỉ phân hủy urea thành ammonia và CO2, nhưng không tác dụng đối với các chất khác. Các enzyme có thể phân biệt được những cơ chất thậm chí rất giống nhau, như các đồng phân (isomer). Ví dụ : enzyme sucrase chỉ phân huỷ saccharose (sucrose) thành glucose và fructose, nhưng không tác dụng đối với 2 đồng phân khác là maltose và lactose. Các enzyme có bản chất protein, nên chúng nhạy cảm với các tác động của môi trường như nồng độ cơ chất, nồng độ enzyme, nhiệt độ, pH và các chất ức chế (kìm hãm). Cĩ khoảng 3000 enzyme đã đƣợc biết và đƣợc phân loại thành 6 nhĩm dựa vào loại phản ứng mà chúng xúc tác : 1) Oxi hĩa - khử (Oxido-reductase); 2) Transferase (chuyển các nhĩm chức năng cĩ chứa C, N, hay S) ; 3) Hydrolase (tách các liên kết CC, CO, CN, CS, Chalogen) ; 4) Lyase (thêm vào các nối đơi) ; 5) Isomerase ; 6) Ligase. Rõ ràng các enzyme cĩ khả năng xúc tác rất nhiều loại phản ứng hố học khác nhau. Sự đa dạng này cịn tăng lên đáng kể khi nĩ kết hợp với các nhĩm chất bổ sung nhƣ coenzyme. Do vậy, một xu hƣớng quan trọng trong phát triển cơng nghệ hố học hiện nay là sử dụng chúng trong tổng hợp hố học để vừa giảm ơ nhiễm mơi trƣờng, lại vừa ít tiêu tốn năng lƣợng hơn. 1.2.2. Các enzyme và protein cực đoan Việc phát hiện nhiều VSV cực đoan (extremophlies) đã mở ra khả năng thu nhận các enzyme để ứng dụng vào thực tiễn. Phần lớn các VSV cực đoan chƣa nuôi đƣợc, nhƣng sử dụng KTDT hứa hẹn sẽ chinh phục đƣợc các enzyme và protein từ các VSV. – Các enzyme từ sinh vật chịu nhiệt cao là mục tiêu cần hướng tới trong các quy trình chế biến công nghiệp, vì thực hiện ở nhiệt độ cao sẽ giảm nhiễm bởi nhiều VSV khác và có phản ứng nhanh hơn. Hiện DNA polymerase chịu nhiệt được sử dụng rộng rãi. Ngoài ra, nhiều amylase, protease, chịu nhiệt cao (có thể đến 118OC) đã được phát hiện. – Các glycoprotein "chống đông đá" ức chế sự hình thành các tinh thể nước đá ở các sinh vật chịu lạnh như cá ở các cực của Trái đất chịu được nhiệt độ 1,8OC liên tục mà dịch cơ thể không đông đặc. – Các enzyme cực đoan trong dung môi hữu cơ : Mãi đến gần đây có quan niệm phổ biến là khi cho enzyme vào các dung môi hữu cơ (bezene, acetone, toluene,), chúng sẽ mất hoạt tính. Thực tế cho thấy, nhiều enzyme khi bổ sung vào các dung môi hữu cơ khác nhau, chúng vẫn có hoạt tính xúc tác dù trong hệ thống có ít hoặc không có nƣớc. Việc sử dụng các enzyme trong những điều kiện nhƣ vậy hứa hẹn một tiềm năng lớn, vì có nhiều lợi thế : tăng tính hoà tan của các chất phản ứng (reactants) hoặc các sản phẩm ; tăng tính chịu nhiệt của enzyme ; dễ thu hồi sau sử dụng nhờ lọc và li tâm ; các dung môi hữu cơ ngăn chặn các VSV gây nhiễm. 1.3. CỐ ĐỊNH ENZYME VÀ TẾ BÀO Các enzyme thƣờng sử dụng trong dung dịch và sau đó không thu hồi đƣợc, mà việc chiết tách chúng rất tốn kém làm giá thành cao. Để sử dụng enzyme nhiều lần và hiệu quả hơn, kĩ thuật cố định enzyme hay giữ im (enzyme immobilisation) ra đời mở rộng khả năng ứng dụng chúng. Các phƣơng pháp cố định enzyme Có 4 phƣơng pháp cố định enzyme : – Phương pháp gắn cơ học hay hấp phụ (Absortion) : Sử dụng các vật liệu chất nền (matrix material) xốp có nhiều lỗ hỏng nhƣ chất trao đổi ion, nhựa resin, than hoạt tính, đất sét, oxide nhôm, sợi thủy tinh xốp, sành, sứ, ...có thể làm cho các enzyme hoặc tế bào gắn vào những khe và khi sử dụng enzyme không bị mất. Cơ chất gắn cơ học vào chất nền và chất trao đổi ion – Phương pháp liên kết chéo (Cross-linking) : Dùng các chất trung gian nhƣ glutaraldehyde, bisisocyanate, bisdiazobenzidine, BSA (bovine serum albumin) để gắn enzyme vào chất nền. Hoạt tính enzyme thƣờng mạnh và ổn định hơn nếu liên kết chéo với glutaraldehyde hay với BSA. – Liên kết cộng hoá trị (Covalent coupling) : agarose, cellulose, PVC (polyvinyl chloride), chất trao đổi ion, sợi thủy tinh xốp (porous glass) là các chất nền. Phƣơng pháp này rất phức tạp, nhƣng nó làm cho hoạt tính của enzyme đƣợc khôi phục và ổn định hơn. – Phương pháp nhốt (Entrapment): Sử dụng cho cả enzyme và tế bào. Các chất nền có acid alginic (C6H8O6)n , carageenan, collagen, polyacrylamide, gelatin, silicon rubber, polyurethans. Các chất nhốt bao bên ngoài, nhƣng vẫn cho các cơ chất cần biến đổi có thể ra vào qua màng. Alginat, carageenan chiết tách từ tảo thƣờng đƣợc sử dụng. Nhốt trong mạng gel và trong chất nền Cĩ thể sử dụng các enzyme cố định nhiều lần, thậm chí trong nửa năm hoặc cả năm. Hiện nay, phƣơng pháp này đƣợc sử dụng nhiều hơn cả. Phƣơng pháp nhốt đƣợc ứng dụng cho tế bào nguyên vẹn. Khi cố định tế bào, phải tạo điều kiện để tế bào chết đƣợc thay thế bằng tế bào mới. Cĩ định tế bào nguyên vẹn cĩ nhiều ƣu điểm : – Đơn giản hơn, vì khơng phải tốn kém nhiều cho chiết tách tinh sạch enzyme, nên giá thành thấp. – Các enzyme hồn chỉnh đƣợc hình thành trong tế bào nên khơng cần bổ sung các cofactor hay coenzyme nhƣ enzyme tinh chế ngồi tế bào. 1.4 Bốn vai trò chính của enzyme trong công nghiệp thực phẩm: a) Enzyme khắc phục khiếm khuyết tự nhiên của nguyên liệu: Các sản phẩm nông sản có chất lượng về dinh dưỡng, thành phần hóa học, tính chất cảm quan phụ thuộc nhiều vào: giống, loại nông sản, điều kiện canh tác, điều kiện thu hái và vận chuyển, điều kiện bảo quản. Do vậy chất lượng sản phẩm được tạo ra từ nguyên liệu dao động rất lớn. Trong thực tế nếu chất lượng nguyên liệu quá kém người ta phải điều khiển các phản ứng xúc tác bởi enzyme để tạo nên các thành phần thiếu hụt trong nguyên liệu đưa vào sản xuất. • Trong sản xuất bia, nguyên liệu chính là malt đại mạch. Để khắc phục malt đại mạch chát lượng kém ( không có khả năng chuyển hóa hết tinh bột thành dextrin, đường lên men...) thường dùng các chế phẩm enzyme thủy phân thuộc hệ amylase như Termamyl 120L hoặc SC , hệ enzyme protease như Neutrase 0,5L. • Dứa , cà chua khi đưa vào sản xuất có độ chín khác nhau, phải qua giai đoạn ủ chín để chuyển hóa protopectin ( 1 hợp chất pectin có cấu tạo phức tạp, ngoài các chuỗi polygalacturonic còn có các thành phần khác như axit acetic, cellulose, galactose,rhamnose... --> tạo nên cấu trúc cứng của các loại quả) về dạng pectin hòa tan nhờ enzyme pectinase. Hoặc sau khi chà sẽ đưa enzyme pectinase vào để phá vỡ màng tế bào thực vật giúp tạo ra các vết nứt trên quả tạo thành rãnh thoát dịch chiết ra ngoài --> làm tăng hiệu suất chiết dịch quả. b) Enzyme nâng cao giá trị thương phẩm của nguyên liệu: Trong thực tế có rất nhiều các nguyên liệu nông sản có giá trị thương phẩm thấp. Sau khi được chuyển hóa bởi tác dụng của enzyme thì giá trị thương phẩm cao hơn rất nhiều, chúng có thể là các sản phẩm không những có giá trị dinh dưỡng cao mà còn phục vụ được cho các mục đích khác ngoài thực phẩm như y học... Ví dụ:trong công nghiệp chế biến tinh bột, mục đích của nhà máy chế biến tinh bột là chuyển hóa tinh bột từ một hợp chất có phân tử lượng cao, hệ số hấp thu kém, giá trị thương phẩm thấp thành các sản phẩm mới có hệ số hấp thu cao hơn, đa dạng hơn , giá trị thương phẩm cao, ứng dụng nhiều trong công nghiệp chế biến các sản phẩm khác. c) Enzyme là công cụ trong quá trình chuyển hóa công nghệ: trong các nhà máy chế biến thực phẩm thì enzyme được sử dụng như một công cụ của toàn bộ quá trình chuyển hóa hoặc là toàn bộ quá trình chuyển hóa trong dây chuyền chế biến. Nếu thiếu sự có mặt của nó thì quá trình chế biến không thành công. Ví dụ: trong sản xuất bia, quá trình chế biến dịch đường có mục tiêu là tìm điều kiện tối ưu chuyển nhiều nhất có thể các chất có trong nguyên liệu đi vào dịch trở thành chất chiết của dịch đường. Để đạt được mục đích này thì ngoài quá trình khuếch tán đơn giản của các thành phần mà chủ yếu là quá trình chuyển hóa các hợp chất cao phân tử không hòa tan thành các chất thấp phân tử hoà tan dưới tác dụng của nhiều hệ enzyme khác nhau. d) Enzyme tăng tính chất cảm quan của sản phẩm: Trong chế biến thực phẩm sau khi xáy ra các giai đoạn chuyển hóa chính, thông thường các sản phảm thực phẩm chưa hẳn đã đạt chất lượng cảm quan tối ưu. Vì thế chúng có các giai đoạn hoàn thiện sản phẩm , trong giai đoạn này hoặc là tạo nên những điều kiên mới cho các enzyme bản thể có lợi phát huy tác dụng có lợi hoặc bổ sung các enzyme từ ngoài vào để làm tăng chất lượng cảm quan của sản phẩm như cải thiện mùi và vị của sản phẩm. Ví dụ: làm trong rượu vang nhờ chủ yếu là pectinase , đây là chỉ tiêu chất lượng quan trọng nhất của rượu vang. Với mục đích làm trong rượu các chế phẩm enzyme sử dụng phải có khả năng chịu được nồng độ rượu rừ 10-12% và không chứa các enzyme oxi hóa làm ảnh hưởng đến màu sắc và mùi vị của sản phẩm. 2. Ứng dụng enzyme trong bảo quản và chế biến thực phẩm 2.1 Thị trường các enzyme công nghiệp chủ yếu Trừ protease papain lấy từ nhựa cây đu đủ và bromelain lấy từ quả dứa (thơm, khóm), hầu hết các enzyme khác được sản xuất công nghiệp đều có nguồn gốc vi sinh vật nhờ công nghệ lên men. Giá bán phụ thuộc vào mức độ tinh sạch và nồng độ. 2.1.1 Các enzyme biến đổi carbohydrate – Alpha-amylase (1,4 -D-glucan glucanohydrolase) là enzyme nội thuỷ giải (endo-hydrolysis) cắt phân tử bột tạo dextrin (chứa 3 hay nhiều hơn các đơn vị glucan). Tác động của nó làm giảm nhanh khối lượng phân tử của bột và độ nhớt. Các chủng sản xuất là Aspergillies niger và A. oryzae (tác động ở 40 – 70OC, pH = 6,0 – 6,5), còn Bacillus licheniformis và B. amyloliquefaciens tạo ra -amylase chịu nhiệt (90 – 105OC, pH = 6,0 – 6,5). Các - amylase chịu nhiệt được dùng tẩy hồ bột trong công nghiệp dệt. – Glucoamylase còn gọi amyloglucosidase (exo -1,4 D-glucosidase) là exo-hydrolase cắt rời từng glucose từ đầu ngắn -1,4 mạch glucan của dextrin, nhờ đó phân hủy bột đến tận cùng thành glucose. Chủng sản xuất là Aspergillies niger và Rhizopus sp. (40 – 700C, pH = 6,0 – 6,5), được chọn giống làm mất sự ức chế ngược của glucose. Các amylase được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp rượu bia, bánh mì, sản xuất glucose từ bột. Do nhu cầu ngày càng cao nên sản xuất enzyme tăng nhanh, đạt doanh số lớn nhất. – Glucose isomerase (D-xylose ketol-isomerase) đƣợc tạo ra do nhiều chủng VSV như Bacillus. coagulans, Streptomyces olivaceus, Microbaclerium arborescens,... Chọn giống đã tạo ra các chủng sản xuất enzyme liên tục, thậm chí trên môi trƣờng có chứa glucose. Các glucose isomerase cố định là thành phần chủ yếu trong sản xuất chất ngọt từ bột, tạo ra sirop gluco-fructose ngọt hơn đƣờng thƣờng saccharose. – Pullulanase là enzyme phân giải bột nhận từ Klebsiella aerogenes. 2.1.2. Các protease – Rennin (cịn gọi chymosin) là enzyme từ dạ dày bê non (chƣa cai sữa), dùng đơng tụ sữa trong sản xuất phơmai (tiếng Pháp là fromage và tiếng Anh là cheese). Rennin là một aspartic proteinase (cắt ở aspartic acid) đƣợc tổng hợp ở dạng preprorennin. Dịch chiết thơ từ dạ dày bê gọi là rennet cĩ chứa 2 – 3% rennin. Rennin cĩ 2 ƣu điểm đặc biệt là đơng tụ sữa nhanh và casein bị nĩ phân hủy tạo nên phơmai cĩ hương vị thơm ngon. Do vậy, trong thời gian dài khĩ tìm protease khác thay thế. Sau này, đã tìm ra các chủng mốc Mucor miehei và Mucor pusillus sản sinh protease cĩ hoạt tính tƣơng tự rennin. Cơng nghiệp sản xuất phơmai phát triển mạnh với doanh số gần 30 tỉ USD, nên rennin cĩ sản lƣợng lớn thứ hai sau các amylase. – Protease acid từ chủng Aspergillus sp. Dùng thay thế rennin. – Protease kiềm (alkaline) từ các chủng Aspergillus oryzae và Bacillus sp., dùng trong bột giặt (chất tẩy rửa). Sản lƣợng enzyme này tăng nhanh. – Protease trung tính (neutral) từ các chủng Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus thermoproteoliticus dùng dịch hố các chất phụ gia cho bia. – Papain, bromelain và ficin là các protease thực vật đƣợc sử dụng làm mềm thịt, làm trong rƣợu bia và dịch nƣớc trái cây. 2.1.3. Các enzyme khác – Pectinase : Phần lớn các chế phẩm pectinase nhận từ các loài Aspergillus và Penicillinum. Chúng làm tăng hiệu suất chiết tách và làm trong dịch nƣớc trái cây trong công nghiệp nƣớc ép quả. – Cellulase dùng trong chất tẩy rửa, sản xuất thức uống có cồn và glucose. – Lipase dùng trong chất tẩy rửa, chế biến phômai và các chế phẩm tạo hƣơng. – Catalase và glucose oxidase dùng chống oxi hoá thực phẩm. – Các enzyme trong nghiên cứu đƣợc sản xuất với số lƣợng rất ít nhƣ DNA polymerase, restriction endonuclease, ligase... 2.2 Một số ứng dụng cụ thể của enzyme trong chế biến thực phẩm Enzyme: là chất xúc tác sinh học, xúc tác cho tất cả các phản ứng hoá sinh trong toàn bộ quá trình trao đổi chất. Khác với chất xúc tác vô cơ là enzyme mang bản chất protein nên không chịu đƣợc nhiệt độ cao. 2.2.1 Enzyme tác động trên tinh bột: amylase (gồm - amylase còn gọi là enzyme dextrin hoá hay hồ hoá, - amylase hay enzyme đƣờng hoá, glucoamylase). - Tinh bột gồm hai thành phần: amylose và amylosepectin, là polymer của phân tử đường C6H12O6. - Amylose là polymer của phân tử đường theo mạch thẳng. - Amylosepectin là polymer của phân tử đường theo mạch nhánh. Căn cứ vào tỉ lệ của hai thành phần này sẽ quyết định độ dẽo của tinh bột. - Tác động của amylase: - - amylase cắt mạch một cách ngẫu nhiên không theo quy luật, cho ra các phân tử dextrin. - - amylase cắt mạch theo quy luật - Đối với mạch thẳng amylose, nó cắt từng đôi một từ đầu tận cùng cho ra chủ yếu là maltose và một ít là glucose. - Đối với mạch nhánh amylopectin, nó cắt từng đôi một từ đầu tận cùng của mạch nhánh đến chổ rẻ nhánh, sản phẩm chủ yếu là maltose. - Protease: enzyme phân giải các hợp chất hữu cơ chứa Nitơ. Protease chia làm hai nhóm: - Proteinase tác động lên polymer ban đầu của protein để được dạng trung phân tử. - Peptidase: tác động lên các protein trung phân tử để cho ra sản phẩm cuối cùng là acid amin. 1 2 3 4 5 6 t (giờ) Lọc 0C 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 30’ 30’ Nồi thế liệu- hồ hóa Nước+ Thế liệu + Malt lót Nước+Malt Đạm hóa Đường hóa Dịch hóa Nồi đường hóa – Ngâm - Malt Sử dụng enzyme trong giai đoạn đƣờng hoá của quy trình sản xuất bia 2.2.2. Enzyme trong chế biến nước ép trái cây • Pectinase được dùng trong chế biến nước ép trái cây từ năm 1930. Trải qua nhiều năm, enzyme nầy được dùng trong chế biến hầu hết các loại trái cây. • Mục đích việc sử dụng enzym nầy vào chế biến nước ép trái cây là: – cải thiện sản lượng nước ép. – làm hoá lỏng toàn bộ trái cây, làm tối đa hoá việc sử dụng nguyên liệu. – cải tiến màu và hương vị. – làm trong nước ép. – phân cắt nhỏ những carbohydrat không hoà tan như pectin, hemicellulose và tinh bột. * Nước ép và nước cô đặc táo và lê Trong chế biến nước táo và lê, enzyme được sử dụng ở các bước: • Xử lý khối quả nghiền: Việc xử lý enzym trong giai đoạn nầy nhằm mục đích tăng lượng nước ép và tăng khả năng chiết rút các thành phần quan trọng của trái cây như hương vị và màu sắc cũng được cải thiện tốt hơn. Bã nghiền tạo thành sẽ khô ráo hơn, giảm được tác động của áp suất ép và năng lượng cơ học. • Xử lý nước ép: Nếu dùng áp suất ép, một phần hương liệu cũng bị mất đi. Quá trình ép nầy lại phải trải qua một giai đoạn ngắn xử lý bằng nhiệt (980 C trong 30 giây.Việc sử dụng pectinase làm giảm khối nhầy và giúp cho dịch ép trong hơn, đồng thời cũng làm giảm được những chất trợ lọc phải thêm vào, sự lọc sẽ dễ dàng hơn và sản phẩm sẽ ổn định hơn. Khi trái cây chưa hoàn toàn chín được dùng để làm nước ép, nó vẫn còn chứa một lượng tinh bột. Lượng tinh bột nầy sẽ bị gelatin hoá trong quá trình chế biến nước ép và gây ra nhiều vấn đề. Để tránh hiện tượng nầy, amyloglucosidase cần được thêm vào. • Ổn định nước ép: Ngăn chặn những nguy cơ do tác nhân hoá lý là vấn đề chủ yếu trong sản xuất nước trái cây ép. Enzym laccase làm giảm hàm lượng các hợp chất phenolic của nước ép trái cây do sự oxy hoá tạo thành và làm cho màu sắc đẹp hơn. * Nước ép Citrus • Quá trình chế biến nước ép citrus là một quá trình cơ học. Trái cây được lựa chọn ,nghiền, xay, ép bằng máy móc. Chất lượng của thiết bị quyết định đến sản lượng và chất lượng của nước ép. Rất nhiều sản phẩm được chế tạo ra từ trái cây họ Citrus như nước ép, nước quả cô đặc, tinh dầu, hương liệu, pectin, sắc tố thiên nhiên • Công nghệ enzym đã can thiệp vào nhằm hạ giá thành trong quá trình chế biến, nâng cao lượng nước ép, cải tiến tốc độ lọc Người ta dùng hỗn hợp enzyme pectinase và cellulase để ủ vào trái cây từ 20-50 phút ở 400C (tùy loại cam hay bưởi).Dung dịch enzym dùng để ngâm trái cây cần bóc vỏ : 2g pectinase+1g cellulase/kg + citrat sodium 0,02mol/L ở 400C, pH=4-5. Nồng độ quá cao sẽ ảnh hưởng không tốt cho trái cây. * Nước ép carrot Vách tế bào carrot chứa hơn 80% polysaccharid gồm pectin, dạng methyl hoá và acetyl hoá của cellulose. Hỗn hợp enzym pectinase và một endoglucanase, sẽ làm hoá lỏng 90% và depolymer hoá 70% polysaccharid của vách tế bào. * Chuối • Trong hầu hết các nước trồng chuối, một lượng lớn bị mất đi hằng năm vì các phương tiện vận chuyển, dự trữ kém cũng như một lượng lớn dư thừa bị loại bỏ. Do vậy lượng dư thừa nầy cần được tận dụng để làm nước trái cây ép hay nước chuối cô đặc. Chuối có hàm lượng đường cao, hương vị ngon nên là một loại thực phẩm có giá trị cao. Nhưng bên cạnh đó, độ nhày cao, sự nâu hoá và một số khó khăn khác cũng xảy ra trong quá trình chế biến. Một phương pháp hiệu quả là người ta dùng một hỗn hợp các enzym gồm pectinase, hemicellulase và cellulase. Chuối chín cũng chứa tinh bột, ảnh hưởng đến khối nhầy và độ trong của dịch ép. Những enzym trên làm giảm độ nhầy cũng như giúp cho việc lọc nước ép được dễ dàng. • Ở purée chuối,điều quan trọng là gelatin hoá và phân hủy hoàn toàn tinh bột. Để thực hiện việc nầy cần sử dụng enzyme fungal -amylase và amyloglucosidase. TRÁI CÂY Giai đoạn xử lý Enzyme Apple – Pear Khối quả nghiền pectinase Nƣớc ép pectinase amyloglucosidase Ổn định nƣớc ép laccase Citrus Bóc vỏ pectinase + cellulase Carrot Xử lý vách tế bào pectinase + endoglucanase Chuối Giảm độ nhày pectinase +hemicellulase +cellulase Phân hủy tinh bột fugal - amylase MỘT SỐ ENZYME DÙNG TRONG CHẾ BIẾN NƯỚC TRÁI CÂY ÉP 2.2.3 Lên men cà phê Nhờ hoạt động của các enzyme, hạt cà phê có những thay đổi rất sâu sắc về tính chất vật lý và tính chất hoá học. Các enzyme này không chỉ có trong hạt cà phê mà còn do các vi sinh vật tự nhiên có trên bề mặt hạt cà phê. Thời gian lên men dài ngắn phụ thuộc vào nhiệt độ, độ chín của hạt cà phê, pH. Thực tế cho thấy: Lên men hiếu khí nhanh và tốt hơn lên men hiếm khí. Trong quá trình lên men, nếu thêm Ca++ sẽ làm tăng hoạt tính enzyme. Hiện nay có 1 số enzyme công nghiệp đƣợc dùng để lên men cà phê nhƣ: benefax, pectozyme, cofepec. Các chế phẩm này đều chứa các enzyme pectinase, hemicellulosase và cellulase. 3. Ứng dụng enzyme trong kiểm tra chất lƣợng thực phẩm 3.1 Kiểm tra hoạt tính các enzyme thƣờng sử dụng trong thực phẩm: -Các enzyme trong dịch tiêu hoá: pepsin, trypsin, amylase. - Enzyme làm mềm thịt: papain - Các enzym có ý nghĩa trong chế biến, bảo quản thức ăn:peroxidase, catalase Nguyên lý: • Pepsin: Casein hoà tan trong một dung dịch sẽ bị kết tủa bởi natri acetat. Nhưng nếu dùng pepsin để phân giải casein thì casein sẽ không bị kết tủa bởi acetat nữa. • Trypsin:Trong dung dịch loãng, nếu casein chưa tiêu hoá bởi trypsin sẽ bị kết tủa bởi acid acetic 10/00. • Amylase: Dưới tác động của enzyme amylase, tinh bột bị thủy phân và cho ra các loại đường khử. • Papain: Chuẩn độ acid amin hình thành từ gelatin, sau khi bị tác dụng của papain, bằng KOH với thymo phtalein làm chỉ thị màu. • Peroxidase và catalase: Rất có ý nghĩa trong quá trình sản xuất, chế biến, bảo tồn lương thực, thực phẩm và các nguyên liệu sinh hoá học khác. Nhiệm vụ của 2 enzyme này là phá hủy (bằng phản ứng oxy hoá) H2O2 có thể hình thành trong các quá trình trên. 3.2 Một vài ví dụ về sử dụng enzyme trong kiểm tra chất lượng thực phẩm • Xác định sữa tươi bị đun sôi trước khi bán: Trong sữa tươi có enzyme photphatase, peroxidase, aldehydooxidase, khi đun nóng một thời gian nhất định và ở một nhiệt độ nhất định nào đó, các loại enzyme trên sẽ bị phá hủy. Photphatase bị phá hủy ở nhiệt độ trên 600C, peroxidase bị phá hủy ở nhiệt độ trên 800C • Kiểm tra enzyme trong malt tươi (ngũ cốc lên mầm) để đưa vào chế biến bia:tính chỉ số WK (Windich- Kolbach) của malt (0WK: đơn vị hoạt động chung của hai enzyme protease và amylase trong malt). Thông thường 0WK= 350 – 450.