Ứng dụng enzyme protease trong sản xuất bánh mì

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CNSH & CNTP Bộ môn Công nghệ Enzyme Đề tài Ứng dụng enzyme protease trong sản xuất bánh mì Mục lục Mục lục 1 Giới thiệu về enzyme Protease 3 1 1 Định nghĩa 3 1 2 P[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CNSH & CNTP Bộ môn: Công nghệ Enzyme Đề tài: Ứng dụng enzyme protease sản xuất bánh mì Mục lục Mục lục 1.Giới thiệu enzyme Protease 1.1 Định nghĩa 1.2 Phân loại 1.3 Nguồn thu nhận enzyme 1.3.1 Nguồn động vật 1.3.2 Nguồn thực vật 1.3.3 Nguồn Vi sinh vật .5 Ứng dụng Protease .7 2.1 Tổng quan bánh mì .7 2.1.1 Nguyên liệu 2.1.2 Nguyên liệu khác 10 2.1.3 Quy trình sản xuất bánh mì .10 2.2 Ứng dụng protease sản xuất bánh mì 12 Danh mục tài liệu tham khảo 14 Ứng Dụng Enzyme Protease công nghệ sản xuất bánh mì 1.Giới thiệu enzyme Protease 1.1 Định nghĩa Protease (còn gọi proteinase hay peptidase) (EC.3.4.-.-) nhóm enzym thủy phân có khả cắt mối liên kết peptide (-CO~NH-) phân tử polypeptide, protein số chất khác tương tự thành amino acid tự peptide phân tử thấp 1.2 Phân loại Protease phân chia thành loại : endopeptidase exopeptidase Dựa vào vị trí tác động mạch polipeptide, exopeptidase phân chia thành loại :  Aminopeptidase: xúc tác thủy phân liên kết peptide đầu N tự chuỗi polypeptide để giải phóng acid amin, dipeptide tripeptide  Carboxypeptide: xúc tác thủy phân liên kết peptide đầu C chuỗi polypeptide giải phóng acid amin dipeptide Dựa vào động học chế xúc tác ,endopeptidase chia thành nhóm Enzyme protease:  Serin proteinase: protein chứa nhóm –OH gốc serine trung tâm hoạt động có vai trị đặc biệt quan trọng hoạt động xúc tác enzyme Nhóm bao gồm hai nhóm nhỏ: chymotrypsin subtilisin Nhóm chymotrypsin bao gồm enzyme động vật như: chymotrypsin, trypsin, elastase Nhóm subtilisin bao gồm hai loại enzyme vi khuẩn subtilisin Carsberg, subtilisin BPN Các serine proteinase thường hoạt động mạnh vùng kiềm tính thể tính đặc hiệu chất tương đối rộng  Cysteine proteinase: Các proteinase chứa nhóm –SH trung tâm hoạt động Cystein proteinase bao gồm proteinase thực vật papayin, bromelin, vài protein động vật protein kí sinh trùng Các cystein proteinase thường hoạt động vùng pH trung tính, có tính đặc hiệu chất rộng  Aspatic proteinase: Hầu hết aspartic proteinase thuộc nhóm pepsin Nhóm pepsin bao gồm enzyme tiêu hóa như: pepsin, chymosin, cathepsin, renin Các aspartic proteinase có chứa nhóm carboxyl trung tâm hoạt động thường hoạt động mạnh pH trung tính  Metallo proteinase: Metallo proteinase nhóm proteinase tìm thấy vi khuẩn, nấm mốc vi sinh vật bậc cao Các metallo proteinase thường hoạt động vùng pH trung tính hoạt độ giảm mạnh tác dụng EDTA Ngoài ra, protease phân loại cách đơn giản thành nhóm: - Protease acid: pH 2-4 - Protease trung tính: pH 7-8 - Protease kiềm: pH 9-11 1.3 Nguồn thu nhận enzyme Enzyme protease protein sinh vật tổng hợp tế bào chất tham gia xúc tác cho phản ứng sinh học Chính thế, vi sinh vật xem nguồn thu nhận để sản xuất enzyme Nhưng chủ yếu nguồn chính: động vật, thực vật, vi sinh vật 1.3.1 Nguồn động vật Tụy tạng: nguồn enzyme sớm nhất, lâu dài có nhiều enzyme Dạ dày bê: ngăn thứ tư dày bê có tồn enzyme thuộc nhóm Protease tên renin Enzyme từ lâu dùng phổ biến công nghệ phomat Renin làm biến đổi casein thành paracazein có khả kết tủa enzyme protease mơi trường sữa có đủ nồng độ Ca2+ Đây q trình đơng tụ sữa điển hình, nghiên cứu ứng dụng đầy đủ Trong thực tế nhiều chế phẩn renin bị nhiễm pepxin ( trường hợp thu chế phẩm renin bê q dày bê phát triển đầy đủ có khả tiết pepxin) khả đơng tụ sữa 1.3.2 Nguồn thực vật Có loại protease thực vật Bromelain, Papain Ficin Papain thu từ nhựa củ lá, thân, đu đủ ( Carica papaya) Bromelain thu từ chồi dứa, vỏ dứa ( pineapple pant) Các enzyme sử dụng để chống lại tượng tủa trắng bia làm lạnh ( chilling proofing) kết tủa protein Những ứng dụng khác proease thực vật công nghệ làm mềm thịt mục tiêu tiêu hóa Ficin thu từ nhựa cọ ( Ficus carica) Enzyme sử dụng thủy phân protein tự nhiên 1.3.3 Nguồn Vi sinh vật Vi sinh vật nguồn thu nhận enzyme khổng lồ, enzyme protease phân bố chủ yếu vi khuẩn, nấm mốc xạ khuẩn,…gồm loài thuộc Aspergillus, Bacillus, Penicillium, Clotridium, Streptomyces số loại nấm men 1.3.3.1 Vi khuẩn Lượng protease sản xuất từ vi khuẩn ước tính vào khoảng 500 tấn, chiếm 59% sản lượng enzyme sử dụng Protease động vật thực vật chứa hai loại endopeptidase exopeptidase, riêng vi khuẩn có khả sinh hai loại trên, protease vi khuẩn có tính đặc hiệu chất cao Chúng có khả phân hủy tới 80% liên kêt peptide phân tử protein Trong chủng vi khuẩn có khả tổng hợp mạnh protease Bacillus subtilis, B.mesentericus, B.thermorpoteoliticus số chi Clotridium Trong đó, B,subtilis có khả tổng hợp protease mạnh Các vi khuẩn thường tổng hợp ác protease hoạt động thích hợp vùng pH trung tính kiềm yếu Các protease trung tính vi khuẩn hoạt động khoảng pH hẹp ( pH = - 8) có khả chịu nhiệt thấp Các protease trung tính tạo dịch thủy phân protein thực phẩm đắng so với protease động vật tăng giá trị dinh dưỡng Các protease trung tính có khả lực cao với amino acid ưa béo thơm Chúng sinh nhiều B.subtilis, B.mesentericus, B.thermorpoteoliticus số giống thuộc chi Clotridium.Bacillus 1.3.3.2 Nấm Nhiều loại nấm mốc có khả tổng hợp lượng lớn protease ứng dụng công nghiệp thực phẩm chủng: Aspergillus, A.terricola, A.saitoi,… Các nấm mốc có khả ba loại protease: acid, kiềm trung tính Nấm mốc đen tổng hợp chủ yếu protease acid, có khả thủy phân protein pH 2.5-3 Một số nấm mốc A.candidatus, P.camerberti, P.roqueforti…cũng có khả tổng hợp protease có khả đơng tụ sữa sử dụng sản xuất phomat 1.3.3.3 Xạ khuẩn Về phương diện tổng hợp protease, xạ khuẩn nghiên cứu vi khuẩn nấm mốc Tuy nhiên, người ta tìm số chủng có khả tổng hợp protease cao như: Streptomyces grieus, S.fradiae, S.Terimosus,… Các chế phẩm protease từ xạ khuẩn biết nhiều pronase (Nhật) chiết tách từ S.grieus, enzyme có tính đặc hiệu rộng, có khả thủy phân tới 90% liên kết peptide nhiều protein thành amina acid Ở Liên Xô (cũ) người ta tách chế phẩm tương tự từ S,grieus có tên protelin Từ S.fradiae tách chiết keratinase thủy phân keratin Ở Mỹ, chế phẩm sản xuất có tên M-zim dùng sản xuất da Protease từ S.fradiae có hoạt tính elastase cao, chúng dùng nghiệp chế biến thịt Hầu hết protease phân cắt protein liên kết đặc hiệu, sử dụng enzyme theo chiều phản ứng tổng hợp để tổng hợp liên kết peptide đinh trước Yếu tố tăng cường trình tổng hợp bao gồm pH, nhóm carboxyl nhóm amine lựa chọn để bảo vệ, khả kết tủa sản phẩm, phản ứng hệ hai pha lỏng Có thể nói vi sinh vật nguồn nguyên liệu thích hợp để sản xuất enzyme quy mô lớn dùng công nghệ đời sống Dùng nguồn vi sinh vật có lợi ích sau:  Chủ động nguyên liệu nuôi cấy giống vi sinh vật  Chu kỳ sinh trưởng vi sinh vật ngắn: 16 – 100 nên thu hoạch nhiều lần quanh năm  Có thể điều khiển sinh tơng hợp enzyme dễ dàng theo hướng có lợi  Giá thành tương đối thấp mơi trường tương đối rẻ, đơn giản, dễ tổ chức sản xuất Tuy nhiên, trường hợp cần lưu ý khả sinh độc tố ( gây độc, gây bệnh) để có biện pháp phòng ngừa, xử lý Để sản xuất chế phẩm enzyme , người ta phân lập giống vi sinh vật có tự nhiên giống đột biến có lựa chọn theo hướng có lợi nhất, tổng hợp ưu loại enzyme định cần thiết Ứng dụng Protease 2.1 Tổng quan bánh mì 2.1.1 Nguyên liệu Bột mì nguyên liệu để sản xuất bánh, sản xuất từ hạt lúa mì Bột mì có loại:  Bột mì đen: sản xuất từ hạt lúa mì đen  Bột mì trắng: sản xuất từ hạt lúa mì trắng Nguồn nguyên liệu nước ta chủ yếu nhập từ nước ngồi nhập bột mì trắng Thành phần bột mì chiếm chủ yếu protein gluxit ( hàm lượng chiếm khoảng 90% khối lượng Gluxit: chiếm tới 70-80% chất khơ Trong gồm tinh bột (80%), đường (0,6- 1.8% ), Dextrin (1-5%), Xenlulose (0,1 -2,3%), hemixenlulose (2- 8%), penzota ( 1,2- 3,5%) Gluxit ảnh hưởng đến chất lượng bánh mì đường cần thiết cho trình lên men giai đoạn đầu mà thân amylase nấm men chưa kịp thủy phân tinh bột thành đường maitose Tinh bột nướng bánh bị hồ hóa phần hút nước, lượng nước protein bị biến tính nhiệt độ cao sinh ra, ruột bánh khơ đàn hồi Dextrin sản phẩm tạo q trình thủy phân tinh bột Dextrin Pentozan có ảnh hưởng xấu tới chất lượng bánh dextrin khơng hút nước nhiều dextrin ruột bánh ướt đàn hồi cịn pentozan dễ keo hóa làm tăng độ nhớt độ dính bột nhào Xenlulose hemixenlulose thể khơng tiêu hóa nên hàm lượng tốt Hàm lượng chất bột mì hảo hạng bột mì loại I loại II loại thô Protid: chiếm khoảng 8- 25% Cấu trúc protid có ảnh hưởng đến tới chất lượng gluten, chất lượng gluten lại ảnh hưởng đến chất lượng bánh Nếu tỷ lệ mối liên kết disulfua trội nghĩa protid cấu trúc bậc ba bậc bốn nhiều nên gluten chặt hơn, sức căng lớn chất lượng bánh tốt Protid bột mì chủ yếu dạng đơn giản: protein Protein bột mì có bốn loại: albumin, globulin, gliandin, glutenin Nhưng hai nhóm sau chủ yếu, chiếm 70-80% Chính hai nhóm nhào với nước tạo thành mạng phân bố khối bột Mạng vừa dai vừa đàn hồi, có tác dụng giữ khí bột nhào nở gọi gluten Hàm lượng gluten ướt bột mì dao động từ 15- 35% tùy thuộc hàm lượng protein bột Chất lượng gluten đánh giá số vật lý màu sắc, độ đàn hồi, độ dai, độ dãn Bột gluten có chất lượng cao đàn hồi tốt, độ dai cao, độ dãn trung bình, bánh nở ngon Nếu gluten yếu độ dãn lớn, độ dai thấp, đàn hồi, bột nhào bị dính khiến bánh bao nở bị bè Trong q trình chế biến vận dụng yếu tố sau: nhiệt độ, nồng độ muối ăn cường độ nhào để cải thiện tính chất vật lý gluten Giảm nhiệt độ nhào gluten chặt hơn, tăng nhiệt độ nhào bánh nở nhanh khả giữ khí kém, bánh nở Muối ăn có tác dụng làm cho gluten chặt lại tăng khả hút nước lên, cường độ thủy phân protid giảm Ngồi bổ sung thêm chất oxi hóa vitamin C, kali promat, peoxit, để làm tăng chất lượng gluten Lipid: chiếm khoảng 2- 3% Trong 3/4 chất béo trung tính, gọi phosphatid, sterin, sắc tố sinh tố tan chất béo Trong bảo quản, chất béo dễ bị phân hủy giải phóng axit tự do, ảnh hưởng tới axits vị bột, đồng thời ảnh hưởng tới gluten Vitamin: bột mì chưa nhiều vitamin PP, B1, B6 Tùy theo hạng bột mà hàm lượng vitamin khác Hạng bột cao hàm lượng vitamin giảm, ngược lại Hệ enzyme bánh mì có amylase, prorease, polypeptidase, Tuy nhiên sản xuất cần đặc biệt ý đến enzyme amylase protease Trong sản xuất bánh mì , người ta sử dụng enzyme nhằm giải số vấn đề như: làm tăng nhanh thể tích bánh, làm màu sắc bánh đẹp hơn, làm tăng mùi thơm cho bánh Protease phân giải protein cấu trúc bậc ba gluten bị vụn nát làm giảm chất lượng bột nhào Protease có hoạt động mạnh 45-47 0C pH từ 4,5- 5,6 Khi bổ sung thêm chất khử hoạt độ protease tăng bổ sung chất oxi hóa muối bị kìm hãm Amylase: sản xuất bánh mì , người ta sử dụng loại Enzyme αamylase β- amylase , loại enzyme tham gia thủy phân tinh bột để tạo thành đường Nhờ nâm men Saccharomyces cerevisiae dễ dàng chuyển hóa chúng thành cồn , CO2 , làm tăng thể tích bánh tạo màu sắc, hương vị tốt cho bánh 2.1.2 Nguyên liệu khác Ngồi bột mì ngun liệu để sản xuất bánh mì đạt chất lượng cần có nguyên liệu khác bổ sung sau:  Nấm men sử dụng sản xuất bánh mì Sacharomyces cerevisiae Đây loại sinh vật hiếu khí tùy tiện, có khả sử dụng đường glucose, galactose, maltose, nhu nguồn cacbon, sử dụng axit amin muối amon nguồn nitơ Nấm men chuyển đường bột thành cồn CO2 theo phương trình sau: C6H12O6 -> 2CO2 + C2H5OH + Q Chính CO2 sinh có tác dụng làm nở bánh mì CO tạo thành giữ lại mạng gluten bột mì, làm tăng thể tích bánh  Nước: nước dùng để sản xuất bánh mì phải đảm bảo theo tiêu chuẩn Độ cứng nước ảnh hưởng lớn đến chất lượng bánh, muối nước cứng làm cho gluten chặt lại làm cho vị bánh không ngon Độ cứng nước u cầu khơng q 7mg đương lượng/lít  Muối: lượng muối cung cấp cho bánh mì 1- 1,5% Muối ăn kìm hãm hoạt động nấm men nhiều nên lên men cần hòa tan lượng men riêng, muối riêng  Đường, chế phẩm enzyme, axit thực vật nguyên liệu phụ mà thỳ thuộc vào điều kiện yêu cầu khu vực mà thêm phụ gia khác nhằm làm tăng chất lượng sản phẩm 2.1.3 Quy trình sản xuất bánh mì Cơng đoạn sản xuất bánh mì thực sau: Các cơng đoạn quy trình sản xuất bánh ảnh hưởng đến chất lượng bánh chất lượng nguyên liệu, giai đoạn nhào bột, chế độ lên men chế độ nướng bánh ảnh hưởng định 2.2 Ứng dụng protease sản xuất bánh mì Bánh mì loại thực phẩm chứa chất dinh dưỡng quan trọng cần thiết đới với người mà đặc biệt nước phương tây Về nguyên tắc, hoạt độ enzyme nội bào lúa mì thấp khơng có nảy mầm Do vậy, hoạt động không ý đến công nghệ chế biến bột Ngược lại người ta quan tâm tới protease ngoại bào có nguồn gốc ví inh vật thực vật Sử dụng enzyme protease (Neutrase) phân giải protein bột mì cho phép thay đỏi tính đàn hồi gluten, dó làm mềm dẻo mạng lưới gluten, thủy phân kéo dài thay đổi Nhờ biến đổi pH thời gian sản xuất bánh protease trung tính hay kiềm hoạt động mạnh vào thời điểm nhào bột protease axit vào thời điểm lên men Gluten giúp giữ khí cho khối bột tạo đặc trưng trình nướng bánh Hàm lượng chất lượng protein bột mì có ảnh hưởng đến chất lượng bột mỳ Nếu chất lượng bột không phù ngăn cản q trình nở bánh, bánh khơng đạt thể tích mong muốn Sử dụng loại protein đặc hiệu (đặc biệt protein từ vi nấm) làm biến đổi cấu trúc gluten giúp bánh nở tốt có cấu trúc đẹp Bổ sung đồng thời amylase protease tạo thuận lợi cho enzyme protease hoạt động, tâm hoạt động trở nên dễ tiếp xúc với enzyme sau thủy phân tinh bột Nói chung với mức độ thủy phân thấp (