Ứng dụng của enzyme protease trong công nghệ sản xuất phomat

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  TIỂU LUẬN MÔN HỌC ĐỀ TÀI ỨNG DỤNG CỦA ENZYME PROTEASE TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHOMAT I Tổng quan về Phomat 1 1 Giới[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM - - TIỂU LUẬN MÔN HỌC ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG CỦA ENZYME PROTEASE TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHOMAT I Tổng quan Phomat 1.1 Giới thiệu Phomat sản phẩm có nguồn gốc từ sữa sản xuất cách lên men đơng tụ casein sữa bị, dê, cừu số động vật khác Phomat sản phẩm truyền thống có mặt từ lâu đời Là loại thực phẩm giàu dinh dưỡng có hàm lượng protein chất béo cao Sản xuất phomat đời phương pháp giúp bảo quản sữa, giữ thành phần chất dinh dưỡng có sữa mà phomat cịn mang lại hương vị đặc trưng riêng Phomat sản phẩm có vị trí đặc biệt chế độ ăn uống người đại Do thay đổi thành phần sử dụng cơng nghệ sản xuất, có số lượng lớn loại phô mai khác hương vị, mùi tính quán Sản xuất phomat ngành công nghiệp thực phẩm cổ xưa Từ thời đại đồ đá lãnh thổ Ba Lan đại thu chứng thiên niên kỷ thứ trước Công nguyên, người ta chế biến sữa, làm phô mai Việc sản xuất phô mai giúp giải số nhiệm vụ: • Bảo quản thành phần sữa (protein, chất béo, vitamin) thời gian dài • Chuyển sữa thành dạng rắn, đảm bảo giao thông thuận tiện (phù hợp với người dân du mục) • Tạo sản phẩm sữa có hàm lượng đường sữa thấp • Ngồi ra, chế biến sữa cho phép tạo sản phẩm đáp ứng sở thích hương vị hầu hết người tiêu dùng 1.2 Phân loại Có nhiều cách để phân loại phomat - Dựa vào hàm ẩm Loại sản phẩm Phomat cứng Giá trị MFFB, % < 41 Phomat cứng 49 – 56 Phomat bán cứng 54 – 63 Phomat bán mềm 61 – 69 Phomat mềm > 67 - Dựa vào hàm lượng chất béo Loại sản phẩm Phomat có hàm lượng chất béo cao Giá trị FBD, % > 60 Phomat có hàm lượng chất béo cao 45 - 60 Phomat có hàm lượng chất béo trung bình 25 - 45 Phomat có hàm lượng chất béo thấp 10 - 25 Phomat gầy < 10 - Dựa vào phương thức sản xuất • • • • • • • Phomat tươi đông tụ acid Phomat tươi đông tụ rennet Phomat đông tụ acid nhiệt độ cao Phomat mềm ủ chín Phomat bán cứng có qua giai đoạn rửa Phomat cứng, nhiệt độ thấp Phomat cứng, nhiệt độ cao 1.3 Nguyên liệu: Sữa • Sữa thu nhận từ động vật khỏe mạnh, khơng chứa kháng sinh Bacteriophage • Không bị nhiễm bẩn chất tẩy rửa, chất sát trùng từ dụng cụ chứa đường ống vận chuyển • Hàm lượng Casein sữa cao hiệu suất thu hồi phomat cao Hệ VSV • Vi khuẩn Lactic: Streptococcus thermophiles, Lactobacillus helveticus, Leuconostoc lactic, Lactobacillus debrueckir, đóng vai trị tạo acid lactic q trình lên men, góp phần gây đông tụ sữa tạo độ chua cho khối đơng, làm chín phomat • Nấm mốc: Penicillium candium, P.Glaucum, P.Cammenberi,… đóng vai trị sản xuất proteolytic, lipolytic cho q trình chín tới tạo hương vị đặc trưng, trung hịa pH thích hợp cho hoạt động Enzyme • Vi khuẩn Propionic: Propionic bacteria, Bifido bacteria, tạo hương vị, tạo mùi thơm, sinh CO2 , tạo lỗ, độ xốp cho phomat Phụ gia nguyên liệu khác • CaCl2 : tăng khả đơng vón tách protein nhũ Ngồi cịn để hiệu chỉnh thời gian đông tụ, cấu trúc độ cứng khối đông • CO2 : làm giảm nhẹ pH sữa, sục CO2 vào sữa giúp rút ngắn thời gian đông tụ casein giảm lượng enzyme • NaNO3 KNO3 : sử dụng tác nhân ức chế hệ vi sinh vật nhiễm sữa • Chất màu: màu sắc phomat hợp chất carotenoides hòa tan chất béo tạo nên • Nguyên liệu phụ khác: sacharose, mật ong, nước ép trái cây, để đa dạng hóa loại phomat II Quy trình sản xuất phomat Sữa Xử lý nhiệt Vi khuẩn Lactic Chuẩn hóa Nhân giống Đồng hóa Cấy giống Thanh trùng Lên men Rennet Đơng tụ Tách Whey Đổ khn Ướp muối Ủ chín Bao gói Bảo quản Thành phẩm Enzyme q trình đơng tụ sữa: - Enzyme Rennet với thành phần chủ chốt chymosin, protease có khả phân hủy hạn chế κ-casein sữa Rennet có khả đơng tụ sữa mạnh sử dụng phổ biến quy trình sản xuất phomat - Trong trình đông tụ casein sữa cần làm giảm pH sữa ( 6.6 – 6.7 ) xuống đến pH đẳng điện casein ( pI = 5.1 – 5.3 ) cần lên men acid lactic trước đông tụ Rennet Thực tế, pH casein sữa đông tụ tốt pH = 4.5 - 4.7 - Lên men: cấy vi khuẩn lactic vào mơi trường sữa Q trình lên men tiến hành nhiệt độ 30 - 40oC, chuyển đường lactose sữa thành acid lactic Gây đơng tụ ¾ vi khuẩn lactic nằm cục sữa đơng ¼ số vi khuẩn cịn lại nằm huyết bên cục sữa đơng - Đơng tụ sữa: Hịa tan lượng chế phẩm Rennet với nước theo tỉ lệ 1/10 cho vào bồn đơng tụ • Nhiệt độ trì: 35 – 40 oC • Thời gian: 30 phút • pH: 4.5 – 4.55 Cơ chế đông tụ sữa: - Casein chiếm khoảng 80% protein sữa bao gồm bốn loại protein chính: alpha S1, alpha S2, beta (β) kappa theo tỷ lệ 40: 10: 35: 12 Trong sữa, 95% casein thể dạng hạt keo lớn micelle kết tủa q trình đơng tụ-casein Trên bề mặt Micelle chứa nhiều k-casein • Rennet cắt đứt k-casein • Tiến trình biến đổi vật lý từ đông tụ casein ổn định phần kị nước phần không kị nước cấu trúc keo casein tạo thành gel • Sự phát triển hệ thống gel (casein tạo cầu nối liên kết ion Canxi) tạo khối đông vững III Tác nhân gây đông tụ sữa 3.1 Enzyme Rennet có nguồn gốc từ động vật - Tất enzyme đơng tụ có nguồn gốc từ động vật, sử dụng rộng rãi sản xuất phô mai, Protease axit, cho thấy hoạt động tối đa môi trường axit Chúng đặc trưng hàm lượng cao axit amin dicarboxylic hàm lượng axit amin thấp Chúng gọi Protease aspartic, có hai dư lượng Aspartate trung tâm hoạt động chúng Protease axit có 325-360 axit amin, khối lượng phân tử chúng nằm khoảng 33.000-38.000 Da Trong sản xuất phomat, enzyme Rennet biết đến nhiều Chymosin Pepsin Enzyme Rennet hỗn hợp Chymosin Pepsin Tỉ lệ Chymosin/Pepsin tùy thuộc vào tuổi vật - Chymosin (EC 3.4.23.4) thường sử dụng làm chất keo tụ sữa để sản xuất phomat Enzym đông tụ sữa có chứa Chymosin thu từ động vật cịn non thuộc lồi khác lồi có đặc điểm sinh hóa cụ thể riêng Chymosin cừu sử dụng gần giống với Chymosin bò Chymosin động vật móng guốc có độ pH tối ưu mức 4-4,7 Chymosin động vật ăn thịt hoạt động điều kiện axit Ví dụ, Chymosin mèo có hoạt tính phân giải protein tối ưu pH 2,5 - Pepsin (EC 3.4.23.1) -một loại enzyme sản xuất tế bào niêm mạc dày, thực phân cắt protein thực phẩm thành peptide Nó có mặt dịch dày động vật có vú, chim, bị sát cá Trọng lượng phân tử pepsin khoảng 34,5 kDa, chuỗi chứa liên kết disulfide Trái ngược với Chymosin, độ pH tối ưu Pepsin nằm khoảng 1,8-2,5 Ở độ pH kiềm, pepsin bị bất hoạt hoàn toàn Pepsin, sử dụng phô mai, lấy từ dày bò, dê, lợn chim Chế phẩm Rennet có nguồn gốc động vật 3.2 Enzyme Rennet có nguồn gốc từ thực vật - Các yếu tố đạo đức, tơn giáo kinh tế dẫn đến việc tìm kiếm thay cho enzyme Rennet có nguồn gốc động vật Chất đông tụ thực vật sử dụng sản xuất phomat thay enzyme thu từ động vật Hoa cúc ( Carduus nutans ), hoa rum ( Carthamus tinctorius ) nước ép vả ( Ficus carica ) đề cập số chất kích thích đơng tụ sữa - Protease thực vật thường thuộc nhóm protease cystein, aspartate serine Protease Cysteine bao gồm enzyme phân lập từ Carica papaya (papain, chymopapain, caricaine, glycyl endopeptidase), Ananas comosus (bromelain, ananine, comozain) Ficus glabrata Ficus racemosa (ficin).Do hoạt tính phân giải protein cao, tính đặc hiệu hoạt tính rộng giá trị pH nhiệt độ khác nhau, enzyme có tiềm thương mại cao - Papain (EC 3.4.22.2, 23.4 kDa) enzyme phân giải protein thu nhận từ đu đủ sử dụng phổ biến sản xuất thực phẩm Phạm vi pH tối ưu cho papain rộng (5.0-7.0) thay đổi tùy theo tính chất chất Ngoài ra, papain hoạt động phạm vi nhiệt độ rộng (10 - 90°С) Một protease khác phân lập từ đu đủ Chymopapain (EC 3.4.22.6, 23.5 kDa) Papain Chymopapain có tương đồng cấu trúc Cả hai protein chứa ba liên kết disulfide trung tâm hoạt động chúng gần giống hệt Thêm protease từ đu đủ Caricacarikain (EC 3.4.22.30, 23.6 kDa) giống với papain chymopapain - Một protease khác, Bromelain (EC 3.4.22.32, 22.8 kDa), phân lập từ thân dứa chưa trưởng thành Bromelain hoạt động pH 6.0-8.5 nhiệt độ 50-60 °C Cùng với Bromelain từ thân dứa, enzyme phân giải protein khác tìm thấy: Ananain (EC 3.4.22.31, 25.5 kDa) Comozain - Ficin (EC 3.4.22.3, 23.5 kDa) protease phân lập từ mủ khô vả Ficus glabrata Một mọng nặng 10 - 15 g chứa tới 150 mg ficin Ficin hoạt động pH 5,0-8,0 nhiệt độ 45-55 °C Trong làm phô mai, papain, bromelain ficin sử dụng làm chất đông tụ sữa - Protease Aspartic hoạt động mạnh môi trường axit có tính đặc hiệu cao phân cắt liên kết peptide dư lượng axit amin kỵ nước chất Người ta biết diện protease aspartic sở hữu khả đông tụ sữa Saint-Mary-thistle Silybum marianum , atisô Cynara scolymus , kế Thổ Nhĩ Kỳ Onopordum turcicum , ngô Centaurea calcitrapa hạt gạo - Protease serine tìm thấy hầu hết nhóm thực vật phân loại có mặt hầu hết phận cây, với số lượng lớn trái Trọng lượng phân tử Protease serine có nguồn gốc thực vật thay đổi từ 19 đến 110 kDa Protease serine thực vật hoạt động phạm vi rộng pH 7-11 nhiệt độ 20-50 °C Dưa chuột Sarcocarpus chứa nồng độ cao Serin protease cucumisin (EC 3.4.21.25, 67.1 kDa), có cấu trúc tương tự Subilisin Enzyme thể hoạt tính đơng phân giải protein sữa cao Cucumisin có hoạt tính đơng tụ giống papain, tạo peptide với thối hóa đắng so với chất hình thành protease thực vật khác Một enzyme khác nhóm serine, lettucin, từ Lactuca sativa , có khả kích thích vơ tổ chức đáng kể cấu trúc micellar casein kết hoạt động phân giải protein tương tự q trình đơng tụ sữa - Bên cạnh việc phân lập protease từ thực vật, người ta quan tâm đến phương pháp sản xuất chúng ống nghiệm phương pháp vi nhân giống, nuôi cấy tế bào tế bào huyền phù nuôi cấy rễ biến đổi đáng quan tâm Việc áp dụng cơng nghệ có số lợi thế, khả thu lượng lớn protease đồng nhất, giúp sản xuất khả thi mặt kinh tế Ngồi ra, phương pháp cơng nghệ sinh học để thu nguyên liệu thô điều kiện phịng thí nghiệm cho phép độc lập với điều kiện khí hậu mùa vụ rút ngắn thời gian cần thiết để sản xuất sản phẩm cuối khắc phục khó khăn phát sinh từ việc chiết xuất enzyme từ nguyên liệu tự nhiên Chế phẩm Rennet có nguồn gốc thực vật 3.3 Enzyme Rennet có nguồn gốc từ Vi sinh vật - Việc thay Rennet động vật thực khơng protease thực vật, mà enzyme giống Pepsin có nguồn gốc vi sinh vật Ưu điểm enzyme vi sinh vật: chi phí sản xuất thấp, tuân thủ tiêu chí nguồn gốc tự nhiên yêu cầu ăn chay Ngay năm 1974, protease Rhizomucor miehei, R pussilus Cryphonectria parastica sử dụng để sản xuất 60% phô mai sản xuất Hoa Kỳ Những loại nấm sợi tạo enzyme đông tụ sữa mối quan tâm lớn việc sản xuất phô mai ngày Protease aspartate thu từ R miehei R pussilus có cấu trúc không gian tương tự Chymosin, gọi Mucorpepsin (EC 3.4.23.23) enzyme Rennet phổ biến có nguồn gốc vi sinh Endotiapepsin (EC 3.4.23.22) sản xuất C parastica Một tính đặc biệt protease khả chịu nhiệt cao, ứng dụng rộng rãi sản xuất loại phô mai Cheddar, Swiss, Colby Ý Phô mai làm Endotiapepsin chuyên gia đánh giá tương đương chí vượt trội chất lượng so với Phomat kiểm soát sản xuất chymosin động vật Chế phẩm Rennet có nguồn gốc từ Vi sinh vật TÀI LIỆU THAM KHẢO Aktayeva S, Akishev Zh., Khassenov B (2018) Proteolytic enzyme in cheese marking http://biotechlink.org/12018/article2?fbclid=IwAR1fjE64xxFrHnJ6BsRUcjfL qqXaBH6IzrbkfTgqoUMXaTzZFHDmFl3BAI4 Almeida CM, Simões (2018) Cardoon-based rennets for cheese production https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29696340 Muñoz SV, Torres MG, Guerrero FQ, Talavera RR (2017) A new study of the kinetics of curd production in the process of cheese manufacture https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28929978 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6475752/ https://www.slideshare.net/mylove_tea2000/cong-nghe-san-xuat-pho-mai ... hàm ẩm Loại sản phẩm Phomat cứng Giá trị MFFB, % < 41 Phomat cứng 49 – 56 Phomat bán cứng 54 – 63 Phomat bán mềm 61 – 69 Phomat mềm > 67 - Dựa vào hàm lượng chất béo Loại sản phẩm Phomat có hàm... phần sử dụng công nghệ sản xuất, có số lượng lớn loại phơ mai khác hương vị, mùi tính quán Sản xuất phomat ngành công nghiệp thực phẩm cổ xưa Từ thời đại đồ đá lãnh thổ Ba Lan đại thu chứng thiên... • • • • Phomat tươi đông tụ acid Phomat tươi đông tụ rennet Phomat đông tụ acid nhiệt độ cao Phomat mềm ủ chín Phomat bán cứng có qua giai đoạn rửa Phomat cứng, nhiệt độ thấp Phomat cứng, nhiệt