Giáo trình hoá sinh thực phẩm phần 1 đàm sao mai (chủ biên

ĐÀM SAO MAI (Chủ biên) - HỒ THIÊN HOÀNG - LÊ VĂN NHẤT HOÀI NGUYỄN THỊ TRANG - NGUYỄN THỊ MAI HƯƠNG - LƯU THẢO NGUYÊN LÂM KHẮC KỶ - PHẠM TẤN VIỆT HOÁ SINH THỰC PHẨM NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH - 2009 Lời nói đầu LỜI NĨI ĐẦU Sự phát triển nhanh chóng cơng nghệ thực phẩm hai thập niên gần đòi hỏi hiểu biết toàn diện khả phân tích chất thực phẩm phương pháp sản xuất thực phẩm Để đảm bảo yêu cầu cần có kiến thức tồn diện hóa sinh thực phẩm, vi sinh thực phẩm, quy trình chế biến thực phẩm, … Hy vọng sách góp phần kiến thức hóa sinh thực phẩm việc giảng dạy tham khảo cho sinh viên người quan tâm đến ngành công nghệ thực phẩm Các kiến thức hóa sinh sách diễn đạt góc độ thực phẩm Các thành phần quan trọng thực phẩm (protein, enzyme, lipid, carbonhydrate, vitamin, chất màu chất mùi) mô tả phân tích kỹ, có liên hệ với thơng số thực phẩm Các trình biến đổi thực phẩm loại chất trình bày chương nói chất Tác động điều kiện bên pH, oxy, nhiệt độ, đến chất thường gặp thực phẩm ghi nhận cụ thể Xin chân thành cám ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM tạo điều kiện cho chúng tơi hồn thành sách Quyển sách cịn nhiều thiếu sót, mong nhận góp ý quý độc giả Các tác giả Hóa sinh thực phẩm Chương Mở đầu CHƯƠNG MỞ ĐẦU -1.1 KHÁI NIỆM 1.1.1 Đối tượng mơn học Hóa sinh mơn khoa học nghiên cứu đến cấu trúc q trình hóa học diễn thể sinh vật Đây môn học giao thoa hóa học sinh học, có số phần trùng với tế bào học, sinh học phân tử hay di truyền học Hóa sinh học khoa học nghiên cứu sở phân tử sống, giúp người hiểu rõ chế thay đổi thể sống, như: - Thành phần cấu tạo hóa học chất tế bào thể sống - Quá trình chuyển hóa chất tế bào thể sống - Cơ sở hóa học trình hoạt động sống Hóa sinh học chia hai thể loại: hóa sinh tĩnh hóa sinh động Hóa sinh tĩnh đề cập đến cấu tạo, thành phần hợp chất sinh học chất béo (lipid), vitamin, protein, glucid, ; hóa sinh động bàn chuyển hóa chức hợp chất sinh học Hóa sinh học phát triển dựa sở sinh học hóa học làm tảng Cùng với phát triển bậc khoa học kỹ thuật, ngày có nhiều nghiên cứu hố sinh đạt kết khả quan Từ hóa sinh học góp phần thúc đẩy phát triển công nghệ sinh học, y học, nông nghiệp, thực phẩm… Đối với thực phẩm, hóa sinh học góp phần khơng nhỏ, ví dụ q trình sau: - Phân tích quy trình chuyển hóa chế biến thực phẩm, từ góp phần làm tăng giá trị sản phẩm - Đa dạng hóa sản phẩm, tạo sản phẩm có nhiều tính Ví dụ: sản phẩm có bổ sung thêm vitamin, acid amin, muối khoáng,… - Rút ngắn thời gian xử lý để tạo sản phẩm nhanh Ví dụ: sử dụng enzyme làm mềm thịt, dùng enzyme khiến sữa đơng tụ nhanh hơn,… Hóa sinh thực phẩm Chương Enzyme Peptidase có nguồn gốc từ thực vật Papain Đu đủ (Carica papaya) 4,5-6,5 Bromelain Dứa 7-8 Ficin Quả vả (Ficus carica) 7-8 Peptidase có nguồn gốc từ vi khuẩn Alkaline proteinases (ví dụ: subtilisin) Bacillus subtilis 7,5-9,5 Neutral proteinases (ví dụ: thermolysin) Bacillus thermoproteolyticus 6-8 Pronase Streptomyces griseus 6-9 Peptidase có nguồn gốc từ nấm mốc Acid proteinase Aspergillus oryzae Neutral proteinase Aspergillus oryzae Proteinase Aspergillus oryzae 7-8 Proteinase Mucor pussillus 3-6 Proteinase Rhizopus chinensis 3,8-6,5 5.5.2.2 a b - Amylase Amylase enzyme có khả thủy phân tinh bột Amylase có thực vật, động vật vi sinh vật Có sáu loại enzyme xếp vào hai nhóm: endoamylase exoamylase - Endoamylase gồm có α-amylase nhóm enzyme khử nhánh Nhóm enzyme khử nhánh chia thành hai loại: khử trực tiếp Pullulanase (α-dextrin – glucosidase); khử gián tiếp Transglucosidase (oligo-1,6-glucosidase) malto-1,6-glucosidase Các enzyme thủy phân liên kết bên chuỗi polysaccharide 123 Chương Enzyme Hóa sinh thực phẩm - Exoamylase gồm có β-amylase γ-amylase Đây enzyme thủy phân tinh bột từ đầu khơng khử chuỗi polysaccharide Tính chất α-amylase - α-amylase từ nguồn khác có thành phần amino acid khác nhau, loại α-amylase có tổ hợp amino acid đặc hiệu riêng αamylase protein giàu tyrosine, tryptophan, acid glutamic aspartic Các glutamic acid aspartic acid chiếm khoảng ¼ tổng lượng amino acid cấu thành nên phân tử enzyme α-amylase có methionine có khoảng 7-10 gốc cysteine - Trọng lượng phân tử α-amylase nấm mốc khoảng 45.000-50.000 Da - α-amylase dễ tan nước, dung dịch muối rượu lỗng - Protein α-amylase có tính acid yếu có tính chất globuline - Điểm đẳng điện nằm vùng pH = 4,2-5,7 - α-amylase metaloenzyme Mỗi phân tử α-amylase có chứa 1-30 ngun tử gam Ca/mol, khơng 1-6 nguyên tử gam/mol Ca tham gia vào hình thành ổn định cấu trúc bậc enzyme, trì hoạt động enzyme Do đó, Ca cịn có vai trị trì tồn enzyme bị tác động tác nhân gây biến tính tác động enzyme phân giải protein Nếu phân tử αamylase bị loại bỏ hết Ca hồn tồn bị hết khả thủy phân chất α-amylase bền với nhiệt độ enzyme khác Đặc tính có lẽ liên quan đến hàm lượng Ca phân tử nồng độ Mg2+ Tất amylase bị kìm hãm kim loại nặng Cu2+, Ag+, Hg2+ - Thành phần amino acid α-amylase nấm mốc aspergillus sau (g/100 g protein): alamine =6,8; glycine = 6,6; valine = 6,9, leucine = 8,3; Isoleucine = 5,2; prolin = 4,2, phenylalanine = 4,2; tyrosine =9,5; trytophan = 4,0; xetin = 6,5; trionin = 10,7, cystein + cystine = 1,6; glutamic acid = 6,9; amide = 1,5 o Không giống α-amylase khác, amylase Asp.oryzae có chứa phần phi protein polysaccharide Polyose bao gồm mol maltose, mol glucose, mol hexozamin 124 Hóa sinh thực phẩm Chương Enzyme mol enzyme Vai trò polyose chưa rõ, song biết khơng tham gia vào thành phần trung tâm hoạt động nằm phía phân tử enzyme o α-amylase nấm mốc công hạt tinh bột bị thương tổn Sản phẩm cuối thủy phân amylase glucose maltose Đối với nấm sợi tỉ lệ : 3,79 o α-amylase nấm sợi không công liên kết α-1,6 glucoside amylopectin, nên thủy phân tạo thành dextrin tới hạn phân nhánh Đây cấu trúc phân tử tinh bột enzyme α-amylase phân cắt tạo thành dextrin tới hạn phân nhánh o Sản phẩm thủy phân cuối tinh bột tác dụng amylase nấm sợi chủ yếu maltose, thứ đến maltotriose - Khi dùng nồng độ α-amylase vi sinh vật tương đối lớn chuyển hóa 70-85% tinh bột thành đường lên men Còn α-amylase nấm mốc mức độ đường hóa đến glucose maltose lên tới 84-87% - Điều kiện hoạt động α-amylase từ nguồn khác thường không giống pH tối thích cho hoạt động α-amylase từ nấm sợi 4,0-4,8 (có thể hoạt động tốt vùng pH từ 4,5-5,8) α-amylase Asp oryzae bền vững acid tốt α-amylase malt vi khuẩn Bac subtilis Ở pH= 3,6 0oC, α-amylase malt bị vơ hoạt hồn tồn sau 15-30 phút; α-amylase vi khuẩn bị bất hoạt đến 50%, hoạt lực α-amylase nấm sợi không giảm Trong dung dịch α-amylase nấm sợi bảo quản tốt pH= 5,05,5; α-amylase dextrin hóa nấm sợi đen chịu pH từ 2,52,8.Ở 0oC pH= 2,5, bị bất hoạt hồn tồn sau - Nhiệt độ tối thích cho hoạt động xúc tác α-amylase từ nguồn khác không đồng nhất, α-amylase nấm sợi nhạy cảm tác động nhiệt Nhiệt độ tối thích 50oC bị vơ hoạt 70oC Trong dung dịch đệm pH= 4,7, α-amylase Asp.oryzae nhạy với tác động nhiệt độ cao, chí 40oC hoạt lực dextrin hóa cịn 22-29%, hoạt lực đường hóa 2785% Ở 50oC giờ, α-amylase nấm sợi bị vơ hoạt hồn tồn Trong α-amylase vi khuẩn Bac licheniformis có khả 125 Chương Enzyme Hóa sinh thực phẩm chịu nhiệt độ cao, nhiệt độ tối thích 90oC có khả phân giải tinh bột ngơ nhiệt độ 105 – 110oC Hình 5.1.Hoạt lực α-amylase tác động nhiệt độ α-amylase từ Bacillus subtilis; α-amylase từ Bacillus licheniformis Cơ chế tác dụng enzyme α-amylase (1,4-α-glucan-glucanhydrolase): - α-amylase từ nguồn khác có nhiều điểm giống αamylase có khả phân cách liên kết α-1,4-glucoside nằm phía bên phần tử chất (tinh bột glycogen) cách ngẫu nhiên, không theo trật tự α-amylase không thủy phân hồ tinh bột mà thủy phân hạt tinh bột nguyên song với tốc đột chậm - Quá trình thủy phân tinh bột α-amylase trình đa giai đoạn: o Ở giai đoạn đầu (giai đoạn dextrin hóa): Chỉ số phân tử chất bị thủy phân tạo thành lượng lớn dextrin phân tử thấp (α-dextrin), độ nhớt hồ tinh bột giảm nhanh (các amylose amylopectin bị dịch hóa nhanh) o Sang giai đoạn (giai đoạn đường hóa): Các dextrin phân tử thấp tạo thành bị thủy phân tiếp tục tạo tetra-trimaltose không cho màu với iodine Các chất bị thủy phân chậm α-amylase disaccharide monosaccharide Dưới tác dụng α-amylase, amylose bị phân giải nhanh thành oligosaccharide gồm 6-7 gốc glucose (vì vậy, người ta cho α-amylase phân cắt amylose thành đoạn 67 gốc glucopiranose 1) 126 Hóa sinh thực phẩm Chương Enzyme o Sau đó, poliglucose bị phân cách tiếp tục tạo nên mạch polyglucose colagen ngắn dần bị phân giải chậm đến maltotetrose maltotriose maltose Qua thời gian tác dụng dài, sản phẩm thủy phân amylose chứa 13% glucose 87% maltose Tác dụng α-amylase lên amylopectin xảy tương khơng phân cắt liên kết α-1,6-glycoside chỗ mạch nhánh phân tử amylopectin nên dù có chịu tác dụng lâu sản phẩm cuối cùng, ngồi đường nói (72% maltose 19% glucose) cịn có dextrin phân tử thấp isomaltose 8% o Tóm lại, tác dụng α-amylase, tinh bột chuyển thành maltotetrose, maltose, glucose dextrin phân tử thấp Tuy nhiên, thông thường α-amylase thủy phân tinh bột thành chủ yếu dextrin phân tử thấp khơng cho màu với Iodine maltose Khả dextrin hóa cao α-amylase tính chất đặc trưng Vì vậy, người ta thường gọi loại amylase amylase dextrin hóa hay amylase dịch hóa - Các giai đoạn q trình thủy phân tinh bột α-amylase: o Giai đoạn dextrin hóa: tinh bột thành dextrin phân tử lượng thấp o Giai đoạn đường hóa: chuyển hóa dextrin thành dextrin tetra trimaltose di & monosaccharide, amylase oligosacharide poliglucose, maltose, maltotriose, maltotetrose Một số ứng dụng amylase: - Ứng dụng amylase sản xuất bia: Trong công nghệ sản xuất bia truyền thống, enzyme amylase malt sử dụng để thủy phân tinh bột malt, sau đến giai đoạn rượu hóa nấm men saccharomyces spp Cơ sở khoa học việc sử dụng amylase malt chỗ, đại mạch chuyển từ trạng thái hạt sang trạng thái nảy mầm (malt), enzyme amylase tổng hợp enzyme thủy phân tinh bột có hạt tạo lượng vật chất cho tạo thành mầm Như việc đường hóa tinh bột hạt nhờ enzyme Để giảm giá thành, q trình lên men tạo bia nhà sản xuất khơng sử dụng hoàn toàn 100% nguyên liệu malt đại mạch mà có pha trộn theo cơng thức để thay malt bổ sung nguồn tinh bột cho q trịnh lên men Chính điều này, nhà sản xuất bia sử dụng chế phẩm enzyme amylase cung cấp cho q trình thủy phân tinh bột Ngồi ra, sản xuất bia, người ta sử dụng chế phẩm 127 Chương Enzyme Hóa sinh thực phẩm enzyme cellulose có tác dụng phá vỡ thành tế bào, tạo điều kiện để thành phần có tế bào hạt phía ngồi nhờ chất lượng bia nâng cao Một loại enzyme khác sử dụng rộng rãi glucose amylase, enzyme sử dụng để loại trừ O2 có bia, giúp trình bảo quản bia kéo dài - Ứng dụng amylase sản xuất cồn: Để sản xuất cồn từ nguồn nguyên liệu tinh bột, nước sử dụng loại nguyên liệu khác Quá trình sản xuất cồn trải qua hai giai đoạn: giai đoạn đường hóa giai đọan rượu hóa Trong giai đọan đường hóa, người ta bắt buộc phải sử dụng enzyme amylase Đến kỷ XIX Takamine người Nhật đưa nấm mốc aspergillus sang Mỹ, người Mỹ áp dụng để sử dụng phương pháp micomalt (mầm mốc) sản xuất cồn rượu Nhờ du nhập kỹ thuật từ Nhật mà người Mỹ tiết kiệm khối lượng malt khổng lồ sản xuất rượu - Ứng dụng amylase chế biến thức ăn gia súc: sản xuất thành phần ngũ cốc chiếm khối lượng lớn thức ăn gia súc Trong khối lượng này, thành phần tinh bột cao Để tăng hiệu suất sử dụng lượng từ nguồn tinh bột, người ta thường cho thêm enzyme amylase vào Enzyme amylase tham gia phân giải tinh bột tạo thành đường, giúp cho q trình chuyển hóa tinh bột tốt - Ứng dụng enzyme amylase công nghiệp dệt: công nghiệp dệt, người ta thường sử dụng enzyme amylase vi khuẩn để tẩy tinh bột làm cho vải mềm Trong vải thô thường chứa khỏang 5% tinh bột tạp chất khác Do đó, sử dụng chế phẩm enzyme amylase vi khuẩn, vải tốt Người ta thường sử dụng lượng chế phẩm amylase khỏang 0,3-0,6 g/l dung dịch thời gian xử lý 515 phút nhiệt độ 90oC Tuy nhiên ngồi chế phẩm enzyme amylase có nguồn gốc từ vi khuẩn, người ta quan tâm đến việc sử dụng amylase từ nấm sợi Cho đến có nhiều nước sử dụng enzyme công nghiệp dệt để tăng khả cạnh tranh hàng vải, sợi Các nước sử dụng lượng enzyme amylase nhiều lĩnh vực Mỹ, Nhật, Pháp, Đan Mạch Ngoài ra, enzyme amylase nghiên cứu ứng dụng rộng rãi sản xuất đường bột, sản xuất dextrin, maltodextrin, dịch glucose, siro, glucose – fructose, sản xuất tương nước chấm… quy mơ cơng nghiệp 128 Hóa sinh thực phẩm Chương Enzyme 5.5.2.3.Glucan-1,4-a -D-Glucosidase (Glucoamylase) Glucoamylase có khả tách b-D-glucose từ đầu khơng khử 1,4-a-D-glucan Nhánh a-1,6 amilopectin tách chậm 30 lần so với nhánh a-1,4 không sử dụng enzyme Glucoamylase sản xuất từ vi khuẩn nấm mốc Khi khơng có glucoamylase, tượng nghịch chuyển xảy ra, chuyển đổi glucose thành maltose, làm giảm lượng glucose dịch Enzyme ứng dụng sản xuất dịch D-glucose Q trình hồ hóa dịch hóa tinh bột diễn với hỗ trợ enzyme chịu nhiệt a-amylase Còn tác động hỗn hợp amylase, dịch syrup tinh bột thu hỗn hợp glucose, maltose dextrin Hình 5.2 Sự thủy phân tinh bột tác động enzyme 5.5.2.4 Pullulanase (Isoamylase) Pullulanase cắt nhánh phân tử amylopectin, cách tạo amylose Pullulanase sử dụng công nghiệp sản xuất bia (tại Đức không cho sử dụng enzym sản xuất bia) trình thủy phân tinh bột Khi phối hợp với b-amylase, sản xuất sản phẩm có hàm lượng maltose cao từ dịch tinh bột Pullulanases sản xuất từ vi khuẩn (bacillus and klebsiella) nấm (trichoderma) 129 Chương Enzyme Hóa sinh thực phẩm 5.5.2.5 Endo-1,3(4)-β-D-Glucanase Trong công nghiệp sản xuất bia, b-glucan từ lúa mạch làm tăng độ nhớt dịch, gây khó khăn q trình lọc Enzyme endo-1,3(4)-βD-Glucanase có khả làm giảm độ nhớt Ngồi ra, enzyme endo-1,3(4)-β-D-Glucanase cịn sử dụng sản xuất vang để làm dịch lên men (must), dịch bị nấm mốc botrytis xâm hại Trong sản xuất bánh sản phẩm diet sử dụg enzyme Enzyme endo-1,3(4)-β-D-Glucanase thường sản xuất từ vi khuẩn nấm mốc như: aspergillus, bacillus, trichoderma 5.5.2.6 a-D-Galactosidase Enzyme có khả công vào đầu không khử di-, oligo- polysaccharide tạo sản phẩm cuối monosaccharide CH2 OH CH2 OH O HO O HO ~ OH + HO - R OH OH O R OH OH Trong sản xuất đường, sử dụng enzyme từ mortiella vinacea để phân giải raffinose có nguyên liệu, làm tăng hiệu suất kết tinh đường Khi raffinose chiếm 8%, ngăn chặn trình kết tinh đường Khi ăn số loại đậu, sinh hình thành bao tử hệ thống đường ruột Việc sử dụng a-D-Galactosidase làm giảm đầy Người ta thường sử dụng enzyme sản xuất thức ăn gia súc Enzyme a-D-Galactosidase thường sản xuất từ vi khuẩn nấm mốc như: aspergillen, saccharomyces cerevisae, aspergillus oryzae 5.5.2.7 β-D-Galactosidase (lactase) Đây enzyme tổng hợp từ nấm mốc (aspergillus niger) từ nấm men (kluyveromyces), thường sử dụng cơng nghiệp sữa nhằm mục đích thủy phân lactose Quá trình cố định enzyme lactase ứng dụng việc sản xuất loại sữa phù hợp cho người 130 Hóa sinh thực phẩm Chương Enzyme khơng sử dụng lactose (thường gặp châu Á châu Phi) Loại sữa xử lý theo phương pháp dùng để sản xuất sản phẩm khác sữa gầy, mát kem 5.5.2.8 β-D-Fructofuranosidase (Invertase) Enzyme tổng hợp từ nấm men (saccharomyces uvarum) nấm mốc (penicillium chrysogenum, aspergillus niger) Đây loại enzyme dùng để sản xuất đường nghịch đảo sử dụng công nghiệp sản xuất kẹo Đường nghịch đảo dễ hịa tan có diện fructose tự do, so với đường saccharose 5.5.2.9 α-L-Rhamnosidase Các thuộc họ có múi thường có chứa naringin, loại dihydrochalcone có vị đắng Naringin xử lý cách sử dụng hỗn hợp α-L-rhamnosidase β-D-glucosidase, với hình thành chất khơng đắng naringenin Có thể sản xuất enzym α-L-rhamnosidase từ aspergillus nidulans, penicillium ulaiense,… 5.5.2.10 Cellulase and hemicellulase Cellulose thành phần tế bào thực vật, có mặt loại rau nguyên liệu, phế liệu ngành trồng trọt lâm nghiệp Tuy nhiên, người động vật khơng có khả phân giải cellulose Nó có giá trị làm tăng tiêu hóa, với lượng lớn trở nên vơ ích hay cản trở tiêu hóa Cellulase có khả thủy phân cellulose thành đường Con người động vật khơng có khả phân giải cellulose, có vai trị chất độn Phương pháp tìm chế phẩm cellulase cịn hạn chế Chưa tìm vi sinh vật đủ mạnh cellulase có hoạt tính cao Chế phẩm cellulase thường dùng để: - Tăng chất lượng thực phẩm thức ăn gia súc - Tăng hiệu suất trích ly chất từ nguyên liệu thực vật Ứng dụng trước tiên cellulase chế biến thực phẩm dùng để tăng độ hấp thu, nâng cao phẩm chất vị làm mềm nhiều loại thực phẩm thực vật Đặc biệt thức ăn cho trẻ nói chung chất lượng thực phẩm tăng lên Một số nước dùng cellulase để xử lý loại rau bắp cải, hành, cà rốt, khoai tây, táo lương thực gạo Người ta xử lý chè, loại tảo biển 131 Chương Enzyme Hóa sinh thực phẩm Trong sản xuất bánh mì từ lúa mạch đen, việc sử dụng enzyme làm tăng chất lượng bánh, nhờ vào việc thủy phân phần pentosan có bột Việc ngâm dung dịch enzyme thúc đẩy q trình hịa tan thành phần thực vật Hỗn hợp sau thường sử dụng: exo- endo-cellulase, α-và β-mannosidase pectolytic enzyme Ví dụ ứng dụng sản xuất nghiền, rau nghiền (puree), trình phân giải chè, trình sản xuất bột khoai tây,… Glycosidase (cellulase amylase từ aspergillus niger) sử dụng chung với proteinase loại bỏ vỏ từ tôm Vỏ tôm làm lỏng tuột dễ dàng vòi nước Cellulase thường sản xuất phương pháp lên men loại nấm mốc vi khuẩn Tại châu Âu, có năm loại cellulase sản xuất từ vi sinh vật biết đổi gien aspergillus, bacillus, trichoderma, có cellulase sản xuất trichoderma sử dụng công nghiệp thực phẩm Hemicellulase thường sử dụng chung với amylase, glucanase, cellulase, xylanase Thường ứng dụng công nghiệp sản xuất bánh, sản xuất cồn, sản xuất rượu vang, sản xuất nước giải khát từ Hemicellulase thường sản xuất phương pháp lên men loại nấm mốc vi khuẩn Tại châu Âu có loại hemicellulase sản xuất từ bacillus biến đổi gien Để sử dụng công nghiệp thực phẩm, người ta thường dùng hemicellulase sản xuất từ nấm mốc, aspergillus niger 5.5.2.11 Lysozyme Thành tế bào vi khuẩn Gram dương chứa peptidoglycan Peptidoglycan có chứa tiểu cấu tử disaccharide Nacetylglucosamine (NAG) acid N-acetylmuramic (NAM) nối với β-1,4-glycosidic, tetrapep-tide cầu nối pentaglycine peptide Các NAG NAM nằm chuỗi peptidoglycan tạo thành chuỗi polysaccharide thẳng Lysozyme hòa tan peptidoglycan việc cắt liên kết 1,4 βgiữa NAG NAM Hỗn hợp lysozyme nisin khuyến cáo sử dụng để bảo quản thịt, sốt cho salad sản xuất mát Hoạt tính enzyme tăng lên nhiều lần sử dụng chung với 132 Hóa sinh thực phẩm Chương Enzyme 5.5.2.12 Thioglucosidase Protein từ hạt họ nhà mustard (brassicaceae) như: củ cải (turnip), hạt cải dầu, mustard nâu, mustard đen, chứa glucosinolate(thioglucoside) – tác động enzyme chất chuyển hóa thành dầu mustard có vị hăng (do ester acid isothiocyanic, R−N=C=S) Phương trình phản ứng sau: thioglucoside + H2O sugar + thiol Enzyme gọi tên myrosinase, sinigrinase, sinigrase (a) (c) (b) (d) Hình 5.3 Một số họ nhà mustard: a Turnip; b Hạt cải dầu; c Mustard nâu; d Mustard đen 5.5.2.13 Pectolytic enzyme Pectolytic enzyme (pectinase) dùng cho việc làm nước rau Ngồi cịn sử dụng để làm tăng lượng dịch rau, làm tăng lượng dầu chiết rút từ oliu Pectinase có khả thủy phân pectin, thường sản xuất từ Aspergillus niger Ứng dụng: - Sản xuất nước từ nguyên liệu quả: nghiền, ép - Làm nước ép (bia, rượu) - Cơ chế hoạt động: o Phá vỡ protopectin (chất làm liên kết tế bào), thủy phân protit o Phá vỡ nguyên sinh chất tế bào, dẫn đến vỡ tế bào, giúp cho dịch chảy nhiều hơn, hiệu suất tăng 133 Chương Enzyme Hóa sinh thực phẩm Pectinase thường dùng số ngành công nghiệp thực phẩm sau: - Sản xuất rượu vang - Sản xuất nước nước uống rượu - Sản xuất mặt hàng từ quả: cô đặc, mứt - Sản xuất nước giải khát - Sản xuất cà phê Chế phẩm pectinase sử dụng sản xuất nước từ nguyên liệu nghiền hay để làm nước ép Bởi có pectin khối nghiền có trạng thái keo, ép dịch khơng Nhờ pectinase mà nước suốt, dễ lọc, hiệu suất tăng Pectinase góp phần chiết rút chất màu, tanin chất hịa tan khác, làm tăng chất lượng thành phẩm Những nghiên cứu ép nho có xử lý pectinase làm tăng hiệu suất mà làm tăng màu sắc Trong sản xuất mứt nhừ, mứt đơng… nhờ pectinase mà dịch có nồng độ đậm đặc 5.5.2.14 Lipase Lipase, tổng hợp từ candida lipolytica số loại vi sinh vật khác, dùng làm tăng hương sản xuất mát Trong sản xuất bánh, bánh để lâu tác động lipase thơng qua việc giải phóng mono- diacylglycerol Khi sản xuất gelatin, lipase giúp thủy phân chất béo 5.5.2.15 Tannase Tannase thủy phân polyphenolic (tannin): Ví dụ: tannase sản xuất từ aspergillus niger ngăn chặn trình hình thành cặn chiết lạnh chè 134 Hóa sinh thực phẩm Chương Enzyme 5.5.2.16 Glutaminase Glutaminase có khả thủy phân glutamine Trong q trình tiền xử lý thịt, việc bổ sung enzyme glutaminase có nguồn gốc từ bacillus subtilis làm tăng lượng acid glutamic, góp phần làm tăng hương vị thịt 5.5.3 Isomerase Trong nhóm enzyme glucose isomerase thường sử dụng sản xuất dịch syrup glucose - fructose có hàm lượng fructose cao từ tinh bột bắp (High Fructose Corn Syrup – HFCS) Trong công nghiệp thường sử dụng glucose isomerase sản xuất từ vi sinh vật (ví dụ: streptomyces, bacillus) Đây enzyme quan trọng enzyme isomerase 5.5.4 Transferase Trong nhóm enzyme trans-glutaminase (TGase, protein glutamine-g-glutamyl transferase) có khả chuyển hóa nhóm acyl γ-carboxyamide cầu nối peptide glutamine nhóm amine bậc (ví dụ cầu nối peptide lysine) Phản ứng acid amid tự amino acid xảy Nếu khơng có nhóm amin, TGase kết hợp với nước xúc tác phản ứng khử amin làm giảm glutamin protein TGase có khả tạo kết nối chéo protein TGase có vai trị quan trọng q trình trao đổi chất động vật thực vật TGase thường sản xuất từ vi khuẩn streptoverticillium mobaraense Khi sản xuất gel từ protein, cần sử dụng TGase tổng hợp từ xạ khuẩn streptoverticillum mobaraense Enzyme cấu tạo từ 331 amino acid pH tối ưu cho hoạt động enzyme 5-8 Có thể sử dụng enzyme nhiệt độ thấp, enzyme bị phân giải nhiệt độ 70oC Ứng dụng TGase: - TGase thường ứng dụng để “cắt” thịt thành mảnh nhỏ, sản xuất xúc xích 135 Chương Enzyme Hóa sinh thực phẩm - Ngồi TGase cịn sử dụng để sản xuất gel từ cá (trong sản xuất surimi), làm giảm nước rã đông cá đông lạnh - Trong sản xuất sản phẩm từ sữa, TGase dùng để giúp cho sản phẩm yoghurt có hàm lượng béo thấp có hương vị sản phẩm có hàm lượng béo cao TGase làm tăng khả hòa tan casein có diện ion Ca2+ điều kiện pH thấp Hiện tượng kết nối chéo casein whey protein làm tăng lượng protein sản xuất mát - Trong trình sản xuất mì ống, việc sử dụng TGase cải thiện chất lượng bột mì 5.6 THU NHẬN ENZYME Enzyme có tế bào động vật, thực vật vi sinh vật Muốn thu nhận enzyme cần rút chiết chúng khỏi tế bào Phương pháp chung: Enzyme khơng có khả tự khỏi tế bào phải phá vỡ cấu trúc tế bào cách: - Nghiền xay với bột thủy tinh, cát thạch anh, xay đồng hố - Dùng dung mơi hữu cơ: butanol, aceton, glycerin, etyl acetat v v… - Bằng sóng siêu âm … Sau phá vỡ cấu trúc tế bào cần dùng dung dịch đệm thích hợp muối trung tính chiết rút enzyme, sản phẩm thu dung dịch enzyme có lẫn tạp chất (muối, glucide, …) Tinh chế: - Loại muối tạp chất có phân tử lượng nhỏ khỏi dịch enzyme: sử dụng phương pháp thẩm tích qua màng bán thấm tạp chất có phân tử nhỏ qua - Loại protein lạ tạp chất có phân tử lượng lớn, phối hợp nhiều phương pháp: sắc ký hấp thụ, sắc ký trao đổi ion điện ly, lọc gel, kết tủa phân đoạn, biến tính chọn lọc… 136 Hóa sinh thực phẩm Chương Enzyme - Kết tủa phân đoạn: dùng muối trung tính (NH4)2SO4, NaCl, Na2SO4,, MgSO4,… - Kết tủa dung môi hữu cơ: aceton, iso – propanol, etanol, … (phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian xử lý ngắn) - Sắc ký hấp thụ: thường dùng hydrooxy apatit làm chất hấp thụ - Sắc ký trao đổi ion: sử dụng nhựa trao đổi ion - Dẫn xuất este cellulose (carboxyl – metyl – cellulose, dietyl – aminol etyl – cellulose …) - Lọc gel: dùng sephadex (dẫn xuất polysaccharid – dextran) - Tách lọc dựa vào kích thước trọng lượng phân tử thành phần cần phân chia Bảo quản: - Bảo quản dạng bột khô: sử dụng phương pháp sấy chân không khoảng nhiệt độ từ 30 đến 40oC - Bảo quản điều kiện khơ, kín, lạnh, tránh sáng tác nhân ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme 137