Enzyme là chất xúc tác sinh học được phát hiện lần đầu tiên khoảng giữa thế kỉ XIX, đã và đang đóng vai trò quan trọng ở nhiều khía cạnh khác nhau trong khoa học thực phẩm với các cuộc điều tra, khám phá các nguyên tắc hóa học và sinh học, nghiên cứu phát triển đã được tiến hành cho đến giữa thế kỷ XX về bản chất, cấu trúc và chức năng xúc tác để tạo ra các phản ứng trong quá trình xử lý sinh học một cách tiết kiệm, an toàn và thân thiện với môi trường thay vì sử dụng các chất xúc tác hóa học và trao đổi chất tế bào. Những bước đệm này dẫn đến những tiến bộ trong một số công nghệ như xử lý sinh học bằng enzyme, kiểm soát một số phản ứng enzyme ngoài ý muốn và phân tích thực phẩm dựa trên enzyme cơ bản đã được thiết lập tốt. Một nhược điểm lớn làm hạn chế các ứng dụng công nghiệp của enzyme là bản chất protein của nó dẫn đến các cấu hình cấu trúc cụ thể để kích hoạt các chức năng xúc tác. Những phát triển gần đây trong kỹ thuật enzyme đã phần nào khắc phục được những hạn chế của enzyme truyền thống, bao gồm độ nhạy cảm với môi trường làm việc khắc nghiệt (pH, độ mặn, nhiệt độ, áp suất, dung môi,…v.v.), các quy trình sản xuất phức tạp và đắt tiền, cũng như năng suất thấp, khả năng thu hồi hoạt tính thấp và khả năng tái sử dụng. Như vậy, những tiến bộ trong enzyme học đã nâng cao độ chính xác hơn và sản xuất thực phẩm bền vững, chất lượng hiệu quả quản lý an toàn cho thế hệ mới khỏe mạnh hơn và các sản phẩm thực phẩm an toàn hơn. Người tiêu dùng ngày nay yêu cầu mức chất lượng cao hơn trong thực phẩm của họ về hương và vị tự nhiên không chỉ ở các nước Châu Âu mà còn ở các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam nơi mà việc tiêu thụ là sự di dời nguồn calo để tận hưởng niềm vui cuộc sống. Với xu hướng này làm nảy sinh nhu cầu phát triển các ứng dụng enzyme trong chế biến thực phẩm. Thị trường enzyme thực phẩm toàn cầu ước tính đạt khoảng 2,4 tỷ USD năm 2019. Đến năm 2023, thị trường thực phẩm toàn cầu, enzyme ước tính đạt 3,23 tỷ USD1 và dự kiến sẽ đạt 3,2 tỷ vào năm 20252. Cùng với sự phát triển và tiến bộ trong công cuộc khám phá enzyme mới thì ứng dụng trong số chúng vào thực phẩm cũng không ngừng phát triển. Có thể thấy nhu cầu về thực phẩm lành mạnh thúc đẩy sự tăng trưởng một cách tích cực trên toàn bộ thị trường enzyme thực phẩm. Với mong muốn trên, nhóm 1 thiết kế bài tiểu luận “Vai trò và ứng dụng của enzyme trong công nghiệp thực phẩm”. Bài tiểu luận này trình bày về đặc tính, cơ chế xúc tác, một số yếu tố tác động và ảnh hưởng đến enzyme như thế nào trong thực phẩm.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG THƯƠNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM BÁO CÁO TIỂU LUẬN HỌC PHẦN: HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: VAI TRÒ VÀ ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM GVHD: Liêu Mỹ Đơng Lớp: 13DHTP_TD STT nhóm: 01 SVTH: Nguyễn Hữu Hòa (NT) MSSV: 2005221458 Phạm Thị Thanh Thảo MSSV: 2005224768 Nguyễn Thị Thanh Nguyên MSSV: 2005223140 Huỳnh Ngọc Anh Thư MSSV: 2005225243 Nguyễn Anh Thư MSSV: 2005225166 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 BẢNG PHÂN CƠNG THÀNH VIÊN Tên thành viên Nguyễn Hữu Hòa (NT) (Thứ tự thuyết trình: 1) Tiến độ hồn thành: 100% Phạm Thị Thanh Thảo (Thứ tự thuyết trình: 2) Tiến độ hồn thành: 100% Nguyễn Thị Thanh Nguyên (Thứ tự thuyết trình: 3) Tiến độ hoàn thành: 100% Huỳnh Ngọc Anh Thư (Thứ tự thuyết trình: 4) Tiến độ hồn thành: 100% MSSV 200522145 200522476 200522314 200522524 Phân cơng nhiệm vụ Chịu trách nhiệm - Kiểm duyệt tổng hợp nội dung - Chỉnh sửa hình thức Word - Tìm nguồn tài liệu tham khảo nước nước ngồi - Trích dẫn tài liệu thêm hình ảnh Phần nội dung tiểu luận powerpoint - Lời mở đầu; kết luận enzyme - Phần 1: “Tổng quan enzyme” (mục 1.1 mục 1.4.6) - Phần 2: “Ứng dụng enzyme sản xuất bánh mì” - Tham gia hỗ trợ tìm hiểu nội dung chương - Tìm hiểu câu hỏi liên quan đến chủ đề Chịu trách nhiệm - Tìm kiếm nội dung tiểu luận Phần nội dung tiểu luận powerpoint - Phần 1: “Tổng quan enzyme” (mục 1.5 mục 1.6.6) - Phần 2: “Ứng dụng enzyme sản xuất rau củ quả” - Trích dẫn nguồn tài liệu tham khảo - Tìm hiểu câu hỏi liên quan đến chủ đề Chịu trách nhiệm - Chỉnh sửa tổng hợp Powerpoint - Tìm kiếm nội dung tiểu luận Phần nội dung tiểu luận powerpoint - Phần 2: “Ứng dụng Enzyme sản xuất bia” - Phần 2: “Ứng dụng enzyme sản xuất bánh mì” - Trích dẫn nguồn tài liệu tham khảo - Tìm hiểu câu hỏi liên quan đến chủ đề Chịu trách nhiệm - Tìm kiếm nội dung tiểu luận - Hỗ trợ tổng hợp nội dung Word Phần nội dung tiểu luận powerpoint - Phần 2: “Ứng dụng enzyme sản xuất rau củ quả” - “Ứng dụng enzyme công nghiệp bơ sữa” - Trích dẫn nguồn tài liệu tham khảo - Tìm hiểu câu hỏi liên quan đến chủ đề Nguyễn Anh Thư (Thứ tự thuyết trình: 5) Tiến độ hồn thành: 100% 200522516 Chịu trách nhiệm - Tìm kiếm nội dung tiểu luận Phần nội dung tiểu luận powerpoint - Phần 1: “Tổng quan enzyme” (mục 1.5 mục 1.6.6) - Phần 2: “Ứng dụng Enzyme sản xuất bia” - Trích dẫn nguồn tài liệu tham khảo - Tìm hiểu câu hỏi liên quan chủ đề LỜI CÁM ƠN Lời đầu tiên, chúng em xin bày tỏ biết ơn sâu sắc tới Thầy Liêu Mỹ Đơng, giảng viên Hóa Sinh học Thực phẩm, Đại học Cơng Thương TP.HCM tận tình hướng dẫn, truyền đạt nhiều kinh nghiệm, giúp chúng em giải vấn đề nảy sinh trình làm tiểu luận hoàn thành tiểu luận theo định hướng ban đầu Lời tiếp theo, cho chúng em gửi lời cám ơn đến Thầy/Cô truyền đạt ,cung cấp thơng tin bổ ích để chúng em có thêm tảng kiến thức để thực tiểu luận Đồng thời cho chúng em gửi lời cám ơn đến anh chị, bạn sinh viên hỗ trợ ý kiến đóng góp cho tiểu luận Cuối chúng em xin gửi đến tất Thầy/Cô, Anh/Chị, bạn lời chúc sức khỏe thuận lợi đường nghiệp học tập thân Nhóm tác giả MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN i MỤC LỤC ii MỤC LỤC HÌNH iv MỤC LỤC BẢNG v LỜI MỞ ĐẦU vi Tổng quan enzyme 1.1 Sơ lược lịch sử enzyme .1 1.2 Sự cần thiết enzyme 1.3 Phân loại, danh pháp 1.3.1 Sơ lược .2 1.3.2 Danh pháp 1.3.3 Phân loại 1.4 Sơ lược cấu trúc enzyme 1.4.1 Bản chất sinh học 1.4.2 Bản chất hóa học .9 1.4.3 Trung tâm hoạt động 13 1.4.4 Trung tâm lập dị thể .14 1.4.5 Các tiền enzyme (proenzyme hay zymogen) 15 1.4.6 Cơ chế xúc tác 15 1.5 Tính chất 17 1.5.1 Cường lực xúc tác 17 1.5.2 Tính đặc hiệu enzyme 18 1.5.3 Phương pháp xác định hoạt độ enzyme 19 1.6 Tác nhân ảnh hưởng tới enzyme 19 1.6.1 Kìm hãm cạnh tranh 19 1.6.2 Kìm hãm khơng cạnh tranh 21 1.6.3 Ảnh hưởng chất hoạt hóa 21 1.6.4 Ảnh hưởng nhiệt độ 22 1.6.5 Ảnh hưởng pH tới enzyme 23 1.6.6 Một số yếu tố khác 24 Vai trò ứng dụng enzyme công nghệ thực phẩm 25 2.1 Vai trò 25 2.1.1 Tăng tốc trình chuyển hóa thực phẩm 25 2.1.2 Cải thiện chất lượng sản phẩm 25 2.1.3 Điều chỉnh hương vị màu sắc 25 2.1.4 Độ tươi sản phẩm .25 2.2 Ứng dụng .25 2.2.1 Sản xuất bánh mì 26 2.2.2 Chế biến rau củ 29 2.2.3 Sản xuất từ sữa .31 2.2.4 Lên men bia .33 KẾT LUẬN 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1 Dịng thời gian phát triển quan trọng enzym học, sinh học phân tử [34] Hình 1.2 Sự tăng trưởng enzyme phân loại.[19] Hình 1.3 Sáu lớp enzyme cơng nhận ban đầu theo IUB Nguồn: Botanicalstudies – SpringerOpen Hình 1.4 Cấu trúc protein điển hình - hai amino acids nối với liên kết peptide [26] Hình 1.5 Chuỗi amino acid Nguồn: U.S National Library of Medicine Hình 1.6 Holoenzyme cộng thêm số loại đồng yếu tố [26] 10 Hình 1.7 Cấu trúc enzyme [42] 14 Hình 1.8 Cơ chế enzyme Nguồn: Designua / Shutterstock 14 Hình 1.9 Cơ chế xúc tác phản ứng enzyme[38] .17 Hình 1.10 Kìm hãm cạnh tranh [45] 20 Hình 1.11 Sự phụ thuộc nồng độ chất nồng độ phản ứng theo Lineweaver – Burk có kìm hãm cạnh tranh[45] 20 Hình 1.12 Phản ứng ảnh hưởng chất kìm hãm khơng cạnh tranh[45] .20 Hình 1.13 Sự phụ thuộc nồng độ chất nồng độ phản ứng theo Lineweaver – Burk kìm hãm khơng cạnh tranh [45] .21 Hình 1.14 Ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng [26] 22 Hình 1.15 Ảnh hưởng pH đến tốc độ phản ứng[26] 23 Hình 2.1 Cơ chế thủy phân cellulose hệ phức cellulose[76] .29 Hình 2.2 Sự phát triển lactase tác động 0,5% nguồn bên ngoài[72] 30 MỤC LỤC BẢNG Bảng 1.1 Phân loại enzyme theo loại phản ứng xúc tác Lớp Transloscase EC thêm vào năm 2018 [19] Bảng 1.2 Các thông số nhiệt động 28 enzyme phù hợp với mơ hình cân [37] Bảng 1.3 Một số Vitamin B thiết yếu đồng yếu tố enzyme biến đổi chúng [39] 13 Bảng 1.4 Cơ chế xúc tác phân lớp enzyme [27] .16 Bảng 1.5 Độ pH cho hoạt động tối ưu enyzme [26] 23 Bảng 2.1 Ứng dụng enzyme khác sản xuất bánh mì [66] .28 Bảng 2.2 Ứng dụng Catalase công nghệ thực phẩm[75] 31 Bảng 2.3 Ứng dụng Lipase sữa[76] 32 Bảng 2.4 Enzyme chức sản xuất bia [85] 33 LỜI MỞ ĐẦU Enzyme chất xúc tác sinh học phát lần khoảng kỉ XIX, đóng vai trị quan trọng nhiều khía cạnh khác khoa học thực phẩm với điều tra, khám phá nguyên tắc hóa học sinh học, nghiên cứu phát triển tiến hành kỷ XX chất, cấu trúc chức xúc tác để tạo phản ứng trình xử lý sinh học cách tiết kiệm, an tồn thân thiện với mơi trường thay sử dụng chất xúc tác hóa học trao đổi chất tế bào Những bước đệm dẫn đến tiến số công nghệ xử lý sinh học enzyme, kiểm soát số phản ứng enzyme ngồi ý muốn phân tích thực phẩm dựa enzyme thiết lập tốt Một nhược điểm lớn làm hạn chế ứng dụng công nghiệp enzyme chất protein dẫn đến cấu hình cấu trúc cụ thể để kích hoạt chức xúc tác Những phát triển gần kỹ thuật enzyme phần khắc phục hạn chế enzyme truyền thống, bao gồm độ nhạy cảm với môi trường làm việc khắc nghiệt (pH, độ mặn, nhiệt độ, áp suất, dung mơi,…v.v.), quy trình sản xuất phức tạp đắt tiền, suất thấp, khả thu hồi hoạt tính thấp khả tái sử dụng Như vậy, tiến enzyme học nâng cao độ xác sản xuất thực phẩm bền vững, chất lượng hiệu quản lý an toàn cho hệ khỏe mạnh sản phẩm thực phẩm an toàn Người tiêu dùng ngày yêu cầu mức chất lượng cao thực phẩm họ hương vị tự nhiên không nước Châu Âu mà nước phát triển có Việt Nam nơi mà việc tiêu thụ di dời nguồn calo để tận hưởng niềm vui sống Với xu hướng làm nảy sinh nhu cầu phát triển ứng dụng enzyme chế biến thực phẩm Thị trường enzyme thực phẩm tồn cầu ước tính đạt khoảng 2,4 tỷ USD năm 2019 Đến năm 2023, thị trường thực phẩm tồn cầu, enzyme ước tính đạt 3,23 tỷ USD[1] dự kiến đạt 3,2 tỷ vào năm 2025[2] Cùng với phát triển tiến công khám phá enzyme ứng dụng số chúng vào thực phẩm khơng ngừng phát triển Có thể thấy nhu cầu thực phẩm lành mạnh thúc đẩy tăng trưởng cách tích cực tồn thị trường enzyme thực phẩm Với mong muốn trên, nhóm thiết kế tiểu luận “Vai trò ứng dụng enzyme công nghiệp thực phẩm” Bài tiểu luận trình bày đặc tính, chế xúc tác, số yếu tố tác động ảnh hưởng đến enzyme thực phẩm