ỨNG DỤNG ENZYME PECTINASE TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NƯỚC ÉP TÁO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GÒN KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Giảng viên hướng dẫn: Ths Nguyễn Minh HảiSinh viên thực hiện:

4 Lợi ích của nước ép táo 7

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC ÉP TÁO 8

I Sơ đồ quy trình sản xuất nước ép táo 8

II Thuyết minh quy trình 9

CHƯƠNG 3: CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG CỦA ENZYME TRONG QUÁ TRÌNH 14

I Xử lý enzyme phá vỡ thành tế bào 14

II Làm trong và ổn định chất lượng nước 15

CHƯƠNG 4: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 18

TÀI LIỆU THAM KHẢO 20

CHƯƠNG 1: TỔNG QUANI.Enzyme pectinase 1 Định nghĩa

Enzyme pectinase là một nhóm enzyme thủy phân các chất pectin , sản phẩm tạothành là acid galacturonic, galactose, arabinose, methanol đây là một nhómenzyme được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chỉ đứng sau amylase vàprotease Enzyme này ban đầu được phát hiện trong các dịch chiết trái cây như càrốt, cà chua hay đại mạch Đầu tiên phải kể đến là phát hiện của E.fremi (1840) trênđối tượng cà rốt Ngoài ra, ezyme pectinase còn được tìm thấy ở thực vật bậc cao,pectinase có nhiều trong lá, củ khoai tây, trong chanh, cà chua dứa, cỏ ba lá.

Enzyme pectinase thược nhóm enzyme thủy phân Nó sử dụng cơ chất là pectin vàsản phẩm sau khi thủy phân là acid pectic và methanol

2 Cấu tạo

Pectin là polysaccharide dị thể, chủ yếu là một mạch chính gồm các gốc acid –α–D–α–α–D–D–α–D–1,4 galacturonic, liên kết với nhau bằng liên kết 1,4–α–D–O glucozic còn gọi là acidpolygalacturonic hay acid pectic Pectine hòa tan trong tự nhiên là ester metylic củaacid pectic.

Trong thực tế không phải tất cả các nhóm –α–D–COOH ở C6 của đường galactose cũngbị metyl hóa (tạo ester metylic), mà đôi khi một số nhóm –α–D–COOH bị decacboxylhóa (khử CO2), một số nhóm –α–D–COOH thay thế -H bằng kim loại, cũng có lúc giữnguyên dạng –α–D–COO Người ta cho rằng protopectine là hợp chất giữa pectine vàaraban, galactose hay tinh bột.

2

Hình 1: cấu tạo enzyme pectinase

3 Phân loại

- Pectin esterase (PE): enzyme thủy phân pectin với sự tham gia của nước, xúctác sự thủy phân của các nhóm methyl ester Enzyme thường tấn công vàocác nhóm ester methyl của đơn vị galaturonate nằm kề đơn vị không bị esterhoá, phân cắt các nhóm methoxy (COOCH3) đứng cạnh các nhóm –α–D–COOHtự do, tạo thành acid pectinic hoặc acid pectic và methanol

+ Kiểu phản ứng: thủy phân liên kết ester giữa gốc rượu và gốc acid+ Sản phẩm: rượu methylic và acid polygalacturonic

+ pH tối ưu: 5,5-6 (nguồn vi khuẩn)

+ Nhiệt độ tối ưu: 55-60 độ C, 30-40 độ C đối với nguồn nấm mốc- Polygalacturonase (PG): enzyme thủy phân pectin không có sự tham gia của

nước Thủy phân liên kết glycoside 1-4 của phân tử polygalacturonic Cácexo-PG (exo-poly 1,4 D-galacturonide) galacturonohydrolase, phân cắt từcác đầu không khử, và endo-PG (endo-poly1,4 D-galacturonide)glycanohydrolase, tấn công ngẫu nhiên vào giữa mạch cơ chất.Polygalacturonase ít gặp trong thực vật nhưng có chủ yếu ở một số nấm mốcvà vi khuẩn Polygalacturonase là một phức hệ enzyme gồm có nhiều cấu tửvà thường có tính đặc hiệu cao đối với cơ chất.

+ Phân loại: endo.PG, exo.PG+ Sản phẩm: acid galacturonic+ pH tối ưu: 4-4,5

+ nhiệt độ tối ưu: 40-50 độ C

4 Nguồn gốc thu nhận a Nguồn gốc từ thực vật

Enzyme này thường tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau, có trong lá, thân, củ,quả thực vật: khoai tây, cà rốt, quả cà phê, táo, vỏ cam, vỏ bưởi Chủ yếu là enzymepectin esterase

Trong thực vật, hầu hết các loại cây cho trái đều chứa enyme PE Enzyme nàythường tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau, nằm trong phần vỏ tế bào PE ở thực

vật nói chung có hoạt độ tối ưu trong khoảng pH hơi kiềm Các cation kim loại ởnồng độ thấp, như Ca2+ chẳng hạn, có khuynh hướng làm tăng nồng độ hoạt độngcủa enzyme.

b Nguồn gốc từ vi sinh vật

Nguồn giàu enzyme pectinase là nấm mốc, nấm men, vi khuẩn

 Nấm mốc : Asp.niger , Asp.oryase, Asp.terreus , Asp.saito, Asp.japonicus Nấm mem : Sac.ellipsoideus, Sac.fragilis , Sac.ludwiggii…

 Vi khuẩn : Bac.polymixa , Bac.felseneus , Clostridlmun roseum…

Các loài vi sinh vật này thường có trong bề mặt tất cả các loại quả, các bộ phậnkhác của thực vật khi quả bị hư hỏng, hoặc thực vật chết, chúng sẽ cùng các loài visinh vật khác phá huỷ nhanh quả và các bộ phận của thực vật Người ta thường thupectinase từ canh trường bề mặt hoặc từ canh trường bề sâu của nấm mốc.

5 Vai trò của enzyme pectinase

Enzyme pectinase là 1 nhóm ezyme thủy phân các chất pectin Sự phân hủy pectintrong tự nhiên thường xảy ra khi trái cây chín Những enzyme này có vai trò hếtsức quan trọng trong quá trình bảo quản trái cây và rau quả En zume pectinasecũng được ứng dụng nhiều trong việc chế biến thức phẩm , đặc biệt là khả năng làmtrong nước quả.

Hoạt động thủy phân pectin của enzyme làm giảm độ nhớt trong nước trái cây vì thếnồng độ của các thành phần chất tan trong dịch quả tăng lên do đó mà hiệu quả suấttrích li và giá trị Brix của sản phẩm cũng tăng lên.

Enzyme pectinase được sử dụng nhiều trong chế biến trái cây nhằm mục đích giatăng hiệu suất thu hồi dịch quả , cải thiện chất lượng dịch quả và có tác dụng làmtrong → Tăng hiệu suất sản phẩm.

4

6 Ứng dụng

Trong sản xuất thực phẩm, người ta thường sử dụng các chế phẩm pectinase dướidạng tinh khiết Người ta không dùng chế phẩm dưới dạng canh trường nấm mốcsấy khô Pectinase thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩmsau:

- Sản xuất rượu vang.

- Sản xuất nước quả và nước uống không có cồn

- Sản xuất các mặt hàng từ quả: nước quả cô đặc, mứt nhừ, mứt đông, - Sản xuất nước giải khát.

- Sản xuất tinh dầu

- Sản xuất cà phê và cà phê hòa tan.- Lên men trà và cà phê

Hình 2: sản xuất và ứng dụng enzyme pectinase

II.Táo1 Giới thiệu

Táo Gala New Zealand( còn được gọi là quả bom ) có nguồn gốc từ New Zealand,đây là loại táo được lai tạo giữa táo Golden Delicious và táo Kidd Orange Red Vàonăm 1965 thì táo bắt đầu được các nhà vườn đưa vào trồng dưới dạng sản xuất côngnghiệp và thương mại đặc biệt táo phải được trồng với thời tiết lạnh và rất lạnh.

Từ lâu đã sử dụng táo như một nguồn thực phẩm cung cấp dinh dưỡng quan trọngcho cơ thể Táo là một loại trái cây cực kỳ ngon và giòn với lượng chất xơ, chấtchống oxy hóa và polyphenol dồi dào Việc bổ sung táo vào chế độ ăn uống đã đượcchứng minh là làm giảm nguy cơ mắc bệnh tim,……

Vì thế, bằng cách thêm táo vào chế độ ăn uống hàng ngày, cả gia đình có thể bổsung thêm vitamin, khoáng chất cực kì tốt cho sức khỏe

Hình 3: Quả táo

2 Nước ép táo

Nước ép táo là loại nước ép được chế biến từ táo tươi nguyên quả Thường đượcnhiều người yêu thích, nước ép rất giàu vitamin A, cần thiết cho mắt Trong nước éptáo có lượng vitamin C cao –α–D– một chất chống oxy hóa tốt cho hệ miễn dịch và cơthể Công nghệ chế biến nước trái cây dạng trong hay cô đặc hầu hết đều lệ thuộcvào enzyme thêm vào Các loại enzyme này được sử dụng từ năm 1930 Khi ngườita khám phá ra enzyme trích từ loài nấm mốc có thể làm trong nước táo và pháttriển trên thế giới.

Hình 4: Nước ép táo

3 Tính chất nước ép táo

6

- Loại nước quả dạng trong, chế biến từ quả táo.

- Công nghệ chế biến có sử dụng enzyme làm trong nước táo.

- Enzyme làm trong nước táo enzyme pectinase (PE, PG, Pectin lyase, Pectatlyase)

- Kiểu phản ứng: thủy phân

4 Lợi ích của nước ép táo

- Chứa nhiều dinh dưỡng:

 Vitamin C: Giúp tăng cường hệ miễn dịch và chống oxy hóa  Vitamin A: Tốt cho mắt và da

 Kali: Giúp điều chỉnh huyết áp và cân bằng nước trong cơ thể. Chất xơ (trong nước ép táo nguyên chất): Hỗ trợ tiêu hóa.- Chất chống oxy hóa:

 Quercetin: Một flavonoid có tác dụng chống viêm và bảo vệ tế bào khỏitổn thương

 Phloridzin: Giúp cải thiện sức khỏe xương và bảo vệ tim mạch.

- Lợi ích cho tiêu hóa: Nước ép táo nguyên chất chứa pectin, một loại chất xơhòa tan giúp cải thiện chức năng tiêu hóa và điều chỉnh lượng đường trongmáu

- Tăng cường hệ miễn dịch:

 Nhờ vào hàm lượng vitamin C cao, nước ép táo giúp cơ thể chống lại cácbệnh nhiễm trùng

- Tốt cho tim mạch: Các chất chống oxy hóa và kali trong nước ép táo giúpgiảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch bằng cách hạ huyết áp và giảm mứccholesterol xấu.

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC ÉP TÁO I Sơ đồ quy trình sản xuất nước ép táo

Enzyme pectinase,

Enzyme PectinaseBã épTáo

Phân loại,rửa

Rót sản phẩmLọc membrane

Phối chếLọc Làm trong

Ép Xử lý enzyme

Đóng gói

Sản phẩm

II.Thuyết minh quy trình1 Phân loại, rửa

- Mục đích:

Loại bỏ những phần hỏng, hư hại, loại bỏ tạp chất trên bề mặt táo, nếu không, có thểảnh hưởng đến hương vị thành phẩm và tăng nguy cơ nhiễm vi sinh Phân loạinhằm chọn nguyên liệu có kích thước và độ chín đồng đều.

- Cách tiến hành:

Tiến hành lựa chọn nguyên liệu bằng phương pháp thủ công Nguyên liệu được dànmỏng trên các bang chuyền cao su có bề rộng từ 60 –α–D– 80cm Công nhân sẽ đứng 2bên băng chuyền và thực hiện phân loại Sau khi phân loại, táo sẽ được cho vàobuồng rửa nhờ băng tải Dùng thiết bị rửa xối tưới dạng băng tải để rửa, táo sẽ trảiqua 2 giai đoạn ngâm và rửa xối

- Thông số công nghệ:

10

+ Nhiệt độ: 1000C+ Thời gian: 3p

+ Lượng dịch chần phải lớn hơn 2 lần so với lượng nguyên liệu.

- Cách tiến hành:

Cho nguyên liệu sau khi nghiền vào bồn ủ Bồn ủ là 1 bình hình trụ đứng, có vỏ áo,bên trong có cánh khuấy, do sản phẩm sau nghiền rất nhớt, do đó muốn gia nhiệt tacần sử dụng hơi nước sục khí vào bình kết hợp với lượng nước đi bên ngoài vỏ áođể điều chỉnh nhiệt độ từ 40 –α–D– 500C.

- Thông số công nghệ:+ pH: 4,5

+ Nhiệt độ bất hoạt enzyme 900C, thời gian 5p.+ Nồng độ enzyme pectinase Ultra- SPL: 0,1% w/w+ Nồng độ enzyme Cellulase: 0,05% w/w.

6 Làm trong

- Mục đích:

Tăng tốc độ quá trình lọc vì sử dụng enzyme pectinase 3XL giúp kết lắng nhữngcấu tử nhỏ lơ lửng kể cả những cấu tử không thể nhìn thấy bằng mắt thường.Làmtrong dịch ép táo giúp ổn định độ trong nước ép táo không bị vẩn đục trở lại Quátrình làm trong do tác dụng của enzyme pectinase làm đứt các mạch phân tửpectin.Ổn định độ trong nước ép còn giúp kéo dài thời gian bảo quản.

- Cánh tiến hành

Bổ sung bentonite vào cùng với quá trình lọc Với diện tích bề mặt rất lớn, bentonitecó thể hấp phụ tannin và protein-tanin trong dịch quả mà không tách được bằng cácphương pháp thường khác Cho lượng bentonite hòa tan vào dịch quả, sau đó cho điqua thiết bị lọc, dịch lọc sẽ được hoàn lưu đến khi nào thu được dịch quả trong.

- Thông số kỹ thuật:+ Nhiệt độ: 40-500C

12

+ Thời gian :1-1,5h+ pH= 4,5

- Cách tiến hành

Sử dụng thiết bị lọc là thiết bị lọc ép sử dụng đĩa lọc –α–D– thiết bị làm gián đoạn Việcnạp huyền phù vào thiết bị và tháo dịch lọc ra khỏi thiết bị thực hiện liên tục trong 1khoảng thời gian Tuy nhiên, việc tháo bã lọc sẽ thực hiện theo chu kỳ.

nhiệt độ không vượt quá 20 –α–D– 25°C Cần lưu ý là quá trình làm nguội phải đượcthực hiện trong điều kiện kín để hạn chế sự xâm nhập của vi sinh vật từ môitrường.Dùng thiết bị nấu syrup là nồi hai vỏ có cánh khuấy dạng mái chèo.08:10/-strong/-heart:>:o:-((:-hĐã gửiXem trước khi gửiThả Files vào đây để xem lại trướckhi gửi

- Thông số nấu syrup:+ Nhiệt độ: 80 –α–D– 900C+ Độ Brix: 70

- Thông số công nghệ:Tốc độ cánh khuấy: 100rpm.

11 Đóng gói

- Mục đích: Hoàn thiện sản phẩm.

- Cách tiến hành: Thiết bị in ngày sản xuất trên bao bì, gắn ống hút và đóngblock hiện nay đều được thực hiện liên tục và tự động hóa.

CHƯƠNG 3: CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG CỦA ENZYME TRONG QUÁ TRÌNHI.Xử lý enzyme phá vỡ thành tế bào

Phá vỡ liên kết glycoside trong phân tử pectin, giảm độ nhớt để dịch quả dễ thoátra ngoài tế bào, tạo hiệu suất trích ly dịch quả cao hơn Pectinase được phát triểnđể xử lý trước khi ép táo, tác động chủ yếu lên thành tế bào, phá vỡ cấu trúc vàgiải phóng nước ép Ngoài ra, độ nhớt của nước trái cây được giảm xuống và nócó thể nổi lên dễ dàng hơn từ hỗn hợp ép Hàm lượng cao của pectin esterase (PE)gây ra sự hình thành các đoạn pectin đã khử tinh có khả năng liên kết với nướcthấp và làm giảm sự trơn trượt Các pectin này bao gồm các chuỗi axitgalacturonic được nối với nhau bằng liên kết alpha-glycoside Xylose được liênkết cộng hóa trị như một monome, và galactose và arabinose dưới dạng polyme.Các polyme này tạo liên kết với xenlulozơ.Toàn bộ hệ thống tạo thành một loạigel giữ lại nước trái cây trong hỗn hợp nghiền Ngay cả khi pectin bị phân hủymột phần bởi enzym pectinase, thì nước trái cây sẽ được tiết ra nhiều hơn từ

Enzyme pectinex

nghiền và ép hoặc chiết xuất trở nêndễ dàng hơn Khi được sử dụng với quá trìnhnghiền sơ bộ, pectinase hoạt động giống như một chất trợ ép

- Tăng khả năng chiết rút một số chất dinh dưỡng còn lại trong tế bào.- Bã nghiền tạo thành khô ráo hơn thuận lợi cho quá trình loại bỏ.- Giảm độ lớn của áp suất ép và năng lượng cơ học, tiết kiệm chi phí.

- Nếu ép hỗn hợp với áp suất và nhiệt độ cao, hương vị của sản phẩm cuốicó thể bị thay đổi, do đó việc sử dụng pectinase cũng giúp giữ hương vị tựnhiên của sản phẩm

II.Làm trong và ổn định chất lượng nước

Hình 5: Mô hình hoạt động enzyme pectinase

Nước quả đục là hệ huyền phù trong đó phần tử sắn (thịt quả) có kích thước nhỏ,bề mặt riêng lớn và có năng lượng rất lớn nên không bền vững về mặt nhiệtđộng học Mặt khác, chúng ta là những phân tử tích điện nên dưới tác dụng củalực hút phân tử chúng liên kết lại tạo thành những phân tử lớn dễ dàng sa lắng.Trong nước quả, sự có mặt của hợp chất polyphenol (đặc biệt là tanin) tạo nênvới pectin những kết tủa không tan v.v Sự có mặt của pectinase sẽ thúc đẩynhanh quá trình cơ bản

1 Mục đích:

- Loại bỏ tạp chất keo tụ và giúp cho dịch ép loãng hơn Từ đó giảm áp suấtlọc và giảm khối lượng chất trợ lọc.

- Tăng tốc độ quá trình lọc vì sử dụng enzyme pectinase giúp kết lắng nhữngcấu tử nhỏ lơ lửng kể cả những cấu tử không thể nhìn thấy bằng mắtthường.

- Loại bỏ tinh bột trong hỗn hợp giúp ổn định độ trong của nước ép táo vàkhông bịvẩn đục trở lại.

- Giảm độ đục và ổn định chất lượng sản phẩm

- Việc sử dụng enzyme pectinase không chỉ làm năng suất và độ trong củanước trái cây cao hơn mà còn giữ được các chất dinh dưỡng, màu sắc vàhương vị ban đầu

2 Cơ chế:

Lớp vẫn đục của nước táo gồm pectin mang điện tích (-) bao quanh nhân proteinmang điện (+) Phức hợp này được hình thành trong những phút đầu tiên của quátrình chế biến.Các phần tử pectin này rất nhỏ (<1μm), khó lọc Dưới tác động képm), khó lọc Dưới tác động képcủa Enzym PME/PG ð pectin kết tủa thành cụm kích thước > 1μm), khó lọc Dưới tác động képm ð bị loại ra khilọc PME :pectin methyl esterase PG: polygalacturonic

Quá trình làm trong 3 giai đoạn:

 Giai đoạn “ bất ổn định hoá” được tiêu biểu bằng sự giảm độ nhớt một cáchsâu sắc và thường được gọi là trạng thái “ phá vỡ”

 Giai đoạn “kết lắng” bắt đầu từ trạng thái “phá vỡ” và kết thúc khi kết tủahoàn toàn Nước quả sau khi được tách khỏi tế bào thường chứa nhiều chấtkhác nhau Trong đó chất pectin chiếm lượng đáng kể và pectin thường gâyhiện tượng độ nhớt cao và gây đục nước quả Các chất protein có trong bào

18

tương, màng tế bào và gian bào Pectin chứa polygalacturonic acid, araban vàgalactan Trong đó lượng polygalacturonic acid chiếm tới 40-60%.

+ Phần trung tính –α–D– phức chất galactanoraban+ Phần acid –α–D– acid pectic.

Trong bào tương, pectin nằm ở dạng hòa tan Trong màng tế bào và gian bào,chúng nằm ở dạng không hòa tan gọi là protopectin Protopectin ở màng gianbào có chứa lượng kim loại khá lớn và một lượng nhóm metocyl đủ để làmprotopectin bền vững Còn protopectin ở màng tế bào chứa một lượng kimloại không nhiều, có độ metocyl hóa cao Vì thế, tế bào thực vật có khả năngtrương nở tốt.

Nếu enzym tham gia phân giải pectin ở gian bào sẽ làm các tế bào khó liênkết với nhau và thịt quả dễ dàng bị mềm ra.Pectin thường có mối liên kếthydro và liên kết nguyên tử yếu hơn so với cellulose Tham gia phân hủypectin gồm nhiều loại enzym : cellulose, pectinase,…

 Giai đoạn cuối cùng: kết thúc sự phân giải pectin, có thể xác định bằng cáchcho lắng bằng ion Ca2+ mà không thấy pectin.