Báo cáo môn enzyme trong công nghệ thực phẩm enzyme tạo liên kết ngang

Dùng enzyme đề tạo ra các liên kết ngang trong những polymer sinh học có nhiều ưu điểm do điều kiện phản ứng nhẹ nhàng và đặc tính đặc hiệu cao của enzym.Cả protein và carbohyrad đều có

BO GIAO DUC VA DAO TAO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CONG NGHE SAI GON KHOA CONG NGHE THUC PHAM

ca 4a

SAIGON TECHNOLOGY UNIVERSITY STU

BAO CAO MON ENZYME TRONG CONG NGHE THUC PHAM ENZYME TAO LIEN KET NGANG

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS HOÀNG KIM ANH

1

MỤC LỤC

ENZYME TAO LIEN KET NGANG

1.1 Dinh nghia enzyme tao lién két ngang

1.2 _ Các loại enzyme tao liên kết ngang

3.3 Ung dụng trong bánh mỉ

3.3.1 — Giới thiệu

3.3.2 Kết luận & Thảo luận

ENZYME TYROSINASE

10

10

10

11

12

12 12

1 ENZYME TAO LIEN KET NGANG

1.1 Định nghĩa enzyme tạo liên kết ngang

Các liên kết ngang cộng hóa trị tạo độ cứng chắc cho khối thực phâm chúng có thể được

tạo ra bằng các tác nhân hóa học vật lý hoặc enzyme Dùng enzyme đề tạo ra các liên kết ngang trong những polymer sinh học có nhiều ưu điểm do điều kiện phản ứng nhẹ nhàng

và đặc tính đặc hiệu cao của enzym.Cả protein và carbohyrad đều có thể tạo ra được các

liên kết ngang bằng enzyme Cac lién két có thể hình thành thông qua các nhóm chức chứa vòng thơm nằm trên protein, carbohyrad hoặc các gốc -R của phân tử acid amin trong protein Enzyme con co thé dong vai tro “Trực Tiếp” hoặc “Gián Tiếp” tạo các phản ứng liên kết ngang “crosslinking agent (1)

Đặc tính kỹ thuật của ezyme tạo liên kết ngang là cải thiện các loại bột yếu do chứa các

loại protein hoặc các thành phần xơ chất lượng thấp làm tăng chất lượng bột nhào và bánh nướng trong công nghiệp Ngành sữa, enzyme tạo liên kết ngang giúp tránh hiện tượng ri địch và làm bền được khôi sữa đã đông tụ giúp sản xuất các loại sữa lên men từ nguyên liệu sữa tách béo nhưng vẫn cho chất lượng cảm quan như các sản phẩm thông

thường hoặc tạo câu trúc rắn chắc cho các loại xúc xích (ham) Cải thiện cầu trúc của các

sản phâm thực phẩm ít muối và chất béo enzyme và còn hỗ trợ tái cau trúc thịt tươi giúp tăng giá trị sản phẩm

1.2 Các loại enzyme tạo liên kết ngang

ACIDAMIN

MUC TIEU TREN

PROTEIN TRUC Transglutaminase Hinh thanh lién két Glutamine,

Tyrosinase Oxy hoa tyrosine thanh Tyrosine

dopaquinone

2 ENZYME TRANSGLUTAMINASE (TG)

2.1 Nguồn gốc

TG có thê được tìm thay trong thực vật, chăng hạn như đậu nành, topinambour và củ cải

đường: ở động vật, chăng hạn như địch cơ thê động vật và cá; cũng như ở vi sinh vật TG

từ nguồn động vật có vú phụ thuộc vào Ca2+, trong khi TG vị sinh vật không phụ thuộc vào Ca2+ và có MW nhỏ hơn Do tính độc lập với Ca2+, T vị sinh vật được coi là tiết

kiệm chi phí và thân thiện với môi trường hơn, trong khi đặc tính của chúng có thê ngăn chặn những thay đối trong qua trình hình thành các sản phẩm phụ xảy ra trong phức hợp protein Ca2+ (2) Hơn nữa, nguồn gốc của chúng cũng quyết định các hoạt động của chúng, hoạt động này thay đôi tùy theo nguồn gôc của chúng Sự khác biệt chính giữa TGM vi sinh vật và TGM hiện có từ nguồn động vật được trình bày trong (Bảng Thuộc tính và sự khác biệt trong TGM từ các nguồn khác nhau) (4) Phản ứng được xúc tác bởi

TG dẫn đến thay đổi đặc tính chức năng, chăng hạn như khả năng tạo bọt hòa tan, độ nhớt, độ đàn hỏi, khả năng giữ nước, khả năng nhũ hóa, tạo gel và độ ôn định nhiệt của

các loại protein thực phâm khác nhau

Temperature ('C) b4) 50-55

Isoelectric point 9 45

2.2 _ Tinh chat enzyme transglutaminase

Phản ứng tạo liên kết ngang có những ưu điểm như: tính đặc hiệu cao, phản ứng êm dịu, không có phản ứng phụ trong quá trình hình thành liên kết ngang Do đó có thê kiểm soát của sự gel hóa, từ đó làm tăng tý lệ liên kết ngang bằng cách điều chỉnh nồng độ enzyme Các enzyme phổ biến để tổng hợp hydrogel như: transglutaminase, tyrosinase, horseradish peroxidase

Trong một nghiên cứu về tác động của enzyme transglutaminase xuc tac trực tiếp cho sự hình thành gel mà không cần các xúc tác khác, quá trình xảy ra đơn giản và êm dịu Transglutaminase tham gia quá trình xúc tác phản ứng amide dẫn đến hình thành liên kết ngang N-C(g-glutamyl)lysine giữa 2 protein

Gin Lys

ve

TG xúc tác phản ứng chuyền acyl giữa nhóm -carboxyamide của gốc glutamine liên kết peptide và amin bậc một Trong phản ứng này, chuỗi bên glutamine đóng vai trò là

chất cho acyl, trong khi amin bac một hoạt động như chất nhận Kết quả là tạo ra liên kết

cộng hóa trị giữa hai chất nền và giải phóng amoniac Trong hầu hết các trường hợp được

mô tả, amin bậc một là nhóm -amino của gốc lysine và phản ứng dẫn đến sự hình thành các liên kết -(-glutamyl)lysine Tùy thuộc vào bản chất của chất nền (protein hoặc peptide), phản ứng có thê dẫn đến liên kết chéo protein hoặc liên hợp peptide với protein

oZ£

Khi không có amin bậc một, nước có thể hoạt động như chất nhận nhóm acy], với sự tách

amid của gốc glutamine (Folk và Chung, 1973; Lorand và Conrad, 1984)

2.3 Ứng dụng trong xúc xích

2.3.1 Giới thiệu

Enzyme liên kết ngang và những biến đổi của protein sữa qua TGase đã được báo cáo

là tăng cường các tính năng của protein sữa, 82 bao gồm tăng độ bèn, khả năng giữ nước

83 và độ nhớt của gel Điều này cho phép mở ra tiềm năng sản xuất sữa chua ít béo mà không cần bổ sung thêm chất gôm 86 và có thê giup ngăn chặn hiện tượng tách huyết thanh sữa hoặc đông đặc gây ra bởi những thay đổi về nhiệt độ hay tác động vật lý Xử lý TGase đối với protein sữa cũng có thể tăng cường sự ôn định đối với nhiệt độ của protein sữa Các thay đối do hoạt động của enzyme cũng có thê giúp cải thiện đặc tính hoạt động

bề mặt và nhũ tương hóa của protein sữa

2.3.2 Kết luận & Thảo luận

Vì vậy, ứng đụng enzyme Transglutaminase trong sản xuất xúc xích được nghiên cứu với mục đích tạo ra sản phẩm xúc xích “sạch”, thay thế các phụ gia như hàn the, polyphosphat, muối nitrite, nitrate, đáp ứng xu hướng của thị trường thế giới, mặt khác có thê ứng dụng thành quá của công nghệ enzyme trong công nghiệp thực phẩm, góp phần nghiên cứu phát triển một dòng sản phâm mới cho ngành công nghiệp xúc xích là cần

thiết

Do đó, tỷ lệ thịt nạc /thịt mỡ là 80/20 và 90/10 là tỷ lệ thích hợp đề sản xuất xúc xích

Tuy nhiên, đề tiết kiệm chỉ phí sản xuất, giảm giá thành cho sản phẩm, mẫu có tỷ lệ thịt

nạc và thịt mỡ là 80/20 với độ chắc gel trung bình 158,75 4,51 (N.mm) có thể áp dụng

vào quy trình sản xuất xúc xích thay vì dùng tỷ lệ thịt nạc và thịt mỡ 90/10

189

S Š

9

18475 ¢ nt anid

12042 D

|

Tỷ lệ thịt nạc/“thịt mờ (g/g)

Do đó, ty 1é tinh bot 7% và 9% có thể sử dụng để sản xuất xúc xích Tuy nhiên, để tăng lợi nhuận và tiết kiệm chi phí trong sản xuất, ty lệ tính bột bắp biến tính là 9%

được lựa chọn áp dụng vào quy trình sản xuất với độ chắc gel trunh bình đo được là

188,48 3,69 (N.mm)

200

190

180

170

160

150

140

183.93 *

Í

Tỷ lệ tỉnh bột biển tính (%)

Enzyme TG duge str dung b6 sung trong san xuat xuc xich để cải thiện cấu trúc thông qua việc xúc tác hình thành các liên kết ngang giữa các phân tử protein của thịt, từ đó nâng cao độ chắc gel của sản phâm [8]

69.08

280

ac

900 22 2 15

100

so 0,1

Ty 1é enzyme Transglut aninase (°)

^ 5

Khi tăng tỷ lệ enzyme TG 0,1% lên 0,2%, độ chắc gel tăng lên đáng kê Tuy

nhiên, khi tiếp tục tăng tỷ lệ enzyme T lên 0 3%, d6 chac gel có xu hướng giảm xuống Điều này có thê giải thích, khi tăng nông độ enzyme, số lượng liên kết và chuỗi liên kết peptide tăng lên, từ đó, hình thành cấu trúc gel tốt và nâng cao khả năng liên kết nước và chất béo của thịt [9] Nhưng khi nồng độ enzyme cảng cao thì sự tương tác giữa protein và nước, và khả năng giữ nước là giám, dẫn đến độ chắc của

gel giảm [10] Ở mẫu chứa 0,2% enzyme TG cho độ chắc gel cao nhất là 269,08 2,33

(N.mm) nên tỷlệ enzyme TG 1a 0,2% được lựa chọn đề sản xuất xúc xích

3 ENZYME LIPOXYGENASE

3.1 Nguồn gốc

Lipoxygenase (LOX) là một enzyme hoạt động gián tiếp đề tạo liên kết ngang được

tìm thay ở nhiều thực vật và động vật, có tác dụng xúc tác quá trình oxy hóa các các acid

béo chưa no (chưa bão hòa) (PUFA) để tạo thành hydroperoxide Chúng có mặt trong

nhiều cơ quan và mô sinh học, nhưng chúng đặc biệt có nhiều trong các loại hạt họ đậu

(đậu và đậu Hà Lan) và củ khoai tây (7) Đồng thời, khả năng chịu nhiệt của LOX ở trong những nguyên liệu khác nhau có thay đổi Ví dụ, LOX trong đậu thì xử lý nhiệt ở 60oC nhưng LOX trong măng tây thì bền nhiệt hơn LOX động vật thường được gán

nhãn là 5-LOX, 12-LOX và 15-LOX dựa trên sự cu thé của chúng trong việc oxI hóa

PUFA

3.2 Tinh chat Enzyme lipoxygenase

Enzyme lipoxygenase xuc tac sự oxy hóa các acid béo không no chứa 2 — 3 nôi đôi (hoặc nhiều hon) nhu acid linoleic, linolenic, acid arachidic Điểm đặc biệt là

lipoxygenase chi oxy héa dang cis — cis Hầu hết các lipoxygenase (ngoại trừ ALOXE3) xúc tác cho phán ứng acid béo không bão hòa đa + O2 — axit béo hydroperoxide LOX phân bố rộng rãi trong cả sinh vật nhân chuẩn và nhân sơ, bao gồm con người, động vật, thực vật, năm và vi khuẩn So với enzyme nhân chuẩn, enzyme vi khuẩn, thường dễ sản xuất hơn ở quy mô công nghiệp trong vật chủ đị loại Tuy nhiên, nhiều LOX vi khuẩn chỉ mới được xác định gần đây và cầu trúc cũng như đặc điểm sinh hóa của chúng chưa được nghiên cứu rộng rãi

Lipoxygenase (LOX) là các enzyme xúc tác quá trình dioxy hóa các axit béo không bão hòa đa thành các hydroperoxide axit béo Sản phẩm của phản ứng đầu tiên là các gốc

tự do hydroperoxy, sau đó tạo thành các hydroxyacid và hydroxyperoxide Các liên kết

được hình thành trên cơ sở các gốc tự do oxy hóa các nhòm thiol để tạo thành cầu nối

disulfide và tạo thành các phân tử có khả năng tham gia phản ứng tạo liên kết ngang

—— -—¬>_——>_ "TT" Oo

oO, | lipoxygenase

coon

EO SE 3 EE OO

Cơ chất của lipoxygenase là các axit béo có cầu truc cis,cis1,4-pentadiene Trong thuc vật, hai loại axit béo pho biến nhất có cấu trúc nay la axit linoleic va axit linolenic Lipoxygenase xúc tác sự kết hợp oxy phân tử vào cơ chat dé tao thanh hydroperoxide axit béo không bão hòa (Hình 1) Trong quá trình phản ứng, liên kết đôi cis bị oxy tân công sẽ chuyên sang liên hợp với liên kết đôi cis lân cận và có cấu hình trans Tuy thuộc vào nguồn thực vật, sự hiện điện của isozyme và điều kiện phản ứng, sự kết hợp oxy có thê

xảy ra ở carbon 9 (ví dụ: cà chua, ngô, lúa mạch) hoặc ở carbon 13 (ví dụ: đậu nành, hạt lanh, dưa hấu) (8)

Trong cả hai trường hợp, nhóm hydroperoxide đều có cấu hình lập thê S Ở một số thực vật, các isozyme của Lipoxygenase có thê tác dụng với axit linoleic hoặc linolenic ngay

cả khi chúng được este hóa thành glycerol dưới dạng triacylglycerol hoặc phospholipid, nhưng nhìn chung cơ chất của lipoxygenase thực vật được cho là tồn tại ở dạng axit béo

tự do Một thành phần quan trọng của Lipoxygenase là nguyên tử sắt xen kẽ giữa trạng thai Fe(II) va Fe(III) Mét dic diém khac cua phan img lipoxygenase la thanh phan ky

khi Trong diéu kién yem khí, một số gốc tự do trung gian được tạo ra dẫn đến sự hình

thành axit oxodienoic và các chất nhị trùng Các gốc tự do trung gian cũng được cho là nguyên nhân gây ra phản ứng đặc trưng khác của Lipoxygenase: sự đồng oxy hóa của các sắc tổ (9)

3.3 Ứng dụng trong bánh mì

3.3.1 Giới thiệu

Việc sản xuất bánh mì đòi hỏi bột phải có tính đàn hồi để cho phép lạm phát trong quá

trỉnh lên men Khả năng giữ lại CO2 thu được từ quá trình lên men, dựa vào đặc tính nhớt đàn hồi của bột nhào, một đặc tính phụ thuộc vào hàm lượng protein của bột mì Đặc tinh trộn của bột mì và đặc tính lưu biến của bột nhào thu được phan lớn được xác định bởi

đặc tính của protein dự trữ chính của mầm lúa mì, prolamin (Bekes và những người khác 1994) Khi trộn với nước, các protein này tương tác với nhau tạo thành mạng lưới protein găn kết được gọi là gluten (Shewry và những người khác 1986) Như đã thảo luận trước

đó, bột đậu nành có hoạt tính enzyme đã được sử dụng trong công nghiệp làm bánh gần

100 năm nay (Bohn và Haas 1928) Phan tiếp theo sé thao luận chỉ tiết hơn về vai trò của

LOX trong quá trình cải thiện lưu biến và tây trắng bột (10)

3.3.2 Kết luận & Thảo luận

LOX được coi là một chất cải thiện quá trình oxy hóa, bởi vì các sản phẩm được hình thành trong quá trình oxy hóa axit béo trong bột mì có tác dụng liên kết ngang với protein bột mì bằng quá trình oxy hóa các nhóm thiol glutenin (Faubion va HOSEney 1981; Addo và những người khác 1993; Permykova và Trufanov 2011) Vi vậy, việc sử dụng LOX, ở dạng bột đậu nành có hoạt tính enzyme, làm chất cải thiện bột nhào là pho bién trong qua trinh san xuat banh mi trang (Faubion va HOSEney 1981; Luning va những người khác I991) Ngoài việc cải thiện khả năng trộn và tính lưu biến của bột, việc bổ sung bột đậu nành có hoạt tính enzyme cũng tây trắng sắc tố caroten của bột mì để tạo ra vụn bánh trắng hơn (Faubion và HOSEney 1981; Shiiba và những người khác 1991; Cumbee và những người khác 1997; Tuy nhiên, mặc dù đó là hiện nay được chấp nhận rộng rãi rằng việc cải thiện tính lưu biến và tây trắng bột được thực hiện thông qua các quá trình đồng oxy hóa, cơ chế đồng oxy hóa rất phức tạp và vẫn chưa rõ ràng (Frazier và những người khác 1977; Faubion và HOSEney 1981)

Lý do chính cho điều này là quá trình oxy hóa lipid và carotenoid tây trăng và/hoặc oxy hóa sulfhydryl, mặc đù có liên kết nhưng không các hoạt động tương tự (Faubion và HOSEney 1981; Robinson và những người khác 1995) Nhiều nhóm khác nhau đã cho thấy, bằng cách sử dụng chiết xuất enzyme, sự phá hủy sắc tô có thể bị ức chế bằng cách

bồ sung chất chống oxy hóa, chăng hạn như axit ascorbic, mà không làm giảm diene hình thành (Walsh và những người khác 1970; Me Donald 1979) Tương tự nhu vay, Frazier

và những người khác (1977) cho thấy việc ức chế sự xuất hiện các sản phâm peroxid hóa lipid bằng cách bổ sung nordihydroguaiaretic axit (NDGA), cũng không có ảnh hưởng đến tính lưu biến của bột nhào TRONG những nghiên cứu này, axit ascorbic va NDGA,

tương ứng, đã loại bỏ chất trung gian và là sản phâm của phản ứng LOX với lipid Những kết quả này cho thấy rằng nó là một chất trung gian phản ứng trong Phản ứng LOX liên quan đến quá trình đồng oxy hóa chứ không phải là phản ứng cuối cùng sản phẩm hydroperoxide Ly thuyết này được củng cố bằng quan sát rằng việc bổ sung hydroperoxide ngoại sinh không có tác dụng về tính lưu biến của bột hoặc sự phá hủy sắc

tô

4 ENZVME TYROSINASE

4.1 Nguồn gốc

Enzym Tyrosinase (EC 1.14.18.1) này được phân bồ rộng rãi trong nắm, động vật và thực vật hoạt động tối ưu ở vùng pH acid nhẹ, chịu nhiệt kém thường mắt hoạt tính trong vòng vải phút 6 70-90°C Tyrosinase đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành sắc tố và là enzim thuộc nhóm polyphenoloxydase có chứa ion kim loại đồng (Cu2~) trong trung tâm hoạt động Enzim này xúc tác phản ứng hydroxyl hóa các monophenol thành o-diphenol và oxi hóa o-diphenol thanh dopaquinone (11)

4.2 Tính chất Tyrosinase

Tyrosinase xúc tác quá trình hydroxyl hóa monophenolic (hoạt tính monophenolase)

và các hợp chất diphenolic (hoạt tính diphenolase hoặc hoạt động cafechol oxidase) thành

o-quinone tương ứng và đồng thời khử phân tử oxy thành nước Các enzyme chỉ xúc tác

cho phản ứng thứ hai được gọi là catechol oxydase và chỉ có hoạt tính xúc tác mới cho

phép phân biét ching voi tyrosinase

Tyrosinase oxi hóa các phenol có khối lượng phân tử thấp hoặc các phần tyrosine trong protein thành những quinone, sau đó các quinone phản ứng trực tiếp với nhóm amine hoặc các hợp chât mang amine đề hình thành các hydrogel sinh học

0 Chitosan

|—

Tyrosinase

Gelatine/Chitosan Conjugate

Khi co oxy, tyrosinase xúc tac phan img hydroxyl hoa monophenol thanh o-diphenol, sau đó tiếp tục bị oxy hóa thành oquinone tương ứng Quinone là hợp chất có khả năng phản ứng cao, có thê phản ứng với nhau hoặc với thiol và/hoặc nhóm amino chính mà không cần enzyme Ngoài các chất nền tự nhiên là tyrosine va dihydroxyphenylalanine (DOPA), tyrosinase có khả năng oxy hóa các gốc tyrosine (Hình I) trong các phân tử