Tìm hiểu các chế phẩm enzyme thương mại trong ngành sản xuất thực phẩm

B/ VAI TRÒ CỦA ENZIM Dựa trên những đặc tính đó mà trong công nghiệp có thể hợp lý hoặc hoặc rútngắn các quá trình sản xuất, thay đổi triệt để một số quy trình kỹ thuật cũ, lập nênnhững

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HỒ CHÍ MINH

MỤC LỤC

A/ SƠ LƯỢC VỀ ENZIM 2

I ĐỊNH NGHĨA 2

II ĐẶC ĐIỂM ENZIM 2

III PHÂN LOẠI VÀ CẤU TRÚC ENZIM 3

C/ MỘT SỐ LOẠI ENZIM THƯƠNG MẠI VÀ ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG 3

I Amilaza 3

II Proteaza 12

III Pectinaza 14

IV Xellulaza 17

V Glucooxydaza 18

A/ SƠ LƯỢC VỀ ENZIM

Enzim là những chất xúc tác sinh học có tính đặc hiệu cao đối với cơ chất do tếbào sống tổng hợp nên, điều kiện vận tốc và sự chuyển hóa của hàng ngàn phản ứnghóa học xảy ra trong sinh chất Enzim rất có ích cho con người trong việc nghiên cứu

và sử dụng chúng để giải quyết các vấn đề quan trọng của khoa học, công nghệ và kinh

tế quốc dân

II ĐẶC ĐIỂM ENZIM

Mọi tế bào đều tổng hợp enzim theo nhu cầu của chuyển hóa của tế bào Cácenzym đó hoạt động trong tế bào và được gọi là enzim nội bào Một số tế bào tổng hợpnhững enzim và bài xuất chúng ra ngoài tế bào nhằm mục tiêu thực hiện chức năngnhất định cho cơ thể Đó là loại enzim ngoại bào thí dụ các tuyến tiêu hóa tiết ra cácenzim tiêu hóa trong các dịch tiêu hóa

Apoenzym là protein, không chịu được nhiệt và nó quyết định tính đặc hiệu củaenzim (mỗi apoenzym ứng với một cơ chất nhất định)

Coenzym là phần tử cơ tương đối nhỏ, chịu được nhiệt, có thể thẩm tích đượctrực tiếp tham gia vận chuyển điện tử hydro hoặc nhóm hóa học trong phản ứng doenzim xúc tác, thường có vitamin tan trong nước tham gia cấu tạo

Mỗi enzim có một apoenzym tương ứng có cơ chất tương tự Nhưng nhiềuenzim khác nhau có thể có cùng một loại coenzym

Enzim có tính đặc hiệu cao, mỗi enzin chỉ tác dụng lên một chất nhất định màkhông gây nên một biếm đổi gì đối với các chất khác bên cạnh Tính chất này rất quantrọng đặc biệt là khi chế biến các nguyên liệu có nguồn gốc sinh vật, có thành phầnhóa học rất phức tạp

Enzim đều có nguồn gốc tự nhiên, không độc Đặc điểm này lại càng quantrọng đối với các ngành thực phẩm và y học

III PHÂN LOẠI VÀ CẤU TRÚC ENZIM

E

nzim

loại

Tên Cơ chế phản ứng xúc tác Phản ứng tổng quát

1 ductaseOxydore hydro, oxy)Oxy hóa-khử (Cho nhận điện tử AKh+ Box

Trong 6 loại enzim trên, mỗi loại lai được chia thành nhiều nhóm: mỗi nhóm được chia thành nhiều phân nhóm; mỗi phân nhóm gồm nhiều enzim

B/ VAI TRÒ CỦA ENZIM

Dựa trên những đặc tính đó mà trong công nghiệp có thể hợp lý hoặc hoặc rútngắn các quá trình sản xuất, thay đổi triệt để một số quy trình kỹ thuật cũ, lập nênnhững quy trình kỹ thuật mới, nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm, mở rộngphạm vi sử dụng nguyên liệu dễ dàng tổ chức sản xuất lớn, giảm nhẹ điều kiện laođộng, nâng cao trình đô vệ sinh của xí nghiệp, tiết kiệm nguyên vật liệu…

C/ MỘT SỐ LOẠI ENZIM THƯƠNG MẠI VÀ ỨNG DỤNG CỦA

CHÚNG

I Amilaza

1.1 Giới thiệu

౼ Enzyme amylase là một loại enzyme có ý nghĩa về mặt sinh lý, thương mại và

cả lịch sử và còn được gọi tên là Diastase

౼ Amylase là một hệ enzyme rất phổ biến trong thế giới sinh vật, có ở động vật,thực vật và cả ở vi sinh vật

౼ Enzyme amylase thuộc nhóm Enzyme thủy phân, xúc tác sự phân giải liên kếtglucoside nội phân tử trong các polysaccharide với sự tham gia của nước

Enzyme này thủy phân các liên kết bên trong của chuỗi polysaccharide

Gồm có α- Amylase và nhóm enzyme khử nhánh Nhóm enzyme khử nhánh nàychia làm 2 loại:

Khử trực tiếp: Pullulanase hay α – dextrin-6- glucosidase

1.3 Các enzyme Amylase

1.3.1  amilaza:

Về cơ chế tác dụng, người ta thấy rằng  - amilaza của nấm mốc cắt đứt đượctất cả các liên kết , -1,4 – glucozit trong mạch polysacarit, trừ điểm phân nhánhtrong amilopeptin, để tạo thành maltoza và dextrin giới hạn Như vậy chúng có khảnăng chuyển 80 – 82% tinh bôl thành maltoza Một đặ điểm nữa là  - amilaza hầunhư không có tác dụng trên tinh bột nguyên thủy, nhưng tác dụng thủy phân hồ tinhbột thì rất nhanh

Khi thủy phân tinh bột  - amilaza thương thì xảy ra hai giai đoạn sau

- Giai đoạn đầu: chỉ một số liên kết trong phân tử bị đứt và độ nhớt của hồtinh bột giảm nhanh

- Giai đoạn hai: thủy phân các dextrin phân tử lớn hơn vừa được tạo thànhTính chất đặc trưng của  - amilaza là khả năng dextrin hóa cao, do đó làm chophản ứng màu của tinh bột với ion bị biến đổi nhanh chóng Chính người ta dựa vàotính chất này để xác định hoạt độ của enzim một cách định tính

 - amilaza của A oryzea có phân tử lượng khoảng 45.000 là một metaloenaim(enzim cơ kim) Hoạt đọng của  - amilaza có liên quan mật thiết với sự có mặt củaenzim

PH tối ưu của  - amilaza của nấm môc là 4,7 – 4,9

Amilaza của vi khuản cũng thuộc kiểu  - amilaza, nhưng có một số tính chấtkhác với  - amilaza của nấm mốc Đó là khả năng dịch hóa (hòa tan) và dextrinhóa tinh bột rất cao, còn khả năng đường hóa (tạo ra maltoza) tương đôi yếu Nhiềuamilaza vủa vi khuẩn đặc biệt là của vi khuẩn ưa ẩm, rất bền vững đối với nhiệt độcao ( 900C)

Trong canh trường của vi khuẩn thường chỉ tạo thành  - amilaza Trong phân

tử amilaza, từ vi khuẩn cũng có chứa canxi nhiều hơn Khi có mặt ino Zn2+ thì phân

tử ở dạng dime

PH tối ưu của amilaza vi khuẩn là 5,9 – 6

1.3.2 β-amylase (β-1,4-glucan-maltohydrolase)

౼ β-amylase xúc tác sự thủy phân các liên kết 1,4-glucan trong tinh bột, glucogen

và polysaccharide, phân cắt tuần tự từng nhóm maltose từ đầu không khử của mạch.Maltose được hình thành do sự xúc tác của β-amylase có cấu hình β

౼ Hầu như không thủy phân hạt tinh bột nguyên mà chỉ thủy phân tinh bột hồ hóa

Có khả năng thủy phân 100% amilose thành maltose và 54-58% amylopectin thànhmaltose

౼ β-amylase là một albumin, là enzyme ngoại phân, chỉ có trong malt, kém bền ởnhiệt độ, bị vô hoạt hoàn toàn ở 70oC pH trong dịch thuần khiết là 4.6 còn trong

1.3.3 γ-amylase (glucoamylase hay 1,4-glucan-glucohydrolase)

౼ Glucoamylase có khả năng thủy phân liên kết -1,4- lẫn -1,6- glucoside, ngoài

ra còn có khả năng thủy phân các liên kết -1,2- và -1,3- glucoside và là enzymengoại bào

౼ Glucoamylase có năng thủy phân hoàn toàn tinh bột, glucogen, amylopectin,dextrin…thành glucose mà không cần có sự tham gia của các amylase khác

౼ Đa số glucoamylase đều thuộc loại “chịu acid”, pHopt =3,5-5, to

opt=50-60oC, mấthoạt tính ở >70oC

౼ Những chủng vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp ra enzyme này là: Asp.Oryzae, Asp.Awamori, Asp Usami, Asp Batatae,…

1.3.4 Oligo-1,6-glucosidase hay dextrinnase tới hạn glucanhydrolase).

(dextrin-6-Enzyme này thủy phân liên kết β-1,6-glucoside trong isomaltose, panose vàcác dextrin tới hạn thành đường có thể lên men được Các loài nấm mốc Asp.Oryzae, Asp Awamori, Asp.Usami sinh tổng hợp rất mạnh mẽ enzyme này chonên nếu đường hóa tinh bột đã nấu chín (trong sản xuất rượu) bằng chế phẩmenzyme nuôi cấy từ các giống vi sinh vật này sẽ thu được dịch đường có khả nănglên men cuối rất triệt để, góp phần nâng cao hiệu suất gây men và tổng thu hồi rượu.Ngoài ra enzyme này cũng có trong malt, trong mô động vật và cả nấm men

1.3.5 α-glucosidase hay maltase ( α – D – glucozit - glucanhydrolase)

Có nhiều loại nấm mốc sinh tổng hợp ra enzyme này, tác dụng thủy phân đườngmaltose thành glucose nhưng không thủy phân được tinh bột Như vậy giống nhưdextrinaza, enzyme này giúp cho quá trình lên men cuối chuyển đường thành rượuetylic nhằm nâng cao hiệu suất lên men

1.3.6 Transglucosidase ( α – 1,4 – Glucan : D - glucoza - 4 – glucozil transferaza )

Enzyme này thường tồn tại song song với glucoamylase ( trong chế phẩm nấmmốc Asp ), nó có hoạt tính thủy phân và hoạt tính vận chuyển nhóm Nghĩa là nókhông chỉ thủy phân maltose thành glucose mà còn tổng hợp nên isomaltose,isotriose và panose Sự có mặt của enzyme này trong các chế phẩm enzyme dùng đểbiến hình tinh bột là một điều không mong muốn, từ đó làm giảm hiệu suất và gây

vị đắng

1.4 Ứng dụng enzyme amylase trong CNTP

Hiện nay việc sản xuất chế phẩm enzyme các loại đã và đang phát triển mạnh

mẽ trên quy mô công nghiệp Thực tế đã có hàng nghìn chế phẩm enzyme được bántrên thị trường thế giới, các chế phẩm này đã được khai thác và tinh chế tinh khiếttheo tiêu chuẩn công nghiệp và ứng dụng Chế phẩm enzyme không chỉ được ứngdụng trong y học, đời sống, mà còn được ứng dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vựckhác nhau, trong nông nghiệp, trong hóa học, trong công nghiệp thực phẩm, “ ýnghĩa của việc sử dụng enzyme trong các lãnh vực thực tế không kém so với ý nghĩacủa việc sử dụng năng lượng nguyên tử” Theo thời gian, enzyme công nghiệp càngngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến mà phải kế đến đó là protease,cellulose, ligase, amylase, Và một trong những enzyme được ứng dụng rất phổbiến đó là amylase, có thể kế đến rất nhiều ứng dụng của amylase trong nhiều lãnhvực khác nhau mà đáng kể nhất phải kế đến đó là công nghiệp thực phẩm Trong yhọc và dược phẩm : thuốc, hóa chất chứa hoạt tính enzyme amylase và amylaseđược sử dụng đễ chuẩn đoán viêm tụy cấp Trong công nghiệp: amylase được ứngdụng trong sản xuất chất tẩy rửa và còn được ứng dụng trong công nghiệp dệt.Trong công nghiệp thực phẩm: amylase được ứng dụng trong sản xuất nhiều sảnphẩm khá quen thuộc như mì chính, bia, cồn, siro, bánh mì, bánh kẹo

Amilaza thường được sử dụng trong lĩnh vực như trong bảng

Lĩnh vực sử dụng

Enzim được sử dụngCủa vi

- Nguyên liệu sử dụng : các nguyên liệu giàu glucid như tinh bột sắn, rỉ đường mía,

- Các chủng vi sinh vật: corymebacterium hydrocacboclastus, bacillus,Brevibacterium

1.4.1.2 Sự tham gia của enzyme amylase trong công nghệ sản xuất mì chính.

- Amylase được sử dụng trong giai đoạn thủy phân tinh bột

- Mục đích: tạo điều kiện để thực hiện các phản ứng thủy phân tinh bột thành đườnglên men được chủ yếu là đường glucose

- Enzyme thường dùng: enzyme α– amylase, γ – amylase ( vừa thủy phân -1,4- vừathủy phân -1,6- )

1.4.1.3 Ưu nhược điểm.

Ưu điểm : Không dùng đến hóa chất hay thiết bị chịu áp lực, Không độc hại chongười và thiết bị

Nhược điểm :

 Đường hóa không triệt để tinh bột, mà còn ở dạng trung gian như dextrin, làm cho vi khuẩn lên men mì chính không có khả năng sử dụng

 Thời gian đường hóa tương đối dài

 Lượng đường sau khi đường hóa thấp , do đó phải sử dụng thiết bị to và cồngkềnh

1.4.2 Ứng dụng enzyme amylase trong công nghệ sản xuất bia.

Nếu như trong sản xuất rượi trước đây, malt đại mạch chỉ được dùng để làm tácnhân đường hóa (thường chiếm 7 -9 % lượng đại mạch đưa vào sản xuất) thì trongsản xuất bia, malt đại mạch lại là nguyên liệu chính Điểm khác nhay nữa là mức độsâu sắc của đường hóa tinh bột chứa trong nguyên liệu Trong sản xuất rượu đòi hỏiphải thủy phân hoàn toàn tinh bột thành đường dễ lên men Ngược lại, trong sảnxuất bia chỉ cần một sự đường hóa nửa vơi, nghĩa là phải còn lại các dextrin để tạocho bia có vị đặc trưng và khả năng tạo bọt

Hiện nay ở nhiều nước trên thế giới người ta chỉ thay thế 25-50% malt băngnguyên liệu phi malt, nghĩa là bằng các hạt chứa nẩy mầm như dại mạch loại hai vàloại va, ngô đã lây hết chất béo,… Trong trường hợp này, người ta dùng đến chếphẩm amilaza để có được mức độ đường hóa cần thiết cho chất lượng bia Để dùngđược mục đích này, người ta dùng sản phẩm A oryzae Khi dùng 50% nguyên liệuphi malt thì phải dùng khoảng 1% canh trường A oryzae khô và một ít axit lactíc đểtạo PH cần thiết cho enzim hoạt động

Ơ một số nước như Đan Mạch, Pháp, Nhật Bản, Mỹ để đường hóa nguyên liệu phimalt người ta dùng chế phẩm amilaza của vi khuẩn Trong những trường hợp đó cóthể thay thế 20 – 30% malt và đôi khi đến 80 – 90% malt băng nguyên liệu phi maltNgoài ra trong sản xuất bia, người ta còn dùng một số enzim khác để phá vỡ cấutrúc của malt và của hạt phi malt, phức hệ enzim của Trichotheccium roseum có tácdụng đến thành phần tế bào của nguyên liệu do đó sẽ giải phóng ra tinh bột và làmtăng độ trích lý của nguyên liệu

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

1.4.3 Ứng dụng enzyme amylase trong sản xuất bánh mì.

- Trong sản xuất bánh mì, người ta sử dụng enzyme nhằm giải quyết một số vấn đềsau :

 Làm tăng nhanh thể tích bánh

 Làm màu sắc của bánh đẹp hơn

 Làm tăng mùi thơm cho bánh

- Trong sản xuất bánh mì, người ta sử dụng cả hai loại Enzyme α-amylase và amylase, các loại enzyme này tham gia thủy phân tinh bột để tạo thành đường Nhờ

β-đó nấm men Saccharomyces cerevisiae sẽ dễ dàng chuyển hóa chúng thành cồn,CO2, làm tăng thể tích của bánh và tạo ra màu sắc, hương vị tốt cho bánh

- Nguồn amylase thường sử dụng là từ malt, tuy nhiên trong những năm gần đây,malt dần dần được thay thế từ nấm sợi Các chế phẩm Enzyme từ nấm sợi không chỉchứa amylase mà còn chứa protease và một số Enzyme khác rất có lợi cho quá trìnhlên men Chế phẩm Enzyme này chủ yếu thu nhận từ Aspergillus oryzae

- Trong quá trình sử dụng Enzyme amylase người ta cho sulfat amon vào bột nhưmột chất đệm cho amylase họat động, người ta thường tạo chất đệm cho amylasebằng cách trộn lượng Enzyme amylase vào tinh bột theo tỷ lệ 1:1 hỗn hợp này cótác dụng ổn định họat tính Enzyme amylase không thay đổi trong một năm bảoquản Khi cho hỗn hợp này vào bột để làm bánh thì chất lượng bánh sẽ tăng lên rấtnhiều (tăng thể tích, độ xốp, tăng khả năng giử hình bánh, tăng mức ổn định cấu trúcruột bánh và làm giảm quá trình làm khô của bánh ) Ngoài ra khi sử dụng chế phẩmenzyme sẽ làm giảm tiêu hao nấm men lỏng đến 20%

- Mặt khác chất lượng của bánh mì không chỉ phụ thuộc vào lượng CO2 tạo ranhiều hay ít, mà phụ thuộc vào động thái của quá trình tạo ra nó Nếu lượng CO2tạo ra chỉ từ lượng đường có sẵn trong bột mì thì lượng CO2 này sẽ đạt cực đại ởgiờ đầu tiên và giờ thứ hai của quá trình lên men, sau đó lượng khí sẽ giảm bánh mì

sẽ không đảm bảo chất lượng Trong công nghệ sản xuất bánh mì, lượng khí CO2phải được tạo ra liên tục từ giờ đầu tiên đến giờ cuối cùng của quá trình sản xuất.Đặc biệt là quá trình tạo CO2 phải được ổn định 10 - 15 phút đầu khi đưa bánh vào

lò nướng

- Khi trong bột có β-amylase họat động thì tạo thành CO2 trong quá trình nhào bộtxảy ra theo chiều hướng tăng và đạt cực đai ở giờ thứ tư của quá trình lên men Nhưvậy sự tạo thành lượng khí liên tục là nhờ họat động của amylase đưa vào trong bộttrong quá trình nhào

1.4.4 Trong sản xuất rượu

Đối với công nghiệp sản xuất rượu cồn, các enzim đường hóa có một vai trò đặc biệt quan trọng Vài mươi năm trở lại đây chế phẩm amilaza của nấm mốc đã hoàn toàn thay thế malt Và kết quả đem lại là

- Để dành được hàng chục nghìn tấn hạt có chất lượng cao

- Tăng hiệu suất rượu, do khả năng thủy phân sâu của chế phẩm enzim của nấm mốc

- Thời gian để sản xuất chế phẩm rút ngắn xuống nhiều lần (sản xuất malt càn 7 – 8 ngày, sản xuất nấm mốc chỉ hàng chục giờ)

- Giảm diện tích sản xuất, lao động và điện năng

Chế phẩm enzim thường là A awamori, A oryzae, A usamii

Aspergillus awamori tạo được nhiều glucoamilaza hoạt động cao mà lượng chếphẩm từ A awamori cần thiết để đường hóa giảm đi tới 2- 2,5 lần Song chế phẩmnày lại không có mặt enzim proteaza hoạt động trong môi trường axit yế của hạt( 5,5 – 6) Do đó người ta dùng hỗn hợp bố phần canh trường bề mặt của A.awamori

và một phần canh trường bề mặt của A oryzae để bổ sung lẫn nhau

Để đường hóa hoàn toàn tinh bột có trong nguyên liệu, lượng chế phẩm enzimphải chiếm khoảng 6 – 6,5% lượng tinh bột

Ở các nhà máy rượu ở Việt Nam thường dùng chế phẩm enzim A usamii vì lẽtrong chúng cũng có chứa nhiều glucoamilaza hoạt động

Cần chú ý rằng trong sản xuất rượi , vai trò của glucoamilaza rất quan trọng hơn

cả  - amilaza Vì glucoamilaza có thể đường hóa tinh bột đến cùng còn  - amilathì không thể chuyển hóa tinh bột thành đường len men được

1.4.5 Trong sản xuất glucoza và mật

Chúng ra đều biết từ tinh bột có thể thu được sản phẩm vật đường khác nhau.mật glucoza hay mật maltoza Mật maltoza thường dùng trong sản xuất bánh kẹo vàtrong sản xuất các sản phẩ ăn kiêng cho trẻ em và người bệnh

Những nấm môc chứa nhiều glucoamilaza là A.awamori, Rhizopus đặc biệt là

ở Rhizopus Ở Nhật Bản đã sản xuất chế phẩm glucoamilaza từ canh trường bề mặtcủa Rhizopus Chế phẩm này có tên là Xuizim và không có chứa glucozyltrasferaza.Chế phẩm thu được từ nấm men Endomycopsis cũng chứa ít glucozyltrasferaza

Để sản xuất glucoza bằng chế phẩm glucoamilaza thì phải hồ hóa huyền phùtinh bột có nồng độ cao Để làm giảm độ nhớt của huyền phù tinh bột trong quátrình hồ hóa người ta phải dùng dung dịch axit vô cơ hoặc bàng amilaza của vikhuẩn Bằng cách này có thể tăng cao được nồng độ tinh bột Sau khi hồ hóa tinhbột xong thì làm nguôi dung dịch đến 600C và đưa PH đế 4 -4,5 để tạo điều kiện vàtinh bột hầu như bị thủy phân hoàn toàn đến glucoza Dung dịch glucoza thu đượcđem xử lý bằng than hoạt tính, cô đặc rồi cho kết tinh Do mỗi glucoamilaza cótình đặc hiệu nên có thể dùng bột trực tiếp mà không cần phải tinh chế thành tinhbột