ENZYME TRONG CHẾ BIẾN RAU QUẢ

ENZYME TRONG CHẾ BIẾN RAU QUẢ

BÁO CÁO TIỂU LUẬN

Đề tài:

ENZYME TRONG CHẾ BIẾN RAU QUẢ

Tp.HCM 02/2015

MỤC LỤC

MỤC LỤC 3

Stt 4

Enzym (tên gọi theo hệ thống) 4

Enzym(tên thường gọi) 4

LỜI MỞ ĐẦU

Nền kinh tế quốc tế trên đà phát triển thì các ngành khoa học kỹ thuật và dịch

vụ ngày càng phát triển, theo đó ngành công nghệ thực phẩm cũng từng bước được cải tiến để cung cấp các sản phẩm đầy đủ chất dinh dưỡng, đẹp mắt, tiện lợi đáp ứng những nhu cầu ngày càng cao của con người

Sử dụng enzyme trong sản xuất và đời sống đã trở thành phổ biến trong ngành sản xuất thực phaamt và mang lại lợi ích khá lớn Trước đây, nguồn enzyme chủ yếu thu nhận từ thực vật và động vật Ngày nay, người ta nghiên cứu tìm ra nguồn enzyme từ

vi sinh vật phong phú và đa dạng và rẻ tiền Và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất khác nhau Để hiểu sâu hơn về nguồn enzyme này nhóm em thực hiện

đề tài tiểu luận: Quy Trình Sản Xuất Enzyme Pectinase Và Ứng Dụng

Trong Sản Xuất Nước Quả.

Vì thời gian hoàn thành báo cáo không nhiều, cũng như kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót, em kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến của cô, các bạn để bài báo cáo của em được hoàn thiện hơn và giúp em tiến bộ hơn trong những bài làm sắp tới

I Giới thiệu chung về enzyme pectinase

1.1 Khái niệm:

Là hệ enzyme có tác dụng lên pectin dạng hòa tan, làm giải phóng nhóm

metoxy (CH3O-) và phần polysaccarit còn lại được gọi là acid pectin

1.2 Phân loại

Enzyme pectinase có thể phân loại theo cơ chế tác dụng của chúng:

Bảng 1.1: Phân loại enzyme pectinase

theo hệ thống)

Enzym(tên thường gọi)

Phản ứng xúc tác

1

Pectin-pectinhydrolase pectinesterase

Pectin + H2O = n metanol + pectic acid

Poly--1,4

galacturonid-glycano

hydrolase-PG

Endopoly galacturonase (endo-PG)

Thủy phân liên kết -1,4-D-galacturonid trong galacturonid không theo một trật tự nào

3

Poly--1,4-D-galacturonidgalactu

ron-hydrolase

Exopoly galacturonase (exo-PG)

Thủy phân liên kết -1,4-D-galacturonid trong pectat, trong galacturonic với sự đứt mạch của acid galacturonic

4

Poly--1,4-D-galacturonidmetiles

ter-glycanohydrolase

Endopolymetil-galacturonase (Endo-PMG)

Thủy phân liên kết -1,4-D-galacturonid trong pectin không theo một trật tự nhất định

5

Poly--1,4-D-galacturonid

digalacturonoliase

Exo-pectatliase (exo-PKTE)

Thủy phân liên kết -1,4-D-galacturonid trong pectat với sự tạo thành -4,5 aciddegalacturonic không theo một trật tự nhất định

6

Poly--1,4-D-galacturonid

glicanoliase

Endopectatliase (PETE)

Thủy phân liên kết -1,4-D-galacturonid trong pectat, trong galacturonic với sự tạo thành nối đôi không theo một trật tự nhất định

7

Poly--1,4-D-galacturonid

metylester

glicanoliase

Endopectinliase (Endo-PTE)

Thủy phân liên kết -1,4-D-galacturonid trong pectin với sự tạo thành nối đôi không theo một trật tự nhất định

• Pectinesterase (PE): xúc tác sự thủy phân của các nhóm methyl ester

Enzyme thường tấn công vào các nhóm ester methyl của đơn vị galaturonate nằm kề đơn vị không bị ester hoá, phân cắt các nhóm methoxy (COOCH3) đứng cạnh các nhóm –COOH tự do, tạo thành acid pectinic hoặc acid pectic và methanol Pectinesterase thu được từ các nguồn khác nhau có giá trị pH tối ưu khác nhau Nếu thu từ nguồn VSV thì PH tối ưu từ 4,5-5,5 còn nếu từ nguồn thực vật thì có pH tối ưu

từ 5,0-8,5 Pectinesterase từ nấm mốc có nhiệt độ tối ưu là 30-40oC và bị vô hoạt ở

55-62oC Pectinesterase thường được hoạt hoá bởi các ion Ca2+ và Mg2+

•Polygalacturonase: còn có tên gọi là poly -1,4-galacturoniglucanohydrolase,

xúc tác sự phân cắt các mối liên kết –1,4-glycosid Các exo-PG (exo-poly 1,4 D-galacturonide) galacturonohydrolase, phân cắt từ các 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 mốc và vi khuẩn Polygalacturonase là một phức hệ enzyme gồm có nhiều cấu tử và thường có tính đặc hiệu cao đối với cơ chất Trên cơ sở tính đặc hiệu và cơ chế tác dụng với cơ chất, enzym polygalacturonase được chia làm bốn loại:

•Polymethylgalacturonase hay còn gọi là -1,4-galacturonite-methylesglucanohydrolase, tác dụng trên polygalactorunic acid đã được methoxyl hoá (tức là pectin) Enzyme này lại được phân thành hai nhóm nhỏ phụ thuộc vào khả năng phân cắt ở trong hay cuối mạch trong phân tử pectin, đó là endo-glucosidase-polymethyl galacturonase kiểu I và exo-glucosidase-endo-glucosidase-polymethylgalaturonase kiểu II

•Polygalacturonase, enzyme tác dụng trên pectic acid hoặc pectinic, cũng được

chia thành hai nhóm nhỏ là endo-glucosidase-polygalacturonase kiểu II và exo-glucosidase-polygalacturonase kiểu IV Enzyme endo-glucosidase-Polymethyl-galacturonase kiểu I là enzyme polymethylendo-glucosidase-Polymethyl-galacturonase dịch hoá pectin có mức độ methyl hoá càng cao thì bị thủy phân bởi enzyme này càng nhanh và càng có hiệu quả Trong dung dịch, khi có mặt của enzyme pectinesterase thì hoạt độ của enzyme này

thường bị giảm Enzyme này rất phổ biến trong các VSV, đặc biệt là nấm mốc A

niger, A, awamori.

•Pectate lyase (PEL): xúc tác sự phân cắt các đơn vị galacturonate không bị

ester hoá Cả hai enzyme exo-PEL (exo-Poly(1,4 D-galac turonide) lyase) và endo-PEL (endo-poly(1,4 D-galacturonic lyase) đều tồn tại Pectate và pectin có lượng methoxyl thấp là các cơ chất thích hợp hơn cả cho các enzyme này Nói chung, cả hai enzyme này đều có khoảng pH tối đa nằm trong khoảng từ 8,0-11, đều cần ion Ca2+ để hoạt động Pectate lyase không được tìm thấy trong cây xanh, nhưng có ở vi khuẩn và nấm Các enzyme VSV ngoại bào này đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình

gây bệnh ở thực vật, gây ra sự phân hủy mô của thành tế bào, làm mềm và làm mục

mô thực vật

Ngoài ra còn có:

• Pectin-transeliminase hay còn được gọi là poly –1,4-galaturonite

methylesteglucanoliase, là enyme tác dụng trên pectin và pectinic acid

• Polygalactorunate-transeliminase còn được gọi là poly -1,4D-galaturonite –

glucanoliase, là enzyme tác dụng trên pectic acid và pectinic acid

Pectin lyase (PNL): xúc tác sự phân cắt các đơn vị galacturonate đã bị ester hoá

Tất cả các PNL đều là endo-enzyme

1.3 Nguồn thu nhận enzyme pectinase

Enzym pectinase từ nguồn thực vật:

Trong thực vật, hầu hết các loại cây cho trái đều chứa enyme PE.Enzyme này thường 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 ở nồng

độ thấp, như Ca2+ chẳng hạn, có khuynh hướng làm tăng nồng độ hoạt động của enzyme

- Cà chua chứa ít nhất hai loại PE Cả PE1 và PE2 đều tăng trong giai đoạn đầu của quá trình chín Khi bước vào giai đoạn chín, nồng độ enzyme PE1 giảm xuống, nhưng PE2 tích luỹ dần cho đến khi trái cây có màu đặc trưng của trái chín PE2 có khối lượng phân tử 23kD, pH tối ưu 7,6 Enzyme này bị bất hoạt 50% sau 5 phút đun ở 67oC Các ion Ca2+ và Na+ làm tăng hoạt độ của enzyme lên tối đa ở các nồng độ 0,005M và 0,05M, theo thứ tự

- PE của đậu nành là protein có khối lượng phân tử 33kD, hoạt động tối

ưu tại pH gần 8 Polygalacturonic acid, là sản phẩm được hình thành do quá trình để methyl hoá các phân tử galacturonic acid

- Trong thịt quả chuối có hai isoenzyme PE Cả hai có cùng khối lượng phân tử là 30kD, nhưng có điểm đẳng điện khác nhau: 8,8 và 9,3 Các enzyme này hoạt động ở pH tối đa là 7,5 Hoạt độ enzyme tăng lên khi thêm vào dung dịch NaCl ở

nồng độ 0,2M, và đưa pH của dung dịch về 6,0 Các enzyme này bị ức chế bởi nhiều loại

- Polyol có khối lượng phân tử thấp, như glycerol, sucrose, glucose, maltose và galactose PE trong quả cam có hai loại: đó là hai isoenzyme PE1 và PE2

có khối lượng phân tử 36,kD, nhưng có điểm đẳng điện khác nhau là 10,05 và 11,0, theo thứ tự pH tối ưu của PE1 là 7,6, còn của PE2 là 8,0

- Trong thành phần của nhiều thịt quả khác cũng chứa hai isoenzyem, một trong hai enzyme này có tính bền nhiệt hơn, còn enzyme kia thì ít mẫn cảm hơn khi bị tác động của protease Độ ổn định của enzyme có thể liên quan đến mức độ glycosyl hoá của các phân tử enzyme Enzyme bền nhiệt hơn và enzyme còn lại có khối lượng

là 51kD và 36kD, theo thứ tự

Hình 2.1: Cấu trúc của pectinesterase từ carrot

- Cả táo và kiwi cũng chứa hai loại isoenzyme Các isoenzyme của kiwi có cùng khối lượng phân tử là 57kD và cùng điểm đẳng điện là 7,3 Tuy nhiên, chúng khác nhau về mức độ bền nhiệt

 Polygalacturonase:

Hầu hết các nghiên cứu về PG đều trên cơ sở các nguồn VSV PG thường được tìm thấy trong các phần tiết ngoại bào của các loài nấm và vi khuẩn gây bệnh, chẳng

hạn như Sacchromyces gragilis, Aspergillus niger, Lactobacillus plantarum,

Cochiliobolus carbonum, Neurospora crassa, các loài Ascomycete, Phizopus

arrchizus, và Fusarium osyporum Tuy nhiên, trong thực tế, PG của thực vật bậc cao

được nghiên cứu rất nhiều ở cà chua chín

Các enzyme PG trong cà chua chín tồn tại dưới hai dạng, và cả hai đều là endo-enzyme.PG1 có khối lượng phân tử 84kD và có khoảng 50% bị bất hoạt ở nhiệt

độ 78oC.PG2 có khối lượng phân tử 44kD và có khoảng 50% bị bất hoạt ở 57oC PG1

có độ ổn định tối đa ở pH 4,3, trái lại PG2 ổn định tối đa ở pH 5,6

Exo-PG thủy phân các đầu không khử của chuỗi polygalacturonic, tạo ra galacturonic acid là sản phẩm thủy phân chiếm ưu thế.Sự thủy phân polymer này bị gián đoạn của sự tồn tại của các mạch nhánh trong cơ chất Mức độ thuỷ phân tăng tỉ

lệ với kích thước cơ chất, đạt tối đa với mức polymer hoá 20 đối với các exo-PG ở cà rốt và đào Hoạt động của các exo-enzyme làm tăng nhanh sự tạo thành các nhóm khử

và làm tăng chậm độ nhớt của dung dịch cơ chất Sự phân hủy polyuronide trong quá trình chín không gây ra sự tích lũy galacturonic acid, và chỉ có endo-enzyme PG là có liên quan

Enzym pectinase từ vi sinh vật

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

Nấm mốc: penicillium glaucum, p.ehrlichii, p.chrysogenum, p.expanam,

p.cilrimim, aspergillus awamori, a.foetidus, a.niger, a.terrus, a.saitoi, a.aureus, a.oryzae, a.wentii, fusarium moniliforme,…

Nấm men: saccharomyces fragilis

Vi khuẩn: bacillus polymyxa, flavobacterium pectinovorum, klebsiella

aerogenes…

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

Các vi khuẩn và nấm men cũng tổng hợp được enzime này a.niger chủ yếu tổng hợp ra pectinnesterase con.diplodiella, pen.citrimin tạo ra chủ yếu là

polygalacturonase Nấm men sacch.fragilis dường như chỉ tạo ra

endopectintraseliminase Vi khuẩn bac.polymyxa, bac.species lại chủ yếu tạo ra

transeliminase

 Pectinesterase:

Pectinesterase thu được từ các nguồn khác nhau có giá trị PH tối ưu khác nhau:

PH tối ưu của pectinesterase từ nguồn nấm mốc là 4,5 đến 5,5 còn của chế phẩm đã loại bỏ enzime polygalacturonase sẽ có PH tối ưu từ 2,0 đến 6,5 Trái lại ph tối ưu của pectinesterase từ nguồn thực vật thượng đẳng là từ 6 đến 7,5 – 8

Nhiệt độ tối ưu của pectinesterase từ nấm mốc là 40 đến 450C.từ 55 đến 620C thì enzime bị vô hoạt, trong khi đó nhiệt độ tối ưu của enzime pectinesterase từ thực vật thượng đẳng cao hơn: từ 55 – 600C

Pectinesterase có thể nhận được từ canh trường nấm mốc A.niger có nhiệt độ tối

ưu là 30 – 45oC, PHopt= 4,5-5,5 và bị vô hoạt ở 55- 62oC và từ thực vật (phopt=7,5-8,

to

opt= 55-60oC) khả năng hoạt động của chúng phụ thuộc vào nguồn thu nhận, mức độ ester hoá của pectin Ion natri và đặc biệt là ion canxi, cũng như chlorua của Na, K và

Ca sẽ hoạt hóa pectinesterase từ nấm mốc conithyrium diplodiella và từ a.niger.trái lại

các cation hóa trị 3 và 4 (thủy ngân nitrat, chì nitrat, nhôm sunfat và sắt clorua) sẽ kìm hãm tác dụng của pectinesterase Ngoài ra, người ta đã thu được enzime pectinesterase

ở trạng thái đông thể và người ta cũng đã xác lập được rằng n-axit cuối trong phân tử enzime là phenylalanin

Pectinesterase của nấm mốc sẽ thủy phân trước nhất là nhóm methylester nằm ở giữa hai nhóm carboxyl tự do và enzime sẽ thủy phân lần lượt cắt liên kết ester dọc theo phân tử pectin hoạt động của pectinesterase phụ thuộc nhiều vào mức độ ester hóa của pectin và tỷ lệ thuận vào mức độ ester hóa Chẳng hạn, đối với tác động của

pectinesterase từ nấm mốc a.niger, cần thiết phải có pectin ester hóa ở mức độ cao

không ít hơn 70%

 Polygalacturonase:

Hầu hết các nghiên cứu về Polygalacturonase đều trên cơ sở các nguồn Vi sinh vật Polygalacturonase thường được tìm thấy trong các phần tiết ngoại bào của các loài

nấm và vi khuẩn gây bệnh, chẳng hạn như: saccharomyces fragilis, asperigillus niger,

lactobacillus plantarum, cochlibolus carbonum, neurosrora crassa, các loài ascomycete, rhizopus arrchizus và fusarium oxysrorum.

PH tối ưu của các polygalacturonase cũng khác nhau, phụ thuộc vào nguồn thu

và cơ chất Chẳng hạn polygalacturonase dịch hóa (endopolygalacturonase) khi tác dụng trên acid pectinic thì ph tối ưu nằm trong khoảng từ 4,0 – 5,5 cũng enzime đó nhưng khi tác dụng trên pectin thì lại có ph tối ưu trong khoảng 5,5 – 6 còn polygalacturonase đường hóa khi tác dụng trên pectin thì ph tối ưu từ 3 – 4 nhưng khi tác dụng trên acid pectinic thì ph tối ưu cao hơn một ít ở vùng 4,4- 6 Các polygalacturonase chủ yếu bền vững ở vùng pH từ 4 – 6

Polygalacturonase đường hóa chủ yếu từ A.niger nếu được hoạt hóa bằng thủy

ngân thì có thể bền vững khi pH= 2,5 Nhiệt độ tối ưu của đa số polygalacturonase nằm trong khoảng từ 40 -450C.trong khoảng nhịệt độ đó, chúng thường bền vững, nhưng sẽ bị vô hoạt hóa khi ở nhiệt độ 50 và 55 - 650C

1.4 Trung tâm hoạt động của pectinase

Enzyme pectinase chứa vùng có 8 – 10 vòng xoắn kép về phía phải với 2 vòng tạo thành khe liên kết với cơ chất

Trung tâm hoạt động của enzyme này chứa axit amin Aspartate và Lysine Có 1 Histidine nằm gần trung tâm hoạt động sẽ ảnh hưởng đến khả năng xúc tác của enzyme Nhiệt độ tối ưu của enzyme pectinase khoảng từ 45 – 550C

1.5 Vai trò của enzyme pectinase

• Tăng hiệu suất ép

• Tăng tốc độ lọc

• Giúp hoa quả trong

• Tách lớp Nhớt có pectin bao quanh hạt

• Tăng hiệu suất trích li dược liệu

1.6 Cơ chế tác động của enzyme pectinnase

Trong chế biến nước quả, người ta sử dụng các chế phẩm enzym nhằm hai mục đích cơ bản

- Phá vỡ thành tế bào thực vật nhằm nâng cao hiệu suất thu nước quả

- Làm trong và ổn định chất lượng nước

 Phá vỡ thành tế bào Tế bào thực vật được cấu tạo bằng vỏ tế bào (thành tế bào) Vỏ tế bào như một lớp thành bảo vệ rất hữu hiệu và tạo hình cho tế bào

Ở vỏ tế bào thực vật có nhiều chất pectin, các chất pectin được xem như chất ciment gắn các tế bào với nhau Phá vỡ sự gắn kết này sẽ tạo điều kiện cho các vật chất trong

tế bào thoát ra khỏi tế bào Các chế phẩm enzym có chứa không chỉ pectinase mà còn chứa các enzym trong nhóm cellulase Các loại enzym này sẽ làm phá vỡ thành tế bào

và giúp quá trình thu nhận dịch tế bào tốt hơn

 Làm trong nước quả Nước quả sau khi được tách khỏi tế bào thường chứa nhiều chất khác nhau Trong đó chất pectin chiếm lượng đáng kể và pectin thường gây hiện tượng độ nhớt cao và gây đục nước quả

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

II Tác động của enzyme trong chế biến rau quả

2.1 Những bất lợi khi sử dụng enzyme

Nước quả được sử dụng enzyme co nhiều ưu điểm, tuy nhiên việc sử dụng enzyme cũng có những nhược điểm như xảy ra những bất lợi về vi sinh vật Nếu được