ENZYME PECTINASE VÀ ỨNG DỤNG

MỤC LỤC Nội dung Trang LỜI MỞ ĐẦU I.Enzyme 1.Khái niệm 2.Bản chất Enzyme 2.1 Bản chất sinh học Enzyme 2.2 Bản chất hóa học enzyme 3.Cơ chế hoạt động 4.Trung tâm hoạt đơng (TTHĐ) enzyme .8 5.Tính đăch hiệu enzyme II Enzyme Pectinase .11 1.Cấu tạo hóa học cấu trúc khơng gian 11 2.Thu nhận Enzyme Pectinase từ vi sinh vật 11 2.1.Cơ chất 11 2.2.Pectinase 13 2.3.VSV tổng hợp pectinase 16 2.4.Các đặc tính kỹ thuật quan trọng enzyme pectinase 17 2.5 Thu nhận 21 Enzyme Pectinase sản xuất nước rượu vang 24 3.1 Các chế phẩm Enzyme 24 3.2 Cơ chế tác động enzyme pectinase 26 3.3 Hiệu việc sử dụng enzyme pectinase 29 KẾT LUẬN .37 TÀI LIỆU THAM KHẢO .38 LỜI MỞ ĐẦU Đã từ lâu enzyme sử dụng rộng rãi nhiều ngành cơng nghiệp, nơng nghiệp, y học nghiên cứu khoa học Việc nghiên cứu sử dụng chế phẩm enzyme có ý nghĩa lớn thúc đẩy quy trình sản xuất, rút ngắn thời gian sản xuất, tối ưu hóa chất lượng sản phẩm, làm tăng hiệu xuất chế biến,…Vì nâng cao hiệu kinh tế cho người sử dụng Hiện người ta khai thác nhiều enzyme từ vi sinh vật ứng dụng nhiều đời sống, sản xuất So với nguồn khai thác enzyme từ động vật thực vật, nguồn enzyme từ vi sinh vật có nhiều ưu điểm hoạt tính enzyme cao, thời gian tổng hợp enzyme từ vi sinh vật ngắn (chỉ vài ngày), ngun liệu sản xuất rẻ tiền, sản xuất hồn tồn theo qui mơ cơng nghiệp Trong số enzyme pectinase có ứng dụng rộng rãi sau amylase protease Để hiểu rõ enzyme pectinase tác dụng nào, chúng tơi chọn đề tài enzyme Pectinase ứng dụng I.Enzyme Khái niệm: Enzyme protein có khả xúc tác đặc hiệu cho phản ứng hóa học Chúng thúc đẩy phản ứng xảy mà khơng có mặt sản phẩm cuối Enzyme có nhiều đối tượng sinh học thực vật, động vật mơi trường ni cấy vi sinh vật.Hiện người ta thu nhiều loại chế phẩm enzyme khác sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực y học , nơng nghiệp, cơng nghiệp… Bản chất Enzyme: 2.1 Bản chất sinh học Enzyme: Enzyme loại Protein sinh vật tổng hợp nên, tham gia vào phản ứng sinh học Như chất sinh học enzyme sản phẩm q trình sinh học, thực phản ứng sinh hóa ngồi tế bào sinh vật Các loại enzyme có đặc tính sinh học chung sau: - Enzyme tạo tế bào sinh vật Qúa trình tổng hợp Enzyme q trình phức tạp điều khiển, kiểm sốt chặt chẽ - Enzyme than gia phản ứng tế bào sống enzyme tách khỏi tế bào sống - Enzyme tham gia phản ứng điều kiện nhiệt độ ơn hòa Vì q trình sống tế bào, enzyme tổng hợp hoạt động điều kiện nhiệt độ tế bào nhiệt độ thể Nhiệt độ thể tế bào sinh vật thường la nhiệt độ thấp Phần lớn nhiệt độ thể sinh vật dao động khoảng 30-400C - Enzyme tham gia xúc tác phản ứng ngồi thể từ giai đoạn đầu đến giai đoạn giải phóng hồn tồn lượng dự trữ hợp chất hóa học Qúa trình chuyển hóa thực theo chuỗi phản ứng, phản ứng xúc tác loại enzyme Các enzyme thay xúc tác để phản ứng xảy ra, để tạo thành CO2 , H2O, số chất khác giải phóng lượng Cũng chuỗi phản ứng tạo thành chu kỳ chuyển hóa khép kín Trong chuỗi chuyển hóa hở hay chuỗi chuyển hóa khép kín, sản phẩm phản ứng trước chất phản ứng sau - Enzyme thực phản ứng Các phản ứng thường xảy ngồi tế bào ( ta thực chúng ống nghiệm) Trong tế bào thường khơng xảy phản ứng enzyme đơn ( phản ứng) mà thường xảy phản ứng theo chuỗi phản ứng - Phản ứng enzyme phản ứng tiêu hao lượng Trong đó, phản ứng hóa học xúc tác chất xúc tác hóa học đòi hỏi lượng lớn Nhờ có hoạt động xúc tác enzyme, phản ứng sinh hóa xảy liên tục điều kiện lượng ơn hòa - Enzyme chịu điều khiển gen điều kiện phản ứng Gen định tổng hợp loại enzyme Mỗi enzyme định phản ứng sinh hóa.Cơ chế sau: Một gen  enzyme  phản ứng Như vậy, gen định chất sinh học chất hóa học enzyme Cơ chế có ý nghĩa lớn việc điều khiển tổng hợp enzyme tế bào vi sinh vật 2.2 Bản chất hóa học enzyme: Ngoại trừ nhóm nhỏ RNA có tính xúc tác, tất enzyme protein Tính chất xúc tác phụ thuộc vào cấu tạo protein Nếu enzyme bị biến tính hay phân tách thành tiểu đơn vị hoạt tính xúc tác thường bị đi, tương tự thân protein enzyme bị phân cắt thành amino acid Vì cấu trúc bậc 1, 2, 3, protein enzyme cần thiết cho hoạt tính xúc tác chúng Enzyme, protein khác, có trọng lượng phân tử khoảng 12.000 đến 1000.000.Một số enzyme cấu tạo gồm tồn phân tử L amino acid liên kết với tạo thành, gọi enzyme thành phần Đa số enzyme protein phức tạp gọi enzyme hai thành phần Phần khơng phải protein gọi nhóm ngoại hay coenzyme Một coenzyme kết hợp với apoenzyme khác (phần protein) xúc tác cho q trình chuyển hóa chất khác chúng giống kiểu phản ứng Một số enzyme cần ion kim loại cho hoạt động như: Cu2+  Cytochrome oxidase Fe2+ Fe3+ Cytochrome oxidase, catalase, peroxidase  K+ Pyruvate kinase Hexokinase,glucose phosphatase, pyruvate  Mg2+ kinase  Mn2+ Arginase, ribonucleotide  reductase     Mo Dinitrogenase Ni2+ Urease Se Glutathione peroxidase Zn2+ Carbonic anhydrase, alcohol dehydrogenase, carboxypeptidase A B Một số coenzyme chức vận chuyển nhóm tương ứng chúng sau:  Biocytin CO2  Coenzyme A Nhóm Acyl  5’- Deoxyadenosylcobalamin Ngun tử H nhóm alkyl (coenzyme B12 )  Flavin adenine dinucleotide Điện tử  Lipoate Điện tử nhóm acyl  Nicotinamide adenine dinucleotide Ion Hydride (:H-)  Pyridoxal phosphate Nhóm Amino  Tetrahydrofolate Nhóm Carbon  pyrophosphate Thiamine Aldehyde Cơ chế hoạt động: Những quan điểm nhằm giải thích chế tác dụng enzyme cho enzyme (E) tưong tác với chất (S) làm giảm lựợng hoạt hóa phản ứng hóa sinh Muốn làm giảm lượng hoạt hóa phản ứng enzyme cần trải qua nhiều giai đoạn trung gian tạo thành phức chất định E S Khi kết hợp với phân tử enzyme, kết cực hóa, chuyển dịch electron biến dạng mối liên kết tham gia trực tiếp vào phản ứng làm thay đổi động nên phân tử chất trở nên hoạt động dễ dàng tham gia phản ứng Việc tạo thành phức hợp E-S giai đoạn đầu xảy nhanh khơng bền Do sau thời gian dài chứng minh thực nghiệm Bằng chứng rõ ràng tồn phức hợp E-S thành cơng hai nhà hóa sinh Nhật Bản K Iaglu T Ozava tách phức E-S phản ứng khử amin cách oxy hóa (loại trừ nhóm amine) amino acid dãy D oxydase xúc tác Nhìn chung ta hình dung chế tác dụng enzyme lên chất tạo sản phẩm phương trình tổng qt sau: E+S E-S P+E Giai đoạn 1: E kết hợp với S để tạo thành E-S Giai đoạn xảy nhanh, nhờ liên kết khơng bền liên kết hydro, tương tác tĩnh điện, tương tác Van der Waals… Mỗi loại liên kết đòi hỏi điều kiện khác chịu ảnh hưởng khác có nước Giai đoạn 2: Sau tạo phức, chất có biến đổi định mật độ điện tử, cấu hình làm chất trở nên hoạt động hơn, phản ứng dễ dàng để tạo thành sản phẩm P Trong nhiều phản ứng enzyme xúc tác có hay nhiều lọai chất, ví dụ hexokinase xúc tác phản ứng: ATP + glucose hexokinase ADP+glucose6 phosphate Cơ chế enzyme xúc tác cho phản ứng chất sau: a/ Cơ chế tạo phức thành phần: S2 b/ Cơ chế khơng tạo phức thành phần: Đây trường hợp chất thứ 2(S2) kết hợp vào enzyme ( trạng thái E’) sau P1 tạo thành Trung tâm hoạt động (TTHĐ) enzyme: Từ kết nghiên cứu chất hố học, cấu trúc trung tâm hoạt động , chế tác động, trung tâm hoạt động có số nhận xét chung trung tâm hoạt động sau: - Là phận dùng để liên kết với chất - Chỉ chiếm tỉ lệ bé so với thể tích tồn enzyme - Gồm nhóm chức amino acid ngồi có ion kim loại nhóm chức coenzyme Đối với E thành phần: TTHĐ gồm nhóm chức amino acid nhóm hydroxy serin, carboxy glutamic, vòng imidazol… Các nhóm chức amino acid xa chuỗi polypeptide nhờ cấu trúc khơng gian nên gần mặt khơng gian Đối với E hai thành phần: TTHĐ trên, nhóm chức amino acid tham gia tạo thành TTHĐ liên kết với liên kết hydro Ngồi TTHĐ loại có tham gia coenzyme ion kim loại Theo Fisher TTHĐ có cấu trúc cố định, kết hợp với chất để tạo phức E-S ta hình dung giống chìa khóa ổ khóa Ngày người ta chứng minh rằng: TTHĐ enzyme có cấu tạo hồn chỉnh có tương tác với chất (thuyết tiếp xúc cảm ứng Koshland) Tính đặc hiệu enzyme: Người ta chia tính đặc hiệu làm kiểu: + Đặc hiệu phản ứng + Đặc hiệu chất + Đặc hiệu khơng gian a/ Đặc hiệu phản ứng: Đó biểu enzyme thường xun xúc tác cho kiểu phản ứng định, ví dụ vận chuyển hydro từ chất cho (rượu bậc hay rượu bậc hai) đến chất nhận (NAD+ hay NADP+) hay chuyền nhóm amin từ amino acid đến ceto acid Các phản ứng loại thứ dehydrogenase xúc tác, phản ứng loại thứ hai aminotransferase xúc tác b/ Đặc hiệu chất: Tuỳ mức độ người ta chia thành: đặc hiệu tương đối đặc hiệu tuyệt đối + Đặc hiệu tuyệt đối: Enzyme tác dụng lên chất định, ví dụ có tính chất kinh điển chun hố tuyệt đối urease, enzyme phân giải ure: Hằng trăm thí nghiệm dẫn xuất ure cho thấy chúng khơng bị phân giải tác động urease Thực người ta phát khả phân giải chất hydroxyure với tốc độ bé khoảng 120 lần + Đặc hiệu nhóm tuyệt đối: Các enzyme tác dụng lên chất có kiểu cấu trúc phân tử, liên kết có u cầu xác định nhóm ngun tử đối vơi nhóm ngun tử gần liên kết chịu tác dụng ví dụ : maltase phân giải liên kết glucosidic tạo thành từ glucoside glucose với -OH monose khác + Đặc hiệu nhóm tương đối: Các enzyme khơng có u cầu đối vơi nhóm chức gần liên kết chịu tác dụng ví dụ lipase thuỷ phân lipid c/ Đặc hiệu khơng gian: Các enzyme xúc tác cho dạng đồng phân dạng L hay dạng D, dạng cis hay trans mà thơi II Enzyme Pectinase: 1.Cấu tạo hóa học cấu trúc khơng gian Enzyme Pectinase: Enzyme pectinase hầu hết enzyme khác chất xúc tác sinh học có chất protein, có khả xúc tác với độ đặc hiệu chất cao Các chất xúc tác thường có cấu trúc phức tạp thường để đảm bảo có tính xúc tác, enzyme có cấu trúc bậc IV Trong cấu tạo bậc IV, nhờ vào tương tác hóa học thành phần mà chúng hình thành nên trung tâm hoạt động Enzyme polygalacturonase (pectinase) chứa vùng – 10 vòng xoắn kép phía phải với vòng tạo thành khe liên kết với chất Người ta ngun cứu nhận thấy trung tâm hoạt động enzyme chứa 2aa Aspartat lysin Người ta bảo có histidin nằm gần trung tâm hoạt động ảnh hưởng đến khả xúc tác enzyme 2.Thu nhận Enzyme Pectinase từ vi sinh vật: 2.1.Cơ chất: Pectin hợp chất cao phân tử mạch thẳng có cấu tạo từ kết hợp acid galacturonic qua liên kết α-1,4-glucoside Hình Cấu tạo đơn phân tử galacturonic liên kết α-1,4-glucoside chúng 10 Có thể tiến hành thu chế phẩm từ dịch lọc canh trường cách kết tủa enzyme với dung mơi hữu với muối ammonium sulfate Nếu kết tủa dung mơi hữu cơ, pH dung dịch xử lý 6,5-6,8 Nếu kết tủa 2-2,5 thể tích acetone hoạt độ enzyme kết tủa đạt 93-95% so với hoạt độ ban đầu Khi kết tủa ammonium sulfate có độ bão hòa 0,2 thu chế phẩm chứa pectinesterase pectintranseliminase; độ bão hòa 0,9-1 thu chế phẩm chứa pectintranseliminase exopolygalacturonase Phương pháp đại chuẩn bị chế phẩm enzyme pectinase thường theo bước sau đây: -Khử muối phương pháp lọc gel (Biogel P100) -Tách protein phương pháp trao đổi anion (DEAE Biogel A), hay trao đổi cation (CM Biogel A) -Tách enzyme pectinase alginate liên kết ngang -Tinh FPLC Alginate liên kết ngang hoạt động cách kết hợp lực, ảnh hưởng tĩnh điện thay pectate liên kết ngang Enzyme Pectinase sản xuất nước rượu vang: 3.1 Các chế phẩm Enzyme: Trong sản xuất nước rượu vang, việc sử dụng enzyme tiến khoa học lớn Các chế phẩm enzyme sử dụng sản xuất nước rượu vang hỗn hợp nhiều loại enzyme loại enzyme riêng biệt Việc sử dụng hỗn hợp enzyme hay loại enzyme riêng biệt phụ thuộc vào ngun liệu sản phẩm cần đạt tới Ngồi ra, việc sử dụng loại chế phẩm enzyme trình bày phụ thuộc vào cơng nghệ sản xuất (các yếu tố kỹ thuật) 23 Trong sản xuất nước rượu vang, người ta thường sử dụng sáu nhóm enzyme sau: -Nhóm chế phẩm enzyme dùng để sản xuất nước đục Mục đích sử dụng nhóm chế phẩm enzyme làm tăng hiệu suất trích ly để thu lượng sản phẩm lớn -Nhóm chế phẩm enzyme dùng để sản xuất nước trong, khơng chứa pectin Mục đích sử dụng nhóm chế phẩm enzyme làm tăng hiệu suất trích ly thủy phân hồn tồn chất protein Pectin, làm giảm độ nhớt làm triệt tiêu ngun nhân làm đục nước -Nhóm chế phẩm enzyme dùng để làm tăng khả đồng hóa nước thịt quả, làm tăng khả trích ly nước -Nhóm chế phẩm enzyme dùng để sản xuất bán sản phẩm rượu vang, nhằm làm tăng hiệu suất trích ly bán sản phẩm -Nhóm chế phẩm enzyme dùng ngăn cản q trình oxy hóa làm cản trở phát triển vi sinh vật hiếu khí phát triển nước quả, rượu vang -Nhóm chế phẩm enzyme dùng vào mục dích chống lại lại đường sản xuất siro thành phẩm Việc sử dụng chế phẩm enzyme phải xem xét cẩn thận sở đặc điểm ngun liệu trái cần xử lý Trong đặc điểm trái cây, người ta quan tâm nhiều đến đặc điểm màu sắc tự nhiên sản phẩm Trong nhiều trường hợp việc sử dụng enzyme phải đảm bảo giữ màu sắc tự nhiên ban đầu tạo màu sắc theo ý muốn cách điều khiển phản ứng enzyme Theo màu sắc tự nhiên loại trái chia làm hai loại: -Trái có màu nhạt: táo, lê nho trắng, chuối, cam, bưởi… -Trái có màu sẫm chứa nhiều antoxian: anh đào, mận đỏ, nho đỏ, mơ, mận đen, dâu… Để xử lý nghiền có màu hạt, người ta thường sử dụng loạt enzyme sau: -Enzyme endo-PMG để giảm độ nhớt dịch -Enzyme PE làm tăng hiệu suất trích ly 24 -Enzyme khác cellulose, hemicellulose, protease khơng bắt buộc Khi chế biến nước có màu đỏ cần lưu ý phải bảo tồn chất màu antocian Vì khơng sử dụng loại enzyme có khả phân giải antocian Trong nhiều trường hợp, enzyme protease đóng vai trò quan trọng q trình làm nước quả, người ta thường kết hợp protease acid với enzyme phân hủy pectin Khi chế biến nước có thịt quả, người ta thường xử dụng chế phẩm enzyme bao gồm pectintrancelinutase, hemicellulose, cenlulase Trong đó, enzyme pectintrancelinutase đóng vai trò quan trọng hỗn hợp chế phẩm enzyme trên, tuyệt đối khơng có mặt enzyme polygalacturonase, đặc biệt khơng chứa enzyme endopolygalacturonase Những enzyme thường làm giảm độ nhớt dịch phá vỡ độ đồng nước nước Việc ứng dụng enzyme vào chế biến nước sản xuất rượu vang năm 1930 Khi đó, Z,J.Kertesz A Meilliz xem người đưa ý tưởng sử dụng enzyme chế biến rau Từ đến nay, giới có nhiều loại chế phẩm thương mại sản xuất ứng dụng chế phẩm rau 3.2 Cơ chế tác động enzyme pectinase: Trong chế biến nước quả, người ta sử dụng chế phẩm enzyme nhằm hai mục đích -Phá vỡ thành tế bào thực vật nhằm nâng cao hiệu suất thu nước -Làm ổn định lượng nước Phá vỡ thành tế bào Tế bào thực vật cấu tạo từ vỏ tế bào (thành tế bào) Vỏ tế bào lớp thành bảo vệ hữu hiệu tạo hình cho tế bào Ở vỏ tế bào thực vật có nhiều chất pectin, chất pectin xem chất ciment gắn tế bào với nhau, phá vỡ gắn kết tạo điều kiện cho vật chất có tế bào khỏi tế bào Các chế phẩm enzyme có chứa khơng pectinase mà 25 chứa enzyme nhóm cenllulase Các loại enzyme làm phá vỡ thành tế bào giúp q trình thu dịch tế bào tốt Làm dịch Nước sau tách khỏi tế bào thường chứa nhiều chất khác Trong chất pectin chiếm lượng đáng kể pectin thường gây tượng độ nhớt cao gây đục nước Bảng Hàm lượng pectin số loại dịch Stt Nguồn pectin Pectin (%) Nho Dòch nho 0,2 -1,0 0,01 0,09 Chất ester hóa (%) 10 - 65 – Táo 0,5 1,6 Dòch táo 0,2 – Khối nghiền nho đen 1,6 – Stt Nguồn pectin Pectin (%) Vỏ chanh 32,0 Chất ester hóa (%) 50 - 65 Thòt chanh 25,0 – Vỏ cam Vỏ lụa Dòch Củ cải đường 20,0 29,0 16,0 70 - 90 30,0 Các chất protein có bào tương, màng tế bào gian bào Protein chứa polygalacturonic acid, abran galactan Trong lượng polygalacturonic acid chiếm tới 40-60% Khi bị thủy phân, pectin tách thành phần: Phần trung tính- phức chất galactanoabran Phần acid- acid pectic Trong bào tương, pectin nằm dạng hòa tan Trong màng tế bào gian bào, chúng nằm dạng khơng hòa tan gọi protopectin Protopectin màng gian bào có chứa lượng kim loại cao lượng nhóm metocyl đủ để làm protopectin bền vững cong - 26 protopectin màng tế bào chứa lượng kim loại khơng nhiều, có độ metocyl hóa cao Vì thế, tế bào thực vật có khả trương nở cao Nếu enzyme tham gia phân giải pectin gian bào làm tế bào khó lien kết với thịt dễ dàng bị mềm Pectin thường có mối lien kết hydro lien kết ngun tử yếu so với cenllulose Bảng Các loại enzyme pectinase Stt Enzym (tên gọi theo hệ thống) Pectin-pectinhydrolase Poly--1,4 galacturonid-glycano hydrolase-PG Poly--1,4-Dgalacturonidgalacturonhydrolase Poly--1,4-Dgalacturonidmetilesterglycanohydrolase Poly--1,4-Dgalacturonid digalacturonoliase Enzym (tên gọi thơng thường) Phản ứng xúc tác Pectin + H2O = n metanol + pectic acid Thuỷ phân liên kết Endopoly 1,4-D-galacturonid galacturonase galacturonid (endo-PG) khơng theo trật tự Thuỷ phân liên kết 1,4-D-galacturonid Exopoly pectat, galacturonase galacturonic với (exo-PG) đứt mạch acid galacturonic Thuỷ phân liên kết Endopolymetil1,4-D-galacturonid galacturonase pectin khơng (Endo-PMG) theo trật tự định Thuỷ phân liên kết 1,4-D-galacturonid pectat với tạo Exo-pectatliase thành -4,5 (exo-PKTE) aciddegalacturonic khơng theo trật tự định pectinesterase 27 Thuỷ phân liên kết 1,4-D-galacturonid pectat, Poly--1,4-DEndopectatliase galacturonid galacturonic với (PETE) glicanoliase tạo thành nối đơi khơng theo trật tự định Thuỷ phân liên kết 1,4-D-galacturonid pectin, Poly--1,4-DEndopectinliase galacturonid metylester galacturonic với (Endo-PTE) glicanoliase tạo thành nối đơi khơng theo trật tự định 3.3 Hiệu việc sử dụng enzyme pectinase: Những bất lợi sử dụng enzyme: Nước sử dụng enzyme có nhiều ưu điểm, nhiên việc sử dụng enzyme có nhược điểm xảy biến đổi bất lợi VSV Nếu sử dụng thời gian ngắn, q trình oxy hóa nhiễm VSV khơng thành vấn đề lớn Nhưng xử lý enzyme thời gian dài xảy q trình oxy hóa nhiễm VSV Người ta ngăn ngừa q trình oxy hóa nước ba cách sau: Cho ascorbic acid Cho anhydric sulfur Cho enzyme glucose oxidase Trước dùng chất chống oxy hóa người thường đun nóng dịch Khi đun nóng dịch quả, enzyme oxy hóa có nước bị ức chế Theo đó, nước ly tâm để làm học, sau nước đun nóng tới 80 0C sau hạ nhiệt đến nhiệt độ tối ưu hoạt động enzyme 28 Để hạn chế phát triển VSV trường hợp sử dụng enzyme để xử lý nước quả, người thường áp dụng biện pháp sau: Sử dụng sorbic acid, ascorbic acid, benzoate natri Sobic acid ức chế phát triển nấm men nấm sợi, khơng làm thay đổi vị mùi sản phẩm Sử dụng anhydric sulfur để sử dụng bảo quản nước bán thành phẩm, chất có khả tiêu diệt VSV, vừa có khả chống oxy hóa Xử lý nhiệt : người ta đun nóng dịch để bảo quản nước Tuy nhiên đun nóng dịch nhiệt độ cao làm thay đổi tính chất cảm quan, thành phần hóa học hoạt tính enzyme Hiệu việc sử dụng enzyme: Đã có nhiều nghiên cứu kết áp dụng sản xuất nước rượu vang cho thấy sử dụng enzyme pectinase cho hiệu suất nước chất lượng rượu vang cao Khi tiến hành ứng dụng enzyme sản xuất nước sản xuất rượu vang, người ta đặc biệt quan tâm đến hai yếu tố có tính định đến hiệu enzyme Ngun liệu Khả xay, nghiền làm nhỏ ngun liệu Ngun liệu: Khơng phải tất loại có khả cho hiệu suất cao xử lý enzyme Khi sử dụng enzyme chế biến nước chế biến rượu vang người ta phải đưa độ chín kỹ thuật cho phù hợp Khái niệm hồn tồn khác khái niệm độ chín kỹ thuật cơng nghệ người ta khơng sử dụng enzyme Độ chín kỹ thuật để sản xuất nước giai đoạn chín quả, đảm bảo tách dịch tốt với tích tụ tối đa chất có gía trị dinh dưỡng cao hương vị thích hợp Tuy nhiên cần biết rằng, phần lớn ngun liệu, hiệu suất dịch cao khơng trùng hợp với tích tụ chất có giá trị dinh dưỡng Ở nhiều loại quả, khả dịch khơng trùng với mức độ chín, khả tích tụ chất dinh dưỡng cao lại khơng thuận lợi việc tách nước Chính thế, loại quả, người ta phải 29 tiến hành phân loại xác định độ chín kỹ thuật riêng, cho phù hợp với việc sử dụng enzyme thu hồi dịch Cơng việc thứ hai sau phân loại quả, việc thiết phải làm trước sử dụng enzyme phải làm cách rửa nhiều lần để loại bỏ tạp chất, vi sinh vật Sau q trình kỹ thuật xé nhỏ, nghiền,… để tăng khả tác động enzyme tăng hiệu suất thu nhận dịch Khả làm nhỏ ngun liệu Làm nhỏ ngun liệu khâu kỹ thuật quan trọng, định đến hiệu tác động enzyme hiệu suất thu nhận dịch chất lượng dịch Tùy theo tính chất lý đặc điểm cấu tạo loại quả, người ta chọn phương pháp xử lý thích hợp nghiền, cắt, chà hay xé nhỏ Khi thực phương pháp học trên, số tế bào bị phá hủy, tính chất bán thấm, việc chọn phương pháp học lầm nhỏ phù hợp với loại có ý nghĩa cơng nghệ Những đặc điểm kỹ thuật sử dụng enzyme cho loại cho loại sản phẩm từ trình bày chi tiết sau: -Sử dụng enzyme để sản xuất nước trùng uống trực tiếp từ táo vả Ngày nay, nước đục sản xuất nhiều nước giới Tùy theo hàm lượng đường acid có quả, người ta chế biến nước có cho thêm đường acid hay khơng Đối với nước có hàm lượng đường acid thấp, người ta thường bổ sung đường acid để điều chỉnh chất lượng cuối sản phẩm Hàm lượng Pectin cao dịch thường khơng có lợi độ nhớt sản phẩm cao Việc thủy phân pectin có dịch làm cho sản phẩm dịch khơng bị đục Tuy nhiên, việc sử dụng pectin enzyme pectinase khơng nên tiến hành phân giải đến mà cần phải giữu lượng pectin định sản phẩm nước Chính lượng pectin giúp cho chất lượng nước tốt 30 Trong sản xuất nước táo nước vải, người ta sử dụng chế phẩm pectinase cho hiệu cao Khi xử lý nước 50 0C giờ, hiệu suất tách nước tăng 20%, 37-400C sau 2-4 xử lý, hiệu suất tách nước tăng 20-25% Các nghiên cứu thực tế sản xuất cho thấy hiệu xử lý nước táo cao Chính thế, việc ứng dụng enzyme, pectinase áp dụng tất nhà máy sản xuất nước táo giới Trong xử lý nước enzyme pectinase, người ta thường cho thêm ascorbic acid vào để chống q trình oxy hóa nước táo -Sản xuất nước uống từ dâu tây, anh đào phúc bồn tử Người ta thường sản xuất dạng nước nước đục từ loại trái Trong q trình sản xuất, người ta cho thêm đường điều chỉnh lại lượng acid cho phù hợp Các loại nước thường chứa nhiều pectin Do việc sử dụng chế phẩm enzyme enzyme pectinase để loại bỏ khả gây đục cho nước ổn định nâng cao chất lượng dịch điều cần thiết Người ta rửa loại nước vòi hoa sen Sau đó, loại đem chà thành purê Qủa nghiền đun nóng nhiệt độ 40-500C đưa vào máy trộn Tại nước phối Nước uống từ dâu tây trộn với tỷ lệ phần nước 10 phần nước enzyme có lượng enzyme 0,03% Riêng nước dâu tây, người ta cho thêm vào 0,03% ascorbic acid để làm chất chống oxy hóa Hỗn hợp giữ nhiệt độ 40 0C Thời gian lưu nhiệt độ 40 0C 4-8h Nước sau cho qua máy ép đun nóng đến 45 0C Tiếp đó, người ta đem nước ly tâm cuối lọc qua máy ép lọc khung 31 Bảng Hiệu việc xử lý nước dâu tây, anh đào enzyme Stt Loại nước Nước dâu tây -Khơng dùng enzyme -Dùng enzyme Nước mâm sơi -Khơng dùng enzyme -Dùng enzyme Hiệu suất (%) Chất khơ (%) Độ Acid (%) Đường (%) 71,2 10,2 0,53 6,7 0,33 0,04 4,5 78,8 11,5 0,62 8,0 0,15 0,02 4,8 49,2 8,5 0,91 5,62 0,26 0,09 3,8 72,4 10,2 1,16 7,4 0,12 0,16 4,3 Chất Pectin Chát (%) (%) Điểm cảm quan Sản xuất nước từ nho: Nước uống từ trái nho loại nước uống khơng thuộc loại nước uống đục Loại nước uống từ nho dạng thường sản xuất nhiều hầu hết nước châu Âu châu Mỹ Tuy nhiên nay, người ta sản xuất nước uống từ nho dạng đục (chủ yếu từ nho có màu đỏ) Trong đó, Ý nước sản xuất nước uống dạng đục nhiều nhất, sau Pháp, Rumani Nho loại cho nhiều dịch chứa nhiều đường Tuy nhiên, nước nho thường chứa nhiều thịt Trong thịt có nhiều pectin, dễ gây đục thu nhận dịch thường khơng hiệu cao Chính người ta phải xử lý nước nho chế phẩm pectinase Lượng enzyme pectinase sử dụng nhiều trường hợp làm nát nho 0,2% so với khối lượng nho sản xuất Còn sau nho làm nát, người ta xử lý pectinase với liều lượng 0,2% so với khối lượng nho Thời gian xử lý enzyme nhiệt độ 450C Bằng phương pháp xử lý 32 người ta làm tăng hiệu suất thu nhận dịch nho từ 65,9 lên 77,3% nho trắng từ 66-82,2% nho đỏ Đối với nho trắng nghiền kỹ, xử lý enzyme pectinase thời gian 2,5-3 nhiệt độ 40-450C, hiệu suất tăng 14-18% Nếu tiếp tục xử lý nước sau giai đoạn xử lý them 4-5 nhiệt độ 4045 0C, nước hồn tồn Ở giai đoạn làm dịch này, người ta đun nóng dịch giai đoạn lên 90 C, sau người ta hạ nhiệt xuống 50 0C sử dụng enzyme để làm nước Trong mẫu dịch khơng xử lý enzyme, q trình làm nước nho phải kéo dài 2-4 tháng Hiệu suất thu dịch khơng sử dụng enzyme đạt trung bình 65% Q trình sản xuất nước nho trắng có xử lý enzyme pectinase thực sau: Nho rửa sạch, tách cuống, loại hạt máy xé chứa chúng vào thùng thời gian 6-8 thùng lên men liên tục thời gian 3-4 Trong thời gian lưu trữ này, người ta cho 0,02% chế phẩm pectinase 0,01 anhydride sulfur 0,03% ascorbic acid, sau người ta ép để thu nhận dịch nho Dịch nho làm nóng đến 80 0C, sau nguội nhanh xuống 40 0C Nước nho 40 0C cho them 0,01% enzyme pectinase Tiến hành q trình thủy phân cho độ nhớt giảm tới độ nhớt nước nho suốt Thời gian thủy phân kéo dài khoảng 6-8 Kết thúc q trình thủy phân người ta lại đun nóng dịch lần hai đến 80 C, làm nguội đến 20 0C lọc nước qua máy lọc ép, tiến hành rót chai đem trùng Quy trình sản xuất nước nho đỏ có sử dụng enzyme pectinase sau: Nho rửa sạch, tách cuống, xé nhỏ đun nóng đến 85-90 0C máy gia nhiệt làm nguội đến nhiệt độ 45-50 0C Giữ dịch nho nhiệt độ thời gian 4-6 thùng kín 3-4 thiết bị lên men liên tục Người ta thường cho enzyme pectinase vào giai đoạn với liều lượng 0,03% Sau thời gian thủy phân enzyme trên, người ta tiến hành lọc ép Dịch lọc cho thêm 0,03% enzyme pectinase để làm dịch 33 Q trình làm dịch thực thời gian 6-8 Sau nước lọc, rót chai đem trùng Bảng Hiệu suất chất lượng nho sản xuất theo phương pháp xử lý pectinase Stt Nước nho Mẫu đối chứng Mẫu xử lý chế phẩm pectinase Chất khơ (%) 17,5 Hiệu suất (%) 65,0 Độ Acid (%) 0,54 19,0 70,1 0,68 15,1 Chất Chát (%) 0,125 16,85 0,135 Đường (%) Cặn (%) 3,0 Có cápectate Điểm cảm quan 4,2 4,5 Sản xuất nước mận Người ta thường sản xuất nước pha đường từ mận Mận loại cho hiệu suất thu nhận nước ép thấp Để thu nhận nước từ mận, người ta phải áp dụng phương pháp nhiệt enzyme Q trình cơng nghệ thực sau: Mận rửa sạch, đun nóng với nước Nước cho vào khoảng 15-20% so với khối lượng mận Nhiệt độ giữ 85-900C thời gian 5-20 phút tùy thuộc vào độ chin mận Sau cho khối qua hệ thống ép xử lý enzyme pectinase nhiệt độ 40450C thời gian 3-6 Dịch thu nhận máy lọc ép lần nữa, đóng chai đem trùng Phương pháp xử lý nhiệt enzyme kết hợp cho ta hiệu suất đạt tới 78,9% so với hiệu suất 58,2% khơng xử lý enzyme 34 Cơng nghệ sản xuất rượu vang có sử dụng enzyme Nho Nghiền làm nát Pectinase Lọc ép Dịch Đun nóng dịch Pectinase Proteinase Lên men Pectinase Lên men phụ Proteinase Rượu vang Sản phẩm rượu vang đỏ - rượu vang trắng 35 KẾT LUẬN Enzyme chất xúc tác sinh học khơng có ý nghĩa cho q trình sinh trưởng, sinh sản sinh vật mà đóng vai trò quan trọng cơng nghệ chế biến thực phẩm, y học, kỹ thuật phân tích, cơng nghệ gen bảo vệ mơi trường Trong q trình sản xuất nước quả, rượu vang có sử dụng enzyme làm cho sản phẩm chất lượng hơn, ngon hơn, thời gian rút ngắn lại enzyme pectinase có vai trò quan trọng q trình Biết tầm quan trọng enzyme, cần phát triển phương pháp sản xuất enzyme tạo enzyme có chất lượng tốt để ứng dụng chúng vào q trình sản xuất cách tốt biết cách sử dụng chúng cách hiệu điều quan trọng 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Cơng nghệ Enzyme – Nguyễn Đức Lượng [2] Cơng nghệ vi sinh – Trần Thị Thanh [3]http://www.scribd.com/doc/47413614/24/TINHCH%E1%BA%A4T-L%C3%9D-HOA-C%E1%BB%A6A-ENDO%CE%B2-1-4-GLUCANASE 37 [...]... tĩnh điện và thay thế pectate liên kết ngang 3 Enzyme Pectinase trong sản xuất nước quả và rượu vang: 3.1 Các chế phẩm Enzyme: Trong sản xuất nước quả và rượu vang, việc sử dụng enzyme là một tiến bộ khoa học lớn Các chế phẩm enzyme được sử dụng trong sản xuất nước quả và rượu vang có thể là một hỗn hợp nhiều loại enzyme và cũng có thể là một loại enzyme riêng biệt Việc sử dụng hỗn hợp enzyme hay... phần hóa học và hoạt tính enzyme Hiệu quả của việc sử dụng enzyme: Đã có nhiều nghiên cứu và kết quả áp dụng trong sản xuất nước quả và rượu vang cho thấy khi sử dụng enzyme pectinase cho hiệu suất nước quả và chất lượng rượu vang rất cao Khi tiến hành ứng dụng enzyme trong sản xuất nước quả và sản xuất rượu vang, người ta đặc biệt quan tâm đến hai yếu tố có tính quyết định đến hiệu quả enzyme Ngun... quả và phá vỡ độ đồng nhất của nước nước quả Việc ứng dụng enzyme vào chế biến nước quả và trong sản xuất rượu vang bắt đầu từ năm 1930 Khi đó, Z,J.Kertesz và A Meilliz được xem như những người đầu tiên đưa ra ý tưởng sử dụng enzyme trong chế biến rau quả Từ đó đến nay, trên thế giới có rất nhiều loại chế phẩm thương mại được sản xuất và ứng dụng trong chế phẩm rau quả 3.2 Cơ chế tác động của enzyme pectinase: ... Hiệu quả của việc sử dụng enzyme pectinase: Những bất lợi khi sử dụng enzyme: Nước quả được sử dụng enzyme có nhiều ưu điểm, tuy nhiên việc sử dụng enzyme cũng có những nhược điểm như xảy ra những biến đổi bất lợi về VSV Nếu sử dụng trong thời gian ngắn, q trình oxy hóa và sự nhiễm VSV khơng thành vấn đề lớn Nhưng nếu xử lý enzyme trong thời gian dài sẽ xảy ra q trình oxy hóa và sự nhiễm VSV Người... enzyme hay từng loại enzyme riêng biệt phụ thuộc vào ngun liệu và sản phẩm cần đạt tới Ngồi ra, việc sử dụng các loại chế phẩm enzyme như trình bày trên còn phụ thuộc vào cơng nghệ sản xuất (các yếu tố kỹ thuật) 23 Trong sản xuất nước quả và rượu vang, người ta thường sử dụng một trong sáu nhóm enzyme sau: -Nhóm chế phẩm enzyme dùng để sản xuất nước quả đục Mục đích sử dụng nhóm chế phẩm enzyme này là làm... hiện gen Enzyme pectinase cũng được ứng dụng nhiều trong thực phẩm, đặc biệt là khả năng làm trong nước quả Việc kiểm sốt hoạt động của enzyme pectinase cũng có thể điều chỉnh được độ nhớt của sản phẩm Enzyme pectinase được tìm thấy ở thực vật bậc cao và vi sinh vật Ở thực vật bậc cao, pectinase có nhiều trong lá, củ khoai tây, trong chanh, cà chua, cỏ ba lá Trong các loại cỏ khác thường chỉ có enzyme. .. nghệ gen và trong bảo vệ mơi trường Trong q trình sản xuất nước quả, rượu vang khi có sử dụng enzyme sẽ làm cho sản phẩm chất lượng hơn, ngon hơn, thời gian sẽ được rút ngắn lại và enzyme pectinase có vai trò rất quan trọng trong q trình này Biết được tầm quan trọng của enzyme, vì vậy cần phát triển những phương pháp sản xuất enzyme hiện đại để có thể tạo ra enzyme có chất lượng tốt để có thể ứng dụng. .. thuật gen sẽ được sử dụng nhằm mục đích sản xuất các chế phẩm enzyme, mở ra những khả năng mới cho các ứng dụng cơng nghiệp của các chế phẩm enzyme này 19 2.5 Thu nhận: Hiện nay, người ta thu nhận chế phẩm pectinase chủ yếu từ vi sinh vật Có 2 phương pháp sản xuất pectinase: a.Thu nhận chế phẩm pectinase từ canh trường bề mặt: Mơi trường sử dụng để ni cấy vi sinh vật để thu nhận pectinase thường là... 0C và ni trong 48-52h Sản phẩm sau lên men được sấy khơ thành chế phẩm enzyme thơ và đem tinh chế Để thu dược chế phẩm enzyme pectinase tinh khiết thì chế phẩm enzyme thơ phải được trích ly bằng phương pháp kết tủa nhờ dung mơi hữu cơ hay muối ammonium sulfate Dung mơi hữu cơ sử dụng để kết tủa enzyme pectinase có thể là rượu ethanol (72,5-75%) hoặc isopropanol (55-57%) Muối ammonium sulfate sử dụng. .. Trong sản xuất nước quả táo và nước quả vải, người ta sử dụng chế phẩm pectinase cho hiệu quả rất cao Khi xử lý nước quả ở 50 0C trong 2 giờ, hiệu suất tách nước quả tăng được 20%, ở 37-400C sau 2-4 giờ xử lý, hiệu suất tách nước quả tăng 20-25% Các nghiên cứu và thực tế sản xuất đều cho thấy hiệu quả xử lý nước táo rất cao Chính vì thế, việc ứng dụng enzyme, pectinase được áp dụng ở tất cả các nhà máy