Ứng dụng quá trình thuỷ phân trong sản xuất nước chấm

Nhiều nghiên cứu đã làm sáng tỏ các tính chất, chức năng của protein, từ đó mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi protein trong dinh dưỡng, công nghệ thực phẩm, sản xuất hoá chất, y học, dược

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÁO CÁO TIỂU LUẬN MÔN HÓA SINH THỰC PHẨM

Đề tài :

*GVHD : cô TRẦN THỊ MINH HÀ *Lớp: 01DHTP02 *Danh sách nhóm:

Lê Minh Yến 2005100394

Trần Hữu Tín 2005100358

Đinh Thị Thơm 2005100287

Đỗ Thị Bích Hòa 2005100053 Nguyễn Thanh Nguyên 2005100032 Nguyễn Thị Bích Phương 2005100160

Tp.Hồ Chí Minh , tháng 05 năm 2012

M c L c ụ ụ

LỜI MỞ ĐẦU 4

I Giới thiệu chung 5

II Tổng quan về Proteasa 7

III Ứng dụng quá trình thủy phân vào trong công nghệ sản xuất nước chấm 14

1 Tổng quan về nước tương 14

2 Quá trình sản xuất nước mắm 17

3 Tổng quan về chao 25

KẾT LUẬN 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC

Họ và tên sinh viên Mã số sinh viên Phân công công việc

Đỗ Thị Bích Hòa 2005100053 Lời mở đầu và giới thiệu chung.Trần Hữu Tín 2005100358 Tổng quan về proteasa

Nguyễn Thị Bích Phương 2005100160 Tổng quan về nước tương.Đinh Thị Thơm 2005100287 Quá trình sản xuất nước mắm

Lê Minh Yến 2005100394 Xem toàn bộ, tổng hợp chỉnh

sửa word, viết lời kết luận.Nguyễn Thanh Nguyên 2005100032 Tổng quan về chao, tổng hợp

Cùng với glucid và lipid, protein đóng một vai trò quan trọng trong sự tồn tại, sinh trưởng và phát triển của mọi sinh vật Nhiều nghiên cứu đã làm sáng tỏ các tính chất, chức năng của protein, từ đó mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi protein trong dinh dưỡng, công nghệ thực phẩm, sản xuất hoá chất, y học, dược phẩm….

Trong ngành công nghệ thực phẩm protein có rất nhiều ứng dụng, một trong

số đó là ứng dụng của protein trong ngành sản xuất nước chấm, đó cũng chính là

Bài tiểu luận của nhóm còn nhiều sai sót kính mong sự góp ý của cô và các bạn

để tiểu luận của nhóm được hoàn chỉnh hơn

Nhóm xin chân thành cám ơn!

Các thành viên

I Giới thiệu chung :

Khái niệm : Nước chấm là tên chung chỉ các loại gia vị dạng lỏng chứa chủ

yếu là acid amin, muối ăn và hương vị đặc trưng Nước chấm là dung dịch thủy phân của protein và glucide (đối với một số loại nước chấm sản xuất bằng phương pháp lên men) Ngoài ra còn có lipid , muối ăn và một số thành phần khác Là thực phẩm giàu dinh dưỡng vì có chứa acid amin vừa có tính gia vị vừa giúp ngon miệng

Về cơ sở sinh hóa : tất cả các nước chấm đều là sản phẩm thủy phân nguyên

liệu giàu protein từ động vật hay thực vật với xúc tác như acid hay bazơ hay enzyme

Thành phần chính : acid amin , muối ăn , nước và một số peptid trọng lượng

phân tử nhỏ - sản phẩm cung cấp chất đạm cho cơ thể

Nguyên liệu sản xuất nước chấm rất đa dạng và phong phú:

• Từ động vật : phế liệu lò mổ như xương, lông, móng, sừng, phủ tạng ,cá …

• Từ thực vật : các loại đậu giàu đạm như đậu nành, đậu phộng,…

Tác nhân xúc tác là các hóa chất như HCl , SO4 , NaOH , KOH Enzyme protease ở thực vật, động vật, vi sinh vật

Đặc biệt ngày nay người ta sử dụng enzyme vi sinh vật, nuôi cấy trên môi trường rồi đưa vào nguyên liệu hoặc tận dụng enzyme từ hệ vi sinh vật có sẵn trong môi trường ban đầu như trong sản xuất nước mắm (nước chấm lên men sử dụng enzyme vi sinh vật và thường với loại nguyên liệu thực vật người ta sử dụng phương pháp lên men)

Nước chấm hiện nay có nhiều loại nhưng có thể dựa vào nguyên liệu sản xuất

để chia thành hai loại chủ yếu sau:

∗ Nước chấm có nguồn gốc động vật: nước mắm

∗ Nước chấm có nguồn gốc thực vật: magi, xì dầu, tương

Do đặc điểm nước chấm là dung dịch thủy phân của protein nên về nguyên tắc loại sản xuất nước chấm này dựa vào sự thủy phân protein của proteaza (lên men) hoặc axit (hóa giải) Phương trình tổng quát chung : RCO-NHR' + HOH → RCOOH + R'N

*Sơ đồ theo phương pháp hóa giải:

II Tổng quan về protease

1 Giới thiệu chung

Nhóm enzyme protease (peptidase) xúc tác quá trình thuỷ phân liên kết peptid (-CO-NH-) trong phân tử protein, polypeptid đến sản phẩm cuối cùng là các acid amin Ngoài ra, nhiều protease cũng có khả năng thuỷ phân liên kết este

và vận chuyển acid amin.

Protease cần thiết cho các sinh vật sống, rất đa dạng về chức năng từ mức độ tế bào, cơ quan đến cơ thể nên được phân bố rất rộng rãi trên nhiều đối tượng từ vi sinh vật (vi khuẩn, nấm và virus) đến thực vật (đu đủ, dứa ) và động vật (gan, dạ dày bê ) So với protease động vật và thực vật, protease vi sinh vật có những đặc điểm khác biệt Trước hết hệ protease vi sinh vật là một hệ thống rất phức tạp bao gồm nhiều enzyme rất giống nhau về cấu trúc, khối lượng và hình dạng phân tử nên rất khó tách ra dưới dạng tinh thể đồng nhất

Hình 1: Mô hình phân tử enzyme protease (papain)

Protease cần thiết cho các sinh vật sống, rất đa dạng về chức năng từ mức độ tế bào, cơ quan đến cơ thể nên được phân bố rất rộng rãi trên nhiều đối tượng từ vi sinh vật (vi khuẩn, nấm và virus) đến thực vật (đu đủ, dứa ) và động vật (gan, dạ dày bê ) So với protease động vật và thực vật, protease vi sinh vật có những đặc điểm khác biệt Trước hết hệ protease vi sinh vật là một hệ thống rất phức tạp bao gồm nhiều enzyme rất giống nhau về cấu trúc, khối lượng và hình

dạng phân tử nên rất khó tách ra dưới dạng tinh thể đồng nhất.

Hầu hết các protease phân cắt protein ở các liên kết đặc hiệu, vì thế có thể sử dụng các enzyme này theo chiều phản ứng tổng hợp để tổng hợp các liên kết peptitd định trước Yếu tố tăng cường quá trình tổng hợp bao gồm pH, các nhóm carboxyl hoặc nhóm amin được lựa chọn để bảo vệ, khả năng kết tủa sản phẩm,…

Trong cơ thể protein thực phẩm được phân giải ở bộ máy tiêu hóa bởi các enzyme phân giải protein, đầu tiên là pepsin trong dịch dạ dày và sau đó là các protease được tiết ra ở tuyến tụy và từ các tế bào ở màng nhày thành ruột Các acid amin tự do và các peptid ngắn được hấp thụ và đi qua các tế bào hình lông ở thành ruột Phần lớn các peptid được hấp thụ bị thủy phân ở các tế bào thành ruột Các acid amin được hấp thụ sẽ đi vào gan và sau đó tham gia vào quá trình chuyển hóa

Quá trình thủy phân protein đóng vai trò quan trọng trong sản xuất nhiều loại thực phẩm Quá trình này có thể được thực hiện nhờ chính protease của thực phẩm đó hay do các protease vi sinh vật được đưa vào trong quá trình chế biến thực phẩm

Trong nhiều trường hợp các tính chất protein thực phẩm được cải thiện nhờ thủy phân hạn chế hoặc sâu sắc nhờ các enzyme protease Sự thủy phân hạn chế có tác dụng tăng khả năng nhũ hóa và tạo bọt của protein (do tăng tính hòa tan và khả năng khuếch tán đến bề mặt phân chia)

Hình 2: Cấu trúc không gian enzym protease (renin)

2 Phân loại protease

 Protease (peptidase) thuộc phân lớp 4 của lớp thứ 3 (E.C.3.4) trong hệ thốngphân loại các nhóm enzyme

 Protease được phân chia thành hai loại: endopeptidase và exopeptidase

 Dựa vào vị trí tác động trên mạch polypeptid, exopeptidase đươc phân chia thành hai loại:

• Aminopeptidase: xúc tác thủy phân liên kết peptit ở đầu N tự do của

chuỗi polypeptid để giải phóng ra một amino acid, một dipeptid hoặc một tripeptid

• Carboxypeptidase: xúc tác thủy phân liên kết peptid ở đầu C của chuỗi

polypeptid và giải phóng ra một amino acid hoặc một dipeptid

 Dựa vào động học của cơ chế xúc tác, endopeptidase được chia thành bốn nhóm:

trong trung tâm hoạt động và có vai trò đặc biệt quan trọng đối với hoạt động xúc

tác của enzyme Nhóm này bao gồm hai nhóm nhỏ: chymotrypsin và subtilisin Nhóm chymotrypsin bao gồm các enzyme động vật như chymotrypsin, trypsin, elastase Nhóm subtilisin bao gồm hai loại enzyme vi khuẩn như Subtilisin Carlsberg, Subtilisin BPN Các serine proteinase thường hoạt động mạnh ở vùng kiềm tính và thể hiện tính đặc hiệu cơ chất tương đối rộng.

hoạt động Cystein proteinase bao gồm các proteinase thực vật như papayin, bromelin, một vài protein động vật và proteinase ký sinh trùng Các cystein proteinase thường hoạt động ở vùng pH trung tính, có tính đặc hiệu cơ chất rộng

• Aspartic proteinase: Hầu hết các aspartic proteinase thuộc nhóm pepsin

Nhóm pepsin bao gồm các enzyme tiêu hóa như: pepsin, chymosin, cathepsin, rennin Các aspartic proteinase có chứa nhóm carboxyl trong trung tâm hoạt động

và thường hoạt động mạnh ở pH trung tính

• Metallo proteinase: Metallo proteinase là nhóm proteinase đươc tìm thấy

ở vi khuẩn, nấm mốc cũng như các vi sinh vật bậc cao hơn Các metallo proteinase thường hoạt động vùng pH trung tính và hoạt độ giảm mạnh dưới tác dụng của EDTA

 Ngoài ra, protease được phân loại một cách đơn giản hơn thành ba nhóm:

chiếm 59% lượng enzyme được sử dụng.

Protease của động vật hay thực vật chỉ chứa một trong hai loại endopeptidase hoặc exopeptidase, riêng vi khuẩn có khả năng sinh ra cả hai loại trên, do đó protease của vi khuẩn có tính đặc hiệu cơ chất cao Chúng có khả năng phân hủy tới 80% các liên kết peptid trong phân tử protein

Trong các chủng vi khuẩn có khả năng tổng hợp mạnh protease là Bacillus

subtilis, B mesentericus, B thermorpoteoliticus và một số giống thuộc chi Clostridium Trong đó, B subtilis có khả năng tổng hợp protease mạnh nhất Các

vi khuẩn thường tổng hơp các protease hoạt động thích hơp ở vùng pH trung tính

và kiềm yếu

Các protease trung tính của vi khuẩn hoạt động ở khoảng pH hẹp (pH 5 – 8)

và có khả năng chịu nhiệt thấp Các protease trung tính tạo ra dịch thủy phân protein thực phẩm ít đăng hơn so với protease động vật và tăng giá trị dinh dương Các protease trung tính có khả năng ái lực cao đối với các amino acid ưa béo và

thơm Chúng được sinh ra nhiều bởi B subtilis, B mesentericus, B

thermorpoteoliticus và một số giống thuộc chi Clostridium.

Protease của Bacillus ưa kiềm có điểm đẳng điện bằng 11, khối lượng phân

tử từ 20.000-30.000 Ổn định trong khoảng pH 6 – 12 và hoạt động trong khoảng

pH rộng 7 – 12

*Nấm mốc:

Nhiều loại nấm mốc có khả năng tổng hợp một lượng lớn protease được ứng

dụng trong công nghiệp thực phẩm là các chủng: Aspergillus oryzae, A terricola,

A fumigatus, A saitoi, Penicillium chysogenum… Các loại nấm mốc này có khả

năng tổng hợp cả ba loại protease: acid, kiềm và trung tính Nấm mốc đen tổng hợp chủ yếu các protease acid, có khả năng thủy phân protein ở pH 2,5 – 3

Một số nấm mốc khác như: A candidatus, P cameberti, P roqueforti…

cũng có khả năng tổng hợp protease có khả năng đông tụ sữa sử dụng trong sản

Các chế phẩm protease từ xạ khuẩn đươc biết nhiều là pronase (Nhật)

được tách chiết từ S grieus, enzyme này có đặc tính đặc hiệu rộng, có khả năng

thủy phân tới 90% liên kết peptit của nhiều protein thành amino acid Ở Liên Xô

(cũ), người ta cũng tách được chế phẩm tương tự từ S grieus có tên là protelin.

Từ S fradiae cũng có thể tách chiết được keratinase thủy phân karetin Ở

Mỹ, chế phẩm được sản xuất có tên là M-Zim dùng trong sản xuất da Protease từ

S fradiae cũng có hoạt tính elastase cao, do đó chúng đươc dùng trong công

nghiệp chế biến thịt

Cũng do là phức hệ gồm nhiều enzyme khác nhau nên protease vi sinh vật thường có tính đặc hiệu rộng rãi cho sản phẩm thuỷ phân triệt để và đa dạng

2.2 Thu nhận protease từ vi sinh vật

Sự thu nhận protease từ vi sinh vật trải qua các giai đoạn chính có thể tóm tắt thành sơ đồ như sau:

Sơ đồ 1: Các giai đoạn trong quá trình thu nhận protease III Ứng dụng quá trình thủy phân vào trong công nghệ sản xuất nước chấm

1 Tổng quan về nước tương

a Nguồn gốc của nước tương:

Trong văn hoá ẩm thực của các nước phương Đông, các sản phẩm lên men

từ đậu nành đã được sản xuất từ hàng nghìn năm nay, chúng được dùng như những

gia vị không thể thiếu trong bữa ăn hàng ngày và được xem như là thành phần bổ sung dinh dưỡng cho khẩu phần ăn Các sản phẩm lên men cổ truyền này rất phong phú Mỗi quốc gia có một vài loại sản phẩm đặc trưng riêng biệt như Nhật Bản có “miso” (đậu nành lên men dạng paste), “natto”, Indonesia có “temph”, Thái Lan có “Tao chiew”, Trung Quốc có nước tương, đậu hũ, Việt Nam có tương Bần, tương Cự Đà…Trong số các loại sản phẩm này, nước tương (soy sauce) là loại thực phẩm được phổ biến nhiều nhất, đặc biệt là ở khu vực châu Á.

Nước tương đã có từ thời nhà Chu ở Trung Quốc, khoảng năm 1027-777 trước công nguyên Con người trồng đậu nành để làm thức ăn và nuôi gia súc Vì hạt đậu nành rất dễ bị hỏng nên người ta đã biết cho muối vào thùng chứa để bảo quản Lâu dần, các hạt đậu bị lên men (tương tự như dưa cải), nhưng khác dưa cải

ở chỗ, nó chuyển thành dạng paste, người Trung Quốc gọi nó là “Chiang”, tương

tự như “miso” của Nhật Bản hiện nay Dạng paste này dễ tiêu hoá hơn và con người đã sử dụng nó hàng thế kỉ Tài liệu đầu tiên nói về “Chiang” là tập sách mang tên “Chou-li” của tác giả Chou-kung, xuất bản khoảng năm 1100 trước công nguyên

Nguyên liệu dùng để sản xuất nước tương: là các nguồn protein thực vật, có thể từ hạt: lúa mì, ngô hạt (bắp), đậu nành hay từ bánh khô dầu đậu nành, đậu phụng hoặc gluten bột mì, gluten bắp

Hiện tại ở Việt Nam có các nguồn nguyên liệu như sau đang được sử dụng:-Bã khô đậu nành trích ly của Argentina

-Bã khô đậu phộng trích ly của Ấn độ

-Bã khô đậu nành trích ly của Mỹ

(Đậu nành từ Mỹ và Argentina là GMO )

Bánh khô dầu đậu phộng ép thủ công còn 5-8% chất béo

Bánh khô dầu đậu phộng ép công nghiệp còn 3-5% chất béo

Hàm lượng protein tổng trong các nguyên liệu này 42-50% Hàm lượng chất

Sơ đồ 5: Quytrình sản xuất nước tương theo phương pháp vi sinh vật

Mốc giống được nuôi trong môi trường thạch sẽ được nhân ra và cấy vào hỗn hợp khô đậu tương (bã đậu nành) hoặc khô lạc (bánh dầu đậu phộng) và bột mì (bột làm bánh mì chớ không phải bột khoai mì) đã hấp chín, đánh tơi ra và

để nguội Nấm mốc Aspergillus oryzae sinh ra các enzym amylaz, invertaz,

maltoz, proteaz và cataz có khả năng phân giải tinh bột, protein thành đường, acid amin.

Ủ mốc ở nhiệt độ ấm (30 – 380C), nơi thoáng khí, có độ ẩm tương đối của không khí hơn 90%

Khi giai đoạn phát triển mốc kết thúc, làm tơi nguyên liệu đã lên mốc, pha trộn vào đó dung dịch nước muối 20% theo tỷ lệ từ 25 – 30% và đem ủ ấm ở nhiệt độ 50 – 600C

Sau đó chiết rút và pha tiếp nước muối vào và tiếp tục chiết rút nước tương, (nước cốt hay nước 1, nước 2, nước 3, )

Bản chất của sự thủy phân protein là sự thủy phân liên kết peptide:

Do liên kết peptide là một liên kết mạnh, sự thủy phân xảy ra trong điều kiện có xúc tác

Tác nhân xúc tác hóa học là axit hoặc kiềm và tác nhân hóa sinh học

là nhóm enzym thủy phân protein có tên chung là protease

Trong chế biến, sự thủy phân protein được ứng dụng để thu nhận các sản phẩm thủy phân hoàn toàn hoặc thu nhận các sản phẩm thủy phân chưa hoàn toàn

Các sản phẩm thủy phân chưa hoàn toàn ( protein hydrolysates) hay

bị đắng, nhất là khi bị thủy phân bởi các protease của vi khuẩn Vị đắng liên quan đến các peptide chứa các axit amin kỵ nước sản phẩm có vị đắng khi mức độ thủy phân chỉ đạt từ 4-40% Vị đắng chỉ ảnh hưởng đến tính chất cảm quan Không ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng

2 Quá trình sản xuất nước mắm :

Nước mắm là sản phẩm được lên men từ các loại cá, là sản phẩm truyền thống của dân tộc Việt Nam.

Theo kết quả nghiên cứu về thành phần hóa học và công nghệ sản xuất nước mắm được hiểu như sau :

* Nước mắm là hỗn hợp amino acid Các amino acid này được tạo thành do sự thủy phân của protease Các protease này do các vi sinh vật tổng hợp nên

* Muối có tác dụng ức chế vi sinh vật gây thối, tỷ lệ muối thích hợp là 25%

20-* Tác dụng làm ngấu và tạo hương: ngoài protease của vi sinh vật còn có cácenzyme tiêu hóa trong nội tạng cá

* Nhiệt độ có tác dụng rất lớn đến hoạt động của các enzyme trong quá trình sản xuất nước mắm Nhiệt độ thích hợp là 36 - 440C

* Trong quá trình thủy phân, độ acid tăng Ban đầu của quá trình làm nước mắm, môi trường kiềm yếu có tác dụng rất tốt

a Nguyên liệu sản xuất :

∗ Cá :

Nguyên liệu chính dùng để sản xuất nước mắm là các loại cá Tuy nhiên chất lượng nước mắm lại phụ thuộc nhiều vào từng loại cá Thành phần hóa học của cá gồm nước, protein, lipid, muối vô cơ, vitamin ,…

Trong cá còn có enzyme : enzyme là protein, chúng hoạt động xúc tác cho các phản ứng hóa học trong nội tạng và trong cơ thịt Enzyme tham gia vào quá trình trao đổi chất ở tế bào, quá trình tiêu hóa thức ăn và tham gia vào quá trình tê cứng Sau khi chết, enzyme vẫn còn hoạt động, vì thế gây nên quá trình tự phân giải của cá làm ảnh hưởng đến mùi vị, trạng thái cấu trúc và hình dạng của chúng Nhiều loại protease được tách chiết từ cơ thịt cá và có tác dụng phân giải làm mềm