Enzyme trong công nghệ chế biến thịt cá

Nhờ những phát hiện mới đó mà con người tìm ra những cách khác nhau để ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau bao gồm: y học, sinh học, xây dựng, môi trường, thực phẩm và công nghệ thực p

Tiểu luận môn ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC

TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Đề tài 23: Enzyme trong công nghệ chế biến thịt cá.

Giảng viên giảng dạy: Nguyễn Thị Thu Sang

DANH SÁCH THÀNH VIÊN

MỤC LỤC

I.Tổng quan về enzyme 4

II Phân loại enzyme, nguồn gốc và ứng dụng 5

2.1 Protease (E.C.3.4) 5

2.1.1 đặc điểm, phân loại 5

2.1.2 Nguồn thu nhận 8

2.1.3 Quy trình thu nhận 11

2.2 Transglutaminase 14

III Giới thiệu một số loại chế phẩm enzyme trên thị trường trong ngoài nước và ứng dụng 19

Lời mở đầu Công nghệ sinh học là ngành đang được chú trong đầu tư phát triển, cả về kinh tế, công nghệ lẫn thiết bị máy móc Việc liên tục đổi mới phát triển của nó giúp chúng ta khám phá ra rất nhiều điều mới mẻ xung quanh cuộc sống Nhờ những phát hiện mới đó

mà con người tìm ra những cách khác nhau để ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau bao gồm: y học, sinh học, xây dựng, môi trường, thực phẩm và công nghệ thực phẩm,…

Việc ứng dụng công nghệ sinh học vào trong sản xuất thực phẩm đã được phát hiện từ rất lâu khi con người biết nấu rượu, nấu bia, làm nước mắm Nhưng mãi cho tới khi công nghệ sinh học xuất hiện, người ta mới biết được nguyên nhân bên trong giúp thực phẩm có thể lên men, và cải tiến nó đó là nhờ enzyme từ vi sinh vật hoặc nguồn nguyên liệu hay trong chính bản thân thực phẩm đó Trước đây, nếu chỉ là ứng dụng enzyme có trong các loại quả như dứa, sung, đu đủ để chế biến thức ăn trong quy mô gia đình hoặc buôn bán nhỏ thì ngày nay, người ta ứng dụng sự tiến bộ của công nghệ sinh học để ứng dụng vào việc tách chiết các enzyme đó sử dụng trong thực phẩm với quy mô lớn hơn – quy mô công nghiệp Mặt khác tạo được enzyme có hoạt lực cao, chống chịu tốt với điều kiện khắc nghiệt của môi trường, rút ngắn thời gian sản xuất, cho ra nhiều loại sản phẩm thực phẩm mới với nhiều tính năng tốt, được nhiều người ưa chuộng

Bài báo cáo này sẽ giới thiệu tới bạn đọc một số loại enzyme thường sử dụng trong thực phẩm và công nghệ thực phẩm ở hai dạng là dạng nguyên, và dạng chế phẩm

I.Tổng quan về enzyme

Enzyme là chất xúc tác sinh học cho các phản ứng hóa sinh, xảy ra bên trong hay bên ngoài tế bào

Enzyme có đặc điểm hoạt động tốt ở điều kiện bình thường, pH trung tính, phản ứng xảy ra nhanh, chính xác, liều sử dụng ít, một số loại có khả năng chịu nhiệt tốt Chính vì thế việc sử dụng enzyme trong sản xuất giúp tiết kiệm năng lượng, hạn chế đầu

tư các thiết bị chịu nhiệt, chịu áp suất

Để có thể hoạt động được, cần có sự có mặt của cơ chất Cơ chất ở đây có thể là ion kim loại, một chất nào đó, xúc tác enzyme hoạt động bằng cách gắn vào trung tâm hoạt động, tạo nên hệ enzyme-cơ chất

Có rất nhiều cách phân loại enzyme:

- Theo thành phần cấu tạo: enzyme đơn giản; enzyme phức tạp

- Theo kiểu đặc hiệu phản ứng (đánh mã EC)

1 Oxidoreductase

2 Transferase

3 Hydrolase

4 Lyase

5 Isomerase

6 Lygase (Synthetase)

- Theo sự hình thành bài tiết enzyme: enzyme nội bào và enzyme ngoại bào

- Theo vị trí xúc tác: Endo-enzyme, Exo-enzyme

Trong sản xuất thực phẩm, người ta sử dụng rất nhiều hệ enzyme: Protease, collagenase, elastase, transglutaminase,… loại được sử dụng nhiều hơn cả là Protease và Trasglutaminase Những enzyme này được sử dụng phổ biến trong công nghệ chế biến thịt và các sản phẩm từ thịt Không chỉ dừng lại ở việc làm mềm thịt, phân hủy thịt thành những đoạn peptide ngắn hay thủy phân hoàn toàn thành acid amin mà người ta còn có thể tạo cho thực phẩm từ thịt có cấu trúc dai hơn, tươi hơn Các laoij enzyme nói trên có thể sử dụng ở dạng nguyên nếu có nguồn gốc từ thực vật, hoặc dưới dạng chế phẩm enzyme

Chế phẩm enzyme là nhưng ezyme được thu nhận từ các nguồn động vật, thực vật,

và vi sinh vật, đã được tinh sạch và bán ngoài thị trường dưới dạng thương phẩm Trong chế phẩm enzyme, thành phần chính là enzyme Ngoài ra có một ít protein hỗn tạp, ẩm, muối khoáng vô cơ, hữu cơ, chất bảo quản và chất hoạt hóa enzyme, chất độn (chất

mang) Trong một chế phẩm có thể chứa nhiều loại enzyme với thành phần khác nhau.

Và theo đó, cùng một loại enzyme, nhưng tỉ lệ thành phần khác nhau sẽ cho ra các chế phẩm enzyme với tên gọi khác nhau, sử dụng với mục đích khác nhau

II Phân loại enzyme, nguồn gốc và ứng dụng

2.1 Protease (E.C.3.4)

2.1.1 đặc điểm, phân loại

Enzyme protease ( peptit-hydrolase 3.4): xúc tác cho quá trình thủy phân liên

kết peptid (-CO-NH-) trong phân tử protein, polypeptid đến sản phẩm cuối cùng là các acid amin

Phân chia đơn giản: gồm 3 nhóm

- Protease acid: pH 2-4 (pepsin)

- Protease trung tính: pH 7-8 (metallo proteinase, cystein proteinase)

- Protease kiềm: pH 9-11 (Serin proteinase)

Phân loại dựa theo vị trí xúc tác

Protease được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau tùy vào mục đích công nghệ, sản phẩm mong muốn của nhà sản xuất Và liều lượng, giai đoạn bổ sung enzyme cho từng loại sản phẩm khác nhau là khác nhau Việc này phụ thuộc vào giai đoạn biến đổi của thịt, cá sau khi chết Chính vì điều này, mà nhà sản xuất cần nắm vững những biến đổi của thịt, cá sau khi chết để tiến hành cho enzyme vào sao cho hiệu suất sử dụng là cao nhất

 Các biến đổi của thịt, cá sau khi chết gồm có bốn giai đoạn: Tiết nhớt, tê cứng, chin tới và thối rữa

 Giai đoạn tiết nhớt

Chất nhớt là glucoprotein

Đặc điểm: Thịt còn nóng, khả năng liên kết với nước tối đa, mùi vị thể hiện yếu Dịch nhớt chuyển dần từ trong suốt chuyển sang vẩn đục

 Giai đoạn tê cứng:

Tổ chức cơ thịt cứng dần, khó cắt và chặt do độ bền cơ học tăng Ở giai đoạn này glycogen, actomiozin bị phân giải Vì thế nếu ở gia đoạn này mà chế biến ngay thì thịt không có mùi vị thơm ngon Giai đoạn này kéo dài vài tiếng đồng hồ, trong sản xuất ngươi ta tìm cách rút ngắn thời gian tê cứng

 Giai đoạn chín tới:

Các cơ duỗi ra, trở nên mềm mại hơn do chất men có trong bắp cơ của cá là enzyme cathepsin phân giải protein thành các pepton, peptid và một phần acid amin Trong giai đoạn này, thịt mang đi chế biến sẽ có hương thơm đặc trưng do các acid amin tạo nên, và thịt trở nên mềm hơn

 Giai đoạn thối rữa:

Sau một thời gian, thịt bị phân hủy dần thành acid amin, các đoạn pepton Đây là môi trường dinh dưỡng để các loài vi sinh vật sinh trưởng Do có vi sinh vật sống trong đó, nên sản phẩm trao đổi chất của chúng gây ra những mùi hôi khó chịu, thậm chí là tiết ra chất độc Thịt lúc này sẽ bốc mùi hôi thối, không thể đưa vào sản xuất hay sử dụng

Theo bốn giai đoạn biến đổi như trên, nhà sản xuất sẽ lựa chọn enzyme phù hợp với sự biến đổi của từng giai đoạn, nhằm rút ngắn thời gian sản xuất mà vẫn giữ được đặc tính của thịt, tăng giá trị dinh dưỡng

Đối với giai đoạn chin tiết nhớt, tê cứng và chin tới thì càng rút ngắn thời gian càng tốt Trong giai đoạn chin tới, ngoài việc rút ngắn thời gian chin tới, người ta còn bổ sung thêm enzyme nhằm mục đích gia tăng sự thủy phân protein có trong thịt cá để thu được nhiều đoạn pepton và acid amin hơn, vì lượng enzyme có sẵn trong nguyên liệu chưa đáp ứng đủ yêu cầu của sản phẩm Đối với giai đoạn thối rữa, nhà sản xuất sẽ tìm cách duy trì sao cho quá trình chin tới là ngắn nhất, nhưng không tới giai đoạn thối rữa sớm

 Collagen

Collagen là protein hình sợi của thịt Cấu trúc collagen do các phân tử cở sở tropocollagen tạo nên Các tropocollagen chứa nhóm ion hóa ở một đầu hướng theo một chiều, cách nhau 64nm và liên kết thành một khối sợi

Do các liên kết chéo trong nội phân tử mà collagen có độ bền và độ cứng nhất định

Trong collagen, có những vùng xoắn ốc và vùng không xoắn Enzyme thuộc loại protease thông thường chỉ có khả năng phân cắt ở vùng không xoắn tại đầu N của mỗi sợi polypeptide mà không có tác dụng với những vùng xoắn của collagen Collagen chỉ bị phân cắt bởi enzyme collagenase và elastase

Đa số các collagenase có pH hoạt động trung bình hoặc hơi kiềm (pH=7-8)

Nhiệt độ hoạt động thích hợp của các collagenase thường dưới 400C

Collagenase được thu nhận từ vi sinh vật

2.1.2 Nguồn thu nhận

Enzyme protease thường được sử dụng với mục đích làm mềm thịt, sản xuất nước mắm Người ta có thể sử dụng enzyme ở dạng nguyên (từ thực vật), hoặc dưới dạng chế phẩm từ thực vật, động vật, hay vi sinh vật Hiện nay chế phẩm enzyme được sản xuất từ vi sinh vật được ưa chuộng hơn cả, vì hoạt lực enzyme của nó cao hơn từ thực vật và động vật Điều đáng nói là nó có khả năng tạo ra enzyme có khả năng chịu nhiệt cao mà không bị biến tính như các enzyme bình thường

 Nguồn gốc thực vật

- Bromelain: Từ lá, thân, đọt, quả dứa

- Papain : từ đu đủ xanh

Papain là cysteine protease được biết đến nhiều nhất và được phân lập đầu

tiên vào năm 1879 từ nhựa trái đu đủ (carica papaya) (chứa nhóm –SH-)

- Ficin: từ các loại quả thuộc họ sung, vả

Những loại enzyme từ thực vật có thể sử dụng trực tiếp ở dạng nguyên, hoặc dưới dạng chế phẩm Dạng nguyên quả thường được dùng trong chế biến các món ăn có thịt, cá ở hộ gia đình, hoặc sử dụng làm nước mắm từ cá như quả dứa

Chế phẩm enzyme sản xuất từ thực vật thường có tên thương phẩm theo loại enzyme thu nhận được Loại Papain và bromelain là hai loại được sử dụng nhiều nhất Quy trình thu nhận enzyme từ thực vật sẽ được trình bày ở phần sau

 Từ động vật

Thường nằm ở trong tụy tạng, dạ dày các loài động vật

- Trypsin, chymotrypsin cacboxylpeptidase: từ tụy tạng

- Pepsin: từ dạ dày gia súc

 Từ vi sinh vật:

Đây là nguồn thu nhận enzyme chủ yếu để sản xuất thành chế phẩm duwosi dạng lỏng hoặc bột khô

Những ưu điểm khi sử dụng chế phẩm enzyme từ vi sinh vật:

- Vi sinh vật có tốc độ sinh sản mạnh, nhanh, nhiều

- Hoạt tính enzyme cao hơn

- Nguyên liệu nuôi vi sinh vật dễ kiếm, rẻ tiền, tận dụng phế liệu

- Một loại vi sinh vật có khả năng tổng hợp nhiều loại enzyme khác nhau

- Có khả năng thích ứng cao

- Dễ thực hiện ở quy mô công nghiệp

- Enzyme có nguồn gốc sinh học nên đảm bảo an toàn khi sử dụng, không gây ô nhiễm môi trường

Ví dụ: Aspergillus oryzae sản xuất ra Amylase và protease

Aspergillus awamori và A flavus sản xuất ra proteinase và proteinase acid

Streptomyces fradiae sản xuất ra proteinase và estrase

Những loại enzyme nói trên chỉ có khả năng phân cắt protein nằm ở vùng không xoắn của collagen như đã đề cập ở phần trên Nếu sử dụng quá liều nó có thể gây ảnh hưởng xấu tới mùi vị, cảm quan của sản phẩm

Loại enzyme collagenase được coi là enzyme trắc địa trong làm mềm thịt vì nó có khả năng phân cắt một hay nhiều liên kết trong vùng xoắn ốc của collagen, khiến cho mô liên kết bị suy yếu Điều này làm cho thịt có độ mềm vừa phải và có chất lượng tốt Vì vậy Những sản phẩm từ thịt chứa nhiều collagen thường bổ sung thêm enzyme này để tăng hiệu quả làm mềm thịt cũng như tăng giá trị dinh dưỡng

2.1.3 Quy trình thu nhận

• Thu chế phẩm protease thô: với nguồn động vật và thực vật thì ta nghiền, trích ly rồi ly tâm Còn với nguồn vi sinh vật thì ta nuôi cấy, phá vỡ tế bào rồi đem ly tâm

• Tinh sạch protease: sử dụng phương pháp để loại dần các thành phần không phải protease, sản phẩm cuối cùng là protease tinh khiết

 Quy trình thu nhận enzyme ficin từ nhựa sung

Trong nhựa đu đủ ngoài enzyme papain còn có các loại protease khác: chymopapain, caricain, glycyl endopeptidase và một số enzyme khác

Quả xanh vào 10 tuần tuổi chứa nhiều nhựa nhất và hoạt tính enzyme cao nhất

Hoạt tính của papain phụ thuộc vào các yếu tố:

Nhiệt độ: Papain là enzyme chịu được nhiệt độ tương đối cao ở dang nhựa khô papain

không bị biến tính trong 3h/1000C

Còn ở dạng dung dich papain bị mất hoạt tính sau 30 phút ở 82,50C và nếu nhiệtđộ tăng cao hơn 1000C thì nó sẽ bị mất hoàn toàn hoạt tính kể cả khi thêm lượng lớn chất hoạt

hóa vào dung dịch Điều này là do ở dạng dung dịch khi tăng nhiệt độ >1000C thì cấu trúc tâm hoạt động của papain bị phá hủy hoàn toàn

pH: Papain hoạt động trong khoảng pH tương đối rộng từ 4,5-8,5

Dễ bị biến tính trong môi trường acid có ph < 4,5 hoặc trong môi trường kiềm mạnh có

pH > 12

Chế phẩm thương mại phổ biến là loại Latex, Merk

Merk chứa papain, chymopapain, peptidase A, B

Hoạt tính cao nhất ở 55-600C, pH 4.5-10 Nếu pH< 3 thì enzyme sẽ mất hoạt tính

 Quy trình thu nhận bromelain từ quả dứa

Quy trình thu nhận Bromelain từ thân và quả dứa

Bromelain có hoạt tính cao nhất ở 50-600C, pH 8-8.5

Ứng dụng để thủy phân gan bò: thời gian 10h ở 550C, sau đó xử lý nhiệt 1000C trong 3-5 phút thu được dịch thủy phân chứa acid amin

2.2 Transglutaminase

 Transglutaminase được tìm thấy rộng rãi trong cơ thể con người, động vật bậc cao, thực vật và vi sinh vật

 Transglutaminase là một loại enzyme có khả năng tạo liên kết ngang với chính protein của thịt (cá) và với cả protein thực vật (trong đậu nành)

 Transglutaminase có nguồn gốc từ quá trình lên men của vi khuẩn và số lượng phát triển lớn có thể sản xuất cho qui mô công nghiệp

Đặc điểm của transglutamine

Nhiệt độ hoạt tính tối ưu 50 – 55oC Nhiệt độ bất hoạt tính trên 75oC Nhiệt độ bảo quản dưới 10oC

Các loại chế phẩm của transglutamine

a TRANSGLUTAMINASE (Code:TG-SA)

 Được phát triển cho các ứng dụng trong chế biến kết dính thịt gia cầm, thịt đỏ và hải sản

 Dễ sử dụng bằng nhiều cách

 Không gây dị ứng

Lợi ích của TG-SA:

 Dễ dàng sử dụng

 Trộn với thịt trực tiếp

 Tạo liên kết chéo tự nhiên của chính các mạch protein của thịt (cá)

 Không ảnh hưởng đến tính chất của thịt (cá)

 Ổn định trong quá trình xử lý tiếp theo như cắt, ướp, sấy, và đóng gói

 Có thể tiêu chuẩn hóa và kiểm soát thành phần nhằm tạo các giá trị gia tăng Sản phẩm có thể được tiếp tục chế biến thỏa mãn với mong muốn của khách hàng trong chế biến thực phẩm

Ứng dụng:

Kết dính thịt heo nấu chin Kết dính da gà nấu chín (1% TG-SA)

Ham thịt gà Ham thịt heo

Thịt xông khói cắt lát Sự tái cấu trúc thịt gà

Tái cấu trúc thịt cá hồi

b TRANSGLUTAMINASE (Code TG-MTC)

 TG-MTC được phát triển cho ứng dụng tăng trọng bằng phương pháp tiêm (injection), và ướt ngấm (marination) trong thịt (cá)

 TG-MTC là sản phẩm giúp tăng trọng lượng thịt (cá) bằng việc tích nước và các thành phần khác

 TG-MTC có thể giúp khả năng trữ nước cao

 TG-MTC không dùng phosphate và không ảnh hưởng đến hương vị tự nhiên của thịt (cá)

 Sau khi hấp thu TG-MTC, sản phẩm có thể được chế biến bình thường hoặc trộn với TG-SA kết dính định hình với cấu trúc mới

Thịt bò ban đầu Sau khi tăng trọng

Lợi ích của TG-MTC

 Cải thiện khả năng giữ nước, làm tăng việc lưu giữ nước và các thành phần cần thiết nếu có trong miếng thịt (cá)

 Ít thất thoát sau khi rã đông và giảm cân sau khi chế biến thức ăn

 Nâng cao năng suất chế biến thức ăn, tăng khối lượng của sản phẩm

 Không làm thay đổi các đặctính cảm quan của sản phẩm, cải thiện đặc tính ngoại quan (thịt trông tươi như tự nhiên)

c TRANSGLUTAMINASE (Code TG-0411)

 TG-0411 được phát triển để cải thiện cấu trúc trong các sản phẩm thức ăn thuần chay

 TG-0411 có thể thay thế long trắng trứng và các sản phẩm kết dính có nguồn gốc tảo biển trong sản phẩm chay

Lợi ích của TG-0411

 Nhằm tiết giảm chi phí

 Cải thiện độ đàn hồi, dai, và độ săn chắc của sản phẩm

 Tăng năng suất chế biến thức ăn

 Khả năng cắt lát mỏng của sản phẩm

 Giữ hương vị ban đầu tự nhiên của sản phẩm

 Sản phẩm chay sử dụng kết hợp với TG-0411 rất ổn định trong khi nấu, nướng, chiên, hoặc làm biến dạng

Ứngdụng