tìm hiểu quy trình sản xuất và ứng dụng của enzyme transglutaminase

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM…… Báo cáo tiểu luận môn học: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM Đề tài: TÌM HIỂU QUY TRÌNH SẢN X

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

……

Báo cáo tiểu luận môn học:

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM

Đề tài: TÌM HIỂU QUY TRÌNH SẢN XUẤT VÀ ỨNG DỤNG

CỦA ENZYME TRANSGLUTAMINASEGiảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thu Sang

Nhóm sinh viên thực hiện:

Tp Hồ Chí Minh tháng 6/2015.

LỜI MỞ ĐẦU

Từ lâu ngành công nghệ chế biến thực phẩm đã là một lãnh vực quan trọng trong đờisống kinh tế xã hội hiện đại Nó góp phần quan trọng trong phát triển kinh tế, chăm locho đời sống vật chất và tinh thần của con người khi mà những nhu cầu ấy ngành càngcao Với lí do đó mà các nhà khoa học, các kĩ sư ngành thực phẩm đã không ngừngnghiên cứu khám phá những “vùng đất” mà ít người dám đặt chân đến Cộng hưởngvới sự tiến bộ vượt bậc và đi đầu của ngành Công nghệ sinh học ứng dụng đã thúc đẩyngành thực phẩm bước đi nững bước đi xa với việc khám phá ra nhiều điều mới mẻ và

lí thú với tính khả dụng cao và chất lượng

Những năm gần đây các chế phẩm enzyme sinh học đã giải quyết rất nhiều vấn đề màngành thực phẩm vấp phải Transglutaminase là một loại enzyme như vậy Tuy việcnghiên cứu đã được thực hiện cách đây rất lâu, nhưng quy trình công nghiệp hóa loạienzyme này vẫn còn là một ẩn số đối với thế giới bởi sự độc quyền của công ty sảnxuất chúng Trong bài báo cáo này, nhóm thực hiện chỉ tập trung giới thiệu về enzymetransglutaminase và các ứng dụng của nó trong lĩnh vực thực phẩm bài viết đượcnhóm dịch thuật từ các tài liệu trong và ngoài nước nên sẽ có nhiều sai sót Mong nhậnđược sự đóng góp ý kiến của mọi người để nhóm có thể hoàn thành tốt bài báo cáo

Trân trọng!

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 GIỚI THIỆU 4

1.2 PHÂN LOẠI 5

1.3 CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA TRANSGLUTAMINASE 6

1.4 NGUYÊN LIỆU - GIỐNG VSV 7

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TRANSGLUTAMINASE 11

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG – SẢN PHẨM 12

3.1 ỨNG DỤNG 12

3.2 SẢN PHẨM TIÊU BIỂU 20

KẾT LUẬN 25

TÀI LIỆU THAM KHẢO 26

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 GIỚI THIỆU

Transglutaminase (TG) (EC 2.3.2.13) là protein-glutamine γ-glutamyltransferase,thuộc về nhóm transferases Nó xúc tác cho sự hình thành của một liên kết isopeptidegiữa nhóm γ-carboxamides dư lượng glutamine và nhóm ε-amin bậc nhất của các hợp chất khác nhau như protein

Transglutaminase là một loạienzyme được tìm thấy tựnhiêntrongthực vật, động vậtvà trong cơ thể con người Chúng là một protein tạo phản ứng hóa học

tự nhiên trong thực phẩm và thường được sử dụng trong chế biến thực phẩm.Transglutaminase là một enzyme có khả năng tạo liên kết ngang với protein của thịt vàvới cả protein thực vật.Transglutamnnas được nghiên cứu kể từ những năm 1950, đếnđầu những năm 1990 các nhà khoa học đã nghiên cứu sản xuất số lượng lớnTransglutaminase để sử dụng trong chế biến thực phẩm Transglutaminase hiện nayđược sản xuất thông qua quá trình lên men.Transglutaminases rất phổ biến trong

tự nhiên Chúng được tìm thấy trong các mô động vật có vú,trong nhiều vật không xương sống và trong các tế bào vi sinh vật Transglutaminase cũng có mặt trong

mô thực vật có trong đậu nành, topinambour, thức ăn gia súc củ cải đườngvà táo

Nó có thể xúc tác cho phản ứng của các liên kết chéo trong bên trong và giữa cácphân tử protein, do đó TG có thể cải thiện khả năng của các protein thực phẩm Ví dụcác nhũ tương hóa, gel, độ nhớt và ổn định nhiệt độ Nó cũng đã được chứng minh đểđược tham gia vào nhiều quá trình sinh lý: trong đông, trong các phản ứng miễn dịchkháng khuẩn và trong quang hợp

Bảng 1 : Một số tính chất của transgliutaminase

Nhiệt độ hoạt tính tối ưu 50÷700C

Hình 1 : Biểu đồ ảnh hưởng của nhiệt độ và pH lên sự hoạt động của enzyme transglutaminase.

1.2. PHÂN LOẠI

Bảng 2: Bảng phân loại cá enzyme transglutaminase theo gen

Yếu tố XIII (fibrin- yếu

1.3 CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA TRANSGLUTAMINASE

 Phản ứng tạo liên kết ngang:

Transglutaminase (R-glutaminyl-peptide: amin g-glutamyltransferase, EC2.3.2.13) là một enzyme xúc tác cho phản ứng chuyển acyl giữa các nhóm acyl -cacboxamit của glutamine và nhóm -amino của lysine.Kết quả là hình thành liên kếtisopeptide

Hình 2: Phản ứng tạo liên kết ngang

tương tác của TG-ase với các thụ thể kích hoạt và tạo phức với các thành phần tíchhợp.

1.4 NGUYÊN LIỆU - GIỐNG VSV

 Nguyên liệu sản xuất:

Rỉ đường: Rỉ đường hay rỉ mật, mật rỉ, mật rỉ đường, còn được gọi ngắn gọn

là mật, là chất lỏng đặc sánh còn lại sau khi đã rút đườngbằng phương pháp cô và kếttinh Đây là sản phẩm phụ của công nghiệp chế biến đường (đường mía, đường nho,

đường củ cải) Trong tiếng Anh, rỉ mật được gọi là molasses, xuất phát từ tiếng Bồ Đào Nha melaço, là dạng so sánh hơn nhất của mel, từ Latin(và Bồ Đào Nha) của "mật

ong".Chất lượng của rỉ đường phụ thuộc vào độ chín của mía hoặc củ cải nguyên liệu,lượng đường chiết được và phương pháp chiết đường

Hiện nay công nghệ sản xuất enzyme transglutaminase chưa được công bố rộngrãi và cũng chưa có nghiên cứu chính thức khẳng định nào về nên nguồn nguyên liệu

để sản xuất Nhiều tài liệu cho rằng sử dụng mật rỉ đường và glyxerol, lại có tài liệucho rằng sử dụng nguyên liệu đậu nành.Tuy nhiên không có bất cứ một hướng dẫn cụthể nào về việc sử dụng nguồn nguyên liệu để lên men trong quy trình sản xuấtenzyme transgluminase thương phẩm

Một loại transglutaminase đã được phân lập từ Streptoverticillium sp và sử dụngthực trong thực phẩm ngành công nghiệp thực hiện nay

Lúc đầu, hầu hết các nghiên cứu khả thi về việc sửa đổi transglutaminase đượctiến hành sử dụng transglutaminase bắt nguồn từ gan lợn guinea hoặc bò plasma Tuynhiên, một nguồn cung hạn chế cản trở thương mại hóa.

Trong năm 1989, nhiều báo cáo cho thấy rằng một transglutaminase vi khuẩnđược phân lập từ Streptoverticillium sp Nó đã được thương mại hóa như một enzymethực phẩm bởi Ajinomoto Co., Inc Đây là sản phẩm duy nhất làtransglutaminasethương mại có sẵn hiện nay Các transglutaminase vi khuẩn đang hoạtđộng trên một phạm vi rộng của nhiệt độ vàổn định giữa pH 5 và 9, đó là khoảng pHcho hầu hết các thực phẩm chế biến

Ngược lại với transglutaminases động vật có vú (guinea pig transglutaminasegan),transglutaminase vi sinh vật được đặc trưng bởi một hoạt động canxi độc lập: nólàkhả năng phản ứng mà không có các ion canxi, làm cho nó xử lý dễ dàng hơn vànhiều hơn nữa là thiết thực để sử dụng trong chế biến thực phẩm

Streptoverticillium sp chính là vi sinh vật đầu tiên được nhắc đến để sử dụngtrong việc lên men tạo enzyme transglutaminase

Năm 2013 hai nhà khoa học Marek Kieliszek & Anna Misiewicz đã lập mộtbảng thống kê những giống vi sinh vật từng được nghiên cứu để sản xuất

transglutaminase trong bài báo Microbial transglutaminase and its application in the food industry A revi ew.

Bảng 3: Bảng thống kê chủng vi sinh vật được sử dụng để sản xuất transgluminase

(đơnvị/ml)

Tài liệu tham khảo

Bacillus circulans BL32 0.28 de Souza et al (2006)

Bacillus subtilis spores n/a Aidaroos et al (2011)

Corynebacteriumammoniagenes n/a Itaya and Kikuchi

(2008)Corynebacteriumglutamicum n/a Date et al (2004)

Providencia sp C1112 0.92 Bourneow et al (2001)Streptoverticilliummobaraense 0.9- 3.4 Bourneow et al (2012)

Zheng et al (2002)Zhu et al (1996)Gerber et al.(1994)Ando et al (1989)Streptomyces platensis M5218 0.66 Lin et al (2006)

Streptomyces hygroscopicus n/a Cui et al (2007)

Streptomyces lividans JT46/pAE053 2.2 Lin et al (2006)

Bourneowet al (2001)

Streptoverticilliumgriseocarneum 1.46 Gerber et al (1994)

Linet al (2003)Streptoverticilliumladakanum NRRL–

3191

0.28- 1.55 Téllez-Luis et al.(2004)Streptoverticilliumsp.s–8112 1.46 Kanaji et al (1993)

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TRANSGLUTAMINASE

SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG – SẢN PHẨM

3.1 ỨNG DỤNG

Kể từ khi được phát hiện transglutaminase đã bắt đầu được biết đến rộng rãi cónhiều ứng rộng quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm của nhiều quốc giatrên thế giới như Trung Quốc, Nhật Bản Transglutaminase được thương mại hoá khibởi công ty Ajinomoto, Inc Hiện tại đây là sản phẩm transglutaminase duy nhất trênthị trường về mặt thương mại Sau đây là một số những ứng dụng phổ biến trong lĩnhvực thực phẩm:

Sản phẩm thủy sản:

Việc sử dụng transglutaminase trong công nghiệp thực phẩm bắt đầu với sản xuấtsurimi thương phẩm ở Nhật Bản Nghiên cứu cũng đã được làm bên ngoài của Nhật Bản liên quan đến các đặc tính của surimi với transglutaminase

Nhiều nghiên cứu đã được tiến hành để tìm ra ảnh hưởng của transglutaminaselên tính của gel surimi Ở surimi khi tính chất gel hình thành thì độ bền và lượng củaliên kết ngang tăng lên, các đầu nặng của myosin đơn phân giảm theo sự có mặt củatransglutaminase Seguro và những người khác cũng đã chứng minh rằngtransglutaminase thêm vào surimi gây xúc tác phản ứng tạo liên kết ngang trong quátrình hình thành Họ có đến 3µmoles của ε - ( γ - Glu ) Lys crosslinks / 100 g gel, đượcxem là hiệu quả trong cải thiện thuộc các tính vật lý của gel Nó cũng đã được giớiviệc ảnh hưởng của transglutaminase lên gel surimi của từng loại cá là khác nha

Một dòng sản phẩm truyền thống là kamaboko ( cá bánh ) và cách sử dụngtransglutaminase trong sản phẩm surimi được trình bày như trong sơ đồ3.1.Transglutaminase được thêm vào nguyên liệu, trộn, và phản ứng với prôtêin cá chủyếu trong quá trình này.Sau khi hình thành, surimi được nấu chin bằng hấp hoặc luộc,

và transglutaminase vẫn hoạt động bình thường đến khi có được sản phẩm cuối cùng

Trộn với muối

Transglutaminase

Định hìnhsuwari

LuộcLàm nguội

Sả

n phẩm

Bột cá

Tinh bột gia vị

Người ta xem đó như là cấu trúc mạng làm tăng nồng độđể cải thiện các tính chất vật

lý của thịt được chuẩn bị

Thực tế việc sử dụng nguyên liệu thịt với transglutaminase cũng đã được nghiêncứu Ứng dụng của transglutaminase cho chế biến thịt đã được tóm tắt bởi Kuraishi vànhững người khác.Hammer so sánh transglutaminase với photphat ở xúc xích ( 47 ).Muguruma và những người kháccho rằng kết cấu của xúc xích gà, ban đầu cho thấy độbền gel yếu hơn xúc xích thịt heo, và đã được cải thiện bằng transglutaminase ( 49 )

Họ cũng cho rằng transglutaminase có thể cung cấp khả năng tạo ra các sản phẩm giacầm mới với cải thiện kết cấu, như là 100% xúc xích gà

Điển hình giăm bông và xúc - xích sử dụng transglutaminase để sản xuất đượcthể hiện trong quy trình ở hình 5 và 6.Phản ứng transglutaminase về cơ bản xảy ratrong quy trình chế biến, đó là trong sấy khô, hun khói, và đun sôi (hấp).Trong sảnxuất giăm bông, phản ứng transglutaminase cũng có thể tiến hành trong hỗn loạn trongmột chừng mực nào đó.Sau khi chế biến, nhiệt độ bên trong được nâng lên trên 70 ◦ C,

và transglutaminase bất hoạt

Các liên kết chéo được hình thành bởi transglutaminase tăng cường protein cấutrúc mạng trong các sản phẩm thịt chế biến như xúc xích và thịt nguội.Và các tính chấtvật lý của sản phẩm, chẳng hạn như độ đàn hồi và độ săn chắc, được cải thiện rấtnhiều.Sự vững chắc, cũng như sự biến dạng, tính co giãn hoặc tính mềm dẻo của geltăng lên cùng với số lượng của transglutaminase.Khi sử dụng một lượng dưtransglutaminase thì các kết cấu trở nênquá vững chắc và ít mềm dẻo hơn, nói chungkhông thuận lợi

Cấu trúc của xúc xích được củng cố bởi transglutaminase có khả năng bền ởnhiệt độ cao và làm lạnh, khi đó ε- (γ-Glu) Lys liên kết chéo, là rất ổn định ( 48 ) Sảnxuất đóng hộp xúc xích với cải thiện cấu tạo chất lượng là một ứng dụng điển hìnhcủa transglutaminase

Trong trường hợp của giăm bông, ảnh hưởng của transglutaminase được thấytrong sợi thịt được cải thiện, không chỉ trong cải thiện cấu tạo chất lượng.Slice - mất mát, tỷ lệ những lát vỡ khi người điều khiển được xắt mỏng, được giảm khitransglutaminase được sử dụng

Một ứng dụng khác là trong các sản phẩm thực phẩm an toàn Trong chế biếnthực phẩm đã chế biến, đặc biệt là các sản phẩm thịt, muối và / hoặc một số phốt phátthường được thêm vào để cải thiện hoặc tăng khả năng giữ nước, ràng buộc, tính thốngnhất, và kết cấu tổng thể Khi nhu cầu vềan toàn thực phẩm tăng lên, thực phẩm chuẩn

bị nhiều hơn với các muối phốt phát hoặc giảm đang được phân phối trên thị trường.Các đặc tính kết cấu và vật lý của các loại thực phẩm "lành mạnh", tuy nhiên, là tiêuchuẩn thấp.Bằng cách sử dụng transglutaminase, sản phẩm giảm muối / phosphate vớikết cấu cải tiến có thể được thu được (4)

Chẳng hạn như, xúc xích với hàm lượng muối giảm từ 1.7% đến 0.4%, đượcgiảm 20% Nhưng việc bổ sung thêm transglutaminase cải thiện kết cấu và khôi phụclại sức mạnh phá vỡ với sự kiểm soát ( hình 8 ).Ngay cả khi hàm lượng natri đã đượcgiảm xuống gần một phần ba là xúc xích bình thường, độ đàn hồi được duy trì thôngqua việc sử dụng các transglutaminase Việc mất sự kết dính và khả năng giữ nướctrong sản phẩm từ thịt không có phosphate cũng được khôi phục bằng cách sử dụngtransglutaminase.Cho dù transglutaminase có thể cải thiện thuộc tính vật lý của sảnphẩm không chứa phosphate trong chừng mực nào đó, nhưng khá khó khăn để hoàntoàn thay thế các phosphate trong các sản phẩm thịt

 Quy trình sản xuất xúc xích

Muối, gia vị, nước đá

Khô: 60 0 C trong 30 phút Khói: 60 0 C trong 10 phuts Hơi nước: 75 0 C trong 30 phút

Làm nguội

Sản phẩm

TransglutaminaseCắt nhỏ

Cắt

Bao vỏ

NấuThịt heo

Tiêm hoặc ngâm nước muối

transglutaminase

Nhào, trộnĐịnh hìnhNấu

Làm nguộiSản phẩm

 Quy trình sản xuất dăm bông

để qua đêm

Một số sản phẩm khác:

Nhiều sản phẩm thường gặp trong đời sống sinh hoạt cũng có mặt của enzymetransglutaminase như đậu hủ, các loại mì: mì ống ( nuôi), mì ý, mì soba, udon (NhậtBản)… Transglutaminase được xem như chất phụ gia nhằm tăng tính liên kết cảu cácprotein trong nguyên liệu nhằm tao nên độ dai chắc đặc trưng cho từng loại sản phẩm.Khẳng năng giữ nước tuyệt vời được sử dụng triệt để trong sản xuất đậu phụ.Sau đây

là tóm tắt 2 quy trình sản xuất đậu phụ và mì ống, qua đó ta thấy được sự có mặt củaenzyme transglutaminase ở công đoạn nào và vai trò của nó

Thịt heo

Khô: 55 0 C trong 120 phút Khói: 60 0 C trong 60 phút Hơi nước: 75 0 C trong 120 phút

Quy trình sản xuất mì ống

Quy tình sản xuất đậu phụ

Sản phẩm

TNHH TM DV Bảo Anh Ngọc…Tuy nhiên cần lưu ý các sản phẩm không rõ nguồngốc từ Trung Quốc.

Các loại thực phẩm sử dụng transglutaminase:

Trên thị trường, E.Transglutaminase được chia thành nhiều code khác nhau,mỗi code sẽ có những chức năng riêng:

 Transglutaminase (code: TG-SA)

 Được ứng dụng chế biến kết dính thịt gia cầm, thịt đỏ và hải sản

 Dễ sử dụng bằng nhiều cách

 Không gây dị ứng

Hình 5 : Kết dính thịt heo và da gà nấu chín

Hình 6 : Tái cấu trúc cá hồi Hình 7: Thịt xông khói cắt lát

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 sử lý tiếp theo như cắt, ướp, sấy và đóng gói

 Có thể tiêu chuẩn hóa và kiểm sót thành phần nhằm tạo các giá trị giatăng.Sản phẩm có thể tiếp tục chế biến

 Transglutaminase (code: TG-MTC)

 Được pháp triển trong ứng dụng tăng trọng bằng phương pháp tiêm(injection) và ướp ngấm (marination) trong thịt (cá)

 Là sản phẩm giúp tăng trọng lượng thịt (cá) bằng việc tích nước

 Không dùng phosphate và không làm ảnh hưởng đến hương vị tự nhiêncủa thịt (cá)

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

Hình 6 Thịt bò trước và sau khi ướp ngấm với TG-MTC