làm mềm thịt bằng enzyme bromelin thu từ dứa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CNSH&KTMT ĐỀ TÀI: LÀM MỀM THỊT BẰNG ENZYME BROMELIN THU TỪ DỨA MÔN: CÔNG NGHỆ ENZYME GVHD: Đỗ Thị Hiền NHÓM: Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 I TỔNG QUAN: Tổng quan enzyme: Enzyme protein có khả xúc tác đặc hiệu cho phản ứng hóa học Là chất xác tác sinh học có ý nghĩa đặc biệt quan trọng như: cường lực xúc tác lớn, chuyển hóa chất mạnh,… Hiên nay, việc sản xuất loại chế phẩm enzyme phát triển mạnh mẽ quy mô công nghiệp Thực tế có hàng nghìn chế phẩm enzyme bán thị trường giới, chế phẩm khai thác tinh chế có mức độ tinh khiết theo tiêu chuẩn công nghiệp ứng dụng Các chế phẩm enzyme phổ biến amylase, protease, catalase, cellulose, lipase, gluco-oxydase,… ứng dụng nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau: công nghiệp, hóa học,… Enzyme công cụ hữu hiệu để chế biến phế liệu công nghiệp thực phẩm thành thức ăn cho người vật nuôi Protease nấm mốc vi khuẩn phối hợp với amylase tạo thành hỗn hợp enzyme dung làm thức ăn gia súc, có ý nghĩa lớn chăn nuôi gia súc gia cầm Việc sử dụng protease chế biến làm mềm thịt ứng dụng có tính truyền thống Nhân dân ta từ lau dùng dứa đẻ bổ sung vào trình chế biến thịt bò, nấu chân giò với đu đủ xanh,… mà thực chất sử dụng enzyme papain, bromelain, ficin Trong chế biến thủy sản, tăng lượng nước mắm nhờ thủy phân protein thành acid amin làm tăng hiệu suất thu hồi đạm nước mắm Protease-enzyme nhóm enzyme phổ biến công nghiệp chế biến thịt-cá Nhóm enzyme protease xúc tác trình thủy phân liên kết peptide (-CO-NH) n phân tử protein, polypeptide đến sản phẩm thủy phân cuối acid amin Ngoài ra, nhiều protease có khả thủy phân liên kết este vận chuyển amine Trong công nghiệp chế biến thịt: protease thủy phân phần protein thịt, làm cho thịt có mềm độ mềm thích hợp tăng hương vị cho thịt Hình Mô hình enzyme protease thủy phân protein Độ cứng đặc tính phổ biến để đánh giá chất lượng thịt Độ cứng thịt loạt yếu tố bao gồm số lượng mô liên kết bắp, chất béo bắp chiều dài sarcomere Như vậy, thịt không đạt yêu cầu người tiêu dùng thịt cứng Có nhiều nghiên cứu việc làm mềm thịt làm cho thịt ngon Về mặt hóa học - sử dụng canxi clorua, muối, phosphates enzyme làm giảm lượng mô liên kết Các phương pháp vật lý thử làm mềm thịt phương pháp xử lý áp lực, kích thích điện, Kỹ thuật thường dùng để làm mềm thịt sử dụng enzyme ficin (thu từ nhựa thân sung), bromelain (thu từ dứa) papain (thu từ nhựa lá, thân, đu đủ) Đây enzyme protease chiết xuất từ thực vật Trong nghiên cứu sử dụng bromelain từ chiết xuất dứa để kiểm tra hiệu làm mềm thịt 2 Tổng quan enzyme bromelain: Bromelain tên gọi chung cho nhóm enzyme thực vật có chứa nhóm –SH, có khả phân giải protein thu nhận từ họ Bromeliaceae, đặc biệt dứa (thân, chồi, trái, vỏ) Bromelain chiếm 50% protein dứa, có khả thủy phân mạnh hoạt động tốt pH= 6-8 Trọng lượng phân tử khoảng 33000Da Trong dịch chiết có chứa peroxidase, photphatase acid chất cản protease - Cấu tạo hóa học: Bromelain glycoprotein, phân tử có glycan gồm manose, glucosamine, xylose fructose Sợi hydrate carbon liên kết hoán vị với sợi polypeptide Bromelain có thành phần amino acid thay đổi khoảng 321-144 amino acid (thân), 283-161 amio acid (quả) Bromelain thân sợi polypeptide có amino acid đầu amin valine đầu carbohydrat glycine - Cơ chế tác động Bromelain: Nhóm –SH cystein, nhóm imidazole histidine nhóm disulfur có vai trò quan trọng hoạt động thủy phân bromelain Nhóm –SH tham gia tạo thành acylthioester trung gian với nhóm carboxyl chất (nơi liên kết peptide bị cắt) Nhóm imidazole làm chất trung gian nhận gốc acid chuyển cho nhóm anion chất nhận khác Cầu nối S-S có vai trò trì cấu trúc không gian bromelain Casein hemoglobin chất tự nhiên dùng nhiều Đầu tiên, bromelain kết hợp với protein thủy phân sơ cho polypeptide acid amin Protein kết hợp với nhóm –SH enzyme khiến bị ester hóa nhóm imidazole khử ester để giải phóng enzyme, acid amin peptide Ở giai đoạn đầu, Zn 2+ quan trọng, chúng kết hợp với nhóm –SH tâm hoạt động hình thành mercaptid phân ly yếu (nhưng khả tạo liên kết phối trí bổ sung với nhóm chức khác phân tử protein, amin, carboxyl…) Enzyme –SH +Zn2+ enzyme-S-Zn + H+ Do nhóm –SH tâm hoạt động bị ester hóa chất, cấu trúc không gian bảo vệ ổn định Các yêu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme bromelain: + Cơ chất: Khả thủy phân bromelain với chất khác khác Sự thủy phân tốt với casein azocasein + Nhiệt độ: Enzyme bromelain có hoạt tính cực đại khoảng nhiệt độ 50 o-60oC Độ bền nhiệt bromelain papain Ở 70oC, bromelain bị biến tính nhanh gấp 20 lần papain 75oC Tùy thuộc vào chất mà nhiệt độ tối ưu khác +pH: Enzyme bromelain có độ bền tương đối cao khoảng 4.5-8.3, biến tính nhanh môi trường pH < 4.5 pH > 12 Khi tiến hành kết tinh pH thích hợp để enzyme bromelain ổn định 5-6 Khi phản ứng, tùy thuộc vào chất chất mà pH tối ưu khác Đối với hợp chất có phân tử lượng thấp, giá trị pH thấp, tốc độ phản ứng nhanh, giá trị pH cao tốc độ phản ứng nhỏ Đó pH tăng, tốc độ phân ly nhóm cacboxyl tăng Hình Ảnh hưởng nhiệt độ pH đến hoạt tính bromelain +Các chất hoạt hóa: Enzyme bromelain có trung tâm hoạt động nhóm –SH, chất có chứa nhóm – SH chất hoạt hóa cho bromelain Một số chất: L-cytein, Dithiothratiol, KCN, Thioglycolicacid chất hoạt hóa bromelain Bảng Ảnh hưởng chất hoạt hóa đến hoạt tính bromelain Tên hoạt chất L-cystein Dithiothratiol KCN Thioglycolicaxit + Các chất ức chế: Nồng độ (M) 10-2 10-2 10-2 10-2 Hoạt tính bromelain (%) 100 95.5 96 99 Một số chất ức chế đến hoạt động bromelain: HgCl 2, Iodoaxetat, Nchloromercuribenzoat Bảng Ảnh hưởng chất chế đến hoạt tính bromelain Tên chất ức chế Không có chất ức chế N-chloromercuribenzoat HgCl2 Iodoaxetat Nồng độ (M) 10-2 1.44*10-2 2*10-2 Hoạt tính bromelain (%) 100 16 0 II VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Chuẩn bị Thịt: Thịt tươi, không xương cắt thành nhiều miếng kích cỡ trọng lượng, chia thành hai nhóm Một nhóm sử dụng cho thí nghiệm nhóm sử dụng làm mẫu đối chứng Nhóm thí nghiệm gồm mẫu nhóm đối chứng có mẫu C – Đối chứng (Mẫu Bromelain) B1 - Mẫu xử lý với 1% Bromelain B2 - Mẫu xử lý với 2% Bromelain B3 - Mẫu xử lý với 3% Bromelain B4 - Mẫu xử lý với 4% Bromelain Xác định độ pH: Khoảng g thịt cho vào ống nghiệm Các ống thêm dung dịch 1%, 2%, 3% 4% Bromelain với nước cất ống nghiệm Bromelain, dùng làm mẫu đối chứng Để yên 10 phút đồng cách nghiền chày cối Sau đo pH ống máy đo pH kỹ thuật số Xác định khả giữ nước: Lấy g mẫu thịt (được xử lý 0%, 1%, 2%, 3% 4% Bromelain) khuấy phút với 10 ml dung dịch natri clorua 0.6 Sau ống giữ oC 15 phút, khuấy lại phút ly tâm tốc độ 10000 rpm oC 15 phút Sau ly tâm, đo lượng thể tích dịch Khả giữ nước thịt tính theo công thức: WHC (%) = ((Thể tích ban đầu – Thể tích dịch nổi) / Thể tích ban đầu) x 100 Xác định hàm lượng độ ẩm: Lấy g thịt (được xử lý 0%, 1%, 2%, 3% 4% Bromelain) cho vào 10 mL dung dịch natri clorua 0.6, để yên 30 phút, ghi lại trọng lượng thịt Sau đặt kính nóng 100°C 20 phút để loại bỏ độ ẩm thịt, xác định trọng lượng thịt Tỷ lệ phần trăm độ ẩm mẫu thịt tính sau: Phần trăm hàm lượng độ ẩm = ((Trọng lượng ban đầu - Trọng lượng cuối cùng) / Trọng lượng ban đầu) x 100 III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN: Đánh giá pH: pH xác định máy đo pH kĩ thuật số kết pH dao động từ 5,51 đến 6,93 Thí nghiệm lặp lại lần pH giảm đáng kể mẫu xử lý bromelain so với mẫu đối chứng (C) Trong mẫu thịt bình thường, độ pH xấp xỉ 7.2 Bảng Ảnh hưởng Bromelain độ pH mẫu thịt xử lý pH Mẫu C 6.93 6.64 6.91 Trung bình 6.83 Không có khác biệt đáng B1 6.25 6.54 6.13 6.31 kể mẫu B2 B3 B4 6.29 5.91 5.54 6.11 6.2 5.47 6.14 5.89 5.51 6.18 6.00 5.51 đối chứng C, B1, B2 B3 pH trung bình chúng khoảng xấp xỉ Có khác biệt pH B4 (thịt ướp 4% bromelain) (pH=5.51) so với nhóm đối chứng C Sự thủy phân bromelain làm giảm axit amin dẫn đến làm giảm độ pH thịt Giá trị pH sản phẩm thịt quan trọng ảnh hưởng lớn đến đặc tính hóa lý chất lượng khác WHC, độ mềm vị thịt Qua bảng cho thấy, mẫu B4 (thịt ướp 4% bromelain)-mức bromelain cao mẫu thí nghiệm có mức pH thấp Độ pH trung bình nghiệm thức C, B1, B2, B3 B4 6.83, 6.31, 5,51 Với gia tăng nồng độ bromelain, độ pH mẫu thịt giảm xuống trở nên có tính axit Tính axit thịt biểu thị sợi thịt làm mềm, đó, độ pH thấp độ mềm thịt cao Hình Ảnh hưởng Bromelain độ pH mẫu thịt xử lý Đánh giá khả giữ nước: Khả giữ nước (WHC) thịt định nghĩa khả giữ nước áp dụng lực, ép, ly tâm ủ nhiệt Nó định nghĩa thuộc tính vật lý khả cấu trúc thịt để ngăn nước thoát khỏi cấu trúc ba chiều protein WHC thịt quan trọng nhiều tính chất vật lý màu sắc, kết cấu vững cấu trúc phần phụ thuộc vào WHC Hình Ảnh hưởng Bromelain WHC mẫu thịt xử lý Khả giữ nước nhóm đối chứng C 8% Không có khác B1 C khả giữ nước 8% Ở mức B2 B4 khả giữ nước tăng 9% 11% Phần lớn nước bám vào cấu trúc tế bào, bao gồm nội bào tế bào Do đó, thay đổi kết cấu nội bào ảnh hưởng đến khả giữ nước tế bào Có gia tăng dần khả giữ nước thịt nồng độ bromelain tăng lên ngoại trừ B3 khả giữ nước giống nhóm đối chứng C Khả giữ nước cao mẫu B4 Khi tăng giảm pH, khả giữ nước tăng lên Độ pH ảnh hưởng đến khả giữ nước (WHC) độ mềm thịt Khi pH đưa đến 4.0 thấp cách ngâm axit xitric axit lactic đưa đến ~ 7.0, WHC độ mềm thịt tăng lên WHC cao mẫu đối chứng giảm tổng thể nhóm phản ứng protein có sẵn để liên kết nước Thịt có độ pH thấp có khả giữ nước thấp so với thịt thông thường Bảng 4: Ảnh hưởng Bromelain WHC mẫu thịt xử lý Mẫu C B1 B2 B3 B4 Khả giữ nước Thể tích ban đầu (mL) 10 10 10 10 10 Đánh giá độ ẩm: Thể tích dịch Khả (mL) nước (%) 9.2 9.2 9.1 9.2 8.9 11 giữ Hàm lượng nước độ ẩm phép đo tổng lượng nước chứa thịt Nó thường biểu diễn dạng phần trăm tổng trọng lượng Tỷ lệ phần trăm độ ẩm không thay đổi đáng kể mẫu Bảng 5: Ảnh hưởng Bromelain độ ẩm mẫu thịt xử lý Hàm lượng ẩm Khối lượng ban đầu (g) 7.2 7.15 6.89 7.34 7.51 Mẫu C B1 B2 B3 B4 Khối lượng cuối Hàm lượng (g) (%) 5.38 25.28 5.34 25.31 5.11 25.83 5.44 25.89 5.61 25.30 ẩm Hàm lượng độ ẩm mẫu dao động từ 25,28% đến 25,89% Hàm lượng độ ẩm cao đáng kể mẫu B2 - 25,83% Hàm lượng độ ẩm ban đầu tăng lên đến B3 sau giảm nhanh từ 25,89% xuống 25,30% B4 Hình 5: Ảnh hưởng Bromelain độ ẩm mẫu thịt xử lý IV Kết luận: Kết ảnh hưởng bromelain tính chất hóa lý độ pH, nồng độ bromelain, khả giữ nước độ ẩm thịt việc sử dụng có hiệu chất chiết xuất từ bromelain từ dứa việc làm mềm thịt Nghiên cứu cho thấy thịt dễ dàng làm mềm cách sử dụng sản phẩm tự nhiên - dứa, mà không ảnh hưởng đến chất lượng thịt Các chất làm mềm thịt tự nhiên bromelain, ficin,… ưa chuộng Bromelain có tầm quan trọng kinh tế enzyme thu từ phận dứa bao gồm thân phế phẩm Công nghệ thu hồi enzyme thực dễ dàng, rẻ tiền thực hộ gia đình khu công nghiệp để làm mềm thịt Enzyme bromelain sử dụng chất thay tốt cho chất hoá học nhà máy V TÀI LIỆU THAM KHẢO: C M Kemp, P L Sensky, R G Bardsley, P J Buttery and T Parr, “Tenderness: An Enzymatic View,” Meat Science, Vol 84, No 2, 2010, 248-256 Sunantha Ketnawa, Saroat Rawdkuen, “Application of Bromelain Extract for Muscle Foods Tenderization,” Food and Nutrition Sciences, 2, 2011, 393-401 Deatherage F.E., “New approaches to the marketing of red meats,” New protein food, Academic Press, New York, 1974 B Gerelt, Y Ikeuchi and A Suzuki, “Meat Tenderization by Proteolytic Enzymes after Osmotic Dehydration,” Meat Science, Vol 56, No 3, 2000, 311-318 Z Pietrasik, J L Aalhus, L L Gibson and P J Shand, “Influence of Blade Tenderization, Moisture Enhancement and Pancreatin Enzyme Treatment on the Processing Characteristics and Tenderness of Beef Semitendinosus Muscle,” Meat Science, Vol 84, No 3, 2010, 512-517 6 J A Melendo, J A Beltrin and P Roncales, “Tenderization of Squid (Loligo vulgaris and Illex coindetii) with Bromelain and Bovine Spleen Lysosomal-Enriched Extract,” Food Research International, Vol 30, No 5, 1997, 335-341 N A Ashie, T L Sorensen and P M Nielsen, “Effects of Papain and a Microbial Enzyme on Meat Proteins and Beef Tenderness,” Journal of Food Science, Vol 67, No 6, 2002, 2138-2142 Buyukyavuz, Ahmet “Effect of Bromelain on Duck Breast Meat Tenderization,” All Theses, Paper 1929 Laura P Hale, Paula K Green, Chau T Trinh and Cindy L James, “Proteinase Activity and Stability of Natural Bromelain Preparations,” International Immunopharmacology, No 5, 2005, 783-793 10 A Sriwatanapongse, M Balaban and A Teixeira, “Thermal Inactivation Kinetics of Bromelain in Pineapple Juice,” Journal of American Society of Agricultural Engineers, Vol 43, No 6, 2000, 1703-1708 11 F B Wardlaw, L H Maccaskill and J C Acton, “Effect of Post-mortem Muscle Changes in Poultry Meat Loaf Properties,” Journal of Food Science, Vol 38, No 3, 1973, 421-424 12 Ronald Klont, “Influence of Ultimate pH on Meat Quality and Consumer Purchasing Decisions,” 5M Publishing, 2005 13 T Goli, P A Nakhoul, N Zakhia-Rozis, G Trystram and P Bohuon, “Chemical Equilibrium of Minced Turkey Meat in Organic Acid Solutions,” Meat Science, Vol 75, No 2, 2007, 308-314 14 N F S Gault, “The Relationship between Water-Holding Capacity and Cooked Meat Tenderness in Some Beef Muscles as Influenced by Acidic Conditions below the Ultimate pH,” Meat Science, Vol 15, No 1, 1985, 15-30 15 Joseph F Zayas, “Water-holding Capacity of Proteins,” Functionality of Proteins in Food, 1997, 76-133 16 Hermansson, A M., “Water and fat holding,” In Functional Properties of Food Macromolecules (J R Mitchell and D A Ledward, eds.), Elsevier Appl Sci Publ., London and New York, 1986, 273 17 Elisabeth Huff-Lonergan, Steven M Lonergan, “Mechanisms of water-holding capacity of meat: The role of post-mortem biochemical and structural changes,” Meat Science, No 71, 2005, 194-204 18 Beringues, J.C., “Sorption Isotherms and Waterdiffusitivity in muscles of pork ham at different NaCl contents,” Thesis from University of Politècnica de Catalunya 19 Shuming Ke, "Effect of pH and salts on tenderness and water -holding capacity of muscle foods", Doctoral Dissertations, 2006, Paper AAI3215890 20 J C Forrest, E D Aberle, H B Hedrick, M D Judge and R A Merkel, “Principles of Meat Science,” Kendall Hunt Publishing Company, Dubuque, 1994, 333-344 21 Chan J.T., Omana D.A., Betti M., “Functional and rheological properties of proteins in frozen turkey breast meat with different ultimate pH,” Poult Sci., 2011, 1112-1123  ... điện, Kỹ thu t thường dùng để làm mềm thịt sử dụng enzyme ficin (thu từ nhựa thân sung), bromelain (thu từ dứa) papain (thu từ nhựa lá, thân, đu đủ) Đây enzyme protease chiết xuất từ thực vật... khả giữ nước độ ẩm thịt việc sử dụng có hiệu chất chiết xuất từ bromelain từ dứa việc làm mềm thịt Nghiên cứu cho thấy thịt dễ dàng làm mềm cách sử dụng sản phẩm tự nhiên - dứa, mà không ảnh hưởng... đến chất lượng thịt Các chất làm mềm thịt tự nhiên bromelain, ficin,… ưa chuộng Bromelain có tầm quan trọng kinh tế enzyme thu từ phận dứa bao gồm thân phế phẩm Công nghệ thu hồi enzyme thực dễ