ứng dụng của enzyme trong các thực phẩm khác

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CNSH & KTMT  TIỂU LUẬN Môn học: CÔNG NGHỆ ENZYME Đề tài: ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG CÁC THỰC PHẨM KHÁC MỤC LỤC Ứng dụng enzye thực phẩm khác Ứng dụng enzye thực phẩm khác LỜI NÓI ĐẦU Trước kỉ 17 lồi người chưa biết enzyme người ta biết sử dụng rộng rãi quy trình enzyme thực tế làm bánh mì, bi, rượu, muối dưa, Việc sử dụng enzyme giai đoạn mang tính chất kinh nghiệm túy sử dụng enzyme thông qua hoạt động Ngày với phát triển mạnh mẽ công nghệ sinh học người ta biết rõ enzyme với tên gọi chất xúc tác sinh học, chúng khơng có chức xúc tác cho phản ứng sinh hóa diễn bên thể sinh vật mà bên ngồi tạo phát triển nhịp nhàng enzyme ứng dụng nhiều lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, y dược môi trường Trong enzyme dùng phổ biến lĩnh vực cơng nghiệp thực phẩm với nhiều mục đích tác động nhiều mức độ, enzyme công cụ để điều chỉnh khiếm khuyết tự nhiên nguyên liệu, làm tăng giá trị nguyên liệu, cải thiện chất lượng sản phẩm Việc sử dụng enzyme cho ứng dụng thực phẩm tăng vài thập kỷ qua, không lĩnh vực ứng dụng truyền thống chế biến tinh bột , sản xuất bia ,chế biến hoa , sữa Trong ứng dụng khác làm bánh, chế biến cá ,thịt, làm tăng hương vị thực phẩm, chế biến chất béo, từ việc sử dụng enzyme ý phát triển Sự xuất ứng dụng enzyme đa dạng ngày tăng enzym có sẵn, phần lớn dựa công nghệ biến đổi gen Trong tương lai ứng dụng enzyme thực phẩm dự kiến dẫn đến phát triển quan trọng công nghiệp sản xuất enzyme Ứng dụng enzye thực phẩm khác Ứng dụng enzyme thực phẩm khác 1.1 Ứng dụng chế biến thịt cá 1.1.1 Chế biến thịt Hình 1-Ứng dụng enzyme chế biến thịt Thịt nấu chín xem mềm dễ nhai đồng thời , giữ lại kết cấu mong muốn Tính nhạy cảm bị ảnh hưởng số yếu tố Điều không áp dụng cho phản ứng sinh hóa liên quan đến chặt chẽ , mà để kết thúc hoạt động chúng Thật vậy, nhiều enzym nội sinh tham gia trình , bao gồm proteinases nội sinh , đặc biệt cathepsins Các enzyme thay đổi protein bắp trình trưởng thành lão hóa thịt Cơ chế q trình chín thịt nghiên cứu chi tiết Sự chín tự nhiên miếng thịt khoảng 10 ngày 1-20C chậm chín có lợi sản xuất thịt mềm , bất lợi độ ẩm co rút Thịt chín điều kiện tối ưu kho lạnh bảo quản đặc biệt nhiệt độ từ 1- 0C , độ ẩm 83-86 % dẫn đến nước lên đến % so với 3-4 tuần Từ năm 1940 , nỗ lực thực để sử dụng chế phẩm enzyme ngoại sinh tenderizers thịt Proteinases có khả tiêu hóa protein mơ liên kết có lựa chọn cho mục đích Các enzyme Papain (EC 3.4.22.2 ) [ 9001-73-4 ] , bromelain (EC 3.4.22.33 ) [ 900100-7 fiacin(EC 3.4.22.3 ) [ 9001-33-6 ] enzym sử dụng quy mơ thương mại Chínhvấn đề liên quan đến việc sử dụng enzym chí phân bố chúng mô.Yếu tố ảnh hưởng phổ biến thời gian, hàm lượng muối , enzyme tập trung Nếu chế phẩm enzyme rắc lên bề mặt thịt (theo khuyến cáo sử dụng nhà bếp ) miếng thịt nhúng vào giải pháp enzym , có bề mặt enzyme tenderized phân giải , bên khó khăn Sau ứng dụng enzyme nhà bếp,ví dụ , sử dụng % NaCl với 0,002% bromeline , thịt trở đũa sắt nhiều lần để làm cho enzyme để thâm nhập dễ dàng Tác dụng proteinase , mặc dù, tác dụng nấu Protease với công nghiệp thực phẩm: Việc sử dụng chế biến làm mềm thịt ứng dụng có tính truyền thống Nhân dân ta từ lâu dùng thơm để nấu canh thịt bò; dùng rau sống chuối chát, kết hợp thức ăn nhiều thịt, mà thực chất sử dụng papain, bromelain, fixin Người Nga dùng protease từ hạt đậu tương nảy mầm để làm mềm thịt Ứng dụng enzye thực phẩm khác Ngoài khả phân giải để làm mềm thịt, tạo thức ăn dễ tiêu hóa, công nghệ sản xuất loại dịch thủy phân giàu protein áp dụng cách có hiệu tính protease Enzyme cơng cụ để chế biến phế liệu công nghiệp thực phẩm thành thức ăn cho người vật nuôi 1.1.2 Ứng dụng chế biến cá Hình 2- Ứng dụng enzyme sản xuất nước mắm từ cá Cho đến gần đây, enzyme công nghiệp sử dụng với số lượng hạn chế cá ngành công nghiệp Ngày người ta quan tâm việc kiểm soát trợ giúp q trình phân giải cá truyền thống có tăng , xuất sử dụng enzym deskinning , loại bỏ màng trứng Nước mắm sản phẩm truyền thống số nước châu Á , với sản lượng hàng năm khoảng 250 000 Quy trình sản xuất bao gồm khuấy trộn nhẹ, không xét toang ruột cá với nồng độ muối cao lưu trữ hỗn hợp bình kín nhiệt độ phòng với thời gian từ 6-18 tháng Trong trình enzym thủy phân hủy từ từ mô cá hành động phân giải protein với hình thành chuỗi axit amin axit amin Có số lợi ích việc đẩy nhanh chế biến nước mắm Enzyme thực vật bromalein, fiacin papain tiêu hóa mơ cá khoảng thời gian ngắn hơn, nấm proteinase làm tăng tỷ lệ ban đầu trình thủy phân protein Enzym quan trọng trình bảo dưỡng muối truyền thống cá trích,các enzyme phân giải protein có tác động tích cực hai hương vị kết cấu muối Một ứng dụng khác enzym phân giải protein deskinning cá cá ngừ, mà khó để da phương tiện thủ cơng khí Q trình dựa đặt cá vào bồn nước ấm có chứa loại enzyme phân giải protein cho 10-90 phút Sau ngâm ,có thể loại bỏ hầu hết da Enzyme sử dụng cho deskinning tenderizing mực Mặt khác sử dụng enzym phân giải protein cá làm trứng Đây enzyme thủy phân lyzes mơ hỗ trợ liên kết bao gồm enzyme có cá hồi trứng cá hồi , hàng đầu toa với sản lượng DOF 85 % so với 50-65 % sử dụng xử lý thông thường.Ở Scandinavia Canada 40-50 trứng cá muối (1986) sản xuất phương pháp Ứng dụng enzye thực phẩm khác 1.2.Ứng dụng việc phát triển hương vị thực phẩm 1.2.1 Thủy phân protein Việc thủy phân protein sử dụng nhiều kỷ để cải thiện mùi vị sản phẩm thực phẩm Việc thủy phân protein đậu nành biết đến việc sản xuất nước tương enzyme thủy phân trình lên men vi sinh Đậu nành thực vật khác thủy phân protein sử dụng để sản xuất hương liệu gọi HVP ( thủy phân protein thực vật ) hóa chất thủy phân Thủy phân hóa học này, có số nhược điểm , nồng độ muối cao hình thành thành phần khơng thể chấp nhận Nhiều phát triển gần kết tốt thu cách sử dụng enzyme phản ứng để sản xuất HVP thủy phân protein tăng cường hương vị khác Có nhiều enzyme ứng dụng cho việc nâng cao hương vị, bao gồm đậu nành lúa mì thủy phân cho súp gia vị nước sốt, thủy phân thịt cải thiện cho hương vị cuả sản phẩm fomat , súp, nước sốt Thủy phân protein sữa thủy phân lipid góp phần cải thiện hương vị sản phẩm mát Hình 3- Ứng dụng enzyme sản xuất nước tương mát Protein tự nhiên thực phẩm khơng đóng góp mặt hóa học để hình thành hương vị thực phẩm Tuy nhiên , biết peptide axit amin sản phẩm thủy phân protein , có hương vị Axit amin có vị cay đắng hay ngào ,ngoại trừ acid aspartic glutamic có vị chua Theo truyền thống, sản phẩm thủy phân làm tăng hương vị cho súp vv, sản xuất cách thủy phân gốc acid protein trình xử lý nhiệt Hương vị sản xuất theo cách sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp thực phẩm Sự lo ngại hợp chất lành mạnh phát triển trình thủy phân axit dẫn đến hương vị thay quy trình sản xuất dựa trình thủy phân protein enzyme Thủy phân protein sản xuất enzyme thường có vị cay,đắng Vị đắng nhiều rõ ràng tùy thuộc vào loại acid amin chiều dài peptide Sự phát triển vị đắng phụ thuộc vào mức độ protein thủy phân Khi mức độ thủy phân ( DH ) tăng lên, mức độ cay đắng tăng lên đến tối đa trước giảm trở lại biểu diễn hình 45 bên Ứng dụng enzye thực phẩm khác Vị cay, đắng Ngưỡng giá trị cho vị cay, Hình - Mối quan hệ chất lượng cay đắng DH protein Peptide đắng đặc trưng hàm lượng cao họ axit amin kỵ nước , peptide có hàm lượng cao axit amin ưa nước thường có hương vị nhạt nhẽo Từ kiến thức axit amin protein thực phẩm phổ biến , dự đốn thủy phân thực phẩm có nguồn gốc từ casein , ngơ , hemoglobin có xu hướng cay đắng , thủy phân protein từ thịt, cá, gelatin đắng Hương vị sản xuất enzyme thủy phân protein phụ thuộc vào loại protein sử dụng động vật thực vật , loại men tiêu hóa, kết hợp enzyme sử dụng Bằng cách chọn enzyme đặc biệt , hình thành peptide đắng đến mức độ định tránh Khả protease để phát triển hương vị sử dụng để đẩy nhanh q trình chín lên men xúc xích Thời gian chín giảm 30-50% cách sử dụng kết hợp endo- exoproteases thể bảng Việc sử dụng protease lên men xúc xích có ảnh hưởng đến vi sinh vật sử dụng trình lên men Bảng Protease sử dụng để thúc đẩy q trình chín lên men xúc xích khơ Enzym NCCDO151 proteinase Phân loại Serine - proteinase Pronase E Hỗn hợp proteinases , amin carboxypeptidase Aspartyl - proteinase Acid proteinase Aspergillus oryzae Papain Alcalase Bromelain thiol - proteinase Serine - proteinase Endoprotease Carica papaya Bacillus lichiniformis Ananas comosus Nguồn gốc Lactobacillus paracasei subsp Streptomyces griseus Ứng dụng enzye thực phẩm khác Neutrase Protease Metalloproteinase Hỗn hợp axit , trung tính proteinase kiềm Bacillus subtilis Aspergillus oryzae Flavozyme Hỗn hợp protease với hai exo - endopeptidase Aspergillus oryzae 1.2.2 Ứng dụng thủy phân lipid Theo truyền thống, lipase sử dụng để tăng hương vị mát , đặc biệt trong,các sản phẩm có hương vị hấp dẫn Parmesan Lipase làm giảm triglyceride giải phóng axit béo , thường khơng có hương vị ( ngoại trừ chuỗi axit béo ngắn) tiền chất cho chất hương vị Lipase từ nguồn khác thể bảng2 sử dụng để tăng cường phát triển hương vị mát xúc xích khơ lên men Hình 5- Ứng dụng enzyme Lipase sản xuất xúc xích Bảng 2- Lipase phát triển hương vị Enzyme Kiểu Nguồn gốc Ứng dụng enzye thực phẩm khác Lipase tuyến Lipid esterase Lipase Vi khuẩn Rhizopus arrhi Lactobacillus plantarum MF 32 tuyến tụy lợn Nấm Mucor miehei Lipase tuyến tụy Lipase Lipase Palatase M Lipozyme Lipase AP6 Novozym1 667BG 1,3- cụ thể 1,3- cụ thể họng Nấm Candida cylind Rhizomucor meihei Rhizomucor meihei Aspergillus spp Thermomyces lanuginosus 1,3- cụ thể 1,3- cụ thể 1,3- cụ thể 1,3- cụ thể Lipase thấy đặc trưng chuỗi acid béo dài vị trí este hóa, khơng hồn tồn cho hương vị lý tưởng Lipase động vật chủ yếu axit béo chuỗi ngắn , lipase vi sinh vật axit béo chuỗi dài Các axit béo khơng bão hòa tạo thành lipase hoạt động chất cho phản ứng oxy hóa tiền thân cho hợp chất hương vị andehit xeton 1.3 Ứng dụng sản xuất bột trứng Hình - Ứng dụng enzyme sản xuất bột trứng Bột trứng có loại bột nguyên trứng (Whole Egg Powder - WEP), bột lòng đỏ trứng (Egg Yolk Powder - EYP) bột lòng trắng trứng (Egg White Powder - EWP) Trong bột nguyên trứng bột lòng đỏ trứng sử dụng nhiều Ðặc biệt, bột lòng đỏ trứng thường dùng để sản xuất thực phẩm cho trẻ em, có hàm lượng chất béo mức hợp lý tốt cho thể, có cân thành phần acid béo, acid đơn đa chức chưa bão hòa Bột trứng sản xuất từ năm 1900 Một vấn đề phải đối mặt sản xuất bột trứng phương pháp Maillard Ngay từ năm 1950, trình enzym phát triển để phân cắt glucose toàn phần lỏng trứng lòng trắng trứng (albumin) dựa việc sử dụng glucose oxidase (EC1.1.3.4 ) catalase Ứng dụng enzye thực phẩm khác ( E.C.1.11.1.6 ) Sự loại bỏ đường albumin trứng enzyme catalase glucose oxidase thực nhiệt độ xấp xỉ 10 0C , pH điều chỉnh 6.8-7.0 đểtối ưu hóa hiệu suất enzym Việc điều chỉnh giá trị pH thực cách từ từthêm dung dịch axit citric Axit hóa bổ sung hydrogen peroxide Việc bổ sung catalase chuyển đổi H2O2 thành oxy nước thể hình bên Hình 7- Oxy hóa glucose enzyme glucose oxidase Giảm hydrogen peroxide catalase Nếu oxy trở thành yếu tố hạn chế , từ hydrogen peroxide nên bổ sung nồng độ glucose mong muốn ( 0,1% ) đạt Các thủ tục phân cắt đường toàn trứng lòng đỏ trứng tương tự thủ tục albumin , khơng có axit thêm vào điều chỉnh độ pH Lipase phospholipase gần tìm thấy ứng dụng chế biến trứng Hình 8- Thủy phân phospholipid phospholipase A2 1.4 Ứng dụng enzyme chế biến loại dầu chất béo 10 Ứng dụng enzye thực phẩm khác Hình - Ứng dụng enzyme chế biến dầu chất béo Các ứng dụng thương mại enzym chế biến dầu chất béo hạn chế Tình trạng thay đổi vài năm tới quan tâm ngày tăng q trình xử lí nhẹ sẵn có enzym Lipase quan tâm đến enzyme sử dụng rộng rãi chế biến dầu Khả tự nhiên chúng để thủy phân loại dầu chất béo sử dụng để làm phong phú thêm sản phẩm dầu axit béo cụ thể Lipase sử dụng để xếp lại axit béo, chất béo loại dầu với đặc tính vật lý khác Phospholipase (EC 3.1.1.4 ) thương mại sử dụng để loại bỏ phospholipid lọc dầu ( degumming ) Lipoxygenase (EC 1.13.11.12 ) xúc tác cho q trình oxy hóa acid béo đa khơng bão hòa 1.4.1 Ứng dụng tách chất béo Quá trình thủy phân chất béo loại dầu có tầm quan trọng lớn ngành cơng nghiệp hóa dầu sản xuất axit béo dẫn xuất chúng Những sản phẩm sử dụng xà phòng, chất tẩy rửa, dược phẩm ứng dụng thực dầu cáđược tiến hành áp lực nhiệt độ cao phẩm Thủy phân tách chấtTinh béochế thường (thường - 6MPa 250 C) Tuy nhiên, trình khơng thích hợp cho loại dầu có hàm lượng cao axit béo đa khơng bão hòa Đối với dầu, thủy phân enzyme q trình có lợi lớn Q trình enzyme dễ dàng thực 40 0C 5070% dầu nhũ tương nước Để cho phép tái sử dụng enzyme, số quy trình dựa phân phần vớilàm enzyme candida lipase cố Thủy định phát triển, cho trình rugosa kinh tế lipase khả thi Làm giàu Acylglycerols DHA Acid béo tự Nồng độ EPA 11 Chuyển đổi sang DHA EPA- giàu triacyglycerols Ứng dụng enzye thực phẩm khác Hình 10 - Sơ đồ phản ứng làm giàu nguồn dầu cá từ: R Diks, J Bosleve in T Uwe, T Bornscheuer Nguyên tắc quan tâm đặc biệt việc làm giàu chuỗi dài axit béo không no từ dầu cá Thủy phân enzyme dầu cá tạo hàm lượng glycerides cao axit eicosapentaoenic (EPA) docosahexaenoic acid (DHA) Candida rugosa lipa mối quan tâm đặc biệt trình này, enzyme cho thấy hoạt động tương đối thấp DHA so với EPA Nếu cần thiết, phần lớn glyxerit axit béo DHA tái este hóa với DHA or EPA để tạo để làm giàu triglycerides với axit béo 1.4.2 Ứng dụng chế biến dầu Interesterification Interesterified loại dầu mà axit béo di chuyển từ chất béo trung tính phân tử khác Nó biết đến axit béo khơng bão hòa (PUFA) đóng vai trò thiết yếu dinh dưỡng người có đặc tính y sinh học quan trọng.Nó sử dụng cơng nghiệp thực phẩm đến từ chất béo hydro hóa, lý đơn giản kinh tế Vì vậy, nhiều phương pháp vật lý phát triển để chiết xuất làm giàu axit béo , bao gồm kết tinh , chưng cất , việc sử dụng siêu carbon dioxide Bây lipase thay thế, có lợi điều kiện xử lý nhẹ để giảm thiểu suy thối axit béo q trình oxy hóa Những phản ứng dựa nguyên tắc số lipase phân biệt axit béo định, lipase khác lựa chọn cho vị trí acid béo phân tử triglyceride Một tính đặc biệt lipase khả làm việc môi trường nonaqueous Sự quý giá sử dụng để phát triển trình xếp lại lipase xúc tác để tạo triglycerides phù hợp khó khăn để có vật lý thơng thường phương pháp hóa học Lipase môi trường nonaqueous sử dụng '' phản ứng ngược” ,theo lipase xúc tác este hóa xếp lại phản ứng điều kiện nước thấp thể hình 49 bên 12 Ứng dụng enzye thực phẩm khác Hình 11- Enzyme lipase xúc tác cho phản ứng ester Tuy nhiên, hệ thống phải có lượng nhỏ nước để giữ cho enzyme ngậm nước Lipase từ nguồn khác có khác biệt đáng kể khả để làm việc Trong điều kiện nước thấp Lipase từ Rhizomucor miehei hiển thị hoạt động tốt môi trường nước thấp ( aw < 0,2) thường sử dụng cho loại ứng dụng Lipase thường cố định cho loại phản ứng Hiện phản ứng cố định hội cho việc tái sử dụng enzyme , tách dễ dàng sản phẩm từ enzyme ,và chạy trình liên tục Các ứng dụng lipase cố định môi trường nonaqueous sản xuất chất béo trung tính phù hợp cho sử dụng bánh kẹo chất béo bổ sung dinh dưỡng thể hình 50 bên Dầu hướng dương Thành phần ca cao tương đương Thành phần chất béo thay sữa mẹ 13 Ứng dụng enzye thực phẩm khác Hình 12- Phản ứng xúa tác 1-3-specific lipase Thay sữa mẹ dựa dầu thực vật chủ yếu acid béo bảo hòa vị trí sn1 sn- 3, phát lipase tuyến tụy, có xu hướng hình thành canxi kẽm hấp thụ thể Làm cho enzyme interesterification sản xuất chất béo trung tính với axit béo khơng bão hòa sn- sn- acid palmitic vị trí sn- (OPO) Trong trình , dầu cọ axit palmitic xử lý axit oleic để tạo thành OPO triglyceride Kỹ thuật tương tự sử dụng để kết hợp axit béo chuỗi trung bình ( C8 –C10 ) vị trí cụ thể chất béo trung tính để tạo lipids với tính chất dinh dưỡng cải thiện Trong sản xuất bơ ca cao thay (sơ đồ bên ) , hỗn hợp high – oleate dầu hướng dương ( OOO ) axit stearic truyền qua lò phản ứng đóng gói với cố định R miehei lipase Trao đổi acid béo xảy sn- sn- chất béo trung tính để tạo SOS , mà bơ ca cao tương đương Các acid béo hỗn hợp ( axit oleic stearic ) lấy hydro hóa tái sử dụng.Triglycerides khơng mong muốn loại bỏ cách kết tinh tái chế Dầu hướng dương Acid stearic Nước Tái sử dụng Lipase cố định Tái sử dụng Chưng cất Acid béo hỗn hợp Kết tinh Hình 13- Sơ đồ sản xuất bơ ca cao tương đương Lipase xúc tác interesterification sử dụng để cải thiện dinh dưỡng, tính chất chất béo, chế độ ăn uống Một ví dụ việc việc sản xuất chất béo trung tính phù hợp để sử dụng bổ sung dinh dưỡng sữa bột trẻ em Chất béo sữa có chứa tỷ lệ cao axit béo khơng bão hòa vị trí sn- sn- , với axit 14 Ứng dụng enzye thực phẩm khác palmitic vị trí sn- Lipase từ tuyến tụy người giải phóng acid béo vị trí sn1 sn- sản xuất - monoacylglycerol Cơ thể dễ dàng hấp thụ thành phần Interesterification enzyme chất béo dầu thực vật rút ngắn thời gian, thành thay hấp dẫn phản ứng interesterification truyền thống sử dụng nhiệt độ cao chất xúc tác vơ Q trình enzyme thu hút thực 40-700C, phạm vi nhiệt độ khơng có axit béo hình thành 1.4.3 Ứng dụng q trình este hóa Este hóa enzyme để sản xuất thu hút quan tâm nhiều khía cạnh dinh dưỡng 1,3- diglycerides Sản phẩm thương mại có chứa mức độ cao diglyceride thị trường Nhật Bản , nơi họ gia tăng thị phần dầu ăn Sử dụng 1,3- diglyceride dầu ăn góp phần làmmức độ lipid huyết thấp , lipase tụy thủy phân 1,3diglyceride vào axit béo tự glycerol , monoglyceride ( khối xây dựng cho lipid huyết thanh) hình thành 1.4.4 Ứng dụng chế biến dầu degumming Dầu thực vật thô dầu đậu nành có chứa phospholipid , mà thường loại bỏ phương pháp hóa học vật lý Trong thập kỷ qua có xu hướng di chuyển từ hóa chất ( ăn da) q trình tinh chế sử dụng trình vật lý để giảm số lượng nước thải Xử lý vật lý đáng tin cậy , điều quan trọng phospholipid dầu thực vật giảm xuống mức thấp (