ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA

MỤC LỤCLỜI MỞ ĐẦU4I. TỔNG QUAN VỀ SỮA61.1. Khái niệm về sữa61.2. Tính chất vật lý61.3 Giá trị dinh dưỡng của sữa71.3.1 Protein71.3.2 Lipit (chất béo)81.3.3 Gluxit (đường)91.3.4 Chất khoáng91.3.5 Vitamin91.4 Đặc điểm cảm quan của sữa10II. Một số enzyme trong sản xuất sữa102.1 Một số enzyme thường gặp trong tự nhiên102.2 Một số enzyme được quan tâm nhiều trong kỹ thuật chế biến sữa.112.2.1 Các loại enzyme thủy phân112.2.2 Các enzyme oxy hóa sinh học14III. Một số ứng dụng của enzim trong công nghệ sản xuất sữa:143.1 Ứng dụng của enzyme trong chế biến sữa143.1.1 Ứng dụng của enzyme tạo kết tủa và gây đông tụ sữa143.1.2 Ứng dụng enzyme để thủy phân protein163.1.3 Ứng dụng enzyme để thủy phân chất béo163.2 Ứng dụng enzym trong bảo quản sữa173.2.1 Bảo quản sữa bằng phức chất LPS173.2.2 Enzyme oxy hóa Glucose oxydase – Catalase183.2.3 Lysozyme18IV. ƯU ĐIỂM CỦA VIỆC SỬ DỤNG ENZYME TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM195.1 Enzyme khắc phục khiếm khuyết tự nhiên của nguyên liệu:195.2 Enzyme nâng cao giá trị thương phẩm của nguyên liệu:195.3 Enzyme là công cụ trong quá trình chuyển hóa công nghệ:205.4 Enzyme tăng tính chất cảm quan của sản phẩm:20V. KẾT LUẬN20TÀI LIỆU THAM KHẢO21

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

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

  

Bộ môn: Hóa sinh học thực phẩm

ĐỀ TÀI 2 : ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ

BIẾN SỮA GVHD: Trần Thị Minh Hà

Danh sách nhóm

MỤC LỤCTp.Hồ Chí Minh, năm 2014

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 4

I TỔNG QUAN VỀ SỮA 6

1.1 Khái niệm về sữa 6

1.2 Tính chất vật lý 6

1.3 Giá trị dinh dưỡng của sữa 7

1.3.1 Protein 7

1.3.2 Lipit (chất béo) 8

1.3.3 Gluxit (đường) 9

1.3.4 Chất khoáng 9

1.3.5 Vitamin 9

1.4 Đặc điểm cảm quan của sữa 10

II Một số enzyme trong sản xuất sữa 10

2.1 Một số enzyme thường gặp trong tự nhiên 10

2.2 Một số enzyme được quan tâm nhiều trong kỹ thuật chế biến sữa 11

2.2.1 Các loại enzyme thủy phân 11

2.2.2 Các enzyme oxy hóa sinh học 14

III Một số ứng dụng của enzim trong công nghệ sản xuất sữa: 14

3.1 Ứng dụng của enzyme trong chế biến sữa 14

3.1.1 Ứng dụng của enzyme tạo kết tủa và gây đông tụ sữa 14

3.1.2 Ứng dụng enzyme để thủy phân protein 16

3.1.3 Ứng dụng enzyme để thủy phân chất béo 16

3.2 Ứng dụng enzym trong bảo quản sữa 17

3.2.1 Bảo quản sữa bằng phức chất LPS 17

3.2.2 Enzyme oxy hóa Glucose oxydase – Catalase 18

3.2.3 Lysozyme 18

IV ƯU ĐIỂM CỦA VIỆC SỬ DỤNG ENZYME TRONG CÔNG NGHỆ

THỰC PHẨM 19

5.1 Enzyme khắc phục khiếm khuyết tự nhiên của nguyên liệu: 19

5.2 Enzyme nâng cao giá trị thương phẩm của nguyên liệu: 19

5.3 Enzyme là công cụ trong quá trình chuyển hóa công nghệ: 20

5.4 Enzyme tăng tính chất cảm quan của sản phẩm: 20

V KẾT LUẬN 20

TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

PHÂN CÔNG NỘI DUNG TIỂU LUẬN

Đề tài: ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA.

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, kỹ thuật enzyme đóng một vai trò rất quan trọng trong cácquy trình công nghệ hiện đại và hầu như không thể thiếu được trong các môhình sản xuất công nghiệp Enzyme và các chế phẩm của nó được ứng dụngrộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như trong y học, nông nghiệp, sinhhọc, hóa học và đặc biệt là trong công nghiệp thực phẩm

Hiện nay ở Việt Nam cũng như các nước trên thế giới việc ứng dụngenzym trong công nghệ thực phẩm rất phát triển Trong đó, nổi bật lên ứngdụng của enzyme trong công nghệ sản xuất sữa bởi sữa có giá trị dinh dưỡngrất lớn, sữa cung cấp cho con người nhiều dinh dưỡng nên nhu cầu của conngười về sữa và các sản phẩm của sữa ngày càng gia tăng lên

Việc ứng dụng enzym trong công nghệ chế biến sữa và các sản phẩm từsữa góp phần to lớn trong việc cải tiến và tối ưu hóa công nghệ, nhằm tạo rasản lượng sữa lớn với chất lượng cao, đáp ứng đầy đủ nhu cầu dinh dưỡng củangười tiêu dùng cũng như đem lại uy tín và doanh thu cao cho nhà sản xuất

Với bài báo cáo này, chúng mình trình bày về: “Ứng dụng enzyme trong công nghệ chế biến sữa”, trong đó các vấn đề quan trọng được đề cập

đến:

Một số tính chất và giá trị dinh dưỡng của sữa

Các enzyme và một số ứng dụng của nó trong công nghệ chế biến sữa

Tác động của enzyme đến các thành phần của sữa

Ưu điểm của việc ứng dụng enzyme

Cảm ơn cô đã giúp chúng em hoàn thành bài báo cáo này Qua bài báo cáo này, mình mong sẽ giúp các bạn hiểu và thu thập thêm một số kiến thức vềứng dụng của enzyme, đặc biệt là đối với công nghệ chế biến sữa

Trong một thời gian ngắn và với lương kiến thức chưa đầy đủ chúng mình không thể tìm hiểu và thu thập các kiến thức sâu hơn cũng như là hiểu sâu và rõ các vấn đề đã nêu Do đó, sai sót là điều khó có thể tránh khỏi mong

cô và các bạn thông cảm và góp ý thêm Xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

-I TỔNG QUAN VỀ SỮA

1.1 Khái niệm về sữa [3]

 Sữa là một chất lỏng màu trắng đục được tạo ra bởi loài cái động vật cóvú

 Sữa nhân tạo là sữa do con người chế tạo ra

 Sữa là loại thức uống đặc biệt, cung cấp nhiều chất dinh dưỡng và cómùi vị thơm ngon

 Sữa là một trong những thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao nhất Chođến ngày nay thì nguyên liệu chủ yếu cho ngành sữa Việt Nam vẫn làsữa bò

dinh dưỡng của sữa [2, 3]

Sữa là một hỗn hợp với các thành phần chính bao gồm: nước (khoảng90%), protein, chất béo, đường, lactose, các vitamin và chất khoáng, … Tuy

nhiên hàm lượng các chất trong sữa có thể dao động trong một khoảng rộng vàphụ thuộc vào nhiều yếu tố như chủng động vật, tình trạng sinh lý, điều kiệnchăn nuôi, …

Hàm lượng muối canxi và phospho trong sữa cao, giúp cho quá trình tạo thànhxương, các hoạt động của não Đối với trẻ em, canxi cả sữa là nguồn không thểthay thế

Sữa không những bổ mà còn có tác dụng chữa bệnh, giải độc.Trong số cácthức ăn tự nhiên của con người, không có sản phẩm nào mà hỗn hợp các chấtcần thiết lại được phối hợp một cách có hiệu quả như sữa

Bảng 1 Thành phần hóa học của sữa ở một số động vật và người

Động vật Protein tổng casein Chất béo Carbonhydra t Khoáng

2,82,74,91,73,8

3,94,17,91,73,8

4,84,74,56,27,0

0,80,80,80,50,2

1.3.1 Protein

Protein sữa bao gồm 2 kiểu khác nhau trong dung dịch

+ Protein hòa tan: α- lactalbulin, β-lactoglobulin, proteose-peptone,Serum-albuminm, Imunoglobulin, lizozim,…

+ Protein ở trạng thái keo không bền gồm một phức hệ mixen hữu cơcủa các caseinat và canxi phosphate

Trong đó thành phần chiếm tỉ lệ cao nhất, là thành phần quan trọng nhấtcủa protit có trong sữa là casein

 Tính chất của các casein

Casein trong sữa chúng tồn tại dưới dạng mixen (phosphat caseinat),pH=4,6 Mỗi mixen chứa khoảng 65% nước, phần còn lại là các loại casein vàkhoáng (Ca, Mg, P và Citrate) Các mixen này không đồng nhất với nhau nênđược phân chia thành 4 thành phần khác nhau

 α- casein: 60% casein toàn phần

 β- casein: 30% casein toàn phần

 γ- casein: 4-8% casein toàn phần

 κ- casein: 2-6% casein toàn phần

Casein là một loại photphoprotein có nhiều Lysin rất cần thiết cho sựphát triển của trẻ em

Lactoalbumin khác với casein là không chứa photpho nhưng có nhiềulưu huỳnh làm cho sữa có mùi khó chịu

1.3.2 Lipit (chất béo)

Chất béo của sữa có 2 loại:

 Chất béo đơn giản (glyxerit và sterit) có hàm lượng 35 – 45 g/lgồm acid béo no và không no

Công thức cấu tạo của chất béo:

Chất béo phức tạp trong sữa thường có chứa một ít P, N, S trong phân

tử Tên gọi chung là phosphoaninolipid, đại diện là lexitin và xephalin

Chất béo trong sữa tồn tại dưới dạng huyền phù của các hạt hình cầuhoặc hình ovan với đường kính 2 -10 µm

Chất béo trong sữa có giá trị sinh học cao:

 Ở trong trạng thái nhũ tương và có độ phân tán cao

 Có nhiều axit béo chưa no cần thiết

 Có nhiều photphatit là một photpho lipit quan trọng

 Có độ tan chảy thấp và dễ đồng hóa

1.3.3 Gluxit (đường)

Đường lactose trong sữa có hàm lượng trung bình 50g/l, là một gluxitthuộc nhóm diholozit liên kết với nhau tạo thành Tồn tại dưới hai dạng α- vàβ- lactose:

 Dạng α- lactose monohydrate C12H22O11.H2O

 Dạng β- lactose anhydrous C12H22O11

Khi thủy phân lactose cho ra một phân tử đường glucose và một phân tửđường galactose

Đường lactose của sữa rất nhạy cảm bởi nhiệt Giữa 110 – 1300C xảy radạng mật nước của tinh thể đường Trên 1500C ta nhận được màu vàng và ở

170 0C có màu nâu đậm hình thành bởi quá trình carame hóa

Trong sữa, đường lactose luôn ở trạng thái hòa tan Nhờ những đặc điểmđặc biệt về khả năng hòa tan và kết tinh của lactose mà nó được ứng dụngtrong công nghiệp chế biến sữa cô đặc có đường

1.3.4 Chất khoáng

Sữa thường bao gồm: các muối clorua (2,01g/l), phosphat (3,32g/l),xitrat (3,21g/l), natri bicarbonate (0,25g/l), natri sunfat (0,18g/l), muối canxiprotein (0,16g/l) Tức là trong sữa có nhiều Ca, K, P do đó sữa là thức ăn gâykiềm

Canxi trong sữa đồng hóa rất tốt vì nó dưới dạng liên kết với casein(caseinat canxi) Sữa là nguồn thức ăn cung cấp canxi quan trọng đối với trẻ

 Vitamin tan trong dầu: A, D, E

Trên thực tế có thể coi sữa là nguồn cung cấp vitamin A, B1, B2, còn cácvitamin khác không đáng kể

Thủy phân

1.4 Đặc điểm cảm quan của sữa

+ Sữa tươi có chất lượng tốt phải có mầu trắng ngà, hơi vàng, mùi thơmđặc hiệu của sữa Khi sữa có dấu hiệu kết tủa thì chắc chắn sữa đã bịnhiễm khuẩn

+ Ðể đánh giá chất lượng vệ sinh của sữa người ta thường dựa vào các chỉtiêu sau:

+ Tỷ trọng sữa: là biểu hiện các thành phần dinh dưỡng (protein, lipit,gluxit) có trong sữa

+ Độ chua của sữa: là phản ánh độ tươi tốt của sữa

+ Nếu vắt sữa theo đúng yêu cầu vệ sinh thì sữa mới vắt ra là vô khuẩn

II Một số enzyme trong sản xuất sữa [2, 4]

Enzyme là các loại protein xúc tác sinh học, do tế bào sống sản xuất ra,

có tác dụng tăng tốc độ và hiệu suất của một phản ứng hóa sinh chuyên hóa,

mà sau phản ứng vẫn còn nguyên không bị phân hủy và giữ được khả năng xúctác Enzyme được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau nhờ có tính đặchiệu cao và tác dụng trong điều kiện “êm dịu”, tất cả các enzyme có nguồn gốc

tự nhiên đều không độc, các chế phẩm enzyme được sản xuất từ các nguồnnguyên liệu dễ kiếm và rẻ tiền

Hiện nay, hằng năm thị trường enzyme thế giới tiêu thụ hơn 1,5 tỷ USD.Trong vòng 10 năm qua, lượng enzyme được sản xuất hằng năm tăng lên 12%.Xấp xỉ 75% enzyme công nghiệp được sử dụng để thủy phân và khử trùng hợp(depolymerisation) các hợp chất tự nhiên phức tạp, trong đó protease chiếm ưuthế trong công nghiệp tẩy rửa và sản xuất bơ sữa Các ứng dụng enzyme trongthực phẩm được xem là lớn nhất Các ứng dụng này bao gồm chuyển hóa tinhbột thành glucose và fructose, phomát, rượu vang, bia, chất thơm, nước ép tráicây và thức ăn động vật

2.1 Một số enzyme thường gặp trong tự nhiên

Các enzyme này có mặt trong sữa từ tuyễn sữa, từ vi sinh vật có trongkhông khí và từ nhiều nguồn khác Con người còn chủ động đưa vào các loại

vi khuẩn, nấm men hoặc enzyme của sữa

 Các loại enzyme dùng trong chế biến sữa chia thành sáu nhóm:

- Lagaza

2.2 Một số enzyme được quan tâm nhiều trong kỹ thuật chế biến sữa.

2.2.1 Các loại enzyme thủy phân

 Lipase

Nguồn gốc có thể từ tuyến sữa hoặc từ vi sinh vật Lipase là 1 enzym tanđược trong nước, xúc tác cho quá trình thủy phân liên kết ester trong chất nềnlipid không tan trong nước pH tối ưu cho hoạt động của lipase là 9,4

Lipase phân hủy chất béo của sữa thành glycerol và các acid béo tự do.Kết quả làm cho sữa và các sản phẩm từ sữa có vị đắng, ôi khét và có mùi kimloại Bình thường khi thanh trùng, lipase bị phá hủy ở 750C sau 60 giây

Trong điều kiện môi trường acid cao hoặc có mặt của một vài kim loạinặng (Cu, Fe,…) làm kìm hãm hoạt động của lipase Lipase thực hiện chứcnăng cần thiết trong việc tiêu hóa, vận chuyển và xử lý các chất béo

Gen mã hóa cho lipase thậm chí hiện diện ở các virus

 Sử dụng trong công nghiệp:

+ Lipase từ vi khuẩn và nấm có vai trò quan trọng trong viêc lên menyogurt và phô mai

+ Lipase xúc tác phản ứng thuỷ phân triglyceride ở giao diện cơ chất vànước được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như bộtgiặt, sữa, chế biến dầu …

Enzyme lipase

+ Ứng dụng trong sản xuất chế phẩm enzyme xử lý nước thải, hoạt tínhcủa lipaza được áp dụng để loại bỏ các vết bẩn dạng dầu.

Phosphatase kiềm bị phá hủy hoàn toàn ở chế độ thanh trùng 63oC trong

30 phút hoặc 80oC tức thời Người ta sử dụng tính chất này để kiểm tra hiệuquả thanh trùng sữa và crem

 Enzyme protease hoặc galactase

Protease rất cần thiết cho các sinh vật sống, phân bố rất rộng rãi trênnhiều đối tượng từ vi sinh vật, đến thực vật và động vật

Các vi khuẩn này xâm nhập vào sữa từ không khí hoặc do con người chủđộng đưa vào khi sản xuất

Protease vi khuẩn: Protease vi khuẩn được tổng hợp từ các vi khuẩntrong sữa, về hoạt tính, tương tự như trixin

Điều kiện tối ưu cho enzyme này là môi trường kiềm nhẹ, nhiệt độ 37 –

42 độ C Protease sữa bị phá huỷ hoàn toàn ở 75 độ C trong 10 phút

Protease từ 1 số vi khuẩn như A.candidus, P.roquerti, B.mesentericus…được dùng trong sản xuất phomat

Trong công nghiệp sữa: protease được dùng trong sản xuất phomat nhờhoạt tính làm đông tụ sữa của chúng

 Amylase

Enzyme protease

Phosphatase 1B

Amylase thường có trong nước bọt, nó thủy phân tinh bột thành cácdextrin.

Cấu trúc của enzyme này hoàn toàn bị phá vỡ khi chịu tác động củanhiệt độ khoảng 650C trong 30ph

+ Nhóm hydrophobic sẽ kết hợp với nhau và hình thành nên 1 mạng lưới3D để cản nước của sữa.Sản phẩm kết quả là calcium phosphocaseinate.+ Dựa vào phản ứng này rennin được sử dụng để gây ra sự kết tủa và cụcđông trong việc làm ra phô mai

2.2.2 Các enzyme oxy hóa sinh học

 Reductase: Trong thực tế, sự hiện diện của enzyme này dẫn đến sự

mất màu nhanh chóng của hợp chất xanh metylen được chow vào ban đầutrong sữa tươi (do sự hình thành hợp chất Leuco – derive không màu)

Ở nhiệt độ 700C trong 10ph loại emzyme này phá hủy hoàn toànreductase sinh ra do vi sinh vật

Enzyme rennin

 Lactoperoxydase: Enzyme này thủy phân nước oxy già thành oxy

hoạt động và có thể liên kết với các chất chứa oxy Sự ngừng hoạt động củaenzyme này xảy ra ở 750C trong 20ph

 Catalase: Sữa vắt từ bò bị viêm vú thường thì hàm lượng catalase

trong sữa rất cao Enzyme này phân hủy nước oxy già, thành O2 ở dạng tự do,không hoạt động Dựa vào lượng oxi giải phóng ra trong quá trình phân hủy, ta

có thê xác đinh được hàm lượng catalase trong sữa, từ đó kiểm tra được nguồnsữa có vắt từ bò bị nhiễm bệnh hay không

Loại enzyme này khá bền nhiệt nên cần phải đun nóng sữa đến ở 700Ctrong 30ph để phá hủy nó

III Một số ứng dụng của enzim trong công nghệ sản xuất sữa: [1, 2]

3.1 Ứng dụng của enzyme trong chế biến sữa

Sữa và các sản phẩm từ sữa không chỉ là những thực phẩm quan trọng ởcác nước châu Âu và châu Mỹ, mà còn rất phổ biến ở các nước châu Á và cả ởViệt Nam

Chế biến các sản phẩm từ sữa không thể không sử dụng các chế phẩmenzyme Cụ thể hơn là, enzyme và các chế phẩm của nó đóng vai trò quyếtđịnh trong việc tạo ra các sản phẩm từ sữa

3.1.1 Ứng dụng của enzyme tạo kết tủa và gây đông tụ sữa

Trước đây, người ta chế biến sữa hoàn toàn sử dụng nguồn enzyme từđường tiêu hóa của động vật non Sau này, người ta sử dụng nhiều chế phẩmenzyme từ nguồn vi sinh vật và thực vật Các chế phẩm enzyme được sử dụngtrong chế biến sữa thành các sản phẩm khác nhau

Dựa vào thành phần amino acid và vùng pH tối ưu của protease Người

ta chia thành 3 nhóm:

- Protease acid: pepsin, rennin,… hoạt động ở vùng pH acid

- Protease trung tính: amylase, papain,… hoạt động ở vùng trung tính

- Protease kiềm: trypsin, chymotrypsin,… hoạt động ở vùng pH kiềm

 Kết tủa và đông tụ sữa

Hai loại protease acid quan trọng trong tuyến tiêu hóa ở người và độngvật, có nhiều ứng dụng và được quan tâm là pepsin và rennin, được ứng dụngtrong quá trình lên men làm đông tụ sữa của công nghệ sản xuất phomat

Công nghệ sản xuất phomat hiện đại gồm 2 công đoạn chính:

+ Công đoạn 1: sữa được lên men nhờ vi khuẩn lactic nhằm làmgiảm pH tới điểm đẳng điện của casein và khiến chúng đông tụ

+ Công đoạn 2: loại bỏ dịch trong và làm đặc phần sữa đông tụ.Kết tủa sữa bằng enzyme (rennet) rất hiệu quả và rất khác so với kết tủabằng axit Ngày nay phần lớn phomat được sản xuất theo công nghệ này

Đông tụ sữa là quá trình quan trọng trong quá trình sản xuất phomat

Dưới tác dụng của rennin, casein chuyển thành paracasein rồi paracasein kết

hợp với canxi tạo thành quện sữa (gel)

 Lactase trong quá trình lên men sữa chua

Quá trình chủ yếu trong lên men sữa chua là đường lactose chuyển hóathành glucose và galactose dưới tác dụng của enzym lactaza sau đó các sảnphẩm đường này chuyển hóa thành axit pruvic Từ axit pruvic sẽ khử hydrotạo thành axit lactic làm sữa bị axit hóa và sau đó bị đông tụ lại

 Enzym trong sản xuất sữa không có lactose

Trong sữa có lactose nên gọi là đường sữa Một số người sử dụng sữakhông thể hấp thu được sữa này

Phomat

Sữa chua