Ứng dụng của enzyme trong công nghệ thực phẩm

Nguyên liệu sử dụng trong công nghệ thực phẩm là các sản phẩm nông sản, thực tế chúng là các vật thể sống, do đó trong quá trình bảo quản hoặc chế biến chúng thành các sản phẩm, thực phẩm xảy ra hàng loạt các quá trình biến đổi sinh học, mà các quá trình này được xúc tác tự nhiên bởi enzyme bản thể hay do nhà công nghệ đưa vào để đạt mục đích đặt ra. Vì vậy có thể nói enzyme đóng vai trò chủ chốt trong các quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm

A/ Khái quát enzyme: Enzyme chất xúc tác sinh học có chất protein, hịa tan nước dung dịch muối lỗng Enzyme có phân tử lượng lớn từ 20 - 1000 KDa nên không qua màng bán thấm Tất yếu tố axit đặc, kiềm đặc, muối kim loại nặng… làm enzyme bị biến tính hoạt tính xúc tác Enzyme có nhiều tính chất ưu việt hẳn chất xúc tác hóa học Enzyme có cường lực xúc tác lớn: điều kiện thích hợp hầu hết phản ứng có xúc tác enzyme xảy với tốc độ nhanh gấp 108 - 1011 lần so với phản ứng khơng có chất xúc tác Enzyme có tính đặc hiệu cao: Mỗi enzyme xúc tác làm chuyển hóa chất định theo kiểu liên kết hóa học định, kiểu phản ứng định Sự tác dụng có tính chất lựa chọn gọi tính đặc hiệu enzyme, hay cịn gọi tính chun mơn hóa cao Enzyme có tính đặc hiệu cao nên không tạo sản phẩm phụ Enzyme tác dụng điều kiện “êm dịu” Enzyme thường tác dụng thích hợp nhiệt độ 30-50℃, pH trung tính áp suất thường, không cần nồng độ axit hay nồng độ kiềm mạnh, áp suất cao, khơng địi hỏi thiết bị chịu axit, kiềm chịu áp suất cao đắt tiền Tất enzyme có nguồn gốc tự nhiên, khơng độc Điều có ý nghĩa quan trọng công nghiệp thực phẩm y học Hầu hết chế phẩm enzyme sản xuất từ nguồn nguyên liệu dễ kiếm, rẻ tiền: + Enzyme protease động vật thường thu nhận từ phụ phẩm lò mổ như: tụy tạng, + Enzyme protease thực vật thu từ vỏ, dứa, lá, thân, nhựa sung, vả, nhựa đu đủ xanh + Enzyme vi sinh vật thu nhận phương pháp nuôi cấy bề mặt bề sâu B/ Ứng dụng enzyme cơng nghiệp thực phẩm I/ Vai trị enzyme công nghiệp thực phẩm Nguyên liệu sử dụng công nghệ thực phẩm sản phẩm nông sản, thực tế chúng vật thể sống, trình bảo quản chế biến chúng thành sản phẩm, thực phẩm xảy hàng loạt trình biến đổi sinh học, mà trình xúc tác tự nhiên enzyme thể hay nhà cơng nghệ đưa vào để đạt mục đích đặt Vì nói enzyme đóng vai trị chủ chốt q trình chế biến bảo quản thực phẩm Enzyme khắc phục khiếm khuyết tự nhiên nguyên liệu: Các sản phẩm nông sản có chất lượng dinh dưỡng, thành phần hóa học, tính chất cảm quan phụ thuộc nhiều vào: giống, loại nông sản, điều kiện canh tác, điều kiện thu hái vận chuyển, điều kiện bảo quản Do chất lượng sản phẩm tạo từ nguyên liệu dao động lớn Trong thực tế chất lượng nguyên liệu người ta phải điều khiển phản ứng xúc tác enzyme để tạo nên thành phần thiếu hụt nguyên liệu đưa vào sản xuất Trong công nghệ chế biến tinh bột, sản xuất đường, bánh mì, bia, người ta thường bổ sung amylase vào công thức để bù lại hoạt lực enzyme yếu nguyên liệu ngũ cốc Trong công nghiệp sản xuất phomat, chế phẩm enzyme lipase protease sử dụng để thay enzyme tự nhiên sữa bị vô hoạt trùng Enzyme nâng cao giá trị thương phẩm nguyên liệu: Trong thực tế có nhiều ngun liệu nơng sản có giá trị thương phẩm thấp Sau chuyển hóa tác dụng enzyme giá trị thương phẩm cao nhiều, chúng sản phẩm khơng có giá trị dinh dưỡng cao mà cịn phục vụ cho mục đích khác ngồi thực phẩm y học Tiêu biểu trình đề polyme hoá tinh bột Cho tới năm 70, sirô glucoza nhận từ ngũ cốc trở thành sản phẩm quen thuộc Sự phát triển ngành công nghệ enzyme cho đời loạt chế phẩm enzyme cho phép tạo nhiều sản phẩm như: chất làm đặc, tiền chất dẫn suất chất thơm, chất tạo acariogenes, chelatants, chất tạo chua Chính việc cải thiện đặc tính enzyme tính đặc hiệu tính chịu nhiệt nguồn gốc việc sản xuất chế phẩm enzyme Sản xuất chất xúc tác thích ứng với điều kiện vật lý môi trường (nhiệt độ, độ nhớt môi trường) đặc hiệu đòi hỏi phải kéo theo đa dạng sản phẩm trung gian nhận từ nguyên liệu tự nhiên Enzyme tăng tính chất cảm quan sản phẩm Trong chế biến thực phẩm sau xảy giai đoạn chuyển hóa chính, thơng thường sản phẩm thực phẩm chưa hẳn đạt chất lượng cảm quan tối ưu Vì chúng có giai đoạn hồn thiện sản phẩm, giai đoạn tạo nên điều kiên cho enzyme thể có lợi phát huy tác dụng có lợi bổ sung enzyme từ vào để làm tăng chất lượng cảm quan sản phẩm cải thiện mùi vị sản phẩm Các enzyme sử dụng để loại bỏ chất tự nhiên có ảnh hưởng xấu tới chất lượng cảm quan thực phẩm Ví dụ naringinase, kết hợp với rhamnosidase betaglucosidase thuỷ phân rhamno-glucozit trihydroflavon, chất làm đắng nước agrumes Enzyme cho phép tạo hương vị Lipase bổ sung vào giai đoạn đơng tụ sữa bị với renin tham gia vào việc tạo hương cho phomat Hương vị đặc trưng sản phẩm phomat chủ yếu nhờ tác dụng nhóm enzyme Vị bổ sung nhận enzyme Vị tạo nên sữa nhờ tác dụng enzyme lactase, hay tăng lên nhờ tác dụng đồng phân hoá glucose thành fructose tác dụng enzyme izomerase Enzyme tham gia vào cải thiện cấu trúc sản phẩm Colagenase papain cách thuỷ phân protein bắp làm tăng độ mềm thịt Protease trung tính làm yếu mạng gluten nên tăng độ giịn bánh bisqui Enzyme cơng cụ q trình chuyển hóa cơng nghệ: Trong nhà máy chế biến thực phẩm enzyme sử dụng cơng cụ tồn q trình chuyển hóa tồn q trình chuyển hóa dây chuyền chế biến Nếu thiếu có mặt q trình chế biến khơng thành cơng Khả xúc tác chuyển hoá enzyme khai thác nhiều trình sản xuất thực phẩm: bánh bisqui, phomat, nước uống Protease cho phép cải thiện tính chất lọc bia tăng tính ổn định nhiệt độ thấp Amylase, pectinase hemicellulose tạo điều kiện cho việc tách chiết lọc nước Pectinase cần thiết cho trình lên men rượu vang nhiệt độ cao để làm rượu Trong cơng nghệ sản xuất bánh bisqui, protease trung tính dùng để làm mềm dẻo khung gluten cải thiện độ nở bột nhào độ giòn bánh bisqui Trong công nghệ phomat, sử dụng pretease làm đông tụ sữa giai đoạn trình sản xuất, cịn protease lipase cho phép thúc đẩy q trình chín phomat II/ Ứng dụng enzyme công nghiệp thực phẩm Sử dụng chế phẩm enzyme công nghệ thịt cá 1.1 Phương pháp làm mềm thịt chế phẩm enzyme Ứng dụng chế phẩm enzyme để làm mềm thịt thực bắt đầu vào năm 1940 Lúc đầu, người ta sử dụng enzyme đường tiêu hóa thịt để làm mềm thịt 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, vả kết hợp thức ăn nhiều thịt; đu đủ chống táo bón…mà thực chất sử dụng papain, bromelain, fixin Người Nga dùng protease từ hạt đậu tương nảy mầm để làm mềm thịt • Yêu cầu chế phẩm enzyme sử dụng làm mềm thịt: - Có khả làm giảm độ bền vững mô liên kết gia nhiệt - Có khả chịu nhiệt - Khơng độc người tiêu dùng • Các phương pháp làm mềm thịt enzyme: Muối làm mềm, tiêm vào gia súc trước hay sau giết mổ Muối làm mềm chứa 30g papain kg muối ăn Sự có mặt NaCl cho phép khuếch tán tốt enzym phân giải phần cấu trúc protein, làm cho chất lại gần protease Hoạt độ xúc tác protease đưa từ vào bị hạn chế bảo quản thịt nhiệt độ thấp, trở nên cực đại vào giai đoạn đầu nấu Hiệu chúng cao nâng nhiệt độ chậm Đối với papain hoạt độ tối đa 40 – 50°C, bị vô hoạt nhiệt nhiệt độ vượt 75 - 80°C ➢ Muối làm mềm thịt đưa vào trước nấu phương pháp: + Ngâm thịt vào dung dịch chứa hỗn hợp protease nhiệt độ ổn định pH ổn định, khoảng thời gian định loại thịt Phương pháp ứng dụng nhiều giới + Trộn bột với enzym, sau trộn bột có enzym với thịt Phương pháp phù hợp với số cách chế biến thịt định ➢ Trước giết mổ động vật: Tiêm dung dịch chế phẩm enzym vào hệ tuần hoàn động vật trước giết mổ động vật Phương pháp thực lần vào năm 1960 dược phát triển nhiều năm gần Dung dịch đậm đặc papain tiêm vào ven tĩnh mạch động vật 10 - 30 phút trước giết mổ để theo máu vào tế bào bắp (đảm bảo chắn phân bố đồng phận vật) Dung dịch 5% enzym tiêm vào dạng không hoạt động, enzyme mạch bên Cys-25 bị oxy hoá tới dạng dẫn suất disulfit Papain tồn dạng bị oxy hoá động vật sống Nếu động vật không bị giết enzym bị thải Sau giết mổ phân huỷ glucose tiếp tục nên loại bỏ chứa oxygen, chất lưu huỳnh tác nhân khử khác tích tụ papain trở nên hoạt động Q trình hoạt hoá xảy chậm thịt ướp lạnh, nhanh thịt ấm Tiến hành vô hoạt enzym oxy hoá trước tiêm vào vật cần thiết, enzym hoạt động gây sốc thần kinh nghiêm trọng hô hấp Lượng papain tiêm vào dao động từ – 3mg/ kg vật sống tuỳ theo độ tinh khiết chế phẩm Sau giết vật xử lý bình thường, thời gian chín thịt giảm lần (5 ngày thay cho 10 – 12 ngày thịt bò) Tiệm enzym vào tĩnh mạch trước mổ cho phép tăng độ mềm tỷ lệ thịt sử dụng làm bít tết hay quay, làm tích tụ enzym gan thận, điều gây mùi khó chịu ➢ Tiêm dung dịch enzym vào khối thịt sau giết mổ Tiêm dung dịch enzym vào sau mổ hiệu để làm mềm miếng thịt Công nghệ hứa hẹn tương lai tốt người tiêu thụ dễ chấp nhận Tuy nhiên khuếch tán enzym tế bào bắp sau động vật chết đòi hỏi phải có xử lý kèm theo (làm mềm học hay xử lý muối) Mặt khác phải sử dụng chế phẩm enzym tinh khiết để kiểm tra lượng enzym thực tế tiêm vào, giá thành cao Liêu lượng sử dụng thay đổi tuỳ theo loại động vật (gà, cừu, bị ) cơng nghệ sử dụng enzym Các bắp tiêm hay nhúng chìm thùng chứa dung dịch enzym với nồng độ 0,1 – 0,001% tuỳ theo kích thước miếng thịt, thời gian tiếp xúc hiệu enzym Ngoài chế phẩm enzyme từ nguồn thực vật, người ta cịn sử dụng enzyme có nguồn gốc vi khuẩn để làm mềm xương động vật Ưu điểm chế phẩm enzyme từ nguồn vi khuẩn chúng có khả chịu nhiệt, nấu hoạt động enzyme 1.2 Sử dụng enzyme để làm tăng giá trị sản phẩm phụ thịt a/ Sản phẩm thuỷ phân làm chất độn giống thịt Sử dụng loại protein động vật có giá trị thấp để thuỷ phân thành sản phẩm có giá trị cao Khi chất thuỷ phân đưa vào khối thịt hình dạng vị sản phẩm trộn tương tự loại chưa trộn (thịt lợn muối, bít tết, thịt xay, giị xúc xích) Việc ứng dụng enzym protease ngồi lợi ích kinh tế, cịn mang lại số cải thiện mặt công nghệ sau: - Trường hợp protein không phân bố động thịt, việc đưa thêm chất thuỷ phân vào nhận loại thịt có hàm lượng protein đồng hơn, đáp ứng yêu cầu khách hàng - Nhờ đặc tính keo dính chất thuỷ phân, sau phối trộn thịt nhận không tiết nước, hơn, dễ cắt miếng hơn, - Việc phân bố hương vào thịt ngâm tẩm tốt Trong ứng dụng người ta thường dùng chế phẩm enzym Protamex Nguyên liệu ban đầu sản phẩm phụ thịt, xương gia súc, gia cầm lò mổ Nguyên liệu thô phải nghiền trước thuỷ phân thời gian khoảng 30 phút tới tuỳ thuộc vào lượng enzym sử dụng mức độ thuỷ phân yêu cầu Hỗn hợp sau thuỷ phân gồm phần : mỡ, dịch lỏng protein khơng hồ tan Chúng tách phương pháp lý tâm hay gạn lọc, Dịch thuỷ phân thu phải bảo quản muối, thành phần bao gồm: Protein: 66% Muối, tro: 33% Mỡ : 1% Chất thuỷ phân dạng lỏng có chứa 33% protein cho thêm vào thịt, tỷ lệ bổ sung – 10% Chất thuỷ phân bổ sung vào với chất ngâm tẩm khác, khơng địi hỏi phải thay đổi qui trình sản xuất b/ Sản phẩm thuỷ phân nước hầm xương thịt Nước hầm xương thịt sử dụng với loại rau thơm để tăng hương vị loại nước súp sấy khơ, đóng hộp, loại nước sốt, sản phẩm đóng lọ, sản phẩm thực phẩm đông lạnh, sản phẩm thực phẩm cao cấp Nhằm mục đích sử dụng thường dùng chế phẩm enzym flavouzyme có ưu điểm sau: - Hiệu suất thuỷ phân cao chế phẩm enzym protamex - Hương vị sản phẩm tốt - Có thể nâng cao hàm lượng chất khô sản phẩm Các loại nước hầm đặc sánh hàm lượng chất khô đạt tới 80% (thông thường 35 – 40%) c/ Tăng giá trị máu Máu sản phẩm giết mổ Ngược với sản phẩm khác từ động vật, máu ổn định thành phần, thay đổi tuỳ theo lồi Trong thực tế có 73% máu sử dụng, khoảng 12% thực có giá trị hư hỏng diễn nhanh, giá thành bảo quản đắt Máu từ động vật nuôi nguồn gây ô nhiễm lớn BOD > 67 g/l bò, > 207 g/l lợn Thuỷ phân hemoglobin enzym cho phép nhận peptit có giá trị cao Protease lựa chọn pepxin, pH phản ứng 1,8, hạn chế đáng kể nguy nhiễm tạp vi sinh vật Các thực nghiệm thiết bị phản ứng cho phép nhận ổn định peptit Các peptit kích thước < 10kDa khơng có màu, cịn peptit hem có trọng lượng phân tử gần 20 kDa nên có màu rõ rệt Xử lý khử màu với magiê nồng độ 40 g/l 50°C 1h30 cần thiết Sản phẩm sau loại muối điện di đặc sấy khơ, Các peptit nhận sử dụng làm môi trường nuôi cấy VSV nhiễm tạp thực phẩm, làm giàu sữa mẹ Hơn số peptit thể hoạt tính sinh học 1.3 Sử dụng chế phẩm enzyme sản xuất protein thực vật thuỷ phân a/ Sản phẩm thuỷ phân dùng thay cho sữa mẹ Sử dụng chế phẩm enzym Flavouzyme để thuỷ phân cazein protein lúa mì với mức thuỷ phân 50% protein thường đưa vào công thức sữa đặc biệt cho trẻ em b/ Sản xuất nước chấm magi Nguyên liệu sử dụng đậu tương tách chất béo, gluten lúa mì ngộ Các sản phẩm thuỷ phân có hương vị thịt có màu nâu sẫm Sử dụng enzym Flavouzyme, Alkalaza Protamex, thuỷ phân qua bước trung tính axit Protein thực vật thuỷ phân enzym đắt so với phương pháp thuỷ phân axit có ưu điểm sau: -Tạo sản phẩm muối thấp khơng muối Điều khó thực sử dụng phương pháp axit Sản phẩm nước chấm đậu tương chứa 12 - 14% muối, thường nước chấm đậu tương pha chế với Protein thực vật thuỷ phân 10% protein theo tỷ lệ 1:1 để đạt nước chấm đậu tượng có chứa 6% muối -Tạo sản phẩm phụ có giá trị cao Sử dụng chế phẩm enzym mang lại nhiều ưu điểm: Thời gian lên men ngắn nên tăng suất Sản xuất nước sốt có hàm lượng muối thấp Có thể kiểm tra mức độ thuỷ phân, tránh nguy tạo thành sản phẩm phụ (vị đắng) Độ thuỷ phân 5% protein hay gây vị dáng vị đắng độ thuỷ phân đạt 40% Sử dụng Flavourzyme Kojizyme đạt độ thuỷ phân 55% Tăng hàm lượng nitơ tổng số sản phẩm cuối 20% c/ Chất thơm tổng hợp từ thuỷ phân đậu tương enzym Tổng hợp enzym sản phẩm thuỷ phân đậu tương phát triển Hỗn hợp protease đặc hiệu khác sử dụng phép phân huỷ mạnh protein Phương pháp bao gồm giai đoạn: - Đầu tiên endoprotease sử dụng 60°C pH = Các protease kiềm tính vi khuẩn không sử dụng giai đoạn để tránh tạo nên peptit đắng pH không điều chỉnh giảm xuống tới pH = 5, tạo peptit đắng, sau chúng thuỷ phân - Hỗn hợp endoprotease – exopeptidase hoàn chỉnh việc thuỷ phân protein - Cuối hỗn hợp exopeptidase cung cấp chất cần thiết cho phản ứng Maillard Mức độ thuỷ phân protein khoảng 40% Bổ sung NaC1, đường, lipit vào hỗn hợp nhận được, sau sấy phun Một số chất thơm tạo thành tuỳ thuộc vào lượng đường sản phẩm thuỷ phận lipit bổ sung 1.4 Sử dụng chế phẩm enzym công nghệ chế biến cá a/ Các sản phẩm thuỷ phân cá tôm cua Phần lớn sản phẩm cá tiêu thụ trực tiếp, có lượng nhỏ chế biến thành dạng bột Khoảng 50% lượng cá bị dạng chất thải (phủ tạng, đầu, vụn cá) tới 70% tơm Bột cá thơ sản phẩm phụ có trữ lượng protein lớn tiêu thụ sau thuỷ phân enzym Các dạng sản phẩm chuyển hoá, phần sản phẩm truyền thống (tự phân tự nhiên), hay tự phân công nghiệp mà mục đích biến đổi chất protein có sẵn nhằm tăng thêm giá trị dinh dưỡng kinh tế Trên thị trường nhiều sản phẩm thuỷ phân enzym cá • Cá lên men truyền thống Kỹ thuật lên men sản phẩm biển biết đến từ lâu phương tiện bảo quản cá Ở nước Đông nam Á, hàng trăm triệu lít nước mắm mắm tơm enzym để xử lý làm nước quả, nước ép cô đặc thường chứa nhiều araban làm vẩn đục • Viscozyme120L Chế phẩm enzym sản xuất từ chủng chọn lọc Aspergillus niger, Chế phẩm enzym dạng dung dịch màu nâu, có tỷ trọng d= 1,2 g/ml chứa chủ yếu pectinase lượng lớn cacbohydrolase bao gồm arabanase, glucanase, beta-glucanase hemicellulose Người ta thường sử dụng chế phẩm enzym để xử lý phá vỡ màng tế bào đậu tương 5.2 Ứng dụng chế phẩm enzyme công nghệ rau a/ Ép chiết dịch Để nhận dịch phải tiến hành nhiều công đoạn: nghiền, ép, ly tâm hay lọc, sau tuỳ theo dạng sản phẩm mong muốn mà tiến hành làm trong, cô đặc trùng Nghiền kéo theo hoà tan phần pectin thịt quả, mơi trường phức tạp mà pha lỏng nhớt Pha rắn tạo nên khối nửa dẻo có khả giữ nước lớn, ngăn cản thoát dịch ép Bổ sung enzym pectinolytic vào khối thịt nghiền làm tăng hiệu suất thu hồi dịch Thêm vào đó, phân huỷ phần tế bào enzym tạo thuận lợi cho việc tách chiết chất màu, chất thơm góp phần vào cải thiện chất lượng cảm quan dịch quả: Dịch từ dâu, dâu tây, nho giàu pectin, dịch nhớt lọc hay ly tâm với suất lớn Hiện sử dụng enzym hỗ trợ cho trình ép ngày mở rộng lĩnh vực sản xuất khác, đặc biệt chế biến táo, Thực vậy, nhu cầu ngày tăng sản phẩm sản xuất từ táo (nước táo lên men, nước táo ) đòi hỏi phải kéo dài thời gian thu hoạch Mặc dù sử dụng biện pháp bảo quản lạnh chưa đáp ứng yêu cầu đặt Việc chế biến táo có độ chín cao cần thiết phải hỗ trợ tác dụng enzym để tăng hiệu suất thu hồi ép Ngược lại dịch thu sau ép chứa nhiều pectin nên đục địi hỏi phải có tác dụng hỗ trợ enzym khác làm tăng độ cho sản phẩm thu Tác dụng xử lý thịt enzyme tới hiệu suất thu hồi dịch quả: Xử lý thịt Táo tươi Táo bảo quản lạnh Không xử lý enzym 80-82% 70-74% Xử lý enzyme nghiền 83-85% 81-83% Xử lý enzyme dịch hóa 93-96% 93-95% Sử dụng enzyme phân hủy polysaccarit chế biến rau Hoạt động enzym giúp q trình ép thuỷ phân khung xương pectin, tức endo-polygalacturonase, pectinmetylesterase mvà pectinlyase Mức độ tác dụng loại enzym phải kiểm sốt kỹ, endo-polygalacturonase, pectinmetylesterase tác dụng đồng thời, dư thừa pectinmetylesterase kìm hãm hoạt động pectinlyase Thành phần polysaccarit thực vật tế bào cần thuỷ phân ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu suất xử lý enzym Khả phân huỷ màng tế bào phụ thuộc vào loại thực vật mà phụ thuộc vào loại tế bào loại thực vật Các điều kiện bảo quản làm thay đổi nhiều tới khả phân huỷ tế bào thay đổi phần thành phần tế bào Tuy nhiên, chế phẩm enizm pectin bán thị trường thường sản xuất từ Aspergillus có hoạt động arabinase galactanase Do đó, chúng tham gia vào việc tăng hiệu suất thu hồi dịch Điều cho thấy lợi ích lớn việc tái tổ hợp gen sinh tổng hợp enzym B-(1-4) galactanase Aspergillus aculeatus, tách dòng biểu gen Aspergillus oryzae Vi sinh vật tái tổ hợp cho ta chế phẩm enzym giàu hoạt độ galactanase, điều cải thiện đáng kể trình ép Liều lượng enzym sử dụng tạo lập tuỳ theo loại điều kiện công nghệ (nhiệt độ, thời gian tác dụng, loại hình ép) Thường chúng dùng với liều lượng 100 - 150 g/ thịt Thường dịch thu có hàm lượng chất khô tro cao hơn, màu đậm pH thấp mẫu đối chứng (cà rốt, mướp, khoai tây, hành, mơ, dứa, mận) Enzym hoá trước nghiên làm giảm độ nhớt dịch tạo điều kiện thuận lợi cho trình lọc, điều cho phép giảm thời gian lọc thời gian làm dịch quả, giảm thời gian cô đặc dịch b/ Ngâm dầm ổn định nectar Nectar loại nước uống, mà nước nhớt chứa lượng lớn chất dạng huyền phù Độ đục chủ yếu tế bào chiết tập hợp tế bào Sự phân tán tế bào nhận phân huỷ pectin có độ metoxy hố thấp lát mỏng trung bình endogalacturonase Tuỳ theo xử lý đặc biệt cam quýt, nectar tạo độ đục nhiều không ổn định Tính khơng ấn định liên quan trực tiếp tới hàm lượng pectimetylesterase quả: pectimetylesterase dễ este hố pectin hồ tan, phản ứng với canxi môi trường để tạo nên gel pectatcanxi không hoà tan, làm kết tủa phần tử gây đục Chính chế phẩm enzym tạo đục phải không chứa hoạt độ enzym pectimetylesterase Ngược lại, hoạt độ enzym endopolygalacturonase.phải đủ lớn để thuỷ phân pectin hồ tan dạng oligomer có kích thước phân tử nhỏ để tạo nên gel Để tránh tạo thành gel pectat, pectin hoà tan phải có độ metoxy hố cao Vấn đề đặt khơng có chế phẩm enzym thương mại nào, khơng có loại khơng chứa pectimetylesterase c/ Dịch hố Đi ngược với ngâm dấm, dịch hố địi hỏi có phân huỷ hồn tồn màng tế bào Sự phá huỷ hồn tồn màng tế bào địi hỏi tác dụng đồng thời enzym pectinase cellulose Tuy nhiên, tỷ lệ hoạt độ chúng có ảnh hưởng tới hiệu suất dịch hoá thành phần polysacarit dịch Thực vậy, dịch hoá enzym cà rốt tạo nhiều pectin nhớt dùng chế phẩm enzym chứa nhiều endoglucanase Enzym điểm mấu chốt cải thiện hiệu suất dịch hoá Các enzym pectinesterase, hemicellulose cellulose lại enzym định hiệu tác dụng chế phẩm, chúng làm cho độ đồng thể nước có thật tốt Trong trường hợp chế phẩm không phép có polygalacturonase, đặc biệt endo-polygalacturonase, chúng làm giảm độ nhớt dịch quả, gây kết tủa pectin Hiệu suất tách chiết tốt làm thay đổi đặc tính cảm quan sản phẩm Chính vậy, dịch táo nhận xử lý enzym nhiều có hương vị khơng thích hợp với người tiêu thụ thường the thé hay axit biểu thiếu hụt mùi vị Vị the thé liên quan trực tiếp với giảm pH dịch thuỷ phân pectin Những năm gần với phát triển cơng nghệ enzym có nhiều chế phẩm enzym hoạt lực cao nên giảm thời gian tác dụng hoạt động khoảng nhiệt độ xác định tạo điều kiện cho phản ứng mong muốn kìm hãm phản ứng có hại khác d/ Làm Q trình ép có sử dụng hay khơng chế phẩm enzym, dịch thu đầu dịch thơ, mà độ nhớt độ đục cao Làm loại bỏ phần tử gây đục Loại bỏ chất pectin thực cách kết tủa hay thuỷ phân Trường hợp kết tủa, enzym khiết pectimetyesterase sử dụng kết hợp với việc bổ sung ion canxi kéo theo tạo thành gel pectat canxi, tạo nên bẫy để kéo theo phần tử gây đục Các gel co lại lắng dịch quả, hay ngược lại chúng lên bề mặt khiến nen tác dụng CO2: trường hợp sản xuất nước lên men độ rượu thấp Làm tác dụng kết hợp enzym pectimetylesterase polygalacturonase Các phần tử đục tạo nên từ protein liên kết với pectin thường có mạch bên giàu arabinan galactan Ở pH dịch protein tích điện dương bao quanh lớp pectin tích điện âm Phân huỷ pectin giải phóng phần protein tích điện dương pectin tích điện âm Chính phần tử kết lắng tương tác tĩnh điện với dịch làm Hoạt độ enzym pectimetylesterase thể nhược điểm lớn giải phóng metanol dịch Sử dụng enzym pectinlyase để đề polyme hố khơng có đề metyl hố thử nghiệm Kết nhận đáp ứng yêu cầu trường hợp cam, táo, chưa làm hoàn toàn trường hợp nho Sự khác mức độ metyl hoá thấp pectin nho Thực vậy, lực pectinlyase giảm xuống theo mức độ metyl hố chất Trên khía cạnh cơng nghệ, làm tiến hành gián đoạn liên tục Phương pháp liên tục có ưu điểm dung hồ phản ứng enzym liên tục phân tách đồng thời sản phẩm enzym mà chúng tái sử dụng Mặc dù cải thiện tính chất lọc dịch sử dụng enzym vào giai đoạn khác qúa trình chế biến thực vật, phương pháp siêu lọc để phân tách làm cho phương pháp khơng có khả áp dụng dịch nhớt đào e/ Ứng dụng số enzym khác Các enzym phân huỷ polysacarit thực vật sử dụng công nghệ sản xuất rau Sử dụng khơng đạt độ chín để sản xuất sản phẩm cô đặc dễ bị đục tinh bột, Chúng loại việc sử dụng amylase Các protease bổ sung vào enzym pectiolytic, để cải thiện hiệu suất ép, để tránh tạo thành dục protein đun nóng, để tham gia vào cải thiện việc tách chiết chất màu sản xuất rượu vang đỏ Vị đắng số dịch quả, cam bưởi liên quan tới có mặt naringin (trihydroxyflavanon 7-rhamnoglucozit) Chất bị thuỷ phân naringinase giải phóng phần ozidic phân tử naringenin làm giảm vị đắng Cặp gluco-oxydase, catalase sử dụng để loại bỏ oxygen bảo vệ dịch khỏi oxy hoá 5.3 Ứng dụng enzym để tăng giá trị sản phẩm phụ thực vật a/ Thức ăn gia súc, Thức ăn gia cầm chế biến từ loại ngũ cốc Glucan, thành phần ngũ cốc khơng tiêu hố làm tăng độ nhớt dịch dày, hạn chế hấp thụ lại chất dinh dưỡng, làm giảm khả tiêu hoá động vật Bổ sung beta-glucanase vào thức ăn cho phép tăng khả hấp thu chuyển hố thức ăn động vật Sử dụng lúa mì làm thức ăn cho gà bị hạn chế có mặt polysacarit thực vật: arabinoxylan Những chất làm tăng độ nhớt dịch dày, làm giảm khả tiêu hố tinh bột protein Bổ sung xylanase vào thức ăn cho phép tăng lượng chuyển hoá b/ Sản xuất etanol sinh học Sản xuất etanol sinh học sử dụng hệ enzym ligno-cellulose (cellulase, hemicellulose, laccase,lignin-peroxydase,Mn-peroxydase để thủy phân sinh khối lign cellululose (sản phẩm phụ nông sản, rác thải sinh hoạt) tạo glucose cho phản ứng lên men Các vật liệu bền với tác động thuỷ phân, cần phải xử lý hóa học hay vật lý trước giúp enzyme công chất dễ dàng Nhiều phương pháp sản xuất đặt ra: - Phương pháp thuỷ phân lên men riêng biệt, thực giai đoạn khác nhau: dịch hoá enzym, sau lên men nấm men - Chuyển hố sinh học trực tiếp: thực tồn chuyển hố giai đoạn, mà vi sinh vật sử dụng có khả vừa thuỷ phân toàn cellulose lên men đường tạo thành - Đường hoá lên men đồng thời đường hay sử dụng Nó diễn giai đoạn với có mặt đồng thời enzym nấm men chịu trách nhiệm lên men Cellulase bị kìm hãm glucose mà giải phóng ra, nên chuyển hóa tạo điều kiện nâng cao hiệu suất chuyển hoá Cần phải thấy thực tế thuỷ phân cellulose thành monome khó khăn, lại có nhiều vi sinh vật có khả chuyển hố monome thành etanol Nhưng sản phẩm phụ giàu heteroxylan (gô, cỏ) dễ dàng phân huỷ thành monome, lại VSV có khả lên men rượu từ pentoza Enzym công nghệ rượu cồn, bia, rượu vang 6.1 Enzym công nghệ rượu cồn a/ Một số chế phẩm enzym thường sử dụng • Termamyl 120L • Neutrase 0,5L: Chế phẩm enzym chứa chủ yếu protease sản xuất từ vi khuẩn Bacillus subtilis Đây protease kiềm tính, protease kim loại (Zn) ổn định Ca2+ bị ức chế EDTA Ngồi chế phẩm cịn chứa lượng nhỏ B-glucanase Điều kiện hoạt động tối ưu cho Protease T = 45 - 55°C pH = 5,5 7,5, Neutrase bị hoạt tính xử lý nhiệt T = 55°C thời gian t=2 phút • Sansuper 240L: Chế phẩm enzym sản xuất từ nấm mốc Asperillus niger, chứa glucoamylase, ngồi cịn có a-amylase, protease Chế phẩm enzym dạng chất lỏng màu nâu, d = 1,25g/ml, hoạt tính 240 AGU/ml b/ Ứng dụng số chế phẩm enzym Dùng chế phẩm enzym amylase vi sinh vật cho phép tăng cao nồng độ enzym mơi trường lên men, cho phép thuỷ phân sâu sắc tinh bột thành đường lên men thời gian ngắn (chỉ cần 30 - 40 phút) Trong chế phẩm amylase dùng công nghệ rượu, ngồi enzym amylase cịn có enzym đồng hành khác protease enzym phân huỷ thành tế bào Như dùng chế phẩm enzym amylase khơng có tinh bột bị thuỷ phân mà thành tế bào nguyên liệu thực vật, màng, vỏ bị thuỷ phân giúp cho tinh bột tiếp xúc với amylase tốt Hiệu suất thu hồi rượu tăng lên trung bình 1,5% nhờ đường lên men tạo thêm từ polysacarit khác (hemicellulose, cellulose) Trong q trình đường hố, dịch hố tinh bột cơng nghiệp rượu cồn, Sansuper thường sử dụng với trình nấu khơng áp suất, Liều lượng lít tinh bột Mặt khác enzym protease có chế phẩm thuỷ phân protein, polypeptit nguyên liệu tạo axit amin làm nguồn đạm dinh dưỡng cho nấm men Chế phẩm amylase dùng giai đoạn đường hố mà cịn giai đoạn hồ hoá Chế phẩm α-amylase vi khuẩn dùng cho giai đoạn thích hợp khả chịu nhiệt độ cao enzym Nhờ sử dụng chế phẩm enzym giai đoạn mà hoạt động thiết bị đễ dàng (do độ nhớt dịch bột giảm xuống) chi phí giảm, hiệu suất rượu tăng, đặc biệt sử dụng để dịch hoá tinh bột phương pháp nấu liên tục Việc dùng α-amylse vi khuẩn để dịch hoá dịch bột nấu đến 85 - 90°C cho phép hồn tồn dùng thứ cấp cho đun nóng sơ làm dịu chế độ nấu Điều làm giảm chi phí gia nhiệt làm giảm tổn thất tinh bột Trong q trình đường hố, dùng chế phẩm glucoamylase hoạt động mạnh, giảm thời gian lên men từ 73 xuống 48 giờ, chí 36 giờ, tăng suất phân xưởng lên men từ 1,5 đến lần Tóm lại, áp dụng enzym sản xuất rượu cồn từ ngũ cốc có nhiều ưu điểm như: nâng cao hiệu suất thu hồi cồn Nấu nguyên liệu ngũ cốc bột nhiệt độ thấp Không sử dụng axit (không làm hư thùng nấu), không gây nguy hiểm cho người phụ trách công đoạn nấu Thiết bị nấu đơn giản 6.2 Enzym công nghệ bia Trong sản xuất bia dùng chế phẩm enzym amylase vi sinh vật công đoạn khác nhằm thay phần hay chí hồn tồn malt nguyên liệu không nảy mầm dùng chế phẩm enzym nấm mốc vi khuẩn Nguyên liệu không nảy mầm thường dùng ngô, gạo, lúa mì, tiểu mạch Các enzym sử dụng sản xuất bia (Slaughter, 1994) Enzym Chức Áp dụng C-amylase Thuỷ phân tinh bột tới sử dụng malt chất lượng kém, glucose olygosacarit sử dụng nguyên liệu thay không nảy mầm B-glucanase Protease Thuỷ phân phần phân tử trọng Làm lỏng bổ sung lượng cao β-glucan Lọc dịch đường Thuỷ phân liên kết peptit Tăng khả lên men Tăng khả bọt bia Amyloglucosidase Thuỷ phân hoàn toàn tinh bột Sản xuất bia nhẹ độ dextrin tới glucose α-axetolactat Để cacboxyl hố α-axetolactat tới decacboxylase exetoin Q trình ủ bia Sử dụng chế phẩm enzym để nâng cao hiệu suất thu hồi sản phẩm, sử dụng nguyên liệu thay thế, tăng khả lọc dịch đường, tăng độ hoà tan hợp chất nitơ, tăng khả giữ bọt độ bền vững bia Các chế phẩm amylase sử dụng sản xuất bia Các chế phẩm enzyme β-glucanase sử dụng sản xuất bia Các chế phẩm enzym amylase, glucanase protease sử dụng công nghệ sản xuất bia từ lâu, từ năm trở lại chế phẩm enzym đưa vào sử dụng ngày nhiều, chế phẩm Maturex Maturex chứa chủ yếu enzym độ axetolactat decacboxylase xúc tác q trình đề cacboxyl hố α-axetolactat tới axetoin Chế phẩm enzym sản xuất từ vi khuẩn Bacillus subtilis Enterobacter aerogenese Nó sử dụng trình lên men để ngăn chặn tạo thành diaxetyl, giảm lượng diaxetyl tạo thành, rút ngắn thời gian cần thiết để ủ bia 6.3 Enzym công nghệ sản xuất rượu vang Nhiều công trình nghiên cứu thực tế cho thấy enzym sử dụng sản xuất rượu vang có tác động tốt như: - Enzym làm tăng trình trích ly dịch - Enzym làm dịch lên men - Enzym làm tăng trình tạo hương - Enzym làm giảm giá rượu vang - Enzym làm tăng chất lượng rượu vang Trong dịch nho chứa chất trùng hợp Hàm lượng chất trùng hợp phụ thuộc vào giống nho, vào khí hậu đất trồng nho Hàm lượng chất trùng hợp thường dao động khoảng rộng, trung bình khoảng từ 700-1400mg Trong pectin chiếm khoảng 90-500mg/1 Tổng lượng pectin protein chiếm khoảng 54% so với tổng số chất trùng hợp Ngồi pectin protein, chất trùng hợp cịn có polyphenol, polysaccharide, số hợp chất cao phân tử khác a/ Protein dịch nho Protein dịch nho bao gồm albumin, glutelin cịn globutin khơng đồng Khi tiến hành điện di genase protein nho cho 4-5 phần chiết anode, gel polyacrylamide, protein chia 7-16 vùng Điểm đừng điện protein trái nho 3,03,6 Protein dịch nho có khối lượng phân tử tương đối nhỏ (khoảng 1800-23000) b/ Polysaccharide Polysaccharide dịch nho chiếm khoảng 3,21-4,10% Trong lượng pectin cellulose gần nhau, hemicellulose có hàm lượng Trong pectin, protopectin chiếm lượng nhiều Các chất khác gồm có lignin, chất phenol tro Trong polysaccharide, pectin có ý nghĩa lớn chất lượng rượu vang Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, pectin có tác dụng làm dịu rượu vang, tạo vi bơ với glycerol dextran Ngược lại cố nhiều nghiên cứu cho diện chất cao phân tử, có chất pectin làm hạn chế vị rượu vang Tuy nhiên, nhà khoa học thông nhất, vị rượu vang định đường q trình oxy hóa, hàm lượng pectin cao rượu vang làm đục rượu vang Do việc sử dụng enzym pectinase để thủy phân pectin cổ rượu vang điều cần thiết, hoàn tồn khơng làm giảm hương vị rượu vang c/ Sử dụng chế phẩm enxym sản xuất rượu vang Trong sản xuất rượu vang, ngưòi ta thường sử dụng chế phẩm enzym hỗn hợp Các enzym lúc tham gia phân giải pectin, protein, cellulose, hemicellulose nhiều chất khác, số nước lại sử dụng phức hợp nhóm enzym có chất ➢ Nhóm enzym phân giải pectin Nhóm enzym thường hoạt động mạnh pH acid (pH 5) nhiệt độ khoảng 3040°C Người ta thường sử dụng enzym phân giải pectin với liều lượng 0,1% ➢ Nhóm ernym phân giải protein Các chế phẩm protease từ Aspergillus oryzae, Asp flavusi casein Ở pH 7,7 Ngược lại protease từ Aspergillus awamori lại hoạt động pH acid Tác động protein dịch nho gần giống albumin globulin Các protease Aspergillus niger giống protease Aspergillus awamori Chúng hoạt động môi trường acid mạnh (pH 1,82,0) hoạt động mạnh nhiệt độ 40°c Các chế phẩm enzym protease acid thường dùng để xử lý dịch nho ➢ Nhóm emym phân giải hemicelluỉose cellulose Khi cho chế phẩm enzym phân giải pectin vào dịch nho nghiền, dịch nho tâng hàm lượng chất phenol tinh dầu, hợp chất chứa nitơ chất khô dịch nho Trong xử lý nước nho, người ta sử dụng phức hợp cellulsase Các chế phẩm cellulase sử dụng sản xuất rượu vang hồn tồn khơng phải chế phẩm tinh khiết mà phức hợp enzym, bao gồm nhiều enzym khác pectinase, protease • Những yêu cầu chế phẩm enzym sử dụng sản xuất rượu vang sau: - Các chế phẩm enzym không làm ảnh hưởng xấu tới vị, màu hương rượu vang - Khi cho chế phẩm enzym vào dịch nho hay khối nho nghiền, chế phẩm enzym phải làm tăng khả trích ly dịch nho, làm dịch nho - Khi cho chế phẩm enzym vào khối nho nghiền, chế phẩm enzym phải tăng khả lọc lắng Trong nhiều thí nghiệm, người ta cho chế phẩm enzym để xử lý khối dịch nho, chế phẩm enzym làm tăng tốc độ lọc lên 3-4 lần Người ta thường xử lý enzym 6-8 nhiệt độ 18-20°C 2-4 nhiệt độ 35-40°C Để làm tăng khả làm lắng, người ta có sử dụng chất tạo keo - Chế phẩm enzym sử dụng xử lý dịch nho khối nho nghiền làm tăng mức ổn định rượu vang, chống lại nguyên nhân gây đục protein, polysaccharide hay nhữĩỉg nguyên nhân khác - Các chế phẩm enzym oxy hóa Ascorbinatoxydase, O- diphenoloxydase, peroxydase có khả chống lại màu đỏ rượu vang đỏ vang trắng chuyển màu Liều ỉượng enzym không cao - Khi sử dụng chế phẩm enzym để xử lý dịch nho khối nho nghiền phải đảm bảo tính kinh tế Khỉ sử dụng chế phẩm enzym để xử lý dịch nho, thành phần hóa học đung dịch nho bị biến đổi nhiều, đặc biệt hợp chất phenol Các chất phenol thường tăng ỉên nhỉều, từ làm thay đổi mạnh tính chất hóa học tính chất cảm quan rượu nho Nhỉều nghiên cứu cho thấy rằng, vỉệc xử ỉý dịch nho chế phẩm enzym làm tăng giá trị sinh học dịch nho Trong emtoxian có giá trị sinh học định sinh lý người Ngoài ra, việc xử lý dịch nho làm tăng nhanh trình tạo hương, rút ngắn trình sản xuất nho Nếu nghiền dịch nho, ta sử dụng chế phẩm enzym, hàm lượng hợp chất chứa phenol tăng lên nhiều (có tăng đến 50-80%) thi q trình lên men, lượng chất phenol antoxian lại giảm mạnh Điều giải thích q trình tàng trữ, tổng lượng phenol chất màu giảm Hiện tượng xảy mạnh năm tàng trữ Sau 2, năm tiếp theo, q trình chuyển hóa xảy chậm Các enzym oxy hóa có tác động mạnh đến chất lượng rượu nho Các enzym oxy hóa tâng hoạt tính khỉ đun nóng dịch nho, cho chế phẩm enzym vào địch nho Các enzym oxy hóa thường có sẵn dịch nho, tác động vào antoxian, kích thích nhanh q trình tạo màu dịch nho màu vàng, màu, gạch đỏ số màu khác Đối với rượu vang trắng, enzym oxy hóa thường làm sẫm màu Các enzym polyphenoloxidase thường có khoảng hoạt động rộng Chúng oxy hóa mạnh chất odiphenol tác động đến p- diphenol Các polyphenoloxidase thường chứa vỏ thịt Ở thịt quả, polyphenoloxidase thưởng chứa nhiều vỏ giai đoạn bắt đầu chín Khi chín ngược lại, polyphenoloxidase vỏ lại hoạt động mạnh thịt đến 2-3 lần Tài liệu tham khảo: Nguyễn Đức Lượng, Nguyễn Ánh Tuyết, Lê Thị Thuỷ Tiên Công nghệ Enzym Nhà xuất Đại học quốc gia TPHCM, 2004 - 534tr Đặng Thị Thu, Lê Ngọc Tú, Tô Kim Anh Công nghệ Enzym Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2004 - 304tr Slide giảng Công nghệ thực phẩm đại cương, PGS.TS Nguyễn Thanh Hằng ... chín phomat II/ Ứng dụng enzyme công nghiệp thực phẩm Sử dụng chế phẩm enzyme công nghệ thịt cá 1.1 Phương pháp làm mềm thịt chế phẩm enzyme Ứng dụng chế phẩm enzyme để làm mềm thịt thực bắt đầu...+ Enzyme vi sinh vật thu nhận phương pháp nuôi cấy bề mặt bề sâu B/ Ứng dụng enzyme công nghiệp thực phẩm I/ Vai trị enzyme cơng nghiệp thực phẩm Ngun liệu sử dụng công nghệ thực phẩm sản phẩm. .. sản phẩm phomat chủ yếu nhờ tác dụng nhóm enzyme Vị bổ sung nhận enzyme Vị tạo nên sữa nhờ tác dụng enzyme lactase, hay tăng lên nhờ tác dụng đồng phân hoá glucose thành fructose tác dụng enzyme