ỨNG DỤNG của ENZYME PECTINASE TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HỒ CHÍ MINH KHOA: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM - NHĨM 12 ỨNG DỤNG CỦA ENZYME PECTINASE TRONG CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM TP.Hồ Chí Minh, năm 2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HỒ CHÍ MINH KHOA: CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM - Ứng dụng enzyme pectinase cơng nghệ thực phẩm NHĨM 12: GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang TP.Hồ Chí Minh, năm 2017 Lời mở đầu Hiện nước ta thời kỳ phát triển mạnh, với xu hội nhập kinh tế quốc tế, ngành khoa học kỹ thuật dịch vụ ngày phát triển, theo ngành công nghệ thực phẩm bước cải tiến để cung cấp sản phẩm đầy đủ chất dinh dưỡng, đẹp mắt, tiện lợi đáp ứng nhu cầu ngày cao người Sử dụng enzyme sản xuất đời sống trở nên phổ biến ngành sản xuất thực phẩm mang lại lợi ích lớn Trước đây, nguồn enzyme chủ yếu thu nhận từ thực vật động vật Ngày nay, người ta nghiên cứu tìm nguồn enzyme từ vi sinh vật phong phú, đa dạng rẻ tiền, ứng dụng rộng rãi ngành sản xuất khác Enzyme pectinease ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực ngành công nghệ thực phẩm i Lời cám ơn Sau thời gian thực hiện, nhóm 12 chúng tơi hồn thành xong tiểu luận đề tài thực phẩm Tuy thời gian thực không lâu, chất lượng luận tốt Đó chúng tơi nhận nhiều giúp đỡ Ở phần luận, xin phép gửi lời cảm ơn đến Cô Nguyễn Thị Thu Sang, cảm ơn cô hướng dẫn, bảo tận tình cho nhóm 12 chúng em để luận nhóm hồn thành tốt Cảm ơn bạn nhóm cố gắng hoàn thành thật tốt báo cáo ii MỤC LỤC Lời mở đầu i Lời cám ơn ii DANH MỤC VIẾT TẮT iv DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG BIỂU vi Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Sơ lược enzyme [1] .1 1.2 Sơ lược enzyme Pectinase [3] [4] [6] .10 Chương 2: ỨNG DỤNG CỦA ENZYME PECTINASE TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 17 2.1 Ứng dụng enzyme pectinase sản xuất rượu từ nho [5] 17 2.2 Ứng dụng enzyme pectinase sản xuất nước nước uống khơng có cồn [11] 19 2.3 Ứng dụng enzyme pectinase sản xuất mức trái [5] .22 2.4 Ứng dụng enzyme pectinase trích ly dược liệu [7] .24 2.5 Ứng dụng enzyme pectinase lên men sản xuất cà phê [10].25 2.6 Ứng dụng enzyme pectinase trích ly dầu gấc [9] .26 Chương 3: QUY TRÌNH SẢN XUÁT RƯỢU NHO .28 3.1 Quy trình sản xuất [2] 28 3.2 Thuyết minh quy trình [2] [8] 29 Kết luận .43 TÀI LIỆU THAM KHẢO .44 * Tiếng Việt: .44 * Internet: 44 iii DANH MỤC VIẾT TẮT Chữ viết tắt Viết đầy đủ PE Pectinesterase PEL Pectate lyase cDNA complementary deoxyribonucleic acid iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ chế ức chế ngược .10 Hình 1.2 Polygalacturonase từ Fusarium moniliforme 14 Hình 1.3 Cơ chế tác động enzyme pectinase .15 Hình 2.1 Mứt quất (tắc) 22 Hình 2.2 Mứt cherry 23 Hình 2.3 Sơ lược quy trình trích ly dược liệu 25 Hình 2.4 Sơ lược quy trình trích ly tinh dầu gấc 27 Hình 3.1 Quy trình sản xuất rượu nho .28 Hình 3.2 Nấm men Hanseniaspora apiculata 30 Hình 3.3 Nấm men Pichia 31 Hình 3.4 Nấm men Hansenula 31 Hình 3.5 Nấm men Saccharomyces cerevisiae 32 Hình 3.6 Nấm men Saccharomyces uvarum 33 Hình 3.7 Nấm men Saccharomyces chevalieri 33 Hình 3.8 Máy nghiền trục vis 34 Hình 3.9 Bên máy nghiền trục vis 35 Hình 3.10 Bồn lên men kiểu Erika 37 Hình 3.11 Bồn lên men nho kiểu hình trụ đáy nghiêng 38 Hình 3.12 Bồn lên men kiểu ”Universal” 38 Hình 3.13 Bồn lên men nho liên tục 39 Hình 3.14 Thùng gỗ sồi 39 Hình 3.15 Thiết bị lọc khung 40 Hình 3.16 Thiết bị rửa chai 41 Hình 3.17 Thiết bị chiết chai đóng nắp .41 Hình 3.18 Máy dán nhãn đóng thùng .42 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Hiệu việc xử lý nước nho enzyme 18 vi Bài tiểu luận nhóm Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Sơ lược enzyme [1] 1.1.1 Khái niệm Emzyme chất xúc tác sinh học có chất protein làm nhiệm vụ xúc tác cho phản ứng hóa sinh xảy thể sinh vật Enzyme tồn tất tế bào sống động vật, thực vật, vi sinh vật (như enzyme pectinase có nhiều lá, củ khoai tây, chanh, cà chua dứa, cỏ ba lá; enzyme pepsin dày; enzyme papin trái đu đủ; enzyme bromelin trái thơm; ) 1.1.2 Cấu tạo Enzyme nhận dạng tinh thể urease đậu tương (1926) pepsin trysin (Northrop Kunitz, 1930, 1931) Các enzyme có khối lượng phân tử lớn thay đổi rộng từ 1200u đến 1000000u lớn Đa số enzyme có khối lượng phân tử từ 20000u đến 90000u vài trăm nghìn Cũng protein, enzyme protein đơn giản protein phức tạp Trên sở người ta chia enzyme thành hai nhóm: + Enzyme thành phần (enzyme cấu tử) protein đơn giản + Enzyme hai thành phần (enzyme hai cấu tử) protein phức tạp Trong số enzyme đa số enzyme enzyme hai thành phần Dạng hoạt động enzyme hai thành phần bao gồm phần protein phần khơng có chất protein gọi nhóm prostetic (nhóm ngoại, nhóm ghép, coenzyme ) Các nhóm ghép, coenzyme Bên cạnh phần protein enzyme hai cấu tử cịn chứa phần khơng có chất protein Phần protein enzyme hai thành phần gọi apoprotein hay apoenzyme, cịn phần khơng phải protein gọi nhóm ngoại coenzyme Phần khơng phải protein thường chất hữu đặc hiệu gắn chặt vào phần protein liên kết lỏng lẻo tách khỏi phần protein Bài tiểu luận nhóm Trường hợp nhóm ghép chất hữu có trọng lượng phân tử nhỏ liên kết với phần protein nhóm ghép gọi coenzyme Phức hợp hai thành phần apoenzyme coenzyme gọi holoenzyme (enzyme hai cấu tử) Apoenzyme + Coenzyme  Holoenzyme Nếu đứng riêng rẽ apoenzyme coenzyme khơng có khả xúc tác Chỉ hai thành phần kết hợp với hoạt tính xúc tác enzyme thể Một coenzyme kết hợp với apoenzyme tạo thành holoenzyme khác xúc tác cho trình chuyển hóa chất khác giống kiểu phản ứng Coenzyme trực tiếp tham gia phản ứng xúc tác, giữ vai trò định kiểu phản ứng mà enzyme xúc tác làm tăng độ bền apoenzyme yếu tố gây biến tính Cịn apoenzyme có tác dụng nâng cao hoạt tính xúc tác coenzyme định tính đặc hiệu enzyme Các coenzyme thường dẫn xuất vitamin hịa tan nước Ngồi ra, thành phần cấu tạo, nhiều enzyme có chứa kim loại Các ion kim loại có vai trị cần thiết bắt buộc cho hoạt động enzyme Các ion kim loại có chức giống với coenzyme Các enzyme cần có ion kim loại cho việc thực chức gọi metalloenzyme Chức ion kim loại nói chung phần nhiều tạo phức hợp kiểu chelate nhóm định chất enzyme Trước tiên cation tạo phức “ion kim loại – chất” sau phức hợp phản ứng với enzyme Các ion Ca, Cu, Mg, Mn, Mo, Zn,…đều ion tham gia hoạt động enzyme Trung tâm hoạt động enzyme Tung tâm hoạt động phận dùng để liên kết enzyme với chất Nó chiếm tỉ lệ bé so với thể tích tồn enzyme Cấu tạo đặc biệt trung tâm hoạt động định tính đặc hiệu hoạt tính xúc tác enzyme Trong "enzyme cấu tử", acid amin thường phân bố phần khác mạch polypeptid nằm kề không gian tạo thành trung tâm hoạt động Sự kết hợp nhóm chức acid amin, thường gặp Bài tiểu luận nhóm  Khống : 0,1 – 0,5%  Vitamin: C, B1, B2, PP  Các hợp chất màu: màu anthocyanin  Các hợp chất thơm số hợp chất khác Nho thu gặt hái đạt khoảng 0,65% độ acid 23o Brix (Brix đơn vị đo lượng đường lại nho) 3.2.1.2 Nấm men 3.2.1.2.1 Nấm men dại a Hanseniaspora apiculata Hình 3.2 Nấm men Hanseniaspora apiculata Tạo loạt acid bay làm cho dịch có mùi tạp, cịn kìm hãm loại nấm men lên men b Pichia Khi lên men đường, nấm men khơng sinh sản phẩm mà đồng hóa chất hữu oxy hóa chất Pichia oxy hóa rượu tạo thành acid hữu Vang thành phẩm có Pichia tạo thành lớp màng bề mặt làm vang bị đục, thành phần nho bị biến đổi 30 Bài tiểu luận nhóm Hình 3.3 Nấm men Pichia c Zygopichia Loại nấm men không lên men rượu, mà gây đục cho rượu vang sau chiết chai Khi phát triển Zygopichia sinh acid citric rượu acetic nhiều acid khác làm độ chua vang tăng lên d Hansenula Hình 3.4 Nấm men Hansenula Hansenula có khả sinh trưởng nhanh bề mặt dịch quả, làm cho vang có ester bay (làm cho vang có mùi thơm riêng biệt), làm đục vang 31 Bài tiểu luận nhóm e Mycoderma vini Mycoderma vini tạo màng mạnh, tạo độ rượu 12% Nó phát triển bề thoáng vang làm giảm hàm lượng rượu, tạo thành acid bay làm cho vang có vị chua gắt, làm cho vang có màu đục 3.2.1.2.2 Nấm men thường sử dụng lên men rượu vang nho a Saccharomyces cerevisiae Hình 3.5 Nấm men Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces cerevisiae phổ biến lên men rượu vang, chiếm tới 80% tổng số Saccharomyces, có nước lên men Nó có khả khử đường saccharose thành glucose fructose Có khả tạo rượu -10% so với thể tích Các chủng nấm men có đặc tính riêng khả tạo cồn, chịu sulfite, tổng hợp cấu tử bay sản phẩm thứ cấp tạo cho rượu vang có mùi vị đặc trưng riêng biệt Ở giai đoạn cuối lên men Saccharomyces cerevisiae kết lắng nhanh làm dịch rượu Tuy nhiên chúng thường già giai đoạn cuối lên men, chúng tiếp tục chuyển thành cồn chết nhanh chóng Giống nấm men Saccharomyces cerevisiae có nhiều ưu điểm :  Lên men nhanh sâu loại đường  Kết lắng tốt, dễ tách sinh khói nấm men khỏi dịch lên men  Tạo múi thơm đặc trưng cho rượu vang  Bền vững với rượu, acid chất sát trùng 32 Bài tiểu luận nhóm b Saccharomyces uvarum Nấm men chiết từ nước nho, rượu KHả sinh bào tử mạnh mơi trường thạch- malt Các chủng lồi lên men 12-130 cồn dung dịch nước nho Hình 3.6 Nấm men Saccharomyces uvarum c Saccharomyces chevalieri Hình 3.7 Nấm men Saccharomyces chevalieri Nấm men phân lập từ nước nho lên men tự nhiên từ vang non dịch cọ, dừa Chúng có khả tạo độ cồn 160, thường lẫn với nấm men Saccharomyces vini 33 Bài tiểu luận nhóm d Saccharomyces oviformis Saccharomyces oviformis tách từ nho lên men tự nhiên, có khả chịu đường cao, cồn cao, lên men kiệt đường tạo thành tới 180 cồn Dùng nấm men để lên men dịch có hàm lượng đường cao để tạo vang khô (lên men hết đường) cho kết tốt Giống lên men glucose, fructose, mantose, saccharose, maltose, 1/3 rafinose, không lên men lactose, pentose, galactose 3.2.2 Lựa chọn Mục đích: loại hư hỏng q trình chín, dập nát q trình vận chuyển 3.2.3 Rửa Mục đích: làm tạp chất, thuốc trừ sâu, vi sinh bám bề mặt nho Giai đoạn phải thực nhanh để tránh làm chất hòa tan có nho vào nước rửa 3.2.4 Tách cuống Mục đích: Loại bỏ cuống khỏi nho Yếu tố ảnh hưởng: độ chín nho Nho chín dễ tách cuống 3.2.5 Nghiền Mục đích: làm giảm kích thước nho, giải phóng dịch nho, loại bỏ cuống hạt khỏi dịch Biến đổi: trình nghiền xé, tách cuống nhiệt độ dịch, bã nho tăng lên lực ma sát, số vitamin bị thất Ngồi ra, mật độ vi sinh vật gây hại tăng lên Hình 3.8 Máy nghiền trục vis 34 Bài tiểu luận nhóm Tiến hành: nho đưa qua máy nghiền trục vít Trục nghiền xé đánh tơi nho, tách cuống, hạt khỏi phần hỗn hợp dịch bã nho Phần cuống hạt tiếp tục trục nghiền xé đẩy ngồi, cịn hỗn hợp dịch, bã nho lọt qua lỗ lưới trục vít đẩy theo chiều ngược lại 3.2.6 Ép Mục đích: tận thu chất chiết có bã Biến đổi:  Các chất hòa tan bị tách khỏi tế bào để vào dịch nho  Diện tích tiếp xúc với khơng khí tăng lên, làm tăng khả bị oxy hoá dịch nho Tiến hành: hỗn hợp dịch, bã nho sau nghiền xé, tách cuống qua thiết bị ép Dưới áp lực, dịch nho bị tách khỏi hỗn hợp chảy qua lỗ lưới bên để ngồi, cịn bã nho tháo sau mẻ ép Yếu tố ảnh hưởng: kích thước nguyên liệu sau nghiền: nho nghiền kỹ hiệu suất ép cao Hình 3.9 Bên máy ép trục vis 3.2.7 Lắng Bổ sung enzyme pectinase Mục đích: 35 Bài tiểu luận nhóm  Hỗ trợ trình chiết tách sắc tố anthocyanin, tannin, polysaccharid  Gia tăng hiệu suất ép  Cải thiện độ rượu sau Vai trò enzyme pectinase:  Enzyme pectinase thủy phân pectin nhằm giảm độ nhớt, tăng tốc độ lọc  Rút ngắn thời gian chế biến  Tăng tính ổn định nước trình bảo quản  Ngăn ngừa kết tủa, kết lắng vẩn đục pectin biến tính thời gian bảo quản  Tăng chất lượng rượu vang 3.2.8 Lên men Mục đích: chuyển hóa đường thành cồn, CO2 số sản phẩm trao đổi khác Các giai đoạn trình lên men:  Bắt đầu: nấm men sinh trưởng phát triển, đủ số lượng để chuyển hóa đường thành rượu  Lên men nhanh: chuyển hóa đường thành rượu, CO2 rượu cao phân tử, aldehit, ketol tạo hương vị cho rượu Trong giai đoạn này, có phản ứng malolactic xảy  Lên men chậm: sau kết thúc lên men nhanh Các chất ức chế nấm men tạo tác động đến nấm men Quá trình lên men chậm kết thúc nồng độ đường sót cịn 2g/l Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men rượu vang:  Hàm lượng đường: 220g/l  Nguồn Nitơ: vai trò sinh trưởng hoạt động nấm men  Nồng độ cồn: nồng độ cồn cao gây ức chế nấm men  Thời gian lên men: phụ thuộc nồng độ đường ban đầu nhiệt độ lên men 36 Bài tiểu luận nhóm  Nhiệt độ  Tốc độ lên men  Oxy: cung cấp cho nấm phát triển sinh khối  pH: nấm men – 6, lên men rượu vang 2,8- 4,2 Các trình lên men khơng mong muốn:  Vi khuẩn lên men glycerol rượu, biến đổi đường nho tự nhiên tạo thành acid lactic acid acetic  Vi khuẩn biến đổi acid tartaric rượu tạo thành acid lactic, acid acetic khí CO2 Các q trình làm giảm chất lượng rượu vang Do đó, để bảo đảm trình lên men sơ cấp thứ cấp diễn có kiểm sốt đắn, rượu vang cần đánh giá, ngửi nếm thường xuyên Hình 3.10 Bồn lên men kiểu Erika 37 Bài tiểu luận nhóm Hình 3.11 Bồn lên men nho kiểu hình trụ đáy nghiêng Hình 3.12 Bồn lên men kiểu ”Universal” 38 Bài tiểu luận nhóm Hình 3.13 Bồn lên men nho liên tục 3.2.9 Lên men phụ Mục đích: Nhằm ổn định chất lượng tăng hương vị cho rượu Tiến hành: Khi kết thúc q trình lên men trình lên men phụ bắt đầu Quá trình thực nhiệt độ thấp từ 15 – 18oC Q trình khơng xảy ạt, thường yếu chậm, thời kỳ lượng đường cịn sót tiếp tục chuyển hóa thành CO2 C2H5OH Quá trình thường kéo dài từ – tuần có dài tùy thuộc vào lượng đường ban đầu dịch nước nho hoạt độ nấm men mạnh hay yếu 3.2.10 Ủ Mục đích: cho q trình lên men phụ xảy ra, nâng cao chất lượng, ổn định (màu sắc, độ trong, mùi, vị, độ bền keo…) cho sản phẩm Để rượu thơm ngon rượu phải ủ, nhằm làm cho khí oxi tác động thật chậm Rượu ủ lạnh phải ủ lâu rượu ủ ấm Rượu ủ bồn thép lớn phải ủ lâu bồn thùng gỗ sồi Hình 3.14 Thùng gỗ sồi 39 Bài tiểu luận nhóm Tiến hành: dịch sau lên men cho qua thùng gỗ sồi để ủ thời gian Trong trình ủ, rượu vang bị thất ta phải châm đầy theo chu kỳ lần/1 tuần Nhiệt độ tàng ủ 150 3.2.11 Lọc thơ Mục đích: loại bỏ cặn tạo q trình tàng trữ, nhằm hồn thiện sản phẩm trước vào trình chiết rót 3.2.12 Lọc tinh Mục đích: loại bỏ tế bào nấm men cịn sót lại Hình 3.15 Thiết bị lọc khung 3.2.13 Chiết chai Sử dụng chai thủy tinh Rửa chai: nhằm loại hầu hết vi sinh vật loại vật chất có chai mảnh chai, cát đất 40 Bài tiểu luận nhóm Hình 3.16 Thiết bị rửa chai Rót, đóng nắp: hoàn thiện sản phẩm, tăng thời gian bảo quản, dễ dàng vận chuyển tiêu thụ Hình 3.17 Thiết bị chiết chai đóng nắp 41 Bài tiểu luận nhóm 3.2.14 Dán nhãn, đóng thùng Hình 3.18 Máy dán nhãn đóng thùng Mục đích: hồn thiện sản phẩm cung cấp thơng tin nhãn cho người tiêu dùng, đóng thùng để thuận tiện cho trình vận chuyển, phân phối 42 Bài tiểu luận nhóm Kết luận Bài tiểu luận tìm hiểu enzyme pectinase, khái niệm, phân loại số đặc điểm enzyme Qua q trình tìm hiểu, nhóm biết sơ lược cách thức thu nhận enzyme pectinase: Sản phẩm pectinase thu nhận từ vi sinh vật, nấm mốc, xạ khuẩn,… Ngồi ra, enzyme pectinase thuộc nhóm enzyme thủy phân Nó sử dụng chất pectin sản phẩm sau thủy phân acid pectic methanol Enzyme pectinase sử dụng nhiều công nghệ chế biến trái nhằm mục đích gia tăng hiệu suất thu hồi dịch quả, cải thiện chất lượng dịch có tác dụng làm Do đó, nhóm tìm hiểu số ứng dụng cụ thể enzyme pectinase như: ứng dụng sản xuất rượu từ trái cây, sản xuất nước nước uống không cồn, sản xuất mứt trái cây, sản xuất cà phê ứng dụng trích ly tinh dầu gấc Ngồi ra, nhóm tìm hiểu quy trình cơng nghệ cụ thể có sử dụng enzyme pectinase quy trình sản xuất rượu nho 43 Bài tiểu luận nhóm TÀI LIỆU THAM KHẢO * Tiếng Việt: [1] Trần Thị Minh Hà (Chủ biên) – Nguyễn Thuỷ Hà – Nguyễn Thị Thu Sang, Hoá Sinh học thực phẩm, Trường Đại học Công nghiệp thực phẩm TP.HCM (2014) [2] Khoa Công nghệ Thực phẩm, Ứng dụng công nghệ sinh học công nghệ thực phẩm, Trường Đại học Công nghiệp thực phẩm TP.HCM (2017) * Internet: [3] http://123doc.org/document/68963-nghien-cuu-dac-diem-va-ung-dungcua-he-enzyme-pectinase.htm [4] https://en.wikipedia.org/wiki/Polygalacturonase [5] http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-ung-dung-cua-he-enzyme-pectinase9947/ [6] http://tailieu.tv/tai-lieu/tong-quan-ve-enzyme-11093/ [7] http://www.quangvanhai.net/2014/11/enzim-va-vai-tro-cua-enzim.html [8] https://bachkhoashop.wordpress.com/2015/09/03/cong-nghe-san-xuatruou-vang-nho/ [9] https://lib.lhu.edu.vn/BookViewDetail/20540/BK/Trich-ly-dau-Gac-tumang-gac-bang-enzim-Pectinex-Ultra-SPL-bao-cao-nghien-cuu-khoa-hoc-sinhvien.html [10] http://text.xemtailieu.com/tai-lieu/ung-dung-enzyme-pectinase-vacellulase-trong-san-xuat-ca-phe-theo-phuong-phap-uot-762637.html [11] http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-ung-dung-cua-he-enzym-pectinase9947 44 ... Sơ lược enzyme [1] .1 1.2 Sơ lược enzyme Pectinase [3] [4] [6] .10 Chương 2: ỨNG DỤNG CỦA ENZYME PECTINASE TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 17 2.1 Ứng dụng enzyme pectinase. ..TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HỒ CHÍ MINH KHOA: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM - Ứng dụng enzyme pectinase công nghệ thực phẩm NHĨM 12: GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang TP.Hồ... PEL IV 9,7 cho PEL I III 16 Bài tiểu luận nhóm Chương 2: ỨNG DỤNG CỦA ENZYME PECTINASE TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 2.1 Ứng dụng enzyme pectinase sản xuất rượu từ nho [5] Nước uống từ trái nho loại