2.4.1. Ưùng dụng enzym cellulase trong chế biến thực phẩm [4]
Enzym cellulase không phải là enzym được sử dụng nhiều trong thực phẩm. So với những enzym khác tỉ lệ ứng dụng enzym này vào khoảng 1%. Đây là con số rất nhỏ so với enzym amylase. Trong nhiều ứng dụng trong thực phẩm cellulase không được sử dụng nhiều nhưng thêm vào để làm tăng hoạt tính của những enzym khác, chủ yếu là pectinase và xylanase. Endoglucanase có tác dụng trên cơ chất 1,3-1,4-β- glucan, ngoài ra chúng cũng có tác dụng trên 1,3-1,4-β-glucanase, lichenase và laminarinase. 1,3-1,4-β-glucan và arabinoxylan là thành phần chủ yếu trong thành tế bào ngũ cốc và 1,3-1,4-β-glucan tồn tại số lượng lớn trong lúa mạch và yến mạch.
Bảng 2.3-Thành phần hóa học của các loại ngũ cốc
Ngũ cốc bột(%)Tinh β-glucan(%) Xylan(%) Protein (%) béo(%)Chất
Lúa mì 60-73 0,5-3,8 5,5-7,8 9-17 2,1-3,8
Lúa mạch 53-67 3,0-10,6 4,0-11,0 8-13 0,9-4,6
Yến mạch 39-55 2,2-5,4 3,2-12,6 11-15 5,0-9,0
Lúa mạch
đen 50-63 1,0-3,5 8-10,0 8-12 2,0-3,5
Vì vậy, cellulase là enzym hữu ích trong chế biến ngũ cốc. Phần lớn cấu trúc β- glucan khi hòa tan trong nước tạo độ nhớt rất cao. Trong một vài trường hợp chúng có lợi do chúng đóng vai trò như màng lọc, nhưng trong một vài trường hợp khác chúng
2.4.1.1. Uû bia
Quá trình ủ phụ thuộc rất lớn vào sự hoạt động của enzym lúa mạch và nấm men. Những enzym này được hoạt hóa suốt quá trình nấu malt, hồ hóa, và lên men. Suốt giai đoạn nấu malt, polymer của ngũ cốc bị phân cắt thành những cấu tử nhỏ hơn bởi amylase, protease và β-glucanase. Trong suốt quá trình này, thành tế bào có cấu tạo từ polysaccharide như β-glucan và xylan sẽ cản trở sự tiếp xúc của enzym với cơ chất. Thành tế bào có thể làm tăng độ nhớt, tạo cấu trúc gel, và gây ra vấn đề nghiêm trọng như quá trình lọc dịch nha không triệt để, hiệu suất chiết thấp hoặc tạo đục cho sản phẩm cuối cùng.
Enzym từ thực vật có nhược điểm là kém bền nhiệt và hầu như không hoạt động sau khi hạt nảy mầm. Trong khi đó enzym từ VSV chịu được nhiệt độ cao. Vì vậy, enzym từ VSV thường được sử dụng trong quá trình ủ. β-glucanase (cellulase) được thêm vào chủ yếu trong quá trình hồ hóa, nhưng chúng cũng có thể được sử dụng trong quá trình nấu malt hoặc trong lên men chính. Cellulase sản xuất từ T.reesei có hoạt tính enzym β-glucoside tốt hơn chế phẩm enzym β-glucoside thương mại. Việc bổ sung enzym cellulase vào trong quá trình ủ sẽ cải thiện được tốc độ lọc và hiệu suất của toàn quá trình.
2.4.1.2. Sản xuất rượu vang và nước ép
Mặc dù số lượng của β-glucan trong táo và trái cây thấp hơn ngũ cốc, cellulase cũng có ứng dụng trong việc sản xuất rượu vang vàcác loại nước ép trái cây. Chúng thường được sử dụng kết hợp với hemicellulase và pectinase. Trong sản xuất rượu vang, enzym được sử dụng để làm mềm vỏ, cải thiện màu sắc dịch trích, thay vì phải qua công đoạn lọc, và tăng chất lượng và độ bền của rượu vang. Việc sử dụng β- glucoside để làm tăng mùi từ những mùi tự nhiên. Cocktail với trái cây làm mềm bằng enzym cellulase cũng được ứng dụng rất rộng rãi. Thêm vào đó, việc sử dụng những enzym này thuận lợi trong việc xử lý sản phẩm của ngành công nghiệp trái cây bằng việc cải tiến hiệu suất chiết và hiệu quả toàn bộ quá trình chế biến. Hemicellulase và cellulase có thể được sử dụng để tách pectin từ trái cây họ citrus bằng cách phá vỡ thành tế bào, tăng hàm lượng pectin.
Enzym được sử dụng để cải tiến quá trình và chất lượng sản phẩm. Trong sản xuất theo phương pháp truyền thống enzym chính được sử dụng trong nướng bánh mì là amylase và xylanase. β-glucoside ít được chú trọng hơn. Enzym phân cắt thành tế bào được sử dụng đặc biệt trong sản xuất bánh mì để làm giảm hàm lượng thành tế bào trong bột nhào. Hàm lượng thành tế bào nhiều làm giảm thể tích bánh, giảm tính đàn hồi của ruột bánh. Những polysaccharide tan không thể tiêu hóa được, thường được gọi làdietary fiber, có lợi cho sức khỏe con người do giảm hàm lượng cholesterol (đặc biệt là β-glucan), ngăn cản tế bào ung thư, và là chất dinh dưỡng đặc biệt cho vi khuẩn đường ruột. Vì vậy, bánh mì với hàm lượng chất xơ cao đang được quan tâm phát triển.
Trong quá trình nướng bột mì, việc thêm những β-glucan tan trong nước để cải tiến ruột bánh. Việc xử lý β-glucan bằng enzym β-glucanase trước khi thêm vào bột mì làm giảm vụn nát trong khi nướng. Nếu bột mì được bổ sung cám, enzym xylanase và cellulase làm cho polysacharide ở thành tế bào dễ hòa tan hơn và có chức năng hơn. Enzym thêm vào làm bột mì mềm hơn, thể tích bánh mì và cấu trúc ruột bánh được cải thiện, tốc độ ôi giảm. Đặc biệt sự kết hợp nhiều enzym có hiệu quả hơn từng enzym riêng biệt.
Sự khác nhau cơ bản việc nướng lúa mạch đen và lúa mì là protein của lúa mạch đen không có cấu trúc gluten. Thay vì gluten, lượng xylan tan và enzym endogenous có vai trò quyết định chất lượng bánh nướng trong lúa mạch đen. Do chất gum trong bột mì của chúng có vai trò quan trọng trong việc ổn định phân tử khí trong tế bào. Xylan cải tiến chất lượng bột mì bằng cách làm tăng độ nhớt bột mì. Cả enzym xylanase và endoglucanase đều có tác dụng làm mềm bột mì, tăng thể tích bột mì và rút ngắn thời gian lên men.
2.4.1.4. Trích ly tinh bột và các polysaccharide khác
Ưùng dụng khác là trong công nghệ chế biến tinh bột, thủy phân tinh bột thành glucose bằng hệ enzym amylase và trong sự đồng phân glucose tạo syrup nồng độ fructose cao. Tinh bột được sản xuất chính từ bột mì hoặc bắp bằng phương pháp nghiền và trích ly. Các phương pháp chiết tách có thể cải tiến bằng việc sử dụng
enzym để phân cắt thành tế bào. Enzym thường được sử dụng trong trường hợp này là β-glucanase, xylanase hoặc hỗn hợp của chúng.
Một vài chất trong thực phẩm như carrageenan, alginate và agar được thu nhận từ tảo. Sau công đoạn tách, sản phẩm thường bao gồm thành phần cellulose từ thành tế bào của tảo, gây cản trở tính chất chức năng của những polysaccharide này. Cellulase trong một vài trường hợp được sử dụng dưới dạng tinh khiết để phân cắt cellulose còn thừa trước khi tách thu nhận các polysaccharide thì hiệu quả sẽ cao hơn. Ngoài ra nó còn được sử dụng để điều khiển quá trình phân cắt các polysaccharide tan trong nước như CMC, konjac glucomannan, và một vài exopolysaccharide từ vi khuẩn như xanthan.
2.4.2. Sản xuất thức ăn gia súc [1]
Một lượng lớn ngũ cốc hoặc những bộ phận khác nhau của ngũ cốc được sử dụng làm thức ăn gia súc. Trong nhiều loại ngũ cốc, thành phần tạo năng lượng thường bị nhốt trong cấu trúc polysaccharide không phải tinh bột, mà động vật thường không thể tiêu hóa được. Do đó những enzym như cellulase và hemicellulase được thêm vào để phân cắt liên kết thành tế bào làm tăng năng lượng trao đổi chất. Arabinoxylan và 1,3-1,4-β-glucan cũng gây khó khăn cho việc hấp thu vàtiêu hóa chất dinh dưỡng, đặc biệt bởi động vật monogastric như gà và lợn. Độ nhớt có ảnh hưởng rất lớn đến sự tiêu hóa động vật do cản trở sự khuếch tán của enzym, cơ chất và sản phẩm phản ứng. Thông thường nồng độ cao của những chất trong thức ăn làm giảm khả năng vận chuyển các chất trong cơ thể sinh vật, sự tăng trọng chậm, phân lỏng đặc biệt là với gia cầm. Việc thêm enzym chủ yếu là xylanase, và β-glucanase (cellulase) trong thức ăn phân cắt những polysacharide tương ứng và làm tăng sự hấp thu những thành phần thức ăn bao gồm protein và chất béo. Do đó làm tăng khả năng vận chuyển thức ăn và tăng trọng. Hiệu quả của việc bổ sung enzym là làm giảm độ nhớt và giảm năng lượng thích hợp cho thực phẩm ăn kiêng, vật liệu rẻ tiền và chi phí sản xuất thấp.
Các phế liệu như gỗ, rơm, mùn cưa, bã mía, trấu rất giàu cellulose, rẻ tiền và có thể dùng chế phẩm cellulase để thủy phân thành các đường đơn giản có thể chế biến thành thức ăn gia súc, sản xuất cồn công nghiệp,…