Trong sản xuất thực phẩm, người ta sử dụng các chế phẩm pectinase duới dạng tinh khiết. Người ta không dung chế phẩm dưới dạng canh trường nấm mốc sấy khô. Tỉ lệ chế phẩm pectinase cô đặc trên lượng nguyên liệu đem chế biến vào khoảng từ 0,03- 0,05 đến 0,10%.
Trong sản xuất rượu vang, cũng như trong sản xuất nước quả và các nước uống không rượu, đều có thể sử dụng pectinase một cách hiệu quả. Nhờ tác dụng của
pectinase mà các quá trình ép, làm trong và dịch lọc quả rất dễ dàng, do đó làm tăng hiệu suất sản phẩm. Chẳng hạn đưa pectinase vào khâu nghiền quả, sẽ làm tăng hiệu suất nước quả sau khi ép tới 15 – 25%. Bởi lẽ khi có pectinase phân giải các chất pectinase mà dịch quả trong suốt không bị đục và lọc rất dễ dàng. Không những vậy. Enzyme pectinase còn góp phần chiết rút được các chất màu, tannin và những chất hoà tan nữa, do đó làm tăng thêm chất lượng thành phẩm.
Tồn tại 3 nhóm enzyme pectinase phân giải pectin.
- Pectin methyl esterase
- Depolymease
- Exoenzym pectinase
Pectin methyl esterase (EC.3.1,1,11): Enzyme này đã tham gia phân giải pectin thành acid pectic và methanol. Enzyme này còn có tên khác là pectiestenase (PE).Hiệu suất thuỷ phân pectin của enzyme này rất là cao, có thể đạt được 98%.
Pectinesterase của nấm sợi hoạt động mạnh ở pH 3-5. Cả hai loại pectinase này bị biến tính ở nhiệt độ 800C.
Ezyme pectin methyl esterase tham gia tác động vào COOH3theo cơ chế sau:
Pectin depolymease: Ezyme này có trong tế bào thực vật. Tuy nhiên hiện nay người ta sản xuất enzyme này theo quy mô công nghiệp từ nấm sợi và từ vi khuẩn. Chúng được phân ra làm 4 loại như sau:
1. Endo pectin traseliminase (EC,4.2.2.3), viết tắt là PTE – pectiliase. 2. Endo petin acid traseliminase (EC, 4.2.2.1), viết tắt là PATE. 3. Endo – poly galacturonase (EC, 3.2.1.15), viết tắt PMG. 4. Endo – poly methyl galacturonase
.
Việc ứng dụng pectinase để thu nhận nước quả được áp dụng lần đầu tiên vào năm 1930. Từ đó đến nay việc áp dụng enzyme này đã trở nên rất phổ biến ở nhiều nước trên thế giới. Việc thu nhận nước quả từ trước đến nay chủ yếu bằng phương pháp ép. Nếu pectin còn nhiều sẽ theo nước quả và gây ra hiện tượng nước quả bị đục, có độ keo cao và rất khó lọc trong.
Trong tế bào của quả nước chiếm khoảng 90-95%. Nếu ta chỉ nghiền sau đó ép thì ta chỉ có thể thu nhận được khoảng 60-70% là tối đa. Khi ta cho enzyme pectinase vào, hiệu suất ép sẽ tăng 15-30%. Nhiều trường hợp, hiệu suất ép tăng đến 50%. Liều lượng chế phẩm enzyme tinh khiết cho vào là 0,03- 0,05% hoặc chế phẩm thô là 0,5 – 2%. Nhiệt độ duy trì cho quá trình thuỷ phân là 43 – 45%.Thời gian thuỷ phân là 4 – 8h.dịch quả thu được bằng pectinase sẽ tronng hơn, khả năng lọc sẽ tốt hơn và hiệu quả kinh tế thấy rõ.
3.2. Ứng dụng enzyme pectinase sản xuất nước quả 3.2.1. Các chế phẩm enzyme
Trong sản xuất nước quả và rượu vang, việc sử dụng enzym là một tiến bộ khoa học rất lớn.Các chế phẩm enzyme được sử dụng trong sản xuất nước quả và rượu vang có thể là một hỗn hợp nhiều loại enzyme và cũng có thể chỉ là một loại enzyme riêng biệt.việc sử dụng hỗn hợp enzyme hay từng loại enzyme riêng biệt phụ thuộc vàp nguyên liệu và sản phẩm cần đạt tới. Ngoài ra, việc sử dụng các loại chế phẩm enzyme như trình bày còn phụ thuộc vào công nghệ sản xuất ( các yếu tố kỹ thuật).
Trong sản xuất nước quả và rượu vang, người ta thường sử dụng một trong sáu nhóm enzyme sau:
• Nhóm chế phẩm enzyme dùng để sản xuất nước quả đục. Mục đích sử dụng nhóm chế phẩm enzyme này là làm tăng hiệu suất trích ly để thu được luợng sản phẩm lớn.
• Nhóm chế phẩm enzyme dùng để sản xuất nước quả trong, không chứa pectin. Mục đích sử dụng nhóm này là làm tăng hiệu suất trích ly và thuỷ phân hoàn toàn các chất protein, pectin, làm giảm độ nhớt và làm triệt tiêu nguyên nhân làm đục nước quả.
• Nhóm chế phẩm enzyme dùng để làm tăng khả năng đồng hoá nước quả và thịt quả, làm tăng khả năng trích ly nước quả.
• Nhóm chế phẩm enzyme dùng để sản suất bán sản phẩm rượu vang nhằm làm tăng hiệu suất trích ly của bán sản phẩm.
• Nhóm chế phẩm enzyme dùng để ngăn cản quá trình oxy hoá và làm cản trở sự phát triển của vi sinh vật hiếu khí phát triển trong nước quả, trong rượu vang.
• Nhóm chế phẩm enzyme dùng vào mục đích chống lại đường trong sản suất siro thành phẩm.
Việc sử dụng các chế phẩm enzyme phải được xem xét kỹ lưỡng trên cơ sở đặc điểm nguyên liệu trái cây cần xử lý.Trong các đặc điểm của trái cây, người ta quan tâm rất nhiều đến đặc điểm màu sắc tự nhiên của sản phẩm. Trong nhiều trường hợp, việc sử dụng enzyme phải đảm bảo giữ được màu sắc tự nhiên ban đầu hoặc tạo ra những màu sắc theo ý muốn bằng cách điều khiển những phản ứng enzyme. Theo màu sắc tự nhiên, các loại trái cây được chia làm hai loại:
Trái cây có màu nhạt: táo, lê, nho trắng, chuối, cam, xoài, bưởi..
Trái cây có màu sẩm do chứa nhiều antõian: anh đào, mận đỏ, nho đỏ, mận đen, dâu..
Để xử lý quả nghiền có màu nhạt, người ta thường sử dụng một loạt các enzyme sau:
- Enzym endo-PmG để làm giảm độ nhớt của dịch quả.
- Enzyme PE làm tăng hiệu suất trích ly
- Enzyme khác như cellulose, hemicelluase, protease không bắt buộc.
3.2.2. Ứng dụng chế phẩm pectinase trong sản xuất nước quả
Từ các loại quả khác nhau, người ta thường chế biến thành các loại nước quả trong, nước quả đục, trước tiên phải chiết rút được dịch quả từ mô cơ bản, mô bì đôi khi mô cơ học nữa. Do đó, hiệu suất chiết rút dịch quả sẽ phụ thuộc vào
khả năng thấm của tế bào, cấu tạo giải phẩu và tình chất cơ lý của nguyên liệu, độ nhớt của chính dịch quả, độ chắc của thịt quả, cũng như thành phần định tính và định lượng của pectin chứa trong dịch bào và trong thành tế bào của mô quả.
Để sử dụng vào việc chế biến nước quả trong thì chế phẩm thì pectinase phaỉ có enzym endo và exo-polygalacturonse, enzym pectinestenaza.Trong chế phẩm loại này thì những enzym vừa kể trên là những enzym quyết định hiệu quả của chế phẩm.Vì endo và exo-polygalacturonse sẽ làm giảm độ nhớt của dịch quả, còn enzymPE cũng góp phần vapò tác dụng của enzym này.Enzym proteinase của chế phẩm sẽ thuỷ phân vỏ protein của vỏ nguyên sinh tế bào, kết quả là làm cho sự thoát của dịch quả dễ dàng.Sự có mặt của xenluase và
hemixenlulase ở trong chế phẩm cũng tốt nhưng không bắt buộc. khi sử dụng cho các loại quả như táo, lê thì trong chế phẩm không được phép có enzyme pectinaseliminase và enzym này sẽ phân huỷ protopectin vốn gắn các tế bào riêng biệt của mô quả lại với nhau, do đó gây mủn hoá mô quả, làm tăng độ nhớt của dịch quả và kết quả là làm giảm hiệu suất dịch quả. Ngược lại, khi sử dụng cho các loại quả mọng như dâu tâythì sự có mặt trong chế phẩm enzym PTE lại cần thiết vì enzym này sẽ làm mủn hoá tế bào làm cho tính chất thoát nước của tế bào tăng lên còn độ nhớt của dịch quả lại giảm xuống.
Ngoài ra, đối với các chế phẩm pectinase dùng trong sản xuất nước quả trong cũng không được phép có các enzym oxydase( ascohatoxydase,
poliphenoloxydase).
Trong chế biến nước quả có thịt thì các enzym PTE, hemixenlulase và
xenlulase lại là những enzym quyết định hiệu quả tác dụng của chế phẩm.trong đó vai trò dẫn động là enzym PTE có tác dụng phân huỷ protopectin của mô quả. Hemixenlulase và xenlulase sẽ cùng với PTE làm cho độ đồng thể của nước quả có màu sang thì trong chế phẩm không chứa enzym oxi hoá, còn cho các nguyên liệu có carotenoid và antõian thì không chứa enzym phá huỷ các chất này.
Để thu được nước quả, trong trường hợp có sử dụng enzym pectinase, người ta cũng phải nghiền nhỏ nguyên liệu quả. Bã nghiền nhânh được đem xử lý bằng enzym, sau đó mới đem ép hoặc ly tâm.Trong trường hợp có sử dụng enzyme, người ta có thê nghiền nhỏ tới mức tối đa, cốt sao thuận lợi cho tác dụng của enzym mà không sợ bị tắc nghẽn kênh dẫn dịch quả trong quá trình ép sau này. Dùng pectinase không chỉ làm tăng hiệu suất dịch quả mà còn để làm trong dịch quả. Phương pháp sử dụng enzym có hiệu quả hơn cả.Bởi lẽ nhờ tác dụng của các enzyme mà các hệ keo của nước quá sẽ bị phá huỷ hoàn toàn.Nếu như khi làm trong bằng các phương pháp khác pectin bị kết tủa một phần thì khi xử lý bằng pectinase, pectin bị phân giải hoàn toàn thành các chất hoà tan.
Với phương pháp enzym, khi mang một lượng thừa chế phẩm sẽ loại trừ được trường hợp làm trong không hoàn toàn.
Dịch nước quả được xử lý bằng chế phẩm pectinase thường có vị hoàn toàn hơn và ít có khuynh hướng bị đục hơn.
Quá trình làm trong dịch quả dưới tác dụng của pectinase có thể chia làm 3 giai đoạn:
- Giai đoạn “ bất ổn định hoá” được tiêu biểu bằng sự giảm độ nhớt một cách sâu sắc và thường được gọi là trạng thái “ phá vỡ”
- Giai đoạn “kết lắng” bắt đầu từ trạng thái “phá vỡ” và kết thúc khi kết tủa hoàn toàn.
- Giai đoạn cuối cùng thường được xác định bằng sự vắng mặt các pectin kết tủa bởi ion canxi.
Sử dụng enzym để sản xuất nước quả thanh trùng uống trực tiếp từ quả táo và quả vải
Ngày nay, nước quả trong hoặc nước quả đục được sản xuất ở nhiều nước trên thế giới. Tùy theo hàm lượng đường và acid có trong nước quả, người ta chế biến nước quả có hàm lượng đường và acid thấp, người ta bổ sung đường và
acid điều chỉnh chất lượng cuối cùng của sản phẩm. Hàm lượng pectin cao sản phẩm thường không có lợi vì khi đó độ nhớt của sản phẩm rất cao. Việc thủy phân pectin có trong dịch quả còn làm cho các sản phẩm dịch quả không bị đục.Tuy nhiên, việc xử lý pectin bằng pectinase không nên tiến hành phân giải pectin đến cùng mà cần phải giữ một lượng nhất định trong sản phẩm nước quả.Chính lượng pectin này sẽ giúp cho chất lượng nước quả tốt hơn. Trong sản xuất nước quả táo và nước quả vải, người ta sử dụng chế phẩm pectinase cho hiệu quả rất cao.Khi xử lý nước quả ở 500C trong 2 giờ, hiệu suất tách nước quả tăng 20%, ở 37- 40% sau2 -4 giờ thì tăng 20 – 25%.Các nghiên cứu và thực tế sản xuất cho thấy hiệu quả xử lý nước táo rất cao.Chính vì thế, việc ứng dụng enzyme pectinase được áp dung ở tất cả các nhà máy sản xuất nước táo trên thế giới.Trong khi xử lý nước quả bằng enzyme pectinase, người ta thường cho thêm ascorbic acid vào chống quá trình oxy hóa của nước quả táo.
Bảng 3.1. Hiệu quả xử lý nước quả và bằng chế phẩm pectinas
Stt Loại nước quả Hiệu suất (%) Chất khô (%) Độ acid (%) Đường (%) Pectinase (%) Chất chát (%) Điểm cảm quan 1 Nước quả từ táo
a- Không cho chế phẩm enzyme b- Có chế phẩm enzyme 71,2 78,8 10,2 11,5 0,53 0,62 6,7 8,0 0,33 0,15 0,04 0,02 4,5 4,8
2 Nước quả vải a- Không cho chế phẩm enzyme b- Có cho chế phẩm enzyme 49,2 72,4 8,5 10,2 0,91 1,16 5,62 7,4 0,26 0,12 0,09 0,16 3,8 4,3
Sản xuất nước quả uống ngay từ dâu tây, anh đào và phúc bồn tử
Người ta thường sản xuất cả dạng nước quả trong và nước quả đục từ các loại trái cây trên. Trong quá trình sản xuất, người ta thường cho thêm đường và điều chỉnh lại lượng acid cho phù hợp.
Các loại nước quả này thường chứa nhiều pectin. Do đó, việc sử dụng các chế phẩm enzyme pectinase dễ loại bỏ khả năng gây đục cho nước quả cũng như ổn định và nâng cao chất lượng dịch quả là điều cần thiết.
Người ta rửa sạch các loại quả trên bằng nước của vòi hoa sen. Sau đó, các loại nước quả được đem chà thành dạng pure. Quả nghiền được đun nóng ở nhiệt độ 40-500C được cho vào máy trộn. Tại đây nước quả được phối trộn với tỷ lệ một phần nước quả và 10 phần nước enzyme có lượng enzyme 0,03%. Riêng đối với nước dâu tây, người ta cho thêm 0,03% Vitamin C để làm chất chống oxy hóa. Hỗn hợp này được giữ ở 40C.Thời gian lưu ở nhiệt độ 400C là 4-8 giờ. Nước quả sau đó được cho qua máy ép và được đun nóng đến 450C .Tiếp đó, người ta đem nước quả ly tâm và cuối cùng là lọc qua máy ép lọc khung bản.
Bảng 3.2:Hiệu quả việc xử lý nước quả dâu tây, anh đào bằng enzyme
suất
(%) Khô(%) Acid(%) (%) (%) chát(%) quancảm 1 Nước quả dâu tây a- Không cho chế phẩm enzyme b- Có cho chế phẩm enzyme 71,2 78,8 10,2 11,5 0,53 0,62 6,7 8,0 0,33 0,15 0,04 0,02 4,5 4,8
2 Nước quả mâm sôi a- Không cho chế phẩm enzyme b- Có cho chế phẩm enzyme 49,2 72,4 8,5 10,2 0,91 1,16 5,62 7,4 0,26 0,12 0,09 0,16 3,8 4,3
Sản xuất nước quả từ nho
Nước uống từ trái nho là loại nước uống trong chứ không thuộc loại nước uống đục.Loại nước uống từ nho dạng trong thường được sản xuất nhiều ở hầu hết các nước châu Âu và châu Mỹ. Tuy nhiên hiện nay, người ta cũng sản xuất nước uống từ nhỏ dạng đục (chủ yếu là màu nho có màu đỏ).Trong đó, Ý là nước sản xuất nước uống dạng đục nhiều nhất, sau đó là Pháp,
Rumani.Nho là loại quả cho nhiều dịch và chứa nhiều đường.Tuy nhiên, nước nho thường chứa nhiều thịt quả. Trong thịt quả có nhiều pectin, dễ gây đục hoặc nếu thu nhận dịch quả trong thường không cho hiệu suất cao.Chính vì thế, người ta phải xử lý nước nho bằng chế phẩm enzyme pectinase. Lượng enzyme pectinase được sử dụng trong trường hợp làm nát nho là 0,2% so với khối lượng nho. Thời gian xử lý bằng enzyme là 3 giờ ở nhiệt độ 450C, bằng phương pháp xử lý này người ta đã làm tăng hiệu suất thu nhận dịch nho từ 65,9 lên 77,3% đối với nho trắng và từ 66-82,2% đối với nho đỏ.
Đối với nho trắng nghiền kỹ, khi xử lý enzyme pectinase trong thời gian 2,5-3 giờ ở nhiệt độ 40-450C, hiệu suất tăng 14-18%. Nếu tiếp tục xử lý sau giai đoạn xử lý trên thêm 4-5 giờ ở 40 – 500C, nước táo sẽ hoàn toàn trong. Ở
giai đoạn làm trong dịch quả này, người ta đun nóng dịch quả lên 900C, sau đó hạ nhiệt xuống 500C và khi đó mới sử dụng enzyme để làm trong nước quả. Trong khi ở những mẫu dịch không xử lý enzyme, chu trình làm trong nước nho phải kéo dài 2 - 4 tháng. Hiệu suất thu dịch không sử dụng enzyme chỉ đạt trung bình 65%.
Bảng 3.2: Hiệu quả việc xử lý nước nho bằng enzyme
Stt Nước nho Chất khô (%) Hiệu suất (%) Độ acid (%) Đường (%) Chất chát (%) Cặn (%) Điểmcame quan 1 Mẫu đối chứng 17,5 65,0 0,54 15,1 0,125 3,0 4,2 2 Mẫu xử lý bằng chế phẩm pectinase 19,0 70,1 0,68 16,85 0,135 Có một ít ca- pectat 4,5
Quá trình sản xuất nước nho trắng có xử lý enzyme pectinase
Nho được rửa sạch, tách cuống, loại hạt bằng máy xé và chứa chúng vào các thùng kín trong thời gian 6 – 8 giờ hoặc các thùng lên men liên tục trong thời gian 3 – 4 giờ. Trong thời gian lưu trữ này, người ta cho 0,02% ascorbic acid, sau đó ép thu nhận dịch nho. Dịch nho được làm nóng ở 800C, sau đó làm nguội nhanh đến 400C, nước nho đó cho thêm 0,01% enzyme pectinase.
Tiến hành quá trình thủy phân cho độ nhớt của nước nho trong suốt.Thời gian thủy phân này khoảng 6 – 8 giờ.Kết thúc quá trình thủy phân, lại đun nóng dịch