- PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1.8.2 Thuyết minh quy trình sản xuất nước carrot
Chọn lọc: nhằm loại bỏ các thành phần nguyên liệu khơng đủ quy cách để chế biến như bị sâu, thối, hỏng, màu sắc khơng thích hợp.
Cĩ thể lựa chọn rau quả bằng phương pháp thủ cơng ngay trên băng tải nguyên liệu. [14, 38]
Phân loại: nhằm phân chia nguyên liệu đồng đều về kích thước, hình dáng, màu sắc hoặc độ chín.
- Việc phân loại nguyên liệu cĩ thể tiến hành bằng phương pháp thủ cơng hoặc phương pháp cơ giới hĩa. [14, 38]
Rửa: nhằm mục đích loại trừ các tạp chất, bụi, đất cát bám trên nguyên liệu. Khi rửa tránh để nguyên liệu tiếp xúc với nước lâu, khơng bị dập nát, ít tổn thất dinh dưỡng. Nước rửa nguyên liệu phải tuân theo các tiêu chuẩn vật lý, hĩa học và vi sinh.[14]
- Trong sản xuất người ta thường dùng máy rửa bơi chèo để rửa nguyên liệu carrot. [27]
Gọt vỏ: là quá trình nhằm loại bỏ các thành phần khơng ăn được hoặc cĩ giá trị kém như rễ, cuống.[14]
- Đối với carrot, để bĩc vỏ cĩ thể tiến hành bằng phương pháp hĩa học như sử dụng NaOH cĩ độ tinh khiết 95%. Nồng độ NaOH thường sử dụng là 1.5 - 2%, nhiệt độ là 70 - 800C. [14,27]
- Việc tách vỏ carrot cĩ thể thực hiện bằng máy, quá trình dựa trên nguyên tắc là tạo nên sự va chạm và chà xát nguyên liệu lên bề mặt nhám của thiết bị, làm cho lớp vỏ bề mặt bị trĩc ra rồi dùng nước xối đi.[14]
Rửa lại: sau khi gọt vỏ carrot bằng phương pháp hĩa học hay bằng phương pháp cơ học thì carrot được rửa lại nhằm làm sạch hĩa chất hay lớp vỏ tách ở giai đoạn trước.[27]
Cắt lát: là quá trình sử dụng hệ thống lưỡi dao lắp đặt trong máy để cắt carrot thành miếng hoặc thành khoanh. Giai đoạn nầy giúp cho quá trình chần, xay cĩ kết quả tốt hơn.[38]
Chần: là quá trình nhúng nguyên liệu vào nước nĩng hay dung dịch muối ăn, đường hoặc acid nĩng.[27]
- Theo tài liệu tham khảo, nhiệt độ của quá trình chần carrot là 90 - 1000C trong thời gian 10 phút.[27,38]
- Mục đích của quá trình chần là:[28]
+ Đình chỉ các quá trình sinh hĩa xảy ra trong nguyên liệu, để hạn chế những biến đổi xảy ra khi chế biến.
+ Tránh hiện tượng làm đen sản phẩm do dưới tác dụng của nhiệt độ thì hệ thống enzym oxi hĩa khử peroxidase và poliphenoloxidase bị phá hủy.
+ Tiêu diệt một phần vi sinh vật bám trên bề mặt nguyên liệu.
+ Làm tăng độ thẩm thấu của chất nguyên sinh giúp dịch bào thốt ra dễ dàng.
Chà: là quá trình nhằm làm nhỏ và đồng nhất khối nguyên liệu. Nguyên liệu sau khi chà được chia thành 2 phần: phần lỏng qua rây để sản xuất sản phẩm chính và phần bã cịn lại trên rây.[27]
- Chà carrot dùng máy chà cĩ đường kính lỗ 1 - 1.5 mm.[38]
Phối chế:
- Để tăng hương vị cho sản phẩm, ta cĩ thể phối trộn nước carrot với nước đường, hoặc trộn lẫn một số nước quả với nhau.[3, 30]
- Ở giai đoạn phối chế, cĩ thể sử dụng acid ascorbic hoặc acid citric để điều hịa vị chua ngọt cho sản phẩm. Acid ascorbic (Vitamin C) được sử dụng như một chất chống oxy hĩa tự nhiên, cĩ tác dụng bảo vệ màu, mùi, vị của thực phẩm. Acid citric (C6H8O7.H2O) cĩ vị chua dịu nên được sử dụng rộng rãi trong các loại thức uống so với các loại acid thực phẩm khác.[30]
- Theo tài liệu của tác giả Nguyễn Văn Tiếp, pha pure carrot với nước đường theo tỉ lệ 1:1. Pha thêm acid ascorbic với nồng độ 0.015 - 0.02%.[9]
- Để sản xuất 1 tấn sản phẩm, cần sử dụng 850kg carrot, 50kg đường kính và 0.3kg acid ascorbic.[35]
Đồng hĩa: là phương pháp làm cho sản phẩm được đồng nhất, bằng cách làm nhỏ các phần tử của sản phẩm tới vài chục micromet. Sản phẩm sau khi đồng hĩa cĩ độ mịn cao, khơng bị phân lớp sau nầy.[27]
Đun nĩng: là quá trình nhằm nâng nhiệt độ của nguyên liệu để chuẩn bị cho quá trình bài khí tiếp theo.[27,38]
Bài khí: là quá trình loại bỏ khơng khí ra khỏi sản phẩm. Oxy trong khơng khílà nguyên nhân gây ra các phản ứng oxy hĩa trong quá trình bảo quản sản phẩm, đồng thời tạo điều kiện cho nhĩm vi sinh vật hiếu khí phát triển. Người ta thường sử dụng phương pháp bài khí bằng nhiệt độ cao kết hợp với áp suất chân khơng.[27]
Rĩt nĩng: trong cơng nghệ sản xuất đồ hộp rau quả hay nước ép rau quả, sản phẩm sau khi được bài khí sẽ được rĩt nĩng. Phương pháp nầy giúp đuổi phần khơng khí bên trong bao bì trước khi rĩt sản phẩm.[27,9]
Thanh trùng: là một quá trình quan trọng cĩ ảnh hưởng quyết định tới khả năng bảo quản và chất lượng của thực phẩm. Cĩ nhiều phương pháp thanh trùng khác nhau như dùng dịng điện cao tần, tia ion hĩa, siêu âm, vi lọc và sử dụng nhiệt độ cao. [3]
- Thanh trùng bằng cách sử dụng tác nhân nhiệt là nước nĩng hoặc hơi nước là phương pháp thanh trùng phổ biến nhất trong sản xuất đồ hộp nước rau quả.[14]
- Khi nâng nhiệt độ mơi trường quá nhiệt độ tối thích của vi sinh vật thì hoạt động của vi sinh vật chậm lại. Ở nhiệt độ cao, protein của chất nguyên sinh vi sinh vật bị đơng tụ làm cho vi sinh vật bị chết. Quá trình đơng tụ protein
khơng thuận nghịch, nên hoạt động của vi sinh vật khơng phục hồi sau khi hạ nhiệt.[27]
- Đối với các loại nước rau quả thì yêu cầu về nhiệt độ thanh trùng thường khơng quá cao.[30]
- Theo tác giả Nguyễn Văn Tiếp, tiệt trùng nước carrot ở nhiệt độ 1160C, thời gian 25 - 30 phút.[11]
Sản phẩm: Trong 100ml nước carrot cĩ thành phần giá trị dinh dưỡng như sau:[35]
Bảng 2.3: Thành phần dinh dưỡng nước carrot
Thành phần Hàm lượng (%) - Nước - Protein - Lipid - Glucid - Cellulose - Acid hữu cơ - Tro - Calcium - Phosphorus - Sắt - Độ sinh nhiệt 84.6 % 1.4 % 0.4 % 11.9 % 0.6 % 0.2 % 0.9 % 56mg % 46mg % 0.8mg % 59 kcal/100g 2.2 Enzym pectinase: 2.2.1 Định nghĩa:
- Pectinase là enzym xúc tác phản ứng thủy phân các liên kết hĩa học trong polymer pectin, sản phẩm tạo thành là acid galacturonic, glucose, galatose, arabinose, methanol...[5]
2.2.2 Cơ chất:
- Enzym pectinase sẽ tác động lên các hợp chất pectin cĩ khối lượng phân tử khác nhau và cấu trúc hĩa học khơng đồng dạng và thủy phân các liên kết α- glycoside trong phân tử pectin. Trong thực vật, pectin tồn tại dưới ba dạng: pectin hịa tan, acid pectinic và protopectin.[9]
Pectin:
- Pectin là một polysaccaride dị thể, mạch thẳng, cấu tạo từ sự kết hợp của các acid D-galacturonic liên kết với nhau bằng liên kết α - 1,4-D-glycoside. Pectin hịa tan là ester methylic của acid polygalacturonic của pectin, trong tự nhiên cĩ khoảng 2/3 nhĩm carboxyl của polygalacturonic acid được ester hĩa bằng methanol. Mặt khác, các nhĩm carboxyl của acid galacturonic cĩ thể được ester hĩa một phần bởi các ion Na+, K+ hay nhĩm NH4+ hoặc bị decarboxyl hĩa.[16]
Hình 2.6 : Cơng thức cấu tạo của pectin
Protopectin: Các pectin tự nhiên trong thành tế bào cĩ thể liên kết với cấu trúc polysaccharide và protein để tạo thành các protopectin khơng tan. Khi thủy phân giới hạn protopectin sẽ được pectin hoặc acid pectinic.[9]
Acid pectinic:
- Là các galacturonan cĩ chứa hàm lượng các nhĩm methoxyl cao. Pectinate là muối của acid pectinic. Acid pectinic tan trong nước.[9]
Acid pectic:
- Là các galacturonan cĩ chứa hàm lượng các nhĩm methoxyl khơng đáng kể. Dạng acid hay dạng muối của acid pectic gọi là pectate.[16]
2.2.3 Phân loại:
- Hệ enzym phân giải pectin gồm cĩ nhiều enzym khác nhau. Các nhà khoa học hiện chưa thống nhất cách phân loại các enzym nầy. Theo Koller và Newkom (1966), tất cả các enzym xúc tác phân giải pectin cĩ thể phân thành hai nhĩm chính: hydrolase và transeliminase. Dù ở nhĩm thứ nhất hay nhĩm thứ hai, các enzym phân giải pectin đều cĩ đặc điểm chung là làm giảm độ nhớt của dung dịch pectin và làm giảm khối lượng phân tử của các sản phẩm tạo thành.[6]
Nhĩm Hydrolase:
Bao gồm enzym pectinesterase và enzym polygalacturonase.
Pectinesterase (PE): cĩ tên gọi hệ thống là pectin methylesterase hay pectin methoxylase. Mã số: EC 3.1.1.11.[2]
PE xúc tác thủy phân liên kết ester giữa gốc methoxyl và gốc carboxyl trong phân tử pectin. Sự thủy phân chỉ xảy ra ở liên kết ester kề liền với nhĩm carboxyl tự do. Khi tồn bộ các nhĩm methoxyl đều bị tách ra khỏi cơ chất thì sản phẩm tạo thành là methanol và các acid polygalacturonic.[16]
COOH COOCH3 COOH COOCH3 COOH COOCH3 COOH
Hình 2.7: Vị trí xúc tác của PE
Polygalacturonase (PG): cĩ tên hệ thống Poly α-1,4-galacturonic glucanohydrolase. Mã số: EC.3.2.1.15. Là enzym xúc tác cho phản ứng thủy phân liên kết glycoside trong phân tử pectin. Cĩ nhiều loại polygalacturonase với tính đặc hiệu khác nhau.[2]
+ Polymethyl galacturonase (PMG): PMG xúc tác cho phản ứng thủy phân cơ chất pectic cĩ mức độ methoxyl hĩa rất cao (pectin). Do đĩ, nĩ khơng thủy phân acid pectic, các dẫn xuất của pectate hay acid pectinic.[16]
- PMG được chia thành 2 nhĩm là endo_PMG và exo _PMG. Sự phân chia nầy dựa vào vị trí phủy phân liên kết glycosdie trên mạch. Endo_PMG I sẽ
thủy phân ngẫu nhiên liên kết glycoside nội mạch của pectin. Exo_PMG III sẽ thủy phân lần lượt liên kết glycoside từ đầu khơng khử của mạch pectin, kết quả là từng gốc acid galacturonic sẽ được tách ra khỏi phân tử pectin.[2]
COOH COOCH3 COOCH3 COOCH3 COOH COOCH3 COOH
Hình 2.8: Vị trí xúc tác của Endo _ PMG I
COOCH3 COOCH3 COOCH3 COOCH3
Hình 2.9: Vị trí xúc tác của Exo _ PMG III
+ Polygalacturonase là các enzym xúc tác cho phản ứng thủy phân cơ chất acid pectic và acid pectinic. Các enzym nầy cũng được chia thành 2 nhĩm là endo_PG II và exo_PG IV. Sự phân chia nầy dựa vào vị trí phủy phân liên kết glycoside trên mạch. Endo_PG II (EC 3.2.1.15) thủy phân liên kết glycoside nằm ở giữa mạch phân tử acid pectic và acid pectinic gần nhĩm carboxyl tự do, tạo sản phẩm là các đoạn oligogalacturonate. Exo_PG IV (EC 3.2.1.67) thủy phân liên kết glycoside đầu mạch gần với nhĩm carboxyl tự do của phân tử acid pectic và acid pectinic, tạo sản phẩm là di và mono galacturonate.[2,16]
COOH COOH COOCH3 COOH COOH COOCH3 COOH
Hình 2.10: Vị trí xúc tác của Endo _ PG II
COOH COOH COOCH3 COOH COOH COOCH3 COOH
Hình 2.11: Vị trí xúc tác của Exo _ PG IV
Nhĩm Transeliminase (TE):
- Sự phá vỡ liên kết α-1,4-glycoside cĩ thể tiến hành bằng con đường phi thủy phân chất pectin. Kết quả của sự phân cắt nầy là tạo nối kép trong gốc acid galacturonic giữa C4 và C5 vì khi đứt liên kết α-1,4-glycoside bởi transeliminase thì hidro của nguyên tử carbon thứ 5 thuộc gốc acid galacturonic nầy sẽ chuyển
đến C1 của gốc acid galacturonic khác. Các enzym xúc tác phản ứng nầy được gọi là Transeliminase (Lyase)[2]
- Transeliminase tác dụng trên pectin và acid pectic làm giảm độ nhớt dung dịch pectin. Dựa vào tính đặc hiệu và cơ chế tác dụng, cĩ thể phân thành các nhĩm enzym sau:
Pectin transeliminase: hay pectin lyase hay polymethylgalacturonate lyase. Tên hệ thống: poly α-1,4-galacturonic methylesterglucanolyase. Mã số EC 4.2.2.10. Enzym nầy phân cắt mạch chính của phân tử pectin và acid pectinic ở vị trí bất kỳ.[17]
Pectate transeliminase: hay pectate lyase hay polygalacturonate lyase (PGL). Tên hệ thống : poly α-1,4-D-galacturonic lyase. Mã số EC 4.2.2.2. Enzym xúc tác cho phản ứng phân giải mạch polygalacturonate theo cơ chế trans-elimination. Cơ chất thích hợp cho enzym tác dụng là acid pectic hay muối pectate và các pectin cĩ mức độ methoxyl hĩa thấp. Trong tự nhiên, người ta tìm thấy 2 loại PGL ở dạng endo và exo. Trong đĩ, dạng endo_PGL (EC 4.2.2.2) phong phú và phổ biến hơn so với dạng exo_PGL (EC 4.2.2.9).[16]
Rhamnogalacturonase: là enzym cĩ khả năng thủy phân liên kết glycoside trong các vùng phân nhánh nhiều của phân tử pectin (vùng rhamnogalacturonan). Sản phẩm cuối cùng của phản ứng thủy phân là các oligomer chứa các đơn vị rhamnose và galacturonic acid. Enzym nầy thường cĩ mặt trong các chế phẩm enzym thương mại.[16,17]
Hình 2.12: Vị trí tác động của hệ enzym pectinase
2.3 Enzym cellulase: 2.3.1 Định nghĩa:
Cellulase thuộc nhĩm enzym thủy phân. Enzym thủy phân cellulose thành cellobiose rồi thành glucose thơng qua xúc tác thủy giải liên kết ß-1,4-glycoside trong cellulose.[6,16]
2.3.2 Cơ chất:
- Cơ chất chủ yếu của enzym cellulase là cellulose. Cellulose là một homopolymer được cấu tạo bởi một chuỗi dài các gốc β-D-glucose khơng phân nhánh, các gốc glucose liên kết với nhau bằng liên kết β -1,4 - D -glycoside.[6]
Hình 2.13: Cơng thức cấu tạo cellulose
- Trong tự nhiên, cellulose thường ở dạng kết hợp với hemicellulose và lignin hình thành nên một cấu trúc bền vững, giúp chống đỡ các tế bào thực vật
trên cạn. Điều nầy ảnh hưởng nhiều đến sự thủy phân cellulose của enzym cellulase.
- Enzym cellulase cĩ thể tác động lên một số dẫn xuất của cellulose như CMC (carboxyl methyl cellulose), HEC (hydroxyl ethyl cellulose)...[32]
2.3.3 Phân loại:
- Quá trình phân giải cellulose tự nhiên do hệ enzym cellulase thực hiện gồm: C1, Cx và ß-glucosidase.
Enzym C1 là enzym khơng đặc hiệu, dưới tác động của enzym nầy, cellulose trương lên giúp enzym khác tác động.
Một hệ enzym thủy phân khác là Cx (hay 1,4-ß-glucanase) sẽ thủy phân các cellulose thành cellobiose. Enzym Cx được chia thành 2 loại:
+ Exo-1,4-ß-glucanase: hay cịn gọi là cellobiohydrolase (CBH) hay1,4-ß-D-glucan cellobiohydrolase. Mã số EC 3.2.1.91. Enzym nầy phân cắt liên kết ß-1,4-glucan thành cellobiose. Ví dụ như Trichoderma reesei tạo ra 2 loại cellobiohydrolase khác nhau: CBH I gắn lên chuỗi cellulose ở đầu khơng khử, cịn CBH II gắn lên chuỗi cellulose ở đầu khử.[5,16]
+ Endo-1,4-ß-glucanase: hay cịn gọi là 1,4-ß-D-glucan 4- glucanohydrolase. Mã số EC 3.2.1.4. Enzym nầy phân cắt liên kết ß-1,4- glycoside ở bất kỳ vị trí nào bên trong chuỗi cellulose tạo ra nhiều oligosaccaride, sẵn sàng cho cellobiohydrolase tác động lên nĩ.[6,16]
ß-D-glucosidase: hay cịn gọi là ß-D-glucoside glucohydrolase. Enzym nầy thủy phân cellobiose và cellodextrin thành các phân tử D-glucose.
Hình 2.14: Cơ chế xúc tác của cellulase
2.4. Enzym hemicellulase: 2.4.1 Định nghĩa:
- Hemicellulase là enzym thủy phân, xúc tác thủy giải hemicellulose. Hemicellulase thủy giải các liên kết ß-glycoside như ß-1,6; ß-1,3 hay ß-1,4- glycoside trong phân tử.[9]
2.4.2 Cơ chất:
- Hemicellulose là cơ chất của enzym hemicellulase. Hemicellulose được cấu tạo từ các loại đường khác nhau, các gốc nầy được nối với nhau bằng liên kết β -1,3; β -1,4; β -1,6 glycoside. Hemicellulose thường tồn tại ở dạng mạch ngắn, phân nhánh. Hemicellulose cĩ ở thành tế bào rau quả nhưng kém bền hơn cellulose. Khác với cellulose, hemicellulose vừa là vật liệu cấu trúc vỏ tế bào vừa là nguyên liệu dự trữ năng lượng cho các quá trình trao đổi chất trong rau quả. Khi thủy phân hemicellulose sẽ thu được các monosacchride như manose, galactose, xylose hay arabinose. [9,16]
2.4.3 Phân loại:
- Trong thực vật thì xylan là loại hemicellulose thường gặp nhất. Xylan là 1 polysaccharid dị thể, mạch chính được cấu tạo bởi các đơn vị D-glucose nối nhau bằng liên kết 1,4-ß-xylopyranosyl, mạch nhánh liên kết với arabinose, acid glucuronic hay acid arabinoglucuronic. Vì vậy để thủy phân hồn tồn xylan phải cĩ sự phối hợp hoạt động của nhiều enzym khác nhau. Và chỉ cĩ riêng xylanase là tác động lên mạch chính của xylan.[16]
- Các enzym tham gia vào quá trình phân cắt xylan:
+ Xylanase (EC 3.2.1.8) hay endo-ß-1,4-xylanase thuộc nhĩm enzym thủy phân, là enzym phân cắt xylan do thủy giải liên kết 1,4-ß-xylopyranosyl trong xylan.[16]
+ ß-xylosidase (EC 3.2.1.37): Enzym nầy cĩ khả năng thủy phân xylobiose và xylooligosacchride. ß-xylosidase khơng phân cắt được xylan nhưng lại cĩ thể thủy phân p-nitrophenyl-ß-D-xylopyranoside.[32]
+ α-D-glucuronidase (EC 3.2.1.31): Enzym nầy cĩ tính đặc hiệu cao về cơ chất, chỉ phân cắt liên kết giữa 4-O-methylglucuronic và xylooligosacchride, cĩ hoạt tính thấp trên các polymer glucuronoxylan. Enzym nầy hoạt động hiệu quả khi cĩ sự phối hợp với xylanase và ß-xylosidase.
+ α-L-arabinofuranosidase (EC 3.2.1.55): Đây là exo-enzym cĩ khả năng phân cắt liên kết α-1,3-arabinofuranoside từ các đơn vị xylopyranoxyl trên