Quả ổi là một trong những loại quả nhiệt đới có thời vụ thu hoạch ngắn, được trồng nhiều ở nước ta, đây là loại quả có hương vị hấp dẫn cùng với giá trị dinh dưỡng cao rất thích hơp cho mục chế biến. Thành phần thịt quả chứa một lượng pectin đáng kể nên làm cho hiệu suất trích ly dịch quả thấp, chất lượng dịch quả không cao.
Hơn nữa hàm lượng pectin tồn dư trong sản phẩm đã tạo cho sản phẩm dễ bị đục trở lại trong quá trình bảo quản, do vậy nước ổi vẫn chưa có thế mạnh trên thị trường. Đã có nhiều biện pháp được sử dụng để giải quyết các vấn đề còn tồn tại trên, nhưng trong đó sử dụng enzyme được coi là một trong những phương hướng tiến bộ có triển vọng của công nghệ sinh học ứng dụng vào ngành sản xuất đồ uống, nhằm giảm giá thành, nâng cao chất lượng và độ hấp dẫn của các sản phẩm được chế biến từ quả tươi.
Vậy nên, với muc tiêu của đề tài, nhằm tạo ra sản phẩm nước giải khát lên men từổi tốt nhất thì enzym pectinase đã được nghiên cứu sử dụng.
1. Bản chất của enzym.
Năm 1930 Ntrov và Kunitxow đã thu nhận được tinh thể protein của pepxin và tripxin. Notrov cũng đã có những bằng chứng xác thực rằng các tinh thể protein này chính là enzym. Sau đó nhiều nhà nghiên cứu cũng đã nhận được nhiều ezym khác nhau ở dạng tinh thể và cũng xác định rằng chúng đều là protein. Do đó đã đi đến định nghĩa: Enzym là protein có hoạt tính xúc tác.
Nghiên cứu hình dạng phân tử của nhiều enzyme cho thấy phần lớn enzyme đều có dạng hạt và có khối lượng phân tử lớn hơn 12000. Enzym có khối lượng phân tử bé nhất là ribonucleaza 12700. Đa số enzym có khối lượng 20000 đến 90000, có khi một triệu hoặc lớn hơn.
Giống với các protein hình hạt khác, các enzym có thể hòa tan trong nước, trong dung dịch muối loãng nhưng không tan trong dung môi không phân cực. Dung dịch enzym có tính chất của dung dịch keo ưa nước. Khi hào tan enzym vào nước các phân tử lưỡng cực nước sẽ kết hợp với các ion, các nhóm ion hoặc các
nhóm phân cực trong phân tử enzym tạo thành lớp vỏ hydrat. Lượng nước hydrat này khá lớn và có vai trò quan trọng là làm môi trường cho các phản ứng sinh hóa.
Enzym trong dung dịch dễ dàng bị kết tủa bởi các yếu tố vật lý và hóa học vốn làm kết tủa protein.
2. Cơ chế tác dụng.
Enzym là chất xúc tác sinh học, do đó trước tiên chúng mang đầy đủ các đặc điểm của chất xúc tác nói chung.
Các phản ứng chỉ có thể xảy ra khi phân tử các chất tham gia phản ứng va chạm với nhau ở vị trí xảy ra phản ứng và phải ở trạng thái hoạt động. Muốn hoạt hóa các phân tử cần cung cấp năng lượng cho chúng. Năng lượng đó gọi là măng lượng hoạt hóa. Các chất xúc tác nói chung và xúc tác enzym đều có khả năng làm giảm năng lượng hoạt hóa mà phản ứng yêu cầu bằng cách tiến hành qua các phản ứng tạo phức trung gian mà tổng số năng lượng hoạt hóa của chúng nhỏ hơn trường hợp không có chất xúc tác.
Sự tạo thành phức ES và biến đổi phức này thành sản phẩm P trải qua 3 giai đọa sau:
- Trong giai đoạn thứ nhất: Enzym kết hợp với cơ chất bằng liên kết yếu tạo thành phức enzym cơ chất (ES) không bền, phản ứng này xảy ra nhanh và đòi hỏi năng lượng hoạt hóa thấp.
- Trong giai đoạn thứ hai: Xảy ra sự biến đổi cơ chất dẫn đến sự kéo căng và phá vỡ các liên kết đồng hóa trị tham gia phản ứng này. Kêt quả là làm cho cơ chất được hoạt hóa dễ dàng tham gia phản ứng hơn.
- Trong giai đoạn thứ ba: Sản phẩm tạo thành còn enzym được giải phóng dưới dạng tự do.
3. Các yếu tốảnh hưởng tới tốc độ phản ứng của enzym. a. Ảnh hưởng của nồng độ enzym.
Nói chung trong điều kiện thừa cơ chất, tốc độ phản ứng bậc nhất phụ thuộc vào nồng độ enzym: Khi thừa cơ chất thì khi nồng độ ezym tăng, vận tốc tăng. Khi
nồng độ enzym bão hòa với nồng độ cơ chất thì nồng độ enzym tăng vận tốc không thay đổi.
b. Ảnh hưởng của cơ chất.
Trong các phản ứng do enzym xúc tác trước hết tạo thành phức trung gian giữa enzym và cơ chất. Sau đó phức này chuyển hóa tiếp tục tạo thành sản phẩm cuối cùng và enzym tự do, enzym này lại tiếp tục kết hợp với phân tử cơ chất khác. Giả sử phản ứng chỉ có một cơ chất S và tạo thành sản phẩm P, phản ứng xảy ra như sau:
ES là phức trung gian “Enzym – cơ chất”. Tốc độ phản ứng tỉ lệ với nồng độ phức chất trung gian. Nồng độ ES càng cao, tốc độ phản ứng càng lớn, khi toàn bộ enzym trong phản ứng đều tham gia vào phức, tốc độ sẽđạt cực đại (V).
c. Ảnh hưởng của các chất kìm hãm.
Tất cả những chất gây biến tính proten đều là những chất kìm hãm không đặc hiệu của enzym. Các chất này có tác dụng kim hãm tất cả các enzym. Ngoài ra có nhiều chất khác không làm biến tính protein enzym nhưng vẫn làm giảm hoạt độ xúc tác của nó. Nói chung tác dụng kìm hãm có thể là do chất kìm hãm kết hợp với enzym tạo thành phức Enzym – chất kìm hãm theo phản ứng sau:
- Nếu k = 0 phức chất EI hoàn toàn không phân li. Sự kìm hãm ở đây là không thuận nghịch. Dưới tác dụng của chất kìm hãm không thuận nghịch, mức độ kìm hãm tăng theo thời gian tác dụng, nếu nồng độ chất kìm hãm đủ lớn để bão hòa enzym thì cuối cùng phản ứng enzyme sẽ ngừng hoàn toàn. Hơn nữa khi loại chất kìm hãm hoạt độ của enzym cũng không được phục hồi
- Trong trường hợp kìm hãm thuận nghịch, hình thành trạng thái cân bằng của phản ứng trên, mức độ kìm hãm được thể hiện bằng hằng số phân ly (K1) của phức chất enzym – chất kìm hãm. E + I EI K - i K + i K1 = K + i K + i
Giá trị K1 càng lớn, phức chất càng dễ phân ly. Dưới tác dụng của chất kìm hãm thuận nghịch, hoạt động của enzym có thểđược phục hồi sau khi loại chất kìm hãm. Các chất kìm hãm có thể tác dụng với enzym theo nhiều cách:
+ Kìm hãm cạnh tranh.
+ Kìm hãm không cạnh tranh. + Kìm hãm phi cạnh tranh. d. Ảnh hưởng của chất hoạt hóa
Các chất hoạt hóa có thể làm tăng hoạt độ enzym bằng cách gián tiếp hay trực tiếp.
- Hoạt hóa gián tiếp: Nếu chất hoạt hóa làm tăng tốc độ phản ứng của enzym bằng cách loại trừ chất kìm hãm khỏi hỗn hợp phản ứng hoặc tham gia phản ứng nhưng không tác dụng trực tiếp với phân tử enzym.
- Hoạt hóa trực tiếp: Các chất hoạt hóa thường tác dụng vào trung tâm hoạt động của enzym hoặc làm biến đổi cấu hình không gian của phân tử enzym theo hướng có lợi cho hoạt động xúc tác.
e. Ảnh hưởng của nhiệt độđến phản ứng của enzym.
Theo quy luật của các phản ứng hóa học thông thường, vận tốc phản ứng enzym càng tăng khi tăng nhiệt độ, nhưng vì enzym có bản chất là protein do đó khi tăng nhiệt độ tới một giá trị giới hạn nào đó thì vận tốc phản ứng enzym sẽ bị giảm do sự biến tính của protein.
Trong khoảng nhiệt độ mà enzym chưa bị biến tính thì hệ số nhiệt độ của đa số enzym vào khoảng 1,4 đến 2. Nghĩa là khi tăng nhiệt độ lên 100C thì vận tốc phản ứng tăng từ 1,4 đến 2 lần. Khi bắt đầu có sự biến tính protein thì xảy ra hiện tượng: Một mặt vận tốc phản ứng vẫn tăng theo sự tăng nhiệt độ, mặt khác vận tốc biến tính protein xảy ra nhanh hơn. Kết quả là vận tốc phản ứng giảm dần tới đình chỉ hoàn toàn.
Nhiệt độứng với vận tốc cực đại gọi là nhiệt độ tối thích. Nhiệt độ mà tại đó enzym bị mất hoàn toàn hoạt tính gọi là nhiệt độ tới hạn. Nhiệt độ tối thích của enzym không giống nhau, thường enzyme có nguồn gốc thực vật có nhiệt độ tối
thích là 50 ÷ 600C, enzym từ nguồn gốc động vật 40 ÷ 500C.... Nhiệt độ qua thấp cũng làm giảm hoạt độ của enzym, nhưng do trong điều kiện này enzym không bị biến tính nên khi đưa nhiệt độ trở lại điều kiện thích hợp thì hoạt tính của enzym lại được phục hồi.
f. Ảnh hưởng của pH môi trường.
- pH có ảnh hưởng lớn tới vận tốc phản ứng của enzym, mỗi enzym chỉ hoạt động thích hợp nhất ở một pH xác định gọi là pH hoạt động tối thích của enzym, pH tối thích của enzym nằm trong vùng axit yếu, kiềm yếu hoặc trung tính, chỉ có một số enzym có pH hoạt đông tối thích nằm trong vùng axit mạnh hoặc kiềm mạnh. PH môi trường ảnh hưởng tới vận tốc enzym là do:
- pH làm thay đổi trạng thái ion hóa của các nhóm định chức ở trung tâm hoạt động enzym làm thay đổi khả năng phản ứng của các nhóm này trong phản ứng xúc tác và có thể làm thay đổi cấu trúc trung tâm hoạt động của enzym.
- pH làm thay đổi trạng thái ion hóa của cơ chất, tại pH tối thích phân tử cơ chất được ion hóa tới trạng thái thích hợp nhất cho sự kết hợp với enzym. Nhờ đó phản ứng có vận tốc cao nhất.
Hoạt tính của enzym cũng phụ thuộc vào trạng thái bền của protein, ở pH quá cao hoặc quá thấp protein bị biến tính do đó enzym cũng bị mất hoạt tính.
Trong đề tài này đã sử dụng enzyme pectinase. Enzyme được dùng với mục đích là: Thủy phân dịch quả nhằm tăng hiệu suất dịch ép, đồng thời góp phần làm trong dịch quả.