Quả Thanh Trà là một trong những loại quả nhiệt đới có thời vụ thu hoạch ngắn, được trồng nhiều ở các tỉnh miền tây nam bộ nước ta, đây là loại quả có hương vị hấp dẫn cùng với giá trị dinh dưỡng khá cao rất thích hơp cho mục chế biến. Thành phần quả có chứa một ít lượng pectin 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.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 t ươi.
Vậy nên, với muc tiêu của đề tài, nhằm tạo ra sản phẩm nước giải khát lên men từ thanh trà tốt nhất thì enzymepectinase đãđược nghiên cứu sử dụng.
1.2.4.1 Bản chất của enzyme pectinase: [8]
Enzym pectinase là enzyme xúc tác sự phân hủy của các polymer pectin.
Enzym pectinase là protein có hoạt tính xúc tác, dạng hạt, các, có thể hòa tan trong nước, trong dung dịch muối loãng nhưng không tan trong dung môi không phân cực.Dung dịch enzyme pectinase có tính chất của dung dịch keo ưa nước. Khi hào tan
enzyme vàonước các phân tử lưỡng cực nước sẽ kết hợp với các ion, các nhóm ion hoặc các nhóm phân cực trong phân tử enzyme 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. Enzyme trong dung dịch dễ dàng bị kết tủa bởi các yếu tố vật lý và hóa học vốn làm kết tủa protein.
1.2.4.2 Cơ chế tác dụng của enzyme pectinase:
Trong sản xuất chế biến rượu vang và nước quả người ta sử dụng enzyme pectinase nhằm 2 mục đích cơ bản.
Phá vỡ thành tế bào thực vật nhằm nâng cao hiệu suất thu nước quả
Tế bào thực vật được cấu tạo bằng vỏ tế bào (thành tế bào). Vỏ tế bào như một lớp thành bảo vệ rất hữu hiệu và tạo hình cho tế bào. Ở vỏ tế bào thực vật có nhiều chất pectin, các chất pectin đ ược xem như chất ciment gắn các tế bào với nhau. Phá vỡ sự gắn kết này sẽ tạo điều kiện cho các vật chất trong tế bào thoát ra khỏi tế bào. Các enzyme pectinase sẽ phá vỡ thành tế bào và giúp quá trình thu nhận dịch tốt hơn.
Làm trong và ổn định chất lượng nước
Nước quả sau khi được tách khỏi tế bào thường chứa nhiều chất khác nhau. Trong đó chất pectin chiếm lượng đáng kể và pectin thường gây hiện tượng độ nhớt cao và gây đục nước quả.
Các chất protein có trong b ào tương, màng tế bào và gian bào. Pectin chứa polygalacturonic acid, araban và galactan. Trong đố lượng polygalacturonic acid chiếm tới 40 – 60%. Khi bị thủy phân, pectin tách thành hai phần:
- Phần trung tính – phức chất galactanoraban - Phần acid - acid pectic.
Trong bào tương pectin n ằm ở dạng hòa tan. Trong màng tế bào và gian bào, chúng nằm ở dạng không hòa tan gọi là protopectin. Protopectin ở màng gian bào có chứa lượng kim loại khá lớn và một lượng nhóm metocyl đủ để làm protopectin bền vững. Còn protopectin ở màng tế bào chứa một lượng kim loại không nhi èu, có độ metocyl hóa cao. Vì thế, tế bào thực vật có khả năng trương nở tốt.
Nếu enzyme tham gia phân giải pectin ở gian bào sẽ làm các tế bào khó lên kết với nhau và thịt quả dễ dàng bị mềm ra. Pectin thường có mối liên kết hydro và lien kết nguyên tử yếu hơn so với cellulose.
1.2.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng của enzyme pectinase: a.Ảnh hưởng của nồng độ enzyme.
Nói chung trong điều kiện thừa cơ chất, tốc độ phản ứng bậc nhất phụ thuộc vào nồng độ enzyme: Khi thừa cơ chất thì khi nồng độ enzyme tăng, vận tốc tăng. Khi nồng độenzyme bão hòa với nồng độ cơ chất thì nồng độ enzyme tăng vận tốc không thay đổi.
b.Ảnh hưởng của cơ chất.
Trong các phản ứng do enzyme xúc tác trước hết tạo thành phức trung gian giữa enzyme và cơ chất. Sau đó phức này chuyển hóa tiếp tục tạo thành sản phẩm cuối cùng và enzyme tự do, enzyme này lại tiếp tục kết hợp với phân tử c ơ chất khác. Giả sử phản ứng chỉ có một cơ chất S và tạo thành sản phẩm P, phản ứng xảy ra nh ư sau: ES là phức trung gian “Enzyme– 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 enzyme trong phản ứng đều tham gia vào phức, tốc độ sẽ đạt 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 enzyme.Các chất này có tác dụng kim hãm tất cả các enzyme. Ngoài ra có nhiều chất khác không làm biến tính protein enzyme 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 enzyme tạo thành phức Enzyme– chất kìm hãm theo phản ứng sau:
K+i
E + I EI K-i
- 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 enzyme thì
cuối cùng phản ứng enzyme sẽ ngừng ho àn toàn. Hơn nữa khi loại chất kìm hãm hoạt độ của enzymecũng 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 enzyme– chất kìm hãm.
K+ i K1 =
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 enzyme có thể được phục hồi sau khi loại chất kìm hãm.Các chất kìm hãm có thể tác dụng với enzyme 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 enzyme bằng cách gián tiếp hay trực tiếp.
- Hoạt hóa gián tiếp: Nếu chất hoạt hóa l àm tăng tốc độ phản ứng của enzyme 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 enzyme.
- Hoạt hóa trực tiếp: Các chất hoạt hóa th ường tác dụng vào trung tâm hoạt động của enzyme hoặc làm biến đổi cấu hình không gian của phân tử enzyme theo hướng có lợi cho hoạt động xúc tác.
e.Ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng của enzyme:
Theo quy luật của các phản ứng hóa học thông thường, vận tốc phản ứng enzyme càng tăng khi tăng nhi ệt độ, nhưng vì enzyme có bản chất là protein do đó khi tăng nhi ệt độ tới một giá trị giới hạn nào đó thì vận tốc phản ứng enzyme sẽ bị giảm do sự biến tính của protein. Trong khoảng nhiệt độ mà enzyme chưa bị biến tính thì hệ số nhiệt độ của đa
số enzyme vào khoảng 1,4 đến 2. Nghĩa là khi tăng nhiệt độ lên 10 0C thì vận tốc phản ứng tăng từ 1,4 đến 2 l ần. 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 độ ứng với vận tốc cực đại gọi là nhiệt độ tối thích.Nhiệt độ mà tại đó enzyme bị mất hoàn toàn hoạt tính gọi là nhiệt độ tới hạn. Nhiệt độ tối thích của enzyme không giống nhau, thường enzyme có nguồn gốc thực vật có nhiệt độ tối thích là 50 ÷ 600C, enzyme từ nguồn gốc động vật 40 ÷ 500C.... Nhiệt độ qua thấp cũng làm giảm hoạt độ của enzyme, nhưng do trong điều kiện này enzyme không bị biến tính nên khi đưa nhiệt độ trở lại điều kiện thích hợp thì hoạt tính của enzyme lại được phục hồi.
f.Ảnh hưởng của pH môi trường:
- pH có ảnh hưởng lớn tới vận tốc phản ứng của enzyme, mỗi enzyme chỉ hoạt động thích hợp nhất ở một pH xác định gọi là pH hoạt động tối thích của enzyme, pH tối thích của enzyme nằm trong vùng axit yếu, kiềm yếu hoặc trung tính, chỉ có một số enzyme có pH hoạt đông tối thích nằm trong vùng axit mạnh hoặc kiềm mạnh. PH môi trường ảnh hưởng tới vận tốc enzyme là do:
- pH làm thay đổi trạng thái ion hóa của các nhóm định chức ở trung tâm hoạt động enzyme 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 enzyme.
- pH làm thay đổi trạng thái ion hóa của c ơ chất, tại pH tối thích phân tử c ơ chất được ion hóa tới trạng thái thích hợp nhất cho sự kết hợp với enzyme. Nhờ đó phản ứng có vận tốc cao nhất. Hoạt tính của enzyme cũng phụ thuộc vào trạng thái bền của protein, ở pH quá cao hoặc quá thấp protein bị biến tính do đó enzyme cũng bị mất hoạt tính. 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.