1.3.1 Khái niệm phản ứng thủy phân[13, 14, 15]
Phản ứng thủy phân là phản ứng phân hủy các chất có sự tham gia của nước.
Phản ứng thủy phân là phản ứng quan trọng trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp thực phẩm. Người ta ứng dụng phản ứng thủy phân trong công nghiệp thực phẩm để sản xuất ra hàng loạt sản phẩm mới khác xa với tính chất của nguyên liệu ban đầu về tính cảm quan, về tính dinh dưỡng của sản phẩm. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp phản ứng thủy phân có hại cho các sản phẩm thực phẩm trong quá trình bảo quản.
Phương trình tổng quát của phản ứng thủy phân R1R2 + H2O Enzym
(H+, HO-)
R1OH + R2H
Các tác nhân làm xúc tác cho phản ứng thủy phân thường là các acid, base hay các enzyme hydrolase trong đó đặc biệt được ứng dụng rộng rãi là các enzyme có nguồn gốc vi sinh vật và thực vật.
Trong phản ứng thủy phân có sự tham gia của một lượng nước rất lớn do đó tốc độ của phản ứng thủy phân chỉ tùy thuộc vào nồng độ của cơ chất. Như vậy, phản ứng thủy phân xúc tác bởi enzyme là phản ứng đơn phân có thứ bậc 1.
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HểA HỌC CHIấM LÂM PHÚC DIỄM 1.3.2 Quy trình thực hiện phản ứng thủy phân
e e
Hình 1.8. Sơ đồ phản ứng thủy phân
Quá trình chuyển từ protein bánh đậu phộng thành acid amin là một quá trình khá phức tạp. Dưới điều kiện thích hợp cho quá trình thủy phân, enzyme sẽ tham gia phản ứng theo sơ đồ sau:
E + S ---> ES --> S + P
Người ta cho rằng ban đầu enzyme sẽ liên kết với cơ chất (bánh dầu đậu phộng), sau đó mới diễn ra sự thủy giải và tạo ra các sản phẩm là các acid amin và các đoạn peptid ngắn.
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HểA HỌC CHIấM LÂM PHÚC DIỄM Ở đây E là enzyme papain và S là protein đậu phộng, ES là phức hợp trung gian giữa enzyme và cơ chất, P là sản phẩm (chủ yếu là các acid amin và các peptid cấp thấp).
Sự tạo thành và chuyển biến của hợp chất trung gian ES xảy ra qua 3 bước:
Bước 1: Enzyme kết hợp với protein tạo thành phức enzyme – protein (ES).
Bước 2: Có sự thay đổi mật độ điện tử và sự biến dạng hình học của các mối liên kết đồng hóa trị trong phân tử cơ chất S cũng như trung tâm hoạt động của E.
Bước 3: Giai đoạn tạo thành acid amin hay peptid cấp thấp và giải phóng enzyme.
1.3.3 Các thay đổi hóa sinh trong quá trình thủy phân:
Những nghiên cứu về sự liên kết enzyme và cơ chất đề ra giả thuyết: phần lớn các enzyme trở nên hấp thụ với bề mặt ngoài của protein đậu phộng theo một tiến trình tương đối nhanh, sau đó sự khuếch tán những phân tử enzyme vào trong những thành phần này xảy ra chậm hơn. Sự thủy phân những nối peptid của protein đậu phộng có thể chia làm hai pha:
Pha nhanh (pha động): xảy ra ở giai đoạn đầu. Trong suốt pha này, một số lớp peptid bị phá hủy trong một đơn vị thời gian và một phần chất hòa tan được phóng thích vào trong dung dịch.
Pha chậm (pha tĩnh): tốc độ thủy phân càng về sau càng giảm, tiến trình hầu như ít có sự thay đổi cho đến khi phản ứng thủy phân kết thúc.
1.3.4 Tính chất của sản phẩm sau thủy phân[16]
Tính chất quan trọng nhất của sản phẩm là tính dinh dưỡng. Chiều dài chuỗi peptid của sản phẩm thủy phân có tầm quan trọng đặc biệt. Khả năng hòa tan, khả năng nhũ tương, vị đắng …đều phụ thuộc ít nhiều vào kích thước và trọng lượng phân tử của các loại proteint có trong sản phẩm. Tất cả các sản phẩm thủy phân đều có vị đắng ở những mức độ khác nhau làm hạn chế rất nhiều tính cảm quan của sản phẩm. Vị đắng là nhược điểm chung của các sản phẩm thủy phân với xúc tác enzyme và được cho là có liên quan đến những peptid có trọng lượng phân tử thấp (khoảng 6,000 Da). Ta không thể khử được vị đắng nhưng có thể giảm bớt được
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HểA HỌC CHIấM LÂM PHÚC DIỄM bằng cách kiểm soát mức độ thủy phân để cho những peptid có phân tử lượng lớn chiếm ưu thế.
Việc sử dụng enzyme làm xúc tác có nhược điểm là thủy phân không triệt để, sau thủy phân còn khoảng 20% nitơ tổng số vẫn không tan, do đó người ta thường phối hợp thủy phân bằng hóa chất để nâng cao hiệu suất thủy phân.
1.3.5 Ƣu và nhƣợc điểm của phản ứng thủy phân:
1.3.5.1 Ƣu điểm:
Do enzyme hydrolase có tính đặc hiệu cao nên ít hoặc hầu như không tạo thành sản phẩm phụ. Dịch thủy phân thu được có độ thuần khiết cao.
Sử dụng enzyme xúc tác phản ứng có thể định hướng được phản ứng xảy ra và sản phẩm tạo thành.
Có thể điều chỉnh được phản ứng nhằm tạo ra sản phẩm mong muốn.
Hiệu suất thủy phân của enzyme khá cao, chỉ cần một lượng nhỏ enzyme cũng có thể thủy phân được một lượng rất lớn cơ chất.
Trong phản ứng xúc tác bởi enzyme thì yêu cầu về độ thuần khiết của cơ chất không cao.
Không như một số phản ứng hóa học khác, phản ứng thủy phân với xúc tác enzyme xảy ra ở những điều kiện ít khắc nghiệt hơn.
Phản ứng thủy phân bằng enzyme có biệt tính chọn lọc lập thể cao.
1.3.5.2 Nhƣợc điểm:
Thời gian thủy phân với xúc tác enzyme thường kéo dài hơn so với thủy phân với xúc tác acid.
Dịch sau thủy phân thường khó lọc.
1.4 ỨNG DỤNG ENZYME PAPAIN LÀM XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG