• Nenhum resultado encontrado

Ứng dụng Enzyme trong công nghiệp thực phẩm - Hoàng Kim Anh

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Ứng dụng Enzyme trong công nghiệp thực phẩm - Hoàng Kim Anh"

Copied!
282
0
0

Texto

(1)
(2)

HOÀNG KIM ANF • ^RAN

n g ọ c

iirẾU

ÚNG DỤNG ENZYME

TRONG

CÔNG NGHIỆP THựC PHẨM

(3)

L Ờ I MỞ Đ Ầ U

Enzyme đã được ứng dụng trong chế biến và cải tiến chất lượng thực phẩm từ nhiều năm qua. Những tiến bộ trong lĩnh vực công nghệ enzyme sẽ tạo điều kiện quan trọng để có th ể sản xuất các sẳn phẩm thực phẩm tố t hơn và an toàn hơn. Bên cạnh những ứng dụng truyền thống của enzyme trong sản xuất bánh nướng, pho-mai, cắc quá trình lên men, chế biến th ịt cá và cải thiện quá trình trích ly dịch quả... th ì việc tận dụng các nguồn phế lỉệu nông nghiệp để tạo ra những sản phẩm có giá trị gia tăn g cũng phụ thuộc rấ t nhiều vào các phản ứng enzyme.

Công nghệ enzyme có th ể được ứng đụng để tạo ra các th àn h phần ingredient, và bổ sung vào thực phẩm để tăng cường giá trị dinh dưỡng đồng thời tạo ra những lợi ích đặc biệt đôi với sức khỏe của người sử dụng. Enzyme đã dược nghiên cứu ứng dụng trong sản xuất các th à n h phần chất xơ prebiotics có vai trò cải thiện sức khỏe của hệ tiêu hóa, tạo ra các peptide có hoạt tính sinh học với chức năng kháng viêm, giảm đau, giảm huyết áp... Enzyme cũng được sử đụng để sản xuất các chất tăng cường mùi vị, cổc chất béo tái cấu trúc có giá trị dinh dưỡng cao, hay tạo các liên k ết ngang trong phân tử protein để sản xuất chất thay th ế chất béo...

Qua cuốn sách này, chúng tôi mong muôn sẽ mang đến cho bạn đọc những thông tin về các ứng dụng truyền thống cũng như khả năng ứng dụng mới của enzyme trong lĩnh vực công nghiệp thực phẩm.

Xin trâ n trọng cám ơn Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ th u ật dã tạo điều kiện để cuốn sách có th ể tới tay bạn đọc.

Các tác giả

(4)

Chương -L

n h ũ n g

ứ n g

d ụ n g

t r u y ề n

t h ố n g

c ũ A ENZYME TRONG CÔNG NGHIỆP

THỰC PHẨN

1. ENZYME TRONG CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT BÁNH NƯỚNG

B ánh mì và các loại bánh nướng là m ột tro n g những loại thực phẩm cung cấp đinh dưỡng chính h iệ n nay. H ằn g năm , s ả n lượng bộ t mì trê n th ế giới lên đến 600 triệu tấ n .

Người

Châu Âu n h ậ n dược gần một nửa nhu cầu carbohydrate và gổn m ột ph ần ba nhu cầu protein từ bột mì.

Người A i Cập cổ đại từ lâu đã sử dụng các enzyme nội

sinh có sần trong b ộ t mì mặc dù hoàn toàn chưa b iế t tá c dụng của chúng. Mãi đến th ế kỉ 20, con người mới b iết sử dụng enzyme đ ể làm tă n g ch ất lượng bột. ứ n g dụng đầu tiê n là đưa ct-amylase tro n g các h ạ t đại m ạch nây m ầm vào bộ t làm b án h nướng. Sau đó, amylase đại m ạch được th ay th ế bằng am ylase vi sinh v ật có tín h cỊịịu n h iệ t tố t hơn. Ngày nay, trong các sản phẩm b án h nướng người ta đã th ấ y sự h iện diện của h à n g lo ạt các loại enzyme khác nhau.

Mặc dù vẫn có các loại hóa chất có hiệu quả tương tự enzyme như sodium m etabisulfite, cysteine, azodicarbonamide (ADA), potassium brom ate nhưng xu hướng ngày nay trong ng àn h thực phẩm là lựa ehọn các sản phẩm “xanh” hơn, vì th ế các chất xúc tá c sinh học ngày càng được ưa chuộng.

(5)

1.1. A m y la se

Amylase d ể chuẩn hóa bột

H ầu h ế t enzyme dùng trong n g àn h b á n h nứớng đều có nguồn gốc từ vi n ấm như Taka-am ylase từ A spergillus oryzae (E .c. 3.2.1.1), được sử dụng^nhằm mục đích cải th iệ n th ể tích và cấu trú c ru ộ t bánh. Đầu tiê n enzym e sẽ có tá c dụng ph ân hỏy các h ạ t tin h b ộ t đã bị thương tổn, tạo ra m altose dưđí tác động của Ịì-amylase, nhờ đó đảm bảo được lượng kh í tạo ra b ên tro n g khối bột do m altose là loại đườhg nâ'm m en cổ th ể sử dụng. Cơ chế này có th ể hỗ trợ tích cực cho các loại bột kém c h ấ t lượng mà khổng cẩn bổ sung th ê m đường. Tuy n h iẽn , vai trò chính của am ylase là làm giảm độ n h ớ t của bột nhào tro n g quá trìn h hồ hóa tin h b ộ t ban đầu, tạ o tiề n đề cho việc tă n g th ể tích b án h tro n g giai đoạn nướng và tạo m ột cấu triíc đồng n h á t ở ru ộ t bánh.

T aka-araylase là tê n được đ ặ t cho enzym e am ylase sau khi n h à khoa học người N h ậ t Takam ine n h ậ n được bằng sáng chế số 525823 u s tạ i Mỹ vào năm 1894 cho việc s ả n xu ất am ylase từ vi nấm . Enzyme n ày b ắ t đầu được dùng tro n g qui trìn h làm b á n h mì từ n ă m 1928 nhưng m ãi đến 1955 mới đựợc th ô n g qua t ạ i Mỹ. Ưu điểm của Taka-am ylase là ít lẫn protease, chịu n h iệ t tương đối n ê u enzyme bị vô h o ạt ngay sau giai đoạn hồ h ổ a tin h bộ t (ở 70-80°C). Amylase thu từ đ ại m ạch và ltía mì đều chứa m ột lượng k h ắ nhiều protease và chịu dược n h iệ t độ cao h an n ê n Tất dễ có tá c dụng ngược khi dùng quá liều.

A m ylase là m g iả m h iện tượng cửng bán h

Đ ây là mục đích quan trọ n g thứ hai kh i dùng am ylase trong n g à n h b á n h nưđng. Quá trìn h bán h bị cứng lạ i khá phức tạ p nhưng nói chung là do h iện tượng th o ái h ó a của am ylopectin. G iai đoạn giảm n h iệ t độ trong v ài giờ sau khi nướng là giai đoạn hình th à n h n ên cấu trú c vỏ b á n h nhờ amylose được gel hóa, tạo n ên m ột m ạng lưđi tro n g đó có 6

(6)

chứa các h ạ t tin h bộ t đã hồ hổa. Quá trìn h tá i k ế t tin h các m ạch n h á n h am ylopectin sẽ là m cứng cếu trú c các h ạ t tin h bột, từ đó là m cứng vỏ bánh. Phương ph áp giải quyết là đưa vào các h ạ t amyỉose tá i k ế t tin h trong quá trìn h b án h bị cứng lại.

Mỗi lo ại am ylase sử dụng sẽ có m ột tá c động khác nhau. Các am ylase có h o ạ t tín h vừa p h ả i giúp tă n g th ể tích b án h . Các am ylase p h ân c ắ t bên trong m ạch có tấ c dụng làm m ạn g lưới gel giữa các h ạ t amylose trở n ên yếu ớt, nhờ đó vỏ b á n h ít bị cứng hơn sau khi nướng và trong th ờ i gian bảo quản. Nếu dùng các endo-amylase chịu n h iệ t th ì có th ể cho h iệu quả cao hơn. Một trong những enzyme cd tá c dụng tố t nhâ't là am ylase từ B. amyloliquefaciens dược sử dụng ở Mỹ từ th ậ p n iê n 1950. Enzyme n ày giúp b án h bảo qu ản được lâu hơn, tuy n h iê n chỉ cần dùng m ột lượng nhỏ, nếu dùng nh iều sẽ gây h iệ n tượng key-holding, h iện tượng vỏ b án h có cấu trú c dính, giảm độ dại. Nếu dùng amylase chịu n h iệ t sẽ h ạ n ch ế tác dụng ngược n ày nhưng hiệu quả làm giảm h iệ n tượng b án h cứng có th ể th ấ p hơn.

So với các am ylase p h â n cắt nội m ạch (endo-araylase) th ì các am ylase p h â n c ắ t từ bên ngoài (exo-amylase) như G4 am ylase (E .c . 3.2,1.60) và maltogenic am ylase (E .c . 3.2.1.133) cho h iệu quả tố t hơn. Nhờ k h ả năn g c ắ t ng ắn bớt m ạch am yĩopectin, giải phóng m aỉtooligosaccharide m à các enzyme n ày có th ể giúp tr á n h h iệ n tượng tá i k ế t tin h của am ylopectin, giúp vỏ bắn h m ềm hỡn, dai hơn m à khô n g làm yếu quá mức m ạng lưới amylose. Ngoài ra, các đoạn amylose kích thước vừa p hải được tạo ra nhờ tác dộng của exo-amylase có th ể giúp quá trìn h k ế t tin h amylose xảy ra n h a n h hơn quá trìn h th o á i h ó a am ylopectin, nhờ đó giảm h iệ n tượng gấn k ế t quá mức làm cứng vỏ bấnh.

(7)

1.2. X y la n a se

Xylanase (E.c. 3.2.1.8, P-l,4-D-xylan xylanohydrolase), C Ò D CỔ tê n là pentosanase hoặc hemicelỉulase, xúc tá c p h ả n ứng th ủ y ph ân liên k ế t P-l,4-D-xylosidic n ằm bên tro n g ph ần tử xylan. Xylanase thường giúp giảm bớt các v ấn dề p h á t sin h ỏ khối bột nhào làm từ bột kém ch ất lượng, giúp ổn định khối bột, cải th iệ n cấu triỉc ruột và th ể tích bán h mì.

r r 0H 011 n I I <11Ò> 0 OH 0 ° R0.T 'C ^ '0\ / o- ' Y—-' ' — "°\ AcO- X— HO- V— 0 OH OH OH 9 IIO O C -H -OCH,

H ì n h 1.1. Cấu trúc của arabinoxylan

(8)

Cơ c h ấ t chính của enzyme là arabinoxyỉan, một loại polysaccharide không phải tin h bột chiếm tới 60-70% vách tế bào lúa mì và 2-3% trong bột ngũ cốc. Trước đáy arabinoxylan được chia th à n h hai ph ản là ph ần không ch iết được bằng nước (WU-AX, w ater unextractable arabinoxylan) và p h ầ n ch iết được bằn g nước (WE-AX, w ater extractabỉe arabinoxylan).

Hai arabinoxylan này không giống nhau về khối lượng p h â n tử (WU-AX cao hơn) và nồng độ diferulate. Nồng độ diferulate có th ể giúp giải thích sự khác b iệ t về kích thước p h â n tử và k h ả Dăng bị trích ly bởi nước của hai loại arabinoxylan. Do WU-AX c6 nồng độ diferulate cao hơn n ên số liê n k ế t chéo tạo ra giữa các phán tử AX nhiều hơn và khối lượng p h â n tử cũng lớn hơn WE-AX. Điều này cũng lý giải vì sao m ột p h ần AX không th ể chiết được bằng nước.

Đặc điểm quan trọng n h ấ t của AX trong ngũ cốc là khả n ă n g giữ nước của WU-AX và tạo tín h nhớ t của các loại AX. Có tá c giả đã chứng m inh rằn g WU-AX có th ể hấp thu một lượng nước gấp mười lần trọng lượng của chúng. Các AX đểu có độ n h ớ t r ấ t cao. Chính các tín h chất này đã cho th ấ y rõ chức n ă n g của xylanase trong ngành bánh nướng.

Tùy vào sản phẩm mà AX trong bột sẽ có những ảnh hưởng khốc nhau như ảnh hưởng lên quá trìn h tạo bột nhào, đặc điểm bột nhào, chất ỉượng của sản phẩm . Đã có bằng chứng cho rằ n g WU-AX ảnh hưởng xâu lên m ạng lưới gluten n ê n giảm tín h ổn định của khối bột nhào, k ết quả là làm thay đểi ch ất lượng sản phẩm . Nếu không dùng xylanase, sản phẩm sẽ bị giảm th ể tích so với sản phẩm có WU-AX đã bi biến dổi

bài xylanase. Dùng xylanase để chuyển WU-AX th à n h các

arabinoxylan hòa ta n (S-AX, solubilized arabinoxylan) có th ể giúp chuyển chúng th à n h các polymer chức năng. S-AX khối lượng p h â n tử lớn có th ể h oạt dộng như chất tạo gel, tă n g độ n h ớ t cho khối bột nhào, làm hệ thống khối bột nh ào ổn định hơn. Đã có nhiều chứng minh thực tế trong việc dùng xylanase để cải th iệ n cấu trúc và tă n g th ể tícli bán h lên 10-30%.

(9)

Trong raột số sản phẩm dạng khô hơn như b á n h mì giòn, cracker, AX làm tă n g độ nhớt của khôi bột, ngăn trở quá trìn h bốc hơi nước trong giaỉ đoạn nướng bánh do k h ả n ăn g giữ nước của AX. Điều này làm thời gian nướng bán h bị kéo dài, sả n phẩm bị sậm màu. Các enzyme xylanase dùng tro n g sản xuất các loại b á n h khô này cần ph ải cố tín h đặc hiệu với WE-AX và S-ÂX để làm giảm độ nhớt cho khối bột nhào.

(10)

B ả n g 1.1. Cầc loại enzyme dùng trong bánh nướng Tên thông Kí h iệu f E Ú ỉ - Tên hệ thống P h à n ứng xúc tác T ẽn k liác a-Amylase E.c. 3.2.1.1 1,4-a-D-glucan glucanohy drola se

Nội thủy phân liên kết 1,4-a- D-glucosidic của polysaccharide có chứa 3 đến

hơn 4 đơn vị D-glucose nối nhau bằng liên kết 1,4

glycogenase; a-araylase, alpha-amylase; endoamylase; Taka-

amylase A Gĩucan 1,4- maltotetrao- hydrolase E.c. 3.2.1.60 Glucan 1,4-a- maltotetrao- hydrolase

Thủy phân liên kết 1,4-a-D- glucosidic trong tinh bột, loại liên tiếp maltotetraose từ đầu

không khử exo-maltotetraohydrolase; G4- araylase; maltotetraose-forming amylase Glucan 1,4-a malto- hydrolase E.c. 3.2.1.133 1,4-a-D-glucan ct-maltohydroỉase Thủy phân liên kết 1,4-ot-D-glucosidic trong polysaccharide, loại bỏ liên tiếp a-maỉtose từ đầu không

khử roaltogenic o-amylase Endo-l,4-p-xylanase E.c. 3.2.1.8 1,4-P-D-xylan xylanohydrolase Thủy phân liên kết 1,4'P-D- xyloaidic bên trong phân tử xylan endo-l,4-xylanase; xylanase; P-1,4- xylanase; endo-p-l,4-xylanase; endo-1,4-0-D-xylanase; 1,4-p- xylanxylano-hydrolase; p-xylanase; p-1,4-xylanxylaao-hydrolase

(11)

Tên thông thườn* Kí hiệụ EtC* Tên hộ thống P h ản ứng xúc tác ■ T ế n k h á c Glucose oxidase 1.1.3.4E.c. p-D-glucose:oxygen 1 -oxidoreductase P-D-glucose+ c>2 D*glucono- 1,5-lactone + H2O2

glucose oxyhydrase; corylophyline; penatin; glucose

aerodehydrogenase; microcỉd; P-D- giuoose oxidase;

D-glucose oxidase; D-glucose-1- oxidase; P-D-glucose:quinone oxidoredưctase; glucose oxyhydraae;

deoxin-1; GOD Hexose oxidase E.c. 1.1.3.5 D-hexose:oxygen 1-oxidoređtictase P-D-glucose+ O2 D-glucono- 1,5-lactone + H2O2 Galactose oxidase E.c. 1.1.3.9 D-galactose :oxygen 6-oxidoreductase D-galactose + O2 D- galactohexođialdose + H2O2 D-galactose oxidase; p-galactose oxidase Pyranose oxidase E.C. 1.1.3.10 pyranose: oxygen 2-oxidoreductase D-glucose + O2 2-dehydro-D-glucose + H20 2 glucose-2-oxiđase; pyranose-2-oxidase

Thiol oxidase 1.8.3.2E.c. oxidoreductaseThiol:oxygen R’C(R)S-S(R)CR’ + 2 H204 R’C(R)SH + Ơ2 2 sulfhydryl oxidase

L-Amino-acid oxidase E.C. 1.4.3.2 L-amino- aciđ:oxygen oxiđoreductase (loại amin) L-amino acid + H20 + O2 2-0X0 acid + NH3 + H2O2 ophio-amino-acid oxidase

(12)

Tên thông thường KI h iệu E.C. Tên h ệ thống P h ản tfng xúc tác ■ ::i : .Ã:;. :■>. T ên khác !'■ " ... :V...,s-! -Ù'.. Lipoxygenase E.c. 1.13.11. 12 Linoleate:oxygen 13-oxidoreductase Linoleate + 0 2 -ỳ (9Z,11EH 13S)-13- hydroperoxyoctadeca 9,11- dienoate

ỉipoxidase; carotene oxidase; lipoperoxidase; fat oxidase;

lipoxydase; linoleate: 0 2 oxidoreductase Peroxidase E.c. 1.11.1.7 Chất cho: hydro gen-peroxide oxidoreductase Chất cho + H2O2 4 Chất nhận dã bị oxi hóa + 2H20 myeloperoxidase; lacto-peroxiđase; verdoperoxidase; guaiacol peroxidase; thiocyanate peroxidase;

eosinophil peroxidase; Japanese radish peroxidase; horseradish

peroxidase (HRP); extensin peroxidase; heme peroxidase; MPO;

oxyperoxidase; protoheme peroxidase; pyrocatechol-per oxidase; scopoletin

peroxidase Catechol oxidase 1.10.3.1E.c. 1,2 benzenediol: oxygen oxidoreductase 2 catechol + O2 2 1,2-benzoquinone + 2 H20

diphenol oxidase; o-diphenolase; phenolase; polyphenol oxidase; tyrosinase; pyrocatechol oxidasè;

Dopa oxidase; catecholaae; 0-

diphenoI:oxygen oxidoreductase; o-diphenol oxidoreductase

(13)

Tên thông thường Kí hiệu EC. Tên hộ thống Phản ứng xúc tác T ên khác Laccase E .c. 1.10.3.2 benzenediol:oxygen oxỉdoreductase 4 benzenediol + c>2• ¥ 4 benzosemiquinone + 2 H2O

urishiol oxidase; urushiol oxidase; p-diphenol oxidase Monophenol mono-oxygenase E .c. 1.14.18.1 monophenol, L- dopa:oxygen oxidoreductase L-tyrosine + L-dopa + O2 -> L-dopa + dopaquinone + H20

tyrosinase; phenolase; monophenol oxidase; cresolase; catechol oxidase;

polyphenolase; pyrocatechol oxidase; dopa oxidase; chlorogenic

oxidase; catecholase; polyphenol oxidase; monophenolase; o-diphenol

oxidase; chlorogenic acid oxidase; diphenol oxidase; o-diphenolase;

tyrosine-dopa oxidase; 0-

diphenol:oxygen oxidoreductase; polyaromatic oxidase; monophenol

monooxidase; o-diphenol oxidoreductase; monophenol dihydroxyphenylalatiine:oxygen oxidoreductase; N-acetyl-6- hydroxytryptophan oxidase; monophenol, dihydroxy-L- phenylalanine oxygen oxidoreductase; o-diphenol:02 oxidoreductase; phenol oxidase

(14)

Tên thông thường

Kí hiệu

E.C. Tên hộ thống Ph án ứng xức tác ^ T êu k hác

Triacyl-

glycerol lipase E.c. 3.1.1.3

triacylglyceroì acyl hydrolase

Triacylglycerol + H2O Diacylglycerol + 1 carboxylate

lipase; triglyceride lipase; tribưtyrase; butyrinase; glycerol ester hydrolase;

tributyrinase; Tween hydrolase; steapsin; triacylglycerol lipase; triace tinase; tributyrin esterase; Tweenase ;■ Amno N-AP; Takedo 1969- 4-9; Meito MY 30; Tweenesterase; GA 56; capalase L; triglyceride hydrolase;

triolein hydrolase; tween- hydrolyzingesterase; amano CE;

cacordase; trigỉyceridase; triacylglycerol ester hydrolase; amano

P; amano AP; PPL; glycerol-ester hydrolase; GEH; meitoSangyo OF lipase; hepatic lipase; lipazin; post' heparin plasma protamine-resistant

lipase; salt-resistant post-heparin lipase; heparin releasable hepatic lipase; amano CES; amano B; tributyrase; triglyceride lipase; liver lipase; hepatic onoacylgiycerol

(15)

Tên thông thường K ih ỉệ u E-C. Tên hộ thống ' P h ả n ứng xúc tác Tên khấc Phospholipase A2 E.c. 3.1.ỉ.4 phosphatidylcholine 2-acylhydrolase Phosphatidylcholine + H20 -> 1-acylglycerophosphocholine + 1 carboxylate lecithinase A; phosphatidase; phosphatidolipase; phospholipase A Galactolipase E.c. 3.1.1 26 galacỉolĩpase l,2-diacyl-3-(ì-D-gaiactosyl-sn- gỉycerol + 2 H2O -ỳ 3-p-D-gaỉactosyl-sn-glycerol + 2 carboxylate Phosphữlipase AI E.c. 3.1.1.32 phosphatidylcholine l-acylhydrolase Phosphatidylcholine + H20 -> 2-acylglycerophosphocholine + 1 carboxylate Phospholipase D E.c. 3.1.4.4 phosphatidylcholine Phosphatido-hydrolase Phosphatidylcholine + HzO choline + 1 phosphatidate lipophosphodiesterase II; lecithinaae D; choline phosphatase Peptidase E.c. 3.4.X .X X Phụ thuộc vào từng loại peptidase riêng

Thủy phán liên kết peptide từ

(16)

Tên thông thường Kí hiệu E.C. Tên hệ thống P h ản ứng xúc tác Tên khác Protein-glutamine y-glutamyl-transferase E.c. 2.3.2.13 Protein glutamine: amine y-glutamyl- transferase protein glutamine + alkylamine -> protein N5- alkyỉgỉutamine + NH3 transglutaminase; nhân tố XHIa; fibrinoligase; yếu tố ổn định fibrin;

glutaminylpeptide y- glutamyltransferase; polyạmine

transglutaminase; tissue transglutaminase;

R-glutaminylpeptide; amine y -glutamyl transferase

(17)

J

1.3. O x id o red u cta se

Các enzyme oxy hóa có tác dụng tó t lên quá trìn h hình thành và chất lượng khôi bột nhào. Chất lượng bột nhào sẽ trực tiếp làm thay đổi các tham số khác như th ể tích, cấu trúc bánh và cấu trức vỏ bánh nướng. Trong quá trìn h nhào bột và dóng khuôn, các liên k ết disulfide sẽ đồng thời được hình th à n h và bị bẻ gãy bên trong mạng lưới gluten. Nếu quá trin h này xảy ra tối ưu sê giúp cho khối bột nhào có mạng lưới gluten bền chấc. Ở nhiều nước, người ta đã sử dụng một số hóa chất như acid ascorbic, bromate để tăng cường liên kết disulfide trong quá trìn h làm bánh mì. Tuy nhiẽn ngày nay người tiêu dừng phương tây có khuynh hướng thích các loại thực phẩm không chứa chất hóa học. Ngoài ra, luật lệ tại Mỹ và các nước Châu Âu cũng giới h ạn việc sử dụng bromate trong thực phẩm vì th ế r ấ t cần phải có th àn h phần thay th ế chất hóa học này. Các enzyme chính là một trong những lựa chọn được đặt ra.

G lucose o x id a se (E.c. 1.1.3.4) thường được thu nh ận từ

Aspergillus niger, xúc tác phản ứng oxy hóa glucose để tạo th àn h

gluconolactone và hydrogen peroxide với sự tham gia của oxy. Hydrogen peroxide sinh ra sẽ phản ứng với nhóm thiol tự do có trong gluten để hình th àn h liên k ết disulfide, làm cho mạng lưới eluten trở nên bền chắc hơn. Glucose oxidase giúp khôi bột nhào khô, ít bị dính. Chính vì các đặc điểm này mà glucose oxidase nên được sử dụng k ẹt hợp với xylanase vì enzyme xylanase thường tạo ra độ dính nếu chỉ dùng một mình.

H exose o x id a se

(E.c.

1.1.3.5) là một enzyme có nguồh gốc từ tảo biển chứa carrageenan Chondrus crispus. Enzyme này có độ đặc hiệu cơ chất rấ t rộng, có khả năng oxy hóa glucose, galactose, maltose. Thường chúng oxy hóa các cơ chất có sẵn trong bột, chủ yếu là glucose và maltose thành các lactone tương ứng đi kèm với quá trìn h sử dụng oxy và sinh hydrogen peroxide. Hydrogen peroxide tạo ra sẽ oxy hóa nhóm thiol trong gluten và hình th à n h liên k ết disulfide.

(18)

L ip o x y g en a se (E.c. 1.13.11.12) đi vào sản phẩm bánh thông qua việc sử dụng bột đậu nành và các loại bột từ đậu chưa qua xử lý nhiệt. Chúng làm vỏ bánh mì trắn g hơn. Lipoxygenase xúc tác phản ứng oxy hóa các acid béo không no chứa nhóm cỉs-

cis- 1,4-pentadiene. Kết quả tạo ra các hydroperoxide từ acid béo,

có thể làm m ất màu carotenoid có trong bột nhào. Ngoài vai trò làm trắ n g bột, tương tự như các enzyme oxy hóa khác, enzyme này có th ể làm tăng chết ỉượng của bánh mì nhờ quá trìn h hình th àn h các liên kết disulfide trung gian giữa các phân tử trong mạng lưới gluten.

S u lfh y d ry l oxid ase (E.c. 1.8.3.2) thường dược thu nhận từ A

niger, xúc tác phản ứng oxy hóa nhóm sulfhydryl tự do thành nhóm

disulfide. Tuy nhiên, một câu hỏi đạt ra là liệu sulfhydryl oxidase sẽ chỉ có hoạt tính giới hạn đối với gốc SH trong cơ chất phản tử lượng cao như gluten hay không? Nói chung, vẫn còn phải tiếp tục nghiên cứu về khả năng ứng dụng công nghiệp của enzyme này trong quá trình sản xuất bánh nướng.

P e ro x id a s e (E.c. 1.11.1.7, horseradish peroxidase) là tên chung của một nhóm nhiều enzyme cố độ đặc hiệu cơ chất không như nhau. Hầu h ết các peroxide phản ứíig với hydrogen peroxide như một chất nhận điện tử và oxy hóa dược nhiều chất cho (donor) khác nhau. Trong quá trìn h phản ứng, các gốc tự do sẽ được sình ra và chúng sẽ tiếp tục phẳn ứng với các th àn h phần khác có trong khôi bột mà không cần tới enzyme xúc tác. Cơ chế phản ứng được nhiều tác giả dưa ra không giông nhau mặc dù dã có rấ t nhiều tài*liệu nghiên cứu về enzyme này. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh vai trò của peroxidase trong việc cải thiện tính chất của bột nhào. Có th ể peroxidase tạo các cầu acid diferulic giúp hình th àn h các liên kết chéo giữa các arabinoxylan. Quá trìn h oxy hóa acid ferulic và cysteine và/hoặc tyrosine trong phân tử protein đã hình th àn h các liên kết cộng hóa trị giúp gắn kết các cặp arabinoxylan-protein. Peroxidase cũng tạo ra cá'ĩ liên kết chéo giữa các phân tử protein-proteín thông qua gốc lysyl hoặc gốc sulfhydryl.

(19)

P o ly p h e n o l oxid ase oxy hóa nhóm diphenolic thành các quinone. Có ba enzyme thuộc nhóm này là tyrosinase (monophenol mono-oxygenase, E.c. 1.14.18.1), diphenol oxidase hoặc catechol oxidase (E.c. 1.10.3.1) và laccase (E.c. 1.10.3.2). Có hai cơ chế phản ứng được đặt ra. Cơ chế thứ nhất có liên quau tới quá trình oxy hóa acid ferulic (liên kết ester, với arabinoxylan), nhờ đó tạo ra các liên kết chéo giữa các phân tử AX. Cơ chế thứ hai cho rằng liên k ết chéo hình thành giữa các protein trong gluten thông qua quá trình oxy hóa nhóm tyrosyl hoặc gắn kết hai nhóm tyrosyl và thiol lại với nhau.

Một số enzyme khác (thông qua việc tạo ra hydroperoxide bằng cách oxy hóa nhiều cơ chất khác nhau, đì kèm vởi quá trình sử dụng oxy) có thể giúp cải thiện chất lượng bột nhào tương tự như các enzyme đã mồ tả ở trẽn nhir glycerol oxidase, pyranose oxidase (E.c. 1.1.3.10), L-amino acid oxidase (E.c. 1.4.3,2), galactose oxidase (E.c. 1.1.3.9) và glucooligosaccharide oxidase.

Việc sử dung các enzyme oxy hóa khác nhau để tăng chất lượng các sản phẩm bánh, mi ống và các sản phẩm khác từ ngũ cốc vẫn tiếp tục thu hút được sự quân tâm của nhiều nhà nghiên cứu. Những kết quả mới trong lĩnh vực này sẽ được dề cập cụ thể hơn trong Chương 2 - ứ ng dụng mới của enzyme trong công nghiệp thực phẩm.

Ỉ.4. L ỉp a se

Lipase (E.c. 3.1.1.3) còn được xem như một carboxyesterase, là enzyme xức tác sự thủy phân các acylglycerol mạch dài thành glycerol, acid béo tự do, mono- và diglyceride. Cơ chất của lipase là các lipid nội sinh có sẵn trong bột mi (2-3%).

Việc ỉipid làm tăng chất lượng bánh mi đã được biết đến từ rấ t lâu nhưng sử dụng lipase trong sản xuất bánh mi vẫn còn là điều k h á mới mẻ. Những hiểu biết về ỉipase vẫn còn đang tiếp tục được nghiên cứu nhưng chủ yếu vẫn dựa trên ánh hưởng của lipid lên bột nhào và quá trìn h nướng. Sử dụng lipase giúp cho khối bột nhào bền chắc hơn, đảm bảo quá trìn h hình th à n h lỗ khí bên trong bánh, vỏ bánh đồng n h ấ t về cấu trúc và th ể tích bánh tăng lên.

(20)

Lipỉd trong bột mì

Không cực (50,9%) Có c ự c (49,1%)

1

Glycolipid (26,4%)

Triglyceride (20,8%) Digalactosyl diglyceride (13,5%) Steryl ester (7,5%) Monogalactosyl diglyceride (4,9%) Acid béo tự do (7,0%) O-Acylmonogalactosyỉ diglyceride (3,6%) 1,2-Diglyceride (6,2%) Steryl glucoside +

(1,3%)

1,3'Diglyceride (6,0%) ceramide diglyceride

Sterol tự do (2,1%) 6-O-Acylsteryl glucoside (1,6%) Monoglyceride (1,3%) Digalactosyl monoglyceride

Monogalactosyl raonoglyceride Ceramide diglucoside (0,6%) (0,4%) (0,03%) Phospholipid (22,7%) (7,1%) (5,8%) (4,9%) (2,9%) (0,9%) (0,8%) (0,2%) (0,1% ) Lysophosphatidyl choline Phosphatidyl choline N-Acyỉ phosphatidyl ethanolamine N-Acyl lysophosphatidyl ethanolamine Lysophosphatidyl ethanolamine Phosphatidyl ethanolamine Phosphatidyl serine Phosphatidyl inositol

(21)

Lipase có tác dụng làm biến dổi lipid có sẵn trong bột hoặc lipid thêm vào và hiệu quả tùy thuộc vào sản phẩm của quá trình thủy phân. Các sản phẩm tạo ra thường có khả năng hoạt động bề m ặt tương đối tố t hoặc có tính hoạt động bề m ặt tố t hơn so với lipid chưa biến đổi, giúp ổn định các bọt khí bên trong bột nhào, làm cấu trúc vỏ bánh được cải thiện, th ể tích bánh tăng lên. Các monoglyceriđe là yếu tố làm mềm vỏ bánh nhờ khả nàng tạo phức với tinh bột, và vì th ế làm giảm hiện tượng thoái hóa.

Phospholipase là một nhóm các enzyme thủy phân các liên

k ế t d ặ c b iệ t trong phospholipid, bao gồm phospholipase A I (E .c .

3.1.1,32), phospholipase A2 (E.c. 3.1.1.4), phospholipase c (E.c 3.1.4.3) và phospholipase D (E,c. 3.1.4.4). Từ phosphatidylcholine sẽ giải phóng ra một acid béo và thu được 1-acylglycerophosphorylcholine, chất này còn được gọi là lysolecithìn, một chất nhũ hóa có tác dụng rấ t tốt trong quá trình làm bánh nướng.

Gần dây m ột số enzyme lipase mới có khả năng xúc tác phản ứng đối với cơ chất lipid phân cực dã có m ặt trên thị trường. Các lipase này có hoạt tính trên galactolipid và phospholipid m ạnh hơn so với các triglyceride. Quá trình biến dổi phospholipid và galactolipid th àn h các lysolipid tương ứng (như chuyển lecithin th àn h lysolecithin, digalactosyl diglycẹride th à n h đigalactosyl monoglyceride) sẽ tạo ra các chất có tính hoạt động bề m ặt ra t 22

Phospholipase

Phosphọlipase c Phospholipase D

(22)

mạnh. Các lipase mới này giúp tạo ra các chất ho ạt động bề m ặt ngay trong quá trìn h chế biến (ỉn situ)j giúp thay th ế việc sử dụng chất nhũ hóa trong các sản phẩm bán h nướng. Các lipid phân cực có khả nàng hình th àn h một lớp lipid tạ i bề m ặt phân chia khí-lỏng giúp giữ ổn định các bọt khí và cải th iện khả năng gịữ khí của khôi bột, Ngoài ra, khả năng tương tác của gluten với lipid phân cực cũng dóng vai trò quan .trọng trong việc tăng khả năn g giữ khí của bột nhào.

1.5. P r o te a s e

Protease (E.c. 3 .4 .X .X ) xúc tác phản ứng thủy phân các liên kết peptide trong phân tử protein. Tùy thuộc vào loại protease sử dụng mà khối bột nhào trở nên nở to hơn hay mất hẳn tính chất dính dẻo (trong trường hợp thủy phân quá mức làm hỏng cấu trúc gluten). Ngoài tác dụng lêu tính chất vật lý và tính lưu biến của bột nhào, một số protease còn ảnh hưởng tới hương vị, màu sắc của sản phẩm.

Do các protein rấ t khác biệt nhau nên các enzyme thủy phân protein cũng rấ t đa dạng. Các protease được chia th àn h hai nhóm nhỏ là peptidase và polypeptidase (còn gọi là protease). Peptidase cắt protein từ dầu mạch (đầu c hoặc N) còn protease thì cắt ở bên trong mạch.

Chỉ có bột mì ỉà có khả năng hình th àn h m ạng lưới gluten khi nhào trộ n với nước. Gluten giúp giữ khí cho khối bột và tạo ra các đặc tín h trong quá trình nướng bánh. Hàm lượng và chất lượng protein trong bột mì có ảnh hưởng tới chất lượng bột mì. Nếu chất lượng bột không phù hợp sẽ ngăn cản quá trình nở bánh, bánh không đạt th ể tích như mong muốn. Sử dụng các loại protease đặc hiệu (dặc biệt là protease từ vi nấm) làm biến đổi m ạng lưới gluten sẽ giúp bánh nở tốt, có cấu trúc đẹp. Mặc dù một số chất hóa học như L-cysteine, sodium metabisulfite hoàn toàn tạo được tác dụng tương tự nhưng các chế phẩm enzyme - các tác nh ân xúc tác sinh học không b ắt buộc phải ghi trên nhãn khi sử dụng (labeling free) - vẫn được ưa chuộng hơn.

(23)

Các loại bột ít dính dẻo thường được ưa chuộng để làm các sản phẩm bánh cracker, biscuit, bánh xốp và pizza. Mạng lưói gluten quá chắc chấn sẽ làm cho sản phẩm không đạt được hình dạng và cấu trúc mong muốn. Việc sử dụng các loại protease ít đặc hiệu hơn như protease của Bacillus có thể giúp các nhà sản xuất ít bị lệ thuộc vào chất lượng bột hơn.

- o - Acid am in

K hử £ } - S - S - { 3 _ O x ỵ h ó a _

H ì n h 1,4. Cấu trúc gluten và sự biến dổi khi sử dụng

protease và chất hóa học

Sử dụng peptidase cho sản phẩm bánh mì làm thay đổi hương vị và màu sắc của vỏ bánh. Các acid amin sinh ra từ hoạt dộng của peptidase có th ể tham gia tạo mùi thơm cho sản phẩm. Các peptide có th ể là chất oxy hóa, chất tăng cường mùi ví, chất tạo vị ngọt và dắng. Ngoài ra acĩd amin tạo ra cũng tham gia vào phản ứng Maillard với đường khử, góp phần tạo ra hương vị và màu sắc cho vỏ bánh.

(24)

ỉ . 6. T r a n sg lu ta m in a se

Transglutaminase (protein-glutamine y-glutamyl-transferase, E.c. 2.3.2.13) giúp hình thành các liên kết chéo đồng hóa trị (covalent cross-link) giữa các protein thông qua liên kết giữa lysine và glutamine. Nhờ tính chất này mà transglutaminase được sử dụng để làm chắc khối bột nhào trong sản xuất bánh rrù và các loại bánh nướng khác. Enzyme này cũng giúp tăng khả năng liên kết với nước. Ngoài ra, transglutaminase còn giúp cải thiện tính chất của bánh nướng khi sử dụng kết hợp bột mi với các loại thế liệu khác không phải bột mì.

Tuy nhiên, cũng cỗ tác giả đề nghị nên ngưng dùng transglutam inase trong các sàn phẩm ngũ cốc có chứa lúa mì, lúa mạch, lúa mạch đen và yến mạch vì có thể gây bệnh celiac (một loại bệnh đường tiêu hóaj.

2. ENZYME TRONG CÔNG NGHIỆP CHÊ' BIẾN RAU QUẢ

ứ n g dụng đầu tiên cửa enzyme trong công nghiệp chế biến rau qua là dùng pectinase để làm trong nước quả ở thập niên 1930. Nước quả trở nên trong hơn rất nhanh sau khi loại bỏ pectin bằng pectinase, độ nhớt sản phẩm cũng giảm đi mà không m ất nhiều thời gian, giúp cải thiện dáng kể chất lượng sản phẩm trong công nghiệp sản xuất nước táo. Sau này pectinase còn dược dùng để loại bỏ pectin trong nước dâu dỏ (red-berry). Sử dụng kết hợp pectinase và amylase để phân cắt pectin và tinh bột có thể hạn chế hiện tượng vẩn dục sau khi đóng chai, nhờ đó có thể tăng mức độ cô dặc nước quả lên sáu lần. Thể tích nước quả nhỏ hơn giúp tiết kiệm chi phí vận chuyển, sản phẩm ổn định, ít hu hòng. Xử lý phần thịt quả của trái táo với pectinase và heraicellưỉase giúp làm giảm độ nhớt, tăng hiệu suất ép một cách dáng kể. Quá trình loại bỏ pectin bằng các loại péctinase có hoạt tính arabanase cao giúp cải thiện chất lượng sản phẩm nhờ ngăn chặn sự hình thành các vẩn đục từ araban sau giai đoạn cô đặc. Trong sản xuất nước dâu đỏ, chiết nóng nguyên liệu (bàng phương

(25)

1!

pháp ngâm - hot maceration) với enzyme sẽ cho hiệu suất chiết cao hơn, dịch chiết có màu đẹp hơn.

Ngày nay, các nhà cung cấp enzyme đã tạo ra nhiều loại enzyme theo yêu cầu của các nhà sản xuất nước quả để có được sản phẩm ổn định, chất lượng cao, thời gian sản xuất ngắn, năng suâ't cao. Cùng với những tiến bộ trong lĩnh vực th iế t bị và công nghệ, ngành công nghiệp enzyme đã giúp các n h à sản xuất trong lĩnh vực chế biến thực phẩm và thức ăn gia súc gia tăng giá trị cho nguyên liệu thò, dồng thời giảm đáng kể lượng chất th ả i tạo ra.

2.1. Đ ặ c đ iể m h ó a sin h c ủ a th à n h t ế b à o r a u q u ả

Phần th ịt (pulp) của các loại rau quả được tạo nên từ rấ t nhiều tế bào. Các tế bào này lại dược bao bọc bằng th àn h (vách) tế bào, giúp chống lại áp lực từ bên trong hoặc các chấn động từ bên ngoài. Các polysaccharide chiếm từ 90-100% th àn h phần các polymer của th àn h tế bào đang phát triển. T hành phần của vách tê bào phụ thuộc vào loài, điều kiện trồng trọ t, độ chín của quả, cách thức và thời gian bảo quản. Thành phần của vách tế bào thực vật dã được nghiên cứu khá nhiều và các mô hình không gian ba chiều cũng đã được công bố.

H ì n h 1.5, T ế bào rau quả và

lớp màng lamellae liên k ết giữa các tế bào

Cấu trúc thành tế bào rau quả gồm ba phần riêng biệt là mạng lưới xyloglucan, pectin liền (pectin matrix) và protein cấu trúc. Mạng lưới cellulose-xyloglucan được gắn vào nen pectin. Pectin la

(26)

polysaccharide cấu trúc chính trong thành tế bào và lớp màng liên kết giữa hai tế bào thực vật.

Ba loại pectic polysaccharide có mặt trong vách tế bào sơ cấp là homogalacturonan, rhamnogalacturonan I, II. Các mô hình hiện nay chia pectin thành vùng trơn láng homogalacturonan không phân nhánh (60-90%) và vùng xù xì mang nhiều rhamnogalacturonan phân nhánh (10-40%). Homogalacturonan là một homopolymer hình thành từ các gốc D-galactosyluronic acid nối với nhau bằng liên kết a-1,4 và có khả năng tạo gel.

N hóm carboxyl của acid galactosyl uronic có trong hom ogalacturonan của vách t ế bào có th ể được m ethyl ester hóa tạ i vị trí C6, acetyl ester hóa ở vị trí C2 hoặc C3.

Chuỗi homogalacturonan xoắn hình lò xo, có mức độ methyl ester hóa dưới 50%, có khả năng tạo cấu trúc tương tự như gel và đặc lại nhờ tạo liên k ết ngang với ion calcium thường có trong vách tế bào sơ cấp. Mức dộ methyl hóa, khối lượng phân tử và hàm lượng pectin tùy thuộc yào loại trái eây. Ngoài những thành phần trên, người ta còn tìm thấy sự hiện diện của tinh bột trong amyloplast của một số ỉoại trái cây khi còn xanh như táo chẳng hạn.

B ả n g 1.2. Thành phần pectin trong một số loại trái cây

T rái côy Lượng pectin (%) Mức độ methyl hóa (%)

Táo 0,54,6 80-92 Nho 0,1-0,4 50-65 Vỏ cam 3,5-5,5 65 Lê 0,7-0,9 50-70 Thơm 0,04-0,1 22-40 Dâu tây 0,5-0,7 20-60 27

(27)

B ả n g 1.3. Thành phần vách tế bào g/kg trọng lượng khô của

'__________________ một số loại trái câỵ______ _______ 1____

Loại trái EIR* Pectin

He mi* cellu­

lose

Cellu­

lose Lỉgnin Protein

Tổng cộng Táo 20 272 169 349 2 76 868 Lê 15 281 148 267 69 82 847 Xoài 25 408 91 236 27 127 889 Thơm 13 163 267 210 85 94 819 Dâu 12 411 66 232 11 255 975 Cherry 13 396 49 130 169 - 244 988 Đu đủ 26 364 165 124 4 127 784

* EIR: các thành phần tan được trong cồn

Các đặc điểm trê n cần phải đựợc chú ý để có th ể chọn dược pectinase phù hợp cho quá trìn h chế biến rau quả. Trong quá trìn h chín, pectinase nội sinh có trong trá i cầy sẽ chuyển protopectin dần dần th àn h pectin hòa tan. Khối lượng phân tử giảm dần do pectin được depolymer hóa, mức độ ester hóa cũng giảm do tác dộng của m ethylesterase. Tuy nhiên hoạt tín h của các enzyme trê n rấ t thấp.

(28)

Pectin Homogalacturonan j V j * -to ■ 2=5 ° Methyl ester • GalA ■ Rha 0 Gal * Xyl A Ara

H ì n h 1.6. Mô hình cấu trúc của pectin

(SR: vùng trơn láng; HR: vùng xù xì; Ara: arabinose; Gal: galactose; GalÁ: galacturonic acid; Rha: rhamnose; Xyl: xylose)

2.2. C ác e n z y m e th ủ y p h â n v á c h t ế b à o

Trong ngành enzyme học, nghiên cứu về pectinase là một trong những lĩnh vực phát triển nhanh chóng nhất nên hiện có những enzyme mới vẫn chưa dược mô tả trong bảng phân loại của tổ chức phân loại enzyme quốc tế (International Enzyme Classification E.C). Có rấ t nhiều vi sinh vật sản sinh ra enzyme thủy phân thành tế bào, trong đó các enzyme dùng trong công nghiệp chế biến rau quả

(29)

phần lớn đều thu nhận từ Aspergillus sp. Enzyme được tạo ra trong suốt quá trình phát triển của vi nấm, sau đó sẽ được tinh sạch, cô đặc. Pectinase dược phân loại dựa vào hoạt động của chúng trên cơ chất pectin. Pectinesierase Polygalacturonase Arabanase Ar abinogalactanas e Rhamnogalacturonase

Arabinofuranosidase Pectin lyase

“Vùng trơn láng" “Vùng xù xi” “ Vùng trơn láng”

H ì n h 1.7. Pectin trong rau quả và cáe enzyme phán cắt pectin

(Ara: arabinose, Gal: galactose, Gala: galacturonic acid, OMe: methyl ester, OAc: ethyl ester, Rha: rhamnose, Xyl: xylose)

- Pectin lyase (PL, E.c. 4.2.2.10) là enzyme depolymer hóa phồn cắt bên trong các pectin mạch đài, mạch được methyl hóa cao. Quá trình này được thực hiện nhờ tác động phân cắt mà không cần nước (p-elimination) các liên kết trong phân tử a-1,4 homogalacturonan đã được methyl hóa, hình th à n h nên các gốc oligo-uroniđe chứa C4-C5 không bão hòa.

- Pectin methylesterase (PME, E.c. 3.1.1.11) loại bồ nhóm methoxyl khỏi pectin, cùng lúc đó làm giảm ái lực của pectin lyase đối với cơ chất. Kết quả là tạo ra methanol và pectin mức độ methyl hóa thấp hơn. PME từ Aspergillus có ái lực mạnh với các pectin có mức độ methoxyi hóa cao như pectin của táo. Việc loại bỏ gốc methyl bằng PME tạo ra các gôe carboxylic acid tự do, pectin trở nên tích diện âm.

- Polygalacturonase (PG,

E.c.

3.2.1.15) tồn tạ i dưới hai dạng endoenzyme và exoenzyme. Cả hai dạng enzyme này chỉ eó tác 30

(30)

động trên những cơ chất pectin có mức độ ester hóa dưới 50-60%. Endo-PG phân cắt một cách ngẫu nhiên các liên k ết bên trong mạch a-l,4-polygalacturonic, kết quả là làm giảm độ nhớt của dung dịch pectin. Exo-PG tác dộng từ đầu không khử, tạo ra các đoạn ngắn và cũng làm giảm đáng kể độ nhớt của dung dịch. Đã có bảy loại endo-PG, hai loại exo-PG và bảy PL isoenzyme thu được từ Aspergillus niger dược nghiên cứu và mô tả.

- Rhamnogalacturonase RGase A là một enzyme hydrolase thủy phân liên k ết ct-D-GalAp-(l->2)-ct - L-Rhap trong phẳn tử RG I, trong khi đó RGase B lại là một enzyme lyase, phân cắt không cần nước liên k ết a-L-Rhap-(l-»4)-a - D-GalAp. Hai enzyme mới được nghiên cứu là rhaiĩmogalacturonan rhamnohydrolase và rhamnogaỉacturonan gaỉacturonohydrolase, hoạt động của chúng phụ trợ thêm cho RGase, rhamnogalacturonan acetyl esterase (RGAE). Mặc dù cấu trúc của RG II đã được mô tả nhưng các enzyme thủy phân cơ chất này vẫn chưa được nghiên cứu.

- Arabanase cũng

được

xem là pectinase vì chúng phân cắt arabinose được gắn đồng hóa trị với mạch homogalacturonan. Có ba enzyme đã được mô tả gồm một endo-arabinanase (a -1-+5) và hai arabinofuranosidase là exo-arabinofuranosidase A (a -l-»2; a - 1—>3) (ABFA) và exD-arabinofuranosidase B (a -1 —>3; a -l-» 5 , ABFB; E .c. 3.2.1.55). T ất cả ba enzyme này đều được thu nhận từ

Aspergillus niger. Trong công nghệ chế biến táo và lé, cần sử

dụng các enzyme có hoạt tính cao nhưng nhìn chung hoạt tính pectinase và tỉ lệ giữa các loại pectinase thay đổi tùy thuộc vào từng chế phẩm enzyme thương mại.

H e m ỉc e llu la se : Đây là các enzyme thủy phân arabinogaiactan, gaỉactan, xyloglucan và xylan. Arabinanase được xem như là pectinase khi chúng tác động lên arabinan trong phân tử pectin. Tuy nhiên các enzyme này còn được xem như hemieellulase nếu chúng tác động lên arabinogalactan hoặc arabinoxylan. Aspergillus sp. sản sinh ra enzyme thủy phân arabino-(l->4)-p-D-galactan type I và arabino-(l->3)-(l-»6)-P-D- galactan type II. Exo-(l->3)-P-D-galactanase có khả năng giải

(31)

phóng các đường galactose và (l-*6)-(Ị-D-galactobiose. Enzyme từ

Aspergillus có th ể bỏ qua vị trí phân nhánh trê n mạch P-(l->3).

H oạt động của enzyme này sẽ dược tăn g cường trong trường hợp có sự hiện diện của enzyme ABFB. Xylanase thủy phân 1,4-p-D- xylan với sự trợ giúp của các enzyme ABF.

A m ylase: Amylase acid từ vi nấm và amyloglucosidase được sử dụng trong chế biến các loại trá i cây giàu tin h bột như táo còn xanh tại thời điểm thu hoạch. Aspergillus niger tạo ra các a —amylase acid và amyloglucosỉdase. Các enzyme ngoại sinh này được dừng sau khi tinh bột đã hồ hóa (ở nhiệt độ trê n 75°C) để xử lý hiện tượng vẩn đục (thường tạo ra do hiện tượng thoái hóa tinh bột) sau khi đóng chai sản phẩm, Endoaraylase acid (AA) tác dộng lên amylose và arnylopectin tạo ra sản phẩm dextrin. Đây sẽ là cơ chất cho glucồamylase hoặc amyloglucosidase (AG, a-l-» 4 , l->6 exo-hydrolase) tác dộng, giải phóng glucose từ đầu không khử.

2.3. C h ế b iế n tá o

Táo là nguyên liệu để sản xuâ't nước quả trong và nước quả cô đặc phổ biến nh ất th ế giổi, chĩ đứng sau cam. Năm 2004 - 2005, đá có 1,3 triệu tả n nước ép táo được sản xuất. Các nước sản xuất nước táo quan trọng là Trung Quốc, Ba .Lan và Argentina.

2.3.1. Quá trình thu nhận nước ép táo

Xu hướng ngày nay là sản xuất nước ép táo từ các loại táo bị khiếm khuyết hoăc những loại táo không thể bán để án tươi. Vào dúng mùa thu hoạch, táo có thể đem đi ép rất dễ dàng với hiệu suất tương dối cao. Người ta có thể bảo quản táo trong vài tháng ở điều kiện nhiệt độ thấp và trong môi trường khí quyển diều chỉnh để phục vụ cho chế biến theo nhu cầu thị trường. Trong quá trìn h bảo quản, các protopectin không tan dần dần chuyển th àn h pectin hòa tan nhờ pectinase nội sinh. Tinh bột cũng dần bị amylase nội sinh của táo cắt thành đường glucose và được sử dụng cho quá trình chuyển hóa (metabolism) trong suốt thời gian bảo quản sau thu hoạch. Nồng độ pectin hòa tan tăng từ 0,5g lên 5g/kg táo đã chín

(32)

quá mức. Vào thời điểm này táo sẽ rấ t khó ép trừ khi dược xử lý với pectinase.

Trong qui trình truyền thống, enzyme dược sử dụng ở hai giai đoạn khác nhau, c ầ n phải sử dụng thêm pectinase thương mại từ Aspergillus sp. trong giai đoạn nghiền táo vì enzyme nội sinh có hoạt tính quá thấp nên rấ t khó tạo hiệu quả tức thời. Do pectin của táo có mức độ methyl hóa cao nên enzyme thương mại sử dụng phải có nồng độ pectin lyase cao hoặc pectin m ethylesterase k ết hợp với polygalacturonase, arabanase và một số hoạt tính phụ như rhamnogalacturonase và xyỉogalacturonase.

100 r

9 10 11 12 1 2 3 4 tháng

[~~Ị Không có enzyme H I Ép có rapidase

H ì n h 1.8. Ảnh hưởng của pectinase lên hiệu su ất thu nhận

nước ép táo trong năm

Các chế phẩm pectinase như Rapidase Press (DSM), Rapidase Smart (DSM), Pectinex UltraSP (Novozymes) và Rohapect MA+ (AB Enzymes) là sản phẩm enzyme dùng để xử lý bột táo với mục đích tăng nâng suất nghiền ép. Các chế phẩm này CC hoạt tính pectinase khác nhau và được thu nhận (với các tỷ lệ khác biệt) từ các chủng vi sinh chuyển gen (GMO) hoặc không chuyển gen (non - GMO).

Xử lý enzyme làm giảm nhanh độ nhớt, giúp quá trìn h ép diễn ra thuận lợi hơn. Hiệu suất thu địch ép có thể đạt đến 90% so vối đôi chứng là qui trình không dùng enzyme (chỉ đạt 75 - 80%).

(33)

Kết quả trên hình 1.8 cho thấy ảnh hưởng của pectinase tới hiệu suết thu nhận nước ép táo d các tháng trong nãm.

2.3.2. Quá trình loại bỏ pectin trong nước táo

Pectin là nguyên nhân chính gây vẩn đục nước quả. Mổi lít nước quả chứa 13% chất khô có khoảng 2-5g pectin sau giai đoạn ép tùy vào độ chín của quả. Lượng pectinase sử dụng được xác định trong phòng thí nghiệm bằng te st thử với cồn. Ethanol đã acid hóa (hai th ể tích ethanol có chứa 0,5% HCI và một th ể tích nước óp táo) được dùng để kết tủa những phân tử pectin nặng đến 3000 dalton. Ethanol cần phải được acid hóa để trá n h trường hợp kết tủ a luôn các acid hữu cơ hoặc calcium pectate do giá trị pH sẽ thay đổi khi trộ n ethanol với nước ép quả, dẫn tới sai lệch kết quả. Pectin lyase hoặc pectin m ethylesterase k ết hợp với polygalacturonase và arabanase là những enzyme quan trọng

nhất. Arabinose chiếm khoảng 55% trong số các loại đường trung tính trong “vùng xù xì” của pectin táo, vì vậy arabanase sẽ giúp ngăn ngừa các mảng vẩn đục xuất hiện sau giai đoạn cô đặc. Quá trình làm trong nước quâ được tiến hàn h sau giai đoạn loại bỏ pectin bằng enzyme.

- Giai đoạn đầu có mục đích làm giảm độ bền (destabilisation) của các mảng vẩn đục bằng PL (pectin lyase), hiệu quả có th ể không rõ ràng nhưng độ nhớt của nước quả giảm đi đáng kể (hình 1.10). PL cắt pectin một cách ngẫu nhiên và cắt dược khoảng 1-2% số liên kết, điều này đủ làm giảm độ nhớt tới

50%. PG chỉ h oạt động được sau khi PME hoạt động. Do khối

ỉượng phân tử khá lớn gày cản trở về m ặt không gian nên PG không th ể thủy ph ân được các pectin có mức độ methyl hóa cao hơn 60-60%. Trong giai đoạn này, PL không còn hoạt tính, pectin dược thủy ph ân chủ yếu nhờ hệ thống hai enzyme PME/PG.

(34)

Táo

• a D — I Bồn rứa Băng tăi kiếm tra

Enzyme nghiền o Thiết bị định Máy nghiền lượng ... i Bể phân ứng (không cốnh khuấy) Ep khung bản r a -Thanh trùng - H r f Bể phản ứng (không cánh khuấy) Enzyme ■ 1 - “ Thiết bị định lượng Siêu lọc

0

ftj

Pl PI

Joloiobi^]!

ri n

ỉ ĩ Cô đặc Đế lưu trữ

(35)

Thời gian (phút)

H ì n h 1.10. Quá trìn h loại pectin trong nước táo

- Giai đoạn thứ hai ỉà giai đoạn kết tụ các mảng vẩn đục. Hiện tượng k ết lắng cần th iết để làm trong nước qủa chỉ xuất hiện sau khi pectin và tinh bột bị enzyme phân hủy. Mảng vẩn đục cũng có thể được tạo ra bởi protein vì protein thường tích điện đương ở pH nước quả (3,5-4,0) và do điểm dẳng diện của protein thường nằm trong khoảng pH 4,0-5,0. Các protein này thường liên kết với hemicellulose, cellulose lại được pectin bao quanh và làm thành một lớp keo bảo vệ tích điện âm. Các pectinase như Rapidase C80 Max (DSM), Pectinex C80 Max (Novozymes) và Rohapect DAL (AB Enzymes) thủy phân gel pectin từng phần, gây ra hiện tượng tập hợp tĩn h điện giữa các phần tích diện trá i dấu (protein tích điện dương trong khi pectin và tan in tích điện âm), các mảng vẩn đục sẽ được k ết tụ và sau đó là bước làm trong nước quả. PH tối ưu cho cơ chế này xảy ra là 3,6. Có th ể thực hiện lại te st với cồn để kiểm tra hiệu quả loại bỏ pectin.

Vào đầu mùa thu hoạch, táo chưa chín chứa 5-7g tinh bột/lít nước táo. Ở thời điểm này nếu thực hiện te st với iodine sẽ cho màu xanh th ẫm và tin h bột có thể k ết tủa với iodine. Tinh bột thường ỏ dạng h ạ t kích thước 2-13ịim, gồm 30% amylose và 70% amylopectin. Bên trong táo có chứa amylase nội sinh nhưng không đủ h oạt tính để phân hủy tin h bột. Khi dịch quả được đun nóng tới 75-80°C, tinh bột sẽ chuyển từ dạng không tan sang dạng hòa tan (hồ hóa với sự có m ặt của nước). Nếu không thêm amylase vào, các h ạ t tinh bột này sẽ tá i k ết hợp (thoái hóa) làm cho quấ trìn h thủy phân trỏ nên khó khăn 36

(36)

hơn và làm nghẹt tấm lọc. Sử dụng amylase từ vi nấm và amyỉogỉucosidase sẽ giúp thủy phân tinh bột, giải phóng các đường glucose. Như vậy quá trìn h thoái hóa tin h bột, vẩn dục nước quả sau giai đoạn đóng chai và hiệu tượng n g h ẹt tấra lọc sẻ được giải quyết. Các chế phẩm có sẵn như Hazyme DCL (DSM) và AMG (Novozymes) thường có chứa a-am ylase và amyỉoglucosỉdase từ Aspergillus niger. Liều lượng sử dụng thường dược xác định nhờ te st iodine.

- Giai đoạn thứ ba là làm trong nước quả bằng phương pháp lọc ép khung bản. Hiện nay người ta đang thay th ế dần phương pháp này bằng phương pháp vi lọc hoặc siêu lọc (UF). Các màng lọc vô cơ thường có kích thước lỗ 20000 - 50000 dalton. Các phần tử không tan và hòa tan như RGI, RG1I, các protein bao gồm cả enzyme, polyphenol sẽ được giữ lại một phần hay hoàn toàn tùy thuộc vào kích thước lỗ của màng. Gần đây người ta th ấy RGI, RGII và dextrin có th ể cản trở dòng chảy qua m àng siêu lọc UF. Tuy nhiên, U F (DSM) và Novoferm 43 (Novozymes) có chứa rhamno-galacturonase và một số hoạt tính enzyme phụ khác có th ể cải thiện được tấc độ lọc qua màng.

Tóm lại, sau giai doạn nghiền ép th ịt quả và loại bỏ pectin bằng enzyme, người ta có th ể sản xuất dễ đàng nước táo và sản phẩm có th ể đ ạ t tới 70° brix mà không xảy ra hiện tượng tạo gel hay xuất hiện vẩn đục. Đã có một số nhà sản xuất đưa ra sản phẩm “tự nhiên” là nước táo dạng đục và họ đã không sử dụng enzyme vì các *pectinase thương mại hiện có thường thúc đáy nhanh quá trìn h làm trong nước quả. DSM có sản phẩm pectin m ethylesterase tỉnh sạch, không cổ hoạt tính pectin depolymerase, thích hợp cho sản xuất sản phẩm nước quả đục.

2.4. C h ế b iế n d â u đ ỏ (red -b erry)

Trong quá trìn h sản xuất nước quả trong hoặc cô đặc từ quả mâm xôi hoặc dâu tây, cần xử lý enzyme trong giai đoạn nghiền và loại pectin. Các bước làm trong, lọc và cô đặc tưởng đối khó khăn do hàm lượng pectin khá cao (7g/l so với 5g/l ỏ táo). Vùng

(37)

xù xì trê n pectin (tạo th à n h lớp keo hòa tan trong dịch quả) và hemicellulose có khuynh hướng liên k ết với các hợp chất phenolic và protein trong quá trìn h chế biến và bảo quản. Kết quả Jà hình th à n h các phức chứa các liêu k ế t bền vững không thuận nghịch và enzyme m ất khả năn g ph ân cắt. Ngoài ra, các loại nguyên liệu này thường bị nhiễm Botrytis cỉnerea. Loại nấm kí sinh này p hát triển trê u các loại dâu bị hư hỏng, chúng tiế t ra một loại glucãn chứa các liên k ết (3-1,3-1,6 có ph ân tử lượng tối 106 dai ton. Loại gum này làm giảm khả năn g lọc và độ trong của nước quả. Có th ể thủy phân chúng bằng p-glucanase cùng với F iltrase (DSM), Glucanex (Novozymes).

Quá trình c h ế biến dâu đò m ột g ia i đoạn (single stage)

Trong quá trình chế biến một giai đoạn này, bước nghiền ép thu địch quả (maceration) và loại bỏ pectin được thực hiện cùng ỉúc. Pectinase giúp cảỉ thiện hiệu suất chiết nước quả và màu sắc của nước quả, đồng thời vẫn giữ nguyên các tín h chất cảm quan khác. Tuy nhiên, màu của dịch chiết đôi khi bị m ất ổn định đo tác động của anthocyanase (hoạt tín h phụ của pectinase) hoặc do quá trìiih oxy hóa. Quá trìn h oxy hóa có th ể là một quá trìn h hóa học hoặc do enzyme nội sinh polyphenol oxiđase (PPO) xúc tác, quá trìn h này bị thúc đẩy bởi các ion kim loại. Vì lý đo đó, th ịt quả được đun tới 90°c để b ế t hoạt enzyme oxidase trước khi xử lý cùng enzyme. Một vài loại dâu cổ pH r ấ t ạcìd (pH 2,6-2,8) và có nồng độ các hợp chất phenol và anthocyanin cao. Các th àn h phần này sẽ kìm hãm pectỉnase vì vậy các pectinase thương m ại dùng cho chế bịến dâu đỏ phải bền trong các điều kiện trên. Trong

trường hợp này, enzym e thích hợp là Klerzyme 150 (DSM),

Klerzyme Intense (DSM) và Pectinex BEXXL (Novozymes).

(38)

Quá trình c h ế biến đău đỏ hai g ia i đoạn (two stages) Dâu dỗ a

^

3

Băng tải Enzyme w l — * Rã đông Nghiền

i L

Xử lý nhiệt Thiết bị định lượng

n

' 1

Bể phản ứng có cánh khuấy Ép khung bản i— D =n=D Thanh trùng Sỉẻu lọc

00

31 Bồn chứa

(39)

Quá trìn h này bao gồm giai đoạn nghiền ép thu dịch quả (maceration) có dùng enzyme và giai đoạn bổ sung enzyme vào để loại bỏ pectin d n h iệt độ thấp.

Đối với quả mâm xôi (rasberry) và quả lý gai (gooseberry), cần phải nâng nhiệt lên 90°c trong ít n h ấ t haỉ phút để tă n g hiệu quả chiết các chất màu và diệt enzyme polyphenol oxỉdase. Sau đó, th ịt quả được làm m át ở 20-25°C và xử lý enzyme với mục tiêu ỉàm tăng hiệu suất ép. Sau bước ép là giai đoạn loại pectin ra khỏi dịch quả bằng pectinase. Việc thực hiện quá trìn h này ỏ n h iệt độ thấp có th ể hạn chế th ấ t th o át mùi thơm, tạo ra sản phẩm nước quả và nước quả cô dặc chất lượng cao.

Trong quá trin h sản xuất nước ép dâu tây, th ịt quả không cần phải đun nóng vì có thể tạo ra một loại puree không ép được, bị m ất mùi thơm và dịch chiết bị hóa nâu. Như vậy, dâu táy cần phải được chế biến ở nhiệt độ thường.

2.5. C h ế b iế n c á c lo ạ i tr á i c â y c ổ m ú ỉ v à m ộ t s ấ tr á i c â y n h ỉệ t đ ớ i

Trái căy nhiệt đới

Các loại trá i cây nhiệt đới thường được chế biến th àn h puree và được bảo quản trước khi chế biến tiếp th àn h sản phẩm nước quả trong hoặc nước quả dục. Puree từ đào, mơ, kiwi, xoài, ổi, đu đủ, chuối thường được chế biến mà không cần sử đụng enzyme, v ấ n đề gặp phải duy n h ấ t là độ nhớt cao và thường được giải quyết bằng cách đùng pectinase. Với sản phẩm nước quả trong cần sử dựng thêm pectỉnase và amylase ở giai đoạn sau.

Các loại qu ả có m úi

S ản phẩm nước cam cô đặc đông lanh b ắt đầu được sản xuất vào n ăm 1940. Nước cam là loại nước quả đuợc tiêu thụ nhiều n h ấ t trê n th ế giới. Quá trìn h chế biến các loại quả có múi bao gồm cả việc tậ n dụng các sản phẩm phụ, trong đó sân xuất pectin và thu n h ậ n tin h dầu là quan trọng nhất. Ở một số nước, người ta không cho phép sử đụng enzyme trong sản xuất sản phẩm nước

(40)

cam gỉá trị cao tuy nhiên vẫn có th ể dùng enzyme trong các sản phẩm khác. Enzyme giúp tăĩig hiệu suất thu hồi chất khô từ th ịt quả, giúp quá trìn h cô đặc được thực hiện đễ dàng hơn, tăng lượng tinh dầu thu từ vỏ quả, khử đắng và làm trong sản phẩm nước chanh. Tinh dầu vỏ Tangeretin Limettin Naringin Hesperidin Pectin Mứt nghiền Trần bì Vỏ tẩm đường Nưởc quả Hạt Dịch dặc

Dầu và bột thỏ từ hạt Dầu tripper Vỏ sấy khô, bột thô từ vỏ/bã

Acid citric, lactic Butylene glycol Giấm, rượu mạnh

Môi trường nuôi nấm men Xi-rô loãng

H ì n h 1.12. Chế biến các loại quả có múi

Một ví dụ sử dụng enzyme trong chế biến các loại quả có múi là giai đoạn lột vỏ. Cam hoặc bưởi còn nguyên trái được mang xử lý với pectinase nhằm phân cắt phần vỏ trắ n g nằm bên trong, thường gắn với phần vỏ vàng hoặc xanh bên ngoài, vỏ quả sẽ được rạch k h ía và đem xử lý với dung dịch 2% pectinase bằng kỹ th u ật khuếch tá n chân không. Sau đó, quả được giữ ỗ 40°c trong

(41)

15-60 phút để quá trình thủy phân phần vỏ trắ n g xảy ra. Sau cùng quả được lột vỏ, rửa sạch, làm m át và đóng gói.

Một ví dụ khác là quá trình sản xuất nước chanh cô đặc dạng trong. Nước chanh thu được từ th iế t bị chiết thường đục vì có nhiều thành phần pectin và protein nằm lơ lửng, các p h ần tử này sẽ liên k ết với các chất tạo mùi chanh. Trước đây người ta thường đùng mội lượng lớn bentonite hoặc sulfur dioxide để làm trong nước chanh. Tuy nhiên ngày nay quá trìn h làm trong này được thực hiện bằng pectinase chịu dược pH acid như Clarex Citrus 12XL (DSM). Enzyme được đưa vào với liệu ỉượng 10g/l ở nhiệt độ thấp 8-10°C để trán h quá trìn h oxy h óa nước quả. Các phần tử rắn không tan sẽ dược loại bỏ bằng lọc hoặc siêu lọc. Nước chanh thu được sau đó được cồ đặc đến 65° brix.

Kết luận

Ngày nay các nhà sản xuất enzyme đã dưa ra nhiều loại pectinase phù hợp cho việc sản xuât nhiều loại sán phẩm từ puree, nước quả trong, nước quả đục tới nước quả cô đặc. Những tiến bộ trong công nghệ đặc biệt là lĩnh vực enzyme dã giúp các nhà sản xuất tạo ra các sân phẩm có chát lượng và năng su ất cao hơn. Sử dụng các loại pectinase phù hợp trong qui trìn h sản xuất cũng góp phần kéo dài thời h ạn sử đụng của sản phẩm nước quả và nước quả cô đặc (sàn phẩm có màu sắc ổn định hơn và không bị vẩn đục).

Ngoài ra, sự đa dạng và tính đặc hiệu của cốc chế phẩm enzyme còn mô ra cơ hội phát triển các sản phẩm mới tií những nguồn nguyên liệu mới. Xu hướng hiệụ nay là chế biến nguyên liệu trái cây trong những điều kiện ít khắc nghiệt hơn. và được kiểm soát tốt hơn để tạo ra những sản phẩm mới từ trái cây có các tính chất cảm quan giống với trái cây tự nhiên. Trong điều kiện cồng nghệ phát triển rấ t nhanh, cần ban hành những tiêu chuẩn chất lượng thực phẩm (food standard value) và xây dựng các bàn hướng dẫn thực hành sản xuất (process reference) về thiết bị, các giai đoạn trong quy trình, loại enzyme và liều lượng sử dụng phù hợp.

%

Referências

Documentos relacionados

- Chương trình thực hiện streaming chạy trên máy streaming server sẽ chia file video thành các frame rồi gửi các frame đó tới máy yêu cầu sử dụng các giao thức

Có nhiều phương pháp để xác định hàm lượng các kim loại, tùy thuộc vào hàm lượng chất phân tích mà có thể sử dụng các phương pháp khác nhau: phương pháp phân

Truyền nhiều loại dữ liệu trong cùng một phiên RTP sẽ không có được các khả năng: sử dụng sự phân phối các đường mạng và tài nguyên mạng khác nhau nếu có

SmartImage cung cấp các chức năng cài đặt sẵn giúp bạn tối ưu hóa màn hình để sử dụng cho các kiểu nội dung khác nhau, linh hoạt chỉnh độ sáng, độ tương phản, màu sắc