tiểu luận tìm HIỂU về CHẾ PHẨM ENYME TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN RAU QUẢ

Khái niệm Chế phẩm enzyme bao gồm protein hoạt tính sinh học, có lúc kết hợp với các kim hoặc vi sinh vật và có thể bao gồm toàn bộ các tế bào, các phần của tế bào, hoặc tế bào miễn phí

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP T.P HỒ CHÍ MINH VIÊN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

TIỂU LUẬN MÔN:

HÓA SINH THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ CHẾ PHẨM ENYME TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN RAU QUẢ

NHÓM 24

DANH SÁCH NHÓM NGUYỄN THỊ THƯ 12072931

VŨ THỊ ANH THY 12014851

VÕ THỊ MAI LY 12029901

GVHD: NGUYỄN THỊ MAI HƯƠNG

HCM, ngày 18/06/2014

BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

3 Yêu cầu và một số lưu ý khi sử dụng chế phẩm enzyme 5

4 Cơ chế hoạt động của chế phẩm enzyme 4

5 Các yếu tố ảnh hưởng tơi hoạt tính của enzyme 5

Họ và tên Nhiệm vụ

Vũ Thị Mai Thy ứng dụng Nguyễn Thị Thư Khái niêm, đặc tính, các yếu tố ảnh

hưởng đến hoạt tính enzyme, cơ chế tác động

Võ Thị Mai Ly Cơ chế tác động

1 Khái niệm

Chế phẩm enzyme bao gồm protein hoạt tính sinh học, có lúc kết hợp với các kim hoặc vi sinh vật và có thể bao gồm toàn bộ các tế bào, các phần của tế bào, hoặc tế bào miễn phí chất chiết xuất từ các nguồn được sử dụng Chúng có thể chứa một hoặc nhiều thành phần hoạt động cũng như các tàu sân bay, dung môi, chất bảo quản, chất chống oxy hóa và các chất khác phù hợp với thực hành sản xuất tốt Họ

có thể là chất lỏng, chất lỏng bán, khô hoặc trong một hình thức cố định (chế phẩm enzyme cố định là chế phẩm đã được thực hiện không tan trong ma trận thực phẩm

dự định của họ bằng các phương tiện vật lý và / hoặc hóa học) Màu sắc có thể thay đổi từ hầu như không màu đến màu nâu sẫm

Chế phẩm enzyme được sư dung nhiều trong công nghệ chế biến rau nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và kéo dài thời gian bảo quản

2 Đặc tính

 Enzyme có tính đặc hiệu cao, mỗi enzyme chỉ tác dụng lên một chát nhất định mà không gây nên một biến đổi gì trong các chất khác bên cạnh

Khác với chất xúc tác vô cơ, enzyme chỉ có khả năng xúc tác cho một một hay một số cơ chất hoặc một kiểu phản ứng nhất định Tính đặc hiệu của enzyme rất đa dạng Ở đây chỉ đề cặp đến hai kiểu đặc hiệu:

(1) Đặc hiệu cho phản ứng Mỗi enzyme chỉ xúc tác cho một kiểu phản ứng chẳng hạn như phàn ứng của NAD dehydrogenase trong hô hấp, lipase cắt liên kết ester nối glycerol và acid béo của nhiều loại lipids

(2) Đặc hiệu cơ chất (a) Đặc hiệu tuyệt đối: enzyme chỉ có tác dụng lên một cơ chất nhất định chẳng hạn như aspartase chuyển fumarate thành L-aspartate

(b) Đặc hiệu tương đối: enzyme co thể tác động lên nhiều cơ chất có cấu trúc khác nhau nhưng tốc độ phản ứng khác nhau chẳng hạn như phosphatase thủy phân nhiều ester của acid phosphoric, carboxyesterase thủy phân ester của các acid carboxylic

 Enzyme tác dụng trong điều kiện tương đối êm dịu và phản ứng do enzyme xúc tác lại dễ dàng điều chỉnh Đặc tính này có ý nghĩa rất quan trọng đối với việc sản xuất chế phẩm enzyme xét về phương diện tiết kiệm, thiết lập quy trình kỹ thuật

và tổ chức sản xuất lớn

 Enzyme đều có nguồn gốc tự nhiên, không độc hại đặc điểm này rất quan trong trong ngành chế biến thực phẩm

 Dựa trên những đặc tính đó mà công nghiệp có thể hợp lý hóa hoặc rút ngắn các quá trình sản xuất, thây đổi triệt để một số quy trình kỹ thuật cũ, lập nên những quy trình kỹ thuật mới, nâng cao hiệu xuất và chất lượng sản phẩm

3 Yêu cầu và những lưu ý khi sử dụng chế phẩm enzyme

 Biêt được hoạt tính của enzyme –đặc trưng cho độ tinh sạch của chế phẩm enzyme,từ đó sẽ biết được liều lượng sử dụng hợp lý

 Mối quan hệ giữa điều kiện sử dụng và dặc tính của chế phẩm

- PH của môi trường và PH tối ưu của enzyme Mỗi enzyme hoạt động mạnh nhất ở mổi PH thích hợp Khi PH chệch ra khỏi giá trị tối ưu ezyme sẽ hoạt động yếu hơị hoặc bị bất hoạt

- Nhiệt độ của môi trường và hoạt lực của enzyme.Tương tự như PH nên để nhiệt

độ sản phẩm rau quả trong khoảng nhiệt độ tối ưu của chế phẩm enzyme

- Thời gian tác dụng của enzyme

- Sự có mặt của chất hoạt hóa và ức chế enzyme

- Ảnh hưởng của các chất bổ sung trong quá trình chế biến lên enzyme

 Tính đặc hiệu của enzyme

- Xác định tính dặc hiệu của enzyme trong điều kiện công nghệ ứng dụng

- Xác định các hoạt tính phụ của phế phẩm enzyme Để tránh và hạn chế các sản phẩm phụ không mong muốn

 Điều kiện sử dụng chế phẩm enzyme

- Lựa chọn chế phẩm ezyme dựa trên chất lượng và liệu lương chế phẩm enzyme sử dụng

- Mức độ thay đổi công nghệ dây chuyên khi sử dụng chế phẩm

- Khả năng cung ứng của chế phẩm enzyme

4 Cơ chế hoạt động

Nhiều dẫn liệu thực nghiệm đã cho thấy quá trình tạo thành phức hợp enzyme cơ chất và sự biến đổi phức hợp này thành sản phẩm, giải phóng enzyme tự do thường trải qua ba giai đoạn theo sơ đồ sau:

E + S → ES → P + E

Trong đó: E là enzyme

S là cơ chất (Substrate)

ES là phức hợp enzyme - cơ chất

P là sản phẩm (Product)

 Giai đoạn thứ nhất: enzyme kết hợp với cơ chất bằng liên kết yếu tạo thành phức hợp enzyme - cơ chất (ES) không bền, phản ứng này xảy ra rất nhanh

và đòi hỏi năng lượng hoạt hóa thấp

 Giai đoạn thứ hai: xảy ra sự biến đổi cơ chất dẫn tới sự kéo căng và phá vỡ các liên kết đồng hóa trị tham gia phản ứng.-

 Giai đoạn thứ ba: tạo thành sản phẩm, còn enzyme được giải phóng ra dưới dạng tự do

 Các loại liên kết chủ yếu được tạo thành giữa E và S trong phức hợp ES là:

tương tác tĩnh điện, liên kết hydrogen, tương tác Vander Wals Mỗi loại liên kết đòi hỏi những điều kiện khác nhau và chịu ảnh hưởng khác nhau khi có nước.Với phương pháp nghiên cứu bằng tia X và phương pháp hóa học người ta đã làm sáng tỏ cách thức gắn cơ chất và cơ chế hoạt động của một

số enzyme như lysozyme, chymotrypsin, carboxypeptidase A v.v

5 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của chế phẩm enzyme

Bất kỳ điều kiện nào làm thay đổi cấu hình của enzyme đều làm thay đổi hoạt tính enzyme

 Nồng độ enzyme và nồng độ cơ chất Tốc độ phản ứng của phần lớn các phản ứng biến đổi theo nồng độc của cơ chất và nồng độ enzyme Khi tăng nồng độ cơ chất thì tốc độ phản ứng tăng chỉ khi nồng

độ cơ chất tương đối thấp Khi nồng độ cơ chất lớn tốc độ phản ứng ít phụ thuộc vào nồng độ cơ chất và có khuynh hướng đạt cực đại do nồng độ enzyme có mặt quyết định

Ở nồng độ cơ chất thấp, nhiều phân tử enzyme có trung tâm hoạt động chưa liên kết với cơ chất Nên việc tăng hạn chế cơ chất là tăng tốc độ phản ứng Tuy nhiên,

ở nồng độ cơ chất cao, hầu hết các trung tâm phản ứng đã liên kết với cơ chất làm

cho số phân tử enzyme trở thành yếu tố giới hạn Khi số phân tử ezyme tăng tốc

độ phản ứng cự đại tăng lên tương ứng

 Chất kìm hãm Hoạt tính của enzyme bị thay đổikhi có mặt của chất ức chế

(a) Chất ức chế cạnh tranh Các chất kìm hãm có cấu trúc tương tự như cơ chất Chất ức chế gắn thuận nghịch vào trung tâm phản ứng của enzyme cạnh tranh với cơ chất, khiến cho hoạt động xúc tác của enzyme chậm lại Khi chất ức chế được giải phóng hoạt động xúc tác của enzyme trở lại mình thường

Ví dụ: acid malonic hoạt động như chất cạnh tranh trung tâm hoạt động của enzyme sucxinic dehydrogenase với acid sucxinic Trong điều kiện bình thường, sucxinic dehydrogenase xúc tác loại hai nguyên tử H của acid sucxinic tạo thành acid fumaric Khi có mặt của acid maloic, enzyme liên kết với trung tâm hoạt động tạo thành phức hợp enzyme – chất ức chế và không thể chuyển hóa được Như vậy làm số lượng trung tâm phản ứng giảm và tốc độ phản ứng cũng giảm theo

(b) Chất ức chế không cạnh tranh Chất ức chế không cạnh tranh không gắn vào vị trí xúc tác mà gắn thuận nghịch vào vị trí khác trên enzyme Điều này sẽ làm thay đổi cấu hình của vị trí hoạt động không còn phù hợp với cơ chất Vùng mà chất ức chế cạnh tranh gắn vào enzyme gọi là vị trí di lập thể (allosteric site) và gây ra hiệu ứng dị lập thể (allosteric effect) Khi chất ức chế giải phóng, hoạt động xúc tác của enzyme trở lại bình thường

Một số chất kìm hãm gây biến đổi hoạt tính enzyme một cách không thuận nghịch

Chất kìm hãm dạng này làm biến đội liên tục hay phá hủy trung tâm hoạt động của enzyme Phần lớn các chất độc là những chất kìm hãm không thuận nghịch chẳng hạnh như cyanide (CN-) gắn vào cytochrome cản trở việc vận chuyển điện tử đến

O2, penicillin ức chế không thuận nghịch enzyme transpeptidase của vi khuẩn cản trở tạo vách tế bào

 Nhiệt độ

Mỗi một enzyme hoạt động tốt nhất ở nhiệt độ tối ưu nhất định Khi nhiệt độ lệch sang hai bên nhiệt độ tối ưu hoạt động của enzyme giảm và tốc độ phản ứng sẽ giảm theo Sự tăng nhiệt độ làm cho làm cho động năng của enzyme và cơ chất tăng, chúng chuyển động nhanh hơn, va chạm nhiều hơn Các phức chất

emzyme-cơ chất hình thành nhiều hơn, phản ứng xảy ra nhanh hơn Tuy nhiên nếu nhiệt độ quá cao, enzyme bị biến tính Khi cấu hình vị trí xúc tác không còn phù hợp với cơ chất, enzyme mất hoạt tính xúc tác Khi nhiệt độ hạ thấp hơn nhiệt độ tối ưu, cơ chất và phân tử enzyme chuyển động chậm Tần số va chạm giữa chúng thấp> Ít phức hợp enzyme-cơ chất hình thành và tốc độ phản ứng giảm

 pH Mỗi một enzyme hoạt động tối ưu tại một giới hạn pH thích hợp chẳng hạn pepsin hoạt động tối ưu ở pH 2, trypsin hoạt động tối ưu ở pH 8.5 Khi pH lệch sang hai bên phía pH tối thích, hoạt tính của enzyme giảm xuống

6 Ứng dụng

 Trong sản xuất nước quả, việc sử dụng enzyme là một tiến bộ khoa học rất lớn

Các chế phẩm enzyme được sử dụng trong sản xuất nước quả có thể là một hỗn hợp nhiều loại enzym và cũng có thể chỉ là một loại enzym riêng biệt Việc sử dụng hỗn hợp enzym hay từng loại enzyme riêng biệt phụ thuộc vào nguyên liệu

và sản phẩm cần đạt tới Ngoài ra, việc sử dụng các loại chế phẩm enzyme còn phụ thuộc vào công nghệ sản xuất (các yếu tố kỹ thuật)

Trong sản xuất nước quả, người ta thường sử dụng một trong những nhóm enzyme sau:

- Nhóm chế phẩm enzyme dùng để sản xuất nước quả đục Mục đích sử dụng nhóm chế phẩm enzyme này là làm tăng hiệu suất trích ly để thu được lượng sản phẩmlớn

- Nhóm chế phẩm enzyme dùng để sản xuất nước quả trong, không chứa pectin

Mục đích sử dụng nhóm chế phẩm enzyme này là làm tăng hiệu suất trích ly và thủy phân hoàn toàn các chất protein, pectin, làm giảm độ nhớt và làm triệt tiêu

- Nhóm chế phẩm enzyme dùng để làm tăng khả năng đồng hóa nước quả và thịt quả, làm tăng khả năng trích ly nước quả

- Nhóm chế phẩm enzym dùng để ngăn cản quá trình oxy hóa và làm cản trở sự phát triển của vi sinh vật hiếu khí phát triển trong nước quả

- Nhóm chế phẩm enzym dùng vào mục đích chống lại sự lại đường trong sản xuất

Việc sử dụng các chế phẩm enzyme phải được xem xét kỹ lưỡng trên cơ sở đặc điểm nguyên liệu trái cây cần xử lý Trong các đặc điểm của trái cây, người ta quan tâm rất nhiều đến đặc điểm màu sắc tự nhiên của sản phẩm Trong nhiều trường hợp, việc sử dụng enzyme phải đảm bảo giữ được màu sắc tự nhiên ban đầu hoặc tạo ra những màu sắc theo ý muốn bằng cách điều khiển những phản ứng enzyme Theo màu sắc tự nhiên, các loại trái cây được chia làm hai loại:

- Trái cây có màu nhạt: táo, lê, nho trắng, chuối, cam, xoài, bưởi …

- Trái cây có màu sẫm do chứa nhiều antoxian: anh đào, mận đỏ, nho đỏ, mận đen,

Để xử lý quả nghiền có màu nhạt, người ta thường sử dụng một loạt các enzyme sau:

- Enzyme poly methyl galacturonase viết tắt PMG để làm giảm độ nhớt của dịch quả

- Enzyme pectiestenase viết tắt PE làm tăng hiệu suất trích ly

- Enzyme khác như cellulase, hemicellulase, protease không bắt buộc

Tuy nhiên, nếu cho thêm những enzyme này vào sẽ làm tăng khả năng trích ly vật

Sự có mặt của enzym ascorbinatoxidase thường gây ra sự phân giải vitamin C

Các enzym tham gia quá trình oxi hóa như poly phenoloxidase, peroxidase, catalase thường làm biến màu nước quả và làm giảm giá trị cảm quan khác Do đó, trong chế biến nước quả không nên dùng những loại enzym này

- Khi chế biến nước quả có màu đỏ cần lưu ý phải bảo tồn chất màu antocian

Chính vì thế không được dùng những loại enzym có khả năng phân giải antocian

Ascorbic acid là một trong những chỉ tiêu quan trọng của nước quả, do đó trong khi chế biến nước quả tuyệt đối không được sử dụng enzym ascorbicnatoxidase

- Trong nhiều trường hợp, enzym protease đóng vai trò quan trọng trong quá trình làm trong nước quả Chính vì thế khi cần làm trong nước quả, người ta thường kết hợp protease acid với enzym phân hủy pectin

 Ngoài ra, đối với các chế phẩm pectinase dùng trong sản xuất nước quả trong cũng không được phép có các enzym oxydase (ascohatoxydase, poliphenoloxydase)

Trong chế biến nước quả có thịt thì các enzym pectin traseliminase (PTE), hemixenlulase và xenlulase lại là những enzym quyết định hiệu quả tác dụng của chế phẩm Trong đó vai trò dẫn động là enzym PTE có tác dụng phân hủy protopectin của mô quả Hemixenlulase và xenlulase sẽ cùng với PTE làm cho độ

đồng thể của nước quả có thịt tốt hơn Trong trường hợp này sự có mặt trong chế phẩm enzym polygalacturonase đặc biệt là enzyme endo-polygalacturonase là không cho phép vì lẽ độ đồng thể của nước quả sẽ phụ thuộc vào độ nghiền mịn của mô quả và độ nhớt của dịch quả Trong chế phẩm loại này có mặt proteinase cũng tốt nhưng không bắt buộc Ngoài ra khi dùng các nguyên liệu có màu sáng thì trong chế phẩm không được chứa enzym oxi hoá, còn cho các nguyên liệu có carotenoid và antoxian thì không được chứa enzym phá hủy các chất này

 Enzym pectinase

 Trong sản xuất thực phẩm, người ta thường sử dụng các chế phẩm pectinase dưới dạng tinh khiết Người ta không dùng chế phẩm dưới dạng canh trường nấm mốc sấy khô Tỉ lượng chế phẩm pectinase cô đặc trên lượng nguyên liệu đem chế biến

Pectinase thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm sau:

-sản xuất nước quả và nước uống không có cồn;

-sản xuất các mặt hàng từ quả: nước quả cô đặc, mứt nhừ, mứt đông, …

-sản xuất cà phê và cà phê hòa tan

 Trong sản xuất các mặt hàng từ quả (mứt nhừ, mứt đông, …) pectinase cũng có vai trò quan trọng Nhờ pectinase mà có thể thu được dịch quả có nồng độ đậm đặc

Chẳng hạn như dịch táo cô đặc đến 72 độ Brix, nếu không tách các pectin tự nhiên chứa trong đó đi thì sản phẩm sẽ bị keo tụ một cách mạnh mẽ và không thể cô đặc hơn nữa Đa số trường hợp, người ta khử pectin đi, sau đó mới lọc rồi cô đặc, nhưng đôi khi người ta cho pectinase tác dụng trong suốt thời gian cô đặc

 Trong sản xuất nước quả, để thu được nước quả, trong trường hợp có sử dụng enzym pectinase, người ta cũng phải nghiền nhỏ nguyên liệu quả Bã nghiền nhận được đem

xử lý bằng enzym, sau đó mới đem ép hoặc ly tâm Trong trường hợp có sử dụng

enzym, người ta có thể nghiền nhỏ tới mức tối đa, cốt sao thuận lợi cho tác dụng của enzym mà không sợ bị tắc nghẽn kênh dẫn dịch quả trong quá trình ép sau này Vì lẽ sau khi đã kinh qua tác dụng của enzym, dịch quả dễ dàng thoát ra khỏi bã nghiền, nên khi ép hoặc ly tâm, chỉ làm công việc tách dịch khỏi các tiểu phần của mô quả

Thực tế sản xuất đã chứng tỏ khi xử lý bã táo nghiền bằng 0,03% chế phẩm pectinase hiệu suất của dịch quả được nâng lên từ 20-25% Hoặc khi thu nước nho mà không

sử dụng chế phẩm pectinase thì hiệu suất dịch chỉ đạt được tối đa là 65% so với khối lượng nguyên liệu Nếu sử dụng pectinase thì tăng hiệu suất dịch quả từ 65% lên 77,3% (nho trắng) và từ 66% lên 82,2% (nho đỏ)

Dùng pectinase không chỉ làm tăng hiệu suất dịch quả mà còn để làm trong dịch quả

Phương pháp sử dụng enzym có hiệu quả hơn cả Bởi lẽ nhờ tác dụng của các enzym

mà các hệ keo của nước quả sẽ bị phá huỷ hoàn toàn

Nếu như khi làm trong bằng các phương pháp khác pectin bị kết tủa một phần thì khi

xử lý bằng pectinase, pectin bị phân giải hoàn toàn thành các chất hoà tan

Với phương pháp enzym, khi mang một lượng thừa chế phẩm sẽ loại trừ được trường

Dịch nước quả được xử lý bằng chế phẩm pectinase thường có vị hoàn toàn hơn và ít

Quá trình làm trong dịch quả dưới tác dụng của pectinase có thể chia làm ba giai đoạn:

- Giai đoạn “bất ổn định hoá” được tiêu biểu bằng sự giảm độ nhớt một cách sâu sắc vàthường được gọi là trạng thái “phá vỡ”

- Giai đoạn kết lắng bắt đầu từ trạng thái “phá vỡ” và kết thúc khi kết tủa hoàn toàn

- Giai đoạn cuối cùng thường được xác định bằng sự vắng mặt các pectin kết tủa bởi ion canxi

 Enzyme Pectin methylesterase (PME)