Quy trình sản xuất enzyme protease và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

Protease không những được ứng dụng nhiều trong y dược, hóa học, trong nông nghiệp, mà trong công nghiệp Protease chiếm vai trò quan trọng, việc sử dụng enzyme trong công nghiệp là đa dạng, phong phú và đã đạt được nhiều kết quả to lớnEnzyme protease nội bào là những enzyme được tiết ra từ bên ngoài hoặc ngoại biên màng protein và được trích ly vào môi trường bằng kĩ thuật trích ly.Enzyme protease ngoại bào được thu nhận từ quá trình lên men hoàn tất hoặc ngay quá trình lên men đang diễn ra.

Môn: Ứng dụng công nghệ sinh học trong công

nghệ thực phẩm

Đề tài: Quy trình sản xuất enzyme protease vag ứng dụng trong công nghệ thực

Danh sách nhóm

1 Nguyễn Huỳnh Kim Ngọc 2005130404

2 Nguyễn Thị Thảo Nguyên 2005130400

3 Nông Phương Hòa 2005130400

4 Trương Thị Mỹ Duyên 2005130362

5 Nguyễn Kim Yến Nhàn 2006120230

6 Phạm Minh Thơ 2005130355 7.

Nội dung

1

• Khái quát về enzyme

• Tổng quan về enzyme protease

• 1.1 Giới thiệu enzyme protease

1 Tổng quan về enzyme protease

Là chất xúc tác thủy phân protein tạo thành những phân

tử thấp và các amino acid

Có ý nghĩa cho quá trình sinh trưởng, sinh sản của mọi

sinh vật

đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ chế biến thực phẩm, trong y học, trong công nghệ gen và bảo vệ

môi trường

1.2 Đặc điểm chung.

2.Endo peptidase

Serin proteinaseCyteim proteinase

Aspatic proteinaseMetallo proteinase metallo

proteinase

b Dựa vào thành phần amimo acid và vùng pH tối ưu của protease:

Protease acid: pepsin, renin,…

Protease kiềm: tryssin, chymmotrysin, …

Protease trung tính: papain từ quả đu đủ, bromelain từ

quả dứa, …

1

2

3

c Khác

• Enzyme protease nội bào là những enzyme được tiết ra từ bên ngoài hoặc ngoại biên màng protein và được trích ly vào môi trường bằng kĩ thuật trích ly

• Enzyme protease ngoại bào được thu nhận từ quá trình lên men hoàn tất hoặc ngay quá trình lên men đang diễn ra

1.4 Cơ chế tác dụng

Quá trình xúc tác bắt đầu bằng sự kết hợp giữa enzym và cơ chất

thành hợp chất trung gian

E (enzym) + S (cơ chất)→ ES(hợp chất trung gian)

• Vi sinh vật

Vi khuẩn, nấm mốc, xạ khuẩn

a Động vật

Pepsin và rennin có khả năng đông tụ sữa thu nhận chủ yếu từ

dạ dày động vật (heo, bê, bò…)

b Thực vật

Ficin

c Nguồn vi sinh vật

protease của vi khuẩnkhả năng sinh ra andopeptidase và

exopeptidas protease của vi khuẩn có tính cơ chất cao

có khả năng phân hủy tới 80% các liên kết peptide trong phân

tử protein

Vi khuẩn

- Các vi khuẩn thường tổng hợp các protease hoạt động thích hợp ở vùng

pH trung tính và kiềm yếu

- Các protease trung tính của vi khuẩn hoạt động ở khoảng pH hẹp (pH 5 – 6) và có khả năng chịu nhiệt thấp

- Các protease trung tính tạo ra dịch thủy phân protein thực phẩm ít đắng hơn so với protease động vật và tăng giá trị dinh dưỡng

- Các protease trung tính có khả năng ái lực cao đối với các amino acid

ưa béo và thơm

- Chúng được sinh ra nhiều bởi B Subtilis, B Mesentericus, B Thermorpoteoliticus và một số giống thuộc chi Clostridium

Protease của Bacillus ưa kiềm có điểm đẳng điện bằng 11, khối lượng phân tử từ 20.000 – 30.000 Ổn định trong khoảng pH 6 – 12 và hoạt động trong khoảng pH rộng 7 – 12

Các loại nấm mốc có khả năng tổng hợp cả ba loại protease: acid, kiềm, trung tính.

Nấm mốc đen tổng hợp chủ yếu các protease acid, có khả năng thủy

phân protein ở pH 2,5 – 3

Nấm

Một số chủng có khả năng tổng hợp protease cao như: Streptomyces grieus, S Fradiae,

Xạ khuẩn

Lợi ích của nguồn nguyên liệu vi sinh vật

• Chủ động về nguyên liệu nuôi cấy vi sinh vật và giống vi sinh vật

• Chu kì sinh trưởng của vi sinh vật ngắn: 16 – 100 giờ nên có thể thu hoạch nhiều lần trong năm

• Có thể điều khiển sinh tổng hợp enzyme dễ dàng theo hướng có lợi (định hướng sử dụng và tăng hiệu suất thu hồi)

• Giá thành tương đối thấp vì môi trường tương đối rẻ, đơn giản, dễ tổ chức sản xuất

4 Ứng dụng của enzyme protease

Protease không những được ứng dụng nhiều trong y dược, hóa học, trong nông nghiệp, mà trong công nghiệp Protease chiếm vai trò quan trọng, việc sử dụng enzyme trong công nghiệp là đa dạng, phong phú và đã đạt được nhiều kết quả to lớn

Thu nh n enzyme protase từ nấm mốc ận enzyme protase từ nấm mốc Aspergiluss oryzae

Tổng quan về Aspergillus oryzae

Đặc điểm cấu tạo

• Nấm Aspergillus orzae có cấu tạo đa bào

• Thuộc loại vi hoàn khuẩn

• Các khuẩn ty có nhiều vách ngăn, khi khuẩn ty mới mọc có màu trắng xám và khi phát triển có màu xanh nhạt có ít vàng

• Có hình dáng là đính bào tử, màu thay đổi từ xanh vôi sang

màu xanh thẩm Dưới kính hiển vi đính bào tử có dạng hình cầu

có tia

Tổng quan về Aspergillus oryzae

Vai trò của giống:

• Năng suất của nhà máy

• Chất lượng sản phẩm sinh học (hay là hoạt tính của enzyme)

• Vốn đầu tư cho sản xuất

• Giá thành sản phẩm

• Có ý nghĩa to lớn trong phát triển công nghệ vi sinh vật

Yêu cầu của giống:

• Phải cho năng suất sinh học cao

• Có khả năng thích nghi nhanh và phát triển mạnh trong điều kiện sản xuất công nghiệp

• Có khả năng đồng hóa các nguyên liệu rẻ tiền và dễ kiếm tại địa phương

• Là những vi sinh vật thuần khiết, có tốc độ sinh sản nhanh

• Tốc độ trao đổi chất mạnh để tạo nhanh các sản phẩm mong muốn, dễ dàng tách chiết, tinh sạch

• Dễ dàng bảo quản và ổn định

Tổng quan về Aspergillus oryzae

Quy Trình Tổng Quát Thu Nhận Protease

Nuôi cấy

Thu nhận kết tủa

Kết tủa enzyme Trích ly

Ly tâm

Môi trường

Cà phê bột

QUY TRÌNH SẢN XUẤT PROTEASA TỪ

CHỦNG NẤM MỐC ASPERGILLUS ORYZAE

Chế phẩm

Sử dụng enzyme thô

Bã Thức ăn chăn nuôi

Sấy Nghiền và bảo quản

Giải thích quy trình

1 MÔI TRƯỜNGMục đích:

• Chuẩn bị môi trường cho nuôi cấy cho phép vi sinh vật phát triển tốt

CHUẨN BỊ MÔI TRƯỜNG

• Nguồn tinh bột như cám gạo

• Cám không được chứa hàm lượng tinh bột dưới 20%, không có vị chua hay đắng, không hôi mùi mốc, độ ẩm không quá 15%, tạp chất độc không quá 0,05%, có thể

bổ sung thêm nguồn nitơ vô cơ ((NH4)2SO4,

(NH4)2CO), photpho, nitơ hữu cơ và các chất kích

thích sinh trưởng như malt, nước chiết ngô, nước lọc

bã rượu

• Các phụ phẩm thêm vào để thoáng khí cho môi trường nuôi cấy bề mặt như trấu , mùn cưa

• Trong quá trình nuôi

cấy ta không cần điều chỉnh pH

2 NUÔI CẤY

Thực hiện:

• Sau khi trộn giống, môi trường được rải đều ra các khay với chiều dài

2 -3cm, rồi được vào phòng nuôi cấy, đặt trên các giá đỡ

• Phòng nuôi cấy phải có hệ thống điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm không khí, nhiệt độ thích hợp cho sợi nấm phát triển là từ 280C – 32oC

• Trong quá trình nuôi cấy ta không cần phải điều chỉnh pH

• Thời gian nuôi sợi nấm thu nhận enzyme vào khoảng 36-60 giờ

2 NUÔI CẤY

Thiết bị: khay nuôi cấy bề mặt

2 Thu được chế phẩm enzyme

protease, chế phẩm này được gọi là enzyme thô vì ngoài thành phần enzyme chúng còn chứa sinh khối vi sinh vật, thành phần môi trường và nước

1

3 CHẾ PHẨM KHÔ

mà không cần phải tinh sạch.

 Trong trường hợp khác ta

phải tinh sạch enzyme để bảo quản lâu hơn.

4.TRÍCH LY

Tách enzyme ra khỏi khối môi

trường

Mục

đích

Thiết bị

Thiết bị trích ly kiểu thùng quay

Tiến hành:

• Sau khi nghiền mịn, cho nước vào để trích ly enzyme

• Các loại enzyme thủy phân có khả năng tan trong nước nên sử dụng chúng như dung môi hòa tan

• Cứ 1 phần chế phẩm thô cho 4-5 phần nước, khuấy

nhẹ và lọc lấy dịch, phần bã được loại bỏ để làm thức

ăn cho gia súc

4.TRÍCH LY

5 KẾT TỦA ENZYME

Thu nhận dung dịch enzyme

Mục

đích

Thiết bị kết tủa

Thiết bị

Tiến hành:

• Tác nhân kết tủa: cồn hoặc sunfatmon

• Làm lạnh cả dung dịch thô và các tác nhân kết tủa để tránh làm mất hoạt tính của enzyme

• Cứ 1 phần dung dịch enzyme thô cho 2-2.5 phần cồn hoặc

sunfat amon, cần nhẹ nhàng để tránh hiện tượng biến tính,

khuấy nhẹ và để trong điều kiện lạnh từ 4-7 0 C trong một thời

gian, các enzyme tạo thành kết tủa và lắng xuống, thu nhận kết tủa (Độ ẩm > 70%)

• Tiếp tục sấy kết tủa ở 40 0 C và độ ẩm giảm xuống 5-8%.

5 KẾT TỦA ENZYME

• Khối lượng riêng.

• Nhiệt độ của dung dịch

• Sự thay dổi hàm lượng

chất khô và chất hòa tan trong 2 pha rắn-lỏng

Các yếu tố ảnh hưởng:

4 Ứng dụng của enzyme protease

Ứng dụng

Công nghệ thực phẩm Công

nghiệp hương,

mỹ phẩm

Công nghệ dệt ,da

Y học

Làm mềm thịt, sản xuất nước mắm, phomat

Dưới tác dụng của protease, các biểu bì da đã chết sẽ tách ra, da non và

mới sẽ xuất hiện

phân hủy vết bẩn dạng protein trên vải

Dùng các chế phẩm protease để cô đặc và tinh chế các huyết thanh

kháng độc

4 Ứng dụng của enzyme protease

trong công nghiệp thực phẩm

Protease được dùng làm mềm thịt nhờ sự thủy phân một phần protein trong thịt

Trong công nghiệp chế biến thịt

Đưa dung dịch enzyme vào máu động vật trước khi giết thịt

4 Ứng dụng của enzyme protease

Trong chế biến thủy sản

người ta sử dụng chế phẩm enzyme Protease đưa vào để tăng quá trình thủy phân protein nhằm rút thời gian sản

xuất nước mắm từ 6 tháng đến một năm xuống còn 30 đến

60 ngày

4 Ứng dụng của enzyme protease

Trong công nghệ sản xuất sữa

Protease được dùng trong sản xuất phomat nhờ hoạt tính làm đông tụ sữa của chúng Protease từ một số vi sinh vật như A candidus, P roquerti, B mesentericus,… được dùng trong sản xuất pho mát

4 Ứng dụng của enzyme protease

Trong sản xuất bánh mì, bánh quy

Protease làm giảm thời gian trộn, tăng độ dẻo và làm nhuyễn bột, tạo độ xốp và nở tốt hơn.

4 Ứng dụng của enzyme protease

Trong công nghệ sản xuất thức uống

Chế phẩm Protease có ý nghĩa quan trọng trong việc làm tăng độ bền của bia

và rút ngắn thời gian lọc

dùng để làm trong và ổn định chất lượng nước quả và rượu vang

•ỨNG DỤNG CỦA

PROTEASE SẢN XUẤT NƯỚC MẮM

NGẮN NGÀY

1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC MẮM

Nước mắm là dung dịch đạm mà chủ yếu là các acid amin, được tạo thành do quá

trình thủy phân protein cá nhờ hệ enzym protease có trong cá và ruột cá làm cho

nước mắm có mùi vị đặc trưng.

Bản chất của quy trình sản xuất nước mắm là: Cá + muối  nước mắm.

Bản chất của quá trình này chính là quá trình thủy phân protein trong cá nhờ hệ enzyme: Enzyme protease  pepton  polypeptid  peptid  acid amin

1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC MẮM

Nước mắm dài ngày:

được sản xuất theo phương pháp thủ công, quá trình

này thường kéo dài 12 – 14 tháng để làm chuyển hóa

protein của cá thành acid amin

 Tồn nhiều diện tích mặt bằng sản xuất

 Công nhân đòi hỏi có tay nghề cao

 Vệ sinh an toàn thực phẩm thấp

Nước mắm ngắn ngày:

sử dụng các chế phẩm enzyme, điều chỉnh nhiệt độ, pH, lượng nước thích hợp làm giảm thời gian, hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

+ Ưu điểm:

 Thời gian chế biến ngắn

 Hiệu quả kinh tế cao

 Lượng đạm mất đi ít hơn

 Không tốn nhiều mặt bằng, công nhân không đòi hỏi kinh nghiệm cao

 Vệ sinh an toàn thực phẩm tốt hơn

+ Nhược điểm:

• Nước mắm không có mùi vị đặc trưng

• Tốn chi phí cho công đoạn gây hương

• Đòi hỏi kỹ thuật cao

Do có thời gian để thực hiện quá trình tạo hương nên sản phẩm có hương thơm đặc trưng

để cải thiện mùi vị của nước mắm ngắn ngày phải cho dịch thủy phân chạy qua chượp hoặc pha với nước mắm cốt sản xuất theo phương pháp truyền thống.

Quy trình sản xuất nước mắm ngắn ngày

Cô đặc Lọc

Sản phẩm

Protease từ

A.oryaze

Thiết bị rửa băng tải

2 xử lý

Giúp làm giảm kích thước của cá trước khi phối trộn với muối.Giúp tăng diện tích tiếp xúc của cá với muối

3 Lên men

Thủy phân protein thành các acid amin nhờ hệ enzyme trong bản thân nguyên liệu và chế phẩm enzyme protease bổ sung để rút ngắn thời gian lên men.

Protein => Peptone => Polypeptide => Peptide =>acid amin.

Cá sau khi xử lý nguyên liệu, chuyển đến thiết bị phối trộn, lúc này ta cho lượng enzyme protease vào, để yên 30 phút=>thúc đẩy quá trình thủy phân cá nhanh hơn.

Thiết bị nồi hai vỏ có áo điều nhiệt , cánh khuấy

4 Lọc

-Kích thước lỗ lọc: 40-80 μmm

- Áp suất lọc P = 3at

- Thời gian lọc t = 40 ph/mẻ

- Áp lực hơi: <0.1MPa

- Độ chân không: 0.06 MPa

Thiết bị chiết rót tự động

Tiêu chuẩn của nước mắm thành phẩm

• Chỉ tiêu cảm quan

 Màu sắc: nước mắm có màu vàng rơm đến cánh gián

 Mùi vị: thơm đăchj trưng, không có mùi chua lạ

• Chỉ tiêu vi sinh:

 Vi khuẩn hiếu khí: < 10 (khuẩn lạc/ ml)

 Staphylococcus aureus, E.coli: không được có

 Nấm men, nấm mốc: < 10 (khuẩn lạc/ml)

 Coliforms: < 100( khuẩn lạc/ml)

 Clostridium perfgingens: < 10( khuẩn lạc/ ml)

Giá trị dinh dưỡng

 Các chất bay hơi: quyết định đến hương vị của nước mắm.

- Các chất dễ bay hơi như cacbony, các acid, amin, các chất trung tính cũng dễ bay hơi

- Hàm lượng các chất bay hơi trong nước mắm mg/100g nước mắm

 Các chất khác

- Các chất vô cơ: NaCl chiếm đến 250- 280g/l và một số chất khoáng như: S, Ca, Mg, P, I, Br

- Vitamin: B1,B12,B2 và PP

Một số sản phẩm nước mắm sử dụng phương pháp ngắn ngày trên thị trường

• Nước mắm chin su

• Nước mắm Phan Thiết

• Nước mắn Hải Hậu