TÁC ĐỘNG của hệ ENZYM đến NHỮNG biến đổi của nguyên liệu súc sản

Cơ chế hoạt động: - Trung tâm hoạt động của enzym: Trong quá trình xúc tác của enzym vùng cấu trúc không gian đặc biệt tham gia trực tiếp vào phản ứng để kết hợp với cơ chất gọi là "trun

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & THỰC PHẨM

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

Cuộc sống ngày càng hiện đại, nhu cầu về vật chất và tinh thần của con người cũng ngày càng được nâng cao Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, ngành công nghệ chế biến thực phẩm đã không ngừng nghiên cứu, sáng tạo nhằm tạo ra những sản phẩm có chất lượng tốt nhất, đáp ứng nhu cầu thiết yếu của con người

Những sản phẩm từ thịt súc sản là nguồn thực phẩm dồi dào, giàu dinh dưỡng luôn được lựa chọn trong mỗi bữa ăn hằng ngày Nhưng việc bảo quản và chế biến loại thực phẩm này đúng cách, để làm sao cho thịt mềm hơn, thơm ngon hơn, chế biến

dễ dàng hơn và vẫn giữ được giá trị dinh dưỡng của thịt bằng thì không phải ai cũng làm được Nhờ nghiên cứu về những tác động cũng như ứng dụng của enzym trong công nghệ chế biến súc sản đã tạo ra nhiều sản phẩm từ thịt hấp dẫn hơn, đa dạng hơn, thỏa mãn nhu cầu ẩm thực của con người

Qua bài tiểu luận này, chúng ta sẽ hiểu rõ hơn về các loại enzym, tác động của chúng đến sự biến đổi của nguyên liệu súc sản và những ứng dụng của enzym trong công nghệ chế biến súc sản.Bài tiểu luận còn nhiều thiếu sót, mong nhận được góp ý của cô giáo và các bạn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm tiểu luận

I. Khái quát về enzym:[1],[2].[3],[4],[13]

I.1. Enzym:

Enzym có bản chất là protein được sinh vật tổng hợp nên, tham gia vào các phản ứng hóa sinh học Enzym làm tăng tốc độ phản ứng mà không bị biến đổi sau phản ứng Enzym có phân tử lượng lớn từ 20000 đến 1000000 dalton, do vậy enzym không đi qua được màng bán thấm

I.2. Đặc tính chung của enzym:

- Enzym được tạo ra trong tế bào sinh vật, không độc hại, thân thiện với môi trường

- Enzym tham gia phản ứng cả trong tế bào sống và cả khi được tách khỏi tế bào sống

- Enzym có thể tham gia xúc tác các phản ứng trong và ngoài cơ thể từ giai đoạn đầu đến giai đoạn cuối giải phóng hoàn toàn năng lượng dự trữ trong các hợp chất hóa học Trong chuỗi chuyển hóa hở hay chuỗi chuyển hóa khép kín, sản phẩm của phản ứng trước là cơ chất cho phản ứng sau

- Enzym có thể được thực hiện một phản ứng: xảy ra ngoài tế bào (như trong ống nghiệm)

- Phản ứng enzym tiêu hao năng lượng rất ít, hiệu suất và tốc độ cao

- Enzym tính chọn lọc cao

- Enzym chịu sự điều khiển bởi gen và các điều kiện phản ứng

I.3. Cấu tạo của enzym:

- Nhóm enzym đơn phân tử: Thành phần cấu tạo chỉ có protein

- Nhóm enzym đa cấu tử:

Trong nhón enzym đa cấu tử gồm 2 phần:

+ Phần 1: Protein thuần: apoprotein hay apoenzym Phần protein thường quyết định tính đặc hiệu cao của enzym và làm tăng hoạt tính xúc tác của coenzym

+ Phần 2: Thành phần không phải protein: cofactor – chúng có thể gắn chặt (prosthetic) hoặc lỏng lẻo với phần protein (coenzym).Có bản chất là những hợp chất hữu cơ phức tạp, thường quyết định kiểu phản ứng mà enzym xúc tác, trực tiếp tham gia vào phản ứng và làm tăng độ bền của apoenzym

- Enzym có bản chất là protein nên có tất cả thuộc tính lý hóa của protein

+ Đa số enzym có dạng hình cầu và không đi qua màng bán thấm do có kích thước lớn

+ Tan trong nước, dung dịch muối loãng và các dung môi hữu cơ phân cực khác, không tan trong ete và các dung môi không phân cực

+ Không bền dưới tác dụng của nhiệt độ, nhiệt độ cao thì enzym bị biến tính Môi trường axít hay bazơ cũng làm enzym mất khả năng hoạt động

+ Enzym có tính lưỡng tính: tùy pH của môi trường mà tồn tại ở các dạng: cation, anion hay trung hòa điện.

I.4. Cơ chế hoạt động:

- Trung tâm hoạt động của enzym:

Trong quá trình xúc tác của enzym vùng cấu trúc không gian đặc biệt tham gia trực tiếp vào phản ứng để kết hợp với cơ chất gọi là "trung tâm hoạt động".Cấu tạo đặc biệt của trung tâm hoạt động quyết định tính đặc hiệu và hoạt tính xúc tác của enzym.+ Trong "enzym 1 cấu tử", các acid amin thường phân bố trên những phần khác nhau của mạch polypeptid nhưng nằm kề nhau trong không gian tạo thành trung tâm hoạt động Sự kết hợp của các nhóm chức của các acid amin, thường gặp là -SH của cysteine, -OH của serine, vòng imidazol của histidine, w-COOH của aspartie và acid glutamic, -COOH của các acid amin cuối mạch

+ Trong "enzym hai cấu tử" ngoài mạch polypeptid mà các nhóm chức kết hợp để tạo trung tâm hoạt động, còn có các nhóm chức coenzym và các nhóm ngoại khác kết hợp tạo thành trung tâm hoạt động

+ Một enzym có thể có 2 hoặc nhiều trung tâm hoạt động, tác dụng của các trung tâm hoạt động không phụ thuộc vào nhau.Trong một số enzym còn có "trung tâm dị không gian" - những phần enzym khi kết hợp với các chất có phân tử nhỏ nào đó sẽ làm biến đổi cấu trúc bậc ba của toàn bộ phân tử enzym làm cấu trúc trung tâm hoạt động thay đổi → biển đổi hoạt tính của enzym

- Các cơ chất kết hợp với trung tâm hoạt động của enzym tạo phức hợp enzym-cơ chất (ES), sau đó enzym biến đổi cơ chất này thành sản phẩm và giải phóng enzym tự do

E + S → ES->ES++ → E + PTrong đó: E là enzym, S là cơ chất, P là sản phẩm

Các liên kết chủ yếu được tạo thành giữa E và S trong phức ES là tương tác tĩnh điện, liên kết hydro, tương tác Van der Waals, …mỗi loại liên kết đòi hỏi điều kiện khác nhau và chịu ảnh hưởng khác nhau khi có nước.

Tốc độ phản ứng của enzym phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nồng độ enzym, nồng độ cơ chất, nhiệt độ, pH môi trường, ion kim loại, các chất vô cơ và hữu cơ khác,…

II.Ứng dụng của enzym trong công nghệ chế biến súc sản[4],[2]

Enzym có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghệ chế biến súc sản Bằng cách sử dụng các enzym nội tạng có sẵn trong nguyên liệu súc sản hoặc các enzym bổ sung từ nguồn thực vật, vi sinh vật, nấm mốc,…đã tạo ra bước ngoặc lớn trong việc nâng cao giá trị dinh dưỡng và giá trị cảm quan cho nhiều sản phẩm thực phẩm

Phản ứng thủy phân là phản ứng quan trọng và rất phổ biến trong bảo quản và chế biến thực phẩm, enzym xúc tác phản ứng thủy phân góp phần làm tăng chất lượng các sản phẩm từ thịt: làm thịt mềm hơn,vị ngon hơn, mùi thơm hơn khi gia nhiệt, quá trình tự phân của thịt trong một thời gian nhất định tạo hương vị đặc trưng cho thực phẩm, công nghệ sản xuất các loại dịch thủy phân giàu protein đã áp dụng một cách

có hiệu quả tính năng của enzym protease, quá trình tự chín của thịt trong chế biến nem thành sản phẩm hoàn hảo, dễ hấp thu,…

Cùng với phản ứng thủy phân, phản ứng oxy hóa khử dưới tác dụng của enzym cũng có tác dụng làm tăng chất lượng thực phẩm: tạo màu sắc, mùi vị đặc trưng cho các sản phẩm lên men từ thịt

Việc sử dụng trong chế biến làm mềm thịt là ứng dụng có tính truyền thống Nhân dân ta từ rất lâu đã dùng thơm để nấu canh thịt bò; dùng rau sống và chuối chát,

vả kết hợp thức ăn nhiều thịt; đu đủ trong chống táo bón…mà thực chất là sử dụng papain, bromelain, ficin Người Nga còn dùng protease từ hạt đậu tương nẫy mầm để làm mềm thịt

Ngoài khả năng phân giải để làm mềm thịt, tạo thức ăn dễ tiêu hóa, công nghệ sản xuất các loại dịch thủy phân giàu protein đã được áp dụng một cách có hiệu quả tính năng của protease

III. Hệ enzym trong công nghệ chế biến súc sản:

III.1. Enzym thủy phân protease [14],[17],[1],[3]

III.1.1. Định nghĩa:

Nhóm enzym protease xúc tác quá trình thủy phân liên kết peptid (-CO-NH-)n trong phân tử protein, polypeptid đến sản phẩm cuối cùng là các axit amin Ngoài

ra, nhiều protease cũng có khả năng thủy phân liên kết este và vận chuyển axit amin

Cấu trúc không gian enzym protease

III.1.2. Phân loại:

Protease được phân loại dựa trên các đặc điểm riêng của chúng cũng như cấu tạo trung tâm hoạt động enzym, hiện tại được chia làm 6 nhóm chính:

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

Protease là enzym được sử dụng nhiều nhất hiện nay trong một số ngành sản

làm tăng chất lượng sản phẩm trong sản xuất bia, xử lý phế phụ phẩm trong chế biến thực phẩm…), sản xuất chất tẩy rửa…

III.1.4. Ứng dụng:

- Protease được dùng làm mềm thịt nhờ sự thủy phân một phần protein trong thịt, kết quả làm cho thịt có một độ mềm thích hợp và có vị tốt hơn Protease được sử dụng để làm mềm thịt và tăng hương vị thịt

- Chế phẩm enzym để làm mềm thịt thường là papain hay hỗn hợp của papain với protease của vi sinh vật

- Tùy theo tính chất thịt mà sử dụng các chế phẩm thích hợp

- Chất lượng các loại thịt được nâng cao

- Thời gian chín của thịt rút xuống nhiều lần

- Kỹ thuật làm mềm thịt không phức tạp lắm Có thể:

+ Ngâm thịt trong phức hệ enzym cần thiết ở pH, nhiệt độ, nồng độ thích hợp.+ Rải lên bề mặt thịt chất làm mềm dạng bột có chứa enzym và chất phụ gia

+ Tiêm dung dịch enzym vào mô

+ Đưa dung dịch enzym vào máu động vật trước khi giết thịt

III.1.5. Một số loại enzyme protease thường dùng

III.1.5.1. Protease nguồn gốc thực vật

Enzym Papain [7],[9],[3]

a)Định nghĩa – cấu tạo:

- Papain là một enzym thuộc loại proteaza thực vật có nguồn gốc từ cây đu đủ, là chuỗi

polypeptit gồm 187 gốc aminoaxit

- Papain gồm có nhiều axit amin, theo thứ tự nhiều ít (từ 11,35-12,43 xuống 2,14-3,57 g/100g): tyrosin, axit glutamic, axit aspartic, glycin, valin, arginin, leucin, isoleucin, lysin, serin, alanin, prolin, tryptophan, threonin, phenylalanin, cystin, histidin

- Papain là chất bột màu trắng hoặc xám nhạt, dễ hút nước, tan trong nước và glixerin, không tan trong các dung môi hữu cơ khác.

Mô hình phân tử enzym papain

b) Tính chất:

- Papain có khả năng thủy phân protein thành các tiểu phân nhỏ như axit amin và các peptid ngắn Khả năng thủy phân của chúng rất khác nhau tùy thuộc vào điều kiện phản ứng

- Khi chưa được hoạt hóa, papain có hoạt lực rất yếu, dưới tác dụng của các chất có tính khử, nhất là kèm theo sự có mặt của các chất kết hợp với kim loại, papain được hoạt hóa thành dạng hoạt động

- Điểm đẳng điện của papain vào khoảng pH = 9, khối lượng phân tử khoảng 20.700

- Papain có tính đặc hiệu rộng

- Ở pH = 5 – 7,5 papain thủy phân thành các peptid, amit và este của aminoaxit

- Dựa vào bản trên ta thấy papain hoạt động thủy phân mạnh ở môi trường có tính trung tính hoặc kiềm yếu

- Ngoài ra quá trình thủy phân này cũng phụ thuộc vào nhiệt độ, khi nhiệt độ càng cao

- Papain có độ bền đặc biệt cao đối với tác dụng của nhiệt độ và ít chịu ảnh hưởng của dung môi.

c) Hoạt động

- Papain thuộc nhóm Cystein-protease vì trung tâm hoạt động của nó có chứa nhóm -SH của Cystein, nhóm này nằm gần vòng imidazol của Histidine và nhóm -COOH của axit Aspartic Sự tổ hợp của các nhóm chức có mặt trong trung tâm hoạt động tạo điều kiện cho hoạt động xúc tác của phân tử enzyme

- Papain đóng vai trò vừa là một endoprotease vừa là một exoprotease nên chúng thủy phân protein thành các polypeptid và các axit amin Các endopeptidase thủy phân protein chủ yếu thành các peptid:

(-NH-CH(R)-CO-NH-CH(R)-CO-)n + HOH  (-NH-CH(R)-COOH)I + (H2N-

CH(R)-CO-)k

i+k=n

- Các exopeptidase thủy phân các peptide thành các amino acid

(H2N -CH(R )-CO-NH-CH(R )-CO-)n + HOH  (H2N -CH(R)- COOH)n’ + (H2N -CH(R)-CO-)k

n’ +k = n

- So với các protease có nguồn gốc động vật và vi sinh vật khác thì papain có khả năng thủy phân sâu hơn Tính đặc hiệu cơ chất của papain rất rộng vì nó có khả năng phân hủy hầu hết các liên kết peptide trừ các liên kết với proline và các glutamic acid có nhóm carboxy tự do

- Khả năng thủy phân cơ chất của papain còn tùy thuộc vào trạng thái của cơ chất,tức là

cơ chất có bị biến tính hay không.Nếu cơ chất có bị biến tính thì papain có khả năng thủy phân sâu hơn.Papain có khả năng xúc tác phản ứng thủy phân các dẫn xuất acyl

- Phản ứng được tiến hành như sau

RCOX + pap-SH -> O=pap-S-C-R+ HXO= pap-S-C-R +H2O

-> pap-SH + R-COOH

- Khả nǎng thủy phân của chúng rất khác nhau tùy thuộc vào điều kiện phản ứng

- Khi chưa được hoạt hoá, Papain có hoạt lực rất yếu; dưới tác dụng của các chất có tính khử, nhất là kèm theo sự có mặt của các chất kết hợp với kim loại, Papain được hoạt hoá thành dạng hoạt động

- Điểm đẳng điện của Papain vào khoảng pH =9; khối lượng phân tử khoảng 20.700

- Ở pH = 5 ÷ 7,5, Papain thuỷ phân thành các peptit, amit và este của aminoaxit

- Papain hoạt động thủy phân mạnh ở mội trường có tính trung tính hoặc kiềm yếu

- Ngoài ra quá trình thủy phân này cũng phạu thuộc vào nhiệt độ.Khi nhiệt độ càng cao thì khả năng thủy phân của papain càng tăng.Papain có độ bền đặc biệt cao đối vời tác dụng của nhiệt độ và ít chịu ảnh hưởng của dung môi

- Cystein và EDTA là những chất hoạt hóa papain Khi có mặt của Cystein nhóm -SH của trung tâm hoạt động được phục hồi Sự hoạt hóa càng được tăng cường khi có sự hiện diện của các chất có khả năng liên kết với ion kim loại có mặt trong nhựa đu đủ như EDTA Để thu được hoạt tính cao nhất người ta thường dùng hỗn hợp Cystein và EDTA.

- Papain bị kìm hãm bởi các chất oxy hóa như O2 , ozon, vv , đặc biệt, papain rất dễ bị mất hoạt tính khi có mặt H2O2 Các ion kim loại nặng như Cd, Zn, Cu, Hg, Pb, Fe, vv cũng là những tác nhân ức chế papain, tuy nhiên, papain lại khá bền đối với một số dung môi hữu cơ

- Độ hoạt động của papain bị suy giảm theo thời gian bảo quản

- Papain là một enzyme chịu được nhiệt độ tương đối cao Ở dạng nhựa khô, papain không bị biến tính trong 3 giờ ở 100oC, còn ở dạng dung dịch, papain bị mất hoạt tính sau 30 phút ở 82,5oC Papain tinh sạch có độ bền nhiệt thấp hơn khi còn ở trong nhựa

mủ, có lẽ trong mủ nhựa còn có các protein khác có tác dụng bảo vệ nó

- Papain có khả năng hoạt động ở một vùng pH tương đối rộng từ 4,5 đến 8,5, nhưng lại

dễ bị biến tính trong môi trường axit có pH<4,5 và trong môi trường kiềm mạnh có

pH >12

d) Nguồn cung cấp papain:

- Papain có nhiều trong quả đu đủ, do đó đu đủ là nguồn cung cấp papain chủ yếu

- Nhựa đu đủ có chứa papain là một loại men tiêu hủy protein (proteolytic enzymes)

- Đu đủ xanh chứa 4% chất nhựa mủ latex màu trắng đục là hỗn hợp của nhiều protease (loại men tiêu hóa chất đạm) trong đó chất chủ yếu là papain Một cây đu đủ trong một năm cho khoảng 100g nhựa mủ Lấy nhựa khi quả còn non trên cây

e)Ứng dụng của papain trong chế biến súc sản:

Papain được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: Công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, công nghệ hóa chất,

Lá đu đủ xanh chứa papain có tác dụng làm mềm thịt do đó lá đu đủ được dùng để gói thịt trong chế biến để thịt nhanh chóng mềm

Trong công nghiệp thực phẩm, papain được sử dụng để làm mềm thịt, cá trước khi đóng hộp, làm tăng giá trị cảm quan của thực phẩm, Với enzyme này, người

ta có thể biến đổi những loại thịt cá rẻ tiền, khô cứng, những phần không ngon thành các chế phẩm có tính chất tốt hơn Theo Nielsen và Olsen (2002) thì papain có khả năng làm mềm thịt tốt hơn protease từ vi sinh vật Ngoài ra còn dùng papain để thủy

phân gan cá ngừ làm thuốc bổ…… Enzim papain rất tốt cho hệ tiêu hóa, giúp tiêu hóa các thức ăn giàu protein một cách dễ dàng hơn

Papain còn được dùng để thủy phân protein và ngăn ngừa vi khuẩn gây thối,

do nhiệt độ tối ưu của nó là 700C

Bromelain là enzym thuộc nhóm endoprotease, có khả nưng phân cắt các liên kết peptid nội phân tử protein để chuyển phân tử proein thành các đoạn nhỏ gọi là các peptid Thành phần chủ yếu của bromelain có chứa nhóm sulfurhydryl thủy phân protein Khi tách chiết và tinh sạch phân đoạn có chứa nhóm sulfurhydryl của bromelain thì thu được enzym thủy phân protein hiệu quả invitro

b. Cấu tạo:

- Bromelin là một enzym có tác dụng thủy phân protein thành các axit amin

- Bromelin thủy phân protid rất mạnh

- Bromelin được chiết xuất từ dứa

- Dạng độc lập của enzym này lần đầu tiên được tách ra năm 1891 bởi Vicente Marcano, năm 1892 được trích ly dạng đầy đủ

- Bromelin là một protease bền với nhiệt độ, sau khi đun một giờ có thể còn hoạt tính, hoạt động trong dải pH rộng từ 3-6, một số nghiên cứu cho thấy bromelin hoạt động tốt trong dịch tiêu hóa có pH thấp khoảng 3,3-3,5.

- Ở pH = 3,3 chất này có tác dụng như men pepsin của dịch vị, còn ở pH = 6, nó có tác dụng như men trypsin của dịch tụy

- Có hoạt độ vào khoảng 5000-10000 UI/g (cơ chất Hb)

- Chế phẩm bromelin thường không bền nhiệt bằng papain

c. Cơ chế tác động của enzym:

• Hoạt tính của enzym:

Một số nghiên cứu cho thấy bromelain có hoạt tính khác nhau trên những

cơ chất khác nhau Nếu cơ chất là hemoglobin thì khả năng phân giải của bromelain mạnh hơn papain gấp 4 lần, còn cơ chất là casein thì khả năng phân giải của 2 enzym này tương đương nhau Đối với các cơ chất tổng hợp thì khả năng phân giải của bromelain yếu hơn papain

Bromelain có 3 hoạt tính: peptidease, amidase và esterase Hoạt tính esterase

ở bromelain của dứa cao hơn papain trong đu đủ và ficin trong cây họ Sung

Khả năng phân giải các cơ chất tự nhiên của bromelin:

Cơ chất Hoạt tính phân giải casein (UI/mg)

Bromelain thân Bromelain quả

xanh Bromelain quả chín

Cơ chất Hoạt tính phân giải BAA (UI/mg)

Bromelain thân Bromelain quả

xanh Bromelain quả chín

khi tăng nhiệt độ lên đến 600C thì bromelain vẫn còn hoạt tính nhưng nếu tăng quá cao thì bromelain sẽ mất hoạt tính.

Bromelain ở dạng tinh khiết thì nhạy nhiệt với nhiệt độ: ở 50C, pH = 4-10, bromelain có hoạt tính tối đa trên casein trong 24h, ở 550C, pH = 6 trong 20 phút, hoạt tính giảm 50% Quá trình sấy thăng hoa (đông khô) mất 27% hoạt tính

+ Ảnh hưởng của pH: là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của enzym pH tối thích của bromelain không ổn định mà tùy thuộc vào nhiệt

độ, thời gian phản ứng, bản chất, độ tinh sạch của enzym và nồng độ cơ chất,…

Ví dụ: khi thu thập bromelain thân, nếu dùng tác nhân kết tủa là (NH4)2SO4 thì enzym có hoạt tính cao nhất ở pH = 4.8, ổn định ở pH = 4.6 – 5.4 bromelain đã được tinh sạch một phần có hoạt tính cao nhất ở pH = 6 và pH = 8, ổn định ở pH = 3.5 – 5.6

ở nhiệt độ 630C Bromelain có biên độ pH rộng (3 – 10), tốt nhất là pH = 5- 8 tùy thuộc và cơ chất

+ Ảnh hưởng bởi cơ chất: trên những loại cơ chất khác nhau bromelain có hoạt tính khác nhau Nếu cơ chất là hemoglobin thì khả năng phân giải của bromelain mạnh hơn papain gấp 4 lần, nếu cơ chất là casein thì hoạt tính của bromelain tương tự papain Đối với cơ chất tổng hợp như BAA (Benzoyl – L – Arginine amide), BAEE (Benzoyl – L-Arginine ethyl ester) thì khả năng thủy giải của bromelain yếu hơn papain

+ Ảnh hưởng bởi các ion kim loại: các ion kim loại có ảnh hưởng đến hoạt tính của enzym do chúng gắn vào trung tâm hoạt động của enzym chẳng hạn: muối thủy ngân ảnh hưởng đến hoạt tính của enzym bromelain và mức độ kìm hãm tùy thuộc vào nồng độ của muối

• Cơ chế tác động:

Nhóm SH của cystein tham gia tạo thành acyl-thioester trung gian với nhóm carboxyl của cơ chất (nơi các liên kết peptid bị cắt đứt) nhóm imidazole làm chất trung gian nhận gốc acid và chuyển cho nhóm anion của chất nhận khác

Đầu tiên, bromelain kết hợp với protein và thủy phân sơ bộ cho ra polypepetid

và acid amin Protein kết hợp với nhóm –SH của enzym khiến nó bị ester hóa rồi nhóm imidazol sẽ khử ester để giải phóng enzym, acid amin và peptid

Ở giai đoạn đầu, Zn2+ rất quan trọng vì chúng kết hợp với nhóm –SH của tâm hoạt động hình thành mercaptid phân ly yếu (nhưng vẫn còn khả năng tạo liên kết phối trí bổ sung với các nhóm chức năng khác của phân tử protein như amin, carboxyl, ,).

d. Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm:

- Làm mềm thịt: chỉ cần 1 phần enzym bromelain là có khả năng thủy phân 1000 phần thịt enzym bromelain được rải lên thịt dưới dạng bột hoặc ngâm trong dung dịch enzym hoặc tiêm dung dịch enzym vào để làm mềm thịt

- Quá trình đông tụ sữa: để chế biến các sản phẩm từ sữa người ta thường dùng renin Tuy nhiên, lượng renin sản xuất chưa đáp ứng đủ nhu cầu trong sản xuất sữa vì vậy, enzym bromelain đang được quan tâm với mục đích này

- Trong chế biến thủy sản: trong sản xuất nước mắm thì thời gian chế biến thường dài

và hiệu suất thủy phân độ đạm không cao nên hiện nay người ta chú ý đến quy trình sản xuất nước mắm ngắn ngày có enzym bromelain sẽ giúp thời gian sản xuất nước mắm được giảm bớt và cải thiện hương vị nước mắm

Enzym Ficin[8][3]

a)Nguồn gốc:

Ficin là một protease được tìm thấy trong nhựa cây

thuộc họ ficus ( sung, vải ), thuộc họ moraceae Ficin chứa

nhóm –SH ở trung tâm hoạt động, quyết định hoạt tính xúc

c) Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

- Trong lĩnh vực chế biến thịt: ficin được dùng để thủy phân một phần các protein tham gia cấu trúc kết quả là tăng chất lượng thịt, giảm thời gian chế biến

- Trong công nghiệp chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa: Trong sản xuất fomage, người Âu Mỹ dùng ficin thay thế cho rennin trong giai đoạn làm đông tụ sữa Ficin là enzyme có khả năng làm đông tụ sữa tốt mà ít thủy phân sâu casein do đó ít ảnh hưởng xấu đến chất lượng fomage Ficin được gọi là một rennin thực vật (Judie, 1991)

Ficin cũng được dùng để bảo quản những sản phẩm chứa protein trong sữa,

bơ và sữa khô bằng cách làm giảm hiệu quả chịu nhiệt của kappa casein ở mức thấp nhất và làm cho vật liệu của sữa chịu đựng được tốt quá trình xử lý nhiệt hoặc thanh trùng Pasteur (Hà Duyên Tư, 2000)

- Trong công nghiệp sản xuất bia: tăng cường độ bền của bọt bia và làm giảm

độ đục của bia trong suốt thời gian bảo quản (Ngô Tuấn Kỳ, 1998)

- Trong công nghiệp chế biến rau, củ, quả: Nguyên liệu rau, củ, quả tươi trong quá trình sơ chế khi bóc vỏ, cắt lát (khoai tây, táo ) thường bị hóa nâu do quá trình oxy hóa các hợp chất tự nhiên dưới tác dụng của một enzyme có sẵn trong nguyên liệu Trước đây người ta thường dùng sulfite (SO2) để tránh hiện tượng này

Sự hóa nâu này cần 4 yếu tố: O2, Cu, một enzyme (thường là polyphenol oxidase – PPO) và một cơ chất Cũng như papain, bromelain, ficin được dùng như một yếu tố

kìm hãm phản ứng hóa nâu do enzyme Tác dụng thủy phân protein của ficin gây nên

sự bất hoạt của enzyme gây phản ứng hóa nâu (Whitaker, 1994)

3.1.5.2. Protease có nguồn gốc động vật[1],[3],[16]

Tripsin:

a)Định nghĩa – cấu tạo:

- Tripsin là men phân giải các protein hỗn hợp, men này do tuyến tụy tiết ra, tiền thân của nó là trypsinogen, được hoạt hóa bởi Enterokinaza của ruột

- Là một loại serine protease

- Hoạt động tối ưu ở khoảng pH = 8 và nhiệt độ 370C

- Vẫn hoạt động tốt ở nhiệt độ 30-400C và pH = 6-8 thì dung dịch enzym bị mất hoạt tính hoàn toàn

- Sau khi được enterokinaza hoạt hóa, trypsin sinh ra tiếp tục tự động hoạt hóa trypsinogen

b) Hoạt động:

- Tripsin là một enzym có chức năng phân cắt các protein ta ăn vào thành mạch nhỏ (nhân của sự phân cắt) đồng thời tự phân cắt nó ra mảnh nhỏ (quả của sự phân cắt)

- Trong dịch tụy và ruột

+ Trypsin khi mới tiết ra ở dạng chưa hoạt động là trypsinogen

+ Dưới tác động của enzym enterokinase, trypsinogen biến thành trypsin hoạt động, sau đó quá trình này có thể xảy ra theo phương thức tự hoạt hóa, nghĩa là chịu tác động ngay của enzym trypsin

+Trypsin hoạt động tốt nhất trong môi trường pH = 7-8

+ Dưới tác dụng của trypsin, các protein còn sót, các peptid lớn sẽ bị thủy phân đến dạng peptid có phân tử trọng lượng thấp hơn và một phần thành amino axit

+ Trypsin thể hiện hoạt lực cao nhất đối với các liên kết peptid có chứa nhóm carboxyl của amino axit diamin (lysine, arginine)

+ Trypsin còn hoạt hóa các enzym khác cùng nhóm tiêu hóa của dịch tụy:

Kymotrypsin cũng được tiết dưới dạng kymotrypsinogen và được hoạt hóa bởi trypsin, cắt liên kết peptid mà nhóm –CO thuộc axit amin có nhân thơm

Cacboxypolypeptidase được bài tiết dưới dạng Procacboxypylypeptidase và

c)Nguồn cung cấp:

- Trích từ tuyến tụy của heo

- Từ phế liệu lò mổ động vật để sử dụng trong công nghệ thực phẩm

d) Vai trò:

Trypsin ít có tác dụng trên protein nguyên trạng nhưng lại có tác dụng

dễ dàng trên protein biến tính (chẳng hạn do dịch vị) thành các peptide ngắn hơn để tiếp tục được thủy phân thành các acid amin mà cơ thể có thể hấp thu được

pH = 8,0, chúng thủy phân liên kết peptid có nhóm – CO- thuộc amino axit nhân thơm (Phe, Tyr và Trp)

c)Nguồn cung cấp:

- α-chymotrypsin là enzym được điều chế bằng cách hoạt hóa chymotrypsinogen, chiết xuất từ tụy bò

- Tìm thấy ở cơ thể động vật có xương sống bậc thấp và côn trùng

- Trích từ tuyến tụy của heo

- Enzym từ cây cỏ thực vật có nguồn gốc từ trái cây nhiệt đới như trái thơm

- Từ phế phụ liệu lò mổ động vật để sử dụng trong công nghệ thực phẩm

b) Hoạt động:

- Là xúc tác cho quá trình thủy phân một số liên kết peptid nhất định trong phân tử protein tạo thành những đoạn peptid phân tử thấp

- Tiền enzym là pepsinogen do dạ dày tiết ra ở dạng không có hoạt tính xúc tác

- Dưới tác dụng của axit clohydric (hay ion H+) hoặc chính của bản thân pepsin xúc tác, pepsinogen được hoạt hóa thành hoạt động

- Thủy phân mạnh các liên kết peptid nối mạch do các nhóm amin của các axit amin thơm trong phân tử protein và peptid tạo thành, sản phẩm được tách ra là các peptid chứa 5-8 axit amin và một ít axit amin tự do

- Hoạt động trong môi trường axit, thích hợp nhất trong khoảng pH = 1,5-2, ở điều kiện này pepsin không bền do có sự tiêu enzym (một gam pepsine của dịch dạ dày có thể thủy phân 50 kg albumine trứng trong vòng 2 giờ ở những điều kiện thích hợp)

- Có độ bền tối đa ở pH = 4-5, ở vùng pH này, hoạt lực của P thấp, từ pH 5-6 hầu như không có hoạt tính protease

- Pepsin có thể thủy phân collagen và elastin nhưng không thủy phân keratin của tóc, lông và các protein đơn giản có nguồn gốc thực vật

c)Nguồn gốc:

- Là enzym được tách ra từ dịch vị hoặc từ tế bào chính của dạ dày động vật

- Pepsin được sản xuất nhờ phương pháp chiết suất hoặc tự phân

- Enzym hoạt động lấy từ dịch vị hoặc từ các dịch tự phân, dịch chiết được kết tủa bằng dung môi hoặc muối trung tính rồi sấy khô ở nhiệt độ thấp

d) Vai trò:

Pepsin thủy phân protein thức ăn, hoạt động tối ưu ở môi trường pH = 1,7 - 2,2 Pepsin là một endoenzyme, nó phân cắt các liên kết peptid ở nội mạch phân tử tạo sản phẩm có phân tử lượng nhỏ hơn là pepton, peptid, oligopeptid Sự phân giải của protein của pepsin trong dạ dày chưa hoàn toàn, sự phân giải này sẽ được tiếp tục khi thức ăn chuyển đến ruột

3.1.5.3. Enzym protease từ vi sinh vật[2],[3],[4],[5],[6]

Hai nguồn nguyên liệu trên không thể dùng trong sản xuất công nghiệp quy

mô lớn do những hạn chế về nguyên liệu và công nghệ Vì vậy, dùng enzym từ vi sinh vật sẽ khắc phục được các hạn chế trên

+ Nguồn nguyên liệu vô hạn

+ Hệ enzym phong phú

+ Hoạt tính mạnh

+ Có khả năng tăng cường sinh tổng hợp enzym nhờ chọn giống

+ Thức ăn nuôi dễ kiếm, rẻ tiền

Tuy nhiên trong mọi trường hợp cần lưu ý khả năng sinh độc tố (gây độc, gây bệnh) để có biện pháp phòng ngừa, xử lý thích hợp

a)Đặc điểm:

- Enzym protease của vi sinh vật là một protease ngoại bào

- Enzym này khác với protease của thực vật (fixin, Papain, Bromelin) và động vật (tripsin, pepsin, rennin) hơn nữa nó còn có tính đặc hiệu rộng rãi

- Chế phẩm protease tinh khiết từ vi khuẩn Bacillus có thể thủy phân hoàn toàn nhiều protein Chế phẩm này có tên gọi là Subtilizin Khi tác dụng trên Cazein thì hoạt độ

sẽ đạt cực đại khi pH trung hòa

b) Nguồn thu nhận:

- Nấm mốc:

Nhiều loại nấm mốc có khả năng tổng hợp một lượng

lơn protease được ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm là các

chủng: Asp.moryzae, Asp.flavus, Asp.fumigatus, Asp.Oryzae,…

Các loại nấm mốc này có khả năng tổng hợp cả ba loại protease:

axit, kiềm và trung tính Nấm mốc đen tổng hợp chủ yếu các

protease axit, có khả năng thủy phân protein ở pH 2,5-3