Ứng dụng công nghệ enzyme sản xuất các sản phẩm đường bột

Việc sử dụng enzyme trong công nghiệp là đa dạng, phong phú và đã đạt được nhiều kết quả to lớn. Enzyme đóng 1 vai trò không thể thiếu trong các ngành công nghiệp sau: Công nghiệp thực phẩm (công nghiệp thịt, công nghiệp chế biến cá, chế biến sữa, công nghiệp bánh mì, bánh kẹo, công nghiệp bia, công nghiệp sản xuất sữa…) Công nghiệp hương phẩm và mỹ phẩm Công nghiệp dệt Công nghiệp thuộc da Công nghiệp phim ảnh Công nghiệp y học… Trong cuộc sống hiện nay , chúng ta đâ rất quen với việc sử dụng bánh mì làm thức ăn hàng ngày. Mỗi chiếc bánh được làm ra chất lượng như thế nào tùy thuộc vào công thức và kinh nghiệm của người làm bánh, tuy nhiên tất cả cũng theo một quy trình chung

I/ Giới thiệu về enzyme:

1) Khái niệm:

Trong các tế bào của cơ thể sống luôn luôn xảy ra quá trình trao đổi chất Sự trao đổi chất ngừng thì sự sống không còn tồn tại Quá trình trao đổi của một chất là tập hợp các quy luật của rất nhiều phản ứng hoá học khác nhau Các phản ứng hoá học phức tạp này

có liên quan chặt chẽ với nhau và điều chỉnh lẫn nhau Enzyme là các hợp chất có bản chất protein xúc tác cho các phản ứng hoá học đó Chúng có khả năng xúc tác đặc hiệu các phản ứng hóa học nhất định và đảm bảo cho các phản ứng xảy ra theo một chiều hướng nhất định với tốc độ nhịp nhàng trong cơ thể sống

Chúng có trong tất cả các loại tế bào của cơ thể sống Enzyme còn được gọi là chất xúc tác sinh học (biocatalysator) nhằm để phân biệt với các chất xúc tác hoá học

2) Ứng dụng enzyme trong công nghiệp:

Việc sử dụng enzyme trong công nghiệp là đa dạng, phong phú và đã đạt được nhiều kết quả to lớn Enzyme đóng 1 vai trò không thể thiếu trong các ngành công nghiệp sau:

- Công nghiệp thực phẩm (công nghiệp thịt, công nghiệp chế biến cá, chế

biến sữa, công nghiệp bánh mì, bánh kẹo, công nghiệp bia, công nghiệp sản xuất sữa…)

- Công nghiệp hương phẩm và mỹ phẩm

- Công nghiệp dệt

- Công nghiệp thuộc da

- Công nghiệp phim ảnh

- Công nghiệp y học…

II/ Các loại enzyme phổ biến trong sản xuất các sản phẩm đường bột.

1) Protease:

Protease (peptit – hidrolase 3.4) là tên gọi chung cho nhóm enzyme xúc tác quá trình thuỷ phân liên kết liên kết peptit (-CO-NH-)n trong phân tử protein, polypeptit đến sản phẩm cuối cùng là các axit amin Ngoài ra, nhiều protease cũng có khả năng thuỷ phân liên kết este và vận chuyển axit amin

Protease là enzyme được sử dụng nhiều nhất hiện nay trong một số ngành sản xuất như: chế biến thực phẩm (đông tụ sữa làm pho mát, làm mềm thịt, bổ sung để làm tăng chất lượng sản phẩm trong sản xuất bia, xử lý phế phụ phẩm trong chế biến thực phẩm…)

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 là chuối chát, vả kết hợp thức ăn nhiều thịt; đu đủ trong chống táo bón…mà thực chất là sử dụng papain, bromelain, fixin 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

Protease là một công cụ để chế biến các phế liệu của công nghiệp thực phẩm thành thức ăn cho người và vật nuôi Người ta còn khai thác tính đông tụ như của renin, pepsin vào công nghiệp thực phẩm như trong sản xuất phomat

Protease phân bố ở thực vật, động vật, vi sinh vật Tuy nhiên nguồn enzyme ở vi sinh vật phong phú nhất, có ở hầu hết các vi sinh vật như vi khuẩn, nấm mốc và xạ khuẩn… Có thể nói vi sinh vật là nguồn nguyên liệu thích hợp nhất để sản xuất enzyme ở quy mô lớn dùng trong công nghệ và đời sống

2) Pectinase

Pectinase là một nhóm enzym xúc tác cho sự thủy phân pectin, đang được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm, nhất là trong công nghiệp sản xuất các loại nước ép trái cây Ðặc biệt, dạng enzyme cố định được sử dụng rất hiệu quả

vì có nhiều ưu điểm hơn hẳn dạng enzyme thông thường (enzyme hòa tan) Pectinase đã được dùng trong một số ngành công nghiệp thực phẩm sau:

- Sản xuất rượu vang

- Sản xuất nước quả và nước uống không có rượu

- Sản xuất các mặt hàng từ quả: quả cô đặc, mứt

- Sản xuất nước giải khát

- Sản xuất cà phê

Chế phẩm pectinase được sử dụng trong sản xuất nước quả từ các nguyên liệu quả nghiền hay để làm trong nước quả ép Bởi vì khi có pectin thì khối quả nghiền sẽ có trạng thái keo, do đó khi ép dịch quả không thóat ra được Nhờ pectinase mà nước quả trong suốt, dễ lọc, hiệu suất tăng Pectinase còn góp phần chiết rút các chất màu, tanin và các

chất hòa tan khác, do đó làm tăng chất lượng của thành phẩm Những nghiên cứu cho thấy khi ép nho có xử lý bằng pectinase không những làm tăng hiệu suất mà còn làm tăng màu sắc

Trong sản xuất mứt nhừ, mứt đông… nhờ pectinase mà dịch quả có nồng độ đậm đặc hơn

Cũng giống như protease, chế phẩm pectinase được thu nhận từ vi sinh vật, nấm mốc, xạ khuẩn… đặc biệt là các chủng nấm Asp Ficuum và Asp Niger có khả năng tổng hợp pectinase cao nhất

3) Cellulase:

Cellulose là thành phần cơ bản của tế bào thực vật, vì vậy nó có mặt trong mọi loại rau quả cũng như trong các nguyên liệu,phế liệu của các ngành trồng trọt và lâm nghiệp Nhưng người và động vật không có khả năng phân giải cellulose Cellulase là enzyme xúc tác cho quá trình chuyển hoá Cellulose thành các sản phẩm hoà tan Nó chỉ có giá trị làm tăng tiêu hóa, nhưng với lượng lớn nó trở nên vô ích hay cản trở tiêu hóa

Chế phẩm cellulase thường dùng để:

- Tăng chất lượng thực phẩm và thức ăn gia súc

- Tăng hiệu suất trích ly các chất từ nguyên liệu thực vật

Ứng dụng trước tiên của cellulase đối với chế biến thực phẩm là dùng nó để tăng

độ hấp thu, nâng cao phẩm chất về vị và làm mềm nhiều loại thực phẩm thực vật Đặc biệt là đối với thức ăn cho trẻ con và nói chung chất lượng thực phẩm được tăng lên

Một số nước đã dùng cellulase để xử lý các loại rau quả như bắp cải, hành, cà rốt, khoai tây, táo và lương thực như gạo Người ta còn xử lý cả chè, các loại tảo biển…

Trong sản xuất bia, dưới tác dụng của cellulase hay phức hệ citase trong đó có cellulase, thành tế bào của hạt đại mạch bị phá hủy tạo điều kiện tốt cho tác động của protease và đường hóa

Trong sản xuất agar-agar, tác dụng của chế phẩm cellulase sẽ làm tăng chất lượng agar-agar hơn so với phương pháp dùng acid để phá vỡ thành tế bào Đặt biệt là việc sử dụng chế phẩm cellulase để tận thu các phế liệu thực vật đem thủy phân, dùng làm thức

ăn gia súc và công nghệ lên men Những ứng dụng của cellulase trong công nghiệp thực phẩm đã có kết quả rất tốt Tuy nhiên hạn chế lớn nhất là rất khó thu được chế phẩm có cellulase hoạt độ cao

α -amylase

4) Amylase:

Amylase là một hệ enzyme rất phổ biến trong thế giới sinh vật Các enzyme này thuộc nhóm enzyme thủy phân, xúc tác phân giải liên kết nội phân tử trong nhóm polysaccharide với sự tham gia của nước, thường được sử dụng để thủy phân tinh bột

Enzym amylase đã được tìm ra đã góp phần quan trọng cho nhiều ngành công nghiệp chế biến thực phẩm Chế phẩm amylase đã được dùng phổ biến trong một số lãnh vực của công nghiệp thực phẩm như sản xuất bánh mì, glucose, rượu, bia Trong sản xuất bánh mì, chế phẩm amylase đã làm thay đổi hoàn tòan chất lượng của bánh mì cả hương vị, màu sắc, độ xốp Chế phẩm amylase sạch cho chất lượng bánh mì tốt hơn ở dạng phức hợp với protease

Trong sản xuất bánh kẹo người ta thường dùng maltose là sản phẩm thủy phân tinh bột bằng amylase và glucose bằng glucoamylase Chính glucoamylase, là yếu tố làm tăng hiệu suất trong sản xuất rượu.Trong sản xuất bia, viêc sử dụng amylase có trong các hạt nẩy mầm thay thế malt đã góp phần đáng kể trong việc giảm giá thành

Enzym amylase có thể tìm thấy ở nhiều nguồn khác nhau như amylase từ thực vật, động vật và VSV Nguồn amylase có thể lấy từ mầm thóc, mầm đại mạch ( malt), hạt bắp nảy mầm, hay từ nấm mốc… Nguyên liệu cho sản xuất là gạo, bắp, khoai mì… đây là những nguồn nguyên liệu dễ tìm, rẻ tiền có thể tìm thấy dễ dàng ở nước ta Do đó, đây là một lợi thế và là hướng phát triển mạnh làm cơ sở cho nhiều ngành khác phát triển

Amylase là các enzyme xúc tác cho phản ứng thủy phân tinh bột Amylase rất phổ biến trong tự nhiên và sử dụng rộng rải trong công nghiệp thực phẩm

Dextrin Amyloglucosidase Glucose Các enzyme amylase chia thành 2 nhóm:

α-amylase

- Endoamylases: α- amylase (EC 3.2.1.1) và α-1,4-glucano hydrolase là các enzyme thuộc nhóm endonuclease, chúng là các enzyme amylase dịch hóa (liquefying) và dextrin hóa (dextrinogenic) tinh bột

- Exoamylases là các enzyme đường hóa (saccharifying) β- amylase (E.C 3.2.1.2) tác dụng tinh bột hồ hoá (gelatinized starch) và dextrin để giải phóng maltose Enzyme glucoamylase (E.C.3.2.1.3) thủy phân liên kết glycoside, giải phóng glucose từ đầu không khử của tinh bột hoặc dextrin

 Gồm 3 loại:

a) Alpha amylase chịu nhiệt

- Alpha amylase có khả năng phân cắt các liên kết alpha 1,4 – glucoside nằm ở phía bên trong phân tử cơ chất (Tinh bột hoặc glucogen) một cách ngẫu nhiên, không theo một trật tự nào cả Alpha amylase không chỉ thủy phân hồ tinh bột mà còn thủy phân cả hạt tinh bột nguyên song với tốc độ rất chậm

- Dưới tác dụng của alpha amylase, tinh bột có thể chuyển thành maltotetrose, maltose, glucose, dextrin phân tử thấp Tuy nhiên, thông thường alpha amylase chỉ thủy phân tinh bột chủ yếu thành dextrin phân tử thấp không cho màu với Idion và một ít maltose Khả năng dextrin hóa cao của alpha amylase là tính chất đặc trưng của nó Vì vậy, người ta thường gọi emzyme này là alpha amylase dextrin hóa hay amylase dịch hóa

- pH tối thích cho hoạt động của alpha amylase từ nấm sợi là 4.0 – 4.8 (Có thể hoạt động tốt trong vùng pH từ 4.5 – 5.8) Theo số liệu của Liphis, pH tối thích cho hoạt động dextrin hóa và đường hóa của chế phẩm amylase từ Asp.orysee trong vùng 5.6 – 6.2 Còn theo số liệu của Fenixova thì pH tối thích cho hoạt động dextrin hóa của nó là 6.0 – 7.0

b) Beta amylase

- Là một loại enzyme ngoại bào (exoenzyme) Tiến trình phân giải bắt đầu từ đầu không khử của các nhánh ngoài cùng cơ chất, Beta amylase phân cắt các liên kết alpha 1,4 – glucozide nhưng khi gặp liên kết alpha 1,4 – glucozide đứng cận kề liên kết alpha 1,6 – glucozide thì nó sẽ ngừng tác dụng Phân polysaccharide còn lại là dextrin phân tử lớn có chứa rất nhiều liên kết alpha 1,6 – glucoside và được gọi là beta dextrin

- Beta amylase tác dụng lên tinh bột tạo hỗn hợp Maltose (54 – 58%) và Beta dextrin (42 – 46%) Nếu tinh bột bị thủy phân đồng thời bởi cả alpha và beta amylase thì lượng tinh bột thủy phân lên tới 95%

- Chịu nhiệt kém hơn alpha amylase nhưng bền với acid Beta amylase bị bất hoạt

ở nhiệt độ 70 độ C Nhiệt độ tói thích của beta amylase là 55 độ C, pH = 5.1 – 5.5

c) Gama amylase:

- Có thể giải phóng ra beta – D- glucose bằng cách thủy phân lặp lại nhiều lần các liên kết alpha 1,4 của mạch alpha glucan từ đầu không khử, chúng cũng thủy phân

được các liên kết alpha 1,6 và alpha 1,3 nhưng rất chậm (10 – 30 lần) Tốc độ thủy phân cũng phụ thuộc vào bản chất của các liên kết cận kề với các liên kết glucoside được thủy phân, cũng như kích thước và cấu trúc của cơ chất bị thủy phân Nhất là với các alpha glucan mạch dài (amylose và amylosepectin) thì bị thủy phân nhanh hơn là với các maltodextrin và các oligosaccharide

- Vùng tối thích có pH = 3.5 – 5.5, nhiệt độ = 50oC Bền với acid hơn alpha amylase nhưng kém bền hơn trong rượu, axeton và không được bảo vệ bởi Ca2+

d) Glucoamilase:

-Glucoamylase (E.C 3.2.1.3) còn gọi là amyloglucosidase, thuộc nhóm exoamylase Glucoamylase tác dụng chuỗi tinh bột giải phóng glucose từ đầu không khử Nhiệt độ tối thích và pH tối thích của glucoamylase phụ thuộc vào nguồn thu nhận enzyme này Về mặt lý thuyết enzyme này có hiệu suất thủy phân tinh bột 100% Hầu hết glucoamylase công nghiệp ở dạng lỏng và được ổn định với NaCl hoặc glycerol

Bảng: Các loại Glucoamylase

III/ Ứng dụng của enzyme trong các sản phẩm bột, đường.

1 Sản xuất bánh mì.

a Quy trình công nghệ:

Trong cuộc sống hiện nay , chúng ta đâ rất quen với việc sử dụng bánh mì làm thức ăn hàng ngày Mỗi chiếc bánh được làm ra chất lượng như thế nào tùy thuộc vào công thức và kinh nghiệm của người làm bánh, tuy nhiên tất cả cũng theo một quy trình chung như sau

Sơ đồ quy trình sản xuất bánh mì:

(pH tối thích)

Nhiệt độ tối thích (Nhiệt độ bất hoạt)

(4.5 – 5.0)

55 – 60 (90)

Aspergillus

awamori

2.0 – 7.0 (3.0 – 7.0)

55 – 65 (85)

(3.0 – 5.5) 55 – 60(70 – 80)

b Mục đích sử dụng enzyme:

- làm tăng nhanh thể tích của bánh

- làm cho bánh có màu sắc đẹp hơn

- Làm tăng mùi thơm cho bánh

- Enzyme Amylase

- Enzyme Protease

- Enzyme Lipoxygenase

- Enzyme Hemicellulase

Cân các nguyên liệu

Trộn

Nhào bột

Lên men bằng enzym

Ép khí

Chia bột

Tạo hình

Chờ bánh nở

Rạch và nướng bánh

 Vai trò cuả enzyme amilase:

 Làm giảm độ nhớt của bột nhào do gluten gây ra

 Tăng hệ số tiêu hoá protein

 Cung cấp thêm chất dinh dưỡng cho nấm men

 Làm thay đôỉ tính chất vật lý cuả bột, làm bột nhão mềm hơn

 Tăng nồng độ chất dinh duỡng cho tế bào nấm men

 Tăng độ lên men, thể tích bánh tăng

 Chủng vi sinh vật tạo enzyme amilase:

Chế phẩm enzyme có nguồn gốc từ nấm mốc, chủ yếu thu nhận từ

Aspergillus oryzae.Tùy theo hoạt tính của enzyme và điều kiện xử lý tinh

bột mà người ta cho lượng enzyme khác nhau

Enzyme từ nấm sợi Aspergillus oryzae hay Asp Awamori giúp màu và mùi của bánh được tăng lên.Enzyme lypoxygenase từ đậu nành để tăng khả năng làm trắng bột

 Chất phụ gia bổ sung:

Amon sulfat được bổ sung vào như một chất đệm cho enzyme hoạt động.Ammonium phosphate giúp cho protease hoạt động mạnh.Tinh bột được xem như chất phụ gia với tỷ lệ amylase / tinh bột là 1:1.

 Hoạt động cuả enzyme trong quá trình nướng:

Giai đoạn hình thành ruột bánh:

40oC – 60oC: Bất hoạt enzyme

60oC – 80oC: Biến tính enzyme

80oC – 100oC: Gelatin hóa tinh bột Giai đoạn hình thành vỏ bánh:

120oC : Vỏ bánh có màu nâu nhạt

120oC – 140oC: Sự chuyển màu vàng sậm do phản ứng Caramen và Maillard

180oC – 190oC: Vỏ bánh vàng dòn Trên 190oC bánh bị cháy

d Hệ enzyme trong bột mì.

Enzyme trong bột có đầy đủ các hệ trong hạt mì, tuy nhiên trong sản xuất cần đặc biệt lưu

ý protease và amilase

Protease phân giải protein cấu trúc bậc ba, do đó gluten bị vụn nát làm giảm chất lượng bột nhào Protease bột mì có hoạt độ mạnh ở 45 – 470C và pH = 4,5 – 5,6 Khi bổ sung chất khử thì hoạt độ của protease tăng nhưng với chất oxy hoá và muối ăn thì bị kìm hãm Amylase thuỷ phân tinh bột giúp cho bột nhào lên men nhanh và tăng chất lượng bánh vì lượng đường trong bột không đủ cho quá trình lên men Tác dụng tích cực này chỉ đối với beta-amylase vì nó thuỷ phân tinh bột thành maltose, còn alfa-amylase thuỷ phân tinh bột thành dextrin mà dextrin thì liên kết với nước kém làm cho ruột bánh bị ướt, do đó làm giảm chất lượng bánh

2 một số sản phẩm khác.

Ngành sản xuất

thực phẩm

Bánh nướng α-amilase, xylanase, protease, lipase và

một số oxidoredutase (glucose oxidase, hexose oxidase, lipoxygenase, thiol oxidase, peroxidase, polyphenol oxidase) Transglutaminase

Các enzyme nhằm đảm bảo chất lượng bột nhão dùng làm bánh, cải thiện mùi vị và màu sắc của sản phẩm

Chế biến quả và

sản xuất dịch quả Các enzyme phân giải thành tế bào:Pectinlypase,

Pectin methylesterase, Polygalacturonase, Các hemicellulase, Các amylase acid của nấm mốc và glucoamylase

Các enzyme từ Aspergillus _sử dụng các pectinase làm tăng chất lượng, năng suất, tạo được nhiều loại sản phẩm mớ từ quả, kéo dài thời gian bảo quản, gữi màu bền

Làm phomat (chế

biến sữa) Các enzyme làm đông sữa, chủ yếu làcác asparticprotease như ; chymosin,

mucorpepsin, endo thiapepsin

Ngoài ra còn dùng lipase, lysozyme

Lipase, lysozyme cũng có vai trò làm chín phomat, tăng hương vị, chất lượng phomat

Chế biến sữa β -galactosidase thủy phân lactose

trong sữa thành glucose và galactose

Hai đường này có độ ngọt lớn hơn lactose

-Sản xuất sữa không có lactose cho những người thiếu lactase bẩm sinh

-Làm tăng độ ngọt của các loại nước uống từ sữa, sữa chua

Sản xuất bột trứng -Glucose oxidase, catalase

-Lipase và phospholipase

-Loại glucose của lòng trắng trứng để tránh phản ứng Maillard

-Cải thiện tính chất nhũ tương của lòng đỏ trứng, bền

và chịu nhiệt hơn

Tài liệu tham khảo

1 Nguyễn Đức Lượng, Nguyễn Ánh Tuyết, Lê Thị Thuỷ Tiên Công nghệ Enzyme Nhà

xuất bản Đại học quốc gia TPHCM, 2004 - 534tr

2 Đặng Thị Thu, Lê Ngọc Tú, Tô Kim Anh Công nghệ Enzym Nhà xuất bản Khoa học

và Kỹ thuật, 2004 - 304tr

3 http://elearning.hueuni.edu.vn/file.php/144/pdf/Chuong%209.pdf

5 http://text.123doc.org/document/199428-enzyme-amylase.htm

10