ứng dụng của enzyme trong các thực phẩm khác

Việc sử dụng các enzyme cho các ứng dụng thực phẩm đã tăng đều trong vài thập kỷ qua, không chỉ trong lĩnh vực ứng dụng truyền thống như chế biến tinh bột , sản xuất bia ,chế biến hoa qu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

KHOA CNSH & KTMT



TIỂU LUẬN

THỰC PHẨM KHÁC

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Trước thế kỉ 17 loài người chưa biết gì về enzyme nhưng người ta đã biết sử dụng rộng rãi các quy trình enzyme trong thực tế như làm bánh mì, bi, rượu, muối dưa, Việc sử dụng enzyme trong giai đoạn này mang tính chất kinh nghiệm thuần túy và sử dụng enzyme thông qua hoạt động

Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ sinh học người ta đã biết rõ về enzyme với tên gọi là một chất xúc tác sinh học, chúng không chỉ có chức năng xúc tác cho các phản ứng sinh hóa diễn ra bên trong cơ thể sinh vật mà còn bên ngoài tạo ra sự phát triển nhịp nhàng vì thế enzyme được ứng dụng ở nhiều lĩnh vực như là công nghiệp, nông nghiệp, y dược và môi trường Trong đó enzyme được dùng khá phổ biến ở lĩnh vực công nghiệp thực phẩm với nhiều mục đích và tác động ở nhiều mức độ, enzyme có thể là công

cụ để điều chỉnh những khiếm khuyết tự nhiên của nguyên liệu, làm tăng giá trị của nguyên liệu, cải thiện chất lượng của sản phẩm

Việc sử dụng các enzyme cho các ứng dụng thực phẩm đã tăng đều trong vài thập kỷ qua, không chỉ trong lĩnh vực ứng dụng truyền thống như chế biến tinh bột , sản xuất bia ,chế biến hoa quả , sữa Trong các ứng dụng khác như làm bánh, chế biến cá ,thịt, làm tăng hương

vị của thực phẩm, chế biến chất béo, từ đó việc sử dụng các enzyme được chú ý phát triển hơn nữa

Sự xuất hiện của các ứng dụng enzyme mới là do sự đa dạng ngày càng tăng của enzym có sẵn, phần lớn dựa trên công nghệ biến đổi gen Trong tương lai sự ứng dụng enzyme mới trong thực phẩm dự kiến sẽ dẫn đến phát triển quan trọng trong công nghiệp sản xuất enzyme

1. Ứng dụng của enzyme trong thực phẩm khác

1.1 Ứng dụng trong chế biến thịt và cá

1.1.1 Chế biến thịt

Hình 1-Ứng dụng enzyme trong chế biến thịt

Thịt nấu chín được xem là mềm nếu nó là dễ nhai và đồng thời , giữ lại kết cấu mong muốn Tính nhạy cảm bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố Điều này không chỉ áp dụng cho các phản ứng sinh hóa liên quan đến sự chặt chẽ , mà còn để kết thúc hoạt động của chúng Thật vậy, rất nhiều các enzym nội sinh tham gia trong quá trình này , bao gồm proteinases nội sinh , đặc biệt là cathepsins Các enzyme thay đổi protein cơ bắp trong quá trình trưởng thành hoặc lão hóa của thịt

Cơ chế quá trình chín của thịt đã được nghiên cứu chi tiết Sự chín tự nhiên của miếng thịt mất khoảng 10 ngày 1-20C sự chậm chín có lợi thế là sản xuất thịt rất mềm , nhưng cũng là bất lợi của sự mất độ ẩm và co rút Thịt chín ở điều kiện tối ưu trong kho lạnh bảo quản đặc biệt ở nhiệt độ từ 1- 20C , độ ẩm 83-86 % dẫn đến mất nước lên đến 7 %

so với 3-4 tuần Từ năm 1940 , các nỗ lực đã được thực hiện để sử dụng chế phẩm enzyme ngoại sinh như tenderizers thịt Proteinases có khả năng tiêu hóa protein mô liên kết và cơ

có được lựa chọn cho mục đích này

Các enzyme Papain (EC 3.4.22.2 ) [ 73-4 ] , bromelain (EC 3.4.22.33 ) [ 9001-00-7 và fiacin(EC 3.4.22.3 ) [ 9001-33-6 ] là các enzym được sử dụng trên quy mô thương mại Chínhvấn đề liên quan đến việc sử dụng các enzym thậm chí còn phân bố của chúng trong các mô.Yếu tố ảnh hưởng phổ biến là thời gian, hàm lượng muối , và enzyme tập trung

Nếu chế phẩm enzyme chỉ rắc lên bề mặt thịt (theo khuyến cáo sử dụng nhà bếp ) hoặc nếu miếng thịt được nhúng vào một giải pháp enzym , chỉ có bề mặt được enzyme tenderized phân giải , và bên trong vẫn còn khó khăn Sau khi ứng dụng enzyme trong nhà bếp,ví dụ , sử dụng 2 % NaCl với 0,002% bromeline , thịt được trở bằng đũa sắt nhiều lần

để làm cho các enzyme để thâm nhập dễ dàng Tác dụng chính của proteinase , mặc dù, đã được tác dụng trong khi nấu

Protease với công nghiệp 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, và kết hợp thức ăn nhiều thịt, mà thực chất là sử dụng papain, bromelain, fixin Người Nga còn dùng protease từ hạt đậu tương nảy 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 Enzyme là một công cụ để chế biến các phế liệu của công nghiệp thực phẩm thành thức ăn cho người và vật nuôi

1.1.2 Ứng dụng trong chế biến cá

Hình 2- Ứng dụng enzyme trong sản xuất nước mắm từ cá

Cho đến gần đây, các enzyme công nghiệp chỉ được sử dụng với số lượng hạn chế trong cá ngành công nghiệp Ngày nay người ta quan tâm trong việc kiểm soát hoặc trợ giúp quá trình phân giải cá truyền thống có tăng , và đã xuất hiện sử dụng các enzym trong deskinning , loại bỏ màng và trứng sạch

Nước mắm là một sản phẩm truyền thống ở một số nước châu Á , với sản lượng hàng năm khoảng 250 000 tấn Quy trình sản xuất bao gồm sự khuấy trộn nhẹ, không xét toang ruột cá với nồng độ muối cao và lưu trữ hỗn hợp trong bình kín ở nhiệt độ phòng với thời gian từ 6-18 tháng Trong quá trình này các enzym thủy phân hủy từ từ mô cá bằng hành động phân giải protein với sự hình thành chuỗi axit amin và axit amin

Có một số lợi ích trong việc đẩy nhanh chế biến nước mắm Enzyme thực vật như bromalein, fiacin và papain tiêu hóa mô cá trong khoảng thời gian ngắn hơn, và nấm proteinase làm tăng tỷ lệ ban đầu của quá trình thủy phân protein

Enzym cũng rất quan trọng trong quá trình bảo dưỡng muối truyền thống của cá trích,các enzyme phân giải protein có tác động tích cực trên cả hai hương vị và kết cấu của muối Một ứng dụng khác của các enzym phân giải protein là deskinning cá như cá ngừ,

mà rất khó để da bằng các phương tiện thủ công hoặc cơ khí Quá trình này được dựa trên đặt cá vào một bồn nước ấm có chứa một loại enzyme phân giải protein cho 10-90 phút Sau khi ngâm ,có thể loại bỏ hầu hết da Enzyme cũng được sử dụng cho deskinning và tenderizing mực

Mặt khác sử dụng các enzym phân giải protein trong cá làm sạch trứng Đây enzyme thủy phân lyzes mô hỗ trợ và liên kết bao gồm enzyme có trong cá hồi hoặc trứng cá hồi , hàng đầu toa với sản lượng DOF 85 % so với 50-65 % khi sử dụng xử lý thông thường.Ở Scandinavia và Canada 40-50 tấn trứng cá muối (1986) được sản xuất bằng phương pháp này

1.2.Ứng dụng trong việc phát triển hương vị thực phẩm

1.2.1 Thủy phân protein

Việc thủy phân protein đã được sử dụng trong nhiều thế kỷ để cải thiện mùi vị của sản phẩm thực phẩm Việc thủy phân các protein đậu nành được biết đến trong việc sản xuất nước tương bằng enzyme thủy phân trong quá trình lên men vi sinh Đậu nành và thực vật khác thủy phân protein cũng có thể là được sử dụng để sản xuất một hương liệu gọi là HVP ( thủy phân protein thực vật ) bằng hóa chất thủy phân Thủy phân hóa học này, có một số nhược điểm , ở nồng độ muối rất cao và sự hình thành của các thành phần không thể chấp nhận Nhiều sự phát triển gần đây đã chỉ ra rằng kết quả tốt hơn có thể thu được bằng cách

sử dụng enzyme phản ứng để sản xuất HVP và thủy phân protein tăng cường hương vị khác

Có nhiều enzyme ứng dụng cho việc nâng cao hương vị, bao gồm cả đậu nành và lúa mì thủy phân cho súp gia vị và nước sốt, và thủy phân thịt cải thiện cho hương vị cuả sản phẩm fomat , súp, và nước sốt Thủy phân protein sữa và thủy phân lipid góp phần cải thiện hương vị trong các sản phẩm pho mát

Hình 3- Ứng dụng enzyme trong sản xuất nước tương và pho mát

Protein tự nhiên trong thực phẩm không đóng góp về mặt hóa học để hình thành hương vị trong thực phẩm Tuy nhiên , cũng được biết rằng các peptide và axit amin là sản phẩm thủy phân của protein , có một hương vị Axit amin có vị cay đắng hay ngọt ngào ,ngoại trừ acid aspartic và glutamic trong đó có một vị chua Theo truyền thống, các sản phẩm thủy phân làm tăng hương vị cho các món súp vv, được sản xuất bằng cách thủy phân gốc acid của protein trong quá trình xử lý nhiệt Hương vị sản xuất theo cách này được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm Sự lo ngại về các hợp chất kém lành mạnh phát triển trong quá trình thủy phân axit đã dẫn đến hương vị thay thế quy trình sản xuất dựa trên quá trình thủy phân protein của enzyme

Thủy phân protein được sản xuất bởi các enzyme thường có vị cay,đắng Vị đắng này có thể nhiều hơn hoặc ít rõ ràng hơn tùy thuộc vào loại acid amin và chiều dài của các peptide Sự phát triển của vị đắng phụ thuộc vào mức độ protein thủy phân Khi mức độ thủy phân ( DH ) tăng lên, mức độ cay đắng tăng lên đến một tối đa trước khi giảm trở lại

được biểu diễn ở hình 45 bên dưới.

Hình 4 - Mối quan hệ giữa chất lượng cay đắng và DH của protein.

Peptide đắng được đặc trưng bởi hàm lượng cao của họ các axit amin kỵ nước , peptide có hàm lượng cao các axit amin ưa nước thường có một hương vị nhạt nhẽo Từ kiến thức hiện tại của các axit amin trong protein thực phẩm phổ biến , nó có thể được dự đoán rằng thủy phân các thực phẩm có nguồn gốc từ casein , ngô , và hemoglobin có xu hướng là cay đắng hơn , trong khi thủy phân protein từ thịt, cá, và gelatin là ít đắng

Hương vị sản xuất bởi enzyme thủy phân của protein phụ thuộc vào loại protein sử dụng là động vật hoặc thực vật , các loại men tiêu hóa, và sự kết hợp của các enzyme được

sử dụng Bằng cách chọn enzyme đặc biệt , sự hình thành của các peptide đắng có thể đến một mức độ nhất định tránh được

Khả năng của protease để phát triển hương vị được sử dụng để đẩy nhanh quá trình chín của lên men xúc xích Thời gian chín có thể được giảm 30-50% bằng cách sử dụng một

sự kết hợp của endo- và exoproteases được thể hiện ở bảng 1 Việc sử dụng các protease

trong lên men xúc xích cũng có ảnh hưởng đến các vi sinh vật được sử dụng trong quá trình lên men

Bảng 1 Protease được sử dụng để thúc đẩy quá trình chín của lên men xúc xích khô

Enzym Phân loại Nguồn gốc

NCCDO151 proteinase Serine - proteinase Lactobacillus paracasei

subsp Pronase E Hỗn hợp của proteinases ,

amin và carboxypeptidase Streptomyces griseus Aspartyl - proteinase Acid proteinase Aspergillus oryzae

Papain thiol - proteinase Carica papaya

Alcalase Serine - proteinase Bacillus lichiniformis

Bromelain Endoprotease Ananas comosus

Vị

cay,

đắng Ngưỡng giá trị cho vị cay,

Neutrase Metalloproteinase Bacillus subtilis

Protease Hỗn hợp của axit , trung

tính và proteinase kiềm

Aspergillus oryzae

Flavozyme Hỗn hợp của protease với cả

hai exo - và endopeptidase

Aspergillus oryzae

1.2.2 Ứng dụng trong thủy phân lipid

Theo truyền thống, lipase đã được sử dụng để tăng hương vị của pho mát , đặc biệt

là trong,các sản phẩm có hương vị hấp dẫn như Parmesan Lipase làm giảm triglyceride và giải phóng axit béo , thường là không có hương vị ( ngoại trừ các chuỗi axit béo ngắn) nhưng tiền chất của nó cho các chất hương vị

Lipase từ các nguồn khác nhau được thể hiện ở bảng2 đã được sử dụng để tăng

cường phát triển hương vị trong pho mát và xúc xích khô lên men

Hình 5- Ứng dụng của enzyme Lipase trong sản xuất xúc xích

Bảng 2- Lipase phát triển hương vị

Lipase tuyến họng Lipid esterase Vi khuẩn Rhizopus arrhi

Lipase 1,3- cụ thể Lactobacillus plantarum MF

32 Lipase tuyến tụy 1,3- cụ thể tuyến tụy lợn

Palatase M 1,3- cụ thể Rhizomucor meihei

Lipozyme 1,3- cụ thể Rhizomucor meihei

Lipase AP6 1,3- cụ thể Aspergillus spp

Novozym1 667BG 1,3- cụ thể Thermomyces lanuginosus

Lipase thấy đặc trưng bởi chuỗi acid béo dài và vị trí este hóa, nhưng nó là không hoàn toàn cho các hương vị lý tưởng Lipase động vật chủ yếu là axit béo chuỗi ngắn , trong khi đó lipase vi sinh vật là các axit béo chuỗi dài Các axit béo không bão hòa được tạo thành bởi lipase hoạt động như chất nền cho các phản ứng oxy hóa và do đó nó là tiền thân cho các hợp chất hương vị như andehit và xeton

1.3 Ứng dụng trong sản xuất bột trứng

Hình 6 - Ứng dụng của enzyme trong sản xuất bột trứng

Bột trứng có 3 loại là bột nguyên trứng (Whole Egg Powder - WEP), bột lòng đỏ trứng (Egg Yolk Powder - EYP) và bột lòng trắng trứng (Egg White Powder - EWP) Trong

đó bột nguyên trứng và bột lòng đỏ trứng được sử dụng nhiều hơn Ðặc biệt, bột lòng đỏ trứng còn thường được dùng để sản xuất các thực phẩm cho trẻ em, có hàm lượng chất béo ở mức hợp lý và tốt cho cơ thể, có sự cân bằng giữa các thành phần acid béo, acid đơn và đa chức chưa bão hòa

Bột trứng đã được sản xuất từ những năm 1900 Một trong những vấn đề phải đối mặt trong sản xuất bột trứng là phương pháp Maillard Ngay từ những năm 1950, một quá trình enzym đã được phát triển để phân cắt glucose toàn bộ phần lỏng của trứng hoặc lòng trắng trứng (albumin) dựa trên việc sử dụng glucose oxidase (EC1.1.3.4 ) và catalase

( E.C.1.11.1.6 ) Sự loại bỏ đường trong albumin trứng bằng enzyme catalase và glucose oxidase được thực hiện tại nhiệt độ xấp xỉ là 100C , và pH điều chỉnh là 6.8-7.0 đểtối ưu hóa hiệu suất của các enzym Việc điều chỉnh giá trị pH này được thực hiện bằng cách từ từthêm dung dịch axit citric Axit hóa là tiếp theo là bổ sung hydrogen peroxide Việc bổ sung các catalase chuyển đổi H2O2 thành oxy và nước được thể hiện ở hình 7 bên dưới.

Hình 7- Oxy hóa glucose bằng enzyme glucose oxidase Giảm hydrogen peroxide bởi

catalase.

Nếu oxy trở thành yếu tố hạn chế , từ đó hydrogen peroxide nên được bổ sung cho đến khi nồng độ glucose mong muốn ( 0,1% ) là đạt Các thủ tục phân cắt đường toàn bộ quả trứng hoặc lòng đỏ trứng cũng tương tự như thủ tục albumin , nhưng không có axit được thêm vào điều chỉnh độ pH

Lipase và phospholipase gần đây đã tìm thấy ứng dụng trong chế biến trứng

Hình 8- Thủy phân phospholipid bởi một phospholipase A2

1.4 Ứng dụng của enzyme trong chế biến các loại dầu và chất béo

Tinh chế dầu cá

Thủy phân một phần với enzyme candida rugosa lipase

Làm giàu Acylglycerols trong DHA Acid béo tự do

Nồng độ EPA

Hình 9 - Ứng dụng của enzyme trong chế biến dầu và chất béo

Các ứng dụng thương mại của các enzym trong chế biến dầu và chất béo vẫn còn khá hạn chế Tình trạng này sẽ thay đổi trong vài năm tới do sự quan tâm ngày càng tăng trong quá trình xử lí nhẹ hơn và sự sẵn có của các enzym mới Lipase được quan tâm là bởi đến nay các enzyme này được sử dụng rộng rãi nhất trong chế biến dầu Khả năng tự nhiên của chúng để thủy phân các loại dầu và chất béo có thể được sử dụng để làm phong phú thêm các sản phẩm dầu và axit béo cụ thể Lipase cũng có thể được sử dụng để sắp xếp lại các axit béo, chất béo và các loại dầu với đặc tính vật lý khác nhau

Phospholipase (EC 3.1.1.4 ) được thương mại sử dụng để loại bỏ các phospholipid trong lọc dầu ( degumming )

Lipoxygenase (EC 1.13.11.12 ) có thể xúc tác cho quá trình oxy hóa acid béo đa không bão hòa

1.4.1 Ứng dụng trong tách chất béo

Quá trình thủy phân chất béo và các loại dầu có tầm quan trọng lớn đối với ngành công nghiệp hóa dầu trong sản xuất axit béo và dẫn xuất của chúng Những sản phẩm này được sử dụng trong xà phòng, chất tẩy rửa, và dược phẩm cũng như trong các ứng dụng thực phẩm Thủy phân hoặc tách chất béo thường được tiến hành dưới áp lực ở nhiệt độ cao (thường là 3 - 6MPa và 250 0C) Tuy nhiên, quá trình này là không thích hợp cho các loại dầu có hàm lượng cao của axit béo đa không bão hòa Đối với dầu, thủy phân bằng enzyme

là một quá trình có lợi thế lớn Quá trình enzyme có thể dễ dàng thực hiện tại 400C trong 50-70% dầu nhũ tương trong nước Để cho phép tái sử dụng của enzyme, một số quy trình dựa trên lipase cố định đã được phát triển, làm cho quá trình kinh tế khả thi hơn

11