ứng dụng enzyme trong sản xuất bánh nướng

có thể nâng cao chất lượng của bột mì.Mặc dù vẫn có các loại hóa chất có hiệu quả tương tự enzyme như sodiummetabisulfate, cysteine, azodicarbonamide ADA, potassium bromate,…Tuynhiên, th

Tiểu luận Công nghệ enzyme

Đề tài:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

Khoa Công nghệ sinh học & Kỹ thuật môi trường

Bộ môn Công nghệ sinh học

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

GIỚI THIỆU 2

1.1 Amylase 4

1.1.1 Định nghĩa 4

1.1.2 Phân loại 4

Hình 1: α-AmylaseAmylase 5

1.1.3 Ứng dụng của enzyme amylase 9

1.2 Xylanase 11

1.2.1 Khái niệm 12

1.2.2 Đặc tính enzyme 12

1.2.3 Ứng dụng của enzyme xylanase 13

1.3 Oxidoreductases 14

1.3.1 Glucose oxidase 15

1.3.2 Hexose oxidase 17

1.3.3 Lipoxygenase 17

1.3.4 Sulfhydryl oxidase 17

1.3.5 Peroxidase 18

1.3.6 Polyphenol oxidase 18

1.4 Lipase 19

1.5 Protease 22

1.6 Transglutaminase 24

KẾT LUẬN 25

TÀI LIỆU THAM KHẢO 25

có thể nâng cao chất lượng của bột mì.

Mặc dù vẫn có các loại hóa chất có hiệu quả tương tự enzyme như sodiummetabisulfate, cysteine, azodicarbonamide (ADA), potassium bromate,…Tuynhiên, thị trường thực phẩm ngày nay có xu hướng về các sản phẩm “xanh” nhiềuhơn, vì thế các enzyme xúc tác sinh học ngày càng được ưa chuộng

CÁC LOẠI ENZYME DÙNG TRONG SẢN XUẤT

j jamylase có khả năng cắt các liên kết 1,4jglucoside nằm bên trongphân tử cơ chất (tinh bột, glycogen) một cách ngẫu nhiên và vì thế gọi là enzymenội bào jamylase không chỉ có khả năng phân hủy hồ tinh bột mà còn có khảnăng phân hủy các hạt tinh bột nguyên vẹn

j jamylase là một metaloenzyme, trong phân tử có từ 1j6 nguyên tử

C, chúng tham gia vào sự hình thành và ổn định cấu trúc bậc 3 của enzyme, duytrì cấu hình hoạt động của enzyme và quyết định tính bền với nhiệt

j Đặc tính enzyme:

 pH tối ưu: jamylase nấm mốc 4,5j4,9 , jamylase vi khuẩn5,9j6,1 Ở pH < enzyme bị vô hoạt hoàn toàn trừ jamylase của Asp.Niger cóthể chịu được pH 2,5j2,8

 Có thể chiu độ cao, jamylase có thể vẫn giữ được hoạt lựcngay cả khi đun sôi trong nước một thời gian ngắn

1.1.2.1.2 Oligo-Amylase1,6-Amylaseglucosidase hay dextrinase tới hạn (dextrin-Amylase 6-Amylaseglucanhydrolase)

Hình 1: α-AmylaseAmylase

Hình 2: Oligo-Amylase1,6-Amylaseglucosidase

Enzyme này thủy phân liên kết j1,6jglucoside trong isomaltose, panose vàcác dextrin tới hạn thành đường có thể lên men được Chúng được tổng hợp từ cácloài nấm mốc Asp.Oryae, Asp.Awanori,…ngoài ra chúng còn tốn tại trong malt,

1.1.2.2 Exoamylase

1.1.2.2.1 -Amylaseamylase (-Amylase1,4-Amylaseglucan-Amylasemaltohydrolase) Hình 4: Cấu trúc -Amylase1,4-AmylaseGlucan

Hình 5: -Amylaseamylase

j jamylase xúc tác sự thủy phân các liên kết 1,4jglucan trong tinhbột, glucogen và polysaccharide, phân cắt tuần tự từng nhóm maltose từ đầukhông khử của mạch.

j Hầu như không thủy phân hạt tinh bột nguyên mà chỉ thủy phân tinhbột hồ hóa Có khả năng thủy phân 100% amylase thành maltose và 54j58%amylopectin thành maltose

j jamylase là một albumin, là một enzyme ngoại phân, chỉ có trongmalt, kém bền ở nhiệt độ cao, bị vô hoạt hoàn toàn ở 70oC pHopt trong dịch tinhbột thuần khiết là 4,6 còn trong dịch nấu tinh bột là 5,6 Và nhiệt độ tối ưu trongdịch tinh bột thuần khiết là 40j50oC còn trong dịch nấu tinh bột là 60j65oC

1.1.2.2.2 -Amylaseamylase (glucoamylase hay -Amylase1,4-Amylaseglucan-Amylase glucohydrolase)

j Glucoamylase có khả năng thủy phân liên kết j1,4j lẫn j1,6jglucoside, ngoài ra còn có khả năng thủy phân các liên kết j1,2j và j1,3jglucoside

và là enzyme ngoại bào

j Glucoamylase có khả năng thủy phân hoàn toàn tinh bột, glucogen,amylopectin, dextrin,…thành glucose mà không cần có sự tham gia của các loạiamylase khác

j Đa số glucoamylase đều thuộc loại chịu acid, pHopt 3,5j5, nhiệt độtối ưu 50j60oC, mất hoạt tính ở nhiệt độ trên 70oC

1.1.3 Ứng dụng của enzyme amylase

1.1.3.1 Amylase để chuẩn hóa bột

Hầu hết enzyme dùng trong ngành bánh nướng đều có nguồn gốc từ vi nấmnhư Takajamylase từ Aspergillus oryzae Việc bổ sung thêm lượng men để tối ưuhóa hoạt động của enzyme jamylase được sử dụng nhằm mục đích cải thiện thểtích và cấu trúc ruột bánh Đầu tiên enzyme sẽ có tác dụng phân hủy các hạt tinhbột đã bị thương tổn, tạo ra maltose dưới tác động của jamylase, nhờ đó đảm bảolượng khí tạo ra bên trong khối bột do maltose là loại đường nấm men có thể sửdụng Cơ chế này có thể hỗ trợ tích cực cho các loại bột kém chất lượng mà

Hình 6: Cấu trúc -Amylaseamylase

không cần bổ sung thêm đường Tuy nhiên, vai trò chính của amylase là làm giảm

độ nhớt của bột nhào trong quá trình hồ hóa tinh bột ban đầu, tạo tiền đề cho việctăng thể tích bánh trong giai đoạn nướng và tạo một cấu trúc đồng nhất ở ruột bánhmì

Takajamylase là cái tên sau khi Takamine đạt được bằng sáng chế số 525

823 US về việc sử dụng nấm men để sản xuất enzyme amylase năm 1894 Enzymenày bắt đầu được dùng trong qui trình làm bánh mì từ năm 1928 nhưng mãi đếnnăm 1955 mới được thông qua tại Mỹ Ưu điểm của Takajamylase là ít lẫnprotease, chịu nhiệt tương đối nên enzyme bị vô hoạt ngay sau giai đoạn hồ hóatinh bột (ở 70j80%) Amylase thu từ đại mạch và lúa mì đều chứa một lượng khánhiều protease và chịu được nhiệt độ cao hơn nên rất dễ có tác dụng ngược khi sửdụng quá liều

1.1.3.2 Amylase làm giảm hiện tượng cứng bánh

Vai trò quan trọng thứ hai của enzyme amylase trong bánh mì là thực hiệnquá trình khử để cải thiện độ tươi ngon của bánh mì Qúa trình bánh bị cứng lạikhá phức tạp nhưng nói chung là do hiện tượng thoái hóa của amylopectin Giaiđoạn giảm nhiệt độ trong vài giờ sau khi nướng bánh là giai đoạn hình thành nêncấu trúc vỏ bánh mì nhờ amylose được gel hóa, tạo nên một mạng lưới trong đó cóchứa các hạt tinh bột đã hồ hóa Qúa trình tái kết tinh các mạch nhánh amylopectin

sẽ làm cứng cấu trúc các hạt tinh bột, từ đó làm cứng vỏ bánh Phương pháp giảiquyết là đưa vào các hạt amylose tái kết tinh trong quá trình bánh bị cứng lại

Mỗi loại amylase khác nhau sử dụng sẽ có một tác động khác nhau Cácamylase có hoạt tính vừa phải giúp tăng thể tích bánh Các amylase phân cắt bêntrong mạch có tác dụng làm mạng lưới gel giữa các hạt amylose trở nên yếu ớt,nhờ đó vỏ bánh ít bị cứng hơn sau khi nướng và trong thời gian bảo quản Nếudùng endojamylase chịu nhiệt thì có thể cho hiệu quả cao hơn Một trong nhữngenzyme có tác dụng tốt nhất là amylase từ B.amyloliquefaciens được sử dụng ở

Mỹ từ thập niên 1950 Enzyme này giúp bảo quản được lâu hơn, tuy nhiên chỉ cần

dùng một lượng nhỏ, nếu dùng sẽ gây hiện tượng keyjholding, hiện tượng vỏ bánh

có cấu trúc kết dính, giảm độ dai Nếu dùng amylase chịu nhiệt sẽ hạn chế tácdụng ngược này nhưng hiệu quả làm giảm hiện tượng bánh cứng có thể thấp hơn

So với các amylase phân cắt nội mạch (endojamylase) thì các amylase phâncắt từ bên ngoài (exojamylase) như G4 amylase (E.C.3.2.1.60) và maltogenicamylase (E.C 3.2.1.133) cho hiệu quả tốt hơn Nhờ khả năng cắt ngắn bớt mạchamylopectin, giải phóng maltooligosaccaride mà các enzyme này có thể giúp tránhhiện tượng tái kết tinh của amylopectin , giúp vỏ bánh mềm hơn, dai hơn màkhông làm yếu quá mức mạng lưới amylose Ngoài ra, các đoạn amylose kíchthước vừa phải được tạo ra nhờ tác động của exojamylose có thể giúp quá trình kếttinh amylose xảy ra nhanh hơn quá trình thoái hóa amylopectin, nhờ đó giảm hiệntượng gắn kết quá mức làm cứng vỏ bánh

1.2 Xylanase

1.2.1 Khái niệm

Xylanases (E.C 3.2.1.8, bj1,4jDjxylan xylanohydrolase), tên truyền thống

là pentosanase hay hemicellulase, xúc tác thủy phân liên kết j1,4jDjxylosidicnằm bên trong phân tử xylan

1.2.2 Đặc tính enzyme

j Điểm đẵng điện pI từ 5,75 đến 4,69

j pH hoạt động 5j6, pH tối ưu 5,5

j Hoạt động ở nhiệt độ 35j60, nhiệt độ tối ưu 45oC

1.2.3 Ứng dụng của enzyme xylanase

12

Xylanase thường giúp giảm bớt các vấn đề phát sinh ở khối bột nhào làm từbột kém chất lượng, giúp ổn định khối bột, cải thiện cấu trúc ruột và thể tích bánhmì.

Cơ chất chính của enzyme là arabinoxylan, một trong các polysaccharidekhông phải tinh bột quan trọng trong ngũ cốc, chiếm 60j70% thành tế bào lúa mì

và 2–3% bột ngũ cốc

Thông thường arabinoxylan được chia ra làm hai phần, phần không loạinước (WUjAX) và phần có loại nước (WEjAX) ) Vài AX có sự loại nước và cácloại AX khác không được nghiên cứu nhiều Gỉa thuyết đơn giản giải thích sựkhác biệt của hai phần dựa trên cấu trúc được phân tích, để mô tả một mức độ saikhác Tuy nhiên, những quan điểm nghiên cứu gần đây miêu tả hai phần có nhiềuđiểm tương đồng, nhưng khối lượng phân tử của hai phần AX khác nhau, WUjAX

có khối lượng phân tử cao hơn Hơn nữa, nồng độ diferulate của hai phần khácnhau Nồng độ diferulate có thể giúp giải thích một phần khác nhau về khối lượngphân tử và khả năng trích ly bởi nước của hai phần AX WUjAX có nồng độdiferulate cao hơn nên số liên kết chéo tạo giữa các phân tử AX cao hơn và khốilượng phân tử cũng lớn hơn WEjAX Điều này cũng lý giải một phần AX khôngthể chiết được bằng nước

Một số đặc điểm nổi bậc nhất của ngũ cốc AX là khả năng giữ nước củaWUjAX và khả năng tạo ra độ nhớt của các AX Girhamer cho rằng WUjAX cóthể hấp thụ nước gấp 10 lần trọng lượng cơ thể, Izydorczyk và Biliaderis cho rằng

AX có độ nhớt nội tại rất cao Đặc điểm này có lẽ là yếu tố chính quyết định chứcnăng của xylanase trong ngành công nghiệp làm bánh mì Trong các sản phẩmbánh mì nướng hiện tượng này là có lợi, nhưng trong một số sản phẩm khác thìkhông như thế

Tùy vào sản phẩm mà AX trong bột sẽ có những ảnh hưởng khác nhau nhưảnh hưởng lên quá trình tạo bột nhão, đặc điểm bột nhão, chất lượng của sảnphẩm Đã có bằng chứng cho rằng WUjAX ảnh hưởng xấu đến lên mạng lướigluten nên giảm tính ổn định của khối bột nhào, kết quả là làm thay đổi chất

lượng Nếu không dùng xylase, sản phẩm sẽ bị giảm thể tích so với sản phẩm cóWUjAX thành các arabinoxylan hòa tan (SjAX), solubilized arabinoxylan) có thểgiúp chuyển chúng thành các polymer chức năng SjAX khối lượng phân tử lớn cóthể hoạt động như chất tạo gel, tăng độ nhớt cho khối bột nhào, làm hệ thống khốibột nhào ổn định hơn Đã có nhiều chứng minh thực tế trong việc dùng xylanase

để cải tiến cấu trúc và tăng thể tích bánh lên 10j30%

Các sản phẩm ngũ cốc khô như bánh mì giòn, bánh quy giòn,…AX làmtăng độ nhớt của khối bột, ngăn trở quá trình bốc hơi nước trong giai đoạn nướngbánh do khả năng giữ nước của AX Điều này làm thời gian nướng bánh bị kéodài, sản phẩm bị sậm màu Các enzyme xylanase dùng trong sản xuất các loạibánh khô này cần phải có tính đặc hiệu với WEjAX và SjAX để làm giảm độ nhớtcho khối bột nhào

1.3 Oxidoreductases

Các enzyme oxy hóa có tác dụng mang lại lợi ích về phát triển và chấtlượng bột nhào Chất lượng bột nhào sẽ trực tiếp làm thay đổi các tham số như thểtích, cấu trúc bánh và cấu trúc vỏ bánh nướng Trong quá trình nhào bột và đóngkhuôn, các liên kết disulfide sẽ đồng thời được hình thành và bị bẻ gãy bên trongmạng lưới gluten Nếu quá trình này xảy ra tối ưu sẽ giúp cho khối bột nhào cómạng lưới gluten bền chắc Ở nhiều nước, người ta đã sử dụng một số hóa chấtnhư acid ascorbic , bromated để tăng cường liên kết disulfide trong quá trình làmbánh mì Tuy nhiên ngày nay người tiêu dùng phương tây có khuynh hướng thíchcác loại thực phẩm không chứa chất hóa học Ngoài ra, theo quy định tại Mỹ vàcác nước Châu Âu cũng giới hạn việc sử dụng bromated trong thực phẩm vì thế rấtcần có thành phần thay thế chất hóa học này Các enzyme chính là một trongnhững lựa chọn được đặt ra

1.3.1 Glucose oxidase

Glucose oxidase (E.C.1.1.3.4) thường được thu nhận từ Aspergillus

niger Nó phân bố giữa dich ngoại bào, vách tế bào và trong dịch nhầy nấm

mốc.với trọng lượng phân tử 192000 dalton, là một protein lưỡng phân hình thành

2 tiểu đơn vị giống nhau Mỡi tiểu đơn vị hoặc monomer, cuộn vào trong 2domain: một domaim gắn với cơ chất, βjDjglucose, trong khi đó domain khác lienkết không đồng hóa trị với một nhân tố phụ, flavin adenine dinucleotide (FAD),

mà nó sử dụng như là một chất oxi hóa mạnh FAD là một thành phần phổ biếntrong các phản ứng oxi hóa – khử sinh học, cho và nhận từ từ một phân tử Trongglucose oxidase, FAD hoạt động như một chất nhận điện tử mà làm nó khử thànhFADH2, FADH2 sau đó bị oxi hóa bởi chất nhận điện tử cuối cùng và khử thành

H2O2 Glucose oxidase hoạt động trong khoảng pH = 2,7 – 8,5 Nếu nâng nhiệt độlên 800C trong 2 phút thì chúng sẽ biến tính.Nó được sử dụng thay thế chất oxyhóa học như là bromat, azodicacbon amit và axit ascorbic

Glucose oxidase xúc tác phản ứng oxy hóa glucose để tạo thànhgluconolactone và hydrogen peroxide Hydrogen peroxide sinh ra sẽ phản ứng vớinhóm thiol tự do trong gluten để hình thành các liên kết disulfide, làm tăng tínhbền vững gluten Glucose oxidase giúp khối bột nhào khô, ít bị dính Chính vì cácđặc điểm này mà glucose oxidase nên được sử dụng kết hợp với xylanase vìenzyme xylanase thường tạo ra độ dính nếu chỉ dùng một mình

Hình 9: Glucose oxidase xúc tác phản ứng oxy hóa

Một cuộc khảo sát ảnh hưởng nồng độ enzyme đến độ nở bánh mìhambuger ta thấy độ nở bánh mì đạt giá trị cao nhất là 312,7 cm2 tương ứng với tỉ

lệ Glucose oxidase bổ sung là 0,003% Nếu hàm lượng enzyme đưa vào tỉ lệ0,035% j 0,04% thì độ nở bánh mì giảm

1.3.2 Hexose oxidase

Hexose oxidase (EC 1.1.3.5) là một enzyme có nguồn gốc từ tảo biển chứa

carrageenan, Crispus Chondrus Enzyme này có tính đặc hiệu cơ chất rất rộng, có

khả năng oxy hóa glucose, galactose, maltose, vv Các enzyme oxy hóa cơ chất

có sẵn trong bột, chủ yếu là glucose và maltose, sử dụng oxi tạo lactones tươngứng và sự hình thành của hydrogen peroxide Các peroxide hydrogen được hìnhthành sẽ oxy hóa nhóm thiol trong các protein gluten hình thành liên kết disulfide

Hexose oxidase xúc tác quá trình oxy hóa βjDjglucose thành DjGluconojδjlacton và làm giảm số lượng oxy đồng thời hình thành phân tử hydrogen peroxide

Hình 10: Ảnh hưởng nồng độ enzyme glucose oxidase bổ

sung đến thể tích bánh mì hambuger

Hexose oxidase ảnh hưởng đến bột nhào và chất lượng sản phẩm bánh mì từ thànhphần hóa học của bột được sử dụng.

Linoleate + O2  (9Z,11E)j(13S)j13jhydroperoxyoctadecaj9,11jdienoate

1.3.4 Sulfhydryl oxidase

Sulfhydryl oxidase (EC 1.8.3.2) thường được thu nhận từ A niger, xúc tác

quá trình oxy hóa nhóm sulfhydryl tự do làm giảm nhóm disulfide trong các hệthống thiol Một vấn đề được đặt ra là liệu sulfhydryl oxidase chỉ có ái hoạt tínhgiới hạn đối với nhóm SH trong cơ chất có khối lượng phân tử như gluten haykhông? SZALKUCKI đã viết:'' thử nghiệm thêm lần nữa là cần thiết để chứngminh lợi ích thương mại của sulfhydryl oxidase trong quá trình sản xuất bánhnướng ''

1.3.5 Peroxidase

Peroxidase (EC 1.11.1.7, horseradish peroxidase) là tên chung của mộtnhóm nhiều enzyme có độ đặc hiệu cơ chất không như nhau Hầu hết các peroxidephản ứng với hydrogen peroxide như một chất nhận điện tử và oxy hóa đượcnhiều chất cho khác nhau Trong quá trình phản ứng, các gốc tự do sẽ được sinh ra

và chúng sẽ tiếp tục phản ứng với các thành phần khác có trong khối bột mà khôngcần đến enzyme xúc tác Cơ chế phản ứng được nhiều tác giả đưa ra không giốngnhau mặc dù đã có rất nhiều tài liệu nghiên cứu về enzyme này Nhiều nghiên đãchứng minh vai trò của peroxidase trong việc cải thiện tính chất của bột nhào Cóthể peroxidase tạo các cầu acid diferulic giúp hình thành các liên kết chéo giữa cácarabinoxylan Qúa trình oxy hóa acid ferulic và cysteine/tyrosine trong phân tửprotein đã hình thành liên kết cộng hóa trị giúp gắn kết các cặp arabinoxylanjprotein Peroxidase cũng tạo các liên kết chéo giữa các phân tử proteinjproteinthông qua gốc lysyl hoặc gốc sulfhydryl.

Hydrogenjperoxide oxidoreductase + H2O2  Hydrogenjperoxideoxidoreductase đã bị oxy hóa + 2H2O

1.3.6 Polyphenol oxidase