Đang tải... (xem toàn văn)
Enzyme amylase, enzyme protease và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÀI TIỂU LUẬN Đề tài: Enzyme amylase, enzyme protease và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Nhóm 4, TKB: Thứ 7, tiết 1;2 1 TPHCM, Ngày 16 tháng 3 năm 2014 DANH SÁCH NHÓM Họ và Tên 1. Lê Minh Cứ 2006120041 2. Nguyễn Hoàng Trinh 2006120073 3. Trần Nhựt Thạnh 2006120059 4. Lê Thị Thủy 2006120030 5. Lương Phước Nhân 2006120048 2 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của Công nghệ sinh học, các chế phẩm enzyme được sản xuất càng nhiều và được sử dụng hầu hết trong các lĩnh vực như: chế biến thực phẩm, nông nghiệp, chăn nuôi, y tế Hàng năm lượng enzyme được sản xuất trên thế giới đạt khoảng trên 300.000 tấn với giá trị trên 500 triệu USD, được phân phối trong các lĩnh vực khác nhau. Phần lớn enzyme được sản xuất ở các quy mô công nghiệp đều thuộc loại enzyme đơn cấu tử, xác tác cho phản ứng phân hủy. Khoảng 75% chế phẩm là enzyme thủy phân được sử dụng cho việc thủy phân cơ chất tự nhiên. Enzyme amylase hay còn được gọi với tên khác là Diatase là một enzyme không những có ý nghĩa về mặt sinh lý, thương mại và còn có ý nghĩa khá quan trọng trong công nghiệp nói chung và công nghiệp thực phẩm nói riêng. 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 ) , sản xuất chất tẩy rửa, thuộc da, y tế, nông nghiệp, Tóm lại, cả hai enzyme amylase và enzyme protease có nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống con người và chúng đóng một vai trò hết sức to lớn trong công nghiệp thực phẩm như sản xuất bánh mì, rượu, bia, mì chính, 3 PHẦN 1: ENZYME AMYLASE VÀ ỨNG DỤNG CỦA ENZYME AMYLASE TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM. I. Enzyme amylase Enzyme amylase là một hệ enzyme rất phổ biến trong thế giới sinh vật, các enzyme thuộc nhóm enzyme thủy phân xúc tác phân giải liên kết nội phân tử trong nhóm polysaccharide với sự tham gia của nước. R-R’ + H-OH = R-H + R’-OH Hình 1: Enzyme amylase 1.Phân loại: Có 6 loại được xếp vào 2 nhóm: endoamylase: gồm có α-amylase và nhóm enzyme khử nhánh. Nhóm enzyme khử nhánh gồm: • Khử trực tiếp: Pullulanase hay α-dextrin 6-glucosidase • Khử gián tiếp: Transglucosylase hay olygo-1,6-glucosidase và maylo- 1,6-glucosidase. exoamylase: Gồm có beeta amylase và gama amylase. Đây là những enzyme thủy phân tinh bột. 2.Đ ặc tính của enzyme amylase: 4 Hình 1 Enzyme amylase Tính chất vật lý: - Trọng lượng phân tử của α- amylase nấm mốc : 45.000-50.000D - Amylase dễ tan trong nước, trong dung dịch muối và rượu loãng. - Protein của các α-amylase có tính acid yếu và có tính chất của globuline. - Điểm đẳng điện nằm trong vùng pH=4,2-5,7. Cấu tạo: - Mỗi loại α-amylase có một tổ hợp amino acid đặc hiệu riêng. α- amylase là một protein giàu trytosine, tryptophan, acid glutamic và aspartic. Các glutamic acid và aspartic acid chiếm khoảng ¼ tổng lượng amino acid cấu thành nên phân tử enzyme. - α amylase có ít methionine và có khoảng 7-10 gốc cysteine. - α amylase là một metaloenzyme. Mỗi phân tử α -amylase đều có chứa từ 1 đến 30 nguyên tử gam Ca/ 1 mol, nhưng không ít hơn 1-6 nguyên tử gam/ mol Ca tham gia vào sự hình thành và ổn định cấu trúc bậc 3 của enzyme, duy trì hoạt động của enzyme. Do đó Ca có vai trò duy trì sự tồn tại của enzyme khi bị tác động bởi các tác nhân gây biến tính và các enzyme phân giải protein. Nếu phân tử amylase bị loại bỏ hết Ca thì nó hoàn toàn mất hết khả năng cơ chất. - Do có hàm lượng Ca trong phân tử và nồng độ Mg 2+ cao nên α- amylase bền với nhiệt độ hơn các enzyme khác. - Tất cả các amylase đều bị kiềm hãm bởi các kim loại nặng như: Cu 2+ , Ag + , Hg 2+ . Một số kim loại như Li + , Na + , Cr 3+ , Mn 2+ , Zn 2+ , Co 2+ , Sn 2+ , không có ảnh hưởng mấy đến enzyme α- amylase. - Riêng α-amylase của Asp.Oryzae ( thuộc chủng nấm mốc Aspergillu Oryzae) có chứa phần phi protein là polysaccharide nhưng nó không tham gia vào thành phần của trung tâm hoạt động và nằm trong phân tử enzyme . - α-amylase của nấm mốc hầu như chỉ tấn công vào những hạt tinh bột bị tổn thương. Sản phẩm cuối cùng của thủy phân α-amylase nấm mốc là glucose và maltose. - α- amylase của nấm sợi không tấn công vào liên kết 1,6 glucoside của amylopectin nên khi thủy phân thành các dextrin tới hạn phân nhánh. Đây là một cấu trúc phân tử tinh bột do enzyme α-amylase phân cắt tạo thành các dextrin tới hạn phân nhánh. Sản phâm thủy phân cuối cùng của thủy phân α- amylase nấm sợi là maltose và maltotriose. 3.Cơ chế tác dụng của enzyme α-amylase α- amylase (1,4 –glucan-glucanhydrolase ) α- amylase có khả năng phân cách các liên kết α-1,4 glusoside nằm ở phía bên trong phân tử cơ chất (tinh bột hay glycogen) một cách ngẫu nhiên 5 không theo một trật tự nào cả. Quá trình thủy phân tinh bột bởi α- amylase là một quá trình đa giai đoạn: Ở giai đoạn đầu ( giai đoạn dextrin hóa) :chỉ một số phân tử cơ chất bị thủy phân tạo ra một lượng lớn phân tử α-dextrin. Độ nhớt của hồ tinh bột giảm nhanh chóng. Sang giai đoạn thứ hai ( giai đoạn đường hóa ): các phân tử α dextrin tiếp tục bị thủy phân tạo ra các tetra-trimaltose không màu với thuốc thử iodine các chất này bị thủy phân rất chậm bởi α-amylase cho đến khi tạo thành các disaccharide và cuối cùng là monosaccharide. Tóm lại dưới tác dụng của α- amylase tinh bột có thể chuyển thành glucose, maltose, maltotetrose, dextrin phân tử thấp. Tuy nhiên thông thường α-amylase chỉ thủy phân tinh bột thành chủ yếu là dextrin phân tử thấp, và một ít maltose. Khả năng dextrin hóa cao là một đặc trưng cơ bản của α- amylase do vậy người ta gọi α-amylase là amylase dextrin hóa hay amylase dịch hóa. β-amylase ( anpha-1,4glucan-mantohydrolase 3.2.1.2) Amylase xúc tác sự thủy phân các liên kết α-1,4glucan trong tinh bột glucogen và các polisaccharit đồng loại phân cắt tuần tự gốc maltose một từ đầu không khử của mạch. Maltose tạo thành có cấu hình β, vì thế amylase này được gọi là β-amylase. Tác dụng của β- amylase lên tinh bột có thể biểu diễn theo sơ đồ sau. Tinh bột =>54-58%maltose +42-46% dextrin (glycogen) Nếu cho cả β- amylase và α- amylase cùng đồng thời tác dụng lên tinh bột thì tinh bột bị phân hủy tới 95%. Glucoamylase (α-1,4glucan-glucohydrolase3.2.1.3) Glucoamylase thủy phân liên kết α-1,4 glucan trong polisaccharit tách tuần tự gốc glucose một khỏi đầu không khử của mạch. Glucoamylase có khả năng xúc tác liên kết α-1,4 lẫn α-1,6 glucan. Glucoamylase là 6 exoenzyme nó thủy phân polisaccharide từ đầu không khử để tạo glucose. Khi thủy phân tinh bột cùng với glucose còn có thể tạo thành các oligosaccharide. Ngoài các liên kết α-1,4 và α-1,6 glucoside glucoamylase còn có khả năng thủy phân các liên kết α- 1,2 và α-1,3 glucoside . Glucoamylase có khả năng thủy phân hoàn toàn tinh bột , glycogen, amylopectin, dextrin, isomaltose, và maltose tới glucose. Các cơ chất cấu tạo phân nhánh ( amylopectin, glycogen, β-dextrin) bị glucoamylase tấn công với vận tốc khá lớn. So với tốc độ thủy phân các cơ chất khác nhau bằng glucoamylase tinh thể cho thấy rằng các polisaccharit phân tử lớn hơn thì bị thủy phân nhanh hơn là các phân tử thấp. II. Một số ứng dụng của enzyme amylase trong công nghệ thực phẩm Hiện nay việc chế phẩm enzyme các loại đã và đang phát triển mạnh mẽ trên qui mô công nghiệp. Chế phẩm enzyme không chỉ được ứng dụng trong y học, đời sống,… mà còn ứng dụng rộng rãi trên các lĩnh vực khác , trong nông nghiệp, trong hóa học, trong công nghiệp thực phẩm… Theo thời gian, enzyme càng ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến mà phải kể đến là protease, cellulose, ligase, amylase,… Và enzyme đươc ứng dụng phổ biến đó là amylase, có rất nhiều ứng dụng của enzyme amylase trong nhiều lĩnh vực khác nhau mà đáng kể nhất là trong công nghiệp thực phẩm: - Trong y học và dược phẩm: thuốc, hóa chất chứa hoạt tính enzyme amylase và amylase được sử dụng để chuẩn đoán viêm tụy cấp. - trong công nghiệp: amylase được ứng dụng trong sản xuất chất tẩy rửa và còn được ứng dụng trong công nghiệp dệt. - Trong công nghiệp thực phẩm: amylase được ứng dụng trong sản xuất nhiều sản phẩm khá quen thuộc như mì chính, bia, cồn, siro, bánh mi, bánh kẹo… 1. Ứng dụng enzyme amylase trong sản xuất mì chính 7 Hình 2 Mì Chính - Amylase được sử dụng trong giai đoạn thủy phân tinh bột. - Mục đích: tạo điều kiện để thực hiện các phản ứng thủy phân tinh bột thành đường lên men được chủ yếu là đường glucose - Enzyme thường dung: enzyme α- amylase, – amylase 2. Ứng dụng enzyme amylase trong sản xuất bia Trong công nghệ sản xuất bia truyền thống, các nước phương Tây chủ Chủ yếu sử dụng enzyme zmylase của malt để thủy phân tinh bột trong malt, sau đó đến giai đoạn rượu hóa bởi nấm men Saccharomyces sp. Cơ sở khoa học của việc sử dụng malt là khi đại mạch chuyển từ trạng thái nảy mầm (malt), enzyme amylase sẽ được tổng hợp và enzyme này sẽ thủy phân tinh bột có trong hạt tạo ra năng lượng và vật chất cho sự nảy mầm. Như vậy việc đường hóa tinh bột nhờ enzyme của chính nó. Như thế rất cần nhiều mầm đại mạch để sản xuất bia ở quy mô lớn. 2.1 Nguồn enzyme thường sử dụng: - Trong công nghệ sản xuất bia, người ta thường dùng amylase có trong mầm đại mạch. Ngoài ra, còn sử dụng enzyme khác có trong mầm đại mạch để 8 Hình 3 Enzyme amylase để sản xuất bia thủy phân và chuyển hóa chất không tan khác sang trạng thái tan như protein, cellulose … sang amino acid và glucose. Người ta sử dụng chế phẩm enzyme cellulose có tác dụng phá vỡ thành tế bào, tạo điều kiện để các thành phần có trong tế bào hạt thoát ra ngoài nhờ đó chất lượng bia được nâng cao hơn. Một loại enzyme khác cũng được sử dụng đó là glucose amylase được sử dụng để loại trừ O 2 có trong bia, giúp quá trình bảo quản bia kéo dài hơn rất nhiều. - So với enzyme amylase từ các nguồn khác thì enzyme từ thóc đại mạch đã được nảy mầm được sử dụng với số lượng nhiều nhất hiện nay. - Quá trình hạt nảy mầm là quá trình sinh enzyme amylase và nhiều enzyme hóa. II.2 Sự tham gia của enzyme amylase trong công nghệ sản xuất bia: - Enzyme amylase tác động vào giai đoạn đường hóa : biến đổi tinh bột thành các dextrin và maltose. - Quá trình nảy mầm xảy ra trong giai đoạn nấu bia. Trong quá trình này, malt sau khi được nghiền sẽ hòa tan chung với nước theo một tỷ lệ thích hợp dưới tác dụng của các enzyme ở nhiệt độ nhất định sẽ được đường hóa trong nồi nấu malt. - Trong giai đoạn lên men tiếp theo, các chất đường, dextrin có phân tử thấp sẽ được chuyển hóa thành rượu etylic,CO 2 và một số sản phẩm phụ khác tạo thành bia theo yêu cầu kỹ thuật và chất lượng sản phẩm. 3. Ứng dụng enzyme amylase trong sản xuất cồn 3.1 Nguyên liệu: 9 Hình 4 : Cồn - Nguyên liệu sản xuất cồn là nguồn tinh bột. Tuy nhiên, ở mỗi nước sử dụng nguồn nguyên liệu khác nhau : ở Mỹ người ta sử dụng từ bột ngô để sản xuất cồn, ở Brazil sử dụng khoai mì, các nước khác sử dụng gạo hoặc tấm từ gạo. Nguyên liệu chủ yếu mà nhà máy rượu nước ta thường sử dụng đó là sắn, sau đó là ngô và một phần gạo hoặc tấm. 3.1 Sự tham gia của enzyme amylase trong sản xuất cồn: - Enzyme sử dụng: α –amylase và β- amylase. - Trước đây người ta dùng enzyme amyase của malt, nhưng ngày nay đã thay thế bằng Enzyme amylase của nấm sợi. - Trong sản xuất cồn từ nguyên liệu chứa tinh bột, Enzyme amylase được sử dụng ở các giai đoạn đường hóa: - Chuyển hóa tinh bột bằng α- amylase để tạo thành dextrin. - Chuyển hóa dextrin bằng β – amylase hay amyloglucosidase để tạo ra đường có khả năng lên men. - Quá trình đường hóa đóng vai trò quyết định đến khả năng lên men và hiệu suất cồn thu được. Các chế phẩm enzyme được sử dụng trong sản xuất cồn là những chế phẩm thô, các chế phẩm đậm đặc và tinh khiết. Chủ yếu là sử dụng chế phẩm dạng thô vì tính chất kinh tế. - Vì sử dụng chế phẩm dạng thô nên trước khi đường hóa phải xác định hoạt tính Enzyme của từng loại Enzyme từ đó điều chỉnh hoạt động của chúng. - Trong giai đoạn đường hóa dịch đường hóa nấm men, enzyme amylase tham gia thực hiện các phản ứng sinh hóa cần thiết và quyết định đến hiệu suất sản xuất cồn. Còn enzyme β – amylase tham gia những biền đổi cơ bản cơ chất để tăng cường quá trình chuyển hóa cơ bản. - Khi thủy phân tinh bột enzyme α- amylase tác động vào liên kết α-1,4 glucoside và sản phẩm tạo ra là maltose và dextrin mà mạch của chúng gần bằng C 6 . - Enzyme α- amylase của vi khuẩn thủy phân tinh bột tạo ra lượng glucose và maltose theo 1:3,79. Enzyme α- amylase của vi khuẩn và nấm sợi đều không có khả năng phân giải α- 1,6 glucoside của cơ chất. Như vậy, vai trò cơ bản của α-amylase trong sản xuất rượu, cồn là làm dịch hóa nhanh ở giai đoạn nấu và cả ở giai đoạn đầu của sự đường hóa, dextrin hóa và tích tụ đường. 4. Ứng dụng trong sản xuất siro 10 Hình 5: Siro [...]... đưa vào trong quá trình nhào bột Ngoài những ứng dụng trên Enzyme amelase còn được ứng dụng trong sản xuất bánh kẹo, trong sản xuất glucose và mật ong… PHẦN 2: ENZYME PROTEASE VÀ ỨNG DỤNG CỦA ENZYME PROTEASE TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Trong những năm gần đây, giá trị thương mại của các enzyme công nghiệp trên toàn thế giới đạt khoảng 1 tỷ USD, trong đó chủ yếu là các enzyme thủy phân ( 75%), và protease. .. Ứng dụng trong công nghiệp bánh kẹo, sản xuất bia và thuộc da 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 3 Ứng dụng enzyme protease trong công nghệ thực phẩm. .. được hoàn thiện trong đó sử dụng chế phẩm enzyme thực vật ( bromelaine và papain) và vi sinh vật để rút ngắn thời gian làm và cải thiện hương vị của nước mắm Tuy nhiên vẫn còn một số tồn tại cần phải hoàn thiện thêm về công nghệ 21 Trong công nghiệp chế biến thịt Hình 13 : Enzyme protease làm mềm thịt Enzyme protease được dùng làm mềm thịt nhờ sự thủy phân tinh bột một phần protein trong thịt, kết... Anson/gram Ứng dụng nhiều trong sản xuất tẩy rửa Protease trung tính (EC.3.4.24.4): Là metalloenzym có pH hoạt động từ 6-9 được sản xuất từ Bacilus subtilic, thermoproteolycus và streptomycesgriceus chế phẩm thương mại là dạng bột có khoảng hoạt tính từ 0.5-2 đơn vị Ason/l.gram Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất bia và protein thủy phân 19 - Protease từ nấm sợi: Thuộc protease acid, kiềm và cả trung tính Ứng. .. protease bắt đầu hoạt động, giữa nhiệt độ trong khoảng 1 giờ Đây là nhiệt độ tối ưu cho hoạt động của protease để tạo ra sản phẩm polypeptide và acid amin 22 Làm trong bia và ổn định chất lượng sản phẩm: Nhiều nghiên cứu cho thấy pepsin, ficin, chế phẩm protease nấm sợi và papain đều có tác dụng rất tốt trong quá trình ổn định chất lượng bia Trong đó papain được ứng dụng nhiều hơn cả 23 ... thấp, tránh hiện tượng cháy khét Tiếp theo người ta cho lượng enzyme còn lại vào Enzyme được sử dụng trong công nghệ sản xuất siro fructose phải là những enzyme chịu nhiệt Đặc điểm quan trọng nhất của enzyme amylase là chúng hoạt động ở pH gần trung tính (pH=6).Đặc điểm này giúp ta thực hiện quá trình đường hóa dễ dàng 5 Ứng dụng enzyme amylase trong sản xuất bánh mì 11 Hình 6: Bánh mì 5.1 Nguyên liệu:... thực vật như bromelain, papain và ficin Papain thu được từ nhựa của lá, thân, quả đu đủ còn bromelain thu từ quả chồi dứa, quả dứa Các enzyme này được sử dụng để chống lại hiện tượng tủa trắng của bia khi làm lạnh do kết tủa protein Những ứng dụng khác của protease thực vật này là trong công nghệ làm mềm thịt và trong mục tiêu hóa Ficin thu được từ nhựa cậy cọ Enzyme được sử dụng thủy phân protein tự nhiên... hình, được ứng dụng và nghiên cứu đầy đủ nhất Vd: pepsin từ niêm mạc dạ dày và dịch vị của động vật bậc cao Chymosin “rennin” có trong ngăn thứ tư dạ dày của bê non dưới 5 tháng tuổi.Tuy nhiên, để sử dụng rộng rải trong công nghiệp, protease động vật ít thuận lợi do sản xuất chúng bị hạn chế và nguồn thu nhận không lớn lắm 2.2 Nguồn thực vật 16 Hình 9 : Papain trong đu đủ Có 3 loại prorease thực vật... sản xuất bia, chế phẩm protease có ý nghĩa quan trọng trong việc làm tăng độ bền của bia và rút ngắn thời gian lọc Protease cả A Oryzae được dùng để thủy phân protein trong hạt ngũ cốc, tạo điều kiện xử lý bia tốt hơn Vai trò của protease Giai đoạn đạm hóa: hệ enzyme protease được cho vào sau khi cho malt vào thùng đạm hóa nhiệt độ nâng từ 30 0C lên khoảng 520C, luc này hệ enzyme protease bắt đầu hoạt... một enzyme có chức năng phân cắt các protein ta ăn vào thành mãnh nhỏ đồng thời tự phân cắt nó ra thành mãnh nhỏ Ngoài ra, tuyến tụy còn tiết raenzyme Chymotrypsin, enzyme này góp phần phân giải protein trong ruột non và được chiết xuất từ tụy bò protease tên là renin Enzyme này đã từ lâu được sử dụng phổ biến trong công nghệ pho mát Renin làm biếnsưa đổi cazein thành paracazein có khả năng kết tủa trong