2.2. Giới thiệu về ứng dụng của hệ enzym Pectinase.
Spoiler: click to toggle Trong sản xuất thực phẩm, người ta thường sử dụng các chế phẩm pectinase dưới dạng tinh khiết. Người ta không dùng chế phẩm dưới dạng canh trường nấm mốc sấy khô. Tỉ lượng chế phẩm pectinase cô đặc trên lượng nguyên liệu đem chế biến vào khoảng từ 0.03 – 0.05 đến 0.10%. Pectinase thường được sử dụng trong các ngành công nghiếp thực phẩm sau: -sản xuất rượu vang; -sản xuất nước quả và nước uống không có cồn; -sản xuất các mặt hàng từ quả: nước quả cô đặc, mứt nhừ, mứt đông, … -sản xuất nước giải khát; -sản xuất cà phê và cà phê hòa tan. Trong sản xuất rượu vang, cũng như trong sản xuất nước quả và các nước uống không rượu, đều có thể sử dụng pectinase một cách rất hiệu quả. Nhờ tác dụng của pectinase mà các quá trình ép, làm trong và lọc dịch quả rất dễ dàng, do đó làm tăng hiệu suất sản phẩm. Chẳng hạn đưa pectinase vào khâu nghiền quả, sẽ làm tăng hiệu suất nước quả sau khi ép lên tới 15 – 25%. Bởi lẽ khi có pectin thì khối quả nghiền sẽ có trạng thái keo, do đó khi ép dịch quả không thoát ra được. Nhờ pectinase phân giải các chất pectin di mà dịch quả trong suốt không bị vẩn đục và lọc rất dễ dàng. Không nhũng vậy, enzym pectinase còn góp phần chiết rút được các chất màu, tanin và những chất hòa tan nữa, do đó làm tăng thêm chất lượng của thành phẩm. Trong sản xuất các mặt hàng từ quả (mứt nhừ, mứt đông, …) pectinase cũng có vai trò quan trọng. Nhờ pectinase mà có thể thu được dịch quả có nồng độ đậm đặc. Chẳng hạn như dịch táo cô đặc đến 72 độ Brix, nếu không tách các pectin tự nhiên chứa trong đó đi thì sản phẩm sẽ bị keo tụ một cách mạnh mẽ và không thể cô đặc hơn nữa. Đa số trường hợp, người ta khử pectin đi, sau đó mới lọc rồi cô đặc, nhưng đôi khi người ta cho pectinase tác dụng trong suốt thời gian cô đặc. Trong sản xuất cà phê, người ta dùng pectinase để tách lớp keo ở trên bề mặt của hạt cà phê. Trước đây người ta dùng ngay vi sinh vật để làm công việc này, nhưng thường quá trình xảy ra không đồng đều và khó kiểm tra. Hiện nay người ta thường dùng các chế phẩm pectinase. Pectin là hợp chất polyme của axit galaturonic, ester methyl và một số thành phần nhỏ khác chỉ tồn tại trong tế bào thực vật. Carbohydrat tồn tại cùng pectin bao gồm: araban, arabinoxylan, gaclactan. Pectin chia ra làm hai loại: loại tan trong nước và loại không tan trong nước. Loại không tan trong nước còn được gọi là protopectin và chúng thường liên kết với cellulose để tạo thành pectinocellulose. Tồn tại 3 nhóm enzym pectinase phân giải pectin: -Pectin methyl esterase -Depolymease -Exoenzym pectinase Pectin methyl esterase (EC.3.1.1.11): Enzym này tham gia phân giải pectin thành axit pectic và methanol. Enzym này còn có tên khác là pectiestenase (PE). Hiệu suất thủy phân pectin của enzym này rất cao, có thể đạt được 98%. Pectinesterase của nấm sợi hoạt đông mạnh ở pH 3 – 5. Cả hai loại pectinase này bị biến tính ở nhiệt độ 80OC. Enzym pectin methyl esterase tham gia tác động vào COOCH3 theo cơ chế sau: Pectin depolymease: Enzym này có trong tế bào thực vật. Tuy nhiên hiện nay người ta sản xuất enzym này theo qui mô công nghiệp từ nấm sợi và từ vi khuẩn. Chúng được phân ra làm 4 loại như sau: 1-Endo pectin traseliminase (EC.4.2.2.3). viết tắt là PTE – pectiliase. 2-Endo pectin axit traseliminase (EC.4.2.2.1). viết tắt là PATE. 3-Endo - poly galacturonase (EC.3.2.1.15). viết tắt PG. 4-Endo - poly methyl galacturonase. viết tắt PMG. Các enzym thường phân cắt liên kết glucozit trong cấu tạo của pectin: Enzym polygalacturonase tham gia tác động vào glucoside cuối cùng để tạo ra những phân tử cấu thành. Tùy theo nguồn sản xuất enzym depolymease mà chúng có pH tối ưu khác nhau. Ta có thể tham khảo pH tối ưu của các enzym này trong bảng sau: [/big]  5- exoenzym là những enzym giải phóng axit galacturonic bắt đầu từ điểm cuối của phân tử pectin. Enzym pectinase được ứng dụng chủ yếu để phá vỡ thành tế bào của quả nhằm giải phóng các chất có trong tế bào của quả ra ngoài. Việc ứng dụng pectinase để sản xuất nước quả được áp dụng lần đầu tiên vào năm 1930. Từ đó đến nay việc áp dụng enzym này đã trở nên rất phổ biến ở nhiều nước trên thế giới. Việc sản xuất nước quả từ trước đến nay chủ yếu bằng phương pháp ép. Nếu pectin còn nhiều sẽ theo nước quả và gây ra hiện tượng nước quả bị đục, có độ keo cao và rất khó lọc trong. Trong tế bào của quả nước chiếm khoảng 90 – 95%. Nếu ta chỉ nghiền sau đó ép thì ta chỉ có thể sản xuất được khoảng 60 – 70% là tối đa. Khi ta cho enzym pectinase vào, hiệu suất ép sẽ tăng 15 – 30%. Nhiều trường hợp, hiệu suất ép tăng đến 50%. Liều lượng chế phẩm enzym tinh khiết cho vào là 0,03 – 0,05% hoặc chế phẩm thô là 0,5 – 2%. Nhiệt độ duy trì cho quá trình thủy phân là 43 – 45oC. Thời gian thủy phân là 4 – 8h. dịch quả thu được bằng pectinase sẽ trong hơn, khả năng lọc sẽ tốt hơn và hiệu quả kinh tế thấy rõ. 2.3. Các ứng dụng cơ bản của enzyme pectinase trong công nghiệp thực phẩm. 2.3.1. Ứng dụng enzym pectinase sản xuất nước quả và rượu vang. 2.3.1.1. Các chế phẩm enzym.
Spoiler: click to toggle Trong sản xuất nước quả và rượu vang, việc sử dụng enzym là một tiến bộ khoa học rất lớn. Các chế phẩm enzym được sử dụng trong sản xuất nước quả và rượu vang có thể là một hỗn hợp nhiều loại enzym và cũng có thể chỉ là một loại enzym riêng biệt. Việc sử dụng hỗn hợp enzym hay từng loại enzym riêng biệt phụ thuộc vào nguyên liệu và sản phẩm cần đạt tới. Ngoài ra, việc sử dụng các loại chế phẩm enzym như trình bày trên còn phụ thuộc vào công nghệ sản xuất (các yếu tố kỹ thuật). Trong sản xuất nước quả và rượu vang, người ta thường sử dụng một trong sáu nhóm enzym sau. •Nhóm chế phẩm enzym dùng để sản xuất nước quả đục. Mục đích sử dụng nhóm chế phẩm enzym này là làm tăng hiệu suất trích ly để thu được lượng sản phẩm lớn. •Nhóm chế phẩm enzym dùng để sản xuất nước quả trong, không chứa pectin. Mục đích sử dụng nhóm chế phẩm enzym này là làm tăng hiệu suất trích ly và thủy phân hoàn toàn các chất protein, pectin, làm giảm độ nhớt và làm triệt tiêu nguyên nhân làm đục nước quả. •Nhóm chế phẩm enzym dùng để làm tăng khả năng đồng hóa nước quả và thịt quả, làm tăng khả năng trích ly nước quả. •Nhóm chế phẩm enzym dùng để sản xuất bán sản phẩm rượu vang, nhằm làm tăng hiệu suất trích ly của bán sản phẩm. •Nhóm chế phẩm enzym dùng để ngăn cản quá trình oxy hóa và làm cản trở sự phát triển của vi sinh vật hiếu khí phát triển trong nước quả, trong rượu vang. •Nhóm chế phẩm enzym dùng vào mục đích chống lại sự lại đường trong sản xuất siro thành phẩm. Việc sử dụng các chế phẩm enzym phải được xem xét kỹ lưỡng trên cơ sở đặc điểm nguyên liệu trái cây cần xử lý. Trong các đặc điểm của trái cây, người ta quan tâm rất nhiều đến đặc điểm màu sắc tự nhiên của sản phẩm. Trong nhiều trường hợp, việc sử dụng enzym phải đảm bảo giữ được màu sắc tự nhiên ban đầu hoặc tạo ra những màu sắc theo ý muốn bằng cách điều khiển những phản ứng enzym. Theo màu sắc tự nhiên, các loại trái cây được chia làm hai loại: Trái cây có màu nhạt: táo, lê, nho trắng, chuối, cam, xoài, bưởi … Trái cây có màu sẫm do chứa nhiều antoxian: anh đào, mận đỏ, nho đỏ, mận đen, dâu … Để xử lý quả nghiền có màu nhạt, người ta thường sử dụng một loạt các enzym sau: - Enzym endo-PMG để làm giảm độ nhớt của dịch quả - Enzym PE làm tăng hiệu suất trích ly - Enzym khác như cellulase, hemicellulase, protease không bắt buộc. Tuy nhiên, nếu cho thêm những enzym này vào sẽ làm tăng khả năng trích ly vật chất hòa tan trong tế bào quả. Riêng enzym PTE, cần lưu ý là enzym này phân hủy protopectin, thường không có lợi cho việc thoát các chất có trong tế bào quả. Do đó trong trường hợp này, người ta không sử dụng enzym PTE. Sự có mặt của enzym ascorbinatoxidase thường gây ra sự phân giải vitamin C. Các enzym tham gia quá trình oxi hóa như poly phenoloxidase, peroxidase, catalase thường làm biến màu nước quả và làm giảm giá trị cảm quan khác. Do đó, trong chế biến nước quả không nên dùng những loại enzym này. Khi chế biến nước quả có màu đỏ cần lưu ý phải bảo tồn chất màu antocian. Chính vì thế không được dùng những loại enzym có khả năng phân giải antocian. Ascorbic acid là một trong những chỉ tiêu quan trọng của nước quả, do đó trong khi chế biến nước quả tuyệt đối không được sử dụng enzym ascorbicnatoxidase. Trong nhiều trường hợp, enzym protease đóng vai trò quan trọng trong quá trình làm trong nước quả. Chính vì thế khi cần làm trong nước quả, người ta thường kết hợp protease acid với enzym phân hủy pectin. Khi chế biến nước quả có thịt quả, người ta thường sử dụng chế phẩm enzym bao gồm pectintrancelinutase, hemicellulase, cellulase. Trong đó, enzym pectintrancelinutase đóng vai trò quan trọng nhất. Trong hỗn hợp chế phẩm enzym trên, tuyệt đối không được có mặt enzym polygalacturonase, đặc biệt không được chứa enzym endopolygalacturonase. Những enzym này thường làm giảm độ nhớt của nước quả và phá vỡ độ đồng nhất của nước quả. Việc ứng dụng enzymvào chế biến nước quả và trong sản xuất rượu vang bắt đầu từ năm 1930. Khi đó, Z,J.Kertesz và A.Meilliz được xem như những người đầu tiên đưa ra ý tưởng sử dụng enzym trong chế biến rau quả. Từ đó đến nay, trên thế giới có rất nhiều loại chế phẩm thương mại được sản xuất và ứng dụng trong chế phẩm rau quả 2.3.1.2. Cơ chế tác động của enzym pectinase.
Spoiler: click to toggle Trong chế biến nước quả, người ta sử dụng các chế phẩm enzym nhằm hai mục đích cơ bản. - Phá vỡ thành tế bào thức vật nhằm nâng cao hiệu suất thu nước quả. - Làm trong và ổn định chất lượng nước. Phá vỡ thành tế bào. Tế bào thực vật được cấu tạo bằng vỏ tế bào (thành tế bào). Vỏ tế bào như một lớp thành bảo vệ rất hữu hiệu và tạo hình cho tế bào. Ở vỏ tế bào thực vật có nhiều chất pectin, các chất pectin được xem như chất ciment gắn các tế bào với nhau. Phá vỡ sự gắn kết này sẽ tạo điều kiện cho các vật chất trong tế bào thoát ra khỏi tế bào. Các chế phẩm enzym có chứa không chỉ pectinase mà còn chứa các enzym trong nhóm cellulase. Các loại enzym này sẽ làm phá vỡ thành tế bào và giúp quá trình sản xuất dịch tế bào tốt hơn. Làm trong nước quả. Nước quả sau khi được tách khỏi tế bào thường chứa nhiều chất khác nhau. Trong đó chất pectin chiếm lượng đáng kể và pectin thường gây hiện tượng độ nhớt cao và gây đục nước quả. Hàm lượng pectin ở một số loại quả được trình bày ở bảng sau  Các chất protein có trong bào tương, màng tế bào và gian bào. Pectin chứa polygalacturonic acid, araban và galactan. Trong đó lượng polygalacturonic acid chiếm tới 40-60%. Khi bị thủy phân, pectin tách thành hai phần: - Phần trung tính – phức chất galactanoraban - Phần acid – acid pectic. Trong bào tương, pectin nằm ở dạng hòa tan. Trong màng tế bào và gian bào, chúng nằm ở dạng không hòa tan gọi là protopectin. Protopectin ở màng gian bào có chứa lượng kim loại khá lớn và một lượng nhóm metocyl đủ để làm protopectin bền vững. Còn protopectin ở màng tế bào chứa một lượng kim loại không nhiều, có độ metocyl hóa cao. Vì thế, tế bào thực vật có khả năng trương nở tốt. Nếu enzym tham gia phân giải pectin ở gian bào sẽ làm các tế bào khó liên kết với nhau và thịt quả dễ dàng bị mềm ra. Pectin thường có mối liên kết hydro và liên kết nguyên tử yếu hơn so với cellulose. Tham gia phân hủy pectin gồm nhiều loại enzym. 2.3.1.3. Hiệu quả của việc sử dụng enzym pectinase. Những bất lợi khi sử dụng enzym.
Spoiler: click to toggle Nước quả được sử dụng enzym có nhiều ưu điểm, tuy nhiên việc sử dụng enzym cũng có những nhược điểm như xảy ra những biến đổi bất lợi về VSV. Nếu xử lý trong thời gian ngắn, quá trình oxy hóa và sự nhiễm VSV không thành vấn đề lớn. Nhưng nếu xử enzym trong thời gian dài sẽ xảy ra quá trình oxy hoá và sự nhiễm VSV. Người ta ngăn ngừa quá trình oxy hoá trong nước quả bằng một trong ba cách sau: - Cho ascorbic acid - Cho anhydric sulfur - Cho enzym glucose oxidase. Trước khi dùng những chất chống oxy hóa trên, người ta phải đun nóng dịch quả. Khi đun nóng dịch quả, các enzym có trong nước quả sẽ bị ức chế. Theo đó, nước quả được ly tâm để làm sạch cơ học, sau đó nước quả được đun nóng tới 80OC và sau đó hạ nhiệt đến nhiệt độ tối ưu của họat động enzym. Người ta thường cho lượng ascorbic acid tới 5mg/100g nước quả để hạn chế quá trình oxy hoá. Để hạn chế sự phát triển của VSV trong tường hợp sử dụng enzym để xử lý nước quả, người ta thường áp dụng những biện pháp sau. Sử dụng sorbic acid, ascorbic acid, benzoate natri. Sorbic acid thường được sử dụng trong nước quả với liều lượng là 0,03%. Acid này hoạt động ở pH rất rộng (pH 3,9-9,2).Sorbic acid ức chế sự phát triển của nấm men và nấm sợi, không làm thay đổi vị và mùi của sản phẩm. Benzoate natri thường được sử dụng trong nước quả với liều lượng là 0,15%. Sử dụng anhydric sulfur. Người ta thường sử dụng anhydric sunfurơ để bảo quản nước quả bán thành phẩm. Chất này vừa có khả năng tiêu diệt VSV, vừa có khả năng chống oxy hoá. Khi cho chất anhydric sunfurơ vào dịch quả, chúng dễ dàng bị oxy hóa. Khi đó lượng oxy có trong dịch quả ít dần và đến mức triệt tiêu, gây ra trạng thái thế hiệu oxy hóa-khử trong dịch quả thay đổi và VSV sẽ bị ức chế hoặc tiêu diệt. Tuy nhiên cần phải lưu ý rằng, nếu lượng anhydric sunfurơ quá nhiều sẽ dẫn đến ức chế các hoạt động của enzym. Các thí nghiệm cho thấy, nếu hàm lượng anhydric snfur 0,1% làm giảm hoạt tính của chế phẩm enzym, nếu 0,5% thì enzym hoàn toàn bị ức chế. Xử lý nhiệt. Người ta có thể đun nóng dịch quả để bảo quản nước quả. Tuy nhiên, việc đun nóng dịch quả không thể quá cao vì chính nhiệt độ sẽ làm thay đổi tính chất cảm quan, thành phần hóa học và hoạt tính enzym. Đa số enzym phân giải pectin bị mất hoạt tính ở 70OC và chúng hoạt động mạnh ở 45-50OC. Tuy nhiên, ở nước quả lên men, người ta sử dụng enzym để xử lý nước quả ngay ở nhiệt độ thường (trùng với nhiệt độ lên men). Hiệu quả của việc sử dụng enzym.
Spoiler: click to toggle Đã có nhiều nghiên cứu và kết quả áp dụng trong sản xuất nước quả và rượu vang cho thấy khi sử dụng enzym pectinase cho hiệu suất nước quả và chất lượng rượu vang rất cao. Khi tiến hành ứng dụng enzym trong sản xuất nước quả và rượu vang, người ta đặc biệt quan tâm đến hai yếu tố có tính chất quyết định đến hiệu quả enzym. - Nguyên liệu - Khả năng xay, nghiền và làm nhỏ nguyên liệu. Nguyên liệu. Không phải tất cả các loại quả đều cho hiệu suất cao khi xử lý enzym. Khi sử dụng enzym trong chế biến nước quả và rượu vang người ta phải đưa ra độ chín kỹ thuật cho phù hợp. Khái niệm này hoàn toàn khác với khái niệm độ chín kỹ thuật khi trong công nghệ người ta không sử dụng enzym. Độ chín kỹ thuật để sản xuất nước quả là giai đoạn chín của quả, đảm bảo tách dịch quả được tốt với sự tích tụ tối đa các chất có giá trị dinh dưỡng cao và hương vị thích hợp. Tuy nhiên cũng cần biết rằng, phần lớn nguyên liệu, hiệu suất dịch quả cao không trùng hợp với sự tích tụ các chất có giá trị dinh dưỡng. Ở nhiếu loại quả, khả năng thoát dịch quả không trùng với mức độ chín. Nhiều khi quả thật chín, khả năng tích tụ chất dinh dưỡng cao nhưng lại không thuận lợi cho việc tách nước quả. Chính vì thế, từng loại quả, người ta phải tiến hành phân loại và xác định độ chín kỹ thuât riêng, sao cho phù hợp với việc sử dụng enzym và thu hồi dịch quả. Công việc thứ hai sau khi phân loại quả, việc nhất thiết phải làm trước khi sử dụng enzym là quả phải được làm sạch bằng cách rửa nhiều lần để loại bỏ những tạp chất, VSV. Sau đó là các quá trình kỹ thuật như xé nhỏ, nghiền, … để tăng khả năng tác động của enzym và tăng hiệu suất thu dịch quả. Khả năng làm nhỏ nguyên liệu. Làm nhỏ nguyên liệu là khâu kỹ thuật rất quan trọng, nó quyết định đến hiệu quả tác động của enzym và hiệu suất sản xuất dịch quả cũng như chất lượng dịch quả. Tùy theo tính chất cơ lý và đặc điểm cấu tạo của từng loại quả người ta chọn những phương pháp xử lý quả thích hợp như nghiền cắt, chà hay xé nhỏ. Khi thực hiện một trong những phương pháp cơ học trên, một số tế bào bị phá hủy, mất tính chất bán thấm, do đó việc chọn phương pháp cơ học làm nhỏ quả phù hợp với từng loại quả rất có ý nghĩa công nghệ. 2.3.1.4. Ứng dụng chế phẩm pectinase trong sản xuất nước quả.
Spoiler: click to toggle Từ các loại quả khác nhau, người ta thường chế biến thành các dạng nước quả trong, nước quả đục và phẩm, trước tiên phải chiết rút được dịch quả từ mô cơ bản, mô bì đôi khi mô cơ học nữa. Do đó, hiệu suất chiết rút dịch quả sẽ phụ thuộc vào khả năng thấm của tế bào, cấu tạo giải phẩu và tính chất cơ lý của nguyên liệu, độ nhớt của chính dịch quả, độ chắc của thịt quả, cũng như thành phần định tính và định lượng của pectin chứa trong dịch bào và trong thành tế bào của mô quả. Để sử dụng vào việc chế biến nước quả trong thì chế phẩm pectinase phải có enzym endo và exo-polygalacturonse, enzym pectinesterase và proteinaza. Trong chế phẩm loại này thì những enzym vừa kể trên là những enzym quyết định hiệu quả tác dụng của chế phẩm. Vì endo và exo-PG sẽ làm giảm độ nhớt của dịch quả; còn enzym PE cũng góp phần vào tác dụng của enzym này. Enzym proteinase của chế phẩm sẽ thủy phân vỏ protein của vỏ nguyên sinh tế bào, kết quả là làm cho sự thoát của dịch quả dễ dàng. Sự có mặt của xenluase và hemixenlulase ở trong chế phẩm cũng tốt nhưng không bắt buộc. Khi sử dụng cho các loại quả như táo, lê thì trong chế phẩm không được phép có enzym pectinaseliminase, và enzym này sẽ phân hủy protopectin vốn gắn các tế bào riêng biệt của mô quả lại với nhau, do đó gây mủn hoá mô quả, làm tăng độ nhớt của dịch quả và kết quả là làm giảm hiệu suất dịch quả. Ngược lại, khi sử dụng cho các loại quả mọng như dâu tây thì sự có mặt trong chế phẩm enzym PTE lại cần thiết vì enzym này sẽ làm mủn hoá tế bào làm cho tính chất thoát nước của tế bào tăng lên còn độ nhớt của dịch quả lại giảm xuống. Ngoài ra, đối với các chế phẩm pectinase dùng trong sản xuất nước quả trong cũng không được phép có các enzym oxydase (ascohatoxydase, poliphenoloxydase). Trong chế biến nước quả có thịt thì các enzym PTE, hemixenlulase và xenlulase lại là những enzym quyết định hiệu quả tác dụng của chế phẩm. Trong đó vai trò dẫn động là enzym PTE có tác dụng phân hủy protopectin của mô quả. Hemixenlulase và xenlulase sẽ cùng với PTE làm cho độ đồng thể của nước quả có thịt tốt hơn. Trong trường hợp này sự có mặt trong chế phẩm enzym PG đặc biệt là endo-PG là không cho phép vì lẽ độ đồng thể của nước quả sẽ phụ thuộc vào độ nghiền mịn của mô quả và độ nhớt của dịch quả. Trong chế phẩm loại này có mặt proteinase cũng tốt nhưng không bắt buộc. Ngoài ra khi dùng các nguyên liệu có màu sáng thì trong chế phẩm không được chứa enzym oxi hoá, còn cho các nguyên liệu có carotenoid và antoxian thì không được chứa enzym phá hủy các chất này. Để thu được nước quả, trong trường hợp có sử dụng enzym pectinase, người ta cũng phải nghiền nhỏ nguyên liệu quả. Bã nghiền nhận được đem xử lý bằng enzym, sau đó mới đem ép hoặc ly tâm. Trong trường hợp có sử dụng enzym, người ta có thể nghiền nhỏ tới mức tối đa, cốt sao thuận lợi cho tác dụng của enzym mà khôpng sợ bị tắc nghẽn kênh dẫn dịch quả trong quá trình ép sau này. Vì lẽ sau khi đã kinh qua tác dụng của enzym, dịch quả dễ dàng thoát ra khỏi bã nghiền, nên khi ép hoặc ly tâm, chỉ làm công việc tách dịch khỏi các tiểu phần của mô quả mà thôi. Thực tế sản xuất đã chứng tỏ khi xử lý bã táo nghiền bằng 0,03% chế phẩm pectinase hiệu suất của dịch quả được nâng lên từ 20-25%. Hoặc khi thu nước nho mà không sử dụng chế phẩm pectinase thì hiệu suất dịch chỉ đạt được tối đa là 65% so với khối lượng nguyên liệu. Nếu sử dụng pectinase thì tăng hiệu suất dịch quả từ 65% lên 77,3% (nho trắng) và từ 66% lên 82,2% (nho đỏ). Dùng pectinase không chỉ làm tăng hiệu suất dịch quả mà còn để làm trong dịch quả. Phương pháp sử dụng enzym có hiệu quả hơn cả. Bởi lẽ nhờ tác dụng của các enzym mà các hệ keo của nước quả sẽ bị phá huỷ hoàn toàn. Nếu như khi làm trong bằng các phương pháp khác pectin bị kết tủa một phần thì khi xử lý bằng pectinase, pectin bị phân giải hoàn toàn thành các chất hoà tan. Với phương pháp enzym, khi mang một lượng thừa chế phẩm sẽ loại trừ được trường hợp làm trong không hoàn toàn. Dịch nước quả được xử lý bằng chế phẩm pectinase thường có vị hoàn toàn hơn và ít có khuynh hướng bị đục hơn. Quá trình làm trong dịch quả dưới tác dụng của pectinase có thể chia làm ba giai đoạn: - Giai đoạn “bất ổn định hoá” được tiêu biểu bằng sự giảm độ nhớt một cách sâu sắc và thường được gọi là trạng thái “phá vỡ”. - Giai đoạn kết lắng bắt đầu từ trạng thái “phá vỡ” và kết thúc khi kết tủa hoàn toàn. - Giai đoạn cuối cùng thường được xác định bằng sự vắng mặt các pectin kết tủa bởi ion canxi.
Sử dụng enzym để sản xuất nước quả thanh trùng uống trực tiếp từ quả táo và quả vả
Spoiler: click to toggle Ngày nay, nước quả trong hoặc nước quả đục được sản xuất ở nhiều nước trên thế giới. Tùy theo hàm lượng đường và axit có trong quả, người ta chế biến nước quả có cho thêm đường hoặc acid hay không. Đối với nước quả có hàm lượng đường và acid thấp, người ta thường bổ sung đường và acid để điều chỉnh chất lượng cuối cùng của sản phẩm.Hàm lượng pectin cao trong sản phẩm thường không có lợi vì khi đó độ nhớt của sản phẩm rất cao. Việc thủy phân pectin có trong dịch quả còn làm cho các sản phẩm dịch quả không bị đục. Tuy nhiên, việc xử lý pectin bằng pectinase không nên tiến hành phân giải pectin đến cùng mà cần phải giữ một lượng nhất định trong sản phẩm nước quả. Chính lượng pectin này sẽ giúp cho chất lượng nước quả tốt hơn. Trong sản xuất nước quả táo và nước quả vả, người ta sử dụng chế phẩm pectinase cho hiệu quả rất cao. Khi xử lý nước quả ở 50OC trong 2 giờ, hiệu suất tách nước quả tăng được 20%, ở 37-40OC sau 2-4 giờ thì tăng được 20-25%. Các nghiên cứu và thực tế sản xuất cho thấy hiệu quả xử lý nước táo rất cao. Chính vì thế, việc ứng dụng enzym pectinase được áp dụng ở tất cả các nhà máy sản xuất nước táo trên thế giới. Trong khi xử lý nước quả bằng enzym pectinase, người ta thường cho thêm ascorbic acid vào để chống quá trình oxy hoá của nước táo.  Sản xuất nước quả uống ngay từ dâu tây, anh đào và phúc bồn tử.
Spoiler: click to toggle Người ta thường sản xuất cả dạng nước quả trong và nước quả đục từ các loại trái cây trên. Trong quá trình sản xuất, người ta cho thêm đường và điều chỉnh lại lượng acid cho phù hợp. Các loại nước quả này thường chứa nhiều pectin. Do đó việc sử dụng các chế phẩm enzym pectinase để loại bỏ khả năng gây dục cho nước quả cũng như ổn định và nâng cao chất lượng dịch quả là điều cần thiết. Người ta rửa sạch các loại quả trên bằng nước của vòi hoa sen. Sau đó, các loại quả trên được đem chà thành dạng purê. Quả nghiền được đun nóng ở nhiệt độ 40-50OC được cho vào máy trộn. Tại đây nước quả được phối trộn với tỷ lệ một phần nước quả và 10 phần nước enzym có lượng enzym 0,03%. Riêng đối với nước dâu tây, người ta cho thêm vào 0,03% ascorbic acid để làm chất chống oxy hóa. Hỗn hợp này được giữ ở 4OC. Thời gian lưu ở nhiệt độ 40OC là 4-8 giờ. Nước quả sau đó được cho qua máy ép và được đun nóng đến 45OC. Tiếp đó, người ta đem nước quả ly tâm và cuối cùng là lọc qua máy ép lọc khung bản.  Sản xuất nước quả từ nho
Spoiler: click to toggle Nước uống từ trái nho là loại nước uống trong chứ không thuộc loại nước uống đục. Loại nước uống từ nho dạng trong thường được sản xuất nhiều ở hầu hết các nước châu Âu và châu Mỹ. Tuy nhiên hiện nay, người ta cũng sản xuất nước uống từ nho dạng đục (chủ yếu là nho có màu đỏ). Trong đó, Ý là nước sản xuất nước uống dạng đục nhiều nhất, sau đó là Pháp, Rumani. Nho là loại quả cho nhiều dịch và chứa nhiều đường. Tuy nhiên, nước nho thường chứa nhiều thịt quả. Trong thịt quả có nhiều pectin, dễ gây đục hoặc nếu sản xuất dịch quả trong thường không cho hiệu suất cao. Chính vì thế, người ta phải xử lý nước nho bằng chế phẩm enzym pectinase. Lượng enzym pectinase được sử dụng trong trường hợp làm nát nho là 0,2% so với khối lượng nho trong sản xuất. Còn khi nho đã làm nát, người ta xử lý pectinase với liều lượng 0,2% so với khối lượng nho. Thời gian xử lý bằng enzym là 3 giờ ở nhiệt độ 45OC. bằng phương pháp xử lý này người ta đã làm tăng hiệu suất sản xuất dịch nho từ 65,9 lên 77,3% đối với nho trắng và từ 66-82,2% đối với nho đỏ. Đối với nho trắng nghiền kỹ, khi xử lý enzym pectinase trong thời gian 2,5-3 giờ ở nhiệt độ 40-45OC, hiệu suất tăng 14-18%. Nếu tiếp tục xử lý sau giai đoạn xử lý trên thêm 4-5 giờ ở 40-50OC, nước táo sẽ hoàn toàn trong. Ở giai đoạn làm trong dịch quả này, người ta đun nóng dịch quả lên 90OC, sau đó hạ nhiệt xuống 50OC và khi đó mới sử dụng enzym để làm trong nước quả. Trong khi ở những mẫu dịch không xử lý enzym, chu trình làm trong nước nho phải kéo dài 2-4 tháng. Hiệu suất thu dịch không sử dụng enzym chỉ đạt trung bình 65%.  Quá trình sản xuất nước nho trắng có xử lý enzym pectinase được thực hiện như sau: Nho được rửa sạch, tách cuống, loại hạt bằng máy xé và chứa chúng vào các thùng kín trong thời gian 6-8 giờ hoặc các thùng lên men liên tục trong thời gian 3-4 giờ. Trong thời gian lưu trữ này, người ta cho 0,02% ascorbic acid, sau đó ép để sản xuất dịch nho. Dịch nho được làm nóng ở 80OC, sau đó nguội nhanh đến 40OC, nước nho đó được cho thêm 0,01% enzym pectinase. Tiến hành quá trình thủy phân cho độ nhớt giảm tới độ nhớt của nước nho trong suốt. Thời gian thủy phân này khoảng 6-8 giờ. Kết thúc quá trình thủy phân, lại đun nóng dịch quả lần thứ hai đến 80OC và làm nguội đến 20OC và lọc nước quả qua máy lọc ép, tiến hành rót chai và đem thanh trùng. Quy trình sản xuất nước nho đỏ có sử dụng enzym pectinase như sau: Nho đã rửa sạch, tách cuống và đun nóng đến 85-90OC trong máp gia nhiệt và ngay lập tức làm nguội đến 45-50OC. giữ dịch nho ở nhiệt độ này trong thời gian 4-6 giờ trong thùng kín hoặc 3-4 giờ thong những thiết bị lên men liên tục. Thường cho enzym pectinase trong giai đoạn này với liều lượng 0,03%. Sau thời gian thuỷ phân trên, người ta tiến hành lọc ép. Dịch lọc được cho thêm 0,03% enzym pectinase để làm trong dịch quả. Quá trình làm trong dịch quả được thực hiện trong 6-8 giờ. Sau đó nước quả được lọc, rót chai và đem thanh trùng. Hiệu suất và chất lượng nước nho sản xuất theo phương pháp xử lý pectinase Sản xuất nước mận
Spoiler: click to toggle Người ta thường sản xuất nước quả pha đường từ mận. Mận là loại quả cho hiệu suất sản xuất nước ép rất thấp. Để sản xuất nước quả từ mận, người ta phải áp dụng phương pháp nhiệt và enzym. Quá trình công nghệ được thực hiện như sau: Mận được rửa sạch, đun nóng với nước. Nước được cho vào khoảng 15-20% so với khối lượng mận. Nhiệt độ được giữ ở 85-90OC trong 5-20 phút tùy thuộc vào độ chính của mận. Sau đó cả khối quả qua hệ thống ép và xử lý enzym pectinase ở 40-45OC trong 3-6 giờ. Dịch quả được sản xuất bằng máy lọc ép lần nữa, đóng chai và đem thanh trùng. Phương pháp xử lý nhiệt và enzym kết hớp đã cho ta hiệu suất đạt tới 78,9% so với hiệu suất 58,2% khi không xử lý enzym. 2.3.1.5. Ứng dụng chế phẩm pectinase trong sản xuất rượu vang.
Spoiler: click to toggle Rượu vang được sản xuất từ nược ép quả nho. Rượu vang cũng được sản xuất từ nước ép các quả khác như táo, dâu, dứa, cam, chanh, mơ, mận, anh đào … ; do đó mà có vang dứa, vang chuối, vang dâu … Sơ đố sản xuất rượu vang gồm có 3 giai đoạn chủ yếu: - Thu hoạch quả. - Lên men dịch quả. - Xử lý và tàng trữ. Bình thường để thu hoạch dịch quả người ta phải nghiền nát quả. Khi nghiền sẽ thu được dịch quả và bã nghiền. Bã nghiền sau khi tách dịch được đem vào ép. Dịch chảy ra trước khi ép gọi là dịch tự chảy. Dịch tách ra sau khi ép gọi là dịch ép. Thu được dịch quả đem làm trong rồi lên men. Trong sản xuất vang người ta cũng dùng chế phẩm pectinase để tăng hiệu suất dịch quả cũng như để làm trong. Các chế phẩm pectinase dùng trong sản xuất phải có những yêu cầu sau: - Chế phẩm không được làm giảm chất lượng của vang, không được gây ảnh hưởng xấu đến hương vị và màu sắc của sản phẩm; nghĩa là chế phẩm phải được làm sạch tới mức tối đa khỏi các tạp chất có ảnh hưởng xấu đến chất lượng vang. - Chế phẩm được đưa vào dịch hay bã nghiền để tăng cường quá trình sơ chế quả, tăng nhanh và làm trong dịch, nâng cao tốc độ lọc, tăng hiệu suất chung và đặc biệt là hiệu suất của phần tự chảy có chất lượng cao. Để tăng nhanh và tốt quá trình làm trong dịch thì tương quan hoạt độ của các enzym chính như endo – PMG là 55,0.102 đơn vị/mg protein chứa trong chế phẩm, còn enzym Cx là 57,5 đơn vị/mg protein trong 1 lít dung dịch. Trong trường hợp này không cần có mặt PE. Nhưng nếu hoạt độ của endo – PMG ở trong chế phẩm là 31,0.102 đơn vị/mg protein thì cần có mặt PE với hoạt độ là 4,1 đơn vị/mg protein. Trong sản xuất vang nho giữa hàm lượng enzym endo – PMG va Cx phải có sự tương quan nhất định. Khi chế phẩm có hoạt độ endo – PMG là 28,2.102 đơn vị/mg protein và Cx là 28,7 đơn vị/mgP quá trình làm trong sẽ xảy ra nhanh hơn khi có hoạt độ endo – PMG là 25,4.102 đơn vi/mg P và Cx là 55,0 đơn vị/mgP. - Chế phẩm pectinase cũng phải tăng độ ổn định của vang nghĩa là phải chứa enzym proteinase với hoạt độ không thấp hơn 120 đơn vị/g theo globulin và 140 đơn vị/g theo anbumin. - Để tránh gây tổn thất các chất màu cùa vang đỏ và tránh xuất hiện màu tối trong vang trắng thì hoạt độ của các enzym oxy hoá trong chế phẩm không được vượt quá 0,1 đơn vị/mg axit ascorbic trong một phút trên một gam chế phẩm. - Chế phẩm pectinase dùng trong vang quả phải bảo toàn được hoạt độ trong điều kiện có chứa rượu (10-12%) và phải tác dụng có hiệu quả trong điều kiện có độ pH nhất định. - Để xử lý dịch hoặc bã nghiền ở trạng thái dòng có thể dùng chế phẩm pectinase có hoạt độ cao (12000đv/g) hoặc dùng chế phẩm pectinase không tan. Chẳng hạn trong sản xuất vang nho, khi sử dụng chế phẩm pectawamorin PM10x, người ta thấy có thể tăng hiệu suất dịch tự chảy lên 32%. Trung bình thể tích của phần dịch tự chảy có thể tăng được 10%, còn hiệu suất chung của dịch tăng lên 1 – 2%. Hoặc khi ép bã nghiền nho trắng đã được xử lý bằng pectinol thì thấy quá trình ép tiến hành nhanh hơn. Hiệu suất dịch khi đó tăng lên 9,6%. Vậy dùng chế phẩm pectinase sẽ làm tăng tốc độ làm trong và tốc độ lọc của dịch.  Khi sử dụng chế phẩm pectinase, các polime của dịch như protein, pectin … sẽ thủy phân làm giảm độ nhớt do đó làm tăng tốc độ lọc. Trong 1 giờ dịch thu được từ bã nghiền của nho có xử lý bằng chế phẩm pectinase sẽ qua lọc 7 lần nhanh hơn từ bã không được xử lý. A.A.Martakov đã chứng tỏ rằng khi xử lý bã nghiền bằng enzym thì độ nhớt của dịch bị giảm đi ít hơn là khi xử lý dịch, vì lẽ khi đó protopectin của thành tế bào cũng bị phân giải. Khi dịch không được xử lý bằng enzym thì trong quá trình lắng, các hạt vẩn đục lớn và nhỏ sẽ bị kết tủa xuống. Khi sử dụng enzym thì các chất cao phân tử của dịch sẽ bị thủy phân từng phần, độ nhớt bị giảm, kết quả là tốc độ làm trong đều tăng. Sử dụng chế phẩm pectinase sẽ làm tăng chất lượng của dịch quả và của vang. Trong quá trình xử lý bã nghiền bằng chế phẩm pectinase, thành phần hóa học của bã thay đổi rất đáng kể mà trước tiên là hàm lượng chất phenol. Người ta thấy rằng khi xử lý bã nghiền bằng chế phẩm pectinase sẽ làm tăng hàm lượng catesin ở trong dịch. Khi đó quá trình trích ly sẽ vượt lên trước quá trình oxy hoá catesin ngay cả khi nhiệt độ tăng. Điều này rất quan trọng, vì các hợp chất phenol đặc biệt là catesin có các nhóm hydroxil ở vị trí octo thường có họat tính của vitamin P. Như vậy xử lý bã nghiền bằng chế phẩm pectinase sẽ làm tăng giá trị sinh học của dịch quả và vang. Không những vậy vang được pha chế từ dịch và bã nghiền có xử lý bã bằng chế phẩm pectinase sẽ chín nhanh hơn do đó cần chiết sớm hơn. Người ta cho thấy rằng chế phẩm thu được từ nấm mốc, Botrylis cinerea gây ảnh hưởng rất tốt đến chất lượng của vang, vang có hương thơm mạnh và dịu do hàm lượng glyxerin và ester ở trong vang cao. 2.3.2. Sử dụng chế phẩm pectinase trong trích ly các dược liệu đông y.
Spoiler: click to toggle Các dược liệu có nguồn gốc thực vật thường là hoa, lá, quả, vỏ và thân cây, củ, rễ … pectin là một trong các thành phần phổ biến của mô thực vật. Tuy nhiên hàm lượng của chúng trong các dược liệu không giống nhau: loại chứa ít nhất là 3,8%, loại chứa nhiều nhất là 37,7%. Ngày nay trong công nghệ thực phẩm thì hướng chiết suất các chất từ dược liệu đóng vai trò quan trọng, nhất là trong công nghệ sản xuất thực phẩm chức năng. Sắc thuốc là nhằm mục đích trích ly các hoạt chất ở trong dược liệu ra. Song do có pectin nên làm cho quá trình trích ly khó khăn, không trích ly hết hoặc dịch trích ly bị đục sau 1 vài ngày. Để tiết kiệm công sức tránh phiền phức và tổn thất khi sắc thuốc, đồng thời trích ly được triệt để và tạo khả năng pha chế thuốc theo đơn, người ta có thể dùng chế phẩm pectinase. Dười tác dụng của phức hệ pectinase, pectin bị phân giải mô thực vật bị phá hủy do đó các hoạt chất được giải phóng ra dễ dàng. Các chế phẩm pectinase dùng trong trích ly các dược liệu đông y phải thỏa mãn những điều liện tối thiểu sau: - Chế phẩm phải có độ tinh khiết rất cao để không mang theo những tạp chất có thể làm giảm phẩm chất của thuốc. - Chế phẩm phải có hoạt độ cao để chỉ cần sử dụng với một lượng tối thiểu. Sơ đồ quá trình trích ly dược liệu có sử dụng chế phẩm pectinase có thể như sau:  2.3.3. Ứng dụng trong lên men và sản xuất cà phê.
Spoiler: click to toggle Trong quá trình lên men, nhiều tác giả cho thấy lượng enzum pectinaza được tổng hợp khá nhiều .Các enzyme này tham gia phản ứng sau : Pectin + H2O pexit pectic + CH3OH Enzym pectinaza được tạp thành nhờ vi khuẩn và nhờ nấm mốc .Trong đó, lưu ý rằng các pectinaza của vi khuẩn thường hoạt động ở pH cao hơn của nấm mốc (ở vi khuẩn pH 5- 6 và ở nấm mốc ,pH 4-5 ).Các enzyme pectinaza thường bị mất hoạt tính ở nhiệt độ 950 C trong 20 phút. TÀI LIỆU THAM KHẢO
Spoiler: click to toggle [1]. Nguyễn Đức Lượng, Công nghệ enzyme, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc GiaTP.HCM,356-376; 398-399; 424-436, 2004. [2]. Lê Ngọc Tú (chủ biên), Hóa sinh công nghiệp, nhà xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật, 435, 2002.
|