Tổng quan về enzyme làm sẫm màu thực phẩm

Cuộc sống ngày càng phát triển thì nhu cầu về thực phẩm của con người càng tăng lên. Nếu như trước kia, công nghệ bảo quản thực phẩm chỉ cần đảm bảo chỉ thực phẩm không bị hư hỏng, đảm bảo hàm lượng chất dinh dưỡng là được thì nay đòi hỏi công nghệ làm sao cho thực phẩm vẫn giữ chất lượng trong quá trình bảo quản vận chuyển mà còn đảm quản về mặt cảm quan, hình thức tươi ngon. Trong số các sản phẩm yêu cầu cần thiết là rau quả và hải sản phải tươi. Nhưng các sản phẩm này thường có xu hướng sẫm màu nhanh chóng sau khi thu hoạch. Có hai nguyên nhân dẫn đến sự sẫm màu đó là do sự oxi hóa bởi enzyme và oxi hóa bỏi các tác nhân không bởi enzyme. Mà thực chất yếu tố chủ yếu là do enzyme, bởi vì các phản ứng do enzyme nhanh, gây tác động tức thì. Hiểu về bản chất, nguyên nhân và cách ức chế enzyme sẫm màu này là cần thiết trong bảo quản. Qua bài này chúng ta sẽ biết được đó là enzyme gì, cơ chế và ứng dụng chúng trong công nghệ thực phẩm và các ngành liên quan. Sẫm màu do enzyme là một quá trình hóa học, thường xảy ra trong trái cây và rau quả vì nhóm nhỏ enzyme polyphenol oxidase, thuộc nhóm lớn enzyme oxydoreductaza, có khả năng xúc tác quá trình oxi hóa phenolic để tạo thành melanin, gây sẫm màu thực phẩm. Sự tác động sẫm màu do enzyme này được nghiên cứu nhiều nhất trong trái cây, rau và hải sản. Ngoài ra, các nhà khoa học về thực phẩm(rau quả, thực vật và sinh lý sau thu hoạch), vi sinh vật và thậm chí về cả sinh lý côn trùng và động vật giáp xác đã và đang nghiên cứu phản ứng này vì sự tác động nhiều mặt của nó.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM – KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC – THỰC PHẨM

MÔN HỌC: Hóa Học Thực Phẩm

Giảng viên hướng dẫn: ThS Đặng Thị Ngọc Dung

Trường Đại Học Sư Phạm – Kỹ Thuật Tp.Hcm Khoa Công Nghệ Hoá Học – Thực Phẩm MÔN HỌC: Hóa Học Thực Phẩm

Đề tài:

ENZYME LÀM SẪM MÀU TRONG THỰC PHẨM

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

TP.HCM, ngày… tháng… năm……

Chữ ký của giảng viên LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên nhóm xin cảm ơn Khoa công nghệ hóa học – thực phẩm đã mở môn học Hóa Học Thực Phẩm để tạo điều kiện cho chúng tôi học hỏi và tổng hợp những kiến thức, kỹ năng đã được học để có thể thực hiện một bài báo cáo hoàn chỉnh Điểm số: /

Đồng thời, chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô ThS Đặng Thị Ngọc Dung viên bộ môn công nghệ chế biến lương thực Cô đã mang đến cho chúng tôi rất nhiều kiến thức và kinh nghiệm thực tế bổ ích Hơn thế nữa, Cô rất nhiệt tình giúp nhóm giải quyết những vấn đề, thắc mắc gặp phải và cho chúng tôi nhiều ý kiến đánh giá, nhận xét rất quý giá Nhờ đó, nhóm có thể thực hiện bài báo cáo này một cách tốt nhất và hoàn thành đúng thời hạn

Tuy nhiên, do kiến thức chuyên môn còn hạn chế và cách hành văn chưa tốt nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng tôi xin chân thành đón nhận ý kiến đóng góp của giảng viên để cuốn báo cáo sau hoàn thiện hơn.

LỜI MỞ ĐẦU

Cuộc sống ngày càng phát triển thì nhu cầu về thực phẩm của con người càng tăng lên Nếu như trước kia, công nghệ bảo quản thực phẩm chỉ cần đảm bảo chỉ thực phẩm không bị hư hỏng, đảm bảo hàm lượng chất dinh dưỡng là được thì nay đòi hỏi công nghệ làm sao cho thực phẩm vẫn giữ chất lượng trong quá trình bảo quản vận chuyển mà còn đảm quản về mặt cảm quan, hình thức tươi ngon.

Trong số các sản phẩm yêu cầu cần thiết là rau quả và hải sản phải tươi Nhưng các sản phẩm này thường có xu hướng sẫm màu nhanh chóng sau khi thu hoạch Có hai nguyên nhân dẫn đến sự sẫm màu đó là do sự oxi hóa bởi enzyme và oxi hóa bỏi các tác nhân không bởi enzyme Mà thực chất yếu tố chủ yếu là do enzyme, bởi vì các phản ứng do enzyme nhanh, gây tác động tức thì.

Hiểu về bản chất, nguyên nhân và cách ức chế enzyme sẫm màu này là cần thiết trong bảo quản Qua bài này chúng ta sẽ biết được đó là enzyme gì, cơ chế và ứng dụng chúng trong công nghệ thực phẩm và các ngành liên quan.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Hóa sinh công nghiệp – Lê Ngọc Tú

Giới thiệu về enzyme

Trong cuộc sống sinh vật xảy ra rất nhiều phản ứng hóa học , với một hiệu suất rất cao, mặc dù ở điều kiện bình thường về nhiệt độ, áp suất, pH Sở dĩ như vậy vì nó có sự hiện diện của chất xúc tác sinh học được gọi chung là enzym Enzym là chất xúc tác sinh học có thành phần cơ bản là protein.

Như vậy, enzym là các protein xúc tác các phản ứng hóa học Trong các phản ứng này, các phân

tử lúc bắt đầu của quá trình được gọi là cơ chất (substrate), enzym sẽ biến đổi chúng thành các phân

tử khác nhau Tất cả các quá trình trong tế bào đều cần enzym Enzym có tính chọn lọc rất cao đối với cơ chất của nó.

Hầu hết phản ứng được xúc tác bởi enzym đều có tốc độ cao hơn nhiều so với khi không được xúc tác Có trên 4 000 phản ứng sinh hóa được xúc tác bởi enzym Hoạt tính của enzym chịu tác động bởi nhiều yếu tố Chất ức chế là các phân tử làm giảm hoạt tính của enzym, trong khi yếu tố hoạt hóa là những phân tử làm tăng hoạt tính của enzym.

− Tính chất của enzyme:

Enzym có bản chất là protein nên có tất cả thuộc tính lý hóa của protein Đa số enzym có dạng hình cầu

và không đi qua màng bán thấm do có kích thước lớn.

+ Tan trong nước và các dung môi hữu cơ phân cực khác, không tan trong ete và các dung môi không phân cực.

+ Không bền dưới tác dụng của nhiệt độ, nhiệt độ cao thì enzym bị biến tính Môi

trường axít hay bazơ cũng làm enzym mất khả năng hoạt động.

+ Enzym có tính lưỡng tính: tùy pH của môi trường mà tồn tại ở các dạng: cation , anion hay trung hòa điện.

+ Enzym chia làm hai nhóm: enzym một cấu tử (chỉ chứa protein) như pepsin, amylase và các enzym hai cấu tử (trong phân tử còn có nhóm không phải protein)

− Trong phân tử enzym hai cấu tử có hai phần

+ Apoenzym: phần protein (nâng cao lực xúc tác của enzym, quyết định tính đặc hiệu)

+ Coenzym: phần không phải protein (trực tiếp tham gia vào phản ứng enzym), bản chất là những

hợp chất hữu cơ phức tạp.

− Trung tâm hoạt động của enzyme:

+ Trong quá trình xúc tác của enzym vùng cấu trúc không gian đặc biệt tham gia trực tiếp vào phản ứng để kết hợp với cơ chất gọi là "trung tâm hoạt động".

+ Cấu tạo đặc biệt của trung tâm hoạt động quyết định tính đặc hiệu và hoạt tính xúc tác của enzym.

+ Trong "enzym 1 cấu tử", các acid amin thường phân bố trên những phần khác nhau của mạch polypeptid nhưng nằm kề nhau trong không gian tạo thành trung tâm hoạt động Sự kết hợp của các nhóm chức của các acid amin, thường gặp là -SH của cysteine, -OH của serine, vòng imidazol của histidine, w-COOH của aspartie và acid glutamic, -COOH của các acid amin cuối mạch

+ Trong "enzym hai cấu tử" ngoài mạch polypeptid mà các nhóm chức kết hợp để tạo trung tâm hoạt động, còn có các nhóm chức coenzym và các nhóm ngoại khác kết hợp tạo thành trung tâm hoạt động

+ Ở enzym chứa kim loại, các ion kim loại cũng tham gia vào việc tạo trung tâm hoạt động

+ Trong các nhóm chức tham gia tạo trung tâm hoạt động cần phân biệt hai nhóm: "tâm xúc tác" (tham gia trực tiếp vào hoạt động xúc tác của enzym) và "nền tiếp xúc" (giúp enzym kết hợp đặc hiệu với cơ chất)

+ Một enzym có thể có 2 hoặc nhiều trung tâm hoạt động, tác dụng của các trung tâm hoạt động không phụ thuộc vào nhau.

− Các cơ chất kết hợp với trung tâm hoạt động tạo phức hợp enzym-cơ chất (ES)

+ Trong một số enzym còn có "trung tâm dị không gian" - những phần enzym khi kết hợp với các chất có phân tử nhỏ nào đó sẽ làm biến đổi cấu trúc bậc ba của toàn bộ phân tử enzym làm cấu trúc trung tâm hoạt động thay đổi → biển đổi hoạt tính của enzym.

− Tính đặc hiệu của enzyme:

Enzym chỉ tác dụng lên một số cơ chất và một số kiểu nối hóa học nhất định trong phản ứng→tính đặc hiệu

+ Đặc hiệu lập thể: chỉ tác dụng lên một dạng đồng phân quang học Enzym cũng thể hiện tính đặc hiệu với các đồng phân hình học : chỉ tác dụng lên một dạng đồng phân cis hoặc trans

+ Đặc hiệu tuyệt đối: Enzym chỉ có khả năng tác dụng lên một cơ chất nhất định Cấu trúc trung tâm hoạt động của enzym phải kết hợp chặt chẽ với cấu trúc của cơ chất, một khác biệt nhỏ về cấu trúc của cơ chất cũng làm enzym không xúc tác được.

+ Đặc hiệu tương đối: enzym có tác dụng lên một kiểu nối hóa học nhất định trong phân tử cơ chất

mà không phụ thuộc vào bản chất hóa học của các cấu tử tham gia tạo thành liên kết đó

+ Đặc hiệu nhóm: Enzym có khả năng tác dụng lên một kiểu liên kết nhất định khi một hay hai cấu

tử tham gia tạo thành liên kết này có cấu tạo nhất định.

− Enzyme được chia thành 6 nhóm lớn:

+ Oxydoreductaza: Xúc tác cá phản ứng oxi hóa khử.

+ Transferaza: Chuyển vị một nhóm nào đó từ chất này sang chất khác.

+ Hydrolaza: Xúc tác phản ứng thủy phân

+ Isomeraza: Chuyển hóa giữa hai dạng đồng phân của một cơ chất.

+ Liaza: Xúc tác qua trình phân cắt một nhóm nào đó ra khối hợp chất mà không có sự tham gia của H2O.

+ Ligaza: Xúc tác phản ứng kết hợp của hai phân tử kèm theo sự cắt đứt mối liên kết pirophosphat cao năng lượng ATP.

1.2 Enzyem làm sẫm màu trong thực phẩm

Hình thức bề ngoài, hương vị, kết cấu và giá trị dinh dưỡng bốn thuộc tính được coi là người tiêu dùng khi đưa ra lựa chọn thực phẩm Trong đó hình thức bề ngoài, màu sắc là yếu tố đầu tiên mà người tiêu dùng đánh giá chất lượng sản phẩm Màu sắc có thể bị ảnh hưởng bởi các sắc tố tự nhiên như chlorophyll, carotenoid và anthocyanin trong thực phẩm, hoặc bởi các các phản ứng từ enzyme và các phản ứng không enzym Sẫm màu do enzyme là một trong những phản ứng màu quan trọng nhất ảnh hưởng đến các loại trái cây, rau quả và hải sản

Sẫm màu do enzyme là một quá trình hóa học, thường xảy ra trong trái cây và rau quả vì nhóm nhỏ enzyme polyphenol oxidase, thuộc nhóm lớn enzyme oxydoreductaza, có khả năng xúc tác quá trình oxi hóa phenolic để tạo thành melanin, gây sẫm màu thực phẩm Sự tác động sẫm màu do enzyme này được nghiên cứu nhiều nhất trong trái cây, rau và hải sản Ngoài ra, các nhà khoa học về thực phẩm(rau quả, thực vật và sinh lý sau thu hoạch), vi sinh vật và thậm chí về cả sinh lý côn trùng và động vật giáp xác đã và đang nghiên cứu phản ứng này vì sự tác động nhiều mặt của nó.

1.3 Cơ chất của phản ứng sẫm màu(Polyphenol)

Polyphenol , còn được gọi là hợp chất phenolic, là nhóm các chất hóa học có trong thực vật (rau quả) đóng vai trò quan trọng trong quá trình nâu hóa bởi enzyme, bởi vì nó là chất nền cho màu nâu

Các hợp chất phenolic chịu trách nhiệm cho màu sắc của nhiều loài thực vật, chẳng hạn như táo, nó là một phần của hương vị và hương vị của đồ uống (nước táo, trà), và rất quan trọng chống oxy hóa trong các nhà máy

Polyphenol là những chất hữu cơ thường phức tạp, có chứa nhiều nhóm phenol (acid carbolic):

Hình 5 : Màu sắc của táo là do polyphenol

Bảng 1:Cơ chất của phản ứng sẫm màu thực phẩm có trong các loại rau quả (Nguồn từ FAO)

Táo axit chlorogenic (thịt), catechol, catechin (vỏ), axit caffeic,

3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA), axit benzoic 3,4-dihydroxy, p- cresol, 4-methyl

catechol, leucocyanidin, p- coumaric axit, flavonol glycosides

Bơ 4-metyl catechol, dopamine, pyrogallol, catechol, acid chlorogenic, axit caffeic,

DOPAChuối 3,4-dihydroxyphenylethylamine (Dopamine), leucodelphinidin, leucocyanidinCacao catechin, leucoanthocyanidins, anthocyanins, tannin phức tạp

Hạt cà phê axit chlorogenic, axit caffeic

Cà tím axit chlorogenic, axit caffeic, axit coumaric, dẫn xuất của acid cinnamicNho catechin, axit chlorogenic, catechol, acid caffeic, DOPA, tannin, flavonol, axit

protocatechuic, resorcinol, hydroquinone, phenol

Xoài dopamine HCl, 4-methyl catechol, acid caffeic, catechol, catechin, axit chlorogenic,

tyrosine, DOPA, p- cresolNấm tyrosine, catechol, DOPA, dopamine, adrenaline, noradrenaline

Đào axit chlorogenic, pyrogallol, 4-methyl catechol, catechol, axit caffeic, axit galic,

catechin, dopamine

Lê axit chlorogenic, catechol, catechin, axit caffeic, DOPA, axit benzoic

3,4-dihydroxy, p- cresolNho khô axit chlorogenic, catechin, axit caffeic, catechol, DOPA

Khoai tây axit chlorogenic, axit caffeic, catechol, DOPA, p- cresol, p- hydroxyphenyl axit

propionic, p- hydroxyphenyl acid pyruvic, m- cresol

Khoai lang Axit chlorogenic, axit caffeic, caffeylamide

Trà flavanol, catechin, tannin, dẫn xuất của acid cinnamic

1.4 Tác hại của enzyme làm sẫm màu

Sự hóa nâu do enzyme là một trong những phản ứng tác động nghiêm trọng đối với nhiều loại trái cây và rau quả, đặc biệt là giống nhiệt đới và cận nhiệt đới Người ta ước tính rằng hơn 50% tổn thất là kết quả của enzyme gây nâu hóa (Whitaker và Lee, 1995) Những sự tổn thất này đáng quan ngại và khiến người ta muốn biết rõ về enzyme này và cách kiểm soát chúng trong thực phẩm

Rau diếp, khoai tây, khoai lang, nấm, táo, lê, chuối, nho, đào,… và một loạt các loại trái cây và rau quả nhiệt đới và cận nhiệt đới khác, rất nhạy cảm với màu enzyme gây nâu hóa và do

đó gây ra thiệt hại kinh tế cho nông học Màu nâu cũng có thể ảnh hưởng xấu đến hương vị và giá trị dinh dưỡng Vì vậy sự kiểm soát của màu nâu từ thu hoạch đến người tiêu dùng là rất quan trọng để giảm thiểu thiệt hại và duy trì giá trị kinh tế trong nông học và thực phẩm

Hình 1: Quả bị sẫm màu do enzymeNgoài ra sự hóa nâu do enzyme còn xảy ra trong các loại thủy sản đặc biệt là động vật giáp xác như tôm, cua,… Đặc biệt như các sản phẩm có giá trị cao như tôm hùm thì càng dễ bị tác động xấu bởi enzyme này Mặc dù các sản phẩm bị nâu hóa này không có hại và không ảnh hưởng đến hương vị và mùi hương, nhưng người tiêu dùng sẽ không chon các sản phẩm này, vì

họ thường nghỉ nó bao hàm sự hư hỏng

Có rất nhiều ví dụ về các sản phẩm thủy sản nhập khẩu vào Hoa Kỳ, trị giá hàng triệu đô

la, bị giảm đáng kể hoặc mất hoàn toàn giá trị do enzyme gây nâu Thật không may, đa số các ản phẩm này có nguồn gốc ở các nước đang phát triển, nơi mà thiếu cả khoa học kỹ thuật lẫn cơ sỡ

hạ tầng để ngăn chặn, ức chế enzyme này

1.5 Lợi ích của enzyme làm sẫm màu

Khi nhắc tới enzyme gây sẫm màu trong thực phẩm, người ta thường có cái nhìn tiêu cực

về nó và thường suy nghĩ tới những ảnh hưởng có hại Tuy nhiên, một số phản ứng enzyme gây sẫm màu rất có lợi cho các sản phẩm trà, café, cacao,… và các sản phẩm trái cây khô như nho, mận Các sản phẩm này sau khi enzyme polyphenol oxidase kích hoạt phản ứng phát triển màu nâu đặc trưng, đến một ngưỡng màu theo yêu cầu, sau đó sẽ cho ức chế enzyme để giữ màu nâu, giảm thiểu mất màu

Hình 2: Màu nâu đặc trưng của socola

Ngoài ra, có nhiều nghiên cứu đã khẳng định rằng sản phẩm melanin của quá trình oxy hóa các hợp chất phenolic nhờ enzyme PPO có khả năng kháng khuẩn, chống ung thư và là chất chống oxy hóa Vì vậy theo các chuyên gia thì khuyến khích chúng ta sử dụng các sản phẩm có các hợp chất phenolic và các sản phẩm oxi hóa từ nó nhờ enzyme PPO

Chương 2: Tính chất, cơ chế và phân loại enzyme làm sẫm màu

2.1 Tính chất và cơ chế

Polyphenol oxidase là một tetramer có chứa bốn nguyên tử đồng trên mỗi phân tử, liên kết giữa chất thơm và oxy Enzyme xúc tác quá trình o-hydroxyl của monophenols (phân tử phenol trong đó vòng benzen có chứa một nhóm thế hydroxyl đơn) tạo thành o-diphenols (phân

tử phenol có chứa hai nhóm thế hydroxyl) Chúng tiếp tục xúc tác quá trình oxy hóa của

o-diphenol để tạo ra o-quinon Đây là quá trình polyme hoá nhanh o-quinon để tạo ra sắc tố đen, nâu hoặc đỏ (polyphenol) là nguyên nhân của màu nâu trái cây.

Axit amin tyrosine có chứa một vòng phenolic duy nhất mà có thể bị oxy hóa do tác động của PPO để hình thành o-quinone Do đó, PPO cũng có thể được gọi là tyrosinases.(Nguồn Wikipedia)

PPO là được phát hiện đầu tiên ở nấm và phân bố rộng rãi trong tự nhiên Chúng có trong plastic và lục lạp của thực vật, mặc dù tồn tại tự do trong tế bào chất của senesing hoặc trái cây chín PPO được đóng vai trò quan trọng trong việc đề kháng chống vi khuẩn, virus và điều kiện khí hậu bất lợi Ngoài ra, PPO cũng được tìm thấy ở động vật và được cho là làm tăng khả năng kháng bệnh ở côn trùng và động vật giáp sát

Hình 2: Hình thành màu nâuKhi sự có mặt của oxy không khí, các enzyme xúc tác những bước đầu tiên trong việc chuyển đổi sinh hóa của phenol để sản xuất quinon và trải qua trùng hợp để mang lại một dạng polyme màu tối, không hòa tan gọi là melanin Các melanin hình thành rào cản và có đặc tính kháng khuẩn, ngăn chặn sự lây lan của sự nhiễm trùng hoặc bầm tím trong mô thực vật Ở thực vật, những giống chịu được điều kiện khắc nhiệt có mức PPO cao hơn rất nhiều so với các giống mẫn cảm hơn

Một ví dụ về sự hình thành của melanins từ một polyphenol đơn giản, tyrosine, được thể hiện trong hình bên dưới:

Hình 3 : Hình thành melanins từ tyrosine (nguồn Hình ảnh Nguồn: fao.org).

Polyphenoloxidase xúc tác hai phản ứng cơ bản: hydroxyl hóa và quá trình oxy hóa Cả hai phản ứng sử dụng oxy phân tử (không khí) như là một đồng chất nền.Phản ứng không chỉ phụ thuộc vào sự hiện diện của không khí, mà còn về độ pH (độ axit) Phản ứng không xảy ra tại acid (pH <5) hay kiềm (pH> 8) điều kiện

2.2 Phân loại

PPO bao gồm monophenol oxidase, diphenol oxidase bao gồm o-diphenol oxidase và diphenol oxidase(laccase) Monophenol oxidase giúp thủy phân gốc monophenol tạo thành gốc o-diphenol Oxidase diphenol oxy hóa diphenol để cho benzoquinones Tỉ lệ của oxidase

p-monophenol và diphenol trong cây thường là 1:10 hoặc thấp hơn 1:40

2.3.1 Monophenol oxidase(Tyrosinase)

Monophenol oxidase xúc tác quá trình thủy phân o-diphenols tạo thành

monophenols Enzyme được gọi là tyrosinase ở động vật, L-tyrosine là chất nền monophenolic

lớn Trong cây, các enzyme đôi khi được gọi là cresolase do khả năng của các enzyme để sử dụng oxi hóa các chất nền monophenolic, cresol.

2.2.2 O -d iphenol oxidase(Catechol oxidase)

Quá trình oxy hóa của chất diphenolic để tạo quinon với sự có mặt của oxy được xúc tác bởi diphenol oxidase Oxidase diphenol đã nhận được nhiều sự chú ý do tỷ lệ xúc tác cao và liên kết của nó với sự hình thành của quinon, để hình thành các sắc tố màu nâu, melanin

Khi sự có mặt của đủ ba yếu tố oxi, diphenol và enzyme diphenol oxidase thì một quá trình phản ứng xảy ra tạo thành quion(màu sẫm), tiếp tục qua quá trình trùng hợp tạo thành melanin Cơ chế của phản ứng oxidase diphenol vẫn còn chưa biết vì không có trung gian các gốc tự do được hình thành và oxy liên kết với các enzyme trước khi ràng buộc của o chất nền-diphenolic

2.2.3 Laccase

Laccase ( p -diphenol oxidase, EC 1.10.3.2) (DPO) là một loại có chứa đồng polyphenol oxidase Nó có khả năng độc đáo của oxy hóa p -diphenols, do đó cho phép nó được phân biệt với o- diphenol oxidase như catechol oxidase Laccases là màu xanh đậm màu trong trạng thái

tinh khiết Laccases là các glycoprotein có trọng lượng phân tử khác nhau, từ 60 đến 80 kDa, và một hàm lượng carbohydrate khác nhau từ 15-41%

Laccases tìm thấy trong nhiều loại nấm phytopathogenic và trong một số thực vật bậc cao (Mayer và Harel, 1991) Laccases từ thực vật bậc cao và laccases từ nấm được biết đến có trong

tế bào chất Ngoại trừ đào (Harel et al 1970) và mơ (Dijkstra và Walker, 1991), laccases không

xảy ra trong trái cây và rau quả

Laccase là một thành phần của hệ thống tổng hợp lignin trong mô gỗ (Bảo et al

1993) Tuy nhiên nó là không liên quan đến ligninolysis trong một số nấm Laccase

từ Aspergillus nidulans có liên quan đến sự tổng hợp sắc tố (Hermann et al 1983) Laccase sản xuất bởi các loại nấm Botrytis cinerea cũng liên quan đến bệnh tật truyền nhiễm mà dẫn đến nhiễm trùng thối mềm trong dưa chuột (Viterbo et al 1993).

Chương 3: Vai trò sinh lý của enzyme làm sẫm màu(PPO)

Để cho các nhà khoa học thực phẩm để hiểu rõ hơn làm thế nào để ngăn chặn enzyme nâu hóa, điều quan trọng là phải hiểu lý do tại sao polyphenol oxidase hiện diện trong mô thực vật và động vật Mặc dù biết và giả thuyết một số chức năng của PPO trong các mô, các nhà nghiên cứu vẫn đang cố gắng giải đáp chức năng của enzyme này trong cả hai hệ thống động vật

và thực vật

3.1 Đối với thực vật

Polyphenol oxidase lần đầu tiên được phát hiện ở nấm và thực tế thì chúng phân bố rộng rãi trong tự nhiên Chúng được tồn tại trong platid và lục lạp của thực vật, đồng thời tồn tại tự do trong tế bào chất quả trái cây chín(Vaughn và Duke, 1984)

PPO đóng vai trò quan trọng giúp cho cây phòng chống bị nhiễm trùng do vi khuẩn, virus

và điều kiện khí hậu bất lợi Phenolics như axit chlorogenic, axit caffeic và scopolin,… các chất nền của enzyme này đã được chứng minh có biểu hiện tính diệt nấm

PPO tồn tại trong lục lạp còn hợp chất phenolic tích lũy trong không bào, khi cây bị tổn thương các chất này kết hợp với nhau, dưới sự có mặt của oxi không khí tạo quion và sau đó là tạo melanin giúp đông tụ mủ cây, tạo thành rào cản và có đặc tính kháng khuẩn, ngăn chặn sự lây lan của nhiễm trùng hoặc bầm tím trong mô thực vật

Mức độ nhiều hay ít PPO thể hiện tính chống chịu của cây đó trước những điều kiện bất lợi Ở các cây mà sự chống chọi với những điều kiện bất lợi có chứa PPO nhiều hơn gấp nhiều lần so với các giống cây mẫn cảm hơn Hệ thống các enzyme khác trong cây như chitinase, peroxidase, lipoxygenase, phenylalanine ammonia lyase, b -1,3-glucanase,… cũng có biểu hiện tăng khi cây bị stress

3.2 Đối với động vật

Nguồn: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC22812/

Polyphenol oxidase tồn tại trong cả côn trùng và động vật giáp xác như một zynogen hoặc hình thức propolyphenol oxidase và cũng được cho là có khả năng kháng bệnh Enzyme này cho là liên quan tới miễn dịch và nhận thức

Khi xâm nhập vào cơ thể động vật, các vi sinh vật tiết protease, gây phân hủy protein, gây bệnh cho cơ thể Khi đó, propolyphenol oxidase được kích hoạt bởi protease tạo thành PPO, chống lại sự xâm nhập của các vi sinh vật này Chất chuyển hóa thứ cấp khác được sản xuất bởi các vi sinh vật, chẳng hạn như glucans, glycoprotein, laminarins, lipopolysaccharides,… cũng có thể gây ra sự kích hoạt propolyphenol oxidase

Ngoài tác dụng là kháng khuẩn, PPO trong động vật giáp xác và côn trùng cũng liên quan tới quá trình làm cứng lớp vỏ kitin trong chu trình tăng trưởng Các enzyme này còn nằm trong lớp biểu bì và hemolymph dưới dạng propolyphenol oxidase Khi lột xác, lúc đó cơ thể yếu nhất, các prophenol oxidase được kích hoạt cho PPO Các diphenols bị oxy hóa để tạo các quion tương ứng Quinon hình thành phản ứng với các nhóm phân tử protein liền kề liên kết chúng lại với nhau tạo một màng cứng, giúp bảo vệ cơ thể trước những tác động xấu từ bên ngoài

PPO trong động vật giáp xác phân bố chủ yếu trong các mai, tiếp theo là bộ xương ngoài bụng, đầu ngực,… PPO có liên quan đến sự hình thành đốm đen của động vật giáp xác sau khi chết Hình thành đốm đen là một trong những các vấn đề quan trọng của động vật giáp xác, nó

làm giảm đáng kể thị hiếu của người tiêu dùng và chất lượng sản phẩm Cường độ hắc tố hình thành trong động vật giáp sát thay đổi theo loài, do sự khác biệt của chất nền và nồng độ enzyme

Do đó, cần có một sự hiểu biết rõ ràng đặc tính sinh hóa và động học của PPO là cần thiết để kiểm soát và hạn chế hoạt động của nó

Chương 4: Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình sẫm màu của

enzyme

Phản ứng sẫm màu do enzyme xúc tác là phản ứng rất thường xảy ra trong quá trình chế biến các sản phẩm thực phẩm có nguồn gốc thực vật như rau quả các sản phẩm đồ hộp rau quả, các sản phẩm chè thuốc lá Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng này như các nhân tố sau :

- Khi nhiệt độ tăng, tăng năng lượng động học ( tần số va chạm phát triển) tần

số phức hợp enzyme - cơ chất phát triển trên một đơn vị thời gian do đó tốc

độ phản ứng tăng  quá trình sẫm màu của enzyme diễn ra nhanh hơn.

- Khi nhiệt độ tăng đến khoảng 1000C sẽ làm bất hoạt enzyme polyphenoloxydas  hạn chế quá trình làm sẫm màu của enzyme.

- Ví dụ ở quả vải: Hoạt động polyphenoloxidase cao nhất ở 20 º C,

và giảm liên tục khi nhiệt độ tăng cao cho đến khi ngừng hoạt động hoàn toàn ở 60 º C PPO vẫn còn hoạt động trong thời gian 120 phút ở 40 và

50 º C và đã được bất hoạt sau 10 phút ở 60 º C

Biểu đồ nhiệt độ hoạt động của enzyme PPO trong quả vải

Bảng 2: nhiệt độ bất hoạt của một số enzyme Enzyme Ảnh hưởng đến

thực phẩm

Nhiệt độ bất hoạt của enzyme

(0C) Lipolityc acyl

hydrolase

Polyphenoloxidase Làm sẫm màu ~ 100

- Nếu nhiệt độ thấp > quá trình sẫm màu của enzyme diễn ra chậm hơn

3.2 pH

- pH môi trường ảnh hưởng rõ rệt đến quá trình sẫm màu của enzyme vì nó ảnh hưởng đến mức độ ion hóa của cơ chất, sự hoạt động của enzyme polyphenol oxydase và ảnh hưởng đến độ bền protein enzyme.

- Hạ thấp độ pH đến 4,0 sẽ làm ức chế hoạt động của enzyme polyphenol oxydase.

Sự ảnh hưởng của pH tới PPO trong quả vải

3.3 Nồng độ oxy

- Nồng độ oxy càng cao phản ứng oxy hóa polyphenol xúc tác bằng enzyme polyoxydase xảy ra càng nhanh Việc ngăn chặn sự tiếp xúc giữa oxy với bề mặt cắt của trái cây hoặc rau hạn chế các phản ứng sẫm màu do enzyme.

Chương 5: Các biện pháp công nghệ kiềm hãm sự sẫm màu do tác

dụng của enzyme trong quá trình chế biến và bảo quản

(nguồn tài liệu tham khảo : “chương trình công nghệ thực phẩm và an toàn thực phẩm” của Đại học Wageningen , Hà Lan và các trường đại học đối tác ; “Enzymatic Browning in Fruits, Vegetables and Seafoods” Maurice R Marshall1, Jeongmok Kim2 and Cheng-I Wei3 )

- Sự sẫm màu do tác dụng của enzyme không xảy ra khi tế bào thực vật còn nguyên vẹn, điều này xảy ra khi tế bào bị tác động như cắt,nghiền,gọt vỏ, hư hỏng Sự sẫm màu xảy ra do sự oxy hóa chất hợp phenolic có trong không bào của tế bào thực phẩm với xúc tác là enzyme polyphenol oxydase có mặt trong tế bào chất của tế bào thực phẩm

- Đặc tính cảm quan và hóa sinh của trái cây và rau quả chịu ảnh hưởng bởi sự hình thành sắc tố Tỷ lệ enzyme gây hiện tượng hóa nâu trong trái cây và rau được điều chỉnh bởi các hoạt động polyphenol oxidase trong thành phần của các mô, thành phần phenolic của mô, pH, nhiệt độ và hoạt tính của oxy trong mô

- Như mô tả trong Chương 1, enzyme polyphenol oxidase xúc tác quá trình

oxy hóa của phenol o-quinon, đó là các hợp chất có hoạt tính cao. O-quinon, theo cách đó được hình thành thông qua quá trình trùng hợp tự nhiên để tạo

ra các hợp chất cao phân tử hoặc các chất màu nâu (melanins) Các

melanins có thể phản ứng với axit amin và protein tạo ra màu nâu

- Nhiều nghiên cứu đã tập trung vào việc ức chế hoặc ngăn chặn hoạt động oxidase polyphenol trong thực phẩm Kỹ thuật và cơ chế khác nhau đã được phát triển trong những năm qua để kiểm soát các hoạt động enzyme không mong muốn Những kỹ thuật này cố gắng để loại bỏ một hoặc nhiều thành phần thiết yếu (oxy, enzyme, Cu, hoặc chất nền) từ phản ứng

o Việc ngăn chặn sự tiếp xúc của Oxy với bề mặt cắt của trái cây hoặc rau sẽ lầm hạn chế các phản ứng hóa nâu Sự sẫm màu do tác dụng của enzyme xảy ra nhanh chóng khi tiếp xúc với oxy Hạn chế sự tiếp xúc với oxy có thể bằng cách ngâm trong nước, xi-rô, ngâm nước muối, hoặc bằng cách xử lý chân không

o Enzyme polyphenol oxidase là một tetramer có bốn nguyên tử đồng Việc loại bỏ đồng sẽ làm thay đổi cấu trúc của enzyme PPO, từ đó làm mất khả nắng xúc tác của nó => hạn chế sự sẫm màu do tác dụng của enzyme Cách hiệu quả nhất trong việc loại bỏ đồng là dùng các chất tạo phức.

o Bất hoạt oxidase polyphenol bằng xử lý nhiệt như chần hơi nước được

áp dụng trong việc kiểm soát hiện tượng hóa nâu trong trái cây và rau được đóng hộp hoặc đông lạnh Tuy nhiên xử lý nhiệt không được áp dụng trong việc bảo quản các sản phẩm tươi sống

o Polyphenol oxidase xúc tác quá trình oxy hóa của chất phenolic như axit caffeic, axit protocatechuic, axit chlorogenic, và tyrosine Tuy nhiên thay đổi tính chất hóa học của các chất có thể ngăn chặn quá trình oxy hóa

o Một số hợp chất hóa học phản ứng với các sản phẩm của hoạt động oxidase polyphenol và ức chế sự hình thành của hợp chất màu được