Tổng quan về enzym

2.3. Tổng quan về enzym sử dụng trong mì tươi

2.3.1. Tổng quan về enzym

2.3.1.1. Giới thiệu chung về enzym

Việc sử dụng gián tiếp enzym đã có từ thời cổ đại. Ngày nay người ta đã biết đến khoảng 4000 loại enzym khác nhau. Trong số đó có khoảng 200 loại đã được sử dụng trong thương mại [39].

Vào những năm 1960, tổng cộng giá trị thương mại enzym chỉ khoảng vài triệu đô la. Nhờ những hiểu biết về các quá trình sinh hóa, lên men, thủy phân và sự phát triển của các ngành công nghiệp mà enzym ngày càng được sử dụng rộng rãi. Trên thế giới hiện nay có khoảng 12 nhà sản xuất quy mô lớn với hơn 400 nhà phân phối, trong đó 60% đến từ Châu Âu.

2.3.1.2. Định nghĩa enzym

Enzym là protein có hoạt tính xúc tác. Trong quá trình chuyển hóa của enzym những phân tử có mặt ở giai đoạn đầu của chuyển hóa gọi là cơ chất, enzym chuyển hóa cơ chất thành những phân tử nhỏ hơn được gọi là sản phẩm [40].

Enzym có thể hòa tan trong nước, trong dung dịch muối loãng, trong các dung môi hữu cơ. Giống như protein, enzym không bền với tác dụng của nhiệt độ. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, enzym bị biến tính và mất khả năng xúc tác, mức giảm hoạt tính của enzym tương ứng với mức độ biến tính của protein. Enzym cũng bị mất khả năng hoạt động dưới tác dụng của tác nhân gây biến tính protein khác như axit, hay kiềm mạnh hoặc muối kim loại nặng [4].

2.3.1.3. Tính đặc hiệu của enzym

Tính đặc hiệu của enzym là một trong những khác biệt chủ yếu giữa enzym với các chất xúc tác khác. Mỗi enzym chỉ có khả năng xúc tác cho sự chuyển hóa của một

24

hay một số cơ chất nhất định, theo một kiểu phản ứng nhất định. Sự tác dụng có tính lựa chọn rất cao [4].

2.3.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng của enzym i. Nồng độ enzym

Nói chung trong điều kiện thừa cơ chất, vận tốc phản ứng của enzym phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ enzym [4].

ii. Nồng độ cơ chất

Phản ứng xúc tác của enzym phụ thuộc vào nồng độ ban đầu của cơ chất. Khi nồng độ cơ chất tăng thì vận tốc phản ứng xúc tác của enzym cũng tăng, khi nồng độ cơ chất tăng ở một mức độ nào đó thì vận tốc đó không tăng nữa.

iii. Các chất kìm hãm

Tất cả những chất gây biến tính protein đều là những chất kìm hãm không đặc hiệu enzym. Các chất này có tác dụng kìm hãm tất cả các enzym. Ngoài ra có nhiều chất không làm biến tính enzym nhưng vẫn làm giảm hoạt độ xúc tác của nó.

iv. pH hoạt động của enzym

pH có ảnh hưởng lớn tới vận tốc của phản ứng enzym. Mỗi enzym chỉ hoạt động thích hợp nhất ở một pH xác định, gọi là pH hoạt động tối thích. pH tối thích của enzym đa số nằm trong vùng axit yếu, kiềm yếu hoặc trung tính [1].

Hoạt tính của enzym cũng phụ thuộc vào trạng thái bền của protein, ở pH quá cao hoặc quá thấp, protein bị biến tính do đó enzym cũng bị mất hoạt tính [1].

v. Nhiệt độ hoạt động của enzym

Vận tốc phản ứng của enzym càng tăng khi tăng nhiệt độ, nhưng do enzym có bản chất là protein nên khi tăng đến một giới hạn nào đó thì vận tốc phản ứng enzym sẽ bị giảm do sự biến tính của protein [1].

Mỗi enzym đều có một nhiệt độ mà ở đó vận tốc phản ứng cực đại gọi là nhiệt độ tối thích, và tại nhiệt độ enzym bị hoàn toàn mất hoạt tính được gọi là nhiệt độ giới hạn. Nhiệt độ quá thấp cũng làm giảm mạnh hoạt độ của enzym, nhưng do trong điều kiện này enzym không bị biến tính nên khi đưa nhiệt độ trở lại điều kiện thích hợp thì hoạt tính của enzym lại được phục hồi [1].

25

Nhiệt độ tối thích và enzym không phải là một hằng số mà nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cơ chất, pH, môi trường, nồng độ enzym, nguồn enzym, đặc biệt là thời gian tác dụng càng dài thì nhiệt độ tối thích càng giảm [1].

2.3.1.5. Ứng dụng của enzym trong thực phẩm [40]

Enzym được sử dụng trong ngành thực phẩm nhằm mục đích cải thiện tính chất chức năng, giá trị dinh dưỡng và giá trị cảm quan của sản phẩm, đồng thời để thay thế các chất phụ gia có nguồn gốc hóa chất.

Hiện nay người ta đã ứng dụng trên 55 loại enzym khác nhau trong hầu hết các quá trình chế biến sản xuất thực phẩm. Trong CNSX mì sợi tươi, việc sử dụng enzym còn khá mới mẻ, người ta đã thử nghiệm một số loại enzym trong CNSX mì sợi như:

các enzym thủy phân, enzym oxy hóa trong đó phổ biến như enzym Glucose oxidase, xylanase, lipase, Lipoxygenase...

2.3.2. Enzym có thể ứng dụng trong CNSX mì tươi 2.3.2.1. Enzym glucose oxidase

i. Cơ chế tác dụng [1], [41], [34]

Trong bột mì chứa một lượng đường khoảng 1.8% - 2.8%, trong đó hàm lượng glucose và fructose không lớn lắm khoảng 0.1% - 0.25%.

Glucose oxidase là enzym oxy hóa đường glucose thành H2O2 và axit gluconic khi có mặt oxy. Quá trình xúc tác được thể hiện trong hình 2.2.

Hình 2.5. Cơ chế tác động của enzym glucose oxidase [34]

26

H2O2 sinh ra oxy hóa liên kết S-H thành liên kết S-S trong mạng gluten. Quá trình phản ứng được thể hiện trong hình 2.3.

Hình 2.6. Cơ chế tác động của H2O2 đến sự hình thành mạng gluten [29]

Từ hình 2.2 và 2.3 có thể thấy rằng sự có mặt glucose oxidase trong bột nhào giúp tăng độ khoẻ, độ đàn hồi của gluten.

Nghiên cứu của Hildorst (2002) chỉ ra H2O2 còn xúc tác cho sự tạo thành liên kết giữa các axit ferulic trong arabinoxylan tạo ra dạng gel, góp phần ổn định mạng gluten, tăng khả năng giữ nước và giảm độ dính của bột nhào [21].

Ngoài ra nghiên cứu của Yang và cộng sự (2014) còn cho thấy tác dụng của H2O2 tạo ra làm giảm hàm lượng carotenoid trong bột nhào giúp bột nhào có màu vàng sáng hơn [33].

ii. Ứng dụng của enzym glucose oxidase

Hiện nay enzym glucose oxidase đang được sử dụng rất rộng rãi trong CNSX bánh mì, người ta thấy rằng nó có thể cải thiện tính chất mì sợi tươi vì glucose oxidase làm tăng độ đàn hồi của bột nhào. Bột mì làm mì sợi có bổ sung enzym glucose oxidase có thể cải thiện các tính chất như:

Sợi mì cứng hơn

Giảm tổn hao khối lượng mì khi nấu.

Giảm độ dính giữa các sợi mì.

2.3.2.2. Enzym lipase i. Cơ chế tác dụng

27

Chất béo trong bột mì chiếm khoảng 0.8 – 2.5%, chia làm hai phần là chất béo phân cực (phosphor và galactolipits) và chất béo không phân cực (chủ yếu là triglycerides). Trong đó, chất béo phân cực chiếm từ 70 – 75%, phân bố chủ yếu trong nội nhũ, chủ yếu ở dạng tự do hoặc liên kết với tinh bột [28].

Lipase là enzym thủy phân chất béo không phân cực ở vị trí liên kết số 1 và số 3 để tạo thành diacylglycerols, monoacylglycerols và axit béo. Quá trình xúc tác thể

hiện trong hình 2.5.

Hình 2.7. Cấu tạo của phân tử triglyceride, R1, R2, R3 là các axit béo, số 1,3 là vị trí liên kết bị cắt trên glycerol [34]

Theo nghiên cứu của Colakoglu và Ozkaya năm 2012 chỉ ra những chất glycerides này đóng vai trò như là chất nhũ hóa, tạo phức liên kết giữa tinh bột và chất béo [18].

Hình 2.8. Cơ chế tác động của enzym enzym lipase [29]

28

Bột nhào có bổ sung lipase sẽ khỏe hơn, bề mặt mịn, mượt hơn và dễ dàng gia công trong quá trình sản xuất.

Ngoài ra, kết quả nghiên cứu của Junqueira và công sự năm 2007 còn cho thấy:

axid béo tự do sinh ra bị oxy hóa dưới tác dụng của enzym lipoxygenase có sẵn trong bột nhào tạo thành lipit peroxides, chất này sẽ oxy hóa chất màu carotenoid làm giảm màu vàng và tăng độ trắng sợi mì [23].

ii. Ứng dụng của enzym lipase

Lipase được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành: chất béo và dầu, chất tẩy rửa, quá trình thực phẩm, sản xuất giấy, hóa dược, trong ngành sản xuất bánh kẹo, đặc biệt trong công nghệ sản xuất bánh mì [39].

Enzym lipase lần đầu tiên được ứng dụng vào năm 1990 cho bánh mì do cải thiện độ dễ làm của bột nhào, tăng độ khỏe và giúp quá trình chế biến dễ dàng hơn, cải thiện độ ổn định bột nhào, sản phẩm bánh mì cuối có độ nở tốt hơn, ruột bánh mịn, đều, mềm và trắng sáng hơn [34].

Trong sản xuất mì sợi: Dựa vào tính chất tạo chất nhũ hóa tác động bề mặt sợi, tác dụng giúp làm khỏe gluten mà lipase đã được ứng dụng trong CNSX mì và Pasta nhằm mục đích tăng độ sáng và ổn định màu sắc của sợi, cải thiện cấu trúc của sợi mì, giúp cho sợi mì bóng, bền và ổn định, chậm bị nhũn và giảm hao hụt khối lượng mì khi nấu.

2.3.2.3. Enzym xylanase i. Cơ chế tác dụng

Trong nội nhũ lúa mì chứa khoảng 2 – 3.5% polysaccharides. Polysaccharides này có khả năng hấp thụ nước rất nhiều khoảng 10 lần khối lượng nhưng không tiêu hóa được.

Polysaccharides trong bột mì chia ra làm 03 nhóm: beta-glucans, cellulose và pentosans. Trong đó thành phần pentosans chiếm 75% [34].

Pentosans (1.3 - 2.3% khối lượng bột mì): chia ra làm arabinoxylans và arabinogalactans, phân bố chủ yếu trong vỏ hạt và alơron. Đây là polyme của xylose

29

liên kết với nhau bằng liên kết β-1,4 và liên kết với phân tử arabinose bằng liên kết β-1,2 và liên kết β-1,3. Một vài arabinose có gắn thêm axit ferulic.

Hình 2.9. Sơ đồ cầu tạo phân tử pentosans [29]

Arabinoxylans cú khả năng hấp thụ nước rất nhiều, khoảng gấp ẳ lượng nước trong bột nhào. Nghiên cứu của Hoseney và Faubion [22] và Wang [31] chỉ ra tác dụng không tốt của arabinoxylans đến mạng gluten của bột nhào do một phần arabinoxylans dính vào mạng gluten ảnh hưởng đến tính chất đàn hồi, giãn dài của gluten

Hình 2.10. Mô tả liên kết giữa protein và arabinoxylan [29]

30

Enzym xylanase là hệ gồm nhiều enzym khác nhau:

 Endo-1,4-β-xylanase cắt mạch thẳng tại liên kết β-1,4-xylose ở các vị trí khác nhau.

 Feruloyl esterase là enzym thủy phân giải phóng ra axit ferulic

 a-arabinofuranosidase cắt liên kết giữa arabinose và xylose

 b-xylosidase cắt mạch thẳng tại liên kết 2,3 or 4 β-1,4-xylose units để giải phóng ra xylose.

Hình 2.11. Cơ chế tác động của ezyme xylanase trên phân tử arabinoxylan [44]

Endo-1,4-b-xylanase sẽ phân cắt liên kết giữa các phân tử xylose làm mạch Arabinoxylans ngắn lại, làm khả năng giữ nước của nó giảm xuống, nước được giải phóng nên giúp cho gluten có nhiều nước để trương nở hơn, kết quả là bột nhào mềm mại hơn (Verjan, 2010). Enzym này cũng phá vỡ những liên kết giữa Arabinoxylans và protein nên mạng gluten khỏe hơn.

ii. Ứng dụng của enzym xylanase

Trong công nghệ sản xuất bánh mì, người ta bổ sung enzym xylanase để tăng độ giãn dài của bột, làm bột nhào mềm mượt hơn, tăng thể tích của bánh mì thành phẩm, ruột bánh [34]. Một số nghiên cứu còn chỉ ra rằng việc bổ sung xylanase ở một liều lượng vừa đủ còn góp phần làm giảm độ dính bột nhào, kéo dài thời hạn sử dụng của sản phẩm [35].