Enzim pectinasa

1.Pectin ảnh hưởng đến rau quả

Pectin có cấu trúc hóa học phức tạp: khoảng 60-90% là vùng mạch thẳng, còn lại là vùng mạch phân nhánh.

- Vùng mạch thẳng là polymer của các gốc alpha-1,4- galacturonic acid, cac gốc này có thể methyl hóa hay không methyl hóa.

- Vùng mạch phân nhánh chiếm từ 10-40%, có cấu trúc gốm các polymer khác nhau

- pectin không hoà tan có khả năng tạo gel. Nếu sử dụng nhiệt độ quá lâu gel bị phá huỷ

- enzyme pectinase trong bản thân rau quả thuỷ phân pectin không hoà tan (protopectin) thành pectin hoà tan

- pectin hoà tan kết hợp với ion Canxi tạo pectate canxi → làm cấu trúc rau quả rắn chắc

2. Pectinase trong sản xuất nước quả:

- 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.

- 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.

• Nho, chọn loại nho có độ chín thích hợp.

• Rửa nho nhiều lần bằng nuớc sạch, nhằm loại bỏ vsv, tạp chất...

• Cho nho vào thùng và gia nhiệt, nhiệt độ được tăng lên 85- 90 0C trong thiết bị gia nhiệt và thời gian từ 5 đến 20 phút tuỳ thuộc vào độ chín của nho.

• Sau đó nho được làm lạnh nhanh và giữ ở nhiệt độ 45- 500C trong 3-4h trong thùng kín.

• Bổ sung pectinase với liều lượng 0,03%, mục đích để thuỷ phân các liên kết pectin trong tế bào để có thể thu được dịch chiết nhiều hơn, làm tăng dịch chiết lên 15 – 30%.

• Sau đó ta tiến hành ép rồi thu dịch lọc, dịch lọc được bổ sung thêm 0,03 % pectinase.( mục đích để phân cắt các phân tử pectin, làm giảm độ nhớt của dung dịch và giúp cho quá trình lọc tốt hơn).

• Thời gian làm trong dịch quả có thể từ 4 – 6h.

• Nếu thời gian xử lý enzyme lâu quá thì nuớc nho sẽ trở thành nuớc nho trắng và không còn độ đục.

• Sau đó nước quả được lọc và rót vào chai đem thanh trùng.

NHỮNG YÊU CẦU ĐỐI VỚI CHẾ PHẨM PECTINASE DÙNG TRONG SẢN XUẤT RƯỢU VANG

• Chế phẩm không được làm giảm chất lượng của vang, không được ảnh hưởng xấu đến hương vị và màu sắc -> phải tinh sạch pectinase

• Trong sản xuất vang nho, giữa hàm lượng enzyme Cx và endo PMG phải có tương quan nhất định.

• Khi chế phẩm có hoạt độ endo PMG là 28,2x102 đơn vị /mg protein và hoạt độ của enzyme Cx là 28,7 đơn vị/mg protein thì quá trình làm trong xảy ra nhanh hơn khi hoạt độ endo-PMG là 25,4x102 đơn vị /mg protein và hoạt độ của enzyme Cx là 55,0 đơn vị/mg protein

• Chế phẩm pectinase cũng phải tăng độ ổn định của vang nghĩa là phải chứa proteinase với hoạt độ không thấp hơn 120 đơn vị/g theo globulin và 140 đơn vị/g theo anbumin.

• Hoạt độ các enzyme oxy hóa trong chế phẩm không quá 0,1 đơn vị/mg acid ascocbic/1 phút/ 1g chế phẩm -> tránh tổn thất các chất màu của vang đỏ và tránh xuất hiện màu tối trong vang trắng

• Chế phẩm pectinase phải bảo toàn hoạt độ trong điều kiện có chứa rượu( 10-12%) và phải tác dụng có hiệu quả trong điệu kiện pH nhất định.

• Vd: trong sản xuất vang nho khi sử dụng chế phẩm pectawamorin BM10x, người ta có thể tăng hiệu suất dịch tự chảy lên 32%

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.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 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.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

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 mậnNgười 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.