ứng dụng của hệ protease

Công nghệ Protein & Enzyme

KLMN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁN CÔNG TÔN ĐỨC THẮNG
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH


SEMINAR: ỨNG

DỤNG CỦA HỆ PROTEASE

GVHD: ThS. NGUYỄN THỊ THU SANG
SVTH: LÊ HUY KỸ
DƯƠNG KIM LINH
PHẠM HOÀNG MINH
NGUYỄN THANH NGA

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
THÁNG 5 NĂM 2006
1


Công nghệ Protein & Enzyme

KLMN

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU

Phần A: PHÂN LOẠI VÀ TÍNH CHẤT MỘT SỐ ENZYME
THUỘC HỆ PROTEASE

2
3

I. Phân loại hệ Protease............................................................................................5
II. Tính chất một số enzyme thuộc hệ Protease........................................................6

Phần B: ỨNG DỤNG CỦA HỆ PROTEASE
I TRONG SẢN XUẤT PHOMAI

8
I.1 Giới thiệu chung.............................................................................................8
I.2 Thành phần và nguyên liệu...........................................................................8
I.3 Quy trình sản xuất..........................................................................................9
...............................................................................................................................
I.4 Rennin trong sản xuất Phomai.....................................................................10
I.5 Biến hình κ-casein.......................................................................................12
I.5.1 Cấu tạo và đặc tính của κ-casein
12
I.5.2 Cấu trúc của Micelle
14
I.6 Quá trình đông tụ.........................................................................................15
I.7 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình đông tụ ................................................18
III. SẢN XUẤT NƯỚC MẮM TỪ THUỶ SẢN
19
III.1 Giới thiệu chung........................................................................................19
III.2 Nguyên liệu...............................................................................................20
III.3 Quy trình công nghệ và vai trò của enzyme protease...............................20

III.3.1 Quá trình chuyển hoá Protein thành các acide amin
20
III.3.2 Quá trình tạo hương thơm
21
III.3.1.1 Công nghệ sản xuất nước mắm dài ngày
III.3.1.2 Công nghệ sản xuất nước mắm ngắn ngày
III.4 Thành phần hoá học của nước mắm.....................................................26

IV. SẢN XUẤT CHẤT TẨY RỬA

28

IV.1 Giới thiệu chung........................................................................................28
...............................................................................................................................
IV.2 Sử dụng enzyme protease để tẩy sạch protein..........................................28

V. BIẾN HÌNH COLLAGEN VÀ LÀM MỀM THỊT

29

V.1 Giới thiệu chung.........................................................................................29
V.2 Một số tính chất của thòt sau giết mổ..........................................................30
V.3 Các phương pháp làm tăng độ mềm của thòt..............................................30

2


Công nghệ Protein & Enzyme

KLMN

V.4 Làm mềm thòt bằng phương pháp sử dụng chế phẩm enzyme...................31
VI. SẢN XUẤT BÁNH MÌ
32
VI.1 Giới thiệu chung........................................................................................32
VI.2 Điều kiện thuỷ phân..................................................................................32
VI.3 Tính chất, chức năng của sản phẩm thuỷ phân gluten...............................33
VI.3.1 Khả năng cải thiện chất lưu biến của bột nhào
VI.3.2 Tính tan của sản phẩm thuỷ phân gluten
VI.3.3 Sản phẩm thuỷ phân gluten có tính tạo bọt
VI.4 Vai trò của protease trong quá trình sản xuất bánh mì..............................35
VI.5 Thò trưởng protease...................................................................................35

VII. CÔNG NGHIỆP DA

36

VII.1 Giới thiệu chung.......................................................................................36
VII.2 Thành phần da động vật...........................................................................36
VII.3 Enzyme trong chế biến da động vật.........................................................38

VIII. SẢN XUẤT BIA

39

VIII.1 Giới thiệu chung.....................................................................................39
VIII.2 Vai trò của protease................................................................................40

IX. SẢN XUẤT RƯU VANG

41

IX.1 Giới thiệu chung........................................................................................41
IX.2 Vai trò của protease..................................................................................41

X. TRONG Y HỌC
XI. SẢN XUẤT BÁNH KẸO
TÀI LIỆU THAM KHẢO

42
42
43

3


Công nghệ Protein & Enzyme

KLMN

LỜI NÓI ĐẦU
Enzyme là thành phần không thể thiếu trong mọi tế bào. Chúng đóng vai trò
quyết đònh trong mọi chuyển hoá vật chất trong tế bào và quyết đònh mối quan hệ
giữa cơ thể sống và môi trường sống. Chính vì vậy mà từ khi phát hiện ra enzyme và
biết được khả năng chuyển hoá của nó, con người đã nhanh chóng ứng dụng enzyme
vào trong công nghiệp. Số lượng enzyme phát hiện ngày càng nhiều và khả năng ứng
dụng enzyme vào sản xuất công nghiệp ngày càng tăng.
Trong số đó các enzyme thuộc nhóm protease hiện đang được ứng dụng nhiều
nhất trong nhiều lónh vực khác nhau như: chất tẩy rửa, thuộc da, phômai, làm mềm
thòt, nước chấm,…

Seminar của nhóm gồm có hai phần:
Phần A: Giới thiệu một số cách phân loại và tính chất của một số enzyme
thuộc hệ protease.
Phần B: Gồm một số ứng dụng của các enzyme thuộc hệ protease. Trong phần
này, nhóm sẽ giới thiệu công nghệ sản xuất một số sản phẩm có sự tham gia của
enzyme thuộc hệ protease. Đặc biệt là vai trò và ứng dụng của enzyme protease trong
các quá trình sản xuất.
Trong quá trình thực hiện, do là lần làm đầu tiên nên không tránh khỏi những
sai sót. Nhóm mong nhận được ý kiến đóng góp của cô và các bạn về nội dung đề tài
để nhóm ngày càng hoàn thiện hơn.

NhómSV
KLMN

4


Công nghệ Protein & Enzyme

KLMN

Phần A

PHÂN LOẠI VÀ TÍNH CHẤT MỘT SỐ ENZYME
THUỘC HỆ PROTEASE
I. Phân loại:
Protease là enzyme thuỷ phân các liên kết peptide bên trong protein. Hệ
Protease được chia ra một số loại dựa vào những đặc điểm của chúng cũng như cấu
tạo trung tâm hoạt động của enzyme.
Phân loại Protease :

Dựa vào tính đặc hiệu với cơ chất , người ta chia protease làm 2 nhóm:
- Exopeptidase :thủy phân liên kết peptide ở đầu tận cùng của mạch, giải phóng
acide amin đầu –NH+ hay –COO-.
+ Aminopeptidase :thủy phân liên kết peptide ở đầu N.
+ Carboxypeptidase (thủy phân liên kết peptide ở đầu C).
+ Dipeptidase :thủy phân liên kết peptide của các dipeptide.
- Endopeptidase :Thủy phân các liên kết peptide bên trong nội mạch của chuỗi
polypeptide.
+ Pepsin
+ Trypsin
+ Chymotrypsin
+ Elastase
+ Papain
Dựa vào nhóm chức trong trung tâm hoạt động của enzyme, người ta chia enzyme
làm 4 nhóm:
- Protease-serin (OH): Trypsin, chymotrypsin, alastase, subtilisin…
- Protease-thiol (SH): Papain, bromelin, ficine,…
- Protease-acide (COOH): Pepsin, rennin,…trong trung tâm hoạt động có chứa
asparagyl hay glutamyl.

5


Công nghệ Protein & Enzyme

KLMN

- Protease-kim loại: collagenase,…
Dựa vào pH hoạt động có thể chia làm 3 loại:
- Protease acide: Pepsin, rennin,…

- Protease bazơ: Chymotrypsin, trypsin, elastase, colagenase, subtilisin,…
- Protease trung tính: Papain, bromelin,…
Dựa vào nguồn thu nhận enzyme có thể chia ra làm 3 loại:
-Protease động vật: Trypsin, chymotrypsin, pepsin, rennin,…
-Protease thực vật: Papain, bromelin, ficine,…
-Protease vi sinh vật: colagenase, protease acide, protease bazơ, protease trung
tính,…
Dựa vào sự phân bố enzyme có thể chia enzyme làm 2 loại:
-Protease nội bào(endoprotease): Catepsin,…
-Protease ngoại bào(exoprotease): Pepsin, chymotrypsin,…

II. Tính chất của một số enzyme thuộc hệ protease:
II.1 Pepsin(EC.3.4.4.1):
Pepsin được thu nhận từ màng nhầy dạ con của heo con và bê. Pepsin thường được
sử dụng với Rennin trong sản xuất phomai, làm mềm thòt và làm thuốc tiêu hoá. Hỗn
hợp này hoạt động mạnh ở pH 2-4 và nhiệt độ khoảng 500C.

II.2 Rennin(EC.3.4.4.3):
Rennin thường được sản xuất từ bao tử của bê, cừu. Đây là enzyme có hoạt tính
đặc biệt cao. Hoạt động mạnh ở pH=3,7. Điểm đẳng điện pI=4,5. Người ta thường
phối trộn với pepsin theo tỷ lệ 1:1 dùng trong công nghiệp chế biến sữa.

II.3 Papain(EC.3.4.22.2):
Thu nhận bằng cách sấy khô mủ cây đu đủ carica papaya. Papain được ứng dụng
trong sản xuất bánh, sản xuất bia, trong công nghiệp chế biến thòt, trong y học để làm
lành các vết thương ngoài da.
Papain thô có hoạt lực 400-600mUI/g, papain tinh khiết có hoạt lực 100.000mUI/g.
Papain hoạt động ở khoảng pH rất rộng (pH 4,5-10). PH tối ưu là 7-8, nhiệt độ tối ưu
là 55-600C.

II.4 Bromelin(EC.3.4.22.5):
Bromelin được sản xuất từ vỏ và chồi của quả thơm. Chế phẩm thương mại có
hoạt lực 5.000-10.000UI/g nhưng không ổn đònh bằng papain.

II.5 Ficine(EC.3.4.22.3):

6


Công nghệ Protein & Enzyme

KLMN

Ficine được thu nhận từ nhựa cây sung. Ficine ứng dụng nhiều trong công nghiệp
chế biến sữa.

II.6 Trypsin(EC.3.4.21.4):
Trypsin có trong dòch t của người và động vật. Trypsin hoạt động trong môi
trường kiềm. PH tối ưu là 8, pH thích hợp là 7,8-9,5. Nhiệt độ thích hợp cho hoạt động
của trypsin là 30-400C.

II.7 Chymotrypsin(EC.3.4.21.1):
Chymotrypsin là prtotease được tiết ra từ tuyến t. Đây là protease kiềm tính
quan trọng sau trypsin. Chymotrypsin hoạt động ở pH 7-9, điểm đẳng điện pI=5,4.

7


Công nghệ Protein & Enzyme

KLMN

Phần B

ỨNG DỤNG CỦA HỆ PROTEASE
I. TRONG SẢN XUẤT PHÔ MAI :
I.1 Giới thiệu chung :

Phô mai là một sản phẩm rất giàu dinh dưỡng
được chế biến từ sữa. Hiện nay trên thế giới có hàng
trăm loại phô mai. Các loại phô mai khác nhau về cấu
trúc, mùi vò, màu sắc và các chỉ tiêu hoá sinh. Quy trình
công nghệ cũng rất khác nhau nhưng vẫn dựa trên
nguyên tắc chính đó là đông tụ casein có trong sữa, sau
đó tách khối đông tụ thu được để chế biến tiếp thành phô
mai.

I.2 Thành phần và nguyên liệu:
Bảng 1: Thành phần hoá học sữa của một số động vật và người
Động vật
Protein tổng Casein Chất béo Carbonhydrat
Khoáng
Bò
3,4
2,8
3,9
4,8
0,8
Dê
3,6

2,7
4,1
4,7
0,8
Cừu
5,8
4,9
7,9
4,5
0,8
Ngựa
2,2
1,3
1,7
6,2
0,5
Người
1,2
0,5
3,8
7,0
0,2

Trong số đó các hợp chất chứa nitơ trong sữa bò là rất quan trọng:
Hình1: Các hợp chất chứa nitơ trong sữa bò

Protein(95%)

Các hợp chất chứa nitơ phi protein(5%)
Acide amin tự do

Nucleotide

8


Công nghệ Protein & Enzyme
Casein(75-85%)
αS-casein
β-casein
κ-casein
γ-casein

KLMN

Protein hoà tan(15-25%)
β-lactoglobulin
α-lactalbulin
Proteose-peptone
Serum-albumin
Immunoglobulin

Ure
Acide uric

Casein là thành phần protein chủ yếu trong sữa. Chúng tồn tại dưới dạng micelle.
Mỗi micelle chứa 65% nước, phần còn lại là các loại casein và khoáng (gồm calcium,
magie, phosphate,…)
Nguyên liệu trong sản xuất Phô mai là sữa bò, sữa dê hoặc sữa cừu dưới dạng
sữa tươi, sữa đã tách một phần chất béo hoặc sữa gầy. Ngoài các chỉ tiêu vi sinh như
khả năng sinh bào tử, khả năng chòu lạnh,…Người ta còn đặc biệt quan tâm tới hàm

lượng protein- casein, sữa nguyên liệu có hàm lượng casein càng cao thì hiệu suất thu
hồi Phô mai trong sản xuất sẽ cao.

Bảng 2: Một số loại phô mai phổ biến :
Tên sản phẩm
Nước sản xuất
Blanc
Pháp
Mascarpore ,Ricotta
Ý
Quarg
Một số nước Tây u và Đông u
Cottage , bakers và Neufchatel
Anh ,Mỹ

9


Coõng ngheọ Protein & Enzyme

KLMN

I.3 Quy trỡnh saỷn xuaỏt:

Hỡnh2: Sụ ủo quy trỡnh coõng ngheọ saỷn xuaỏt phoõ mai Blanc

10


Công nghệ Protein & Enzyme

KLMN

Sữa tươi

Chuẩn hoá

Thanh trùng

Giống vi
khuẩn lactic

Cấy giống

Lên men

Rennin

Đông tụ

Tách huyết
thanh sữa

Khuấy trộn

Bao bì

Rót sản phẩm

Phô

mai
Blanc
11

Huyết
thanh sữa


Công nghệ Protein & Enzyme

KLMN

I.4 Rennin trong sản xuất Phô mai:
Vai trò chủ yếu của protease trong sản xuất Phô mai là đông tụ casein. Quá trình
đông tụ diễn ra như sau:
I.4.1 Giới thiệu chung:
- Đông tụ casein trong sữa là quá trình chuyển casein từ trạng thái keo với
cấu trúc sol sang trạng thái đông với cấu trúc gel. Đây là một trong những quá trình
quan trọng của sản xuất phô mai.
- Để tiến hành đông tụ casein trong sữa, người ta thường sử dụng một trong hai
phương pháp sau:
+Chỉnh giá trò pH sữa về điểm đẳng điện của casein: Phương pháp này
dùng trong sản xuất mộ số loại phô mai như Cottage, Quarg,…
+Sử dụng enzyme đông tụ sữa: Chúng đïc thu nhận và tinh sạch từ nhiều
nguồn gốc, được thương mại hoá với nhiều tên gọi khác nhau.
Bảng3: Một số enzyme đông tụ sữa sử dụng trong sản xuất Phô mai
Nhóm
Nguồn gốc
Tên enzyme
Động vật

Dạ dày bê
Rennin A và B, Pepsin và gastriscin
Dạ dày cừu
Rennin, pepsin
Dạ dày dê
Rennin, pepsin
Dạ dày heo
Pepsin A, B và gastriscin
Thực vật
Cynara
Cyprosin 1 ,2 , 3 hoặc cardosin A,B
Vi sinh vật Rhizomucor miehei
Aspartic protease
Rhizomucor pusillus
Aspartic protease
Cryphonectria
Aspartic protease
parasitica
Vi sinh vật Aspergillus niger
Rennin B
chuyển gen Kluyveromyces latis
Rennin B
Rennin từ bê

Rennin(hay còn gọi là: men đông tụ sữa, labenzim,
chymiase, chymosin, rennase: Là enzyme được tách chiết từ
ngăn thứ tư của dạ dày bê. Thông thường ở ngăn thứ tư của dạ
dày bê hàm lượng Rennin chiếm đếm 80-90% và pepsin chỉ
chiếm khoảng 10-20%. Khi bê trưởng thành thì tỷ lệ thành
phần enzyme trong ngăn thứ tư của dạ dày có sự thay đổi, hàm

lượng pepsin chiếm tới 80-90%. Rennin là enzyme có hoạt tính
đông tụ sữa rất cao.

12


Công nghệ Protein & Enzyme

KLMN

Tuỳ loại phômai mà lượng enzyme rennin cho vào có khác nhau. Ví dụ như trong quá
trình sản xuất phômai Blanc thì với hoạt tính đông tụ sữa 1:10.000, lượng chế phẩm
rennin cần sử dụng trung bình 5-10g/100kg sữa, rennin được hoà tan với nước theo tỷ
lệ 1:10 rồi cho vào bồn đông tụ. Nhưng với quy trình sản xuất phômai Bleu des
Causses thì với hoạt tính đông tụ 1:10.000, hàm lượng rennin sử dụng là 25-35ml cho
100 lít sữa nguyên liệu.
Rennin chiết tách từ ngăn thứ tư của dạ dày bê tồn tại dưới hai dạng A và B:

Rennin A
Rennin B
-Vò trí acide amin thứ 244 trong mạch -Vò trí acide amin số 244 trong mạch
Protein là aspartic.
protein là glycine.
-Kém bền, dễ bò phân huỷ thành -Bền hơn, không bò phân huỷ thành
Rennin C ở pH thấp.
Rennin C.
-Hoạt tính riêng cao hơn: 290 đơn vò -Hoạt tính riêng thấp hơn: 233 đơn vò
IMCU/mg
IMCU/mg
(IMCU-International Milk Clotting Unit)

Pepsin A, B: Pepsin A tìm thấy trong hệ tiêu hoá của động vật có vú, Pepsin B tìm
thấy trong dạ dày heo với hàm lượng khá thấp. Nhìn chung khả năng đông tụ của
pepsin kém.
gastiscin: là enzyme thuộc nhóm aspartic protease và còn được gọi là pepsin B, C,
I, II, III, 6 hoặc 7.
Tóm lại các chế phẩm enzyme gây đông tụ casein trong sữa rất đa dạng.
Trong công nghệ sản xuất phô mai hiện nay, nhóm enzyme được tách chiết từ nguuồn
động vật chiếm tỷ lệ sử dụng cao nhất. Tuy nhiên người ta dự đoán rằng chế phẩm
Rennin sản xuất bằng phương pháp lên men sẽ được sử dụng phổ biến trong tương lai
không xa.

I.5 Biến hình κ-casein(κ :kappa):

*Trước khi đi vào quá trình đông tụ casein, chúng ta sẽ tìm hiểu cấu tạo, vai trò
cùng những tính chất cấu tạo của κ-casein.
I.5.1.Cấu tạo và đặc tính của κ -casein:
Phân tử κ-casein do 196 acide amin tạo nên, có khối lượng phân tử 19007
dalton. Chuỗi polypeptide cuảa κ-casein gồm năm vùng với cấu trúc xoắn α (23%),
bảy vùng với cấu trúc lá xếp β (31%) và 10 vùng với cấu trúc vòng cung β (24%),
Phân tử κ-casein có tính lưỡng cực –một đầu kỵ nước, một đầu háo nước:
-Đầu cuối C (đầu caseinoglucopeptide) hay (caseinomacropeptide) có mạch giãn,
không chứa acide amin mạch vòng, giàu acide amin alcol và tất cả các gốc glucide

13


Công nghệ Protein & Enzyme

KLMN

đều được dính ở đây. Đầu này thường bò ion hoá tạo ra một anion tích điện âm lớn (8,8 với κA-casein,-7,8 với κB-casein, pH=6,6), do đó rất háo nước và là phần bảo vệ
cho các micelle bền vững.
-Đầu cuối N (paracasein κ ) 1-105 với cấu trúc rất có trật tự, là một cation kỵ nước.
Hai vùng lá xếp β ở vò trí 22-32 và 40-56 tạo thành cấu trúc đối song song. Vùng lá
xếp 73-80 rất kỵ nước, đứng biệt lập với các vòng cung β (58-61, 69-72, 85-88) và các
vùng vô trật tự, do đó rất dễ dàng tham gia vào cấu trúc micelle.
-Vùng nhạy cảm với Rennin (102109), mặc dù có cấu trúc trật tự
nhưng lại được vây quanh bởi các
vùng rất “chùng”(vòng cung β )
nên enzyme Rennin có thể tiếp
cận và xen vào một cách dễ dàng
bề mặt của phân tử.
-Khác với các Casein αS và casein
β, κ - casein có mức độ phosphoryl
hoá thấp nhất, chỉ chứa duy nhất
một gốc phosphat ở Ser 149, do đó
độ hoà tan của nó không bò ảnh
hưởng khi có mặt Ca2+.
-Do cấu trúc lưỡng cực nên κ casein có khuynh hướng tạo ra các
Rennin
micelle giống khuynh hướng của
các chất tẩy rửa. Cấu trúc của các
micelle κ - casein lại rất “chùng”
nên có thể vùi được các casein
khác vào lòng của mình.
-Trong các Casein α, β, γ và κ thì
κ - casein là cơ chất chính của
Rennin. So với các casein khác,
thì κ - casein có đặc điểm chứa
nhiều glucide (5%) nhưng lại rất ít

nhóm phosphate (chỉ có một nhóm
phosphate ở serin-149) do đó nó
rất háo nước và rất bền khi có mặt ion calcium. Thêm vào đó κ - casein thường phân
bố ở mặt ngoài của mỗi micelle, tạo nên một lớp vỏ bảo vệ cho micelle không bò kết
tụ khi có ion calcium. Vậy quá trình đông tụ casein của sữa dưới tác dụng của rennin
thực chất là quá trình thuỷ phân hạn chế κ - casein, vỏ háo nước bò phá huỷ do đó các

14


Công nghệ Protein & Enzyme

KLMN

ion calcium dễ dàng tiếp cận với các casein α, β và paracasein κ và làm cho chúng
tạo gel.
I.5.2 Cấu trúc cuả Micelle:
Micelle cấu tạo từ các tiểu micelle. Mỗi micelle có 400-500 tiểu micelle hợp

thành. Tiểu micelle có dạng hình cầu, đường kính dao động từ 10-15nm, bao gồm
khoảng 10 phân tử casein kết hợp lại với nhau. Các αS và β-casein nằm tập trung tại
tâm tiểu micelle tạo nên vùng ưa béo, còn các phân tử κ-casein được phân bố ở vùng
biên tiểu micelle. Phân tử κ-casein có hai đầu: đầu ưa béo sẽ tương tác với αS và βcasein ở vùng tâm tiểu micelle, đầu ưa nước sẽ hướng ra ngoài vùng biên micelle.
Mỗi tiểu micelle có phân tử lượng trung bình khoảng 250.000Dalton. Trong cấu trúc
micelle, các tiểu micelle liên kết với nhau nhờ muối phosphate calcium và sự tương
tác giữa các gốc kỵ nước.
Theo Schmidt, các micelle được tạo nên theo những cách như sau:
-Các siêu micelle được tạo nên do phức hợp giữa các αS cũng như của β, có đường
kính khoảng 20 nm, trong đó các đầu kỵ nước thì được xắp xếp lại ở trong lòng còn
các nhóm háo nước của các casein và κ - casein thì bao phủ ở bề mặt.

15


Công nghệ Protein & Enzyme

KLMN

-Các siêu micelle này sẽ tự liên hợp lại thành các micelle nhờ canxi phosphate (ở
trạng thái keo dưới dạng apatit) phân tán rất mòn, liên kết với các casein αS, β qua các
nhóm phosphate đính trên chuỗi của chúng. Các siêu micelle nghèo κ - casein thì mằn
ở bên trong micelle và micelle sẽ ngừng lớn thêm khi toàn bộ mặt ngoài được bao
phủ bởi κ - casein. Như vậy κ - casein nằm bên ngoài là cần thiết cho micelle bởi lẽ
đoạn caseinoglucopeptide (từ acide amin 86-169) của đầu C rất háo nước, có khả
năng tạo ra một chùm nhánh tự do, rất mềm dẻo, dày khoảng 7nm nổi trên
lactoserum.
- κ - casein có vai trò bảo vệ micelle. Do κ - casein chứa ít phosphate nhưng lại
giàu glucide nên rất háo nước và làm bền được micelle. Hàm lượng κ - casein càng
lớn, kích thước micelle càng nhỏ thì micelle càng bền.

I.6 Quá trình đông tụ Casein:

I.6.1 Giai đoạn 1:
Casein trong sữa tồn tại dưới dạng micelle. Chúng có điểm đẳng điện pI=4,6.
Trong sữa các phân tử κ - casein giữ vai trò quan trọng trong việc ổn đònh cấu trúc
micelle của sữa. Đầu amino của phân tử κ - casein (đầu ưa béo ) được liên kết với
các phân tử αs và β - casein trong micelle luôn hướng về phía tâm micelle, còn đầu
carboxyl (đầu ưa nước ) luôn hướng ra ngoài vùng biên micelle.

16

Công nghệ Protein & Enzyme

KLMN

Rennin sẽ xúc tác thuỷ phân liên kết peptide tại vò trí giữa acide amin số 105
(Phenilalanin) và acide amin số 106 (Methionin) trong phân tử κ - casein.

17


Công nghệ Protein & Enzyme

KLMN

Kết quả là phân đoạn caseinomacropeptide (106-169) tách khỏi phân tử κ-casein
và hoà tan vào dung dòch. Riêng phân đoạn paracasein (1-105) vẫn còn gắn lại trên
các gốc micelle và làm cho
micelle dễ “tập hợp” lại với
nhau chuẩn bò tạo khối đông.
Trong giai đoạn thứ nhất chỉ có
các phân tử κ-casein bò thuỷ
phân bởi enzyme rennin tại vò trí
liên kết đặc biệt nói trên. Các
phân tử αs và β-casein gần như
không thay đổi. Độ nhớt sữa vào
thời điểm đầu của phản ứng
thuỷ phân κ-casein bò giảm nhẹ
nhưng sau đó lại tăng dần cho

đến khi các khối đông tụ bắt đầu xuất hiện. Phản ứng trên không phụ thuộc vào ion
Ca2+.
I.6.2 Giai đoạn 2: Đông tụ casein
Các micelle sau khi bò mất phân đoạn caseinomacropeptide trong phân tử κcasein bắt đầu liên kết lại với nhau. Đó là hiện tượng giảm sự tích điện bề mặt của
micelle, từ đó lực đẩy tónh điện giữa các micelle cũng bò giảm. Bề mặt micelle trở nên
ưa béo hơn do chỉ chứa các phân đoạn paracasein κ và chúng của thể liên hợp lại với
nhau một cách dễ dàng hơn. Ngoài ra phần tích điện dương của phân đoạn paracasein
κ có thể tương tác với phần tích điện âm của phân tử αs vàβ-casein. Cầu calci
phosphate sẽ xuất hiện giữa các micelle và góp phần làm tăng kích thước khối đông
tụ.
Trong quá trình liên hợp lại với nhau để tạo nên kh ối đông, các micelle sẽ kéo
theo một số phân tử lipide và các hợp chất khác có trong sữa như lactose, vitamin,…

18


Công nghệ Protein & Enzyme

KLMN

Như vậy trong cấu trúc gel của khối đông, ngoài casein là thành phần chính, người ta
còn tìm thấy lipide, lactose, nước và một số chất khác.
Sự đông tụ sữa chỉ xảy ra khi có hơn 85%κ-casein trong micelle bò thuỷ phân
bởi enzyme và nhiệt độ cao hơn 150C. Khi sử dụng rennin để đông tụ, hàm lượng
casein thu được trong khối đông có thể lên đến 95% tổng lượng casein ban đầu có
trong sữa. Ngược lại khi sử dụng các protease từ nấm sợi để đông tụ, hiệu suất thu hồi
casein trong khối đông tụ chỉ đạt 40-45%. Bên cạnh đo, quá trình thuỷ phân protein
diễn ra mạnh mẽ và làm tăng đáng kể hàm lượng nitơ trong huyết thanh sữa.
I.6.3 Giai đoạn 3: Kết thúc quá trình đông tụ và tách huyết thanh sữa.
Khi casein đã đông tụ hoàn toàn, người ta thực hiện giai đoạn tách khối đông tụ

ra khỏi huyết thanh sữa. Ở giai đoạn này, nhìn chung sự xúc tác của enzyme rennin
không làm thay đổi đáng kể cấu trúc khối đông. Hàm lượng nitơ amin trong sữa døng
như không thay đổi. Nếu dùng các protease vi sinh vật làm tác nhân đông tụ sữa, độ
cứng của khối đông thu được sẽ bò giảm và hàm lượng nitơ amin trong khối đông tiếp
tục tăng.

I.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đông tụ:
I.7.1 Hàm lượng enzyme rennin sử dụng:
Hàm lượng rennin sử dụng càng nhiều thì tốc độ phản ứng thuỷ phân κ-casein
sẽ càng lớn, số micelle giải phóng được phân đoạn caseinomacropeptide trên bề mặt
chúng sẽ càng nhiều và chúng va chạm vào với nhau làm cho tốc độ đông tụ sẽ nhanh
hơn. Trong thực tế sản xuất, với rennin có hoạt lực 1:10.000 – 1:15.000, người ta
thường sử dụng 30 ml enzyme rennin cho 100kg sữa tươi. Ta cần hoà lượng enzyme
vào một thể tích nước tối thiểu gấp hai lần thể tích enzyme rồi cho vào bồn đông tụ
đã chứa sẵn nguyên liệu sữa tươi, sau đó khuấy đều trong thời gian 2 – 3 phút.
I.7.2 pH :
Hoạt tính enzyme phụ thuộc vào pH. Giá trò pH tối ưu của rennin là 6,0. Khi
giảm pH sữa từ giá trò tự nhiên 6,6 – 6,7 về 6,0 thì tốc độ đông tụ sẽ tăng đáng kể và
phosphate calci bò tách khỏi cấu trúc micelle làm giảm điện tích micelle, nhờ đó thời
gian đông tụ sẽ rút ngắn.
I.7.3 Nhiệt độ :
Khi nhiệt độ nhỏ hơn 150C thì enzyme rennin vẫn xúc tác thuỷ phân liên kết
peptide trong phân tử κ-casein để giải phóng caseinomacropeptide nhưng các phân tử
β - casein từ vùng trung tâm sẽ nhô ra bề mặt ngoài micelle và làm cho các micelle
không tập hợp lại với nhau được, trạng thái keo của micelle trong sữa trở nên ổn đònh
và bền vững.
Khi tăng nhiệt độ thì phản ứng thuỷ phân sẽ diễn ra nhanh hơn và tần số va chạm
giữa các micelle đã giải phóng được các phân đoạn caseinomacropeptide trên bề mặt

19

Công nghệ Protein & Enzyme

KLMN

của chúng sẽ tăng làm cho sữa đông tụ nhanh chóng. Nhiệt độ tối ưu cho quá trình
đông tụ casein là 42,5 – 45,00C.
I.7.4 Calci :
Ion calci sẽ làm giảm điện tích của các casein do chúng tạo liên kết với các
nhóm tích điện trong phân tử casein, do đó sẽ làm giảm lực đẩy tónh điện giữa các
micelle với nhau và giúp cho quá trình đông tụ sữa diễn ra nhanh và dễ dàng hơn.
Trong quá trình sản xuất, người ta thường sử dụng muối clorua calci (CaCl 2) để bổ
sung vào sữa trước khi thực hiện quá trình đông tụ, hàm lượng dùng khoảng 5 – 20g
cho 100kg sữa tươi.
I.7.5 CO2 :
Bổ sung CO2 vào sữa sẽ làm giảm pH tự nhiên của sữa xuống 0,1 – 0,3 đơn vò.
Khi đó thời gian đông tụ sẽ được rút ngắn, ngoài ra còn tiết kiệm được một lượng nhỏ
enzyme đông tụ sữa mà thời gian đông tụ không thay đổi.

III SẢN XUẤT NƯỚC MẮM TỪ THUỶ SẢN:
III.1 Giới thiệu chung:

Nước mắm là sản phẩm được lên men từ các loại cá, là sản phẩm truyền thống
của dân tộc Việt Nam. Các nhà nghiên cứu người Pháp như Matxna, Krem, Ghibec đã
nghiên cứu thành phần hoá học và công nghệ sản xuất nước mắm ở Phú Quốc và
Bình Thuận:
-Nước mắm là hỗn hợp các acide amin. Các acide amin này được tạo thành do sự
thuỷ phân của protease, các protease này do vi sinh vật tổng hợp nên.
-Muốn có tác dụng ức chế vi sinh vật gây thối, tỷ lệ muối thích hợp là 20 – 25%.

-Tác dụng làm ngấu và tạo hương ngoài protease của vi sinh vật còn do các
enzyme tiêu hoá cơ trong nội tạng cá.
-Nhiệt độ có tác dụng lớn đến hoạt động của enzyme trong quá trình sản xuất
nước mắm. Nhiệt độ thích hợp là 36 – 440 .
-Trong quá trình thuỷ phân độ acide tăng.

III.2 Nguyên liệu :
Nguyên liệu để sản xuất nước mắm là các loại cá. Tuy nhiên chất lượng nước
mắm lại phụ thuộc rất nhiều vào các loại cá. Chính vì thế mà việc lựa chọn cá
nguyên liệu là rất cần thiết.

20


Công nghệ Protein & Enzyme

KLMN

Thành phần hoá học của một số loại cá:
Bảng4: Thành phần hoá học cá nước ngọt
Thành phần hoá học
(%khối lượng)
Nước
Protein

STT
1
2
3
4

5
6

Tên loại cá
Diếc
Chép
Trắm đen
Mè hoa
Mè trắng
Lòng canh

85
79
77
82
86
76

13,0
18,1
17,9
14,5
10,0
15,6

Lipid
1,1
1,5
3,8
0,6

1,0
2,3

Bảng5: Thành phần hoá học cá biển

STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Thành phần hoá học
(% khối lượng)
Tên loại cá
Nục sồ
Mối thường
Trích
Phèn hai sọc
Lươn ngắn
Cơm
Mòi
Lẹp
Chuồn

Nước

Protein

Lipid

76,8
77,5
75,9
76,2
79,3
75,14
76,6
81,84
76,17

21,75
19,26
21,76
20,35
19,03
11,25
9,37
10,00
9,75

0,85
1,8
3,15
2,20
1,21

2,10
14,4
1,40
7,4

III.3 Quy trình công nghệ và vai trò của protease:
Nước mắm là dung dòch acide amin, natriclorua,các chất thơm tạo ra trong quá
trình lên men. Bản chất của quá trình sản xuất nước mắm gồm có hai quá trình
chuyển hoá cơ bản:
III.3.1 Quá trình chuyển hoá protein thành các acide amin :
Đây là quá trình quan trọng trong quá trình sản xuất nước mắm. Quá trình này
xảy ra do tác động của enzyme protease từ vi sinh vật và enzyme protease có trong

21


Công nghệ Protein & Enzyme

KLMN

t tạng cá. Quá trình thuỷ phân xảy ra chòu ảnh hưởng chính bởi nhiệt độ và quá
trình thuỷ phân thường xảy ra chậm. Cơ chế của quá trình này như sau:

Protein

Protease trong t tạng cá
Protease của vi sinh vật

polypeptide

Acide amin

Nếu quá trình thuỷ phân diễn ra mạnh mẽ thì sẽ dẫn đến sản phẩm cuối cùng là acide
amin và một số loại khí có mùi khó chòu như NH3 , H2S, mercaptan… Các khí này có
thể tan trong nước mắm tạo ra mùi bay hơi rất khó chòu. Do đó trong quá trình sản
xuất nước mắm người ta rất hạn chế quá trình này xảy ra.
III.3.2 Quá trình tạo hương thơm:
Trong nước mắm không chỉ có acide amin, natriclorua mà còn phải có các loại
hương thơm đặc trưng của nó. Sự chuyển hoá các hợp chất hữu cơ tạo thành hương
thơm là một quá trình rất phức tạp, đòi hỏi thời gian cần thiết. Nếu thiếu quá trình này
và thành phần này thì nước mắm sẽ không phải là nước mắm mà chỉ là dung dòch
acide amin thuần tuý.
Có nhiều quy trình công nghệ khác nhau, phụ thuộc vào kinh nghiệm của từng đòa
phương và khả năng cũng như nguồn nguyên liệu của từng vùng. Quy trình công nghệ
được chia là hai nhóm cơ bản:
III.3.2.1 Công nghệ sản xuất nước mắm dài ngày :

22


Công nghệ Protein & Enzyme

KLMN

Cá muối

Phương pháp gài nén khu bốn

Phương pháp bổ sung nước

Phương pháp của vùng Phú Quốc

Phương pháp khuấy trộn

Lên men
Chiết rút lần 1
Nước mắm nguyên chất
Bã chợp chín
Chiết rút lần 2

Pha đấu

Thành phẩm nước
mắm các loại

Bã
Làm

phân

Hoặc làm thực phẩm gia súc

bón

Nước mắm chiết rút lần 2

III.3.2.1.1 Công nghệ sản xuất nước mắm của vùng Cát Hải –Hải Phòng :
Hình2: Công nghệ sản xuất nước mắm dài ngày của vùng Cát Hải – Hải Phòng
Cá
Lựa chọn

Xử lý
Trộn muối
Đánh khuấy đònh kỳ
Bổ sung nước khi

Lên
(phơi

nắng tự nhiên)
cần thiết

23

men


Công nghệ Protein & Enzyme

KLMN

Chiết rút
Phụ gia cần thiết

Bã

Chăn nuôi
hoặc làm phân bón

Nước mắm thành phẩm

*Một số điểm chú ý:
-Cho muối vào cá thành nhiều lần khác nhau trong quá trình lên men có ý nghóa
rất quan trọng vì cho làm nhiều lần nó không ảnh hưởng xấu, không gây ức chế
enzyme protease trong qúa trình thuỷ phân cá. Lần đầu: cứ 100kg cá tươi người ta cho
10-12% lượng muối cần thiết vào mùa hè và 6-8% lượng muối cần thiết vào mùa
đông. Sau một tuần lên men, nếu cá nổi lên thì cần bổ sung muối. Thời gian cho muối
lần hai cách lần một từ 3-7 ngày và lần ba cách lần thứ hai 2-7 ngày.
-Bổ sung nước khi cần thiết nhằm làm cho nồng độ muối loãng ra nên ít ảnh
hưởng đến hoạt động của enzyme protease thuỷ phân protein.
-Như ta đã biết khả năng xúc tác của enzyme protease phụ thuộc vào nhiệt độ
nên trong quá trình sản xuất người ta đem phơi nắng tự nhiên nhằm tăng khả năng
thuỷ phân của protease.
-Đánh khuấy đònh kỳ nhằm tăng sự tiếp xúc của thòt cá với enzyme protease.
III.3.2.1.2 Phương pháp gài, nén của miền Trung :
Hình3: Công nghệ sản xuất nước mắm theo phương pháp gài, nén.
Cá tươi
Loại tạp chất
Phân loại
Cho vào thùng để ướp muối
Lên men
(gài nén, phơi nắng)
Tháo nước bổi
Nước bổi
Pha chế
Nước mắm thành phẩm

24

Bã dùng chăn nuôi
hoặc làm phân bón

Công nghệ Protein & Enzyme

KLMN

*Một số điểm chú ý :
-Hàm lượng cho vào tuỳ thuộc vào từng loại cá:
STT
Loại cá
Lượng muối cần thiết (%)
1
Nục
25-32
2
Trích
25-30
3
Cơm
22-28
4
Lẹp
25-30
5
Tạp
25-30
-Lượng muối cho vào được chia thành nhiều lần:
+Lần 1: Cho khoảng 15% tổng lượng muối cần thiết.
+Lần 2:Cách lần một 3-5 ngày cho khoảng 27 %.
+Lần 3: Cho hết số muối còn lại, khuấy, đảo đều nhằm tăng sự tiếp xúc của cá

với enzyme protease nhằm tăng hiệu suất thuỷ phân cá. Quá trình lên men được phơi
nắng nhằm tăng hiệu suất của enzyme protease.
III.3.2.1.3 Phương pháp sản xuất nước mắm ở đảo Phú Quốc :
Hình4: Công nghệ sản xuất nước mắm ở vùng đảo Phú Quốc
Cá
Rửa
Phân loại
Cho vào thùng gỗ trộn muối
Lên men
Chiết rút nước bổi nhiều lần
Chiết rút

Bã dùng làm phân bón hoặc
làm thực phẩn cho gia súc

Pha đấu
Thành phẩm nước mắm các loại

25