Ý NGHĨA CỦA PHẢN ỨNG THỦY PHÂN PROTEIN VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỰC PHẨM

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÀI TIỂU LUẬN
MÔN: HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM

Đề tài:

Ý NGHĨA CỦA PHẢN ỨNG THỦY PHÂN PROTEIN
VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
THỰC PHẨM
GVHD: Trần Thị Minh Hà
Nhóm 12
1.Truơng Thị Tường Quyên..............2022150192
2. Phạm Thị Hoài Xinh.....................2022150117
3.Võ Thị Diễm Hương......................2022150007
4. Đinh Thị Kim Thơ........................2022150005
5. Lê Thị Thanh Tuyền.....................2022150179
Tp. HCM, ngày 7 tháng 11, năm 2017


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU......................................................................................................................4
I. TỔNG QUAN VỀ PROTEIN.......................................................................................5
Protein được phát hiện đầu tiên ở thế kỷ 18 ( năm 1745 bởi Beccari) ban đầu protein
được gọi là albumin ( long trắng trứng). Mãi đến thế kỷ 19, Mulder lần đầu tiên đưa
ra thuật ngữ protein theo tiếng La tinh “proteo” – quan trọng hàng đầu. 1. Vai trò
sinh học của protein.....................................................................................................5
1.1. Xúc tác..............................................................................................................5
1.2. Vận tải...............................................................................................................5

1.3. Chuyển động.....................................................................................................5
1.4. Bảo vệ...............................................................................................................6
1.5. Truyền cung thần kinh......................................................................................6
1.6. Điều hòa............................................................................................................6
1.7. Kiến tạo chống đỡ cơ học.................................................................................6
1.8. Dự trữ dinh dưỡng.............................................................................................7
2. Vai trò của protein trong công nghệ thực phẩm.......................................................7
3. Cấu tạo phân tử protein............................................................................................7
4. Phân loại protein......................................................................................................8
5. Các bậc cấu trúc của protein....................................................................................8
II. Ý NGHĨA CỦA PHẢN ỨNG THỦY PHÂN PROTEN...........................................10
1. Khái niệm...............................................................................................................10
2. Các tác nhân xúc tác phản ứng thủy phân protein.................................................11
Các tác nhân xúc tác gồm:........................................................................................11
2.1. Thủy phân bằng acid.......................................................................................11
2.2. Thủy phân bằng kiềm......................................................................................11
2.3. Thủy phân bằng enzyme.................................................................................12
2.3.1. Đặc điểm của enzyme protease................................................................12
2.3.2. Đặc điểm của enyme papain....................................................................13
2.3.3. Đặc điểm của Enzyme bromelain............................................................14
3. Các phản ứng cơ bản của quá trình thủy phân protein...........................................15
3.1. Phân giải protein.............................................................................................15
3.2. Phân giải amino acid.......................................................................................15
4. Điều kiện của phản ứng thủy phân protein............................................................16
5. Các thay đổi hóa sinh trong quá trình thủy phân protein.......................................17
6. Tính chất của sản phẩm sau thủy phân..................................................................17
7. Ưu và nhược điểm của phản ứng thủy phân protein..............................................18
III. ỨNG DỤNG CỦA PHẢN ỨNG THỦY PHÂN TRONG SẢN XUẤT THỰC
PHẨM............................................................................................................................19
1.Trong sản xuất nước chấm......................................................................................19

2. Trong sản xuất muối tôm chua...............................................................................23
3. Trong sản xuất rượu nếp cẩm.................................................................................25
Rượu là sản phẩm lên men, là đặc sản của nước ta đặc biệt là rượu nếp cẩm. Quá
trình thủy phân protein trong sản xuất rượu vang nếp cẩm khi sử dụng chế phẩm
Neutrase là thời điểm đạm hóa được thực hiện sau khi dịch hóa, ở nhiệt độ 55oC, pH
5.5, thời gian 40 phút, nồng độ enzyme 0.2%............................................................25
4. Trong công nghiệp thịt...........................................................................................26



LỜI MỞ ĐẦU
Trong bảo quản và sản xuất thực phẩm, chất lượng của sản phẩm thực phẩm tăng
cao hay thậm chí bị giảm đi là do phản ứng thủy phân. Phản ứng thủy phân được
sử dụng rất phổ biến và rộng rãi, nó không chỉ làm thay đổi tính chất cảm quan của
thực phẩm mà tính chất hóa học còn bị biến đổi.
Phản ứng thủy phân thường là mở đầu cho một loạt các phản ứng khác tiếp diễn.
Các phản ứng khác có thể xảy ra khi phản ứng thủy phân kết thúc
Để giảm bớt sự tổn thất các chất thực phẩm, phản ứng thủy phân có vai trò quan
trọng, người ta phải tìm những biện pháp kĩ thuật tương ứng để ngăn ngừa và hạn
chế các phản ứng thủy phân. Trái lại, nếu qua phản ứng thủy phân mà chất lượng
sản phẩm thực phẩm tăng lên, người ta phải tạo điều kiện cho phản ứng ấy xảy ta
hoàn toàn.
Đặc biệt, đối với các sản phẩm thực phẩm nước chấm, phomat, thịt làm mềm,…
được tạo ra dựa trên nguyên lý của phản ứng thủy phân protein.
Nhận thấy được tầm quan trọng của phản ứng thủy phân protein, trong bài tiểu
luận này, chúng em sẽ nghiên cứu về đặc điểm, ý nghĩa cũng như ứng dụng của
chúng trong công nghệp sản xuất thực phẩm.

4

I. TỔNG QUAN VỀ PROTEIN
Protein được phát hiện đầu tiên ở thế kỷ 18 ( năm 1745 bởi Beccari) ban đầu
protein được gọi là albumin ( long trắng trứng). Mãi đến thế kỷ 19, Mulder
lần đầu tiên đưa ra thuật ngữ protein theo tiếng La tinh “proteo” – quan
trọng hàng đầu.

1. Vai trò sinh học của protein

Protein là thành phần không thể thiếu không thể thiếu được của tất cả cơ thể sống,
là nền tảng về cấu trúc và chức năng của cơ thể sinh vật. Dưới đây là một số chức
năng quan trọng của protein.
1.1. Xúc tác
Các protein có khả năng xúc tác đến các phản ứng gọi là enzyme. Hầu hết các
phản ứng của cơ thể sống từ những phản ứng đơn giản nhất như phản ứng hydrat
hóa, phản ứng khử nhóm carboxyl đến những phản ứng phức tạp như sao chép mã
di truyền,… đều do enzyme xúc tác.
1.2. Vận tải
Một số protein có vai trò như những “xe tải” vận chuyển các chất trong cơ thể. Ví
dụ, hemoglobin, mioglobin (ở động vật có xương sống), hemoxiamin (ở động vật
không xương sống) kết hợp với oxy rồi tải oxy đến khắp các mô và cơ quan trong
cơ thể. Nhờ các chất “tải” này, mặc dù oxy có độ hòa tan trong nước thấp vẫn đảm
bảo thõa mãn được nhu cầu oxy của cơ thể.
1.3. Chuyển động
Nhiều protein trực tiếp tham gia trong quá trình chuyển động như: co cơ, chuyển
vị trí của nhiễm sắc thể trong quá trình phân bào. Ở động vật có xương sống có sự
co cơ vẫn được thực hiện nhờ chuyển động trượt lên nhau của hai lọai sợi protein:
sợi to chứa protein miozin và sợi mảnh chứa protein actin, troponiozin và
troponin.
5

1.4. Bảo vệ
Các kháng thể trong máu động vật có xương sống là những protein đặc biệt có khả
năng nhận biết và bắt những chất lạ xâm nhập vào cơ thể như protein lạ, virut, vi
khuẩn hoặc tế bào lạ. Như vậy ở đây ta thấy protein như những “lính gác” nhận
biết được những vật lạ để loại trừ chúng ra khỏi cơ thể.
Các interferon là những protein do tế bào động vật có xương sống tổng hợp và tiết
ra để chống lại sự nhiễm virut. Tác dụng của các interferon rất mạnh chỉ cần ở
nồng độ 10-11M đã có hiệu quả kháng virut rõ rệt. Interferon kết hợp với màng
nguyên sinh chất của các tế bào khác trong cơ thể và cảm ứng trạng thái kháng
virut của chúng.
Các protein tham gia trong quá trình đông máu có vai trò bảo vệ cơ thể sống khỏi
bị mất máu. Ở một số thực vật có chứa các protein có tác dụng độc đối với động
vật, ngay cả ở liều lượng rất thấp chúng có tác dụng bảo vệ thực vật khỏi sự phá
hại của động vật.
1.5. Truyền cung thần kinh
Một số protein có vai trò trung gian cho phản ứng trả lời của tế bào thần kinh đối
với các kích thước đặc hiệu. Ví dụ, vai trò của chất màu thị giác rodopxin ở màng
lưới mắt.
1.6. Điều hòa
Một số protein có chức năng điều hòa quá trình truyền thông tin di truyền, điều
hòa quá trình trao đổi chất. Protein điều hòa quá trình biểu hiện gen, như các
protein reprexơ ở vi khuẩn có thể làm ngừng quá trình sinh tồng hợp enzim của
các gen tương ứng. Ở cơ thể bậc cao sự điều hòa hoạt động biểu hiện gen theo một
cơ chế phức tạp hơn, nhưng các protein cũng đóng vai trò quan trọng.
Các protein hoạt tính hormone, các protein ức chế đặc hiệu enzim đều có chức
năng điều hòa nhiều quá trình trao đổi chất khác nhau.
1.7. Kiến tạo chống đỡ cơ học
Các protein thuờng có dạng sợi như sclerotin trong lớp vỏ ngoài của côn trùng,

6


fibron của tơ tằm, tơ nhện, collagen, elastin của mô lien kết, mô xưong, collagen
bảo đảm độ bền và tính mềm dẻo của mô lien kết.
1.8. Dự trữ dinh dưỡng
Protein là chất dinh dưỡng quan trọng cung cấp các acid amin cho phôi phát triển.
Ví dụ: ovalbumin trong long trắng trứng, gliadin trong hạt lúa mì, zein của ngô,
feritin (dự trữ sắt trong lá).
2. Vai trò của protein trong công nghệ thực phẩm
Protein là chất có khả năng tạo cấu trúc, tạo hình khối, tạo trạng thái cho các sản
phẩm thực phẩm. Nhờ khả năng này mới có quy trình công nghệ sản xuất ra các
sản phẩm tương ứng từ các nguyên liệu giàu protein.
Ví dụ: nhờ có protein của tơ cơ ở thịt, cá mới tạo ra được cấu trúc gel cho các sản
phẩm như giò lụa kamaboko. Công nghệ sản xuất bánh mì là dựa trên cơ sở tính
chất tạo hình, tính chất có kết và tính chất giữ khí của hai protein đặc hữu trong
bột mì là gliadin và glutenin. Nhờ có các protein hòa tan của malt mà bọt CO 2
trong bia mới giữ được bền.
Protein còn gián tiếp tạo ra chất lượng cho các thực phẩm. Các acid amin từ
protein phân giải ra có khả năng tương tác với đường khi gia nhiệt để tạo ra màu
vàng nâu cũng như hương thơm đặc trưng của bánh mì gồm 70 cấu tử thơm. Mùi
thơm đặc trưng của chè gồm có 34 cấu tử thơm cũng là nhờ các acid amin và các
polyphenol của lá chè tương tác với nhau khi gia nhiệt.
Các protein còn có khả năng cố định mùi tức là khả năng giữ được hương lâu cho
thực phẩm.
3. Cấu tạo phân tử protein
Protein được tạo thành chủ yếu từ các amino acid qua lien kết peptide. Cho đến
nay ta đã thu được nhiều loại protein dạng tinh khiết, có thể kết tinh được và đã
xác định được thành phần các nguyên tố hóa học, gồm các nguyên tố chính là C,
H, O, N với tỉ lệ C: 50 – 55%; H: 6,5 – 7,3%; O: 21 – 24%; N: 15 – 18% và một

lượng nhỏ S: 0 – 0,24%. Ngoài ra, còn chứa một lượng nhỏ các nguyên tố khác
7


như: P, Fe, Zn, Cu, Mn, Ca,…

4. Phân loại protein
Protein đơn giản
Protein đơn giản là những phân tử mà thành phần cấu tạo của nó gồm hoàn toàn
amino acid. Dựa theo khả năng hòa tan trong nước hoặc trong dung dịch đệm
muối, kiềm hoặc dung môi hữu cơ, người ta có thể chia các proten đơn giản ra một
số nhóm nhỏ: albumin, globulin, prolamine, gluteline, histone.
Protein phức tạp
Protein phức tạp là những protein mà thành phần phân tử của nó ngoài các αamino acid còn có them thành phần khác có bản chất không phải protein còn gọi là
nhóm ngoại. Tùy thuộc vào bản chất của nhóm ngoại, mà người ta chia làm các
loại nhỏ như: lipoprotein, nucleotide, glycoprotein, phosphoprotein,…
5. Các bậc cấu trúc của protein
Cấu trúc bậc 1: quy định số lượng thành phần và trình tự các gốc amino acid
trong mạch polypeptide, được giữ vững nhờ liên kết peptide. Cấu trúc bậc 1 không
bị biến đổi.

8


Cấu trúc bậc 2: là cấu trúc không gian của amino acid ở gần nhau trong mạch
polypeptide, được tạo bởi liên kết hidro giữa liên kết peptide gần nhau, cấu trúc
bậc 2 gồm cấu trúc xoắn và cấu trúc gấp nếp.

Cấu trúc bậc 3: tương tác không gian giữa gốc amino acid ở xa nhau trong mạch
polypeptide, gồm liên kết Van der Waal, liên kết cầu disulfide, liên kết hydro.

9


Cấu trúc bậc 4: cấu trúc không gian chứa từ hai mạch polypeptide trở lên, gồm
liên kết Van der Waal, liên kết ion, liên hết hydro, tương tác kỵ nước.

II. Ý NGHĨA CỦA PHẢN ỨNG THỦY PHÂN PROTEN
1. Khái niệm
Thủy phân là một quá trình hóa học trong đó một phân tử bị phân cắt khi có mặt
của phân tử nước. Một phần của phân tử sau khi cắt sẽ tương tác với cation H + từ
phân tử nước, phần khác sẽ liên kết với anion OH- còn lại.
Bản chất của quá trình thủy phân protein là quá trình phá vỡ các liên kết peptide
khi có mặt của nước. Do liên kết peptide là liên kết bền, nên quá trình thủy phân
cần có mặt chất xúc tác.

10


2. Các tác nhân xúc tác phản ứng thủy phân protein
Các tác nhân xúc tác gồm:
• Tác nhân hóa học: acid HCl hay base NaOH
• Tác nhân hóa sinh học: enzyme thủy phân protein (protease)
2.1. Thủy phân bằng acid
 Thủy phân hạn chế protein
Khi thực hiện quá trình thủy phân hạn chế bằng acid sẽ làm biến đổi mạch bên
của protein như khử nhóm acid của asparagin và glutamin, khử nhóm phospho và
phá hủy các gốc tryptophan.
Một số protein thực vật sau khi thủy phân sẽ tạo thành các sắc tố và các dẫn xuất
có mùi thơm của thịt. Một số dịch thủy phân của protein này được trung hòa bằng

dung dịch NaOH, lọc và được sử dụng làm tác nhân tạo hương.
Khi đun nóng protein thực vật trong HCl có nồng độ 1 -3M, ở 100 0C trong thời
gian 10 – 15h có thể tăng lượng nitơ phi protein lên ba lần, có thể làm tăng độ hòa
tan lên rất nhiều và do đó làm tăng tính chất bề mặt của gluten lên.
 Thủy phân hoàn toàn protein
Dưới tác dụng của acid và nhiệt độ cao (HCl 6N, 100 - 107 0C, 20 – 72h) protein
bị thủy phân, không xảy ra hiện tượng racemic hóa.
2.2. Thủy phân bằng kiềm
 Thủy phân hạn chế
Đun nóng protẹin, trong NaOH có pH = 11 -12.5 ở 70 – 95 0C trong vòng 20 phút
đến vài giờ.
Tạo ra những peptide lưỡng cực có các mạch bên kỵ nước và có một nhóm
carboxyl có cực ở đầu tận cùng.
Dùng để hòan tan và trích ly cac protein ít hòa tan của thực vật, của vi sinh vật và
của cá.
 Thủy phân hoàn toàn
Dưới tác dụng của kiềm NaOH 4 – 8N, Ba(OH) 2 14%, đun sôi trong 18 – 29 h,
11


protein bị thủy phân, acid amine bị racemic hóa, các oxy acid bị deamin hóa,
một phần cystein và cystin bị phá hỏng, arginin phân hủy thành ornithin và ure.
Vậy tác dụng của kiềm sẽ mất giá trị dinh dưỡng của acid amine khi chuyển từ
dạng L sang dạng D.
2.3. Thủy phân bằng enzyme
Sử dụng các protease ( peptide – hydrolase 3.4) như bromelain, tripsin, pepsin,…
2.3.1. Đặc điểm của enzyme protease
Protease là tên gọi chung cho nhóm enzyme xúc tác quá trình thủy phân liên kết
peptide (-CO-NH-)n trong phân tử protein, polypeptide đến sản phẩm cuối cùng là
acid amine, peptone hoặc di-tripeptone. Ngoài ra, nhiều protease cũng có khả năng

thủy phân liên kết ester và vận chuyển acid amine.
Protease được phân loại dựa trên các đc điểm riêng của chúng cũng như cấu tạo
trung tâm hoạt động enzyme, hiện tại được chia thành 6 nhóm chính:
-

Serine protease

-

Threonine protease

-

Cysteine protease

-

Aspartic acid protease

-

Metalloprotease

-

Glutamic acid protease

Hiện sử dụng 3 nguồn sinh học cơ bản để thu nhận protease là: các mô và cơ động
vật, mô và cơ quan thực vật, tế bào vi sinh vật.
Protease là enzyme sử dụng phổ biến trong một số nghành sản xuất như: chế biến

thực phẩm (đông tụ sữa làm phomat, làm mềm thịt, bổ sung để làm tăng chất
lượng sản phẩm trong sản xuất bia, xử lý phế phụ phẩm trong chế biến thực
phẩm….); sản xuất chất tẩy rửa, thuộc da, y tế, nông nghiệp,…
Việc sử dụng trong chế biến làm mềm thịt là ứng dụng có tính truyền thống. Nhân
dân ta từ rất lâu đã dùng thơm để nấu canh thịt bò; dùng rau sống là chuối chát,
trái và kết hợp thức ăn nhiều thịt,.. Thực chất là dùng các enzyme có sẵn trong
12


nguyên liệu là papain có trong đu đủ, bromelain ( có trong thơm ), ficin để làm
mềm thịt. Ngoài khả năng phân giải để làm mềm thịt, tạo thức ăn dễ tiêu hóa thì
công nghệ sản xuất các loại dịch thủy phân giàu protein đã được áp dụng một cách
có hịêu quả tính năng của protease.
2.3.2. Đặc điểm của enyme papain
Cysteine proteases là nhóm các protein có trọng lượng phân tử trong khoảng 21-30
kDa, các protein này có khả năng xúc tác để thủy phân các loại liên kết: peptide,
amide, ester thiol. Đây cũng là những enzyme có nhóm –SH trong tâm hoạt động.
Papain là cysteine protease được biết đến nhiều nhất và được phân lập lần đầu tiên
vào năm 1879 từ nhựa trái đu đủ.
Papain thủy phân protein thành các polypeptide và các acid amin, nó đóng vai trò
vừa như endopeptidase vừa như exopeptidase. Khi thủy phân các protein khác
nhau, thì tùy thuộc vào cơ chất mà nhiệt độ thích hợp cho papain cũng khác nhau
chẳng hạn đối với cơ chất là casein thì nhiệt độ tối ưu cho phản ứng là 37 0C.
Papain dạng ổn định ở trạng thái khô có thể chịu nhiệt độ sấy ở 115 0C trong thời
gian 2 giờ mà hoạt tính vẫn duy trì được 90%.
Công dụng: trong công nghệ chế biến thịt, cá đồ hộp, ngăn chặn hiện tượng vẫn
đục bia, rút ngắn thời gian lên men nước mắm,…

13

Cấu trúc bậc 3 của papain
2.3.3. Đặc điểm của Enzyme bromelain
Bromealin là enzyme protease có nhiều trong thân và quả dứa và có một ít trong
quả chuối, được phát hiện từ giữa thế kỷ 19 đến giữa thế kỷ 20 mới được nghiên
cứu. Nước ta nghiên cứu bromelain bắt đầu từ những năm 1968 – 1970.
Bromelain là nhóm endoprotease có khả năng phân cắt các liên kết peptide nội
phân tử protein để chuyển phân tử protein thành các đoạn nhỏ gọi là các peptide.
Thành phần chủ yếu của bromelain có chứa sulfurhydryl thủy giải protein. Khi
chiếc tách và tinh sạch phân đoạn có chứa nhóm sulfurhydryl của bromelain thì
thu được một enzyme thủy phân protein hiệu quả in vitro
Công dụng:
+Làm mềm thịt: Có tác dụng phân cắt protein thành các acid amine dễ tiêu hóa.
Để cho thịt bò, thịt trâu,… trở nên mềm thường phải nấu sôi hàng giờ. Nhưng nếu
trước khi nấu ta ướp (trộn) thịt với thơm bằm (hay đu đủ) độ 20 – 30 phút thì chỉ
cần nấu lửa riu riu cho đến sôi là thịt mềm ngay rất dễ tiêu hóa hấp thu…
+ Trong chế biến thủy sản: Trong sản xuất nước mắm thì thời gian chế biến
thường dài và hiệu suất không cao. Người ta sẽ bổ sung Bromelain vào sẽ giúp
thời gian giảm bớt và cải thiện hương vị cho nước mắm.
Trong sản xuất thực phẩm, người ta thường dùng phương pháp thủy phân bằng
acid, enzyme hay kết hợp acid với chứ không dùng kiềm. Bởi vì, khi sử dụng kiềm
sẽ xảy ra hiện tượng racemic hóa làm giảm giá trị dinh dưỡng của các acid amine.
Hiện nay, quá trình thủy phân được ứng dụng để sản xuất ra hàng loạt sản phẩm
mới khác xa với tính chất của nguyên liệu ban đầu về tính chất cảm quan, về dinh
dưỡng của sản phẩm như nước tương, các sản phẩm lên men,... Tuy nhiên, trong
nhiều trường hợp phản ứng thủy phân lại có hại cho các sản phẩm thực phẩm trong
quá trình bảo quản vì thủy phân protein bằng enzyme bên cạnh tạo ra acid amine
còn tạo ra các sản phẩm cấp thấp gây thối như NH3, indol,…
Phương trình tổng quát của phản ứng thủy phân:

14


Enzyme

R1R2 + H2O

R1OH + R2H
H+; OH-

Trong phản ứng thủy phân cần có một lượng nước tham gia rất lớn nên tốc độ của
phản ứng chỉ phụ thuộc vào nồng độ của cơ chất. Như vậy, phản ứng thủy phân
xúc tác bởi enzyme là phản ứng đơn phân có thứ bậc 1.
3. Các phản ứng cơ bản của quá trình thủy phân protein
3.1. Phân giải protein
Quá trình thủy phân xảy ra hai giai đoạn:
-

Nhờ peptide-peptido hydrolase, protein bị thủy phân thành các đoạn peptide
ngắn.

-

Nhờ peptide-hydrolase thủy phân tiếp các peptide thành amino acid.

Kết quả chung là protein được phân giải hoàn toàn thành các amino acid tự do.
protease

Protein

n amino acid

+ (n-1)H2O

 Acid amin được tạo ra hoàn toàn là điều mong muốn trong sản xuất thực phẩm,
vừa làm cho sản phẩm có mùi vị đặc trưng vừa làm tăng các tính chất cảm quan
của thực phẩm.
3.2. Phân giải amino acid
 Desamine hóa
Bằng nhiều con đường khác nhau, các amino acid bị khử nhóm amine tạo ra các
sản phẩm tương ứng.
 Khử amine bằng enzyme khử: Nhờ enzyme khử xúc tác, amino acid bị khử
dehydrogenase
thành acid tương ứng và giải phóng
ra NH3.

R – CH – COOH
NH2

NADH+H

R – CH 2 – COOH + NH3
+

NAD+

15


Nhờ enzyme oxydase, amino acid bị oxy hóa để tạo ceto acid tương ứng và NH3.

R – CH – COOH + O2

R – CO – COOH + NH3
oxydase

NH2
 Khử amine bằng con đường thủy phân
Nhờ tác dụng của enyme thủy phân hydrolase, amino acid bị thủy phân tạo thành
oxiacid tương ứng và NH3.
R – CH – COOH + O2

hydrolase

RCHOHCOOH + NH3

NH2
Bên cạnh đó, aspartic acid còn bị khử amine bằng con đường khử nội phân tử nhờ
enzyme desaminase xúc tác.
COOH – CH2 – CH – COOH

dezaminase

COOH CH=CH-COOH + NH3

NH2
Sản phẩm của con đường khử amine các amino acid là các loại acid tương ứng và
NH3.
 Decarboxyl hóa
Sự loại carboxyl của amino acid là cách phân giải amino acid rất phổ biến nhờ
decarboxylase xúc tác. Phản ứng này tạo các amine khác nhau. Từ lizin tạo thành

cacdeverin, từ histidin tạo thành histamin, là những chất độc.
 Ngoài ra, các acid amine chứa lưu huỳnh sinh khí H 2S cùng với các khí NH3,..
làm gây mùi cho sản phẩm.
 Chính vì thế, trong sản xuất thực phẩm người ta mong muốn hạn chế các quá
trình này xảy ra. Đặc biệt trong sản xuất nước mắm, nếu để quá trình này xảy ra sẽ
làm hao tổn lượng đạm cần thiết, vừa tạo ra mùi khó chịu cho sản phẩm.
4. Điều kiện của phản ứng thủy phân protein
Điều kiện cho phản ứng thủy phân protein, enzyme sẽ tham gia phản ứng theo sơ
đồ:
E + S  ES  S + P
Ban đầu enzyme sẽ liên kết với cơ chất (tùy enzyme mà ta chọn), sau đó mới diễn
16


ra sự thủy giải và tạo ra các sản phẩm là các acid amine và các đoạn peptide ngắn.
Ở đây, E (tùy enzyme mà ta lựa chọn) là enzyme và S là cơ chất, ES là phức hợp
trung gian giữa enzyme và cơ chất, P là sản phẩm (chủ yếu các acid amine và các
peptide cấp thấp).
Sự tạo thành và chuyển hóa của hợp chất trung gian ES xảy ra 3 bước:
•

Bước 1: Enzyme kết hợp với protein tạo thành phức enzyme – protein (ES)

•

Bước 2: Có sự thay đổi mật độ điện tử và sự biến dạng hình học của các mối

liên kết đồng hóa trị trong phân tử cơ chất S cũng như trung tâm hoạt động của E.
•

Bước 3: Giai đoạn tạo thành acid amine hay peptide cấp thấp và giải phóng

enzyme.
Biến đổi quá trình thủy phân
Protein  polypeptide peptide  peptone  acid amine
5. Các thay đổi hóa sinh trong quá trình thủy phân protein
Những giả thuyết về sự liên kết enzyme và cơ chất để ra giả thuyết: phần lớn các
enzyme trở nên hấp thụ với bề mặt ngoài của protein theo một tiến trình tương đối
nhanh, sau đó sự khuếch tán những phân tử enzyme vào trong những thành phần
này xảy ra chậm hơn. Sự thủy phân những nối peptide của protein có thể chia làm
hai pha:
 Pha nhanh (pha động): xảy ra ở giai đoạn đầu. Trong suốt pha này, một số lớp
peptide bị phá hủy trong một đơn vị thời gian và một phần chất hòa tan được
phóng thích vào trong dung dịch.
 Pha chậm (pha tĩnh): tốc độ thủy phân càng về sau càng giảm, tiến trình hầu
như ít có sự thay đổi cho đến khi phản ứng thủy phân kết thúc.
6. Tính chất của sản phẩm sau thủy phân
Tính chất quan trọng nhất của sản phẩm là dinh dưỡng. Chiều dài chuỗi peptide
của sản phẩm thủy phân có tầm quan trọng đặc biệt. Khả năng hòa tan, khả năng
nhũ tương, vị đắng,… đều phụ thuộc ít nhiều vào kích thước và trọng lượng phân
tử của các loại protein có trong sản phẩm. Tất cả sản phẩm thủy phân đều có vị
17


đắng ở những mức độ khác nhau làm hạn chế rất nhiều tính chất cảm quan của sản
phẩm. Vị đắng là nhược điểm chung của các sản phẩm thủy phân với xúc tác
enzyme và được cho là có liên quan đến những peptide có trọng lượng phân tử
thấp (khoảng 6000 Da). Ta không thể khử được vị đắng nhưng có thể giảm bớt
được bằng cách kiểm soát mức độ thủy phân để cho những peptide có phân tử
lượng lớn chiếm ưu thế.

Việc sử dụng enzyme làm xúc tác có nhược điểm là thủy phân không triệt để, sau
thủy phân còn khoảng 20% nitơ tổng số vẫn không tan; do đó người ta thường
phối hợp thủy phân bằng hóa chất để nâng cao hiệu suất thủy phân.
7. Ưu và nhược điểm của phản ứng thủy phân protein
Ưu điểm
• Do enzyme hydrolase có tính đặc hiệu cao nên ít hoặc hầu như không tạo
thành sản phẩm phụ. Dịch thủy phân thu được có độ thuần khiết cao.
• Sử dụng enzyme xúc tác phản ứng có thể định hướng được phản ứng xảy ra
và sản phẩm tạo thành. Có thể điều chỉnh được phản ứng nhằm tạo ra sản
phẩm mong muốn.
• Hiệu suất thủy phân của enzyme quá cao, chỉ cần một lượng nhỏ enzyme
cũng có thể thủy phân một lượng cơ chất rất lớn.
• Trong phản ứng xúc tác bởi enzyme thì yêu cầu về độ tinh khiết của cơ chất
không cao.
• Không như một số phản ứng hóa học khác, phản ứng thủy phân với xúc tác
enzyme xảy ra ở những điều kiện ít khắc nghiệt hơn.
Nhược điểm
• Thời gian thủy phân protein với xúc tác enzyme thường kéo dài hơn so với
thủy phân với xúc tác acid.
• Dịch sau thủy phân thường khó lọc

18


III. ỨNG DỤNG CỦA PHẢN ỨNG THỦY PHÂN TRONG SẢN XUẤT
THỰC PHẨM
1.Trong sản xuất nước chấm
Trong quá trình sản xuất nước chấm với hàm lượng đạm cao, người ta thường
dùng các phương pháp thủy phân protein tạo thành các dung dịch amino acid bằng
các tác nhân hóa học và sinh học. Trong sản xuất nước tương các phương pháp

được dùng là:
• Phương pháp hóa học: thủy phân protein với xúc tác acid, thời gian tiến
hành phản ứng là 24h. Nhược điểm của phương pháp này là tạo thành sản
phẩm phụ 3-MCPD, một chất độc gây ung thư.
• Phương pháp dùng men vi sinh: sử dụng chủng nấm Aspergillus oryzae để
xúc tác phản ứng thủy phân protein. Nhược điểm của phương pháp này là
thời gia thực hiện phản ứng khá dài khoảng 6 – 8 tháng.
• Phương pháp hóa sinh: sử dụng xúc tác là sử dụng enzyme protease co
nguồn gốc thực vật làm xúc tác. Phương pháp này có thời gian phản ứng
ngắn và không tạo sản phẩm phụ có khả năng gây ung thư.
Tất cả các loại nước chấm đều là sản phẩm thủy phân nguyên liệu giàu protide từ
động vật hay thực vật dưới tác dụng của hóa chất như acid, bazơ mạnh hoặc
enzyme. Do vậy, thành phần chính của nước chấm là acid amin, muối ăn, nước và
một ít peptide trọng lượng phân tử nhỏ. Nguyên liệu sản xuất nước chấm rất phong
phú và đa dạng. Tác nhân xúc tác là hóa chất HCl, H2SO4, NaOH,… hoặc enzyme
protease từ thực vật, động vật hay vi sinh vật. Đặc biệt ngày nay, người ta sử dụng
enzyme vi sinh vật – nuôi cấy trong môi trường rồi đưa vào nguyên liệu hoặc tận
dụng enzyme của hệ vi sinh vật có sẵn trong nguyên liệu ban đầu như trong sản
xuất nước mắm.
Tùy theo tác nhân dùng cho thủy phân ta chia ra: nước chấm hóa giải (dùng hóa
chất để thủy phân) và nước chấm lên men (dùng enzyme vi sinh vật). Với nguyên
liệu động vật, người ta dùng phương pháp hóa giải còn nguyên liệu thực vật hay
dùng phương pháp lên men. Phương pháp lên men sử dụng enzyme có nhược điểm
19


là thủy phân không triệt để, do vậy người ta hay phối hợp thủy phân bằng hóa chất
trước sau đó đến enzyme hay ngược lại thì hiệu suất thủy phân cao và tận dụng
được một số tính chất ưu việt của việc sử dụng enzyme vi sinh vật.
• Thủy phân bằng phương pháp lên men trong sản xuất nước chấm sử dụng

phản ứng thủy phân protein nhờ xúc tác là enzyme vi sinh vật. Enzyme này
có thể tạo ra bằng cách nuôi cấy vi sinh vật trên môi trường riêng rồi đưa
vào nguyên liệu giàu đạm như trong sản xuất nước chấm lên mem (nước
tương) nhỏ dễ đồng hóa, hấp thu cho người, lượng NaCl cho vào đạt 25%.
Vì sử dụng enzyme vi sinh vật để thủy phân protid nên ưu điểm của phương
pháp này là thiết bị đơn giản, dễ chế tạo, giá thiết bị không cao, phù hợp với
điều kiện sản xuất ở địa phương, vốn đầu tư ban đầu không lớn, không cần
sử dụng thiết bị chịu acid, chịu kiềm, chịu áp suất và nhiệt độ cao, không sử
dụng các hóa chất nên không độc hại với công nhân và môi trường. Điều
kiện sản xuất nhẹ nhàng, ôn hòa như nhiệt độ không quá cao, từ 30 – 45 oC,
pH trung tính hay acid yếu, kiềm yếu, áp suất thường, không tổn hao acid
amin trong quá trình sản xuất. Nhược điểm của phương pháp này là hiệu
suất thủy phân không cao, thời gian và quy trình sản xuất kéo dài hơn so
với phương pháp hóa giải, cần thêm công đoạn nuôi mốc giống cho thủy
phân.
• Thủy phân bằng hóa học, cơ sở hóa sinh của phương pháp này là thủy
phân protein thực vật hay động vật thành acid amin dưới tác nhân xúc tác là
acid mạnh như HCl, H2SO4 hay kiềm mạnh như NaOH. Sau quá trình thủy
phân, người ta tiến hành trung hòa dung dịch bằng kiềm hay acid tùy thuộc
vào tác nhân xúc tác là acid hay kiềm để đưa pH về 6.5 – 7. Bổ sung NaCl
đạt 23 – 25%. Ưu điểm của phương pháp này là thời gian và quy trình được
rút ngắn hơn, hiệu suất thủy phân cao nên sản phẩm giàu acid amin, hương
vị thơm ngon hơn. Nhược điểm của phương pháp này là độc hại với công
nhân sản xuất do sử dụng acid mạnh, kiềm mạnh, nhiệt độ cao, áp suất cao,

20


phá hủy một số acid amin trong quá trình thủy phân như lysin, arginin,
cystein, tryptophan,…

• Phương pháp thủy phân bằng enzyme, tiêu chí chọn enzyme trong công
nghệ thực phẩm độ hoạt động của enzyme cần lưu ý đến các điều kiện sử
dụng và đặc tính của chế phẩm enzyme như: pH của môi trường phản ứng
phải tương ứng với pH tối ưu của enzyme. Nhiệt độ liên quan đến hoạt lực
của enzyme, nếu thời gian tác dụng của enzyme nhanh, sau phản ứng phải
nhanh chóng bị vô hoạt. Nếu thời gian tác dụng lâu nên sử dụng enzyme có
hoặc tận dụng enzyme có sẵn trong nguyên liệu ban đầu như trong sản xuất
nước mắm. Dưới tác dụng enzyme vi sinh vật, thành phần nước chấm thu
được chủ yếu là acid amin, pepton, peptid trọng lượng phân tử
• độ bền hoạt lực cao. Không được bỏ qua sự có mặt của các chất hoạt hóa
hay kìm hãm enzyme trong môi trường phản ứng. Các enzyme được sử
dụng trong công nghiệp thực phẩm có tính đặc hiệu chặt chẽ hay ngược lại
rất rộng. Tính đặc hiệu có thể thay đổi tùy theo thành phần môi trường. Vì
vậy nên kiểm tra lại tính đặc hiệu của enzyme trong các môi trường phản
ứng gần giống với môi trường thực tế về thành phần và tính chất hóa học.
Không nên bỏ qua các hoạt tính phụ của các chế phẩm enzyme vì hoạt tính
phụ này có thể không mong muốn hay ngược lại rất có giá trị. Cần tiến
hành các phép thử so sánh nhiều enzyme trong các điều kiện thực của các
quá trình công nghệ để chọn lựa loại enzyme thích hợp. Điều kiện ứng dụng
enzyme là nguồn cung cấp enzyme phải thường xuyên và ổn định nếu việc
sử dụng enzyme làm thay đổi lớn tới công nghệ sản xuất. Nên lấy tỉ lệ giữa
giá trị và chất lượng enzyme làm tiêu chuẩn xem xét trong việc lựa chọn
nhà cung cấp.
• Phương pháp thủy phân nguyên liệu và tạo sản phẩm: nguyên liệu là
đậu nành được cho qua hệ thống làm sạch để loại bỏ tạp chất có lẫn trong
nguyên liệu, sau đó cho qua máy nghiền búa để nghiền mịn, đem nấu chín
với nước và xay nhuyễn tạo dạng sệt. Sau đó dùng chế phẩm enzyme hòa
tan vào một ít nước, sau đó cho vào dịch sệt đậu nành và khuấy trộn đều.
21

Sau khi thủy phân nguyên liệu bằng chế phẩm enzyme, dịch thủy phân có
hàm lượng đạm amin rất cao và đạm amoniac thấp. Đem dịch phối chế phụ
gia, phối chế với loại nước tương thứ hai, thứ ba… được trích ly từ bã lọc.
Sau quá trình phối chế độ đạm của dịch đã giảm theo yêu cầu người tiêu
dùng, cho dịch qua quá trình thanh trùng ở 95 – 100 oC sau 15 phút để vô
hoạt enzyme và tiêu diệt vi sinh vật (giai đoạn thanh trùng có thể bổ sung
chất bảo quản như natri benzoate vào nước tương để kéo dài thời gian bảo
quản).Tiếp theo tiến hành lắng tự nhiên trong các bồn lắng lớn từ 3 – 7
ngày, sau đó đem lọc và đem chiết chai, lưu kho và bảo quản.

Ứng dụng thứ hai trong phương pháp này là thủy phân cá thành nước mắm
Khoảng 1 năm đối với phương pháp cổ truyền, 8 – 9 tháng đối với phương pháp
cải tiến. Ngoài ra mắm chín nhanh hay chậm tùy thuộc vào thùng chứa, thời tiết,
chủng loại cá và kĩ thuật chế biến nữa.
+ Thùng chứa: thùng chứa nhỏ chín nhanh hơn thùng chứa lớn.
+ Thời tiết: Mùa nóng chín nhanh hơn mùa lạnh.
+ Chủng loại: cá thịt mềm chín nhanh hơn
Quá trình thủy phân protide thành axit amin
Đây là quá trình chính trong quá trình sản xuất nước mắm. Quá trình này xảy ra do
Proteaza của vi sinh vật và Proteaza trong tụy tạng cá. Quá trình thủy phân xảy ra
nhờ ảnh hưởng của nhiệt độ là chính, thường rất chậm. Cơ chế của quá trình này
như sau:
Protit  Albumin  Peptone  Polipeptide  Peptide  Acid amine

22


Nếu quá trình xảy ra mạnh sẽ dẫn đến sản phẩm cuối cùng là axit amin và một số
loại khí gây ra mùi khó chịu( NH3, H2S, mercaptan...) Các sản phẩm khí này có

thể tan trong nước mắm, cũng có thể bay hơi tạo ra mùi rất khó chịu. Chính vì thế
việc quan trọng với các nhà sản xuất nước mắm, phải hạn chế quá trình này xảy ra
vừa hao tổn lượng đạm cần thiết có trong nước mắm vừa tạo mùi khó chịu trong
sản phẩm.
2. Trong sản xuất muối tôm chua
Khi muối tôm chua dưới tác dụng của enzyme protease nội tạng có trong nguyên
liệu và hệ enzyme protease của vi sinh vật , sẽ tiến hành thủy phân cơ thịt tôm
thành các peptides, axit amin theo cơ chế như sau:
Protein  Polipeptides  Peptides Axit amin
Quá trình thủy phân protein diễn ra do sự hoạt động của protese do các vi sinh vật
trong tự nhiên có trong tôm tạo ra. Đây là một dạng của quá trình ươn thối thường
gặp ở thủy sản. Quá trình này về bản chất không có lợi cho sản phẩm vì nó tạo ra
các hợp chất amin có mùi khó chịu.Tuy nhiên các hợp chất này nếu tồn tại ở một
hàm lượng nhỏ lại tạo nên hương vị đặc trưng cho sản phẩm nhất là khi phối hợp
với acid bay hơi.Vì vậy vấn đề cần giải quyết là phải khống chế kiểm soát quá
trình thủy phân protein này.
Cùng với quá trình thủy phân protein là quá trình biến tính của protein dưới tác
động của pH thấp do acid Lactic gây ra tạo cho tôm cho màu đỏ đẹp. Trong vỏ tôm
có chứa asthaxanthin liên kết chặt chẽ với protein khi có tác nhân gây biến tính
hay phân hủy ( nhiệt độ, pH, sự thối rửa) protein của tôm thì asthaxanthin tách rời
khỏi protein và dễ dàng bị oxy hóa thành axathin có màu đỏ gạch.
* Các ảnh hưởng lên quá trình thủy phân protein
- Ảnh hưởng của lượng muối ăn lên quá trình thủy phân protein trong muối tôm
chua
Muối ăn có ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động của quá trình thủy phân protein ở
tôm cũng như sự tạo ra các hợp chất amin trong sản phẩm tôm chua. Muối ăn có

23

tác dụng tích cực là kìm hãm hoạt động của các vi khuẩn gây thối cũng như giảm
hoạt tính của protease do chúng sinh ra.Lượng muối ăn càng cao thì tốc độ thủy
phân protein càng chậm.
- Ảnh hưởng của quá trình lên men lactic lên quá trình thủy phân protein trong
muối tôm chua
Đường dưới tác dụng của vi khuẩn lactic chuyển đường thành acid lactic và các
acid hữu cơ khác. Các acid này tạo ra môi trường pH thấp (4 – 4.5). Môi trường
pH này có ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein. Một mặt nó tạo ra một môi
trường thích hợp cho các enzyme protease aicd thủy phân protein. Các protease
này có sẵn trong tôm (trypsin, pepsin) hay do các vi khuẩn tổng hợp nên. Mặt khác
nó lại ức chế hầu hết hoạt động của các vi khuẩn gây thối và cũng hạn chế luôn
việc tổng hợp protease của các vi khuẩn này. Như vậy tác động này có hai mặt. Vi
khuẩn lactic cũng có khả năng tổng hợp protease. Protease của vi khuẩn lactic
cũng tham gia thủy phân protein trong quá trình muối tôm chua nhưng protease
này có hàm lượng ít và hoạt tính không cao.
Trong quá trình muối tôm chua, acid lactic tạo ra làm pH môi trường giảm xuống,
các protease trong nội tạng của tôm như trypsin hay pepsin cùng với các protease
acid tính của các vi khuẩn gây thối sẽ có điều kiện để hoạt động. Acid lactic tạo ra
trong quá trình muối tôm chua có khả năng ức chế các hoạt động của vi khuẩn gây
thối cũng như khả năng tổng hợp của các protease của chúng. Như vậy chỉ có
protease của tôm đóng vai trò chính trong quá trình thuỷ phân protein. Nhưng
protease của tôm lại giảm hoạt tính mạnh trong môi trường có nồng độ muối cao,
trong khi protease vi khuẩn lại có khả năng hoạt động trong môi trường có nồng
độ muối cao mạnh hơn protease của tôm.
Vì vậy quá trình chín của tôm thường phải kéo dài.

24


 Trong công nghiệp sản xuất muối tôm chua, để rút ngắn thời gian thủy phân thì

người ta sử dụng chế phẩm trypsin, bromelin, papain để rút ngắn thời gian thủy
phân protein (5% so khối lượng tôm). Tốt nhất là sử dụng chế phẩm protease vi
khuẩn vì hoạt động được trong điều kiện nồng độ muối cao.
3.

Trong sản xuất rượu nếp cẩm
Rượu là sản phẩm lên men, là đặc sản của nước ta đặc biệt là rượu nếp cẩm. Quá
trình thủy phân protein trong sản xuất rượu vang nếp cẩm khi sử dụng chế
phẩm Neutrase là thời điểm đạm hóa được thực hiện sau khi dịch hóa, ở
nhiệt độ 55oC, pH 5.5, thời gian 40 phút, nồng độ enzyme 0.2%.
Khi bổ sung Neutrase vào giữa quá trình dịch hóa và đường hóa cho kết quả thủy
phân tốt nhất, điều này có thể nhờ hai yếu tố thuận lợi cho tác dụng của Neutrase
là trạng thái của dịch hồ bột và thời gian tác dụng của enzyme đủ dài.
Chất lượng rượu sau lên men với cơ cấu thành phần nitơ nhận được của dịch
đường hóa trong điều kiện này đạt cao nhất: độ rượu đạt cao hơn, độ chua thấp
hơn, hàm lượng tinh bột sót thấp hơn. Hiệu suất lên men đạt được khá cao, điều đó
chứng tỏ nguồn nitơ amin rất tốt đối với sự sinh trưởng và hoạt động của nấm
men.
Để tăng hiệu suất thủy phân protein, tạo điều kiện cho quá trình lên men đồng thời
nâng cao chất lượng của vang nếp cẩm nên cho Neutrase vào sau khi dịch hóa và
trước khi đường hóa. Điều kiện tối ưu khi sử dụng enzyme thủy phân protein trong

25