Enzyme được ứng dụng trong công nghiệp đa dạng và đạt được nhiều kết quả to lớn. Enzyme đóng vai trò là chất xúc tác không thể thiếu trong các ngành công nghiệp:
- Thực phẩm [thịt, chế biến cá, chế biến sữa, bánh mì, bánh kẹo, bia rượu,….]
- Hương – Mỹ phẩm
- Dệt
- Da thuộc
- Phim ảnh
- Y học
Các loại enzyme phổ biến trong ngành công nghiệp thực phẩm:
1. Protease [peptit-hidrolase]
- Là tên gọi chung cho nhóm enzyme xúc tác quá trình thủy phân liên kết peptit [-CO-NH-]n trong phân tử protein, polypeptit đến sản phẩm cuối cùng là các axit amin. Ngoài ra, nhiều protease cũng có khả năng thủy phân liên kết este và vận chuyển axit amin.
- Được sử dụng nhiều trong 1 số ngành sản xuất: chế biến thực phẩm [đông tụ sữa làm pho mát, 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. Ngoài khả năng phân giải để làm mềm thịt, tạo thức ăn dễ tiêu hóa, công nghệ sản xuất các loại dịch thủy phân giàu protein đã được áo dụng 1 cách có hiệu quả tính năng của protease.
Ảnh minh họa - Enzyme Protease ứng dụng trong ngành thịt
- Protease là một công cụ để chế biến các phế liệu của công nghiệp thực phẩm thành thức ăn cho người và vật nuôi, khai thác tính đông tụ như của renin, pepsin vào công nghiệp thực phẩm như trong sản xuất pho mát.
- Protease phân bổ ở thực vật, động vật và vi sinh vật. Tuy nhiên nguồn enzyme ở vi sinh vật là phong phú nhất, có hầu hết ở các vi snh vật nhu vi khuẩn, nấm mốc và xạ khuẩn… có thể nói vi sinh vật là nguồn nguyên liệu thích hợp nhất để sản xuất enzyme ở quy mô lớn dùng trong công nghệ và đời sống.
2. Pectinase
- Là một nhóm enzyme xúc tác cho sự thủy phân pectin, đang được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm, nhất là trong công nghiệp sản xuất các loại nước ép trái cây. Đặc biêt, dạng enzyme cố định được sử dụng rất hiệu quả vì có nhiều ưu điểm hơn hẳn dạng enzyme thông thường [enzyme hòa tan]. Pectinase đã được dùng trong một số ngành công nghiệp thực phẩm sau:
+ Sản xuất rượu vang
+ Sản xuất nước quả và nước uống không có cồn
+ Mứt
+ Nước giải khát
+ Cà phê
Ảnh minh họa: Enzyme Pectinase ứng dụng trong sản xuất rượu vang
- Chế phẩm pectinase được dùng trong sản xuất nước quả từ các nguyên liệu quả nghiền hay để làm trong nước quả ép. Bởi vì khi có pectin thì khối quả nghiền sẽ có trạng thái keo, do đó khi ép dịch quả không thoái ra được. Nhờ pectinase mà nước quả trong suốt, dễ lọc, hiệu suất tăng. Pextinase còn góp phần chiết rút các chất màu, tanin và các chất hòa tan khác, do đó làm tăng chất lượng của thành phẩm. Những nghiên cứu cho thấy khi ép nho có xử lý bằng pectinase không những làm tăng hiệu suất mà còn làm tăng màu sắc.
3. Cellulase
- Cellulose là thành phần cơ bản của tế bào thực vật, vì vậy nó có mặt trong mọi loại rau quả cũng như trong các nguyên liệu, phế liệu của các ngành trồng trọt và lâm nghiệp. Nhưng người và động vật không có khả năng phân giải cellulose. Cellulase là enzyme xúc tác cho quá trình chuyển hóa cellulose thành các sản phẩm hòa tan. Nó chỉ có giá trị làm tăng tiêu hóa, nhưng với lượng lớn nó trở nên vô ích hay cản trở tiêu hóa.
- Chế phẩm cellulase thường dùng để:
+ Tăng chất lượng thực phẩm và thức ăn gia súc
+ Tăng hiệu suất trích ly các chất từ nguyên liệu thực vật
Ảnh minh họa: Enzyme Cellulase ứng dụng trong sản xuất thức ăn gia súc
- Ứng dụng trước tiên của cellulase đối với chế biến thực phẩm là dùng nó để tăng độ hấp thu, nâng cao phẩm chất về vị và làm mềm nhiều loại thực phẩm thực vật. Đặc biệt là đối với thức ăn cho trẻ con và nói chung chất lượng thực phẩm được tăng lên.
- Một số nước đã dùng cellulase để xử lý các loại rau quả như bắp cải, hành, cà rốt, khoai tây, táo và lương thực như gạo. người ta còn xử lý cả chè, các loại tảo biển,…
- Trong sản xuất bia, dưới tác dụng của cellulase sẽ làm tăng chất lượng agar-agar hơn so với phương pháp dùng acid để phá vỡ thành tế bào. Đặc biệt là việc sử dụng chế phẩm cellulase để tận thu các phế liệu thực vật đem thủy phân, dùng làm thức ăn gia súc và công nghệ lên men. Những ứng dụng của cellulase trong công nghiệp thực phẩm đã có kết quả rất tốt. Tuy nhiên hạn chế lớn nhất là rất khó thu được phế phẩm có cellulase hoạt độ cao.
4. Amylase
- Là một hệ enzyme rất phổ biến trong thế giới sinh vật. Các enzyme này thuộc nhóm enzyme thủy phân, xác tác phân giải liên kết nội phân tử trong nhóm polysaccharide với sự tham gia của nước, thường được sử dụng để thủy phân tinh bột.
- Enzyme amylase được phát hiện đã góp phần quan trọng cho nhiều ngành công nghiệp chế biến thực phẩm. Chế phẩm amylase đã được dùng phổ biến trong một số lãnh vực của công nghiệp thực phẩm như sản xuất bánh mì, glucose, rượu, bia,…
Ảnh minh họa: Enzyme Amylase ứng dụng trong sản xuất bánh mì
- Trong sản xuất bánh mì, chế phẩm amylase đã làm thay đổi hoàn toàn chất lượng của bánh mì về hương vị, màu sắc, độ xốp,… chế phẩm amylase sạch cho chất lượng bánh mì tốt hơn ở dạng phức hợp với protease.
- Trong sản xuất bánh kẹo, maltose là sản phẩm thủy phân tinh bột bằng amylase và glucose bằng glucoamylase. Chính glucoamylase là yếu tố làm tăng hiệu suất alpha amylase.
- Trong sản xuất rượu, bia việc sử dụng amylase có trong các hạt nẩy mầm thay thế malt đã góp phần đáng kể trong việc giảm giá thành.
- Enzyme amylase có thể tìm thấy ở nhiều nguồn khác nhau như amylase từ thực vật động vật, mầm thóc, mầm đại mạch [malt], hạt bắm nảy mầm hay từ nấm mốc,… nguyên liệu cho sản xuất là gạo, bắp, khoai mì… đây là những nguyên liệu dễ tìm, rẻ có thể dễ dàng tìm thấy ở Việt Nam. Do đó, đây là một lợi thế và là hướng phát triển mạnh làm cơ sở cho nhiều ngành khác phát triển.
Vai trò của enzyme trong công nghệ chế biến thực phẩm
- Enzyme khắc phục khiếm khuyết tự nhiên của nguyên liệu: Các sản phẩm nông sản có chất lượng về dinh dưỡng, thành phần hóa học, tính chất cảm quan phụ thuộc nhiều vào: giống, loại nông sản, điều kiện canh tác, điều kiện thu hái và vận chuyển, điều kiện bảo quản.
- Enzyme nâng cao giá trị thương phẩm của nguyên liệu: Trong thực tế có rất nhiều các nguyên liệu nông sản có giá trị thương phẩm thấp. Sau khi được chuyển hóa bởi tác dụng của enzyme thì giá trị thương phẩm cao hơn rất nhiều,
- Enzyme là công cụ trong quá trình chuyển hóa công nghệ: Trong các nhà máy chế biến thực phẩm thì enzyme được sử dụng như một công cụ của toàn bộ quá trình chuyển hóa hoặc là toàn bộ quá trình chuyển hóa trong dây chuyền chế biến. Nếu thiếu sự có mặt của nó thì quá trình chế biến không thành công.
- Enzyme tăng tính chất cảm quan của sản phẩm: Trong chế biến thực phẩm sau khi xảy ra các giai đoạn chuyển hóa chính, thông thường các sản phảm thực phẩm chưa hẳn đã đạt chất lượng cảm quan tối ưu. Vì thế chúng có các giai đoạn hoàn thiện sản phẩm , trong giai đoạn này hoặc là tạo nên những điều kiên mới cho các enzyme bản thể có lợi phát huy tác dụng có lợi hoặc bổ sung các enzyme từ ngoài vào để làm tăng chất lượng cảm quan của sản phẩm như cải thiện mùi và vị của sản phẩm.
Việc sử dụng enzyme trong công nghiệp là đa dạng, phong phú và đã đạt được nhiều kết quả to lớn. Thử nhìn thống kê sơ bộ sau đây về các lãnh vực đã dùng protease ta có thể thấy được sự đa dạng: công nghiệp thịt, công nghiệp chế biến cá,công nghiệp chế biến sữa, công nghiệp bánh mì, bánh kẹo, công nghiệp bia, công nghiệp sản xuất sữa khô và bột trứng, công nghiệp hương phẩm và mỹ phẩm, công nghiệp dệt, công nghiệp da, công nghiệp phim ảnh, công nghiệp y học…Với amylase, đã được dùng trong sản xuất bánh mì, công nghiệp bánh kẹo, công nghiệp rượu, sản xuất bia, sản xuất mật,glucose, sản xuất các sản phẩm rau, chế biến thức ăn cho trẻ con, sản xuất các mặt hàng từ quả, sản xuất nước ngọt, công nghiệp dệt, công nghiệp giấy…Trong phạm vi giáo trình này chúng ta chỉ đề cập đến việc ứng dụng chế phẩm enzyme trong một số lãnh vực.
Protease với công nghiệp thực phẩm: 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, vả kết hợp thức ăn nhiều thịt; đu đủ trong chống táo bón…mà thực chất là sử dụng papain, bromelain, fixin. Người Nga còn dùng protease từ hạt đậu tương nẫy mầm để làm mềm thịt.
Ngoài khả năng phân giải để làm mềm thịt, tạo thức ăn dễ tiêu hóa, công nghệ sản xuất các loại dịch thủy phân giàu protein đã được áp dụng một cách có hiệu quả tính năng của protease.
Enzyme là một công cụ để chế biến các phế liệu của công nghiệp thực phẩm thành thức ăn cho người và vật nuôi.
Người ta còn khai thác tính đông tụ như của renin, pepsin vào công nghiệp thực phẩm như trong sản xuất phomat.
Pectinase với công nghiệp thực phẩm: Pectinase đã được dùng trong một số ngành công nghiệp thực phẩm sau:
- Sản xuất rượu vang.
- Sản xuất nước quả và nước uống không có rượu.
- Sản xuất các mặt hàng từ quả: quả cô đặc, mứt.
- Sản xuất nước giải khát.
- Sản xuất cà phê.
Chế phẩm pectinase được sử dụng trong sản xuất nước quả từ các nguyên liệu quả nghiền hay để làm trong nước quả ép. Bởi vì khi có pectin thì khối quả nghiền sẽ có trạng thái keo, do đó khi ép dịch quả không thóat ra được. Nhờ pectinase mà nước quả trong suốt, dễ lọc, hiệu suất tăng.
Pectinase còn góp phần chiết rút các chất màu, tanin và các chất hòa tan khác, do đó làm tăng chất lượng của thành phẩm.
Những nghiên cứu khi ép nho có xử lý bằng pectinase không những làm tăng hiệu suất mà còn làm tăng màu sắc.
Trong sản xuất mứt nhừ, mứt đông… nhờ pectinase mà dịch quả có nồng độ đậm đặc hơn.
Cellulase với công nghiệp thực phẩm: Cellulose là thành phần cơ bản của tế bào thực vật, vì vậy nó có mặt trong mọi loại rau quả cũng như trong các nguyên liệu,phế liệu của các ngành trồng trọt và lâm nghiệp. Nhưng người và động vật không có khả năng phân giải cellulose. Nó chỉ có giá trị làm tăng tiêu hóa, nhưng với lượng lớn nó trở nên vô ích hay cản trở tiêu hóa.
Chế phẩm cellulase thường dùng để:
- Tăng chất lượng thực phẩm và thức ăn gia súc.
- Tăng hiệu suất trích ly các chất từ nguyên liệu thực vật.
Ứng dụng trước tiên của cellulase đối với chế biến thực phẩm là dùng nó để tăng độ hấp thu, nâng cao phẩm chất về vị và làm mềm nhiều loại thực phẩm thực vật. Đặc biệt là đối với thức ăn cho trẻ con và nói chung chất lượng thực phẩm được tăng lên.
Một số nước đã dùng cellulase để xử lý các loại rau quả như bắp cải, hành, cà rốt, khoai tây, táo và lương thực như gạo. Người ta còn xử lý cả chè, các loại tảo biển…
Trong sản xuất bia, dưới tác dụng của cellulase hay phức hệ citase trong đó có cellulase, thành tế bào của hạt đại mạch bị phá hủy tạo điều kiện tốt cho tác động của protease và đường hóa.
Trong sản xuất agar-agar, tác dụng của chế phẩm cellulase sẽ làm tăng chất lượng agar-agar hơn so với phương pháp dùng acid để phá vở thành tế bào. Đặt biệt là việc sử dụng chế phẩm cellulase để tận thu các phế liệu thực vật đem thủy phân, dùng làm thức ăn gia súc và công nghệ lên men.
Những ứng dụng của cellulase trong công nghiệp thực phẩm đã có kết quả rất tốt. Tuy nhiên hạn chế lớn nhất là rất khó thu được chế phẩm có cellulase hoạt độ cao.
Amylase với công nghiệp thực phẩm: Chế phẩm amylase đã được dùng phổ biến trong một số lãnh vực của công nghiệp thực phẩm như sản xuất bánh mì, glucose, rượu , bia...
Trong sản xuất bánh mì, chế phẩm amylase đã làm thay đổi hoàn tòan chất lượng của bánh mì cả hương vị, màu sắc, độ xốp...Chế phẩm amylase sạch cho chất lượng bánh mì tốt hơn ở dạng phức hợp với protease.
Trong sản xuất bánh kẹo người ta thường dùng maltose là sản phẩm thủy phân tinh bột bằng amylase và glucose bằng glucoamylase. Chính glucoamylase, là yếu tố làm tăng hiệu suất trong sản xuất rượu.
Trong sản xuất bia, viêc sử dụng amylase có trong các hạt nẩy mầm thay thế malt đã góp phần đáng kể trong việc giảm giá thành.
Trong công nghiệp dệt, chế phẩm amylase được dùng để rũ hồ vải trước khi tẩy trắng và nhuộm. Amylase có tác dụng làm vải mềm, có khả năng nhúng ướt, tẩy trắng và bắt màu tôt. Rũ hồ bằng enzyme không những nhanh, không hại vải, độ mao dẫn tốt mà còn đảm bảo vệ sinh, do đó tăng được năng suất lao động.
Trong sản xuất tơ tằm, người ta dùng protease để làm sạch sợi tơ. Với công đoạn xử lý bằng enzyme sau khi xử lý bằng dung dịch xà phòng sẽ giúp lụa có tính đàn hồi tốt, bắt màu đồng đều và dễ trang trí trên lụa.
Trong công nghiệp da, enzyme protease được dùng để làm mềm da, làm sạch da, rút ngắn thời gian, tránh ô nhiễm môi trường. Việc xử lý đã được tiến hành bằng cách ngâm da trong dung dịch enzyme, hay phết dịch enzyme lên bề mặt da. Enzyme sẽ tách các chất nhờn và làm đứt một số liên kết trong phân tử collagen làm cho da mềm hơn.
Thực tế cho thấy khi xử lý da bằng chế phẩm protease từ vi sinh vật có thể rút ngắn thời gian làm mềm và tách lông xuống nhiều lần. Điều quan trọng là chất lượng lông tốt hơn khi cắt. So với phương pháp hóa học thì việc xử lý bằng enzyme có số lượng lông tăng 20-30%. Lông không cần xử lý thêm sau khi ngâm trong dịch enzyme.