Một loại enzyme phổ biến được gọi là papain được lấy từ quả đu đủ xanh (pawpaw). Enzyme là protein có thể làm tăng tốc độ thay đổi sinh học như quá trình chín của quả. Vào cuối phản ứng do enzyme xúc tác, bản thân enzyme không thay đổi và có thể phản ứng lại.
Nội dung
Giới thiệu
Enzym thường được nhận biết bằng đuôi -ase. Điều này chỉ ra bản chất của chất bị ảnh hưởng bởi enzym (ví dụ carbohydrase tác động lên vật liệu carbohydrate và protease tác động lên protein) hoặc chỉ ra bản chất của phản ứng, ví dụ transferase xúc tác quá trình chuyển các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử trong một chất.
Enzym có trong thực phẩm tự nhiên và nhiều công nghệ chế biến thực phẩm truyền thống liên quan đến việc sử dụng enzym. Ngày nay, với kiến thức tiên tiến hơn về khoa học thực phẩm, các enzym này có thể được chiết xuất, cô đặc và thêm vào thực phẩm trong quá trình chế biến (ví dụ như chất làm mềm thịt). Bảng 1 mô tả một số công nghệ truyền thống và các enzym liên quan. Điều đáng chú ý là chỉ đến gần đây, người ta mới biết đến hiểu biết chi tiết về các phản ứng do enzym xúc tác liên quan đến các công nghệ chế biến thực phẩm này.
| Công nghệ chế biến thực phẩm truyền thống | Enzym được sử dụng | Để xúc tác phản ứng | Lý do |
|---|---|---|---|
| Làm bánh mì | Amalase trong bột, Maltase trong men, Zymase trong men | Tinh bột-maltose, maltose-glucose, glucose-carbon dioxide & etanol | Sản xuất đường cho hoạt động của nấm men và carbon dioxide để tạo khí cho bánh mì |
| Sản xuất phô mai | Rennin trong rennet | Sự đông tụ của protein sữa | Để giúp hình thành sữa đông |
| Đồ uống có cồn | Amylase, maltase và zymase trong nguyên liệu | Tinh bột-maltose, maltose-glucose, glucose-carbon dioxide & etanol | Sản xuất đường cho hoạt động của nấm men và CO² cho 'kết cấu' |
| Trà và cà phê | Oxidase trong lá và đậu | Trùng hợp các hợp chất phenol không màu thành các hợp chất màu nâu | Tạo màu sắc và hương vị mong muốn cho trà pha |
Bảng 1: Chế biến thực phẩm truyền thống sử dụng enzyme
Một nhóm enzyme quan trọng được gọi là protease. Đây là những enzyme xúc tác quá trình phân hủy protein. Làm lạnh bia, xem Bảng 1, làm mềm thịt và sản xuất bột cho bánh pizza và bột nhão cho bánh quế và bánh wafer là những ứng dụng của protease trong ngành chế biến thực phẩm. Loại protease phổ biến nhất trong số này là papain.
Một lời cảnh báo - có một số khó khăn đặc biệt trong việc thiết lập sản xuất papain quy mô nhỏ và cần phải nghiên cứu rất kỹ lưỡng trước khi cố gắng bắt đầu một chương trình như vậy. Cụ thể như sau:
- Papain có khả năng gây nguy hiểm - tiếp xúc lâu dài sẽ làm hỏng da tay của người lao động và trong một số trường hợp có thể gây ra phản ứng dị ứng.
- Thị trường papain ở châu Âu đang ngày càng thu hẹp vì người ta tìm được chất thay thế và chất này có thể bị cấm trong một số loại thực phẩm (ví dụ như bia) trong tương lai gần.
- Papain cấp thấp (phơi nắng) có thị trường nhỏ hơn nhiều so với papain sấy phun chất lượng cao hơn (xem bên dưới). Do đó, cần tiến hành khảo sát thị trường kỹ lưỡng để đảm bảo sản phẩm có thể bán được.
- Việc trồng cây đu đủ là cần thiết để sản xuất kinh tế - việc thu hái từ một vài cây trong vườn nhà không phải là hoạt động khả thi.
Papain: nguồn gốc và công dụng
Papain có trong mủ khô thu được từ quả đu đủ (Carica papaya L.). Đây là loại protease được sử dụng phổ biến nhất cho các ứng dụng chế biến thực phẩm được đề cập ở trên. Tuy nhiên, các loại protease khác cũng quan trọng là ficin thu được từ quả sung và bromelain thu được từ quả dứa.
Papain được sử dụng trong ngành dược phẩm, y học cũng như trong ngành chế biến thực phẩm (ví dụ như trong việc chuẩn bị vắc-xin và để điều trị da cứng). Nó cũng có ứng dụng trong thú y như tẩy giun cho gia súc. Papain cũng được sử dụng trong thuộc da và có ứng dụng trong ngành công nghiệp giấy và keo dán cũng như trong xử lý nước thải. Nghiên cứu y khoa bao gồm phẫu thuật thẩm mỹ trên vòm miệng hở bằng cách sử dụng papain.
Phương pháp thu thập và trích xuất
Papain được lấy bằng cách cắt vỏ của đu đủ chưa chín nhưng gần chín và sau đó thu thập và sấy khô mủ chảy ra từ các vết cắt. Việc khai thác quả nên bắt đầu vào sáng sớm và kết thúc vào giữa đến cuối buổi sáng (tức là trong thời gian độ ẩm cao). Ở độ ẩm thấp, dòng mủ chảy ra thấp.
Sau đó, thực hiện hai hoặc ba đường cắt theo chiều dọc (trừ đường cắt đầu tiên, xem bên dưới) sâu 1-2mm, gặp nhau ở gốc quả. Các đường cắt được thực hiện bằng lưỡi dao cạo bằng thép không gỉ được gắn vào một miếng cao su gắn vào một thanh dài. Lưỡi dao không được nhô ra quá 2mm vì các đường cắt sâu hơn 2mm có nguy cơ làm nước ép và tinh bột từ phần thịt quả trộn lẫn với mủ cao su làm giảm chất lượng.
Nên gõ nhẹ quả cách nhau khoảng 4-7 ngày và đối với lần gõ đầu tiên, thường chỉ cần thực hiện một lần cắt là đủ. Đối với những lần gõ tiếp theo, hai hoặc ba lần cắt được cách nhau giữa những lần trước đó (như đã giải thích ở trên).
Sau khoảng 4-6 phút, dòng chảy của mủ cao su sẽ ngừng lại. Một đĩa được sử dụng để thu thập mủ cao su và sau đó mủ cao su được cạo vào một hộp lót polythene có nắp đậy kín; hộp như vậy nên được bảo quản trong bóng râm. Việc sử dụng nắp đậy kín và giữ hộp trong bóng râm đều quan trọng vì chúng làm giảm các phản ứng gây mất hoạt động của enzyme. Cần tránh các vật lạ như bụi bẩn và côn trùng trong mủ cao su. Cần cạo cẩn thận mủ cao su bám vào quả và chuyển vào hộp thu thập. Tuy nhiên, không nên trộn mủ cao su khô với mủ cao su tươi vì điều này làm giảm chất lượng.
Khi xử lý mủ cao su tươi, cần cẩn thận để đảm bảo rằng mủ cao su không tiếp xúc với da vì sẽ gây bỏng. Cũng không nên tiếp xúc với các kim loại nặng như sắt, đồng hoặc đồng thau vì điều này sẽ gây ra sự đổi màu và mất hoạt tính. Không nên sử dụng nồi, dao và thìa trừ khi chúng được làm bằng nhựa hoặc thép không gỉ. Mủ cao su tươi không giữ được lâu và nên sấy khô đến độ ẩm dưới 5% (khi đó mủ cao su sẽ có kết cấu khô và vụn) càng sớm càng tốt.
Sau hai hoặc ba tháng, quả chín và nên được hái khỏi cây. Quả chín có thể ăn được nhưng giá trị bán rất thấp vì có sẹo. Tuy nhiên, vỏ của đu đủ chín xanh có chứa khoảng 10% pectin (trọng lượng khô) và quả có thể được chế biến để chiết xuất chất này.
Sấy khô mủ đu đủ
Phương pháp sấy là yếu tố chính quyết định chất lượng cuối cùng của papain. Có nhiều loại papain khác nhau được sử dụng kể từ khi papain trở thành một mặt hàng quốc tế. Cho đến giữa những năm 1950 khi papain từ Sri Lanka thống trị thị trường, có ba loại được biết đến: 1 - bột trắng mịn, 2 - vụn trắng sấy khô trong lò và 3 - vụn sẫm màu phơi nắng. Cho đến những năm 1970, có hai loại: 1 - papain sấy khô trong lò loại một hoặc loại cao cấp ở dạng bột hoặc vụn thường có màu trắng kem và 2 - papain nâu sấy khô dưới ánh nắng loại hai hoặc loại thấp ở dạng vụn. Từ năm 1970, do các kỹ thuật chế biến mới, papain đã được phân loại lại thành ba nhóm: 1 - papain thô - từ loại một màu trắng xuống loại hai màu nâu. 2 - papain thô dạng vảy hoặc bột - đôi khi được gọi là bán tinh chế. 3 - papain thô sấy phun - ở dạng bột, được gọi là papain tinh chế.
Phơi nắng
Phơi nắng cho ra sản phẩm có chất lượng thấp nhất vì mất đi đáng kể hoạt động của enzyme và papain dễ chuyển sang màu nâu. Tuy nhiên, ở nhiều quốc gia, phơi nắng vẫn là kỹ thuật chế biến papain phổ biến nhất. Mủ cao su chỉ được rải trên khay và phơi dưới nắng cho khô.
Sấy lò
Máy sấy Papain có thể có cấu tạo đơn giản. Ở Sri Lanka, chúng thường là những bếp lò ngoài trời đơn giản (cao khoảng một mét) làm bằng bùn hoặc gạch đất sét. Thời gian sấy khác nhau nhưng hướng dẫn gần đúng là 4-5 giờ ở nhiệt độ khoảng 35-40°C. Quá trình sấy hoàn tất khi mủ cao su vụn và không dính. Sản phẩm chất lượng tốt hơn sẽ thu được nếu mủ cao su được rây trước khi sấy. Sản phẩm sấy khô phải được bảo quản trong các thùng chứa kín khí và tránh ánh sáng (ví dụ như bình đất sét kín hoặc lon kim loại) và để ở nơi mát mẻ. Các thùng chứa kim loại phải được lót bằng polythene.
Sấy phun
Điều này không thể thực hiện được ở quy mô nhỏ. Cần phải đầu tư đáng kể vào thiết bị (ví dụ 10.000 bảng Anh). Tuy nhiên, có thể mua papain sấy phun để chế biến thực phẩm ở quy mô nhỏ.
Papain sấy phun có hoạt tính enzyme cao hơn các loại papain khác và hoàn toàn tan trong nước. Phải hết sức cẩn thận khi xử lý dạng papain này vì nó có thể gây dị ứng và khí phế thũng nếu hít phải. Vì lý do này, papain sấy phun thường được bao bọc trong lớp gelatin.
Hoạt động của enzim
Nếu papain được khai thác thương mại cho thị trường xuất khẩu hoặc sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm địa phương, điều quan trọng là phải có khả năng xác định hoạt động của enzyme. Phương pháp này được gọi là thử nghiệm. Thử nghiệm có thể được thực hiện bởi, ví dụ, Văn phòng Tiêu chuẩn Quốc gia.
Papain được sử dụng để thủy phân (hoặc phân hủy) protein. Do đó, các xét nghiệm để đo hoạt động của papain dựa trên việc đo sản phẩm của quá trình thủy phân. Có hai phương pháp xét nghiệm chính. Phương pháp đầu tiên dựa trên khả năng đông tụ sữa của papain. Đây là phương pháp có chi phí thấp nhưng tốn thời gian. Ngoài ra, việc thiếu phương pháp chuẩn để tìm điểm đông tụ và sự thay đổi trong bột sữa được sử dụng có thể gây ra lỗi.
Trong phương pháp này, một lượng mẫu papain đã biết (được tạo ra bằng cách hòa tan một khối lượng papain đã biết trong một thể tích đã biết của dung dịch axit axetic) được thêm vào một lượng sữa cố định (được tạo ra bằng cách hòa tan một khối lượng đã biết của sữa bột trong một thể tích đã biết của nước) đã được làm ấm đến 30°C trong bồn nước.
Trộn đều các thành phần và sau đó quan sát cho đến khi phát hiện ra dấu hiệu đầu tiên của quá trình đông tụ (hình thành cục). Thời gian cần thiết để đạt đến giai đoạn này, từ khi papain được thêm vào sữa, được ghi lại. Sau đó, thí nghiệm được lặp lại bằng cách sử dụng các lượng dung dịch papain đã biết khác nhau. Các lượng mẫu papain khác nhau được sử dụng sẽ cho một phạm vi thời gian đông tụ từ 60 đến 300 giây để có kết quả tối ưu. Sau đó, hoạt động của mẫu papain được tính bằng cách vẽ đồ thị, tìm thời gian cần thiết để đông tụ sữa ở nồng độ papain vô hạn và sau đó sử dụng giá trị đó trong công thức để tính hoạt động.
Để giới thiệu một biện pháp chuẩn hóa, lượng sữa có thể được cố định ở một nồng độ đã biết nhất định. Điều này được thực hiện bằng cách phản ứng một nồng độ đã biết của papain chất lượng cao với sữa. Nồng độ của dung dịch sữa bột sau đó có thể được điều chỉnh để có được thời gian đông tụ mong muốn trong điều kiện phản ứng cố định. Sau đó, có thể tính toán 'hoạt động của papain nguyên chất' ở lượng sữa đã biết này. Kiểm tra mẫu papain trong cùng điều kiện phản ứng và cùng một lượng sữa (đã biết) sau đó sẽ đưa ra hoạt động tương đối với papain nguyên chất.
Phương pháp thứ hai dựa trên khoa học về sự hấp thụ ánh sáng được gọi là phép đo hấp thụ. Đây là kỹ thuật phân tích để đo lượng bức xạ (hoặc 'màu' của ánh sáng) được dung dịch hóa học hấp thụ.
Người ta biết rằng, ví dụ, một dung dịch màu vàng sẽ hấp thụ ánh sáng xanh. (Màu xanh là 'màu bổ sung' cho màu vàng). Nồng độ màu vàng trong dung dịch càng lớn thì khả năng hấp thụ ánh sáng xanh càng lớn. Đây là một khám phá hữu ích vì một số sản phẩm của phản ứng hóa học có màu. Màu càng đậm thì nồng độ sản phẩm càng lớn. Do đó, bằng cách chiếu màu bổ sung có liên quan qua chất lỏng mẫu, lượng ánh sáng hấp thụ có thể liên quan đến nồng độ sản phẩm.
Không phải tất cả các 'màu sắc' (hoặc bức xạ ánh sáng) đều có thể nhìn thấy bằng mắt người. Kỹ thuật được sử dụng khi 'màu sắc' vượt ra ngoài quang phổ khả kiến được gọi là phép đo quang phổ và dụng cụ được sử dụng được gọi là máy quang phổ.
Trong phương pháp thứ hai để xác định hoạt động của mẫu papain, một lượng mẫu papain đã biết được trộn với một lượng cố định casein (protein có trong sữa). Phản ứng được tiến hành trong 60 phút ở 40°C. Sau thời gian này, phản ứng được dừng lại bằng cách thêm một axit mạnh.
Sản phẩm của phản ứng được gọi là tyrosine, được biết là hấp thụ tia cực tím (mắt người không nhìn thấy được). Các dung dịch chứa tyrosine được chuẩn bị để phân tích bằng máy quang phổ. Lượng tia cực tím hấp thụ bởi dung dịch có thể liên quan đến số lượng đơn vị tyrosine do mẫu papain tạo ra. Do đó, số này càng lớn thì hoạt động của mẫu papain càng lớn.
Thương mại thế giới về papain
Các nhà sản xuất chính của papain thô là Zaire, Tanzania, Uganda và Sri Lanka. Hầu hết papain sấy phun đều đến từ Zaire.
Các nước nhập khẩu chính là Hoa Kỳ, Nhật Bản, Vương quốc Anh, Bỉ và Pháp. Hầu như tất cả papain chất lượng tốt nhất đều được nhập khẩu vào Hoa Kỳ.
Papain thô được sử dụng, ở Anh, trong ngành sản xuất bia để làm lạnh bia và bia nhẹ. Tuy nhiên, xu hướng ngày càng tăng đối với các loại bia không có chất phụ gia do các nước châu Âu khác khởi xướng đang có hiệu lực ở Anh và do đó thị trường papain này đang suy giảm. Một công dụng khác của papain là trong ngành công nghiệp thịt để làm mềm thịt và sản xuất bột làm mềm thịt.
