Đề tài Phô mai và chế phẩm enzyme hoàn thiện mùi vị của phô mai

Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 1 Phô mai Cheddar Phô mai Thụy Sĩ Phô mai Ý I. GIỚI THIỆU CHUNG: 1) Phô mai: - Phô mai có đến hàng nghìn loại khác nhau, tùy theo đặc điểm mùi vị, hình dáng, hàm lƣợng chất béo. - Phô mai đƣợc coi là sản phẩm sữa bổ nhất. Phô mai chứa một lƣợng protein, chất béo tƣơng đối cao nên độ sinh năng lƣợng tƣơng đƣơng với thịt lợn (2500-4500 kcal). Các loại protein, chất béo trong phô mai đều ở dạng cơ thể dễ hấp thụ, có đầy đủ các acid amin không thay thế, các vitamin các chất khoáng. - Định nghĩa phô mai: theo định nghĩa của FAO/WHO, phô mai là protein của sữa đƣợc đông tụ, tách bớt whey ở dạng tƣơi hoặc đã qua ủ chín. - Phân loại phô mai: o Phân loại theo tác nhân đông tụ casein là renin hay là acid. Có mộy số loại vừa là kết quả của sự đông tụ casein bằng acid và bằng cả rennin. Ví dụ: loại cottage. o Phân loại theo hàm lƣợng nƣớc: phô mai rất cứng (W < 47%), phô mai cứng (W < 56%), phô mai cứng vừa (W = 54-63%) và phô mai mềm (W = 78-87%), hàm lƣợng nƣớc thấp. ví dụ: o Phô mai cứng: Cheddar, Emmenthat. o Phô mai mềm: Camember, Brie. o Phân loại dựa vào loại vi khuẩn dùng khi ủ chín phô mai. Đa số các lọai phô mai đều “chín” nhờ tác động của vi khuẩn lactic. Một số loại nhƣ Camember quá trình chín lại do tác động của mốc trắng (white moulds), hoặc Roquefort và Gorgonzola do tác động của mốc xanh (blue moulds). o Phân loại dựa vào cấu trúc của phô mai. Loại có lỗ hổng hình tròn (round-eyed texture) đƣợc tạo thành trong quá trình ủ chín do CO2. Loại có lỗ hổng hình quạt (granula texture) do không khí lọt vào giữa các hạt phô mai trong quá trình đổ khuôn họăc loại có cấu trúc chặt, không có lỗ hổng. - Sản xuất phô mai đòi hỏi vốn đầu tƣ lớn, máy móc thiết bị hoàn chỉnh và phải có nguồn sữa dồi dào. Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 2 Nguyeân lieäu Laøm saïch Tieâu chuaån hoùa Ủû chín Xöû lyù muoái Laøm nguoäi Thanh truøng Eùp thaønh baùnh Leân men giai ñoaïn 1 Caét queän söõa, taùch nöôùc Leân men giai ñoaïn 2 Caáy men Caáy men Bao goùi Saûn phaåm Vi khuaån lactic Rennet, CaCl2 (phuï gia khaùc) Sữa tƣơi Chuẩn hóa Thanh trùng Đông tụ Lên men Cấy giống Khuấy trộn Tách huyết thanh Rót sản phẩm Phô mai mềm Giống vi khuẩn lactic Rennet Cream hoặc nguyên liệu phụ Bao bì Huyêt thanh Qui trình sản xuất phô mai có quá trình chín sinh hóa Qui trình sản xuất phô mai không có quá trình chín sinh hóa Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 3 2) EMC ( enzyme modified cheese): - Phô mai đã đƣợc xử lí enzyme để làm tăng mùi vị hay một vài thành phần mùi vị độc đáo nào đó đƣợc gọi là EMC. Enzyme có thể đƣợc thêm vào suốt quá trình sản xuất phô mai hay sau khi khối đông đƣợc ép hay thậm chí sau quá trình ủ. Để sản xuất ra loạt phô mai có cùng thành phần mùi vị đặc trƣng ta có thể bổ sung enzyme vào sữa hay khối đông tƣơi (fresh curd). Sự sản xuất phô mai này có thể đƣợc thúc đẩy bằng quá trình ủ có điều khiển. Quá trình tƣơng tự thế cũng đƣợc sử dụng để tạo ra sản phẩm phô mai “highly flavored” bằng cách lựa chọn các điều kiện sản xuất. Ủ trong nhiều tháng thƣờng đƣợc yêu cầu cho sự phát triển mùi vị trong mỗi trƣờng hợp. - Sự đa dạng mùi vị có thể đƣợc tạo ra bằng cách sử dụng kĩ thuật enzyme, và thực tế là, một số lƣợng sản phẩm EMC khác nhau đang đƣợc thƣơng mại hóa bao gồm phô mai Cheddar gắt, dịu hay trung bình, cũng nhƣ các loại khác: Colby, Swiss, Provolone, Romano, Mozzarella, Parmesan, Brick. II. CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ẢNH HƢỞNG TỚI MÙI VỊ PHÔ MAI: 1) Nguyên liệu: - Nhiều ngƣời làm phô mai tin rằng phô mai bắt nguồn từ nông trại. Cái gì, khi nào và bao nhiêu thức ăn của động vật có thể ảnh hƣởng đến hƣơng vị của sữa (Roadhouse and Henderson, 1937). Những mùi vị này đều có thể mang vào trong phô mai, đặc biệt nếu các hợp chất hƣơng là chất béo hòa tan hoặc là bị hấp thụ bởi casein. Ngoài ra, các thành phần hóa học của chất béo trong thực tế có thể bị thay đổi (Kaylegian và Lindsay, 1995) dẫn đến mùi vị khác nhau sau quá trình phân giải chất béo. - Một vài loại phô mai truyền thống của Châu Âu làm từ sữa của động vật đƣợc thả cho ăn trên các vùng cỏ đặc biệt hoặc thậm chí là trên một sƣờn đồi tại một thời điểm nhất định trong năm. Đặc biệt, hƣơng vị của phô mai có thể bị ảnh hƣởng bởi thức ăn gia súc. Ở Pháp, một số loại thức ăn bị cấm sử dụng cho động vật đƣợc lấy sữa để làm phô mai (Masui và Yamada, 1996). 2) Các enzyme trong sữa: - Các nhân tố khác ảnh hƣởng đến hƣơng vị của sữa và phô mai bao gồm các enzyme vốn trong sữa nhƣ là lipoprotein lipase và plasmin, enzyme phân giải protein. Đặc biệt đối với các nhà sản xuất phô mai ở qui mô nông trại, sự nhạy cảm của sữa có thể dẫn đến ôi tự phát, mùi ôi xuất hiện bởi chính các yếu tố trong sữa- đặc biệt là từ những con bò bị viêm vú. Enzyme phân giải lipid trong sữa có đủ để gây ra những biến đổi quan trọng - Trong sữa có thể có chứa nhiều plasmin hoặc alkaline proteinase thủy phân casein, quan trọng là sự phá hủy các liên kết peptide gây ra vị đắng. Hầu hết hoạt động của các plasmin liên kết với micelle casein đã đƣợc hoạt hóa (plasminogen hoạt hóa thành plasmin) bằng cách xử lý sữa hoặc khối đông bằng nhiệt độ trong quá trình làm phô mai (Farkey, 1995). Hầu hết các plasmin hoạt động ở pH cao, ở những vị trí có thừa chất gây đông tụ thì có thể có hoặc không có enzyme này. Điều này có vai trò đáng kể trong việc Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 4 phát triển hƣơng vị của phô mai. Tuy nhiên, nó sẽ làm cho sữa có vị đắng (pH của sữa 6.6). - Sự phân giải của lipase lipoprotein có thể làm giảm hƣơng vị của phô mai làm từ sữa thanh trùng. Mặc khác, hoạt động của enzyme này có thể gây ra mùi ôi cho phô mai. - Chất màu cũng ảnh hƣởng đến hƣơng vị của phô mai. Trong sữa và phô mai có β- carotene, bị ảnh hƣởng bởi thức ăn của động vật. Sữa dê màu trắng, sữa cừu hơi ngà, sữa bò vàng hơn. Sự khác biệt này dựa vào hàm lƣợng β -carotene có trong sữa. 3) Chuẩn hóa sữa trước khi bổ sung enzyme: - Một số loại phô mai có thể làm trực tiếp từ sữa cung cấp từ các nông trại. Nhƣng do có một số trƣờng hợp, thành phần sữa có quá cao hoặc quá thấp chất béo, casein để có thể làm phô mai. Trong trƣờng hợp này, sữa thành phần đƣợc chuẩn hóa bằng cách thêm vào hoặc loại bỏ bớt chất béo, casein. - Khi làm phô mai có bổ sung bột sữa gầy (NDM) có thể gây ra mùi ôi (cũ) cho phô mai tùy vào nhiệt độ sử dụng khi sấy sữa gầy hay cô đặc sữa. Bột sữa gầy hoặc sữa cô đặc có thể đƣợc thêm vào để tăng độ ẩm cho phô mai. Tuy nhiên, lactose chiếm 50% chất rắn trong NDM và sữa cô đặc, có thể làm phô mai với acid nhiều hơn và pH thấp nếu không thêm nƣớc. 4) Xử lý nhiệt: - Một vài loại phô mai đƣợc sản xuất từ sữa không qua quá trình xử lý nhiệt. Tuy nhiên, hầu hết các nhà sản xuất phô mai đều dùng sữa đã qua xử lý nhiệt trƣớc khi cấy nhóm vi khuẩn lên men. Lý do của quá trình này là tiêu diệt vi sinh vật. Mức độ xử lý tùy thuộc vào ý định của nhà sản xuất. - Việc xử lý nhiệt có thể chia làm 2 chế độ: thanh trùng và tiệt trùng. - Thanh trùng ( 60-63oC, 15-20 giây) tiêu diệt hầu hết các vi sinh vật trong sữa nhƣng nó. không giết chết mọi vi khuẩn gây bệnh, những bào tử hay đa số vi khuẩn non-starter lactic. - Tiệt trùng (145 ºC / 30 phút hoặc 161 ºC / 15 giây ,đó là thời gian và nhiệt độ tối thiểu yêu cầu) đƣợc sử dụng để diệt các vi sinh vật gây bệnh nhiều nhất trong sữa. Mặc dù không chủ ý, tiệt trùng cũng có thể tiêu diệt hệ enzyme có trong sữa, đặc biệt là lipoprotein lipase. Trong trƣờng hợp của sữa bị chứng viêm vú, nồng độ các enzyme có thể là đủ để gây ra mùi hôi trong phô mai ( theo Ma et al. 2000). 5) Hệ vi sinh vật trong phô mai: - Men đƣợc dùng trong làm phô mai để tạo ra acid và yếu tố quan trọng trong quá trình làm phô mai là điều khiển độ tăng acid. Sự lựa chọn men dựa vào tốc độ và tỉ lệ tăng acid – tiềm năng phát triển hƣơng vị trong phô mai. - Hƣơng vị của phô mai đƣợc tạo thành từ hoạt động của các enzyme, sự trao đổi chất của vi sinh vật, các phản ứng hóa học và sự hình thành các hợp chất đặc thù. Mỗi yếu tố, ngay cả cơ chất của enzyme cũng bị ảnh hƣởng bởi môi trƣờng nhƣ : pH, tiềm năng oxi hóa, thế ion, độ ẩm và aw nhƣng các enzyme nội bào từ vi sinh vật có thể không bị ảnh hƣởng nhiều do chúng đƣợc bảo vệ ở bên trong tế bào. Điều khiển tốc độ và tỉ lệ tăng Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 5 acid là quan trọng vì trong quá trình làm phô mai thì pH sẽ giảm và đƣờng bị lên men. Nếu pH giảm quá nhanh hoặc đƣờng quá ít trong khối đông sau khi tách whey thì sẽ làm cho phô mai có pH quá cao hoặc quá thấp, khả năng bị oxi hóa quá cao hoặc quá thấp. Đƣờng còn dƣ cũng ảnh hƣởng đến quá trình lên men của Coliform. Một vài Coliform bị ức chế ở pH nhỏ hơn 5.4, vì vậy pH của phô mai hoặc sữa phải cao hơn 5.4. Mặc dù coliform bị tiêu diệt khi tiệt trùng nhƣng nó vẫn đƣợc tìm thấy trong phô mai, đặc biệt là khi khối đông/ whey đƣợc pha loãng với nƣớc để làm giảm acid trong phô mai. - Nếu men không đủ nhanh và phô mai làm mát ở một nhiệt độ hạn chế tốc độ tăng trƣởng men, có thể có dƣ đƣờng. Độ pH có thể cao hơn so với mong muốn, và vi khuẩn acid lactic nhiễm có thể lên men các đƣờng còn dƣ gây những hậu quả không mong muốn. Coliforms và vi khuẩn khác sẽ sản xuất ethanol và CO2 từ lactose. Ethanol sẽ phản ứng với acid béo (đặc biệt là acid butyric) sản xuất ethylbutyrate - một hợp chất có hƣơng vị trái cây. - Một số chủng Lactobacilli ƣa ấm trao đổi chất với citrate tạo nên sản phẩm của diacetyl và formate, sự hiện diện của đƣờng lactose ảnh hƣởng tới lƣợng formate hình thành. - Hợp chất tạo mùi vị chính trong chuyển hóa citrate là acetate, diacetyl, acetoin và 2,3- butadiol ( theo Cogan, 1995). Lƣợng acetoin thƣờng cao hơn diacetyl tạo thành (gấp 10- 50 lần). Hàm lƣợng acetate thì đẳng mol với lƣợng citrate. - Nếu vi khuẩn bị ức chế sau khi sản xuất, lactose dƣ sẽ bị chuyển hóa bởi vi khuẩn lactic không len men chủ yếu là Pediococci và Lactobacilli ƣa nhiệt trung bình, có khả năng chịu hàm lƣợng muối cao hơn vi khuẩn lactic lên men. Chúng trao đổi lactose L-lactate. 6) Nhiệt độ: - Các nhà sản xuất phô mai điều khiển nhiêt độ trong suốt quá trình ủ chín và bảo quản phô mai. Đồng thời cũng phải thỏa mãn các điều kiện khác: điều khiển đồng thời cả nhiệt độ, sự phát triển của vi khuẩn và tốc độ các phản ứng hóa sinh trong khối đông. - Nhiệt độ ảnh hƣởng đến thời gian sinh trƣởng của vi khuẩn. Ví dụ: trong pha log của vi khuẩn Escherichia coli, thời gian sinh trƣởng ở 25oC là 75 phút nhƣng ở 37oC là 20 phút. - Nhìn chung, nhiệt độ thấp sẽ làm giảm tốc độ sinh trƣởng của vi khuẩn và các phản ứng hóa sinh xảy ra trong khối đông, nhiệt độ ấm sẽ làm tăng tốc độ hoạt động. Nếu hoạt độ tăng quá nhiều có thể làm thay đổi tính chất phô mai theo hƣớng không mong muốn. Không phải các phản ứng đều tăng theo một tỉ lệ giống nhau mà theo hƣớng hình thành nên các vị lạ. Nhƣ vậy, phô mai đƣợc ủ ở 15oC sẽ có mùi vị khác với phô mai ủ ở 15oC, nhƣ vậy việc sử dụng nhiệt độ cao phải đƣợc điều khiển một cách cẩn thận. Ví dụ: ở giai đoạn đầu, phô mai Emmental đƣợc giữ ở nhiệt độ thấp để vi khuẩn lactic phát triển và các phản ứng trung gian xảy ra trong khối đông. Sau đó, nhiệt độ bảo quản sẽ đƣợc tăng lên để vi khuẩn propionic phát triển và hình thành hƣơng vị. Nếu duy trì nhiệt độ thấp sẽ có ảnh hƣởng xấu đến hƣơng vị của sản phẩm. 7) pH: - pH cũng ảnh hƣởng đến hoạt tính của enzyme mặc dù thời gian, nồng độ, độ hòa tan của chất phản ứng và oxy có trong khối đông cũng có ảnh hƣởng. Vì vậy, mỗi enzyme có một pH tối ƣu để đạt đƣợc hoạt tính cao nhất. Một vài enzyme có hoạt tính trong cả hai vùng pH: acid và kiềm, sản phẩm cuối cùng ở mỗi khoảng pH khác nhau có thể khác nhau. Ở hầu hết các loại phô mai cứng, pH thích hợp cho quá trình ủ chín là 4.9 – 5.5. Giá trị pH Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 6 thấp có xu hƣớng hình thành các hợp chất nitơ tan đƣợc, amino nitrogen, amoniac và thúc đẩy thủy phân chất béo. III. VAI TRÒ CỦA ENZYME TRONG VIỆC HÌNH THÀNH MÙI VỊ PHÔ MAI: 1) Sự phân giải lipid (lipolysis): a. Lipid và các acid béo tạo mùi vị: - Tuỳ thuộc vào thời kì cho bú, sữa bò chứa từ 3- 5% chứa từ 3-5% chất béo. Các hạt cầu béo có đƣờng kính từ 0.1- 10μm.Thành phần chính của chất béo trong sữa là trigelyceride. Ngoài ra còn có diglycerides (0.36% to 1.8%), monoacylglycerols (0.03%) và acid béo tự do (0.03%) và phospholipids (0.6%), cholesterol tự do (0.3%) và vết của cholesterol esters (Mariani,Contarini, Zucchetti & Toppino, 1990; Walstra & Geurts, 1982). - Đặc điểm cuả chất béo trong sữa bò là chứa nhiều các acid béo mạch ngắn. Hơn nữa, sự phân phối các acid béo trong sữa triglyceride là không ngẫu nhiên (Angers, Tousignant, Boudreau & Arul, 1998). Các axít béo chính trong chất béo bò sữa, và vị trí của chúng đƣợc đƣa ra trong bảng : Bảng 1: Phân phối các thành phần acid béo chủ yếu trong triacyl-sn-glyceride trong sữa bò ( Christie & Clappeton,1982) - Nhƣ đã đề cập ở trên, triglyceride trong sữa bò phần lớn là ester mạch thẳng, chứa các acid béo bão hòa với số C chẵn từ 2 đến 20 phân tử cacbon. Sau khi thủy phân, các acid béo tự do (FFA) có thể là các hợp chất hƣơng quan trọng. Đặc biệt acid butyric có vị phô mai đặc trƣng. Acid butyric và các chuỗi acid béo mạch ngắn (từ 2C đến 6C) có thể đƣợc tạo ra từ việc thủy phân chất béo, cũng nhƣ là từ quá trình dị hóa protein bởi acid lactic bacteria. Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 7 - Ngƣỡng hƣơng thơm của các acid béo tự do chịu ảnh hƣởng đáng kể bởi các thành phần môi trƣờng và độ pH của nó. Trong nhóm các acid béo có sự phân cực đáng kể, ngƣỡng của vị khác nhau giữa môi trƣờng nƣớc và chất béo.pH ảnh hƣởng đến vị, vì các anion của acid béo ở pH cao thì ít hoạt tính mùi vị hơn, ít bay hơi hơn, và có cảm giác nhƣ mùi xà phòng. - Ngƣỡng mùi vị trong môi trƣờng chất béo khoảng 0.7(butyric acid) đến 15000 ppm (stearic acid) (Siek et al., 1969). Trong nƣớc, ngƣỡng này khoảng 0.5 (octanoic acid) đến 50 (acetic acid) (Rothe, Woelm, Tunger & Siebert, 1972). Trong môi trƣờng chất béo, hỗn hợp các acid béo chứa 2C đến 12C có thể nhận thấy đƣợc, mặc dù nồng độ này nhỏ hơn ít nhất 10 lần so với ngƣỡng hƣơng của chúng (Siek et al., 1969). Vì vậy, các acid béo tự do cho thấy ảnh hƣởng mạnh mẽ trong môi trƣờng chất béo, ảnh hƣởng này chắc chắn có vai trò trong phô mai. Bảng 2: Hàm lƣợng các acid béo trong các loại phô mai khác nhau a b Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 8 a Đơn vị của các giá trị là mg/kg b giá trị trong ngoặc đơn đại diện cho độ lệch chuẩn của phƣơng tiện c MS-đƣợc xác nhận bằng cách so sánh thời gian lƣu của hợp chất thực - Phân giải lipid trong khối đông phô mai liên quan đến vấn đề bẻ gãy các chất béo sữa thành diglyceride, monoglyceride và acid béo tự do. - Một vài acid béo tự do có thể đƣợc tổng hợp nhờ vi khuẩn lactic và các vi sinh vật khác từ carbohydrate và protein. Nhƣng nhiều tài liệu đã chỉ ra rằng phân giải lipid là nhân tố chính hình thành nên các acid béo tự do mạch dài hơn C4 ( Aston &Dulley,1982). - West & Pawlett ( 1996) phân biệt rằng: esterase là enzyme thủy phân các ester tan trong nƣớc và lipase là enzyme thủy phân liên kết ester trong dầu và chất béo. - Lipid tạo thành mùi vị phô mai theo 3 con đƣờng: o Chúng là nguồn các acid béo, đặc biệt là các acid béo mạch ngắn ( là những chất cấu thành nên hƣơng vị phô mai). Acid béo sinh ra trong quá trình phân giải lipid. Nó có thể bị chuyển hóa thành các chất thơm và hợp chất tạo hƣơng vị , đặc biệt là methyl ketone và lactone. o Acid béo, nhất là các acid béo chƣa bão hòa, sẽ bị oxi hóa thành các aldehyde chƣa bão hòa. Tuy nhiên, sự oxi hóa chất béo này xảy ra rất hạn chế trong phô mai bởi vị mùi vị của nó không tốt. o Lipid có khả năng hòa tan các hợp chất thơm và vị từ môi trƣờng. Điều này là nguyên nhân của các vị lạ. Bảng 3: Độ dài mạch C của các acid béo và mùi của chúng Acid béo Mạch C Mùi Mạch ngắn C2 - C6 Phô mai Mạch trung bình C8 - C12 Bơ Mạch dài Lớn hơn C16 Xà phòng Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 9 Hình 1: Các con đƣờng hình thành hợp chất tạo mùi hƣơng từ chất béo trong phô mai ( theo Mollimard và Spinner, 1996) - Trong các con đƣờng kể trên, phân giải lipid và biến đổi các acid béo là con đƣờng quan trọng tạo nên hƣơng vị phô mai. - Phân giải lipid, sự thủy phân acid béo tự do từ triglyceride, có thể xảy ra bởi 2 loại enzyme thủy phân khác nhau: esterase và lipase. 2 enzyme này xúc tác phản ứng giống nhau: thủy phân liên kết ester trong glyceride, tạo ta một acid béo, và một glycerol. - Thực tế, lipase là một sub-family của esterase. Sự khác nhau giữa 2 nhóm này dựa trên chiều dài acid béo đƣợc tách ra: esterase (carboxylesterases EC3.1.1.1) giải phóng acid béo có chiều dài không quá 10C, trong khi lipase (EC 3.1.1.3) giải phóng những chuỗi acid béo dài hơn. Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 10 b. Lipase: Bảng 4: Các loại lipase phát triển mùi vị - Nguồn lipase bao gồm: Lipase sẵn có trong sữa, chế phẩm rennet, vi sinh vật. - Shahani (Shahani, K.M.1974. Lipases and esterases. trang 181 trong Enzymes in food processing. G.Reed,ed. Academic Press, NY) đã liệt kê một vài loại lipase phổ biến: lipase sữa, lipase tụy (pancreatic enzyme), lipase nguồn gốc thực vật (trong nhiều loại rau trái và loại hạt nhƣ lúa mì, yến mạch, mạch đen, cotton, đậu nành, …), lipase nguồn gốc vi sinh vật (bao gồm: nấm men Candida và Torulopsis; nấm mốc Rhizopus, Penicillium, Aspergillus, Geotrichum, Mucor; vi khuẩn Staphylococcus)  Lipase trong sữa: - Nguồn lipase trong sữa là lipoprotein lipase. - Sữa bò chứa 12mg lipase/ L. Tuy nhiên, hầu hết lipase trong sữa liên kết với các micelle casein và chất béo đƣơc màng lipoprotein bao bọc. Do cơ chất và enzyme tách rời nhau nên sự phân giải chất béo không xảy ra trừ khi màng lipoprotein bị phá vỡ.  Lipase từ rennet: - Chế phẩm rennet có chất lƣợng tốt thì không chứa hoạt tính thủy phân chất béo. Tuy nhiên, rennet dùng trong sản xuất các loại phô mai Ý (nhƣ Romano, Provolone) lại có chứa lipase, pregastric esterase (PGE). - PGE hay còn gọi lingual hay lipase ở miệng. Nó do các tuyến cơ sở của lƣỡi tạo nên. Khi đông vật nhai lại bú sẽ kích thích tiết ra PGE, PGE sẽ theo sữa vào dạ dày khế. - PGE đƣợc tinh chế một phần từ chế phẩm thƣơng mại và mô răng miệng của bê. - Tùy theo nguồn PGE (bê, cừu…) mà sản phẩm phô mai Ý sẽ khác nhau ( mặc dù ở mức độ không đáng kể). Hầu hết các nguồn lipase khác không thích hợp cho việc làm phô mai Ý bởi không tạo ra đƣợc nét đặc trƣng riêng. Nhƣng lipase từ nấm cũng có thể là nguồn thay thế ( theo Fox&Stepaniad, 1993). Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 11 Hình 2: Sự giải phóng các acid béo trong phô mai Cheddar Bảng 5: Hàm lƣợng acid béo tự do khi ủ phô mai.  Lipase từ vi sinh vật: - Các nguồn lipase từ vi sinh vật: o Vi sinh vật có sẵn trong sữa, đặc biệt là vi khuẩn ƣa lạnh khi bảo quản lạnh sữa. m E q p a lm it a te / k g c h e e s e weeks Phô mai từ sữa siêu lọc Phô mai từ sữa Phô mai từ sữa tiệt trùng Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 12 o Hệ vi khuẩn lactic o Hệ vi sinh trên bề mặt ở các loại phô mai. - Nguồn lipase thêm vào: phần lớn các chế phẩm lipase từ vi sinh vật ứng dụng trong sản xuất phô mai là từ M. miehei, A. niger, A. Oryzae và vài loài khác. Trong nhiều trƣờng hợp, các chế phẩm này đã thay thế thành công lipase từ động vật. - Lactococus và Lactobacillus có hoạt tính phân giải lipid thấp hơn các loài vi khuẩn khác (nhƣ Pseudomonas) và nấm mốc. - Lactococci và lactobacilli là nhân tố thủy phân lipid thích hợp trong phô mai Cheddar và các loại phô mai Hà Lan. 2) Phân giải protein (proteolysis): a. Protein và các hợp chất gây mùi vị (peptide và amino acid): - Phân hủy protein là yếu tố quan trọng trong quá trình hình thành hƣơng vị của phô mai. Bƣớc đầu tiên của sự thoái hóa là chuyển đổi protein ( chủ yếu là casein) thành peptit và các acid amin tự do. Các acid amin tự do có thể bị suy thoái thành vô số các sản phẩm phụ. Hình 3: Các hợp chất mùi vị sinh ra từ sự phân giải protein. DMS: dimethyl sulfide; DMDS, dimethyl disulfide; DMTS dimethyl trisulfide.(Kranenburg và cộng sự - 2002.) Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 13 - Sự phân giải protein là quá trình phức tạp nhất trong 3 quá trình hóa sinh xảy ra trong quá trình làm chín phô mai. Nó chủ yếu đáp ứng cho sự thay đổi cấu trúc và tạo mùi vị chính cho phô mai. Tuy nhiên, một vài đoạn peptide ngắn có thể gây ra vị đắng ( vị không mong muốn xuất hiện trong phô mai). - Phân giải protein trong quá trình ủ đóng vai trò cốt yếu trong hầu hết các loại phô mai. Nó có thể xảy ra rất giới hạn (VD: phô mai Mozzarella) hoăc có phạm vi rộng lớn (VD: các loại phô mai xanh) và sản phẩm của quá trình này là gồm các polypeptide mạch rất lớn ( chỉ nhỏ hơn casein), các peptide mạch ngắn và các acid amin tự do. Các peptide mạch ngắn và các amino acid là thành phần tạo nên mùi vị phô mai. Sau đó, chúng đƣợc dị hóa thành một dãy các hợp chất thơm cũng là thành phần hình thành nên hƣơng vị phô mai (VD: amine, acid, carbonyls và các hợp chất chứa sulfur). Mặc dù sự dị hóa acid amin không phải là quá trình phân giải protein nhƣng nó phụ thuộc vào công thức của amino acid. Hình 4: Sự hình thành các hợp chất hƣơng vị từ quá trình thủy phân protein, theo McSweeney et al. (2000) - Bảng 6 tóm tắt các peptide có vị đắng phân lập từ nhiều loại phô mai khác nhau. Sullivan và Jago (1972) chỉ ra peptide có vị đắng nhất do từ 2 - 23 amino acid tạo nên và các peptide này có khối lƣợng phân tử từ 500 - 3000 Da ( theo Lee et al, 1996). Nếu các đoạn peptide có giá trị Q>5862 J/mol và khối lƣợng phân tử của chúng nhỏ hơn 600Da, chúng sẽ gây nên vị đắng. Một vài sản phẩm phô mai cần có vị đắng bởi vì đó là vị tự nhiên của sản phẩm nhƣng nếu quá đắng sẽ tạo ra sản phẩm không mong muốn. Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 14 - Các tác giả: Aston & Creamer,1986; Cliffe Marks & Mulholland, 1993; Egels & Visser, 1994) cho rằng các peptide < 500 Da sẽ hình thành mùi vị đặc trƣng cho Cheddar phô mai. McGugan, Emmons & Lamond (1979) nói rõ rằng peptide cũng rất quan trọng bởi chúng có thể kết hợp xây dựng nên các hợp chất mùi vị. Vị đắng có thể đƣợc hạn chế bằng cách giảm hoặc điều khiển mức độ phân giải protein hay thêm vào peptidase. - Hợp chất tạo đắng phải ít nhất hòa tan một chút trong nƣớc (theo Lemieux và Simard,1992; McSweeney, 1997). Các peptide kị nƣớc trong phô mai đầy đủ chất béo hợp thành pha béo do đó sẽ giảm đƣợc độ đắng ( theo Fox et al.,1996). Thông thƣờng, vấn đề vị đắng trong phô mai có hàm lƣợng béo thấp sẽ phức tạp hơn trong phô mai đầy đủ béo do các peptide kị nƣớc trong pha béo sẽ giảm. Bảng 6:Các peptide có vị đắng trong phô mai Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 15 b. Protease: - Các enzyme xuất hiện trong quá trình phân giải protein: o Enzyme đông tụ sữa ( chymosin) o Enzyme sẵn có trong sữa ( VD: plasmin) o Proteinase và peptidase từ vi khuẩn lactic o Enzyme của giống vi khuẩn thứ hai ( VD: Penicillium camemberti trong phô mai Camembert và Brie, P. roqueforti trong phô mai vân xanh) o Proteinase hoặc peptidase hoặc cả hai loại đƣợc bổ sung vào trong quá trình ủ - Sự phân giải protein làm mềm cấu trúc phô mai trong quá trình ủ thông qua sự thủy phân casein của khối đông và làm giảm hoạt độ của nƣớc trong khối đông ( theo McSweeney, 2004). Hình 5: Sự thủy phân casein thành amino acid.  Enzyme chymosin: - Enzyme chiết xuất từ ngăn thứ 4 của dạ dày bê bao gồm 2 loại: chymosin (chiếm 80 - 90 %) và pepsin chỉ khoảng (10 - 20 %). - Lƣợng chymosin còn lại trong khối đông dao động từ 0 - 15% hàm lƣợng chymosin ban đầu. Hoạt động của lƣợng chymosin còn lại này rất quan trọng cho sự khởi đầu quá trình phân giải casein khi ủ phô mai ( theo Fox et al., 1996). - Chymosin thủy phân κ-casein tại liên kết Phe105-Met106. Kết quả là phân đoạn caseinomacropeptide đƣợc tách khỏi phân tử κ-casein và mất theo whey. Phân đoạn paracasein còn gắn lại trên các gốc micelle và làm cho micelle dễ tập hợp lại với nhau chuẩn bị tạo khối đông. - Sự thủy phân αs1-, αs2-, và β-casein xảy ra khi ủ phô mai. Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 16 - Hoạt động của chymosin lên β-casein chủ yếu là Leu192-Tyr193. Cƣờng độ thủy phân tăng lên khi có 5 - 10% NaCl (theo Awad et al. ,1998). Đoạn peptide β- caseinf193-209 rất đắng. - Đối với αs1-casein, chymosin xúc tác thủy phân liên kết Phe23-Phe24 (theo McSweeney, 2004) và Leu101-Lys102. - αs2-casein khó bị thủy phân bởi chymosin do có các vùng kị nƣớc.  Plasmin: - Plasmin ( EC.3.4.21.7) là protease có trong sữa, pHopt= 7.5 - 8.0, Topt= 37oC ( theo (Fox et al., 2000; Forde và Fitzgerald, 2000; Nielsen, 2002). Enzyme này là glycoprotein và gồm 2 monomer nối với nhau bằng cầu disulfide. - Plasmin xúc tác thủy phân hầu hết casein (trừ κ-casein, theo Sousa et al., 2001; McSweeney, 2004) đặc biệt là β-casein và αs2-casein. - Creamer (1975) cho rằng sự thủy phân β-casein chủ yếu là do plasmin ( ở các liên kết Lys28-Lys29, Lys105-His106, and Lys107-Glu108) tạo thành proteose peptone và γ- casein ( theo (Sousa et al., 2001).  Sự phân giải protein của vi khuẩn lactic: - Các enzyme phân giải protein của vi khuẩn lactic bao gồm: o protease ngoại bào cắt casein thành các oligopeptide o protease nội bào o peptidase nội bào thủy phân các oligopeptide thành amino acid. - Protease và peptidase của vi khuẩn lactic là các enzyme chính phân cắt peptide hình thành bởi chymosin và plasmin để hợp thành mùi vị phô mai. ( theo Fox etal.,1995; Mulholland, 1997; McSweeney, 2004). Hình 6: Hệ thống proteolysis của Lactococcus . (McSweeney, 2004) Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 17 Bảng 7: Sản phẩm thủy phân của lactococcal proteinase với casein trong 1h IV. CÁC CHẾ PHẨM ENZYME THƢƠNG MẠI: 1. Lipase và esterase: - Phân giải lipid, sự thủy phân acid béo tự do từ triglyceride, có thể xảy ra bởi 2 loại enzyme thủy phân khác nhau: esterase và lipase.Hai enzyme này xúc tác phản ứng giống nhau: thủy phân liên kết ester trong glyceride, tạo ta một acid béo, và một glycerol. - Thực tế, lipase là một sub-family của esterase. Sự khác nhau giữa 2 nhóm này dựa trên chiều dài acid béo đƣợc tách ra: esterase (carboxylesterases EC 3.1.1.1) giải phóng acid béo có chiều dài không quá 10C, trong khi lipase (EC 3.1.1.3) giải phóng những chuỗi acid béo dài hơn. Bảng 8: Lipase sử dụng trong sản phẩm phô mai Phô mai Nguồn lipase Romano Domiati Feta Camembert Parmesan Provolone Fontina Ras Romi Roque fort Cheddar Manchego Blue Pregastric của cừu hay dê con Mucor miehei Penicillium camemberti Pregastric của cừu hay dê con Mucor miehei Penicillium roqueforti Aspergillus oryzae/A.niger Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 18 - Hoạt tính của enzyme trên các cơ chất triglyceride khác nhau đƣợc dùng để so sánh các loại enzyme thủy phân lipid. - Lipase từ sữa có hoạt tính ở cơ chất tributyrin cao hơn với cơ chất triolein, trong khi đó lipase của Achromobacter lipolyticum lại cho thấy điều ngƣợc lại (Khan et al.). Lipase từ Penicillium roqueforti có mức độ thủy phân theo hƣớng giảm dần các cơ chất: tributirin, tricaproin, tricaprylin, tripropionin. Khác với nó, lipase từ Aspergillus niger lại thủy phân tricaprylin tốt hơn 3 cơ chất kia (Shipe). Tƣơng tự, lipase từ P.roqueforti cũng có mức thủy phân giảm dần các cơ chất: tributirin, tricaproin, tricaprylin, tripropionin, triolein. Theo Morris và Jezeski, lipase từ P.roqueforti hoạt tính trên chất béo từ sữa chỉ bằng 1/3 so với cơ chất là tributyrin, và hoạt tính của nó giảm khi phân tử lƣợng của các acid béo tăng lên. Pregastric esterase thì đặc trƣng với những glyceride chứa những chuỗi acid béo ngắn. - Một kiểu đặc trƣng cơ chất nữa là hoạt độ khác nhau của enzyme loại này trên cơ chất triglyceride và mono-, diglyceride. Bảng 9: Hoạt độ của vài loại enzyme trên cơ chất mono- và diglyceride so sánh với tributyrin (10% nhũ tƣơng) theo Richardson và Nelson enzyme tributyrin dibutyrin 1-monobutyrin pregastric esterase 1,00 0,04 0 lipase tụy 1,00 0,74 0,95 lipase từ nấm 1,00 0,26 0,15 lipase từ sữa 1,00 0,35 0,12 - Dạng vật lý của cơ chất cũng ảnh hƣởng đến hoạt độ của enzyme. Richardson và Nelson đã so sánh hoạt độ của 4 loại enzyme phân giải lipid trên chất nền triacetin dạng hòa tan và nhũ tƣơng, kết quả theo bảng10: Bảng10: Hoạt độ của vài loại enzyme khác nhau trên triacetin dạng hòa tan (5%) và nhũ tƣơng (15%) tại pH = 6,2 hoạt độ (units/min) enzyme hòa tan (s) nhũ tƣơng (e) e/s pregastric esterase 2,8 2 0,71 lipase tụy 2,6 5,8 2,2 lipase từ nấm 2 4,4 22 lipase từ sữa 4,6 2,2 0,48 - Mức độ giải phóng các loại acid béo của các enzyme từ nguồn khác nhau cũng khác nhau. Một số enzyme phân giải ra các acid béo với tỉ lệ tƣơng đƣơng nhƣ chúng tồn tại trong nguồn chất béo ban đầu; một số loại khác thì ƣu tiên giải phóng một loại acid béo đặc trƣng nào đó. Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 19 Bảng 11: thành phần acid béo tự do đƣợc giải phóng từ chất béo sữa bằng vài loại enzyme (mol%) (Nelson) acid béo C - lipase sữa steapsin lipase tụy esterase bê chế phẩm esterase- pancreatin 4:00 13,9 10,7 14,4 35 15,85 6:00 2,1 2,9 2,1 2,5 3,6 8:00 1,8 1,5 1,4 1,3 3 10:00 3 3,7 3,3 3,1 5,5 12:00 2,7 4 3,8 5,1 4,4 14:00 7,7 10,7 10,1 13,2 8,5 16:00 21,6 21,6 24 15,9 19,3 18:1 và :2 29,2 24,3 25,5 14,2 21,1 18:00 10,5 13,4 9,7 3,2 10,1 Bảng 12: Sự giải phóng acid béo tự do từ chất béo sữa của 6 chế phẩm enzyme (3h, 35C) - Từ dữ liệu trên, ta thấy lipase tụy có xu hƣớng thủy phân acid béo phân tử lƣợng cao, trong khi lipase từ chủng Aspergillus thủy phân chủ yếu những acid béo mạch ngắn. - Achromobacter lipolyticum lipase giải phóng có chọn lựa một lƣợng lớn không cân đối acid béo C18 chƣa bão hòa từ chất béo sữa (Khan et al.). - Trong một hỗn hợp đẳng mol gồm tributyrin và tricaprylin, lipase từ Penicillium roqueforti và Aspergillus niger đều giải phóng ra acid butyric và caprylic, nhƣng với Penicillium roqueforti lipase, tỉ lệ là 3:1, trong khi với Aspergillus niger tỉ lệ lại là 1:4. (Shipe) - Những giống Candida lipolytica thủy phân acid butyric và caproic từ chất béo từ sữa; trong khi đó acid butyric, caproic và caprylic đƣợc tạo ra bởi những giống P.roqueforti và A.lipolyticum. Penicillium camembert lipase cũng giải phóng butyric và một vài acid béo dễ bay hơi khác. % tổng acid béo tự do (micro đƣơng lƣợng) butyric caproic caprylic capric lauric và cao hơn 1. hỗn hợp rennet thô từ dê con 32,8 11,3 7,1 11,8 33,6 2. hỗn hợp rennet đã tinh sạch từ bê 10,7 3,1 86,5 3. oral lipase từ bê 36,7 8,9 4,8 10,7 39 4. lipase tụy 8,4 2,1 89,1 5. Aspergillus lipase 43,1 18,9 20,2 17,5 6. lipase sữa 13,5 8,2 10,2 8,7 60 Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 20 - Từ đó ta thấy có sự giải phóng ƣu tiên dành cho butyrate khi hỗn hợp các trigliceride đƣợc thủy phân. - Theo Larwrence, đặc tính của vài loại lipase có nguồn gốc vi sinh phụ thuộc vị trí của acid béo trong triglyceride, chính bản thân acid béo và mức độ chƣa bão hòa của nó. Sự gia tăng hoạt tính enzyme phụ thuộc vào nồng độ của ammonium sulphate đƣợc sử dụng trong quá trình tinh sạch enzyme. Hoạt tính enzyme còn phụ thuộc vào pH. Những enzyme ngoại bào có nguồn gốc A. niger, Chromobacterium viscosum và loài Rhizophus thƣờng hoạt động ở vùng pH acid. Cofactor không cần thiết trong biểu lộ hoạt tính enzyme nhƣng vài cation hóa trị 2, nhƣ calcium, lại tăng cƣờng hoạt tính. Hoạt tính của lipase bị ức chế mạnh bởi Co2+, Ni2+, Hg2+ and Sn2+, và bị ức chế nhẹ bởi Zn2+, Mg2+, EDTA và SDS. - Với sự phát triển của kĩ thuật mới, nhiều chế phẩm lipase có nguồn gốc từ vi sinh vật đã đƣợc tạo ra, thay thế cho lipase từ nguồn động vật đang suy giảm, đáp ứng nhu cầu thực tế. o Lipase từ Aspergillus sp.: enzyme hoạt động tốt nhất ở pH = 5,6 và t = 25oC. Hai isozyme đƣợc tách từ A.niger có những tính chất nhƣ bảng 13: Bảng 13:Tính chất của hai lipase (là các isoenzyme) do Aspergillus niger sản xuất Tính chất Lipase I Lipase II Khối lƣợng phân tử (Da) pI pH tối ƣu Đặc điểm cơ chất Hg 2+ Iodoacetamide 31000 4.0 5 - 6 Acid béo mạch dài Không ảnh hƣởng Ức chế 19000 3.5 5 - 6 Acid béo mạch ngắn Khử hoạt tính Không ảnh hƣởng Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 21 Hình 7: Ảnh hƣởng của pH lên hoạt tính của lipase từ A.niger và R.delemar Hình 8: Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên hoạt tính của lipase từ A.niger (lipase AP[AM]) và Humicola lanuginosa[NO] Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 22 - Lipase từ Mucor.sp: Mucor Miehei sản xuất ra lipase có pH tối ƣu trong khoảng 7 đến 8,2. Nhiệt độ tối ƣu là 40oC.  Một vài chế phẩm lipase thƣơng mại: - CheeseMax ®-K o CheeseMax ®-K là lipase vi sinh vật từ Rhizopus oryzae o Hình thành các acid béo tƣơng tự nhƣ pregastric esterase, dùng thay thế cho pregastric esterase. o Dùng đƣợc cho thực phẩm chay. o pHotp=6.0 o totp= 45oC Hình 9: Biểu đồ so sánh hàm lƣợng acid béo tự do tạo thành khi sử dụng pregastric esterase và chế phẩm CheeseMax. - Enzeco® esterase / lipase: o Có nguồn gốc từ Mucor miehei, hoạt động chủ yếu là của esterase. o Thủy phân triglyceride tạo ra nhiều các acid béo mạch ngắn. 2. Protease: a. Rennet: - Theo Martin et al. (1981), có nhiều loại chế phẩm rennet dùng trong sản xuất phô mai. Một vài hỗn hợp chymosin tinh khiết với pepsin có nguồn gốc từ bò và rennet có nguồn gốc từ vi sinh vật đƣợc sử dụng bởi khả năng chịu nhiệt hơn chymosin có nguồn gốc từ động vật. Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 23 Hình 10: Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hoạt tính một vài chế phẩm rennet khi so sánh với rennet chiết xuất từ dạ dày bê. - Dạ dày bê là nguồn chymosin truyền thống nhƣng hiện nay nó ít đƣợc dùng và chymosin có nguồn gốc từ vi sinh vật cũng bị hạn chế sử dụng, bởi những loại này thƣờng tạo ra mùi vị bất lợi. Nhiều loại enzyme tái tổ hợp có mặt trên thị trƣờng với nhiều tên gọi khác nhau nhƣ Maxiren [GB], Chymogen [CH], CHY-Max [PF], Gist- Brocades [GB], Genencor [GR], Novo Nordisk [NO] và Pfizer [PF] là những sản phẩm hàng đầu trong lĩnh vực này. - Rennet từ nấm: Enzyme đƣợc sản xuất từ Mucor miehei, Mucor pusillus và Cryphonectria ( Endothia) parasitica. Rennilase®, Fromase®, Novren®, Marzyme®, Hannilase® và Suparen® là các chế phẩm enyme từ nấm đƣợc sử dụng rộng rãi để sản xuất các loại phô mai khác nhau. Quá trình phân giải protein của enzyme đông tụ từ nấm có phần khác biệt so với chymosin từ dạ dày bê, kết quả là hình thành nên vài đoạn peptide gây vị đắng cho quá trình ủ chín phô mai ( theo Harboe và Budtz, 1999).  Mucorpepsin: - M.pusillus và M.miehei là hai loài sản xuất ra protease có hoạt tính đông tụ sữa cao do hoạt tính phân cắt κ-casein có chọn lọc của chúng cùng với hoạt tính phân giải chậm protein ( Harboe và Budtz, 1999; Awad et al.,1999). Các enzyme này có khả năng chịu nhiệt cao nên chúng hạn chế đƣợc sử dụng nhƣ là tác nhân đông tụ sữa. Lý do là vì khả năng chịu nhiệt độ cao làm cho enzyme vẫn còn hoạt tính sau quá trình nấu khối đông, gây nên các vị lạ cho phô mai trong giai đoạn ủ ( Yamashita et al., 1994). Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 24 - Ngƣời ta sử dụng cả hai loài M.miehei và A.oryzae để sản xuất rennet cho sản phẩm phô mai ( Budtz và Heldt-Hansen,1998; Harboe và Kristensen,2000). Khi các chế phẩm này đƣợc xử lý tách các gốc đƣờng bằng endo-β-N-acetylglucosaminidase H thì hoạt tính đông tụ tăng lên đáng kể ( Harboe và Kristensen, 2000). - Hai biện pháp để giảm khả năng chịu nhiệt của rennet từ nấm ( Branner - Jorgensen, 1981; Branner-Jogensen et al.,1982): o Xử lý trong dung dịch chứa các tác nhân oxi hóa gồm dung dich chlorine o Acyl hóa với các dẫn xuất của carboxylic acid Lƣợng rennet sử dụng phụ thuộc vào loại phô mai và thời gian tạo khối đông mong muốn. VD: Liều lƣợng sử dụng rennet trong sản xuất phô mai Cheddar là 150ml/1000 lit sữa ở 31 o C. - Nhƣ mong đợi, rennet từ M.miehei hầu nhƣ giống hệt với rennet từ M.pusillus ( theo Tonouchi et al.,1986; Yang et al.,1997).  Endothiapepsin: - C.parasitica gây bệnh tàn lụi cho hạt dẻ có khả năng tổng hợp một loại protease, endothiapepsin, với tính chất đông tụ sữa nhƣ rennet ở dạ dày bê ( Awad et al., 1999). Do tính chịu nhiệt của enzyme này rất cao nên nó thích hợp sử dụng trong các loại sản phẩm phô mai Emmental và phô mai Ý. Ngoài ra, nó còn đƣợc sử dụng trong các loại phô mai khác nhƣ Cheddar, Swiss, Colby. Lƣợng chế phẩm enzyme C.parasitica cho vào có thể bằng hoặc hơn so với rennet từ động vật. Hãng DMS thƣơng mại hóa Endothiapepsin với tên Suparen®. - C.parasitica protease có hoạt tính phân giải protein cao hơn rennet từ dạ dày bê. Sự phân giải cả αs1-casein và β-casein diễn ra trong quá trình ủ phô mai Mozzarella và Cheddar (Yun et al.,1993). Hiệu quả thủy phân αs1-casein và β-casein có liên quan đến sự thay đổi tính chất của phô mai trong quá trình ủ . b. Peptidase:  Aspergili niger: - Sự phân giải protein có thể gây ra vị đắng cho phô mai do một vài liên kết peptide có vị đắng. Sử dụng exopeptidase có thể giảm đƣợc vị đắng. Hình 11: Ảnh hƣởng của mức độ thủy phân lên vị đắng - Aminopeptidase (exopeptidase) xuất phát từ Aspergili niger là sản phẩm của quá trình lên men. Những aminopeptidase này có lợi ích trong ngành công nghiệp thực phẩm, VD: chế phẩm enzyme cho phô mai hoặc bột nhào bánh mì Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 25 - 5 đến 500 phenyalanine - aminopeptidase (Phe-Ap) , tốt nhất là 15 đến 250 Phe - Ap trên 1000 lít sữa sẽ tăng vị, hƣơng , độ chắc và cấu trúc của phô mai trong giai đoạn đầu quá trình ủ chín phô mai. - Aminopeptidase phù hợp trong sản xuất các amino acid trong phô mai bán rắn. - Aminopeptidase giải phóng nhanh các amino acid, tăng nhanh số lƣợng các hợp chất tạo mùi phô mai.  Lactobacillus casei - Protease là một nhóm enzyme quan trọng có ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp. - Protease nội bào và hơn 10 peptidase (PepN, PepX, PepO, PepQ, PepW,…) của Lactobacillus casei giúp phát triển cấu trúc, hƣơng và vị mong muốn khi ủ chín phô mai. - Lactobacillus casei chủng casei LLG có hàm lƣợng enzyme nội bào và aminopeptidase cao (theo Arora and Lee, 1994; Habibi-Najafi and Lee, 1994), - Enzyme chiết xuất từ Lactobacillus casei chủng casei LLG có pHopt= 6.5 , topt = 37 o C. Hình 12: Ảnh hƣởng của pH lên hoạt tính protease nội bào Lactobacillus casei chủng casei LLG Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 26 Hình 13: Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên hoạt tính protease nội bào Lactobacillus casei chủng casei LLG.  Một vài chế phẩm enzyme thƣơng mại: - Enzeco® fungal protease concentrate: o Aspergillus oryzae 500.000 HUT / gram. o Bao gồm acid và proteases trung tính. Điều kiện cho protease nấm phân giải protein là: pH khoảng 3-6 với nhiệt độ tối ƣu lên đến 50oC. - Enzeco® fungal protease 400 o Aspergillus oryzae 400,000 HUT/gram. Chứa acid trung tính và một vài alkaline proteases. Chứa nhiều LAP (leucine aminopeptidase) và các peptidase bền trong acid nhƣ là GTG-ase, (glu-Tyr-Glu substrate) hơn là protease nấm. Có pH khoảng từ 5-11, pH tối ƣu từ 7-11, nhiệt độ lên tới 60oC. - enzeco® fungal protease 100: o Aspergillus oryzae, 100,000 HUT/gram. Chế phẩm protease nấm chứa nhiều LAP và GTG-ase lien quan đến hoạt động UHT. Phạm vi độ pH hiệu quả cho proteases endo và aminopeptidase leucine là 6,0-9,0. Nhiệt độ lên đến 60 độ C. - Enzeco® fungal acid protease o Aspergillus niger, 1100 MCU/mg. pHopt = 2.5 – 4.5. Hoạt động tốt khi endo hoạt động cùng với GTG-ASE. Không hoạt động ở nhiệt độ khoảng 65 độ C. - Enzeco® glutaminase adk o Bacillus subtilis, 100 glutaminase units/g.Đây là protease trung tính chứa nhiều glutaminase hoạt tính. Nó hoạt động tốt nhất khi liên kết với các exo protease khác( sản phẩm ENZECO® FUNGAL PROTEASE 400). pH tối ƣu là ổn định, nhiệt độ tối ƣu khoảng 50-60oC - Enzeco® neutral bacterial protease 160k o Protease bacteria trung tính có nguồn gốc từ B. subtilis. pH tối ƣu khoảng 6-8 và bị khử hoạt tính nhanh ở nhiệt độ trên 60oC. Đƣợc tiêu chuẩn hóa ở 160,000 PC/gram. Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 27 - Enzeco® neutral bacterial protease ba 170 o Đây là một protease kiềm lỏng trung tính phạm vi pH 6,0-9,5 và nhiệt độ tối ƣu khoảng 40-60 o C. Rất có hiệu quả khi thủy phân protein thực vật nhƣ gluten. - Enzeco® bromelain o Protease từ dứa (Ananas comosus), thủy phân có chọlọc trong điều kiện nhiệt độ và pH. - Enzeco® purified papain o Bột papain có nguồn gốc từ đu đủ, có khả năng hoạt động ở dạng bột hay dạng lỏng. - Liquipanol® o Chế phẩm papain dạng lỏng. - Enzeco® purified papain rs-600 o Bột papain có nguồn gốc từ đu đủ. Trong quá trình thu nhận không bổ sung sulfite. Hàm lƣợng sunfite thấp, tiêu chuẩn: 600TU/mg. Bảng 14: So sánh độ hoạt động của các chế phẩm enzyme ở các vùng pH khác nhau, đƣợc xác định bằng phƣơng pháp dùng Folin. Enzyme pH 3.0 pH 6.0 pH 8.0 Protease Conc. 100 85 10 Protease 400 50 100 100 Protease 100 30 95 120 V. SỬ DỤNG CHẾ PHÂM ENZYME TRONG SẢN XUẤT PHÔ MAI: A. Phô mai Italy: 1. Chế phẩm enzyme có nguồn gốc động vật: - Mùi vị trong phô mai Ý đƣợc phát triển phần lớn do hoạt động của các pregastric esterase có nguồn gốc động vật đƣợc thêm vào sữa trƣớc khi đông tụ. - Các nghiên cứu về hoạt tính phân giải lipid của các chế phẩm rennin dẫn đến sự phát triển chế phẩm pregastric enzyme sử dụng trong sản xuất pho mai loại này. - Những chế phẩm pregastric enzyme (có nguồn gốc từ những tuyến mô ăn đƣợc trên đầu và cổ của những con vật non) cho thấy sự ƣu tiên giải phóng acid béo mạch ngắn. Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 28 Bảng 15: hoạt động của pregastric esterase trên cơ chất là bovine milk fat.a nguồn gốc enzyme tổng acid rút ra đƣợc* loại acid béo (mol%) butyric caproic caprylic capric C4-C10 C12 &Cao hơn bê 61 40,8 11 8,6 8,7 69 31 dê con 54,5 50 18,6 8,4 7,8 84,7 15,3 cừ con 57,8 44,8 17,6 8,3 7,7 78,2 21,8 thành phần acid béo, 9,4** 3,7 1,5 3,2 17,8 82,2 bovine milk triglyceride a từ Farmham et al. *ml.01 NaOH/g fat **có thể 10,4 mol% - Với các tỉ lệ aicd béo khác nhau nhƣ thế, ta thấy mỗi loại esterase tạo ra ảnh hƣởng mùi vị riêng khi đƣợc sử dụng trong sản xuất phô mai Ý. Bảng 16: Thành phần acid béo trong phô mai Provolone với các nguồn chế phẩm enzyme khác nhaua thành phần acid béo (mg/g chất khô phô mai) mẫu chế phẩm enzyme mùi vị* acetic propionic butyric 1 Calf rennet paste tinh sạch nhƣ Cheddar, CF-0 0,16 0,09 0,18 2 Calf rennet paste tinh sạch dịu, acid, CF-1 0,19 0,22 1,05 3 glandular calf enzyme tốt, CF-2 0,16 0,13 1,3 4 kid rennet enzyme tốt, CF-2 0,19 0,16 2,5 5 kid glandular enzyme hơi cay, CF-3 0,13 0,21 3,1 6 kid rennet paste gắt, CF-3 0,22 0,2 2,8 aHarper và Long *CF= cƣờng độ của mùi vị phô mai Provolone đặc trƣng, none=CF-0, max=CF-4 - Từ dữ liệu trên, nhận thấy rằng các chế phẩm calf rennet paste và calf glandular enzyme nói chung cho mùi vị phô mai Provolonne dịu hơn, trong khi đó phô mai đƣợc làm từ kid rennet paste hay kid glandular enzyme có vị mạnh hơn và hàm lƣợng acid butyric cũng cao hơn. 2. Chế phẩm enzyme có nguồn gốc vi sinh vật: - Ngày nay, sản xuất phô mai Ý ngoài việc sử dụng các pregastric esterase truyền thống, còn thƣờng đƣợc bổ sung thêm lipase từ sữa, lipase và esterase từ vi sinh vật. Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 29 Tác động qua lại phức tạp này đã ảnh hƣởng đến hƣơng vị của phô mai Ý. Phô mai Fontina và Romano có thể đƣợc sản xuất thành công khi sử dụng chế phẩm estersase từ Mucor miebei. - Các enzyme này ƣu tiên thủy phân acid béo ở vị trí 1,3 của nhóm glycerol. Những acid béo mạch ngắn dễ bay hơi góp phần quan trọng vào sự phát triển mùi vị của phô mai. a. pH: - Esterase của Mucor miebei có pH tối ƣu là 7,0 trên cơ chất tributyrin. Ở pH 5,3 (xấp xỉ bằng pH của quá trình chín phô mai Ý), hoạt tính của enzyme đạt 84%. Hình 14 : ảnh hƣởng của pH đến hoạt động của esterase Mucor miebei - Enzyme này ổn định ở khoảng pH rộng. Ở nhiệt phòng, tính ổn định đƣợc duy trì ở pH từ 4.0 đến 10 trong 4 giờ, hoạt tính enzyme giảm nhẹ trong khoảng pH từ 6-7. Ở pH dƣới 4.0 hoặc trên 10.0 thì hoạt tính của enzyme giảm nhanh. Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 30 Hình 15 : ảnh hƣởng của pH lên sự ổn định của esterase Mucor miebei ở 25oC. b. Nhiệt độ: Hình 16: ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hoạt động của esterase Mucor miebei - Từ đồ thị trên cho thấy nhiệt độ tối ƣu của enzyme này là khoảng 50oC. Ở nhiệt độ trên 50 o C, hoạt động của enzyme giảm nhanh. Ở nhiệt độ thấp hơn thì hoạt tính giảm dần. - Enzyme ủ ở pH 5.3 trong 4h cho thấy hoạt động của enzyme giảm dần khi tăng nhiệt độ lên tới 55oC. Ở nhiệt độ trên 55oC hoạt động của enzyme giảm thấy rõ. Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 31 Hình 17: ảnh hƣởng của nhiệt độ lên sự ổn định của esterase Mucor miebei ở pH 5.3 B. Phô mai Cheddar: - Quá trình ủ (“làm chín”) dƣới sự điều khiển nhiệt độ là quá trình quan trọng trong sự hình thành mùi vị và cấu trúc mong muốn cho phô mai Cheddar. Thời gian ủ ngắn, ta có phô mai Cheddar mềm.Thời gian ủ dài hơn ta có các loại phô mai “trung bình”, “già” và “rất già”. Thời gian càng dài, cảm giác mạnh về mùi vị càng tăng, càng tạo ra phô mai có giá trị cao. - Việc sản xuất phô mai Cheddar với số lƣợng lớn gặp phải vài vấn đề. Đó là tuy phô mai “già” và “rất già” có giá trị cao trên thị trƣờng nhƣng chi phí sản xuất rất cao cùng với thời gian quá dài (có thể phải chứa đựng ở nhiệt độ 10oC trong 3 năm) gây khó khăn cho việc sản xuất đại trà. Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 32 Bảng 17: các phương pháp thúc đẩy quá trình chín của phô mai Phƣơng pháp Ƣu điểm Nhƣợc điểm 1.Tăng nhiệt độ 2.Bổ sung enzyme 3.Điều chỉnh giống lên men 4.Khối đông phô mai Đơn giản, dễ thực hiện Giá thành thấp, tác dụng rõ ràng, có thể lựa chọn cách tạo mùi vị cho phô mai Hệ enzyme tự nhiên đƣợc giữ lại, dễ kết hợp Phát triển mùi vị rất nhanh, dùng để nghiên cứu enzyme mới. Ảnh hƣởng không rõ, tăng khả năng hƣ hỏng do vi sinh vật. Nguồn enzyme bị giới hạn, ảnh hƣởng không tốt nếu over-rippening, khó kết hợp với nhau Công nghệ phức tạp, không có tính kinh tế Không dùng để tăng mùi vị cho phô mai cứng. - Thời gian làm chín không thể giảm xuống bằng cách tăng nhiệt độ ủ vì có thể dẫn đến những khiếm khuyết về mùi vị cũng nhƣ gây ra nguy cơ hƣ hỏng của phô mai. Vì thế việc nghiên cứu bổ sung enzyme để thúc đẩy quá trình chín nhƣng vẫn đảm bảo sự phát triển đầy đủ mùi vị là vô cùng cấp thiết. - Có thể sử dụng lipase từ động vật hay từ vi sinh vật hoặc cả hai. Lipase từ vi sinh vật xuất phát từ nấm mốc nhƣ Aspergilli ssp., dù những giống khác nhƣ Penicillium ssp., Rhizopus ssp. cũng có thể đƣợc sử dụng. - Protease trung tính cũng bắt nguồn từ nấm mốc nhƣ Aspergillus ssp., dù những giống khác nhƣ - Mucor ssp., Penicillum ssp., Rhizopus ssp., Streptomyces ssp. vẫn đƣợc sử dụng. - Peptidase đôi khi cũng đƣợc thêm vào, có nguồn gốc từ Aspergilli ssp., Streptomyces ssp., Pencillum ssp., hay Rhizopus ssp. - Các thông số công nghệ: o Lƣợng hỗn hợp enzyme thêm vào đủ để giảm đáng kể thời gian ủ xuống còn khoảng 1 tháng. Lipase: 2 – 20g/100kg khối đông. Protease: 5 – 50g/100kg khối đông. Công nghệ chế biến đồ uống&sữa 33 Peptidase (nếu có): hỗn hợp peptidase cùng với protease nên đƣợc sử dụng ở 5 – 50g/100kg khối đông. o Ngoài ra, hỗn hợp enzyme còn có thể đƣợc trộn với muối, thích hợp cho qui trình sản xuất phô mai có hƣơng vị cao trong thời gian ngắn. Tỉ lệ theo khối lƣợng: 1 – 4% lipase, 2 – 8% protease và 97 – 88% NaCl. Nếu sử dụng peptidase, hàm lƣợng của nó và protease trong khoảng 2 – 8% hỗn hợp enzyme-muối. o Hỗn hợp đƣợc thêm vào khối đông sau khi khối đông đƣợc nghiền và trƣớc khi nó đƣợc đúc trong khuôn. o pH: 4,9 – 5,2, tự điều chỉnh. o Nhiệt độ: 10oC – 25oC