Các phương pháp thủy phân Protein trong Công nghệ thực phẩm

Các phương pháp thủy phân protein trong công nghệ thực phẩm bao gồm: thủy phân bằng hóa học (acid, kiềm), thủy phân bằng sinh học (enzyme, vi sinh) và thủy phân kết hợp.

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.

Các phương pháp thủy phân protein trong công nghệ thực phẩm bao gồm: thủy phân bằng hóa học (acid, kiềm), thủy phân bằng sinh học

Bản chất của quá trình thủy phân protein
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. 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)
Trong sản xuất thực phẩm, thường dùng phương pháp thủy phân bằng acid hay enzyme hay kết hợp chứ không dùng kiềm. Bởi vì, khi sử dụng 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 protein được ứng dụng rộng rãi vào các quá trình sản xuất thực phẩm như sản xuất nước tương, các sản phẩm lên men.

Một số phương pháp thủy phân protein trong công nghệ sản xuất nước chấm hiện nay
Hiện nay, các phương pháp công nghệ để sản xuất nước chấm gồm: phương pháp hóa học, phương pháp hóa sinh học (vi sinh, enzyme).

Phương pháp hóa học
Đây là phương pháp thủy phân protein dưới xúc tác của acid mạnh (HCl, H2SO4) hay kiềm mạnh (NaOH) ở nhiệt độ cao để cắt đứt các liên kết peptide. Quá trình này cắt đứt tất cả các liên kết peptide trong protein cơ chất, đồng thời phá hủy một số acid amine.

+ Phương pháp acid

Dùng HCl ở nồng độ 6 – 10N, nhiệt độ (100 – 180oC), thời gian thủy phân từ 24 – 48 giờ. Sau quá trình thủy phân, dung dịch được trung hòa đến pH về 6,5 – 7.

Do sử dụng acid nồng độ cao và nhiệt độ thủy phân cao nên một số acid amine bị phá hủy. Tryptophan bị phá hủy hoàn toàn, các acid amine như serine và threonine bị phá hủy một phần. Asparagine, glutamine bị chuyển thành dạng acid, hầu hết các vitamin bị phá hủy.

Bên cạnh đó, muối được hình thành trong quá trình trung hòa nên kết quả là sản phẩm có hàm lượng muối đáng kể. Ngoài ra, chi phí năng lượng và thiết bị cao do phải chịu nhiệt và chống acid ăn mòn, bên cạnh đó,mức độ độc hại cao và gây ô nhiễm môi trường, có thể sinh ra độc tố 3-MCPD, 1,3-DCP. Thực tế, phương pháp này được sử dụng nhiều vì thời gian thủy phân nhanh, hiệu suất cao từ 85 – 90%, mùi vị sản phẩm ngọt và thơm ngon. Sau đây là qui trình sản xuất nước tương theo phương pháp acid.

+ Phương pháp kiềm

Sử dụng NaOH nồng độ từ 4 – 8N, nhiệt độ 100 – 110oC, thời gian 24 – 48 giờ. Đối với phương pháp này, tryptophan được bảo toàn nhưng xảy ra hiện tượng racemic hóa làm giảm giá trị dinh dưỡng, tạo lysineolanine làm giảm lysine trong thành phần nên phương pháp này ít sử dụng trong công nghiệp.

Phương pháp hóa sinh học
+ Phương pháp vi sinh

Đây là quá trình thủy phân protein nhờ xúc tác enzyme từ vi sinh vật. Các enzyme này có thể được tạo ra từ việc nuôi cấy vi sinh vật trong môi trường riêng sau đó được đưa vào nguyên liệu giàu đạm như trong sản xuất nước tương hoặc tận dụng các enzyme có sẵn trong nguyên liệu ban đầu như sản xuất nước mắm. Thành phần thu được trong dung dịch bao gồm cả protein, pepton, peptide và acid amine.

Phương pháp này có hiệu suất thủy phân thấp, thời gian thủy phân kéo dài (thường 3 – 6 tháng).

+ Phương pháp enzyme

Đây là phương pháp thủy phân protein trong điều kiện ôn hòa không yêu cầu nhiệt độ cao (thường 40 – 50oC). Sử dụng nguồn enzyme từ các chế phẩm enzyme thương mại, có thể kết hợp nhiều loại enzyme với nhau để tăng hiệu suất thủy phân như: protease, cellulase, amylase. Phương pháp này hạn chế sử dụng hóa chất nên ít làm biến đổi acid amine, sản phẩm an toàn và giá trị dinh dưỡng không giảm nhiều, hiệu suất tối đa đạt 70%. Không giống như phương pháp acid, enzyme thủy phân liên kết peptide thường có tính đặc hiệu. Ví dụ: papain sẽ cắt liên kết peptide trong chuỗi gần kề với arginine, lysine và phenylalanine; pepsin cắt các chuỗi có phenylalanine hoặc leucine tham gia liên kết.

Trong phương pháp này, enzyme protease đóng vai trò thủy phân chính. Chúng phân cắt các liên kết peptide theo hai cách (exopeptidase và endopeptidase). Vì vậy, tùy theo yêu cầu sản phẩm cuối cùng, mà có thể lựa chọn enzyme phù hợp.

Phương pháp kết hợp
Để khắc phục nhược điểm của phương pháp hóa học và phương pháp enzyme đồng thời bổ sung ưu điểm cho nhau người ta thường kết hợp hai phương pháp này với nhau. Có thể thủy phân enzyme trước rồi thủy phân bằng acid hay ngược lại. Việc kết hợp này giảm thiểu sử dụng hóa chất độc hại, giảm ô nhiễm môi trường, rút ngắn thời gian sản xuất.