Bài giảng Các phản ứng cơ bản và biến đổi của thực phẩm trong quá trình công nghệ

CÁC PHẢN ỨNG CƠ BẢN VÀ BIẾN ĐỔI CỦA THỰC PHẨM TRONG QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ PGS.TS. TRẦN THỊ LUYẾN CHƯƠNG 1 QUÁ TRÌNH THUỶ PHÂN (HYDROLYSIS) TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 1.1.1. Bản chất của quá trình thuỷ phân Quá trình thuỷ phân là quá trình phân cắt một số liên kết nhị dương (dispositive bonds) trong hợp chất hữu cơ thành các thành phần đơn phân dưới tác dụng của các chất xúc tác và có sự tham gia của nước trong phản ứng. 1. BẢN CHẤT VÀ VAI TRÒ CỦA PHẢN ỨNG THUỶ PHÂN TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM a. Phản ứng thuỷ phân là yếu tố mở đầu cho phản ứng thối rữa protein.. 1.1.2. Vai trò của phản ứng thuỷ phân trong công nghệ thực phẩm Phản ứng thuỷ phân làm thay đổi chất lượng thực phẩm 2. Phản ứng thuỷ phân là yếu tố mở đầu cho nhiều quá trình hoá học khác trong chế biến và bảo quản thực phẩm b. Phản ứng thuỷ phân là yếu tố mở đầu tạo cơ chất cho phản ứng oxy hoá Các chất dinh dưỡng Vi sinh vật Sản phẩm lên men c. Phản ứng thuỷ phân là yếu tố mở đầu cho các quá trình lên men * Phản ứng thuỷ phân là yếu tố mở đầu cho việc hình thành mùi vị, màu sắc của nước mắm Vi sinh vật gây hương d. Phản ứng thuỷ phân là yếu tố mở đầu cho việc hình thành mùi vị đặc trưng cho sản phẩm * Phản ứng thuỷ phân là yếu tố mở đầu cho việc hình thành mùi vị đặc trưng cho thực phẩm khi gia công chế biến nhiệt Trong công nghệ sản xuất malt cho lên men bia e. Phản ứng thuỷ phân có vai trò làm thay đổi cấu trúc và trạng thái thực phẩm 2. CƠ CHẤT VÀ CHẤT XÚC TÁC CỦA PHẢN ỨNG THUỶ PHÂN 1.2.1. Cơ chất trong phản ứng thuỷ phân 1. Liên kết nhị dương trong cơ chất bị thuỷ phân Theo Bernard Pullman và Allberte Pullman, đặc điểm chung của các chất bị thuỷ phân là có chứa “liên kết bị thuỷ phân” do nguyên tử tích điện dương tạo nên, người ta gọi đó là “liên kết nhị dương” (dipositive bond). Ví dụ: liên kết trong phân tử protein là một liên kết nhị dương Liên kết này do các điện tử  định vị của liên kết đơn và một hệ thống điện tử  linh động tạo nên, hệ thống điện tử bao gồm 4 điện tử trong đó có 2 điện tử của nối kép C = O và 2 điện tử của cặp không chia trong phân tử nitơ, bốn điện tử này tạo thành một hệ thống cộng hưởng và theo qui tắc chung. Khi ở nguyên tử dị mạch nằm kề liền với nối kép sẽ phải có cặp điện tử không chia từ nguyên tử dị mạch tới nguyên tử cuối cùng của nối kép. Như vậy phân bố điện tích trong liên kết peptide sẽ là: với Khi đó N và C đều tích điện dương và có thể biểu diễn phần điện tích đó bằng  như sau: Bằng phương pháp quỹ đạo phân tử, người ta đã xác định được giá trị của các  như sau: 2. Các liên kết nhị dương thường gặp Liên kết peptide Liên kết este Este của cacboxylic Este của phosphoric Este của hợp chất giầu năng lượng ATP Este của acid sulfuric Liên kết glucozide Trong đó: x: Lượng cơ chất được thuỷ phân trong thời gian  a: Lượng cơ chất ban đầu k: Hằng số tốc độ phản ứng thuỷ phân Trong đó: : Hoạt độ của chất xúc tác vô cơ N: Nồng độ đương lượng tác nhân : Tính chất của cơ chất thuỷ phân t0: Nhiệt độ của phản ứng : Thời gian phản ứng m: Hệ số modul b. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ thuỷ phân bằng xúc tác vô cơ Tốc độ phản ứng thuỷ phân khi có xúc tác vô cơ được tính theo công thức 1.2.2. Tác nhân và cơ chế trong phản ứng thuỷ phân 1. Tác nhân vô cơ (Inorganic catalyser) a. Khái quát chung về tác nhân vô cơ Các yếu tố ảnh hưởng đến hằng số tố độ phản ứng Ảnh hưởng của hoạt độ xúc tác () đến hằng số phản ứng Ảnh hưởng của chất xúc tác và nồng độ chất xúc tác Ảnh hưởng của cơ chất thuỷ phân Ảnh hưởng của nhiệt độ Ảnh hưởng của thời gian thủy phân Ảnh hưởng của modul 2. Xúc tác sinh học (biocatalyser) a. Đặc điểm của xúc tác enzyme Tính đặc hiệu cao Điều kiện nhẹ nhàng (thường ở nhiệt độ thường) Dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường, pH, t0, kim loại nặng, nồng độ enzyme [E], nồng độ cơ chất [S], chất hoạt hóa (effector) và chất ức chế (inhibitor) Hoạt lực của enzyme được xác định giá trị hoạt động của nó Mỗi enzyme yêu cầu có những điều kiện hoạt động riêng b. Cơ sở lý thuyết về tác dụng của enzyme thuỷ phân vào liên kết nhị dương (liên kết thủy phân) Đa số enzyme thuỷ phân (hydrolase) không có nhóm ngoại. Trong trung tâm hoạt động của chúng chứa các gốc acid amin đặc hiệu. Đối với hydrolase thường chứa hai nhóm chức. Ví dụ: + Nhóm imidazol của histidin + Nhóm hydroxyl (một số acid amin: serin, treonin…) c. Cơ chế tác dụng của enzyme hydrolase lên cơ chất bị thuỷ phân. Về mặt tổng quát, cơ chế tác dụng của enzyme hydrolase cũng theo cơ chế chung sau: E– + S+ ES P + E Trong đó: E: Enzyme S: Cơ chất ES: Phức hợp của enzyme-cơ chất P: Sản phẩm Giai đoạn đầu có sự hình thành phức hợp trung gian ES, sự tạo thành phức hợp này có thể theo hai kiểu sau: Kiểu cơ chế thứ nhất: là kiểu hình thành đơn giản, tâm ái nhân (–) của enzyme tương tác nhanh với một trong hai nguyên tử tích điện dương của liên kêt nhị dương (dipositive bond). Sau khi tương tác sẽ làm thay đổi mật độ electron (e) và làm suy yếu liên kết nhị dương tạo điều kiện cắt đứt liên kết. Các nhà nghiên cứu cho rằng kiểu cơ chế này xảy ra khi tâm ái nhân của enzyme mạnh và sự khuyết điện tử của liên kết nhị dương lớn. Kiểu cơ chế thứ hai: lúc đầu các nguyên tử khuyết điện tử trong liên kết nhị dương chưa thể đính trực tiếp vào tâm ái nhân của trung tâm hoạt động của enzyme mà cơ chất gắn vào tâm ái nhân bằng một phản ứng hóa học nào đó giữa tâm ái nhân ở trung tâm hoạt động enzyme với một nhóm hóa học ở vị trí gần kề với liên kết nhị dương trong cơ chất. Dưới ảnh hưởng của trung tâm hoạt động của enzyme sẽ dần dần làm tăng mức độ khuyết điện tử vốn đã tồn tại trước đó, bằng cách tạo liên kết tương ứng với cơ chất ở những vị trí gần gũi với liên kết nhị dương. Nhờ vậy, làm cho sự phân bố điện tử trong phân tử cơ chất bị thay đổi theo chiều hướng cần thiết, khiến cho liên kết nhị dương được tăng cường và có thể tương tác với các tác nhân ái nhân của trung tâm hoạt động của enzyme và tiến hành làm yếu liên kết và tiến đến liên kết bị thuỷ phân khi có yếu tố nước tham gia. Ta có thể tham khảo cơ chế tác dụng của enzyme colinesterase thuỷ phân Acetylcolin ở hình dưới đây. Hình 1. Cơ chế tương tác của cholinesterase trên cơ chất Acetylcolin Các yếu tố điều chỉnh phản ứng thuỷ phân. Nước: Nhiệt độ: pH của môi trường: d. Một số đặc điểm của phản ứng thuỷ phân bởi enzyme Thứ bậc của phản ứng Một số ưu nhược điểm khi thuỷ phân bằng enzyme. Ưu điểm: - Không tạo ra sản phẩm phụ do enzyme có tính đặc hiệu cao. - Điều kiện thuỷ phân nhẹ nhàng (nhiệt độ thấp) do đó ít ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. - Điều chỉnh mặt hàng theo ý muốn, tiêu tốn ít năng lượng. Nhược điểm - Thời gian thuỷ phân dài dẫn đến chu kỳ sản xuất kéo dài. - Muốn có hiệu quả cao phải có chế phẩm enzyme tinh khiết. - Khó lọc hơn thuỷ phân bằng acid, do đó cần phải nâng cao nhiệt độ để lọc, có thể khắc phục nhược điểm này bằng cách thuỷ phân bằng enzyme acid. 1.2.3. Quá trình tự phân (autolysis) 1. Khái niệm chung 2. Động học quá trình tự phân giải (Kinetics autolysis process) CHƯƠNG II PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 2.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 2.2. VAI TRÒ CỦA PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ VÀ Ý NGHĨA CỦA CHÚNG TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 2.3. PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 2.3.1. Phản ứng oxy hóa khử sinh học trong quá trình lên men 2.3.2. Phản ứng oxy hoá khử khi bảo quản và chế biến sản phẩm giàu lipit 2.3.3. Các phản ứng oxy hoá khử xảy ra khi bảo quản và chế biến sản phẩm giàu glucid 2.2. VAI TRÒ CỦA PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ VÀ Ý NGHĨA CỦA CHÚNG TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Nhiều phản ứng oxy hóa khử có tác dụng làm tăng chất lượng thực phẩm Một số quá trình oxy hóa khử làm giảm chất lượng thực phẩm Ý nghĩa của việc nghiên cứu phản ứng oxy hóa khử trong sản xuất thực phẩm. 2.3. PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 2.3.1. Phản ứng oxy hóa khử sinh học trong quá trình lên men Bản chất của quá trình lên men là quá trình oxy hóa khử, nhờ quá trình oxy hóa khử mà cơ chất đã được chuyển hóa thành sản phẩm lên men. Các phản ứng chuyển hóa đó được thực hiện trong tế bào vi sinh vật dưới tác dụng của enzyme của vi sinh vật Khi nghiên cứu về các phản ứng chuyển hóa trong tế bào vi sinh vật để biến đổi cơ chất thành sản phẩm lên men cho thấy luôn xảy ra quá trình tách và vận chuyển proton 2H+ và 2 điện tử (2e) qua enzyme dehydrogenase có coenzyme là NAD hoặc NADP. Sau đó 2H+ và 2e được chuyển đến cho hợp chất hữu cơ trung gian để thực hiện quá trình khử chúng và tạo thành sản phẩm lên men. Ví dụ 1: Quá trình tạo thành ethanol trong tế bào nấm men có thể khái quát theo sơ đồ là một quá trình oxy hoá khử. Ví dụ 2: Quá trình tạo thành acid lactic trong tế bào vi khuẩn lactic là một quá trình oxy hoá khử. Ví dụ 3. Quá trình lên men sản xuất bột ngọt cũng là một quá trình oxy hoá khử Quá trình biến đổi từ -xetoglutaric thành glutamic Ví dụ 3. Quá trình lên men sản xuất bột ngọt cũng là một quá trình oxy hoá khử Ví dụ 4: Quá trình lên men sinh khối tổng hợp acid amin của vi sinh vật là một quá trình oxy hoá khử theo sơ đồ sau Cơ chế cụ thể: 2.3.2. Phản ứng oxy hoá khử khi bảo quản và chế biến sản phẩm giàu lipit a. Oxy hoá do xúc tác của lipoxydase 1. Cơ chế oxy hoá lipit có enzyme tham gia Chất xúc tác cho quá trình này là lipoxydase. Lipoxydase thường là xúc tác oxy hoá mạnh các acid béo không no (có 2, 3 nối đôi trở lên) thành peroxit và hydroperoxit. Lipoxydase có 881 gốc acid amin, phần protein enzyme là globulin. Cơ chế tác dụng của lipoxydase cho đến nay chưa được xác định rõ hoàn toàn. Một số tác giả cho rằng sự oxy hoá chất béo bằng enzyme cũng tương tự sự oxy hoá cơ chế phản ứng mạch. Lipoxydase phản ứng với O2 tạo thành phân tử peroxit và chuyển oxy hoạt động sang phân tử acid béo. Sau đó nguyên tử H từ nhóm metylen (–CH2–) được chuyển ra vị trí O2 (do vai trò của lipoxydase xúc tác mào đầu) tiếp diễn theo cơ chế phản ứng mạch không có sự tham gia của enzyme, giả thuyết này chưa được nhiều người ủng hộ. Theo Tappel Bower mỗi phân tử acid béo đều bị oxy hoá trực tiếp dưới tác dụng của lipoxydase theo cơ chế: Tạo phức chất ban đầu: Enzyme – cơ chất – O2. Sau đó hình thành gốc đôi do hydro được chuyển từ acid béo đến O2. Gốc đôi tạo sự luân hợp và cùng bị phân giải cho hydroperoxxit và giải phóng lipoxydase tự do. b. Oxy hoá kiểu β oxy hoá Hình 6. Sơ đồ oxy hoá acid béo kiểu  c. Kiểu α oxy hoá acid béo Hình 7. Sơ đồ oxy hoá acid béo kiểu α 2. Phản ứng oxy hoá chất béo phi enzyme (tự ôi hoá) Thời kì phát sinh: Thời kì phát triển: R* + O2 RO2 (6) RO2 + RH ROOH + R* (7) ROOH RO* + OH* (8) 2ROOH RO2* + RO* + H2O (9) ROOH + RH RO* + R* + H2O (10) RO* (Alcocxyl) * Cơ chế của quá trình ôi hoá hoá học. Từ Alcocxyl có thể biến đổi tiếp tạo thành rượu, ketone, aldehyd… - Acocxyl tương tác với phân tử lipit mới tạo thành rượu + gốc tự do mới - Acocxyl tương tác với nhau tạo thành rượu, keton - Tương tác của gốc Alcocxyl với gốc alkil hoặc hoặc hoặc tương tác với giữa gốc alkyl với một hydropeoxit cũng tạo ra keton - Sự oxy hoá các xêton cũng có thể cho ra các aldehyd và acid - Trong quá trình oxy hoá còn tạo thành các phản ứng trùng hợp cao phân tử hoặc Thời kỳ kết thúc: R + R* → R + R* → R + R* → Sản phẩm cao phân tử * Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ oxy hoá phi enzyme Các yếu tố kích thích quá trình ôi hoá hoá học: Ảnh hưởng của hàm lượng acid béo tự do Ảnh hưởng của oxy Ảnh hưởng của nhiệt độ Ảnh hưởng của trạng thái lipit Ảnh hưởng của ion kim loại giao chuyển Ảnh hưởng của năng lượng mặt trời và tia ion Ảnh hưởng của nước Ảnh hưởng của các yếu tố kìm hãm Kìm hãm sự oxy hoá bằng cách làm đứt mạch oxy hoá. Kìm hãm oxy hoá bằng cách làm giảm tốc độ phát triển mạch Kìm hãm phản ứng oxy hoá bằng cách vô hoạt các hợp chất chứa kim loại có hoạt động xúc tác Kìm hàm phản ứng bằng chất hiệp trợ Tác hại của sản phẩm oxy hoá Sản phẩm oxy hoá thường làm vô hoạt enzyme, đặc biệt hệ enzyme tiêu hoá. Sản phẩm oxy hoá lipit có khả năng phản ứng cao với protein tạo thành hợp chất bền vững, không tan trong nước cũng như trong dung môi hữu cơ và cũng không bị thuỷ phân bởi enzyme. Kìm hãm sự oxy hoá bằng cách làm đứt mạch oxy hoá. Có thể giảm tốc độ phản ứng này theo chiều hướng đưa vào phản ứng chất chống oxy hoá InH, có mức năng lượng liên kết nhỏ, có khả năng dễ dàng xảy ra phản ứng với RO2 hơn, khi đó: RO2 + InH → ROOH + In* Gốc In* là gốc kém hoạt động, không thể tương tác với phân tử lipit. Sau đó gốc In sẽ bị vô hoạt bởi tổ hợp. RO2 + InH → ROOH + In* In* + In* → In – In RO* + In → ROOIn Các chất chống oxy hoá có thể là những chất có bản chất phenol hoặc amin. * Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ oxy hoá phi enzyme Các yếu tố kích thích quá trình ôi hoá hoá học: Ảnh hưởng của hàm lượng acid béo tự do Ảnh hưởng của oxy Ảnh hưởng của nhiệt độ Ảnh hưởng của trạng thái lipit Ảnh hưởng của ion kim loại giao chuyển Ảnh hưởng của năng lượng mặt trời và tia ion Ảnh hưởng của nước Ảnh hưởng của các yếu tố kìm hãm Kìm hãm sự oxy hoá bằng cách làm đứt mạch oxy hoá. Kìm hãm oxy hoá bằng cách làm giảm tốc độ phát triển mạch Kìm hãm phản ứng oxy hoá bằng cách vô hoạt các hợp chất chứa kim loại có hoạt động xúc tác Kìm hàm phản ứng bằng chất hiệp trợ Tác hại của sản phẩm oxy hoá Sản phẩm oxy hoá thường làm vô hoạt enzyme, đặc biệt hệ enzyme tiêu hoá. Sản phẩm oxy hoá lipit có khả năng phản ứng cao với protein tạo thành hợp chất bền vững, không tan trong nước cũng như trong dung môi hữu cơ và cũng không bị thuỷ phân bởi enzyme. Kìm hãm oxy hoá bằng cách làm giảm tốc độ phát triển mạch Ví dụ: sulfua có khả năng phá huỷ hydroperoxit ROOH + R1SR2 → ROH + R1SOR2 ROOH + R1SOR2 → ROH + R1SO2R2 Tiuram (hợp chất sulfua) có khả năng phản ứng kiểu này * Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ oxy hoá phi enzyme Các yếu tố kích thích quá trình ôi hoá hoá học: Ảnh hưởng của hàm lượng acid béo tự do Ảnh hưởng của oxy Ảnh hưởng của nhiệt độ Ảnh hưởng của trạng thái lipit Ảnh hưởng của ion kim loại giao chuyển Ảnh hưởng của năng lượng mặt trời và tia ion Ảnh hưởng của nước Ảnh hưởng của các yếu tố kìm hãm Kìm hãm sự oxy hoá bằng cách làm đứt mạch oxy hoá. Kìm hãm oxy hoá bằng cách làm giảm tốc độ phát triển mạch Kìm hãm phản ứng oxy hoá bằng cách vô hoạt các hợp chất chứa kim loại có hoạt động xúc tác Kìm hàm phản ứng bằng chất hiệp trợ Tác hại của sản phẩm oxy hoá Sản phẩm oxy hoá thường làm vô hoạt enzyme, đặc biệt hệ enzyme tiêu hoá. Sản phẩm oxy hoá lipit có khả năng phản ứng cao với protein tạo thành hợp chất bền vững, không tan trong nước cũng như trong dung môi hữu cơ và cũng không bị thuỷ phân bởi enzyme. Kìm hãm phản ứng oxy hoá bằng cách vô hoạt các hợp chất chứa kim loại có hoạt động xúc tác Các ion kim loại giao chuyển là yếu tố xúc tiến quá trình oxy hoá trong các phản ứng: Fe2+ + ROOH → Fe3+ + RO* + OH* Fe3+ + ROOH → Fe2+ + RO2* + H* Vì vậy có thể chọn các chất có khả năng tạo phức với kim loại qua đó loại trừ được khả năng chuyển hoá trị của kim loại. Các chất chống oxy hoá dạng này như acid citric, acid malic, acid fitinic… * Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ oxy hoá phi enzyme Các yếu tố kích thích quá trình ôi hoá hoá học: Ảnh hưởng của hàm lượng acid béo tự do Ảnh hưởng của oxy Ảnh hưởng của nhiệt độ Ảnh hưởng của trạng thái lipit Ảnh hưởng của ion kim loại giao chuyển Ảnh hưởng của năng lượng mặt trời và tia ion Ảnh hưởng của nước Ảnh hưởng của các yếu tố kìm hãm Kìm hãm sự oxy hoá bằng cách làm đứt mạch oxy hoá. Kìm hãm oxy hoá bằng cách làm giảm tốc độ phát triển mạch Kìm hãm phản ứng oxy hoá bằng cách vô hoạt các hợp chất chứa kim loại có hoạt động xúc tác Kìm hàm phản ứng bằng chất hiệp trợ Tác hại của sản phẩm oxy hoá Sản phẩm oxy hoá thường làm vô hoạt enzyme, đặc biệt hệ enzyme tiêu hoá. Sản phẩm oxy hoá lipit có khả năng phản ứng cao với protein tạo thành hợp chất bền vững, không tan trong nước cũng như trong dung môi hữu cơ và cũng không bị thuỷ phân bởi enzyme. Kìm hàm phản ứng bằng chất hiệp trợ * Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ oxy hoá phi enzyme Các yếu tố kích thích quá trình ôi hoá hoá học: Ảnh hưởng của hàm lượng acid béo tự do Ảnh hưởng của oxy Ảnh hưởng của nhiệt độ Ảnh hưởng của trạng thái lipit Ảnh hưởng của ion kim loại giao chuyển Ảnh hưởng của năng lượng mặt trời và tia ion Ảnh hưởng của nước Ảnh hưởng của các yếu tố kìm hãm Kìm hãm sự oxy hoá bằng cách làm đứt mạch oxy hoá. Kìm hãm oxy hoá bằng cách làm giảm tốc độ phát triển mạch Kìm hãm phản ứng oxy hoá bằng cách vô hoạt các hợp chất chứa kim loại có hoạt động xúc tác Kìm hàm phản ứng bằng chất hiệp trợ Tác hại của sản phẩm oxy hoá Sản phẩm oxy hoá thường làm vô hoạt enzyme, đặc biệt hệ enzyme tiêu hoá. Sản phẩm oxy hoá lipit có khả năng phản ứng cao với protein tạo thành hợp chất bền vững, không tan trong nước cũng như trong dung môi hữu cơ và cũng không bị thuỷ phân bởi enzyme. 2.3.3. Các phản ứng oxy hoá khử xảy ra khi bảo quản và chế biến sản phẩm giàu glucid 1. Quá trình hô hấp tế bào Phương trình (1) là phương trình đốt cháy hoàn toàn các chất tỷ số , tỉ số này gọi là hệ số hô hấp. Như vậy có 3 trường hợp xảy ra: 2. Oxy hoá glucose dưới tác dụng của glucoxydase 2.3.4. Sự oxy hoá khử sinh học các acid amin. CHƯƠNG III ẢNH HƯỞNG PHẢN ỨNG THUỶ PHÂN VÀ OXY HOÁ KHỬ TRONG MỘT SỐ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Nước mắm là chế phẩm thu được từ quá trình thuỷ phân thịt cá, được thực hiện theo nguyên lý: cá đem trộn lẫn với muối theo tỉ lệ nhất định và lên men tự nhiên. Trong quá trình đó protein cá được thuỷ phân dưới tác dụng của enzyme tạo thành peptide, acid amin theo sơ đồ. Cùng với quá trình đó, màu sắc và mùi vị của nước mắm dần dần được hình thành do các quá trình sinh hóa học, vi sinh học phức tạp diễn ra không ngừng. Sự tổng hòa giữa các vật chất sinh thành cùng với màu sắc, mùi vị đặc trưng đã tạo nên tính độc đáo của chế phẩm nước mắm. Quá trình tạo màu được quyết định bởi các phản ứng sinh hóa học phức tạp như melanoidin, quynonamin và oxy hóa khử… Quá trình hình thành mùi vị đặc trưng của nước mắm là do các quá trình lên men tạo ra các amin, acid hữu cơ bay hơi và các chất hữu cơ có mùi thơm khác. Tác nhân chủ yếu tham gia vào quá trình hình thành mùi là vi sinh vật. Quá trình thuỷ phân protein cá được xúc tác bởi hệ enzyme protease, hệ serin-protease và hệ acid protease. Hệ acid protease: đại diện cho hệ enzyme này là chathepsin có trong tế bào cá, hệ này chỉ tìm thấy trong nước bổi ở thời điểm 24h, sau đó hoạt tính gần như mất hẳn. Hệ enzyme này có tính acid, thường hoạt động mạnh nhưng bị ức chế bởi nồng độ muối cao, theo nghiên cứu của Sharp thì hệ này mất hoạt tính ở nồng độ muối 5% sau 12h. Vậy hệ acid protease này ít có vai trò trong quá trình hình thành nước mắm. Ngoài hệ enzyme trên, các tác giả còn nghiên cứu vai trò của hệ thioprotease, theo Awada thì hệ enzyme này không có hoạt tính ngay từ ngày đầu đến ngày chượp chín, cho nên xem như không tồn tại hệ enzyme này trong thịt và nội tạng cá dùng làm nước mắm. 3.1. ẢNH HƯỞNG CỦA PHẢN ỨNG THUỶ PHÂN TRONG MỘT SỐ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ 3.1.1. Phản ứng thuỷ phân và quá trình hình thành nước mắm trong quá trình sản xuất. Hệ enzyme metalo-protease: có nhiều trong nội tạng cá, hệ enzyme này chịu được nồng độ muối cao nên hoạt động mạnh trong nước bổi, hoạt tính tăng dần đến tháng thứ 3, sau đó giảm dần đến cuối quá trình. Hệ enzyme này có thể gọi là amino-protease hay A-pase, hệ enzyme này thủy phân rộng rãi chuỗi peptide, chịu được nồng độ muối cao, pH thích hợp = 57, phân tử lượng là 260.000 đơn vị. Muốn tách hệ enzyme này có thể dùng phương pháp lọc gel (gel filtration, G = 100 – sephadex), pI = 45, ổn định với Mg2+, Mn2+, mất hoạt tính với Zn2+, Ni2+, Pb2+,Hg2+, có RF = 0.07 trong điện di. Hệ serin-protease: tồn tại thời gian đầu trong nước bổi, sau hoạt động yếu. Hoạt tính tăng dần từ tháng thứ 2, cường độ hoạt động lớn ở tháng thứ 3 và hoạt động kéo dài đến khi chượp chín, hệ enzyme này có nhiều trong nội tạng cá, đặc trưng cho hệ này là tripsin, kimmotripsin. Loại enzyme này thường bị ức chế bởi chuỗi peptide (6 acid amin), enzyme này được hoạt hóa nhờ cathepsin B trong tế bào, cathepsin B thủy phân tháo gỡ chuỗi peptide này làm cho sesin-protease