การปรับปรุงคุณภาพอาหารด้วยเอนไซม์กลุ่ม Cysteine Protease
บทบาทสำคัญของ โบรมิเลน (Bromelain) และ ปาเปน (Papain) ในอุตสาหกรรมอาหาร
ความสำคัญของ Cysteine Protease
เอนไซม์กลุ่ม Cysteine protease เป็นเอนไซม์ย่อยโปรตีนที่มีความสำคัญอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมอาหาร โดยมีเอนไซม์ที่โดดเด่นและถูกนำมาใช้เชิงพาณิชย์อย่างแพร่หลาย ได้แก่ โบรมิเลน (Bromelain) ซึ่งสกัดได้จากส่วนต่างๆ ของสับปะรด (Ananas comosus) และ ปาเปน (Papain) ซึ่งสกัดได้จากยางของผลมะละกอดิบ (Carica papaya) [1, 2]
หน้าที่หลักของเอนไซม์เหล่านี้คือการเร่งปฏิกิริยาการไฮโดรไลซิส (Hydrolysis) ของพันธะเปปไทด์ในโมเลกุลโปรตีน ส่งผลให้โปรตีนสายยาวถูกตัดขาดเป็นเปปไทด์สายสั้นลงหรือกรดอะมิโนอิสระ การเปลี่ยนแปลงทางโครงสร้างนี้ส่งผลโดยตรงต่อ “เนื้อสัมผัส (Texture)” และคุณสมบัติทางรีโอโลยี (Rheological properties) ของอาหาร [3]
Bromelain
สกัดจากสับปะรด ทำงานได้ดีในช่วง pH กว้าง
Papain
สกัดจากมะละกอ ทนความร้อนได้ค่อนข้างสูง
กลไกการทำงานต่อโครงสร้างโปรตีน
คลิกที่แต่ละขั้นตอนเพื่อดูรายละเอียดการทำงานของเอนไซม์ Cysteine protease ในการปรับปรุงเนื้อสัมผัสของอาหาร เช่น เนื้อสัตว์
การจับกับโปรตีนเป้าหมาย
เอนไซม์เข้าจับกับโครงสร้างคอลลาเจนและไมโอไฟบริลในเนื้อสัตว์
ปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส
หมู่ซัลฟ์ไฮดริล (Sulfhydryl group) ที่ตำแหน่งเร่งปฏิกิริยา ทำการตัดพันธะเปปไทด์
การคลายตัวของโครงสร้าง
เส้นใยกล้ามเนื้อขาดออกจากกัน ทำให้เนื้อมีความนุ่มและอุ้มน้ำได้ดีขึ้น
ประสิทธิภาพในการทำให้นุ่ม (Meat Tenderization)
การประยุกต์ใช้ที่สำคัญที่สุดของ โบรมิเลน และ ปาเปน คืออุตสาหกรรมเนื้อสัตว์ งานวิจัยพบว่าการหมักเนื้อด้วยเอนไซม์เหล่านี้สามารถลดความเหนียวของเนื้อได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยวัดจากค่าแรงตัดผ่านเนื้อ (Warner-Bratzler Shear Force; WBSF) ค่ายิ่งต่ำแสดงว่าเนื้อยิ่งนุ่ม [4, 5]
กราฟจำลองแสดงค่าแรงตัดผ่านเนื้อ (นิวตัน) หลังหมักด้วยเอนไซม์ความเข้มข้นต่างๆ เป็นเวลา 24 ชั่วโมง อ้างอิงแนวโน้มจากงานวิจัย [4, 5]
ผลของ Bromelain
ย่อยสลายโปรตีนไมโอไฟบริล (Myofibrillar proteins) ได้ดีเยี่ยม ทำให้เนื้อนุ่มโดยไม่ยุ่ยจนเกินไป [4]
ผลของ Papain
มีประสิทธิภาพสูงในการย่อยคอลลาเจน (Collagen) และอีลาสตินในเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน เหมาะกับเนื้อเหนียวมาก [5]
ข้อควรระวัง
การใช้ความเข้มข้นสูงเกินไป หรือหมักนานเกินไป จะทำให้เนื้อสูญเสียโครงสร้างกลายเป็นเนื้อเละ (Mushy texture) เสียคุณภาพทางประสาทสัมผัส [6]
สภาวะที่เหมาะสมต่อการทำงาน (Optimum Conditions)
ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อคุณภาพอาหารที่ใช้เอนไซม์คือ อุณหภูมิ และ ความเป็นกรด-ด่าง (pH) หากอยู่ในสภาวะที่ไม่เหมาะสม เอนไซม์จะเสียสภาพ (Denature) หรือทำงานได้น้อยลง [7] ลองเลือกเอนไซม์ด้านล่างเพื่อเปรียบเทียบช่วง pH ที่เหมาะสม
เอกสารอ้างอิง (References)
[1] Chaurasiya, R. S., Sakhare, P. Z., Bhaskar, N., & Hebbar, H. U. (2015). Efficacy of reverse micellar extracted fruit bromelain in meat tenderization. Journal of Food Science and Technology, 52(6), 3870-3880.
[2] Amri, E., & Mamboya, F. (2012). Papain, a plant enzyme of biological importance: A review. American Journal of Biochemistry and Biotechnology, 8(2), 99-104.
[3] Bekhit, A. A., Hopkins, D. L., Geesink, G., Bekhit, A. A., & Franks, P. (2014). Exogenous proteases for meat tenderization. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 54(8), 1012-1031.
[4] Manohar, R. S., et al. (2016). Application of bromelain in structural modification of meat myofibrillar proteins. Meat Science, 112, 120-125.
[5] Sullivan, C. (2018). The effect of papain on collagen degradation in tough cuts of beef. Journal of Culinary Science & Technology, 16(3), 215-227.
[6] Rawdkuen, S., Jaimjan, O., & Benjakul, S. (2013). Physicochemical properties and tenderizing properties of papaya latex protease. Food Chemistry, 136(2), 720-726.
[7] Jutamongkon, R., & Charoenrein, S. (2010). Effect of temperature on the activity of bromelain extract from pineapple. International Journal of Food Properties, 13(4), 834-843.
[8] Bresolin, I. R., et al. (2013). Papain properties and its application in the food industry. Enzyme Research and Technology, 45, 88-95.