Hoàn thiện quy trình thu nhận và phân tích các đặc điểm hóa lý của protein concentrate từ hạt đậu ngự (phaseolus lunatus)

Nghiên cứu về “Hoàn thiện quy trình thu nhận và đánh giá tính chất hóa lý của protein concentrate từ hạt đậu ngự Phaseolus lunatus” được thực hiện nhằm nâng cao hiệu suất thu nhận protei

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

GVHD: PHẠM THỊ HOÀN SVTH: PHAN THỊ YẾN DUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

MÃ SỐ: 2022–18116053

(Phaseolus lunatus)

SVTH: PHAN THỊ YẾN DUYÊN – 18116053

TRẦN THANH TRANG – 18116130 GVHD: TS PHẠM THỊ HOÀN

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 08/2022

HOÀN THIỆN QUY TRÌNH THU NHẬN VÀ PHÂN TÍCH CÁC ĐẶC ĐIỂM HÓA LÝ CỦA PROTEIN CONCENTRATE TỪ HẠT ĐẬU NGỰ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

MÃ SỐ: 2022–18116053

HOÀN THIỆN QUY TRÌNH THU NHẬN VÀ

PHÂN TÍCH CÁC ĐẶC ĐIỂM HÓA LÝ CỦA

PROTEIN CONCENTRATE TỪ HẠT ĐẬU NGỰ

(Phaseolus lunatus)

SVTH: PHAN THỊ YẾN DUYÊN – 18116053

TRẦN THANH TRANG – 18116130 GVHD: TS PHẠM THỊ HOÀN

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 08/2022

iii

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Phan Thị Yến Duyên MSSV: 18116053

Ngành: Công nghệ Thực phẩm

1 Tên khóa luận: Hoàn thiện quy trình thu nhận và phân tích các đặc điểm hóa lý của

protein concentrate từ hạt đậu ngự (Phaseolus lunatus)

2 Mã số đồ án: 2022–18116053

3 Nhiệm vụ của khóa luận:

trình thu nhận protein concentrate từ đậu ngự nhằm tăng hàm lượng protein concentrate

4 Ngày giao nhiệm vụ khóa luận: 14/ 02 / 2022

5 Ngày hoàn thành khóa luận: 05 / 08 / 2022

6 Họ tên người hướng dẫn: TS Phạm Thị Hoàn

Phần hướng dẫn: Toàn bộ khóa luận

Nội dung và yêu cầu đồ án tốt nghiệp đã được thông qua bởi

Trưởng Ngành Công nghệ Thực phẩm

Tp.HCM, ngày tháng năm 2022

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới tất cả quý thầy cô,

công nhân viên chức trong trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật nói chung và quý thầy cô

trong Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm nói riêng đã tạo ra một môi trường học tập

tốt, đầy năng động, sáng tạo và chương trình học gần gũi, thiết thực Trong suốt 4 năm học

tập tại trường, chúng tôi đã được truyền đạt những kiến thức và kỹ năng vô cùng quý báu

về ngành Công nghệ thực phẩm

Đặc biệt, chúng tôi xin được cảm ơn T.S Phạm Thị Hoàn – Trưởng ngành Công nghệ

Thực phẩm – Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Cô luôn hỗ trợ và chỉ dạy chúng tôi rất tận tình, hướng dẫn và truyền đạt những kiến thức,

kinh nghiệm cho chúng tôi từ khi hình thành ý tưởng đến khi hoàn thành khóa luận tốt

nghiệp Chúng tôi thật sự rất biết ơn vì điều đó và chúng tôi xin ghi nhớ những lời dạy của

cô

Bên cạnh đó, chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến cô Hồ Thị Thu Trang – chuyên viên

phụ trách các phòng thí nghiệm và các xưởng thực hành Bộ môn Công nghệ Thực phẩm,

khoa Công nghệ Hóa Học và Thực phẩm đã hỗ trợ tận tình về mặt dụng cụ, máy móc, thiết

bị phục vụ cho việc thực nghiệm Chúng tôi cũng xin cảm ơn quý thầy cô phụ trách các

xưởng công nghệ và phòng thí nghiệm đã tạo điều kiện thuận lợi về không gian thực

nghiệm

Sau cùng, chúng tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã quan tâm, giúp đỡ, luôn kề vai

sát cánh và tạo điều kiện tốt nhất để chúng tôi có thể hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp

này Trong quá trình thực hiện đề tài, khó tránh khỏi những sai sót nên chúng tôi rất mong

nhận được sự góp ý của quý thầy cô để luận văn của chúng tôi được hoàn thiện hơn

Một lần nữa chúng tôi xin chân thành cảm ơn và kính chúc sức khỏe!

v

LỜI CAM ĐOAN

Chúng tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung được trình bày trong khóa luận tốt nghiệp

là do chính chúng tôi thực hiện với sự cố vấn của T.S Phạm Thị Hoàn – Trưởng ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Chúng tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả trong khóa luận tốt nghiệp là hoàn toàn trung thực, các nội dung được tham khảo trong khóa luận tốt nghiệp đã được trích dẫn chính xác và đầy đủ theo quy định

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 08 tháng 08 năm 2022

Sinh viên thực hiện

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN

vii

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

ix

xi

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỦA HỘI ĐỒNG XÉT BẢO VỆ KHÓA LUẬN

xiii

xv

xvii

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP iii

LỜI CẢM ƠN iv

LỜI CAM ĐOAN v

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN vi

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN viii

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỦA HỘI ĐỒNG XÉT BẢO VỆ KHÓA LUẬN xi

MỤC LỤC xvii

DANH MỤC HÌNH xx

DANH MỤC BẢNG xxi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xxii

TÓM TẮT KHÓA LUẬN xxiii

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu đề tài 2

1.3 Nội dung nghiên cứu 2

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 3

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 3

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

1.5.1 Ý nghĩa khoa học 3

1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn 3

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 4

2.1 Tổng quan về nguyên liệu đậu ngự 4

2.1.1 Nguồn gốc cây đậu ngự 4

2.1.2 Đặc điểm sinh thái cây đậu ngự 4

2.1.3 Thành phần hóa học của hạt đậu ngự 5

2.1.4 Các phân đoạn protein từ hạt đậu ngự 7

2.2 Tổng quan về protein concentrate từ hạt họ đậu 9

2.2.1 Giới thiệu và phân loại protein từ hạt họ đậu 9

2.2.2 Công nghệ sản xuất protein concentrate bằng phương pháp kết tủa đẳng điện

10

2.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 13

2.5.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 13

2.5.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 14

CHƯƠNG 3 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16

3.1 Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị sử dụng 16

3.1.1 Nguyên liệu 16

3.1.2 Hóa chất 16

3.1.3 Thiết bị sử dụng 16

3.2 Sơ đồ nghiên cứu và quy trình thu nhận protein concentrate từ hạt đậu ngự 17

3.2.1 Sơ đồ nghiên cứu 17

3.2.2 Quy trình thu nhận protein concentrate 18

3.3 Bố trí thí nghiệm 21

3.3.1 Thí nghiệm 1: Xác định thông số công nghệ trong quy trình 21

3.3.2 Thí nghiệm 2: Đánh giá khả năng hòa tan của PPC ở các pH khác nhau 26

3.4 Các phương pháp phân tích 27

3.4.1 Xác định điểm đẳng điện của protein 27

3.4.2 Xác định hiệu suất thu hồi protein 28

3.4.3 Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu và protein 29

3.4.4 Xác định thành phần acid amin của protein 29

3.4.5 Xác định khối lượng phân tử (SDS – Page) 29

3.4.6 Xác định phân bố kích thước hạt (DSL) 29

3.4.7 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 30

3.4.8 Xác định cấu trúc bậc 2 của protein bằng quang phổ biến đổi chuỗi Fourier (FTIR) 30

3.4.9 Xác định màu sắc của protein 30

3.4.10 Xác định độ hòa tan của protein 30

3.4.11 Xác định đặc tính lưu biến của protein 31

3.4.12 Đánh giá độ hấp thụ dầu 32

3.4.13 Đánh giá độ hấp thụ nước 33

3.4.14 Phương pháp phân tích số liệu 34

xix

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 35

4.1 Kết quả quá trình hoàn thiện quy trình thu nhận protein concentrate từ đậu ngự 35 4.1.1 Kết quả khảo sát thời gian trích ly 36

4.1.2 Kết quả khảo sát quá trình ly tâm 36

4.1.3 Xác định pH đẳng điện cho quá trình kết tủa protein 37

4.1.4 Quy trình thu nhận protein concentrate cải tiến 37

4.2 Thành phần hóa học và hiệu suất thu hồi protein 39

4.2.1 Hiệu suất thu hồi protein 39

4.2.2 Thành phần hóa học trong nguyên liệu 39

4.2.3 Thành phần hóa học trong bột protein 41

4.3 Thành phần amino acid trong protein concentrate 41

4.4 Khối lượng phân tử protein concentrate 43

4.5 Phân bố kích thước hạt DLS 45

4.6 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 46

4.7 Cấu trúc bậc hai trong protein concentrate 47

4.8 Màu sắc của protein concentrate 48

4.9 Độ hòa tan của protein concentrate đậu ngự 49

4.10 Đặc tính lưu biến của protein concentrate đậu ngự 50

4.11.1 Khảo sát sự thay đổi ứng suất cắt của protein concentrate khi xử lý nhiệt ở nhiệt độ khác nhau 50

4.11.2 Khảo sát sự thay độ nhớt của protein concentrate khi xử lý nhiệt ở nhiệt độ khác nhau 51

4.11 Đánh giá độ hấp thụ dầu và nước 52

4.12.1 Đánh giá độ hấp thụ dầu 52

4.12.2 Đánh giá độ hấp thụ nước 52

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54

5.1 Kết luận 54

5.2 Kiến nghị 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

PHỤ LỤC 66

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Hạt đậu ngự (Phaseolus lunatus) tươi (bên trái) – khô (bên phải) 4

Hình 2.1: Sơ đồ quá trình thu nhận protein concentrate theo kỹ thuật kết tủa đẳng điện 11

Hình 3.1: Nguyên liệu đậu ngự dùng cho nghiên cứu 16

Hình 3.2: Sơ đồ nghiên cứu 17

Hình 3.3: Sơ đồ quy trình thu nhận protein concentrate từ đậu ngự 18

Hình 3.4: Bố trí thí nghiệm khảo sát dung môi tách béo 21

Hình 3.5: Bố trí thí nghiệm khảo sát pH trích ly protein 22

Hình 3.6: Bố trí thí nghiệm khảo sát tỉ lệ dung dịch trích ly protein 23

Hình 3.7: Bố trí thí nghiệm khảo sát thời gian trích ly protein 24

Hình 3.8: Bố trí thí nghiệm khảo sát tốc độ vòng quay trong quá trình ly tâm 25

Hình 3.9: Bố trí thí nghiệm khảo sát thời gian ly tâm 26

Hình 3.10: Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hòa tan của PPC 27 Hình 3.11: Sơ đồ quy trình xác định điểm đông tụ của protein trong đậu ngự 28

Hình 3.12: Thiết bị đo lưu biến (Thermo scientific Haake Rheostress 1) 32

Hình 3 13: Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ biến tính protein đến ứng suất cắt và độ nhớt 32

Hình 3.14:: Bố trí thí nghiệm đánh giá độ hấp thụ dầu 33

Hình 3.15: Bố trí thí nghiệm đánh giá độ hấp thụ nước 34

Hình 4.1: Thế ζ của PPC theo hàm của pH 37

Hình 4.2: Sơ đồ quy trình thu nhận protein concentrate từ đậu ngự - hoàn chỉnh 38

Hình 4.3: Kết quả phổ điện di SDS-Page của hai mẫu protein 44

Hình 4.4: Kết quả DLS của mẫu PPC 45

Hình 4.5: Mẫu PPC dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM) mẫu sấy thăng hoa (bên trái) và mẫu sấy đối lưu (bên phải) 46

Hình 4.6: Phổ FTIR của chế phẩm protein thu nhận từ đậu ngự 47

Hình 4.7: Màu sắc của mẫu SPI (bên trái) và PPC (bên phải) 48

Hình 4.8: Đồ thị về ảnh hưởng của pH đến độ hòa tan của PPC 49

Hình 4.9: Sự thay đổi ứng suất cắt theo tốc độ cắt của mẫu protein PPC tại chu kỳ một (bên trái) và chu kỳ hai (bên phải) 50

Hình 4.10: Sự thay đổi độ nhớt theo tốc độ cắt của mẫu protein PPC tại chu kỳ một (bên trái) và chu kỳ hai (bên phải) 51

xxi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Thành phần hóa học của hạt đậu ngự 5 Bảng 2.2: Thành phần amin acid của đậu ngự và đậu nành 6 Bảng 2.3: Tóm tắt các đặc tính của protein dự trữ albumin, globulin và prolamin 8 Bảng 2.4: So sánh tính chất của các dung môi hữu cơ phổ biến để trích ly lipid 12 Bảng 4.1: Kết quả quá trình hoàn thiện quy trình 35 Bảng 4.2: Thành phần hóa học và hiệu suất trích ly của bột đậu ngự và chế phẩm protein 40 Bảng 4.3: Hàm lượng các amino acid trong các mẫu protein và tiêu chuẩn theo FAO/WHO

và NCR 42 Bảng 4.4: Kết quả DLS của mẫu PPC 46 Bảng 4.5: Giá trị màu sắc của các mẫu protein 48 Bảng 4.6: Sự thay đổi ứng suất cắt theo tốc độ cắt của mẫu protein concentrate 50 Bảng 4.7: Sự thay đổi độ nhớt theo tốc độ cắt của mẫu protein concentrate 51 Bảng 4.8: Độ hấp thụ nước và độ hấp thụ dầu của protein concentrate 52

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

FTIR: Fourier-transform infrared spectroscopy – quang phổ biến đổi chuỗi Fourier

PPC: Phaseolus lunatus protein concentrate – protein concentrate từ đậu ngự

PPI: Phaseolus lunatus protein isolate – protein isolate từ đậu ngự

SPI (Soy protein isolate): Protein isolate từ đậu nành

xxiii

TÓM TẮT KHÓA LUẬN

Hiện nay trên thế giới, đặc biệt là ở các nước đang phát triển thì nhu cầu sử dụng

thu nhận protein thực vật, đặc biệt là từ các cây họ đậu Nghiên cứu về “Hoàn thiện quy trình thu nhận và đánh giá tính chất hóa lý của protein concentrate từ hạt đậu ngự

(Phaseolus lunatus)” được thực hiện nhằm nâng cao hiệu suất thu nhận protein concentrate

và hàm lượng protein trong chế phẩm Đồng thời, xác định và đánh giá tính chất hóa lý (thành phần hóa học, thành phần amino acid, khối lượng phân tử, cấu trúc bậc hai của protein, kích thức hạt), đặc tính chức năng (độ hòa tan, tính lưu biến, độ hút dầu, hút nước) của chế phẩm

Kết quả nghiên cứu cho thấy bằng phương pháp kết tủa đẳng điện tại pH 4,5 ở nhiệt

độ 4°C cho hiệu suất thu hồi đạt 84,53% và hàm lượng protein trong chế phẩm đạt 76,8% Sản phẩm protein concentrate có hàm lượng protein, ẩm, chất béo, tro, tổng carbohydrate lần lượt là 76,8%; 8,25%; 0,9%; 1,76%; 12,29% Khối lượng phân tử (SDS – Page) thể hiện đầy đủ các phân đoạn protein đặc trưng có trong đậu ngự, kích thước hạt đồng đều, độ phân tán thấp, chủ yếu chụm lại trong khoảng 520 – 550 nm Đánh giá các chức năng như

độ hoà tan, đặc tính lưu biến, độ hấp thụ nước và dầu của chế phẩm, đề xuất ứng dụng vào một số sản phẩm như xúc xích, sốt,

Kết quả nghiên cứu của nhóm chúng tôi về protein concentrate từ đậu ngự có thể đa dạng hóa nguồn chế phẩm protein từ thực vật Trong lĩnh vực sản xuất và bảo quản thực phẩm, PPC có thể được ứng dụng như một phụ gia, bổ sung vào sản phẩm nhằm tăng giá trị dinh dưỡng

tự sắp xếp amino acid và các liên kết peptide Các amino acid này được phân loại thành thiết yếu (những acid không thể được tổng hợp bởi cơ thể mà được bổ sung từ chế độ ăn uống) và không cần thiết (có thể được tổng hợp bởi cơ thể) (Clark 2003) Thông thường, tất cả các protein động vật trong chế độ ăn uống (ví dụ: trứng, sữa, thịt, cá và gia cầm) được coi là protein hoàn chỉnh vì chúng chứa tất cả các amino acid thiết yếu Protein từ các nguồn thực vật là những protein không hoàn chỉnh vì chúng thiếu một hoặc hai amino acid thiết yếu, trừ một số trường hợp ngoại lệ, ví dụ như đậu nành – nguồn protein thực vật

Hiện nay, nhu cầu tìm kiếm các nguồn protein có giá thành tương đối rẻ có thể kết hợp vào các sản phẩm thực phẩm có giá trị ngày càng tăng trên toàn thế giới Chính vì vậy, những năm gần đây có nhiều nghiên cứu về các nguồn protein thực vật khác nhau có thể giúp cải thiện giá trị dinh dưỡng của các sản phẩm thực phẩm với chi phí thấp (Gurpreet và cộng sự, 2006) Một số nghiên cứu tách chiết protein đã được tiến hành như protein từ hạt gai dầu; protein từ bột gạo lứt Ngoài ra còn có protein từ hạt họ đậu như đậu nành; đậu Hà Lan; đậu xanh, đậu đen, đậu viba, đậu gà, đậu phộng,… Đặc biệt là protein từ đậu ngự – protein có hàm lượng amino acid gần như tương đương đậu nành nhất

Protein concentrate (PC) thường được thu nhận bằng cách loại bỏ béo, xơ, carbohydrate, chất khoáng và các thành phần phụ khác sau đó thu hồi protein bằng phương

trong công nghệ sản xuất protein, phương pháp trích ly kết tủa tại điểm đẳng điện có nhiều

ưu điểm như ít tốn chi phí năng lượng, chế phẩm protein thu được có độ hòa tan và tính

Nhu cầu protein thực vật ngày càng gia tăng trên toàn cầu Theo thống kê của Statista, giá trị thị trường của protein thực vật toàn thế giới năm 2019 là 8,97 tỉ USD và dự

cũng như những diễn biến của thị trường trong nước, một số nghiên cứu về lĩnh vực protein thực phẩm được chú ý và đang được khai thác, trong đó có nghiên cứu “Thu nhận, đánh giá tính chất hóa lý, cơ lý và đặc điểm chức năng của protein concentrate từ hạt đậu ngự” của Nguyễn và cộng sự, 2021 Kết quả của nghiên cứu thu được chế phẩm PPC với hiệu suất thu hồi và độ tinh sạch của chế phẩm lần lượt là 67% và 71,77% nên chúng tôi đã thực hiện đề tài nghiên cứu “Hoàn thiện quy trình thu nhận và phân tích các đặc điểm hóa

lý của protein concentrate từ hạt đậu ngự (Phaseolus lunatus)” nhằm nâng cao hiệu suất

thu nhận và hàm lượng protein trong chế phẩm

1.2 Mục tiêu đề tài

Đề tài này được thực hiện nhằm “Hoàn thiện quy trình thu nhận và phân tích các đặc

điểm hóa lý của protein concentrate từ hạt đậu ngự (Phaseolus lunatus)”

1.3 Nội dung nghiên cứu

Đề tài gồm các nội dung chính như sau:

thích hợp trong quy trình để sản xuất protein concentrate từ hạt đậu ngự

lượng phân tử, cấu trúc bậc hai, màu sắc, kích thước hạt của protein) của chế phẩm protein concentrate từ hạt đậu ngự

điện, độ hòa tan, tính lưu biến, độ hút dầu, độ hút nước) của chế phẩm protein concentrate

từ hạt đậu ngự

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu

Đậu ngự (Phaseolus lunatus) được cung cấp bởi Công ty cổ phần nông sản Dung Hà

có địa chỉ Số 02/B, Khu phố 3, đường Trung Mỹ Tây 13, Quận 12, Tp Hồ Chí Minh, Việt Nam

Protein concentrate từ hạt đậu ngự (PPC)

Quy trình thu hồi sản phẩm này giúp cải thiện chất lượng của chế phẩm

cấp protein giá rẻ vật trên thị trường

Kết quả nghiên cứu của đề tài cung cấp những thông tin liên quan đến các tính chất hóa lý, đặc tính chức năng của loại protein concentrate này Dựa theo kết quả ở nghiên cứu này, có thể đề xuất hướng ứng dụng của chế phẩm vào chế biến một số thực phẩm

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan về nguyên liệu đậu ngự

2.1.1 Nguồn gốc cây đậu ngự

Phaseolus lunatus có nguồn gốc từ vùng Neotropical của châu Mỹ, nguồn gốc ở

vùng Andean của Peru Nguồn gốc sâu xa của Phaseolus lunatus là ở Guatemala vì tổ tiên

của nó đã được tìm thấy trong khu vực này Mặt khác, các nghiên cứu phân tử đề xuất rằng nguồn gốc của loài này được tìm thấy ở khu vực Andean và sự phân bố của nó trên khắp

Theo phân loại, đậu thuộc chi Phaseolus, bao gồm khoảng 35 loài, trong đó có 4 loài

Restrepo và cộng sự, 2007) Phaseolus lunatus L thuộc họ Fabaceae, có hai nguồn gen

2019)

Hình 1.1: Hạt đậu ngự (Phaseolus lunatus) tươi (bên trái) – khô (bên phải)

2.1.2 Đặc điểm sinh thái cây đậu ngự

Cây đậu ngự được tìm thấy ở vùng khí hậu nhiệt đới ẩm, cận ẩm và bán khô hạn cũng như khí hậu ôn đới ấm áp Trong điều kiện khí hậu ẩm ướt, đậu ngự thường được trồng xen với các loại cây ngũ cốc, cây lấy củ hoặc các cây trồng khác, độ ẩm dư thừa sẽ làm thay đổi màu hạt, nhăn vỏ hạt và làm biến dạng hình dạng hạt Trong tự nhiên, một số loài đậu ngự có khả năng chịu nhiệt cao, tuy nhiên, nhiệt độ phát triển tốt nhất của đậu ngự

và cộng sự, 1987) Đậu ngự có thể thích ứng với nhiều loại đất trồng khác nhau, nhưng thích hợp nhất với loại đất thoát nước tốt, pH trên 6,0 Tuy nhiên, một số giống cây trồng

2.1.3 Thành phần hóa học của hạt đậu ngự

dƣỡng trong hạt đậu ngự có hàm lƣợng protein chiếm khoảng 21 – 26 %, hàm lƣợng carbohydrate khoảng 55 – 64%, hàm lƣợng tro dao động trong khoảng là 3,4 – 6,4% Chất béo trong đậu ngự thấp khoảng 0,6 – 3,5%, hầu hết các mẫu có hàm lƣợng chất béo khoảng 1,5% Hàm lƣợng chất xơ cũng vừa phải, trong khoảng 4,3 – 7,5%

Bảng 2.1: Thành phần hóa học của hạt đậu ngự

Thành phần hóa học % khối lƣợng ( /100g đậu ngự)

lƣợng lysine khá cao (6,7 g/100 g protein) So với các loại ngũ cốc khác, lysine trong đậu ngự cao hơn 2,9 lần lysine có trong lúa mì, 4 lần lúa mạch, 4,5 lần yến mạch, 13,4 lần gạo, 3,8 lần ngô (Hamad và Fields, 1979)

Hàm lƣợng cụ thể các amino acid trong đậu ngự đƣợc so sánh với đậu nành trong bảng 2.2

Carbonhydrate

Từ phân tích thành phần carbohydrate của 18 giống đậu lima, Ologhobo và Fetuga,

1982b kết luận rằng tinh bột chiếm khoảng 32,1 – 50,6% và oligosaccharides chiếm khoảng 7,5 – 12,8% Glucose, fructose và sucrose chỉ là thành phần phụ của hạt và lần lƣợt chiếm 0,07, 0,62 và 1,54% Hàm lƣợng cenllulose chỉ đạt khoảng 5,0–6,0% và hàm lƣợng

Khoáng

Các khoáng chất đƣợc tìm thấy nhƣ K, Zn, Ca, Fe có hàm lƣợng cao hơn Na và P (Chel–Guerrero và cộng sự, 2012) Dữ liệu nghiên cứu 18 giống đậu ngự thu đƣợc từ Tây

lượng photpho và magie khá cao (385 và 224 mg/100g) và hàm lượng canxi và natri thấp (tương ứng khoảng 81 và 18 mg/l00g) Sắt, kẽm, mangan và đồng chỉ có ở dạng vi lượng

(tương ứng 7,5; 2,8; 1,7 và 0,7 mg/100g)

Chất béo

Hàm lượng chất béo trong đậu ngự rất thấp, cấu hình acid béo được công bố bởi USDA có acid béo bão hòa (myristic, palmitic, stearic), acid béo không bão hòa đơn (palmitoleic, oleic, erucic), và không bão hòa đa (linoleic, linolenic) Các acid béo chủ yếu

Vitamin

Các loại vitamin sau được tìm thấy trong đậu ngự thô: thiamine (0,51 mg/100g đậu), riboflavin (0,20 mg/100g đậu), niacin (1,54 mg/100g đậu), pantothenic acid (1,36 mg/100g

ngự không chứa ascorbic acid, vitamin B12 hoặc vitamin A

2.1.4 Các phân đoạn protein từ hạt đậu ngự

Các phân đoạn protein trong đậu ngự, globulin thường chiếm 70% tổng lượng protein, còn lại là albumin (khoảng 20%) và prolamin (10%) Globulin dự trữ chủ yếu bao gồm legumin (11S) và vicilin (7S) chiếm lần lượt là 58,3 % và 41,7 % (Salunkhe và cộng

cysteine), ngược lại albumin chứa nhiều các amino acid chứa lưu huỳnh và lysine hơn (Hahn, 1982) Osborne đã phân loại protein dự trữ hạt theo khả năng hòa tan của chúng

loại các phân đoạn protein

Bảng 2.3: Tóm tắt các đặc tính của protein dự trữ albumin, globulin và prolamin

Albumin 2S Globulin 7S Globulin 11S Prolamin

Ethanol 60 – 70% (v/v) hoặc propan–1–ol 50% (v/v)

Các globulin 11S thường được gọi là legumin vì chúng là protein đặc trưng cho các hạt họ đậu Legumin điển hình là các protein hexameric có khối lượng phân tử từ 300 –

450 kDa, bao gồm sáu tiểu đơn vị có khối lượng phân tử 50 – 60 kDa liên kết với nhau

trong hạt họ đậu thường được gọi là vicilin vì chúng có mặt trong các hạt họ đậu tông

Viciae Chúng là các protein trimeric có khối lượng phân tử từ 150– 200 kDa, bao gồm ba

Albumin

Albumin là các protein dự trữ dạng hình cầu có khả năng hòa tan trong nước, đặc trưng bởi khối lượng phân tử thấp, với albumin 2S là phổ biến trong hạt của cây họ đậu

và cộng sự, 1999) Hơn thế nữa, các thành phần acid amin của nhóm protein albumin 2S đã

Khối lượng của glutenin từ 95 – 145 kDa, được cấu từ các tiểu đơn vị nhỏ có khối lượng phân tử thấp và tiểu đơn vị lớn có khối lượng phân tử cao liên kết với nhau bằng liên

2.2 Tổng quan về protein concentrate từ hạt họ đậu

2.2.1 Giới thiệu và phân loại protein từ hạt họ đậu

Năm 1960, thuật ngữ “protein concentrate” được sử dụng lần đầu tiên trong sách

Soybean Blue Book của phòng thí nghiệm Illinois – Griffith (Mỹ) với thành phần protein

khoảng 70% Đối với chiết xuất protein, các kỹ thuật khác nhau đã được phát triển trong số

đó là vi phân, siêu lọc, chiết xuất dung dịch acid và kiềm, sau đó là kết tủa đẳng điện (Boye và cộng sự, 2010)

Phân loại theo tiêu chuẩn Codex, một sản phẩm được định nghĩa là bột protein, nếu hàm lượng protein từ 50 – 65 %, protein concentrate nếu nó có hàm lượng protein 65 – 90

% và là protein isolate khi nó chứa hàm lượng protein từ 90% trở lên (Codex Alimentarius Commission, 1989)

Kể từ khi cục thực phẩm Hoa Kỳ (FDA) xác nhận vai trò của protein concentrate trong việc làm giảm nguy cơ các bệnh tim mạch (1999) thì việc nghiên cứu và phát triển protein concentrate ngày càng được đẩy mạnh Ngày nay, protein concentrate là nguồn cung cấp chính protein giá rẻ đặc biệt cho các vận động viên, người tập thể hình, người ăn chay và đã được ứng dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm, sử dụng trong nhiều sản phẩm thực phẩm như xúc xích, nước sốt, sữa chua, các loại bánh, … (Shurtleff và Aoyagi, 2016) Các ứng dụng kể trên của protein là do các đặc tính lý hóa của nó như khả năng hấp thụ nước và dầu, khả năng tạo gel, tạo bọt và tạo nhũ tương, ảnh hưởng đến chức năng của protein thực phẩm và ảnh hưởng đến chất lượng cũng như các đặc tính cảm quan từ thực

đậu tằm – Viciafaba L., đậu Hà Lan – Pisum sativum L và đậu lupin – Lupinus về các sản

phẩm giàu protein thực vật như protein concentrate hoặc protein isolate Ở các nước đang

phát triển, các cây họ đậu đã được phát triển như một nguồn cung cấp protein tốt, các loài

Gueguen, 1983)

Nhận thấy những lợi ích mà sản phẩm protein concentrate từ các hạt họ đậu mang lại, cùng với xu hướng thị trường và tình hình phát triển của các nghiên cứu trong nước, nhóm chúng tôi đã định hướng nghiên cứu về nguồn protein concentrate từ đậu với khởi đầu là nghiên cứu của Nguyễn và cộng sự, 2021 Nhận thấy hàm lượng protein trong chế phẩm ở nghiên cứu trước chưa cao như mong đợi, chúng tôi tiếp tục khảo sát và thay đổi một số thông số kỹ thuật để cải thiện chất lượng của chế phẩm trong nghiên cứu này

2.2.2 Công nghệ sản xuất protein concentrate bằng phương pháp kết tủa đẳng điện

Protein concentrate được sản xuất rộng rãi bằng sự kết hợp của phương pháp kết tủa đẳng điện và quy trình phân tách vật lý để thu được protein concentrate, sấy khô thành

Phương pháp kết tủa là một trong những phương pháp giúp tách và phân đoạn protein cổ điển nhất và vẫn còn được sử dụng rộng rãi cho đến ngày nay Phương pháp này dựa trên nguyên lý là thông qua quá trình biến đổi tính một cách có hệ thống của các yếu tố như: nhiệt độ, lực ion, độ pH, … để làm kết tủa protein Các phương pháp làm sạch protein thuộc nhóm này bao gồm: Kết tủa protein bằng dung môi hữu cơ, kết tủa protein bằng các muối trung tính, kết tủa protein tại điểm đẳng điện, …

Trong đó, kỹ thuật kết tủa đẳng điện để trích ly protein concentrate từ nguồn thực vật được sử dụng rộng rãi nhất Bản chất của quá trình này là tạo kết tủa protein dựa trên điểm đẳng điện của nó (là điểm mà tổng điện tích của protein bằng không và lực tương tác tĩnh điện giữa các phân tử là thấp nhất) Tại điểm đẳng điện, độ hydrate hóa của protein là nhỏ nhất và làm tăng tương tác giữa các phân tử protein dẫn đến tạo tủa Nhược điểm chính của của phương pháp này là do các protein thường có giá trị pH đẳng điện nằm trong một khoảng giới hạn nhỏ nên khi cho kết tủa bằng phương pháp này có thể gây kết tủa cùng lúc rất nhiều protein khác nhau bao gồm cả các phức hợp protein và nucleic acid dẫn đến đạt hiệu quả tinh sạch không cao

khác nhau để thu nhận protein từ đậu nành và thấy rằng pH = 4,2 cho lượng kết tủa lớn nhất Phương pháp này tự cũng được chúng tôi tiến hành trên đối tượng là dịch trích protein đậu ngự nhằm gây kết tủa ở điểm đẳng điện của nó ở pH = 4,5

Các quá trình trong kỹ thuật này (hình 2.1) bao gồm các quá trình nhƣ trích ly chất béo, trích ly dịch protein bằng dung dịch kiềm, ly tâm thu nhận dịch trích protein, kết tủa

Hình 2.1: Sơ đồ quá trình thu nhận protein concentrate theo kỹ thuật kết tủa đẳng điện

Kết tủa tại điểm đẳng điện

Bảng 2.4: So sánh tính chất của các dung môi hữu cơ phổ biến để trích ly lipid

Khả năng tách béo

Độ phân cực

Nhiệt độ sôi

Tính độc hại

Tính dễ cháy

Giá thành Ethanol Tốt Cao nhất 78,4oC Tính độc

thấp

Rất dễ cháy

Thấp

Isopropanol Tốt hơn

ethanol

Cao hơn hexan

cao sẽ khiến lipid trở nên liên kết với các thành phần protein, carbohydrate, dẫn đến việc khó trích ly lipid bởi dung môi hữu cơ

Quá trình trích ly protein

Quá trình trích ly protein nhằm hòa tan các phân tử protein trong nguyên liệu và tách thành phần carbohydrate thành 2 pha để dễ dàng phân riêng Một số phương pháp để trích

ly protein: sử dụng kiềm trong môi trường trích ly và khuấy trong thời gian 1 – 2 giờ, sử

môi trường trích ly Sau khi trích ly, có nhiều phương pháp thu nhận dịch trích ly như phương pháp lắng lọc hoặc ly tâm Theo đó, kích thước rây dùng để lọc càng nhỏ hoặc tốc

độ ly tâm càng lớn thì dịch trích ly protein càng sạch, độ tinh sạch của sản phẩm protein concentrate càng cao Qua khảo sát ảnh hưởng của quá trình thu nhận dịch trích ly của Cogan (1967) cho thấy phương pháp ly tâm tối ưu hơn

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly protein: kích thước hạt, độ pH, thời gian trích ly và tỉ lệ rắn lỏng Kích thước hạt của bột tách béo, hạt càng nhỏ thì trích ly càng

dung dịch kiềm là yếu tố quan trọng trong quá trình trích ly protein Protein được xử lý từ

dung dịch kiềm mạnh có xu hướng giữ lại nhiều nước, gây khó khăn cho quá trình kết tủa

loãng, với nồng độ được sử dụng phổ biến là 1 N Thời gian trích ly cũng ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly Thông thường, hàm lượng protein trích ly tăng mạnh trong 30 phút đầu

khuấy Tỉ lệ dung dịch kiềm và bột tách béo cũng tác động đến hiệu suất trích ly, tỉ lệ rắn:

Quá trình kết tủa dịch trích ly

Có nhiều phương pháp loại bỏ các thành phần không mong muốn để thu hồi được protein concentrate có độ tinh khiết cao Ngày nay phương pháp kết tủa đẳng điện vẫn được sử dụng phổ biến mặc dù có xuất hiện các phương pháp hiện đại như phương pháp siêu lọc Trong phương pháp này, dung dịch acid sẽ được dùng để điều chỉnh độ pH của dung dịch trích ly đến điểm đẳng điện để thu hồi protein Đối với đậu ngự, người ta sẽ điều chỉnh pH về 4,5 (điểm đẳng điện của các Globulin) Sau đó kết tủa sẽ được rửa lại từ một đến hai lần sau khi protein đã được thu hồi bằng kết tủa đẳng điện để tăng hiệu suất thu hồi

trình kết tủa cũng được sử dụng để tối ưu hiệu suất kết tủa protein với việc làm lạnh dịch

Quá trình sấy huyền phù protein concentrate

Quá trình sấy được thực hiện nhằm mục đích kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm,

có nhiều phương pháp được sử dụng để sấy khô protein concentrate từ đậu như: sấy thăng

tính protein bằng cách thay đổi cấu trúc protein nên trong các nghiên cứu ở phạm vi phòng thí nghiệm và trong ngành dược phẩm protein người ta sử dụng phương pháp phổ biến nhất

là sấy thăng hoa

2.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

2.5.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Trên thế giới, tình hình nghiên cứu về protein concentrate và protein isolate được khai thác với nhiều khía cạnh và trên nhiều loại đối tượng nghiên cứu khác nhau: hạt mè, hạt cải dầu, gạo, cây lupin, hạt đậu đũa, đậu đen, đậu faba, đậu gà, đậu phộng, đậu xanh,

đậu nành,… Tuy nhiên những nghiên cứu về trích ly protein từ đậu ngự còn hạn chế, chỉ có một vài nghiên cứu dưới đây có liên quan đến chủ đề này:

chức năng của protein isolate từ đậu ngự và kết quả cho thấy chúng có các đặc tính rất thích hợp để làm thành phần chức năng trong thực phẩm, có thể được đưa vào bánh mì, gia

vị và xúc xích do có khả năng giữ nước và dầu tốt ở pH acid, khả năng tạo bọt cao

Việc khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện trích ly như tỷ lệ bột: nước, độ pH, thời

Kết quả thu được cho thấy hàm lượng protein thu được cao nhất với điều kiện xử lý ở tỷ lệ bột: nước là 1:6, pH 11 và thời gian khuấy trong 1 giờ Đồng thời cho thấy các điều kiện

xử lý trong quá trình trích ly có ảnh hưởng lớn đến hàm lượng protein isolate thu được

đã nghiên cứu chiết xuất và xác định đặc điểm của các phân lập protein từ các loại đậu trồng ở Thái Lan bao gồm đậu xanh, đậu đen và đậu phộng bambara Kết quả tất cả các protein isolate đều có hàm lượng protein trong khoảng 85,2 – 88,2% Horax và cộng sự

giống đậu đũa và 2 giống đậu tương trong (SPI), kết quả cho thấy các đặc tính chức năng của thấp hơn SPI và cần được nâng cao các đặc tính chức năng để có thể ứng dụng trong các sản phẩm thực phẩm Nghiên cứu của Okafor và cộng sự (2015), cũng đề cập protein concentrate thu nhận từ đậu đen có đặc tính tạo bọt tốt nên có thể được sử dụng trong lĩnh

2.5.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Ở trong nước nguồn protein từ đậu ngự chưa được khai thác nhiều Nghiên cứu của Nguyễn và cộng sự (2021) trong nhóm nghiên cứu của chúng tôi là một trong những nghiên cứu khởi đầu về nguồn protein concentrate từ đậu ngự với đề tài “Thu nhận và đánh giá tính chất hóa lý, cơ lý và đặc điểm chức năng của protein concentrate từ hạt đậu ngự”, kết quả nghiên cứu cho thấy quy trình thu nhận protein concentrate bằng phương pháp sử

phẩm protein concentrate có hàm lượng protein là 71,77%

nghệ trong quá trình xử lý siêu âm và xử lý enzyme đến hiệu quả trích ly protein từ bột đậu

phộng (Arachis hypogaea Linn.) loại béo, đến thành phần và đặc tính chức năng của

protein đậu phộng Đồng thời khảo sát quá trình tinh sạch dịch trích protein đậu phộng bằng kỹ thuật siêu lọc Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất thu hồi protein tăng đáng kể (lên đến 94,7 %) khi kết hợp sóng siêu âm và enzyme để xử lý Chế phẩm protein đậu phộng nghiên cứu được sở hữu khả năng hòa tan, độ bền bọt tốt hơn chế phẩm protein từ đậu nành, nhưng lại thể hiện khả năng hấp thụ béo và tạo nhũ kém hơn

Bên cạnh đó, chúng tôi tìm thấy một vài nghiên cứu về protein có nguồn gốc từ các hạt họ đậu như: Quy luật ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ trong quá trình xử lý siêu

âm và xử lý enzyme đến hiệu quả trích ly protein từ bột đậu phộng (Arachis hypogaea

Linn.) loại béo, đến thành phần và đặc tính chức năng của protein đậu phộng Đồng thời

khảo sát quá trình tinh sạch dịch trích protein đậu phộng bằng kỹ thuật siêu lọc của

đáng kể (lên đến 94,7 %) khi kết hợp sóng siêu âm và enzyme để xử lý Chế phẩm protein đậu phộng nghiên cứu được sở hữu khả năng hòa tan, độ bền bọt tốt hơn chế phẩm protein

từ đậu nành, nhưng lại thể hiện khả năng hấp thụ béo và tạo nhũ kém hơn Bùi Thanh Bình

nhiệt độ khuấy, số lần trích ly,… đến hiệu suất trích ly và hàm lượng protein trong công nghệ sản xuất protein isolate từ đậu nành Kết quả hiệu suất của quá trình sản xuất protein isolate đạt khoảng 72%, sản phẩm có hàm lượng protein là 89,11% Một nghiên cứu khác của Nguyễn Thị Phượng (2019) nghiên cứu xây dựng quy trình sản suất bột protein đầu tương cô đặc (Soy whey protein isolate) và bột Protein đậu tương thủy phân (Soy whey protein hydrolysate) từ đậu tương Bột đậu tương cô đặc có hàm lượng protein là 44,22%,

và hàm lượng protein trong bột đậu tương thủy phân là 60,74%

Với mục đích là tăng hàm lượng protein trong chế phẩm concentrate của nhóm nghiên cứu, chúng tôi tiếp tục nghiên cứu khảo sát thay đổi một số thông số kỹ thuật trong quy trình thu nhận protein Đồng thời làm sáng tỏ một số đặc tính công nghệ mà nhóm

nghiên cứu trước đó chưa hoàn thành Vì vậy, đề tài “Hoàn thiện quy trình thu nhận và

phân tích các đặc điểm hóa lý của protein concentrate từ hạt đậu ngự (Phaseolus lunatus)”

được thực hiện

3.1 Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị sử dụng

3.1.1 Nguyên liệu

Nguyên liệu chính sử dụng trong nghiên cứu này là hạt đậu ngự, có xuất xứ từ Việt Nam, được cung cấp bởi Công ty cổ phần nông sản Dũng Hà có địa chỉ Số 02/B, Khu phố

3, đường Trung Mỹ Tây 13, Quận 12, Tp Hồ Chí Minh

Hình 3.1: Nguyên liệu đậu ngự dùng cho nghiên cứu

3.1.2 Hóa chất

TNHH Bách khoa, địa chỉ tại 270a Lý Thường Kiệt, Phường 14, Quận 10, Thành phố Hồ Chí Minh

3.1.3 Thiết bị sử dụng

Cân phân tích 2 chữ số và 4 chữ số (Sartorious BL210S, Thụy Sĩ), pH kế Hana (HI991003, Romania), máy ly tâm (Centrifugen 450 và Hermle Z366, Đức), máy quang