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... Nghiên cứu về “Hoàn thiện quy trìn
TỔNG QUAN
Tổng quan về nguyên liệu đậu ngự
2.1.1 Nguồn gốc cây đậu ngự
Phaseolus lunatus, hay còn gọi là đậu Lima, có nguồn gốc từ vùng Neotropical của châu Mỹ, đặc biệt là ở khu vực nhiệt đới Trung và Nam Mỹ, kéo dài từ Mexico đến Chile và đi qua vùng Andean của Peru Nguồn gốc sâu xa của loài này được xác định là ở Guatemala, nơi tổ tiên của nó đã được phát hiện Ngoài ra, các nghiên cứu phân tử cho thấy nguồn gốc của Phaseolus lunatus có thể nằm ở khu vực Andean, và sự phân bố rộng rãi của nó trên khắp châu Mỹ là kết quả của quá trình thuần hóa.
Đậu thuộc chi Phaseolus, bao gồm khoảng 35 loài, trong đó có 4 loài chính được trồng là P vulgaris L., P lunatus L., P coccineus L và P acutifolius L (Arias–Restrepo và cộng sự, 2007) Phaseolus lunatus L thuộc họ Fabaceae, có hai nguồn gen được thuần hóa từ hai dạng hoang dại khác nhau, với hai hình thái hạt là nhỏ và lớn (Debouk).
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 phát triển tốt ở vùng khí hậu nhiệt đới ẩm, cận ẩm và bán khô hạn, cũng như khí hậu ôn đới ấm áp Trong điều kiện ẩm ướt, đậu ngự thường được trồng xen kẽ với các loại cây ngũ cốc và cây lấy củ, nhưng độ ẩm dư thừa có thể làm thay đổi màu hạt và hình dạng hạt Mặc dù một số loài đậu ngự có khả năng chịu nhiệt cao, nhiệt độ lý tưởng cho sự phát triển của chúng là từ 16°C đến 27°C, và một số giống có thể rụng hoa khi nhiệt độ vượt quá 32°C Đậu ngự có khả năng thích ứng với nhiều loại đất, nhưng đất thoát nước tốt với pH trên 6,0 là điều kiện tối ưu; một số giống còn phát triển tốt ở đất chua với pH thấp đến 4,4.
2.1.3 Thành phần hóa học của hạt đậu ngự
Theo báo cáo của Chel–Guerrero và cộng sự (2012), hạt đậu ngự chứa khoảng 21 – 26% protein, 55 – 64% carbohydrate, và 3,4 – 6,4% tro Hàm lượng chất béo trong đậu ngự thấp, dao động từ 0,6 – 3,5%, với hầu hết các mẫu có khoảng 1,5% chất béo Ngoài ra, hàm lượng chất xơ cũng ở mức vừa phải, từ 4,3 – 7,5%.
Bảng 2.1: Thành phần hóa học của hạt đậu ngự
Thành phần hóa học % khối lƣợng ( /100g đậu ngự)
(Nguồn: Chel–Guerrero và cộng sự, 2012)
Hàm lượng protein (Bảng 2.1) chiếm một tỉ lệ tương đối trong thành phần hóa học, khoảng 21–26 %, so với hàm lƣợng protein của đậu nành (36–40 %) (KeShun và cộng sự,
Mặc dù sản lượng đậu ngự vào năm 1997 thấp hơn, nó vẫn là nguồn cung cấp nguyên liệu tiềm năng cho protein Giống như các loại đậu khác, đậu ngự thiếu amino acid lưu huỳnh, nhưng lại chứa lượng lysine cao, đạt 6,7 g/100 g protein So với các loại ngũ cốc khác, lysine trong đậu ngự cao hơn 2,9 lần so với lúa mì, 4 lần so với lúa mạch, 4,5 lần so với yến mạch, 13,4 lần so với gạo và 3,8 lần so với ngô.
Hàm lƣợng cụ thể các amino acid trong đậu ngự đƣợc so sánh với đậu nành trong bảng 2.2
Bảng 2.2: Thành phần amin acid của đậu ngự và đậu nành
(g/100 g protein) Amino acids Hàm lƣợng
(g/100 g protein) Đậu ngự Đậu nành Đậu ngự Đậu nành
Theo Betancur và cộng sự, 2004
Thành phần amino acid của protein đậu ngự và đậu nành cho thấy sự khác biệt rõ rệt, đặc biệt là hàm lượng phenylalanine và tyrosine trong đậu ngự đạt 9,3 g/100 g protein, gấp 3 lần so với đậu nành chỉ có 3,28 g/100 g protein Bên cạnh đó, hàm lượng các amino acid không thiết yếu như Aspartic acid và Glutamic acid trong đậu ngự lần lượt là 12,88 g/100 g protein và 14,14 g/100 g protein, đều thấp hơn so với đậu nành với 14,00 g/100 g protein và 21,56 g/100 g protein.
Theo nghiên cứu của Ologhobo và Fetuga (1982b) về thành phần carbohydrate của 18 giống đậu lima, tinh bột chiếm từ 32,1% đến 50,6%, trong khi oligosaccharides chiếm từ 7,5% đến 12,8% Glucose, fructose và sucrose chỉ là các thành phần phụ, lần lượt chiếm 0,07%, 0,62% và 1,54% Hàm lượng cellulose trong hạt dao động từ 5,0% đến 6,0%, và lignin chỉ chiếm khoảng 1,0% đến 2,4% (Meredith và cộng sự, 1988).
Các khoáng chất như K, Zn, Ca, và Fe có hàm lượng cao hơn Na và P, theo nghiên cứu của Chel–Guerrero và cộng sự (2012) Dữ liệu nghiên cứu được thu thập từ 18 giống đậu ngự tại Tây.
Phi (Ologhobo và cộng sự, 1983b) đã chỉ ra rằng hàm lượng kali trong thực phẩm rất cao, đạt 1724 mg/100g, trong khi hàm lượng photpho và magie cũng đáng kể với 385 và 224 mg/100g Ngược lại, hàm lượng canxi và natri tương đối thấp, chỉ khoảng 81 và 18 mg/100g Ngoài ra, sắt, kẽm, mangan và đồng chỉ có mặt ở dạng vi lượng, với các giá trị lần lượt là 7,5; 2,8; 1,7 và 0,7 mg/100g.
Hàm lượng chất béo trong đậu ngự rất thấp, với cấu hình acid béo bao gồm acid béo bão hòa như myristic, palmitic, stearic, acid béo không bão hòa đơn như palmitoleic, oleic, erucic, và acid béo không bão hòa đa như linoleic, linolenic Acid béo chủ yếu trong đậu ngự là linoleic acid (0,22 g/100g đậu) và palmitic acid (0,12 g/100g đậu) theo thông tin từ USDA (1986).
Đậu ngự thô chứa nhiều loại vitamin quan trọng, bao gồm thiamine (0,51 mg/100g), riboflavin (0,20 mg/100g), niacin (1,54 mg/100g), pantothenic acid (1,36 mg/100g), pyridoxine (0,51 mg/100g) và folacin (359 mg/100g) theo dữ liệu của USDA (1986) Tuy nhiên, đậu ngự không có ascorbic acid, vitamin B12 hoặc vitamin A.
2.1.4 Các phân đoạn protein từ hạt đậu ngự
Trong đậu ngự, protein chủ yếu được phân thành ba loại: globulin chiếm 70%, albumin khoảng 20% và prolamin 10% Globulin dự trữ bao gồm legumin (11S) và vicilin (7S), với tỷ lệ lần lượt là 58,3% và 41,7% (Salunkhe và cộng sự, 1989) Globulin có hàm lượng amino acid chứa lưu huỳnh (methionine, cysteine) thấp, trong khi albumin lại giàu các amino acid này và lysine hơn (Hahn, 1982) Osborne đã phân loại protein dự trữ hạt dựa trên khả năng hòa tan trong các dung môi khác nhau (Osborne, 1924), và Bảng 2.3 cung cấp thông tin chi tiết về phân loại các phân đoạn protein.
Bảng 2.3: Tóm tắt các đặc tính của protein dự trữ albumin, globulin và prolamin
Các polyme có thể vƣợt quá 10 4
Một số loại giàu methionine
Một số loại giàu methionin
Theo P R Shewry và cộng sự, 2003
Các globulin chính trong các loại đậu bao gồm globulin vicilin 7S và globulin legumin 11S, được xác định dựa trên hệ số lắng Những globulin này có khả năng hòa tan trong dung dịch muối NaCl với nồng độ từ 0,5 đến 1,0 M (Casey, 1999).
Các globulin 11S, thường được gọi là legumin, là loại protein đặc trưng cho hạt họ đậu Legumin là các protein hexameric với khối lượng phân tử dao động từ 300.
Protein 450 kDa bao gồm sáu tiểu đơn vị có khối lượng phân tử từ 50 đến 60 kDa, được liên kết với nhau bằng các liên kết không cộng hóa trị (Mills và cộng sự, 2003) Trong khi đó, globulin 7S trong hạt họ đậu thường được gọi là vicilin do sự hiện diện của chúng trong các hạt họ đậu tông.
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” đƣợc sử dụng lần đầu tiên trong sách
Soybean Blue Book của phòng thí nghiệm Illinois – Griffith (Mỹ) chứa khoảng 70% protein Để chiết xuất protein, nhiều kỹ thuật khác nhau đã được phát triển, bao gồm vi phân, siêu lọc, chiết xuất bằng dung dịch acid và kiềm, và kết tủa đẳng điện (Boye và cộng sự, 2010).
Phân loại theo tiêu chuẩn Codex, một sản phẩm đƣợc định nghĩa là bột protein, nếu hàm lƣợng protein từ 50 – 65 %, protein concentrate nếu nó có hàm lƣợng protein 65 – 90
% và là protein isolate khi nó chứa hàm lƣợng protein từ 90% trở lên (Codex Alimentarius Commission, 1989)
Kể từ khi FDA xác nhận vai trò của protein concentrate trong việc giảm nguy cơ bệnh tim mạch vào năm 1999, nghiên cứu và phát triển loại protein này đã gia tăng đáng kể Hiện nay, protein concentrate trở thành nguồn cung cấp protein giá rẻ cho vận động viên, người tập thể hình và người ăn chay, được ứng dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm như xúc xích, nước sốt, sữa chua và các loại bánh Các ứng dụng này xuất phát từ đặc tính lý hóa của protein, bao gồm khả năng hấp thụ nước và dầu, tạo gel, tạo bọt và nhũ tương, ảnh hưởng đến chức năng và chất lượng thực phẩm Tại Châu Âu, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện trên các loại đậu như đậu tằm, đậu Hà Lan và đậu lupin để phát triển sản phẩm giàu protein thực vật như protein concentrate và protein isolate.
Cây họ đậu, như đậu đũa (Vigna unguiculata) và đậu xanh (Cicer arietinum), đã được phát triển thành nguồn cung cấp protein chất lượng cao, theo nghiên cứu của J Gueguen (1983).
Nhận thấy lợi ích của protein concentrate từ hạt họ đậu và xu hướng thị trường, nhóm chúng tôi đã định hướng nghiên cứu về nguồn protein này, bắt đầu từ nghiên cứu của Nguyễn và cộng sự (2021) Do hàm lượng protein trong chế phẩm trước đó chưa đạt yêu cầu, chúng tôi đã tiến hành khảo sát và điều chỉnh một số thông số kỹ thuật nhằm cải thiện chất lượng sản phẩm trong nghiên cứu hiện tại.
2.2.2 Công nghệ sản xuất protein concentrate bằng phương pháp kết tủa đẳng điện
Protein concentrate được tạo ra thông qua sự kết hợp giữa phương pháp kết tủa đẳng điện và quy trình phân tách vật lý, cho ra sản phẩm bột khô chứa khoảng 70% protein (Yu và cộng sự, 2006).
Phương pháp kết tủa là một trong những kỹ thuật tách và phân đoạn protein cổ điển, vẫn được sử dụng phổ biến hiện nay Nguyên lý của phương pháp này dựa trên việc thay đổi có hệ thống các yếu tố như nhiệt độ, lực ion và độ pH để làm kết tủa protein Các phương pháp làm sạch protein trong nhóm này bao gồm kết tủa protein bằng dung môi hữu cơ, kết tủa protein bằng muối trung tính và kết tủa protein tại điểm đẳng điện.
Kỹ thuật kết tủa đẳng điện là phương pháp phổ biến để trích ly protein concentrate từ nguồn thực vật Quá trình này dựa trên điểm đẳng điện của protein, nơi tổng điện tích bằng không, dẫn đến tương tác tĩnh điện giữa các phân tử ở mức thấp nhất Tại điểm này, độ hydrate hóa của protein giảm, làm tăng cường tương tác giữa các phân tử và tạo ra kết tủa Tuy nhiên, nhược điểm lớn của phương pháp này là do các protein thường có pH đẳng điện trong khoảng hẹp, nên việc kết tủa có thể dẫn đến sự kết tủa đồng thời của nhiều loại protein khác nhau, bao gồm cả phức hợp protein và nucleic acid, làm giảm hiệu quả tinh sạch.
Nghiên cứu của Garba và cộng sự (2014) cho thấy rằng việc kết tủa protein từ đậu nành đạt hiệu quả cao nhất ở pH = 4,2 Chúng tôi đã áp dụng phương pháp này để thu nhận protein từ dịch trích đậu ngự, với mục tiêu gây kết tủa ở điểm đẳng điện tại pH = 4,5.
Quá trình trong kỹ thuật này bao gồm trích ly chất béo, trích ly dịch protein bằng dung dịch kiềm, ly tâm để thu nhận dịch trích protein, kết tủa tại điểm đẳng điện, và cuối cùng là ly tâm và sấy để thu protein (Hadnadjev và cộng sự, 2017).
Hình 2.1: Sơ đồ quá trình thu nhận protein concentrate theo kỹ thuật kết tủa đẳng điện
Quá trình trích ly chất béo
Quá trình trích ly chất béo từ bột đậu nguyên béo sử dụng dung môi hữu cơ để loại bỏ lipid Các dung môi thường được sử dụng bao gồm ethanol, isopropanol, hexane và các hỗn hợp của chúng Dung môi lý tưởng cần không hòa tan protein, thâm nhập tốt vào hạt bột và có nhiệt độ sôi thấp để dễ bốc hơi Ngoài ra, tính độc hại và khả năng cháy nổ của dung môi cũng cần được xem xét để đảm bảo an toàn trong sản xuất.
Kết tủa tại điểm đẳng điện
Ly tâm và sấy Đậu ngự
Ly tâm thu dịch trích protein
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
Giá thành Ethanol Tốt Cao nhất 78,4 o C Tính độc thấp
Hexan Tốt nhất Thấp nhất 69,0 o C Độc tính cao
Để tối ưu hóa quá trình trích ly, cần chú ý đến một số yếu tố quan trọng Kích thước hạt nhỏ giúp tăng diện tích bề mặt tiếp xúc với dung môi hữu cơ, từ đó nâng cao hiệu suất trích ly Độ ẩm của nguyên liệu nên thấp hơn 8% để các dung môi không phân cực dễ dàng xâm nhập vào tế bào, cải thiện hiệu quả trích ly Quá trình sấy cần được thực hiện để giảm hàm lượng ẩm, giúp phá vỡ hệ nhũ tương dầu – nước, tạo điều kiện cho chất béo hòa tan trong dung môi Nhiệt độ sấy cũng cần được kiểm soát ở mức thấp, vì nếu quá cao, lipid có thể liên kết với protein và carbohydrate, gây khó khăn trong việc trích ly lipid bằng 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 carbohydrate thành 2 pha để dễ dàng phân riêng Các phương pháp trích ly protein bao gồm sử dụng kiềm trong môi trường trích ly và khuấy trong 1 – 2 giờ, dung dịch acid với pH từ 2 đến 4, hoặc dung dịch muối Sau khi trích ly, có nhiều phương pháp thu nhận dịch trích ly như lắng lọc hoặc ly tâm Kích thước rây lọc và tốc độ ly tâm ảnh hưởng đến độ sạch của dịch trích ly protein, với phương pháp ly tâm được cho là tối ưu hơn theo nghiên cứu của Cogan (1967).
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly protein bao gồm kích thước hạt, độ pH, thời gian trích ly và tỉ lệ rắn lỏng Kích thước hạt của bột tách béo càng nhỏ thì quá trình trích ly càng nhanh và dễ hòa tan vào dung dịch kiềm hơn Dung dịch kiềm không chỉ làm tăng khả năng hòa tan của protein mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc xác định độ pH Protein xử lý từ dung dịch kiềm mạnh thường giữ lại nhiều nước, gây khó khăn cho quá trình kết tủa và ly tâm Do đó, dung dịch kiềm loãng với nồng độ phổ biến là 1 N được khuyến nghị Thời gian trích ly cũng ảnh hưởng đến hiệu suất, với hàm lượng protein thường tăng mạnh trong 30 phút đầu và thời gian trích ly trong sản xuất công nghiệp thường là 1 giờ.
Thời gian trích ly phụ thuộc vào kích thước hạt, độ pH và tốc độ khuấy Hiệu suất trích ly cũng bị ảnh hưởng bởi tỉ lệ dung dịch kiềm và bột tách béo, trong khi tỉ lệ rắn:lỏng trong công nghiệp thường dao động từ 1:10 đến 1:20.
Quá trình kết tủa dịch trích ly
Có nhiều phương pháp để loại bỏ các thành phần không mong muốn nhằm thu hồi protein concentrate có độ tinh khiết cao Phương pháp kết tủa đẳng điện vẫn được sử dụng phổ biến, mặc dù có các phương pháp hiện đại như siêu lọc Trong phương pháp này, dung dịch acid được dùng để điều chỉnh pH của dung dịch trích ly đến điểm đẳng điện, cụ thể là pH 4,5 cho đậu ngự, để thu hồi protein Sau khi thu hồi, kết tủa sẽ được rửa lại từ một đến hai lần nhằm tăng hiệu suất thu hồi protein concentrate Ngoài ra, việc kết hợp nhiệt độ, như làm lạnh dịch chiết ở 4 °C trong 18 giờ trước khi điều chỉnh pH, cũng được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất kết tủa protein.
Quá trình sấy huyền phù protein concentrate
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
2.5.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Trên toàn cầu, nghiên cứu về protein concentrate và protein isolate đang được khai thác đa dạng với nhiều loại đối tượng khác nhau, bao gồm hạt mè, hạt cải dầu, gạo, cây lupin, hạt đậu đũa, đậu đen, đậu faba, đậu gà, đậu phộng và đậu xanh.
Mặc dù có 14 loại đậu nành, nhưng nghiên cứu về việc trích ly protein từ đậu ngự vẫn còn hạn chế Chỉ có một số nghiên cứu liên quan đến chủ đề này được thực hiện.
Nghiên cứu của Chel–Guerrero và cộng sự (2002) chỉ ra rằng protein isolate từ đậu ngự có thành phần hóa học và đặc tính chức năng phù hợp để sử dụng trong thực phẩm Chúng có khả năng giữ nước và dầu tốt ở pH acid, cùng với khả năng tạo bọt cao, cho phép ứng dụng trong các sản phẩm như bánh mì, gia vị và xúc xích.
Nghiên cứu của Betancur và cộng sự (2004) đã khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện trích ly như tỷ lệ bột:nước, độ pH và thời gian khuấy đến hàm lượng protein isolate từ đậu ngự Kết quả cho thấy hàm lượng protein cao nhất đạt được với tỷ lệ bột:nước là 1:6, pH 11 và thời gian khuấy 1 giờ, cho thấy các điều kiện xử lý có ảnh hưởng lớn đến hàm lượng protein isolate Ngoài ra, Kudre và cộng sự (2013) đã nghiên cứu chiết xuất và xác định đặc điểm của protein isolate từ các loại đậu trồng ở Thái Lan, bao gồm đậu xanh, đậu đen và đậu phộng bambara, với hàm lượng protein dao động từ 85,2% đến 88,2%.
Nghiên cứu của năm 2004 đã so sánh các đặc tính chức năng của protein isolate từ ba giống đậu đũa và hai giống đậu tương, cho thấy rằng các đặc tính chức năng của protein isolate từ đậu đũa thấp hơn so với protein isolate từ đậu tương, và cần được cải thiện để ứng dụng trong sản phẩm thực phẩm Ngoài ra, nghiên cứu của Okafor và cộng sự vào năm 2015 chỉ ra rằng protein concentrate từ đậu đen có đặc tính tạo bọt tốt, mở ra khả năng ứng dụng trong ngành thực phẩm.
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 dụng dung môi hữu cơ ở pH 4,5 tại nhiệt độ 5°C cho hiệu suất thu hồi đạt 67% và sản phẩm protein concentrate có hàm lƣợng protein là 71,77%
Nghiên cứu của Nguyễn và cộng sự (2017) chỉ ra rằng việc kết hợp sóng siêu âm và enzyme trong quá trình xử lý có thể nâng cao hiệu suất trích ly protein từ bột đậu phộng (Arachis hypogaea Linn.) lên đến 94,7% Chế phẩm protein đậu phộng này không chỉ có khả năng hòa tan và độ bền bọt tốt hơn so với protein từ đậu nành, mà còn thể hiện khả năng hấp thụ béo và tạo nhũ kém hơn Đồng thời, nghiên cứu cũng khảo sát quá trình tinh sạch dịch trích protein đậu phộng bằng kỹ thuật siêu lọc, góp phần làm rõ các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng protein.
Chúng tôi đã phát hiện một số nghiên cứu liên quan đến protein từ hạt họ đậu, đặc biệt là quy luật ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ trong quá trình xử lý siêu âm và enzyme đến hiệu quả trích ly protein từ bột đậu phộng (Arachis hypogaea).
Nghiên cứu về protein đậu phộng cho thấy hiệu suất thu hồi protein có thể đạt đến 94,7% khi kết hợp sóng siêu âm và enzyme trong quá trình tinh sạch Chế phẩm protein đậu phộng có khả năng hòa tan và độ bền bọt tốt hơn so với protein từ đậu nành, nhưng lại kém hơn trong khả năng hấp thụ béo và tạo nhũ Bùi Thanh Bình và cộng sự (2011) đã khảo sát các yếu tố như nguyên liệu, độ pH, thời gian khuấy, nhiệt độ khuấy và số lần trích ly, cho thấy hiệu suất sản xuất protein isolate từ đậu nành đạt khoảng 72% với hàm lượng protein 89,11% Nguyễn Thị Phượng (2019) đã xây dựng quy trình sản xuất bột protein đậu tương cô đặc và bột protein đậu tương thủy phân, trong đó bột đậu tương cô đặc có hàm lượng protein 44,22% và bột đậu tương thủy phân đạt 60,74%.
Nhằm tăng hàm lượng protein trong chế phẩm concentrate, nhóm nghiên cứu đã tiến hành khảo sát và điều chỉnh một số thông số kỹ thuật trong quy trình thu nhận protein Đồng thời, nghiên cứu cũng làm rõ một số đặc tính công nghệ chưa được hoàn thiện trước đó Do đó, 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)” đã được thực hiện.
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị sử dụng
Nghiên cứu này sử dụng hạt đậu ngự, nguồn gốc từ Việt Nam, được cung cấp bởi Công ty cổ phần nông sản Dũng Hà, 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
Sodium hydroxide (NaOH), hydrochloric acid (HCl), sulfuric acid (H₂SO₄ 96–98%), ethanol (C₂H₆O), hexane (C₆H₁₄), phenol (C₆H₅OH), phenolphthalein (C₂₀H₁₄O₄), potassium sulfate (K₂SO₄), boric acid (H₃BO₃), methyl red (C₁₅H₁₅N₃O₂), bromocresol green (C₂₁H₁₄Br₄O₅S), diethyl ether ((C₂H₅)₂O), petroleum ether (60–90), Folin–Ciocalteu's phenol reagent, sodium bicarbonate (Na₂CO₃), copper(II) sulfate pentahydrate (CuSO₄·5H₂O), and potassium sodium tartrate tetrahydrate (C₄H₄O₆KNa·4H₂O) are available for purchase at Bach Khoa Co., located at 270a Ly Thuong Kiet, Ward 14, District 10, Ho Chi Minh City.
Cân phân tích 2 chữ số và 4 chữ số (Sartorious BL210S, Thụy Sĩ) cùng với pH kế Hana (HI991003, Romania) là những thiết bị quan trọng trong phòng thí nghiệm Ngoài ra, máy ly tâm (Centrifugen 450 và Hermle Z366, Đức) và máy quang phổ tử ngoại khả kiến UV–VIS 02 chùm tia (Hitachi UH5300, Nhật Bản) cũng đóng vai trò thiết yếu Các thiết bị khác như máy quang phổ hồng ngoại biến đổi chuỗi Fourier FTIR (Nhật Bản), máy đo lưu biến (Thermo scientific Haake Rheostress 1), và máy chưng cất đạm Kjeldahl (Buchi B–324, Đức) hỗ trợ trong các phân tích chuyên sâu Bộ chưng cất Soxhlet (Đức), máy xay cầm tay (Bosch MSM66130, Đức), và máy xay bột (Seka Z10, Trung Quốc) cũng là những công cụ hữu ích Cuối cùng, thiết bị đo Zeta và kích thước hạt DLS (Zetasizer Advance (Zetasizer Pro)), máy so màu (Konica CR 400, Nhật Bản), máy khuấy từ gia nhiệt (Đức), tủ sấy và tủ lạnh hoàn thiện danh sách các thiết bị cần thiết cho nghiên cứu và phân tích.
Trong phòng thí nghiệm, các dụng cụ thiết yếu bao gồm bình định mức, cốc thủy tinh, bình tam giác, pipette, micro pipette, đầu típ, burette, cuvette nhựa, ống nghiệm, ống ly tâm, bóp cao su, bình xịt tia, đĩa petri, đũa thủy tinh và lưới rây 100 mesh Những dụng cụ này đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện các thí nghiệm và phân tích chính xác.
Sơ đồ nghiên cứu và quy trình thu nhận protein concentrate từ hạt đậu ngự
Chú thích: H là hiệu suất quá trình trích ly (%), Y là hiệu suất thu hồi chế phẩm (%)
Hình 3.2: Sơ đồ nghiên cứu
Điều chỉnh quy trình thu nhận: thực hiện 6 thí nghiệm từ TN1a-f ở mục 3.3.1 và xác định điểm đẳng điện của protein
Xác định hiệu suất thu hồi chế phẩm (H,%) và hiệu suất thu hồi protein (Y, %) Đánh giá tính chất hóa lý, của protein
Hoàn thiện quy trình thu nhận protein concentrate
Thành phần hóa học (độ ẩm, protein, lipid, carbohydrate, ẩm, tro)
Khối lƣợng phân tử (điện di SDS-page)
Phân bố kích thước hạt (DLS)
Kính hiển vi điện tử quét (SEM)
Màu sắc Đánh giá một số đặc tính chức năng của protein
3.2.2 Quy trình thu nhận protein concentrate a Sơ đồ quy trình thu nhận protein concentrate từ hạt đậu ngự
Quy trình thu nhận protein concentrate từ hạt đậu ngự trong nghiên cứu này được điều chỉnh dựa trên quy trình của M S Butt và cộng sự (2010), như thể hiện trong hình 3.3, với một số thay đổi để phù hợp với điều kiện thực nghiệm.
Hình 3.3: Sơ đồ quy trình thu nhận protein concentrate từ đậu ngự
Bột: dung môi = 1: 6 w/w Thời gian 24h
Nước cất Trích ly protein
Ly tâm 1 (TN1e,f) Đậu ngự
Sấy Rửa kết tủa b Thuyết minh quy trình thu nhận protein concentrate từ hạt đậu ngự
Hạt đậu ngự (8kg) sau khi mua về cần được làm sạch tạp chất và loại bỏ các vật thể lạ Sau đó, hạt đậu nên được bảo quản ở nơi khô ráo, với nhiệt độ phòng khoảng 30 ± 2℃ cho đến khi thực hiện các bước xử lý tiếp theo.
Mục đích là đảm bảo chất lượng nguyên liệu đậu ngự đồng đều, không bị mốc, mọt hay hư hỏng, đồng thời loại bỏ vỏ để chuẩn bị cho quá trình nghiền đậu ngự thành bột.
Cách tiến hành: Ngâm 500g đậu ngự vào trong nước với tỉ lệ nước: đậu = 2:1 (w/w)
Thời gian ngâm đậu từ 4 – 6 giờ giúp vỏ và nhân dễ dàng tách rời Sau khi bóc vỏ, cần loại bỏ các hạt không đạt yêu cầu Đậu sau đó được cho vào khay và sấy đối lưu ở nhiệt độ 55 o C cho đến khi khô, thường mất khoảng 10 giờ.
12 giờ, cho tới khi độ ẩm của đậu