(Đồ án HCMUTE) tinh sạch và đánh giá các tính chất hóa lý, đặc tính chức năng của protein concentrate từ đậu ngự (phaseolus lunatus)

i 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: 2022–18116068 TINH SẠCH VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC TÍNH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

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

(Phaseolus lunatus)

i

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: 2022–18116068

TINH SẠCH VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC TÍNH CHẤT HÓA LÝ, ĐẶC TÍNH CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN CONCENTRATE TỪ ĐẬU NGỰ

ii

iii

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!

iv

v

vi

vii

viii

ix

x

xi

xii

xiii

xiv

xv

xvi

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN Error! Bookmark not defined

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xxii

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.2.1 Đặc điểm của đậu ngự 5 2.2.2 Thành phần hóa học của đậu ngự 5

2.3.1 Giới thiệu về protein concentrate 7 2.3.2 Công nghệ thu nhận protein concentrate 8

xvii

2.5.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 11 2.5.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 12

CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13

3.1.2 Hóa chất sử dụng trong nghiên cứu 13 3.1.3 Thiết bị và dụng cụ sử dụng trong thí nghiệm 13

3.2.1 Sơ đồ nghiên cứu 14 3.2.2 Quy trình thu nhận protein concentrate đậu ngự 15

3.3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của dung môi đến quá trình loại béo và hiệu

3.3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của pH trích ly protein đến hiệu suất của thu

polyacrylamide gel electrophoresis (SDS–PAGE) 21 3.4.5 Xác định cấu trúc bậc 2 của protein bằng quang phổ biến đổi chuỗi Fourier (FTIR)

23 3.4.6 Xác định hình thái cấu trúc bề mặt của protein (chụp SEM) 23 3.4.7 Xác định độ hấp thụ nước (Water absorption capacity – WAC) 23 3.4.8 Xác định độ hấp thụ chất béo (Fat absorption capacity – FAC) 24 3.4.9 Đo màu hệ CIE – Lab 24 3.4.10 Xác định đặc tính lưu biến của PPC biến tính và PPC không biến tính 25 3.4.11 Xác định điểm đẳng điện của protein đậu ngự 25 3.4.12 Phương pháp xử lý số liệu 26

xviii

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 27

4.1 Kết quả các khảo sát ảnh hưởng đến quá trình hoàn thiện quy trình thu nhận protein

4.1.1 Ảnh hưởng của dung môi đến quá trình loại béo và hiệu suất thu hồi protein 27

4.1.2 Ảnh hưởng của pH trích ly protein đến hiệu suất của thu hồi PPC 36

4.1.3 Xác định điểm đẳng điện của protein đậu ngự 28

4.2.1 Thành phần hóa học và hiệu suất thu nhận sản phẩm 31 4.2.2 Thành phần acid amin của protein 32

4.3.1 Xác định khối lượng phân tử protein bằng điện di Sodium dodecyl sulfate

polyacrylamide gel electrophoresis (SDS–PAGE) 34 4.3.2 Xác định cấu trúc bậc 2 của protein bằng quang phổ biến đổi chuỗi Fourier (FTIR)

35 4.3.3 Xác định hình thái cấu trúc bề mặt của PPC 37 4.3.4 Kết quả đo màu của protein 38 4.3.5 Phương pháp xác định độ hòa tan 39 4.3.6 Xác định hình độ hấp thụ nước của protein concentrate 39 4.3.7 Xác định hình độ hấp thụ chất béo của protein concentrate 40 4.3.8 Khảo sát sự thay đổi ứng suất cắt của protein concentrate khi xử lý nhiệt ở nhiệt độ

Hình 3.4: Quy trình khảo sát ảnh hưởng của pH trích ly protein đến hiệu suất của thu hồi

Hình 3.5: Quy trình khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hòa tan của PPC 29

Hình 3.6 Thiết bị đo lưu biến (Thermo scientific Haake Rheostress 1) 30

Hình 3.7 Quy trình khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến ứng suất cắt của chúng 30

Hình 4.1 Kết quả khảo sát thế zeta của protein concentrate 38

Hình 4.2 Sơ đồ quy trình thu nhận hoàn chỉnh 39 Hình 4.3 Đường chuẩn liên hệ giữa khối lượng phân tử và khoảng cách di chuyển protein 43 Hình 4.4 Phổ FTIR của protein concentrate thu nhận từ đậu ngự (PPC) và protein isolate đậu

Hình 4.5 Hình ảnh chụp SEM protein concentrate (bên trái là sấy đối lưu – bên phải mẫu sấy

Hình 4.6 Màu sắc của SPI (bên trái) và PPC (bên phải) 47

Hình 4.7 Đồ thị về ảnh hưởng của pH đến độ hòa tan của PPC, PPI và PPI* 48

xx

Hình 4.8 Sự thay đổi độ nhớt của protein concentrate theo nhiệt độ tại chu kỳ 1 [A] và chu kỳ

xxi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của hạt đậu ngự 14

Bảng 2.2 Thành phần acid amin của đậu ngự và đậu nành 14

Bảng 2.3 So sánh tính chất của các dung môi hữu cơ phổ biến 17

Bảng 4.1 Khảo sát hiệu suất trích ly béo 36

Bảng 4.2 Khảo sát hiệu suất thu hồi thu nhận protein 37

Bảng 4.3 Thành phần hóa học bột nguyên liệu và protein thu nhận từ hạt đậu ngự 39

Bảng 4.4 Hàm lượng axit amin trong mẫu PPC, SPI và nhu cầu axit amin thiết yếu theo tiêu

Bảng 4.5 Kết quả phổ FTIR của protein concentrate thu nhận từ đậu ngự (PPC) và protein

Bảng 4.6 Kết quả đo màu mẫu PPC và PSI 46

Bảng 4.7 Độ hấp thụ nước của protein concentrate 48

Bảng 4.8 Độ hấp thụ béo protein concentrate 49

Bảng 4.9 Kết quả độ nhớt ban đầu và kết thúc của protein concentrate 51

Bảng 4.10 Sự thay đổi ứng suất cắt theo tốc độ cắt của mẫu protein concentrate 53

xxii

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

RPM: Đơn vị vòng/phút

SDS – PAGE: Sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis – phương pháp điện

di

xxiii

TÓM TẮT KHÓA LUẬN

Đề tài nghiên cứu về “Tinh sạch và đánh giá các tính chất hóa lý, đặc tính chức năng

của protein concentrate từ đậu ngự (Phaseolus lunatus)” được thực hiện nhằm nâng cao hiệu

suất thu hồi sản phẩm protein concentrate từ hạt đậu ngự và sử dụng enzyme có độ tinh khiết tốt hơn Đồng thời xác định và đánh giá tính chất hóa lý (thành phần hóa học, thành phần acid amin, khối lượng phân tử, cấu trúc bậc hai của protein, độ hòa tan), đặc tính chức năng của protein concentrate từ hạt đậu ngự

Kết quả nghiên cứu cho thấy quy trình thu nhận protein concentrate bằng phương pháp kết tủa đẳng điện ở pH 4,5 tại nhiệt độ 4°C cho hiệu suất thu hồi đạt 71.3% Hàm lượng protein trong chế phẩm được cải thiện lên 81% còn chất béo, tro và carbohydrate lần lượt là 0,2%, 4,03%, 7,3% Theo các khảo sát chúng tôi thực hiện cho thấy chế phẩm protein concentrate từ hạt đậu ngự có đột hấp thụ nước và dầu lần lượt là 3,59 mL/g và 4,21 mL/g tốt hơn so với protein isolate từ đậu nành protein isolate từ đậu nành 3,01 mL/g và 3,45 mL/g Ngoài ra, protein conconcentrate từ đậu ngự chứa đầy đủ các protein thiết yếu như Valine (2,49 g/100g), Leucine (5,47 g/100g), Isoleucine (g/100g), Methionine (0,65 g/100g), Phenylanine (3,17 g/100g), Tyrosine (2,1 g/100g), Histidine (2,5 g/100g), Lysine (5,12 g/100g), Threosine (3,09 g/100g) kết quả cho thấy hàm lượng protein thiết yếu đều vượt xa so với nhu cầu về acid amin được khuyến cáo bởi FAO

Kết quả nghiên cứu này cho thấy protein concentrate từ hạt đậu ngự có thể được áp dụng trong một số lĩnh như dinh dưỡng bổ sung vào các sản phẩm như sữa, sữa chua, công nghệ sản xuất bánh kẹo, các sản phẩm đồ uống nhầm cung cấp hàm lượng protein cao cho các vận động viên Đây là một số lĩnh vực tiềm năng và định hướng phát triển tốt trong tương lai Các tính chất hóa lý và đặc tính chức năng của protein concentrate từ đậu ngự sẽ được nhóm chúng tôi làm rõ ở các nghiên cứu phía sau

Xét về mặt dinh dưỡng, Các loại đậu là nguồn dinh dưỡng rất phong phú, ngon mà lại

rẻ tiền Đậu nành cung cấp đủ các loại amino acid thiết yếu mà cơ thể cần Đậu có nhiều calcium, cho nên các vị tu hành, người ăn chay có thể sống lành mạnh chỉ với đậu hũ và các sản phẩm khác của đậu nành Nói chung, các loại đậu có lượng đạm chất cao hơn các loại ngũ cốc khác

từ hai đến năm lần Hạt đậu có nhiều sinh tố nhóm B, nhiều sắt, potassium, rất nhiều chất xơ [1] Đa số hạt đậu đều có rất ít chất béo và calories, ngoại trừ đậu nành và đậu phộng lại có nhiều chất béo lành bất bão hòa Đậu có ít calories thường có nhiều nước, một trăm gram đậu nấu chín cho 100-130 Calories và 7 gram chất đạm tương dương với số chất đạm trong 30 gram thịt động vật [2] Đậu nảy mầm có nhiều chất đạm hơn đậu nguyên hạt Khi ăn pha đậu với các loại hạt, chất đạm của đậu có chất lượng tương đương với chất đạm động vật [3] Vì vậy, hiện tại việc khai thác protein từ các cây họ đậu đang là một xu hướng mới thay thế nguồn protein

từ thịt làm giảm áp lực cho ngành nông nghiệp

Hiện tại trên thị trường có hai loại sản phẩm protein hiện có trên thị trường thương mại là: protein isolate và protein concentrate Protein concentrate (PC) thường được thu nhận ta cũng có thể phân loại protein là concentrate hay là isolate Protein concentrate còn được hiểu

là “cô đặc” tức là loại bỏ các thành phần như béo, xơ, carbohydrate, chất khoáng và các thành phần phụ khác để thu được chế phẩm protein [4] trong khi protein isolate (PI) thường được thu nhận bằng phương pháp trích ly protein trong môi trường kiềm sau đó protein được kết tủa tại điểm đẳng điện Tuy nhiên, trong quá trình nghiên cứu và báo cáo về protein concentreate chúng tôi nhận thấy về lĩnh vực này khá mới mẻ ở Việt Nam và còn nhiều hạn chế Trong quá trình tổng quan tài liệu, chúng tôi chưa ghi nhận được kết quả nghiên cứu hay tài liệu nào trong nước liên quan đến việc thu nhận, đánh giá đặc tính chức năng của protein concentrate từ đậu ngự Từ những luận điểm trên, chúng tôi đã thực hiện đề tài nghiên cứu “Tinh sạch và đánh giá

2

các đặc điểm hóa lý, đặc tính chức năng của protein concentrate từ đậu ngự” nhằm áp dụng một

số kỹ thuật phù hợp trong quá trình thu hồi protein từ hạt đậu ngự kết hợp với xữ lý enzyme để nâng cao độ tinh sạch, hiệu xuất thu hồi và xác định, đánh giá một số đặc điểm hóa lý và đặc điểm điểm chức năng của sản phẩm này Từ đó tạo tiền đề cho những nghiên cứu sau này về ứng dụng của sản phẩm vào lĩnh vực công nghệ thực phẩm

1.2 Mục tiêu đề tài

Mục tiêu của nghiên cứu là nhằm nâng cao hiệu suất thu hồi sản phẩm protein concentrate từ hạt đậu ngự và có độ tinh khiết tốt hơn Đồng thời xác định và đánh giá tính chất hóa lý (thành phần hóa học, thành phần acid amin, khối lượng phân tử, cấu trúc bậc hai của protein, độ hòa tan), đặc tính chức năng của protein concentrate từ hạt đậu ngự

1.3 Nội dung nghiên cứu

Nhiệm vụ khóa luận của đề tài “Tinh sạch và đánh giá tính chất hóa lý, đặc tính chức năng của protein concentrate từ hạt đậu ngự” gồm các nội dung cụ thể như sau:

− Tổng hợp tài liệu đề xuất quy trình công nghệ thích hợp về mặt chất lượng sản phẩm

và có thể áp dụng ở các quy mô lớn hơn để sản xuất protein concentrate từ hạt đậu ngự

− Đo đạc và đánh giá các đặc tính hóa lý như thành phần hóa học, cấu trúc và khối lượng phân tử của protein concentrate từ hạt đậu ngự

− Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài (gồm nồng độ protein và độ pH) đến các đặc tính chức năng của protein

− Đề xuất hướng ứng dụng protein concentrate từ đậu ngự trong công nghiệp thực phẩm

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu

− Hạt đậu ngự (Phaseolus lunatus) (Cung cấp bởi Công ty TNHH Thương mại và Dịch

vụ Phú Minh Tâm, địa chỉ số 481/83 Nguyễn Văn Quá, tổ 14, khu phố 4, phường Đông Hưng Thuận, quận 12, Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam)

− Phaseolus lunatus protein concentrate (PPC)

3

− Kết quả nghiên cứu của đề tài giúp hoàn thiện quy trình thu nhận protein và cung cấp thông số công nghệ cho thực nghiệm nghiên cứu sản xuất protein concentrate từ đậu ngự phù hợp với điều kiện tại địa phương

− Quy trình chế biến protein concentrate từ đậu ngự có thể sử dụng như tài liệu tham khảo cho nghiên cứu, học tập ở các trường đại học

− Các kết quả đánh giá các đặc tính hóa lý, cơ lý và chức năng của protein concentrate

từ đậu ngự giúp xác định khả năng ứng dụng của sản phẩm này vào các quá trình chế biến thực phẩm

4

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Giới thiệu về đậu ngự

Đậu ngự (hình 2.1.) có tên khoa học là Phaseolus lunatus thuộc họ đậu (Legumineuse)

có nguồn gốc có nguồn gốc từ một khu vực rộng lớn ở Châu Mỹ như Mexico, Peru và được người Tây Ban Nha mang đến các đảo Thái Bình Dương, sau đó lan rộng sang Đông Nam Á [5] Các nhà sử học vẫn chưa thể khẳng định đậu ngự có nguồn gốc từ Guatemala hay Peru, mắc dù có bằng chứng cho thấy rằng nó được trồng ở Peru từ hơn 7.000 năm trước Tên gọi đậu Lima hay đậu Lima được bắt nguồn theo tên thủ đô Lima của Peru Sau khi Columbus phát hiện ra châu Mỹ, dần dần loại đậu này trở nên phổ biến và du nhập ra khắp châu Âu, châu Á và châu Phi [7] Ở Việt Nam đậu ngự được trồng phổ biến ở các tỉnh như Đắk Lắk, Kon Tum, Gia Lai sản lượng hàng năm trên 21.000, chủ yếu được sử dụng làm thức ăn cung cấp chất đạm cho người và chăn nuôi gia súc [8]

Hình 2.1 Cây và hạt đậu ngự

Đậu ngự được xem như là một nguồn thực phẩm thay thế thịt bền vững và rẻ tiền và được coi là nguồn thực phẩm quan trọng thứ hai sau ngũ cốc [6] Nghiên cứu đã chỉ ra rằng hầu hết các hợp chất hoạt tính sinh học trong cây đậu ngự có đặc tính chống oxy hóa, đóng một vai trò trong việc ngăn ngừa một số bệnh ung thư, bệnh tim, loãng xương và các bệnh thoái hóa khác có [7] Do có hàm lượng protein cao và chất béo thấp, đậu ngự được người tiêu dùng lựa chọn đặc biệt là những người có vấn đề bệnh lý như là bệnh nhân celiac và bệnh tiểu đườn và những người thừa cân Sự kết hợp của các loại đậu trong chế độ ăn, đặc biệt là ở các nước đang phát triển, có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc xóa bỏ suy dinh dưỡng năng lượng protein, đặc biệt là ở các nước Á-Phi đang phát triển Các loại đậu có thể là một cơ sở cho sự phát triển của nhiều loại thực phẩm chức năng nhằm bồi bổ sức khỏe con người

5

2.2 Tổng quan về đậu ngự

2.2.1 Đặc điểm của đậu ngự

Cây đậu ngự (Hình 2.2) là một loài thân leo, thân có lông tơ những câu lâu năm thân sẽ hóa gỗ, rễ mảnh hoặc phình to, sâu đến 2 m Lá mọc so le, mọc đối 3 lá, cuống lá dài 1,5-19

cm Cụm hoa hình chùy ở nách dài tới 15 cm Hoa lưỡng tính, cuống dài 5-10 mm; đài hoa, dài 2,5 3,5 mm, có vân, 2 thùy trên hợp nhất, 3 thùy dưới rộng hình tam giác; tràng hoa rộng 7-10

mm, hình mũ tiêu chuẩn có kích thước 5-7 mm × 5-10 mm, màu trắng, xanh lục nhạt hoặc tím hồng, các cánh hình trứng có kích thước từ 7-10 mm Quả hình trứng dài từ 5-20 cm, dẹt, nhìn chung cong, màu trắng đục hoặc hình lưỡi liềm Hạt hình thận đến hình thoi hoặc hình cầu kích thước 8-11 mm x 6-7 mm, màu trắng, xanh lục, vàng, nâu, đỏ, tím, đen hoặc có nhiều lốm đốm khác nhau

2.2.2 Thành phần hóa học của đậu ngự

Đậu ngự là một trong những loại đậu giàu protein (21-26%), hàm lượng carbohydrate cao và ít chất béo được thể hiện cụ thể ở bảng 2.1 Ngoài ra tùy vào điều kiện canh tác và điều kiện khí hậu cũng ảnh hưởng lớn đến thành phần dinh dưỡng của hạt đậu ngự [8]

6

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của hạt đậu ngự

Thành phần hóa học %Khối lượng/ Chất khô

Hàm lượng protein và các amino acid

Đậu ngự là một trong những loại đậu có hàm lượng protein cao (21-26%) Ngoài ra, khi tìm hiểu về thành phần amino acid trong hạt đậu ngự chúng ta có thể thấy được đậu ngự chứa lượng lớn: Histidine (3,07 g/100g), Phenylalanine và Tyrosine (9,30 g/100g), Leucine (8,60 g/100g), Lysine (6,70 g/100g), Methionine Threonine và cysteine (2,37 g/100g), Tryptophan (1,16g/100g) Isoleucine (5,25 g/100g), Valine (6,0 g/100g) đây là 10 loại acid amin thiết yếu

mà cơ thể chúng ta không thể tự tạo ra được [10] Do đó đậu ngự được xem là một trong những nguồn thực phẩm sạch và cung cấp hàm lượng protein tốt cho cơ thể Qua bảng 2.2 so sánh hàm lượng acid amin từ đậu ngự và đậu nành

Bảng 2.2 Thành phần acid amin của đậu ngự và đậu nành

Amino acid Hàm lượng (g/100g protein)

Amino acid Hàm lượng (g/100g protein)

7

Carbohydrate

Trong hạt đậu ngự hàm lượng carbohydrate chiếm khoảng từ 53-71% [12] Trong đó tinh bột chiếm khoảng 70-80 % hàm lượng carbohyrate trong đậu ngự và chất xơ chiếm từ 23-30% (chất xơ không hòa tan 195 g/kg-1 và chất xơ hòa tan 95 g/kg-1) hàm lượng carbohyrate trong đậu ngự [13] Theo nghiên cứu của FAO tinh bột trong đậu ngự có khả năng chống lại các bệnh đường tiêu hóa, hỗ trợ hệ vi sinh trong đường ruột giúp gia tăng số lượng các lợi khuẩn, ức chế sự phát triển của các hại khuẩn, từ đó cải thiện các tình trạng bệnh về tiêu hóa liên quan tới hệ vi sinh đường ruột như đại tràng co thắt, táo bón, rối loạn tiêu hóa [13] Tinh bột kháng chống lại sự tiêu hóa của con người, do đó khi sử dụng tinh bột kháng, chỉ số đường huyết sau ăn sẽ được duy trì ở mức ổn định, giúp cải thiện tình trạng kháng insulin [13] Do đó đậu ngự được xem như là một nguồn thực phẩm tốt cho cơ thể và hỗ trợ tiêu hóa

Chất béo

Hàm lượng chất béo trong đậu ngự rất thấp chỉ từ 0,32 – 3,00 % Trong đó hàm lượng chất béo bão hòa như Myristic, Palmitic, Stearic chiếm khoảng 30% và chất béo không bão hòa như Palmitoleic, Oleic, Eruic, Linoleic, Linolenic chiếm khoảng 70% trên tổng hàm lượng chất béo có trong đậu ngự [14]

Hàm lượng tro và khoáng

Hàm lượng chất khoáng được tìm thấy trong hạt đậu ngự chiếm khoảng 3,4 – 6,4 % Theo công bố của FAO về chất khoáng có trong trong 100g đậu ngự cho thấy hàm lượng Canxi 34 mg, Sắt 3.14 mg, Magie 58 mg, Phospho 136 mg, Kali 467 mg, Natri 8 mg, Kẽm 0.78

mg, Đồng 3.18 mg, Selen 1.8 µg [12] Đây là những chất khoáng rất cần thiết đối với cơ thể con người, chúng góp phần vào việc xây dựng khung xương, tham gia vào cấu tạo cơ não Vì thế đậu ngự được xem là một nguồn thực phẩm tốt dồi giàu chất khoáng [14]

2.3 Tổng quan về protein concentrate

2.3.1 Giới thiệu về protein concentrate

Vào năm 1936, nhà hóa học hữu cơ Percy Lavon Julian đã thiết kế nhà máy đầu tiên trên thế giới để phân lập protein đậu nành cấp công nghiệp được gọi là protein concentrate và đây là tiền đề cho các công nghệ sản xuất protein concentrate sau này [13] Khi đó, một sản phẩm được công nhận là bột protein nếu chúng có hàm lượng protein chiếm từ 50–65 %, protein concentrate nếu nó có hàm lượng protein 65–90 % và được gọi là protein isolate khi nó chứa hàm lượng protein từ 90 % trở lên [15] Ngoài ra tùy vào cách thu nhận ta cũng có thể phân loại protein là concentrate hay là isolate Protein concentrate còn được hiểu là “cô đặc” tức là loại

bỏ các thành phần như béo, xơ, carbohydrate, chất khoáng và các thành phần phụ khác để thu được chế phẩm protein [16] Trong việc thu nhận protein từ đậu ngự, quá trình này ngoài mục

8

đích thu nhận protein, còn giúp loại bỏ các enzyme kháng tiêu hóa và nâng cao hàm lượng protein tinh sạch nhằm cải thiện giá trị dinh dưỡng cho protein [17]

Theo thống kê của cục thực phẩm Hoa Kỳ FDA năm 2021, sản lượng protein concentrate

từ các loại đậu như đậu nành, đậu hà lan… chiếm khoảng 65% tổng lượng protein concentrate trên thị trường và vượt mặt các loại protein concentrate từ sữa động vật Vì thế, protein concentrate được xem là một nguồn protein cung cấp protein dồi giàu cho các chế phẩm như thực phẩm bổ sung dành cho các vận động viên thể hình chuyên nghiệp, người cao tuổi, người

ăn theo chế độ thuần thực vật… [18]

2.3.2 Công nghệ thu nhận protein concentrate

Hiện tại, có nhiều cách thu nhận protein concentrate nhưng nhìn chung việc thu nhận protein concentrate đều dựa trên đặc tính kết tủa của protein (hình 2.3) Sử dụng các phương pháp kết tủa như sử dụng dung môi hữu cơ, kết tủa tại pH đẳng điện, kết tủa bằng muối trung tính để tách protein ra khỏi các thành phần khác như chất béo, xơ, tinh bột… mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm khác nhau tùy vào yêu cầu về sản xuất mà chúng ta lựa chọn một kỹ thuật phù hợp [19]

Các quá trình thu nhận protein bằng phương pháp kết tủa được thể hiện ở hình 2.3 bao gồm các các giai đoạn trích ly để loại bỏ chất béo ra khỏi mẫu, quá trình trích ly protein nhầm loại bỏ xơ và tinh bột, thu nhận protein bằng phương pháp kết tủa Có một vài phương pháp kết tủa protein như sau

Trong hạt đậu ngự hàm lượng chất béo từ 0,32-3% [9], tuy hàm lượng chất béo trong đậu ngự thấp hơn nhiều so với các loại đậu khác nhưng việc loại bỏ béo là vô cùng quan trọng

sẽ ảnh hưởng đến các đặc tính của protein thành phẩm Các dung môi thường được dùng trong phương pháp trích ly béo thường là các dung môi hữu cơ như ethanol, isopropanol, hexan và các hợp chất kết hợp giữa chúng [20]

Bảng 2.3 So sánh tính chất của các dung môi hữu cơ phổ biến

Khả năng tách béo

Độ phân cực Nhiệt độ sôi

Tính độc hại

Tính dễ cháy Giá thành

Ethanol Tốt Cao nhất Cao nhất Độc tính

Isopropanol Tốt hơn

etanol

Cao hơn hexan

Cao hơn hexan

10

Theo nghiên cứu của Fangfang Yang và công sự, 2014 chỉ ra rằng kích thước hạt và độ

ẩm của bột nguyên liệu ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu suất trích ly béo Khi độ ẩm trong nguyên liệu cao (> 8%) khiến dung môi khó xâm nhập vào trong tế bào của nguyên liệu và cùng với đó

là kích thước hạt, nếu kích thước hạt của nguyên liệu to sẽ làm giảm diện tích tiếp xúc bề mặt của dung môi và nguyên liệu [21] Trong nghiên cứu này chúng tôi lựa chọn dung môi ethanol

để làm dung môi trích ly béo vì độ an toàn của dung môi này và trong hạt đậu ngự hàm lượng béo tương đối ít nên khả năng loại béo của nó không khác biệt nhiều so với các dung môi còn lại

Có các phương pháp kết tủa protein như sau:

Phương pháp kết tủa protein bằng dung môi hữu cơ

Độ hòa tan của protein trong dung dịch phụ thuộc vào nhiều yếu tố, một trong số đó là hằng số điện môi của dung dịch Nhìn chung, những phân tử dung môi có hằng số điện môi lớn (như nước, dimethylsulfoxid) có thể ổn định tương tác giữa chúng với các phân tử protein và tạo điều kiện thuận lợi cho sự hòa tan của protein trong dung dịch Ngược lại, các dung môi với hằng số điện môi nhỏ (methanol, ethanol, n–butanol…) [22] ngăn cản sự phân tán của các phân

tử protein trong môi trường Do đó, độ hòa tan của những phân tử protein giảm và xảy ra kết tủa do sự làm giảm hằng số điện môi hiện hữu của môi trường Điều này có được bằng cách thêm một dung môi hòa tan trong nước như aceton vào dung dịch chứa protein Ưu điểm của phương pháp này là sử dụng các dung môi rẻ tiền tiết kiệm chi phí trong quá trình trích ly và yêu cầu về công nghệ máy móc không cao và dễ dàng thực hiện được trong quy mô phòng thí nghiệm và công nghiệp Nhưng phương pháp này có một số nhược điểm như trong quá trình kết tủa có thể làm biến tính protein và chế phẩm protein sẽ mang đọc tính của dung môi kết tủa nếu không loại bỏ hết dung môi ra khỏi chế phẩm protein [23] Ngoài các dung môi hửu cơ thì

có thể sử dụng một số muối trung tính như là NaCl… để kết tủa protein và chúng có thể kết tủa tương tự như các dung môi hữu cơ [24]

Phương pháp kết tủa bằng pH đẳng điện

Trong phương pháp này việc kết tủa protein dựa trên pH đẳng điện của chúng Giá trị

pH đẳng điện của protein là điểm điểm mà tổng điện tích của protein bằng không và lực tương tác tĩnh điện giữa các phân tử là thấp nhất phân tử protein trung hòa điện sẽ không chuyển dịch trong điện trường, phân tử protein sẽ kém bền nhất dễ kết tủa Người ta lợi dụng tính chất này

để kết tủa protein Ưu điểm của quá trình này là không sử dụng dung môi độc hại và dễ thực hiện, ngoài ra đối với phương pháp này có thể kết tủa hết các protein trong nguyên liệu nhằm nâng cao hiệu suất trích ly protein [25] Chính vì lý do này, nhóm chúng tôi quyết định lựa chọn phương pháp kết tủa protein bằng cách sử dụng pH đẳng điện nhầm nâng cao hiệu suất thu hồi

11

protein và an toàn Nhưng đối với phương pháp này không loại bỏ hoàn toàn được các tạp chất còn sót lại trong chế phẩm protein như carbohydrate chưa thật sự triệt để Để nâng cao độ tinh sạch của protein thì cần phải loại bỏ những thành phần khác như carbohydrate, tro ẩm… Mà hàm lượng chủ yếu là carbohydrate, có một vài phương pháp để loại bỏ chúng như sử dụng siêu lọc và enzyme Tuy nhiên phương pháp enzyme thường cho thấy hiệu quả về độ tinh sạch Vì thế trong nghiên cứu này nhóm chúng tôi đề xuất sử dụng glucoamylase là enzyme giúp loại bỏ carbohydrate trong chế phẩm protein concentrate

2.4 Giới thiệu enzyme glucoamylase

Glucoamylase (γ-amylase hay α-1,4-glucan-glucohydrolase) là một loại enzyme được tạo ra bởi các nấm mốc Aspergillus, Penicillium và Rhizopus Đây là một loại enzyme thủy

phân tinh bột có thể thủy phân được các liên kết α-1,4 lẫn α-1,6 glucoside [26] Trong quá trình thủy phân các liên glucoamylase sẽ tác dụng tách lần lượt từng phân tử glucose ra khỏi đầu không khử của mạch để tạo ra glucose Mà glucose tan tốt trong nước, nên có thể loại bỏ ra khỏi chế phẩm bằng phương pháp ly tâm tốc độ cao Nhiệt độ tối ưu cho hoạt động của enzyme glucoamylase: 400C – 650C Khoảng pH mà glucoamylase hoạt động được là từ 2 – 8, pH tối ưu: 4 – 5.5 [27]

2.5 Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước

2.5.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Trong quá trình nghiên cứu và tìm kiếm tài liệu Chúng tôi nhận thấy rằng chưa có cuộc nghiên cứu trong nước nào liên quan đến việc tinh sạch và đánh giá các tính chất hóa lý, đặc

tính chứng năng của protein concentrate từ đậu ngự (Phaseolus lunatus) Nhưng chúng tôi tìm

thấy những nghiên cứu liên quan đến các loại đậu khác như…

Trong năm 2017, ThS Nguyễn Thị Hiền và cộng sự đã nghiên cứu về việc thu nhân protein concentrate và isolate từ hạt đậu phộng Trong nghiên cứu này, tác giả đã ứng dụng ứng dụng sóng siêu âm để làm cho hạt nguyên liệu bị rạn nứt hoặc giảm kích thước nên gia tăng sự tiếp xúc của tế bào thực vật với dung môi, làm tăng sự khuếch tán của các chất hòa tan, giải phóng protein ra khỏi nguyên liệu dễ dàng hơn, từ đó làm tăng động lực của quá trình trích ly protein Kết quả cho thấy hiệu suất thu hồi protein lên đến 95% Ngoài ra, tác giả còn áp dụng phương pháp siêu lọc trong quá trình tinh sạch protein nhầm loại bỏ hiệu quả các oligosaccharide và khoáng ra khỏi dịch trích protein [29]

Vào năm 2011, Bùi Thanh Bình và cộng sự đã thực hiện nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất protein isolate từ đậu nành Trong nghiên cứu này tác giả đã khảo sát các yếu tố về pH dung môi, nhiệt độ, thời gian, chế độ rửa đến quá trình trích ly protein Kết quả cho thấy hiệu

12

suất của quá trình sản xuất protein isolate đạt khoảng 72% so với lượng protein trong nguyên liệu và hiệu suất quá trình trích ly đạt 28,43% so với nguyên liệu hạt ban đầu [30]

2.5.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Tanaji G Kudre và cộng sự (2013) 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 (MBPI), đậu đen (BBPI) và đậu phộng bambara (BGPI) Kết quả tất cả các protein isolate đều có hàm lượng protein trong khoảng 85,2 – 88,2%

R Horax và cộng sự (2004) đã nghiên cứu và so sánh các đặc tính chức năng của các protein isolate được từ 3 giống đậu đũa (CPI) và 2 giống đậu tương trong (SPI), kết quả cho thấy các đặc tính chức năng của CPI thấp hơn SPI và cần được nâng cao các đặc tính chức năng

để có thể ứng dụng trong các sản phẩm thực phẩm

Như vậy, kết quả tổng quan về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy, việc nghiên cứu thu nhận protein isolate từ đậu ngự đã được khai thác ở trong nước cũng như ở nước ngoài bởi một vài nhóm nhỏ các nhà nghiên cứu Một số kết quả về tính chất hóa học và tính năng công nghệ của protein concentrate từ đậu ngự cũng được chỉ ra, tuy nhiên vẫn còn hạn chế Với mục đích xa hơn là nghiên cứu về ứng dụng của loại protein này trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm, nên việc hoàn thiện quy trình thu nhận sản phẩm cho phù hợp với điều kiện thực tế của địa phương và việc hiểu về bản chất của đối tượng là điều đặc biệt quan trọng Hiện nay các phương pháp tính sạch protein còn hạn chế nên nhóm chúng tôi quyết định lựa chọn đề tài “Tinh sạch và đánh giá các tính chất hóa lý, đặc tính chức năng của protein concentrate từ hạt đậu ngự”

13

CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu và các thí nghiệm được thực hiện tại các phòng thí nghiệm và xưởng thực hành của Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh

3.1 Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị sử dụng

3.1.1 Nguyên liệu

Hạt đậu ngự (Phaseolus lunatus) được mua từ Công ty TNHH Nông Sản Dung Hà, địa

chỉ số 02/B khu phố 3 đường Trung Mỹ Tây 13, quận 12 thành phố Hồ Chí Minh Việt Nam)

Enzyme Glucoamylase được cung cấp bởi Công ty Angel đơn vị nhập khẩu Công ty TNHH ICFOOD Việt Nam địa chỉ 316 Lê Văn Sỹ phường 1 quận Tân Bình thành phố Hồ Chí Minh

3.1.2 Hóa chất sử dụng trong nghiên cứu

Ethanol (C2H5OH, Trung Quốc), Diethyl Ether (C2H6O, Trung Quốc), Sodium hydroxide (NaOH, Trung Quốc), Phenolphthalein (Trung Quốc), Acid Clorhidric (HCl >36%, Trung Quốc), Sunfuric Axit (H2SO4, 95– 98 %, Trung Quốc) được cung cấp bởi Công Ty TNHH Hóa Chất Đất Việt địa chỉ Chi Nhánh số 12K, Số 334 Tô Hiến Thành, P 14, Q.10, Tp

Hồ Chí Minh

3.1.3 Thiết bị và dụng cụ sử dụng trong thí nghiệm

Máy ly tâm Zentrifugen 450 và Hermle Z366 (Đức); quang phổ kế Hitachi UH5300 (Nhật Bản); máy đồng hóa IKA T18 (Đức); máy đo màu Konica CR 400 (Nhật Bản); máy đo lưu biến (Thermo scientific Haake Rheostress 1); pH kế Hana HI991003 (Romania); máy nghiền Seka Z10 (Trung Quốc); cân phân tích 4 chữ số (Sartorius BL 210S, Thụy Sĩ), cân phân tích 2 chữ số Sartorius BL210S (Thụy Sĩ); máy khuấy từ gia nhiệt (Đức); bộ chưng cất Soxhlet (Đức); tủ sấy; tủ lạnh; bếp hồng ngoại

Các dụng cụ: bình định mức, cốc thủy tinh, bình tam giác, pipette, micro pipette, burette, cuvette thạch anh, ống nghiệm, ống ly tâm, bóp cao su, bình xịt tia, đĩa petri, nhiệt kế lưới lọc:

20 mesh, 80–100 mesh, 150 mesh

14

3.2 Sơ đồ nghiên cứu và quy trình thu nhận protein

3.2.1 Sơ đồ nghiên cứu

Hình 3.1 Sơ đồ nghiên cứu

15

3.2.2 Quy trình thu nhận protein concentrate đậu ngự

Quy trình thu nhận protein concentrate từ đậu ngự (PPC) được xây dựng dựa trên phương pháp của Okafor và cộng sự (2015) với một vài thay đổi như hình 3.2

Hình 3.2 Quy trình công nghệ thu nhận protein concentrate

Đậu ngự

Sơ chế Xay

Dung môi

Loại béo

Trích ly protein NaOH