Đề tài khoa học : Ứng dụng kỹ thuật siêu âm và membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

Bảng 1.5: Khối lượng phân tử của 5 loại tiểu đơn vị protein chính có trong đậu phộng, xác định bằng phương pháp điện di trên gel sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide SDS-PAGE Bianchi-

TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Tổng quan về nguyên liệu đậu phộng, kỹ thuật siêu âm và kỹ thuật membrane

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly protein bằng sóng siêu âm bao gồm cường độ siêu âm, tỷ lệ bột/nước, pH, nhiệt độ và thời gian Các yếu tố này được khảo sát trên hai nhóm nguyên liệu là sản phẩm bột đậu phộng tách béo công nghiệp và sản phẩm bột đậu phộng được tách béo tại phòng thí nghiệm

- Để tăng hiệu quả của quá trình thu nhận protein concentrate và isolate, chúng tôi sử dụng kỹ thuật membrane Trong kỹ thuật này, chúng tôi đã khảo sát các thông số

về kích thước mao quản, áp suất dòng nhập liệu và lưu lượng dòng nhập liệu

- Thiết lập qui trình công nghệ sản xuất chế phẩm PPC/PPI qui mô phòng thí nghiệm

- Xác định tính chất chức năng của chế phẩm protein thu được

- Ứng dụng chế phẩm protein thu được để sản xuất xúc xích tại Công ty TNHH SX&TM Việt Hương

-

SUMMARY OF RESEARCH CONTENT

- General view about peanut, ultrasound technology and membrane technology

- Investigating the influence of energy density, powder/liquid ratio, pH, temperature and time on ultrasound extraction processing There were two material groups: industrial defatted peanut flour and lab defatted peanut flour

- In order to improve the effect of receiving protein concentrate and protein isolate, the membrane technology was utilised In particular, some parameters such as capillary demenssion, feed pressure, etc were studied

- Estaslishing the processing to receive PPI in labotorary scale

- Determining funtional properties of PPI

- Using PPI to manufacture sausage in Viet Huong company limited

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2

1.1 Nguyên liệu đậu phộng 2

1.1.1 Giới thiệu nguyên liệu đậu phộng 2

1.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ đậu phộng trên thế giới và ở Việt Nam 4

1.1.3 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng 7

1.2 Chế phẩm protein đậu phộng và phương pháp thu nhận 13

1.2.1 Peanut meal (PM) 13

1.2.2 Defatted Peanut Flour (DPF), Protein Concentrates (PPC) và Isolates (PPI) 14

1.3 Quá trình trích ly protein và các yếu tố ảnh hưởng 15

1.3.1 Nguyên liệu 16

1.3.2 Dung môi trích ly 20

1.3.3 Tỷ lệ nguyên liệu/dung môi 21

1.3.4 Nhiệt độ 22

1.3.5 Thời gian 23

1.3.6 Sự khuấy trộn 23

1.3.7 Số lần trích ly 23

1.4 Kỹ thuật siêu âm và ứng dụng trong quá trình trích ly protein 24

1.4.1 Khái niệm 24

1.4.2 Cơ chế tác động của sóng siêu âm 26

1.4.3 Phân loại 26

1.4.4 Sóng siêu âm hỗ trợ quá trình trích ly 27

1.4.5 Hiệu quả trích ly protein khi sử dụng sóng siêu âm 28

1.5 Tổng quan về membrane 31

1.5.1 Khái niệm về membrane 31

1.5.2 Phân loại 31

1.5.3 Một số vật liệu chế tạo membrane 32

1.5.4 Hiện tượng fouling 32

1.5.5 Các mô hình trong kỹ thuật phân riêng bằng membrane 34

1.5.6 Tổng quan về thiết bị membrane 35

1.5.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân riêng bằng membrane 37

1.5.8 Ứng dụng của kỹ thuật phân riêng bằng membrane 40

2.1.1 Nguyên liệu 46

2.1.2 Phương pháp nghiên cứu 46

2.1.3 Nội dung cần đạt 48

2.2 Khảo sát quá trình trích ly protein sử dụng kỹ thuật siêu âm 48

2.2.1 Nguyên liệu 48

2.2.2 Thiết bị 48

2.2.3 Phương pháp 49

2.3 Khảo sát quá trình thu nhận protein sử dụng kỹthuậtmembrane 55

2.3.1 Nguyên liệu 55

2.3.2 Thiết bị 55

2.3.3 Phương pháp 56

2.4 Thiết lập qui trình công nghệ sản xuất chế phẩm PPC/PPI qui mô phòng thí nghiệm 59 2.5 Xác định tính chất chức năng của chế phẩm protein thu được 60

2.5.1 Nguyên liệu 60

2.5.2 Thiết bị 60

2.5.3 Phương pháp 60

2.6 Ứng dụng chế phẩm protein thu được để sản xuất xúc xích tại công ty TNHH SX & TM Việt Hương 63

2.6.1 Nguyên liệu 63

2.6.2 Thiết bị 63

2.6.3 Phương pháp 63

2.7 Phương pháp phân tích 65

2.8 Phương pháp tính toán và xử lý số liệu 67

2.8.1 Hiệu suất trích ly protein 67

2.8.2 Lưu lượng dòng permeat 67

2.8.3 Độ phân riêng protein 67

2.8.4 Hiệu suất thu hồi protein 68

2.8.5 Khả năng giữ nước Error! Bookmark not defined 2.8.6 Khả năng giữ béo Error! Bookmark not defined 2.8.7 Khả năng tạo bọt Error! Bookmark not defined 2.8.8 Khả năng tạo nhũ Error! Bookmark not defined. 2.8.9 Xử lý số liệu 68

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 69

3.1 Khảo sát thành phần bột đậu phộng tách béo 69

3.2 Quá trình trích ly protein đậu phộng bằng sóng siêu âm 70

3.2.1 Quá trình trích ly protein từ nguyên liệu A 70

3.2.2 Quá trình trích ly protein từ nguyên liệu B 743.2.3 Tối ưu hóa quá trình trích ly protein bằng sóng siêu âm 843.3 Quá trình cô đặc protein đậu phộng bằng kỹ thuật membrane 883.3.1 Ảnh hưởng của kích thước mao quản memrbane đến quá trình phân riêng protein đậu phộng 88

3.3.2 Ảnh hưởng của áp lực vận hành đến quá trình phân riêng protein đậu phộng 903.3.3 Ảnh hưởng của lưu lượng dòng nhập liệu đến quá trình phân riêng protein đậu phộng

……… 923.3.4 Ứng dụng kỹ thuật diafiltration để cô đặc, tinh sạch protein đậu phộng 953.4 THIẾT LẬP QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHẾ PHẨM PPI QUI MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM 963.5 XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT CHỨC NĂNG CỦA CHẾ PHẨM PROTEIN THU ĐƯỢC

993.5.1 Thành phần hóa học của sản phẩm chế phẩm protein đậu phộng và đậu nành 993.5.2 So sánh tính chất chức năng của chế phẩm protein 1003.6 ỨNG DỤNG CHẾ PHẨM PROTEIN THU ĐƯỢC ĐỂ SẢN XUẤT XÚC XÍCH TẠI CÔNG TY TNHH SX & TM VIỆT HƯƠNG 107

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 115

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT

USDA United States Department of Agriculture Bộ Nông Nghiệp Hoa Kỳ

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1.1: Cây đậu phộng 2

Hình 1.2: Quy trình công nghệ sản xuất PPI theo phương pháp truyền thống 17

Hình 1.3: Cấu trúc biểu mô (mũi tên nhỏ) và nhu mô (mũi tên lớn) của hạt đậu phộng ở giai đoạn thu hoạch sau khi đã tách dầu và nước bằng alcohol 18

Hình 1.4: Cấu trúc bên trong của nhu mô hạt đậu phộng (Young và cộng sự, 1993; Young và cộng sự, 2004) 18

Hình 1.5: Ảnh hưởng của pH lên tính tan của protein đậu phộng(Kain và cộng sự, 2009) 21

Hình 1.6: Ảnh hưởng của tỷ lệ bột/nước lên hiệu suất trích ly protein đậu phộng (Kain và cộng sự, 2009) 22

Hình 1.7: Ảnh hưởng của nhiệt độ dung môi lên hiệu suất trích ly protein 22

Hình 1.8: Ảnh hưởng của thời gian trích ly lên hiệu suất trích ly protein đậu phộng (Kain và cộng sự, 2009) 23

Hình 1.9: Ảnh hưởng của số lần trích ly lên hiệu suất trích ly protein đậu phộng (Kain và cộng sự, 2009) 24

Hình 1.10: Khoảng tần số của sóng siêu âm (Kuldiloke, 2002) 25

Hình 1.11: Ảnh hưởng của biên độ dao động ở 63 ( m) đến tế bào đậu nành ở các thời gian khác nhau.(a), (b), (c), (d) lần lượt là các mẫu không xử lý siêu âm, xử lý ở 15, 60, 120s(Karki và cộng sự, 2010) 29

Hình 1.12: Khả năng hòa tan (%) của các chế phẩm protein đậu nành trước và sau xử lý siêu âm (Jambrak và cộng sự, 2009) 30

Hình 1.13: Khả năng phân riêng của các quá trình vi lọc, siêu lọc, lọc nano, thẩm thấu ngược (Munir Cheryan, 2011) 32

Hình 1.14: Mô hình của hiện tượng fouling(Mulder, 1991) 33

Hình 1.15: Mô hình phân riêng Dead-End (Dead-End Separation) 34

Hình 1.16: Mô hình phân riêng Cross-Flow (Cross-Flow Separation) 35

Hình 1.19: Mô hình của thiết bị membrane dạng cuộn xoắn 37

Hình 2.1: Quy trình chuẩn bị nguyên liệu A 46

Hình 2.2: Quy trình chuẩn bị nguyên liệu B 47

Hình 2.3: Quy trình trích ly protein sử dụng sóng siêu âm 49

Hình 2.4: Sơ đồ nghiên cứu quá trình trích ly protein bằng sóng siêu âm 50

Hình 2.5: ế 56

Hình 2.6: Sơ đồ nghiên cứu quá trình thu nhận protein sử dụng kỹ thuật membrane 57

Hình 2.7: Quy trình thu nhận PI/PC 58

Hình 3.1: Ảnh hưởng của cường độ siêu âm đến hiệu suất trích ly protein đậu phộng từ nguyên liệu DPF thương mại 71

Hình 3.2: Ảnh hưởng của pH trước siêu âm đến hiệu suất trích ly protein 72

Hình 3.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ siêu âm đến hiệu suất trích ly protein 73

Hình 3.4: Ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến hiệu suất trích ly protein 74

Hình 3.5: Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến hiệu suất trích ly protein đậu phộng 75

Hình 3.6: Ảnh hưởng của cường độ siêu âm đến hiệu suất trích ly protein 77

Hình 3.7: Ảnh hưởng của pH dịch huyền phù đến hiệu suất trích ly protein 78

Hình 3.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý siêu âm đến hiệu suất trích ly protein 81

Hình 3.9: Ảnh hưởng của thời gian xử lý siêu âm đến hiệu suất trích ly protein 82

Hình 3.10: Ảnh hưởng của nhiệt độ siêu âm (X1, oC) và thời gian xử lý siêu âm (X2, oC) đến hiệu suất trích ly protein (Y, %) 87

Hình 3.11: Lưu lượng dòng qua lọc với các loại màng có kích thước mao quản khác nhau 89

Hình 3.12: Độ phân riêng trung bình của protein đậu phộng với các loại màng có kích thước mao quản khác nhau 89

Hình 3.13: Ảnh hưởng của áp suất đến lưu lượng dòng qua lọc của protein đậu phộng với loại màng 25 kDa 91

Hình 3.14: Ảnh hưởng của áp suất đến độ phân riêng của protein đậu phộng với loại màng 25 kDa 91

Hình 3.15: Ảnh hưởng của lưu lượng nhập liệu đến lưu lượng dòng qua lọc của protein đậu

phộng với loại màng 25 kDa 93

Hình 3.16: Ảnh hưởng của lưu lượng nhập liệu đến độ phân riêng của protein đậu phộng với loại màng 25 kDa 93

Hình 3.17: Quy trình công nghệ sản xuất chế phẩm PPI quy mô phòng thí nghiệm 96

Hình 3.18: Ảnh hưởng pH đến khả năng hòa tan 101

Hình 3.19: Ảnh hưởng pH đến khả năng tạo bọt 104

Hình 3.20: Ảnh hưởng pH đến độ bền bọt 104

Hình 3.21: Ảnh hưởng pH đến khả năng tạo nhũ 106

Hình 3.22: Ảnh hưởng pH đến độ bền nhũ 106

Hình 3.23: Mô tả phép đo cấu trúc xúc xích công ty Việt Hương 113

Hình 3.24: Mô tả phép đo cấu trúc xúc xích sử dụng bột PPI (membrane) 113

Hình 3.25: Mô tả phép đo cấu trúc xúc xích sử dụng bột PPI ( acid) 114

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1.1: Phân loại khoa học của đậu phộng 3

Bảng 1.2: Diện tích, năng suất, sản lượng đậu phộng trên thế giới từ 2005 – 2010 (USDA Foreign Agricultural Service) 5

Bảng 1.3: Diện tích, năng suất, sản lượng đậu phộng của Việt Nam từ 2005-2010 (USDA Foreign Agricultural Service) 5

Bảng 1.4: Thành phần hóa học của nhân đậu phộng (Seifert, 2009) 7

Bảng 1.5: Khối lượng phân tử của 5 loại tiểu đơn vị protein chính có trong đậu phộng, xác định bằng phương pháp điện di trên gel sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide (SDS-PAGE) (Bianchi-Hall và cộng sự, 1993) 8

Bảng 1.6: Thành phần các acid amin trong đậu phộng (Monteiro & Prakash, 1994) 9

Bảng 1.7: Cấu trúc các polysaccharide có trong đậu phộng(Tharanathan và cộng sự, 1979) 10

Bảng 1.8: Năng lượng siêu âm ảnh hưởng tới hiệu suất trích ly protein đậu nành (Karki và cộng sự, 2010) 29

Bảng 1.9: Kích thước lỗ mao quản của một số loại membrane 32

Bảng 1.10: Một số ứng dụng của kỹ thuật membrane trong công nghệ thực phẩm 41

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của thiết bị siêu âm dạng thanh Sonicator®, model VC750 49

Bảng 2.2: Các thông số của thiế 55

Bảng 3.1: Thành phần hóa học (% w/w) của nguyên liệu bột đậu phộng 69

Bảng 3.2: Ảnh hưởng của tỷ lệ bột/nước đến hàm lượng và hiệu suất trích ly protein 70

Bảng 3.3: Thông số và hiệu quả quá trình trích ly hai nguyên liệu A và B bằng siêu âm 83

Bảng 3.4: Ma trận thiết kế và kết quả thí nghiệm tối ưu hóa 2 yếu tố nhiệt độ siêu âm và thời gian siêu âm theo mô hình cấu trúc có tâm bằng phương pháp RSM (Response surface methodology) 85 Bảng 3.5: Kết quả mô hình hóa quá trình xử lý enzyme để trích ly protein đậu phộng phụ thuộc vào hai yếu tố X1(nhiệt độ, oC), X2 (thời gian, phút) 86

Bảng 3.6: Kết quả phân tích phương sai của mô hình tối ưu hóa 87

Bảng 3.7: Hàm lượng protein các dòng và độ phân riêng ứng với các kích thước lỗ màng khác nhau 89

Bảng 3.8: Hàm lượng protein các dòng và độ phân riêng ở các giá trị áp suất khác nhau 91

Bảng 3.9: Nồng độ protein ở các dòng và độ phân riêng ứng với các chế độ lưu lượng nhập liệu 93

Bảng 3.10: Hàm lượng protein và khoáng ở các chế độ diafiltration khác nhau 95

Bảng 3.11: Thành phần của ba loại chế phẩm protein 99

Bảng 3.12: Tính chất chức năng của chế phẩm protein 100

Bảng 3.13: Ảnh hưởng pH đến khả năng hòa tan 100

Bảng 3.14: Ảnh hưởng pH đến khả năng tạo bọt và bền bọt của chế phẩm PPC sản xuất theo phương pháp acid 103

Bảng 3.15: Ảnh hưởng pH đến khả năng tạo bọt và bền bọt của chế phẩm PPC sản xuất theo phương pháp membrane 103

Bảng 3.16: Ảnh hưởng pH đến khả năng tạo bọt và bền bọt của chế phẩm SPI 103

Bảng 3.17: Ảnh hưởng pH dến khả năng tạo nhũ (EA) và độ bền nhũ (ES) 105

Bảng 3.18: Dữ liệu thông số về phép đo cấu trúc mẫu xúc xích của công ty Việt Hương (sử dụng SPI) 112

Bảng 3.19: Dữ liệu thông số về phép đo cấu trúc mẫu xúc xích sử dụng PPC sản xuất bằng phương pháp membrane 112

Bảng 3.20: Dữ liệu thông số về phép đo cấu trúc mẫu xúc xích sử dụng PPC sản xuất bằng phương pháp acid 113

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BẢNG KÊ CHỨNG TỪ THANH TOÁN

Mã số đề tài : TP 2010

Đề tài: “Ứng dụng kỹ thuật siêu âm và membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng"

Hợp đồng : 175/HĐ-SKHCN ngày 30/09/2010

Chủ nhiệm đề tài : ThS Nguyễn Thị Hiền

Thời gian thực hiện : 18 tháng

Kinh phí toàn bộ : 200 triệu đồng

Kinh phí đợt 1 năm 2010 : 120 triệu đồng

Thuê khoán chuyên môn ký với Nguyễn Thị Thúy Vân ngày

01/11/2010 về Thu thấp và viết báo cáo tổng thuật tài liệu; Xử lý

nguyên liệu: tách vỏ lụa, sấy nghiền; Chuẩn bị khô đậu tách

béo

BBNT , TLHĐ ngày 30/12/2010

Thuê khoán chuyên môn ký với Trần Chí Hải ngày 03/01/2011

về Khảo sát quá trình trích ly protein; Tinh sạch, cô đặc dung

dịch protein

BBNT , TLHĐ ngày 28./02/2011

Thuê khoán chuyên môn ký với Đoàn Thị Hoài Ghi ngày

01/02/2011 về Thiết lập qui trình công nghệ sản xuất PPI qui

mô PTN

BBNT , TLHĐ ngày 30/03/2011

Thuê khoán chuyên môn ký với Vũ Cao Ân ngày 01/04/2011 về

Thực hiện phân tích thành phần hóa học; So sánh các tính chất

chức năng hóa lý … của PI nghiên cứu và thị trường

BBNT , TLHĐ ngày 30/05/2011

3 NGUYÊN, NHIÊN VẬT LIỆU, DỤNG CỤ, PHỤ TÙNG… 39,884,000

Chi phí xét duyệt đợt 1 ngày 18/05/2010 5,666,000

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BẢNG KÊ CHỨNG TỪ THANH TOÁN

Mã số đề tài : TP 2010

Đề tài: “Ứng dụng kỹ thuật siêu âm và membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng"

Hợp đồng : 175/HĐ-SKHCN ngày 30/09/2010

Chủ nhiệm đề tài : ThS Nguyễn Thị Hiền

Thời gian thực hiện : 18 tháng

Kinh phí toàn bộ : 200 triệu đồng

Kinh phí đợt 1 năm 2010 : 120 triệu đồng

Kinh phí đợt 2 năm 2012 : 60 triệu đồng

1 29/02/2012 Giấy biên nhận thù lao chủ nhiệm đề tài 18,000,000

2 29/02/2012

Giấy biên nhận thù lao xây dựng thuyết minh chi

5 4/12/2012 Quản lý phí của Sở KHCN (phiếu thu 103 QLP) 1,500,000

6 30/03/2012

Quản lý phí cơ quan chủ trì (Giấy biên nhận thù lao

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

ThS Nguyễn Thị Hiền

BẢNG KINH PHÍ ĐỀ NGHỊ CẤP TIẾP

1 Kinh phí nghiệm thu

2 Quản Lý chung của cơ quan chủ trì

TỔNG CỘNG: 20.000.000

Số tiển bằng chữ: Hai mươi triệu đồng chẵn

BÁO CÁO NGHIỆM THU Tên đề tài:Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate

từ khô đậu phộng

Chủ nhiệm đề tài: NGUYỄN THỊ HIỀN

Cơ quan chủ trì: Trường Đại Học Bách Khoa, Đại học Quốc Gia TP HCM Thời gian thực hiện đề tài: 18 tháng (Từ tháng 09/2010 đến tháng 02/2012) Kinh phí được duyệt:200.000.000 đồng (Hai trăm triệu đồng chẵn)

Kinh phí đã cấp: 180.000.000 đồng (Một trăm tám mươi triệu đồng)

Khảo sát thành phần hóa học nguyên liệu khô đậu phộng

Khảo sát quá trình trích ly protein đậu phộng có sử dụng sóng siêu âm

Khảo sát quá trình tinh sạch và cô đặc dung dịch protein bằng kỹ thuật membrane

Thiết lập qui trình công nghệ sản xuất chế phẩm PPI qui mô phòng thí nghiệm Xác định tính chất chức năng của chế phẩm protein thu được

Ứng dụng chế phẩm protein thu được để sản xuất xúc xích tại Công ty TNHH

SX&TM Việt Hương

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Nguyên liệu đậu phộng

1.1.1 Giới thiệu nguyên liệu đậu phộng

Đậu phộng (hình 1.1) có tên khoa học Arachis hypogaea Linn, là một loài cây

thực phẩm thuộc họ đậu, thu hoạch hàng năm Đậu phộng có nguồn gốc từ Nam Mỹ và được trồng đầu tiên vào thế kỷ 16 (Seifert, 2009)

Bảng 1.1: Phân loại khoa học của đậu phộng

 Phân loại

Theo hiệp hội đậu phộng Hoa Kỳ (APC), đậu phộng có thể phân thành bốn loại

cơ bản: Runner, Virginia, Spanish và Valencia Mỗi loại có những đặc tính khác nhau:

- Đậu phộng Runner được trồng rộng rãi hơn trong thập kỷ qua nhờ có năng suất cao Loại đậu phộng này có nhiều kích thước khác nhau và chủ yếu sử dụng để sản xuất bơ đậu phộng

- Đậu phộng Virginia có kích thước hạt lớn nhất và thường sử dụng để sản xuất các sản phẩm đậu phộng rang

- Đậu phộng Spanish có kích thước hạt nhỏ hơn và thường sử dụng để sản xuất các sản phẩm kẹo đậu phộng

- Đậu phộng Valencia thường có 3 hoặc nhiều hơn 3 hạt trong mỗi quả, là đậu phộng ngọt và chủ yếu được tiêu thụ ở dạng đậu phộng rang hoặc luộc

Dựa vào đặc tính phân cành, căn cứ vào sự xuất hiện của cành sinh sản và cành dinh dưỡng, có thể chia đậu phộng thành hai nhóm (Vũ Công Hậu, 1995):

- Nhóm phân cành xen kẽ (Runner và Virginia): cây có dạng bụi, chu kì sinh trưởng dài 110-160 ngày

- Nhóm phân cành liên tục (Valencia và Spanish): cây đứng, thời gian sinh trưởng dài 85-110 ngày ở vùng nhiệt đới và xích đạo, gồm 2 dòng:

+ Spanish: thân cao ngang cành, lóng ngắn, dạng cây đứng, ít nghiêng ngả; lá chét bé, màu xanh đậm

+ Valencia: thân cao hơn cành, thân có màu tím nhạt; quả thường có 2 - 3 hoặc 4 hạt

 Cấu tạo quả đậu phộng

Quả đậu phộng hình kén, dài từ 1 – 8 cm, rộng từ 0,5 – 2 cm, một đầu có vết dính với tia, một đầu là mỏ quả, phần giữa thắt lại, ngăn cách 2 hạt Mỏ quả, độ thắt, kích thước trọng lượng quả và số lượng hạt là những đặc điểm để phân loại giống đậu phộng

Người ta chia quả đậu phộng làm 2 loại: loại quả to và loại quả nhỏ Loại quả to

có chiều dài 12 mm, loại nhỏ bé hơn 12 mm, đường kính 7,5 – 13 mm Khối lượng

1000 hạt nặng khoảng 400 – 750 g

Hạt đậu phộng có nhiều hình dạng khác nhau: tròn, bầu dục… Về màu sắc cũng khác nhau như đỏ tím, đỏ nâu nhạt, nâu… Hạt đậu phộng chứa hai lá mầm và một phôi, tất cả được bao bọc bởi vỏ lụa.Vỏ quả chiếm 25 – 28%, vỏ lụa chiếm 3 – 4% khối lượng quả (Seifert, 2009)

1.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ đậu phộng trên thế giới và ở Việt Nam

1.1.2.1 Tình hình sản xuất đậu phộng trên thế giới

Trong số các loại cây hạt có dầu được trồng trên thế giới, đậu phộng đứng thứ năm về diện tích trồng và thứ tư về sản lượng Hiện có hơn một trăm nước trồng đậu phộng Châu Á đứng đầu thế giới về diện tích trồng đậu phộng cũng như sản lượng, tiếp theo là châu Phi, Bắc Mỹ rồi đến Nam Mỹ Hiện nay châu Á và vùng Bắc Mỹ có chiều hướng mở rộng diện tích trồng đậu phộng hơn các vùng khác Diện tích, năng suất và sản lượng đậu phộng trên thế giới từ năm 2005 đến 2010 được trình bày trong bảng 1.2

Bảng 1.2: Diện tích, năng suất, sản lượng đậu phộng trên thế giới từ 2005 – 2010

(USDA Foreign Agricultural Service)

Năm 2005/06 2006/07 2007/08 2008/09 2009/10 2010/11

Diện tích (triệu ha) 21,68 20,56 20,87 21,12 20,18 21,11 Năng suất (tấn/ha) 1,56 1,57 1,55 1,63 1,63 1,61 Sản lượng (triệu tấn) 33,87 32,30 32,39 34,47 32,98 34,05

1.1.2.2 Diện tích, năng suất và sản lượng đậu phộng ở Việt Nam

Trong số 25 nước trồng đậu phộng ở châu Á, Việt Nam đứng hàng thứ năm Đậu phộng là một trong các loại nông sản xuất khẩu thu ngoại tệ của nước ta

(USDA Foreign Agricultural Service)

Nguồn: USDA Foreign Agricultural Service: Table 13 Peanut Area, Yield, and Production

Từ năm 2001, đậu phộng là một trong những cây trồng được Chính phủ ưu tiên phát triển để đáp ứng nhu cầu chuyển đổi cơ cấu cây trồng ở một số địa phương, nhu cầu tiêu thụ dầu thực vật, thức ăn gia súc trong cả nước và xuất khẩu Chính nhờ có những chủ trương, chính sách phát triển nông nghiệp của Nhà Nước cùng với sự đầu

tư từ nhiều cơ quan nghiên cứu ứng dụng thành tựu về giống mới và chuyển giao tiến

bộ kỹ thuật vào sản xuất; năng suất và sản lượng đậu phộng dần dần được cải thiện và

ổn định (bảng 1.3) Với hiệu quả cao từ phương pháp trồng đậu phộng trái vụ, hiện nay, nhiều địa phương ở một số tỷnh của vùng Đồng bằng sông Cửu Long xác định cây đậu phộng là một trong những cây chủ lực trong việc thực hiện chuyển dịch cơ cấu kinh tế nông nghiệp

1.1.2.3 Các giống đậu phộng ở Việt Nam

Hiện có khoảng 24 giống đậu phộng đã được Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn công nhận tạm thời và chính thức từ các công trình nghiên cứu của các Viện và Trung tâm nghiên cứu trong nước Các giống này vào nước ta chủ yếu bằng con đường nhập khẩu từ ICRISAT (International Crops Research Institute for the Semi-Arid-Tropics), Úc, Trung Quốc Một số ít giống mới được thu nhận bằng phương pháp đột biến phóng xạ và phục tráng giống địa phương Gần đây, nhiều giống mới đã phát huy tốt trong sản xuất như giống VD1, VD2, VD5, VD6, VD7; giống MD7, L14, L08, L18; giống ĐT1, ĐT2; giống HL25và một số giống đang khảo nghiệm diện rộng gần đây như GV3, GV6 và GV7 Tại Sóc Trăng, giống đậu phộng VD6 cho năng suất vượt đối chứng 13 – 32 %

Khi khảo nghiệm các giống đậu phộng ở nhiều vùng sinh thái qua các vụ trồng cho thấy: Đông Xuân là vụ trồng lý tưởng đối với cây đậu phộng tại Đồng bằng sông Cửu Long, năng suất đậu phộng vụ này đạt 3,5 – 4,5 tấn/ha cao gần gấp đôi so với vụ

Hè Thu và Thu Đông tại Đông Nam Bộ và Tây Nguyên Các giống VD 01 – 1, VD 99 – 3, VD 99 – 6 thích nghi trồng ở các vùng sinh thái và đặc biệt các giống VD 99 – 19,

MD 7 thích nghi trong điều kiện thâm canh cao ở Đồng bằng sông Cửu Long

1.1.3 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng

1.1.3.1 Lipid

Theo Seifert (2009), thành phần hóa học của nhân đậu phộng trình bày trong bảng 1.4, trong đó, chất béo chiếm khoảng 36-54%

Thành phần acid béo của dầu phộng bị ảnh hưởng bởi giống, mức độ tăng trưởng

và điều kiện môi trường sống.Các acid oleic (18:1), linoleic (18:2), palmitic (16:0) và stearic (18:0) chiếm 90% tổng hàm lượng acid béo.Dầu phộng chứa 0,025% α- tocopherol và 0,020% γ-tocopherol.Chúng có khả năng chống oxy hóa.Các nhà nghiên cứu cho rằng α-tocopherol là thành phần có hoạt tính sinh học nhiều nhất có trong một

số hạt họ đậu (Seifert, 2009)

Thành phần Khoảng dao động (%) Trung bình (%)

Trong tổng số hàm lượng globulin thì khoảng 75% ở dạng arachin và 25% là ở dạng conarachin.Cả arachin và conarachin đều được cấu tạo từ các phân tử globulin với phân tử lượng lớn.Sự khác biệt giữa hai nhóm globulin là hàm lượng lưu huỳnh;

conarachin chứa hàm lượng lưu huỳnh gấp ba lần so với arachin (Tombs, 1965; Neucere, 1969)

Bảng 1.5: Khối lượng phân tử của 5 loại tiểu đơn vị protein chính có trong đậu

phộng, xác định bằng phương pháp điện di trên gel sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide (SDS-PAGE) (Bianchi-Hall và cộng sự, 1993)

Loại protein trong đậu phộng Khối lượng phân tử (kDa)

Protein có khối lượng phân tử thấp 14-17,9

Hàm lượng acid amin trong protein đậu phộng có thể khác nhau tùy vào giống đậu phộng, vùng trồng, tuổi và độ trưởng thành.Đậu phộng giàu acid glutamic, acid aspartic, arginine và thiếu hụt các acid amin chứa lưu huỳnh như methionine và cysteine.Đậu phộng nghèo một số acid amin thiết yếu là lysine, threonine và methionine (Seifert, 2009)

Bảng 1.6: Thành phần các acid amin trong đậu phộng (Monteiro & Prakash,

so với protein tổng Protein kiềm được tìm thấy dưới dạng glycoprotein gồm cả dạng

tự nhiên (3,5%) lẫn dạng đường liên kết với acid amin (0,2% glucosamine) Protein đậu phộng hòa tan trong dung dịch có pH 2 – 10, hòa tan kém nhất tại điểm đẳng điện (pH 4,5) Hơn 95% protein hòa tan tại pH dưới 2,5 hoặc trên 7 (Kain và cộng sự, 2009)

1.1.3.3 Carbohydrate

Hàm lượng carbohydrate trong đậu phộng bao gồm 2-5% đường, 4% tinh bột, 4% các hợp chất pectic và 2% cellulose Hàm lượng đường thay đổi theo điều kiện trồng trọt, mức độ chín của hạt, vùng trồng và giống đậu Saccharose chiếm ưu thế, tiếp theo là stachyose và raffinose Hàm lượng đường tăng dần theo độ trưởng thành của hạt (Seifert, 2009)

Polysaccharide có

1.1.3.4 Vitamin và khoáng

Đậu phộng chứa lượng đáng kể một số vitamin và khoáng chất Bên cạnh vitamin

E, đậu phộng cũng là một nguồn cung cấp vitamin B, khoáng K, P và Mg Đậu phộng còn chứa một lượng nhỏ vitamin C và một lượng không đáng kể vitamin A, D và K (Seifert, 2009)

1.1.3.5 Thành phần có hoạt tính sinh học

- Polyphenol

Đậu phộng tiêu thụ chủ yếu ở dạng đã qua chế biến Mặc dù ảnh hưởng của quá trình chế biến đến thành phần isoflavone của hạt họ đậu đã được nghiên cứu rộng rãi, nhưng trướcChukwumah và cộng sự (2007) thì chưa có nhà nghiên cứu nào công bố kết quả về vấn đề này Kết quả cho thấy quá trình nấu ít làm ảnh hưởng đến thành phần chất có hoạt tính sinh học so với chiên hoặc sấy.Đậu phộng nấu có hàm lượng

Các peptide có hoạt tính sinh học là các đoạn protein khi vào cơ thể có các tác dụng sinh học đặc hiệu.Các peptide này gồm từ 3 đến 20 acid amin Khi ở trong nguồn protein ban đầu, chúng không có hoạt tính nhưng khi vào hệ tiêu hóa hoặc khi chế biến thực phẩm thì chúng được giải phóng ra (Korhonen, 2003) Hoạt tính của các peptide này bị ảnh hưởng bởi nguồn protein, các enzyme được sử dụng và các điều kiện chế biến

Chen và cộng sự (2007) nhận thấy rằng sản phẩm thủy phân từ protein đậu phộng

có hoạt tính chống oxy hóa Dung dịch protein đậu phộng 8% (w/v) được gia nhiệt sơ

bộ ở 90oC khoảng 20 phút, sau đó thủy phân bằng protease alcalase ở pH 7,5 và 55oC trong 6h với tỷ lệ enzyme/protein là 3/100 Đun sôi sản phẩm sau khi thủy phân trong nước khoảng 3 phút để vô hoạt alcalase Sản phẩm thủy phân này có hoạt tính chống oxy hóa cao hơn protein đậu phộng chưa thủy phân nhưng thấp hơp so với butylated hydroxytoluene (BHT) Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu chưa tìm thấy các đoạn acid amin đặc trưng của các peptide có hoạt tính sinh học trong protein đậu phộng có tác dụng chống oxy hóa (Seifert, 2009)

Hwang và cộng sự (2001) đã khảo sát ảnh hưởng của thời gian rang và sự thủy phân protein bằng enzyme của hạt đậu phộng tách béo đến hoạt tính chống oxy hóa Hoạt tính chống oxy hóa tăng khi tăng thời gian rang từ 0 tới 60 phút ở 180oC Hơn nữa, hoạt tính chống oxy hóa của mẫu rang 60 phút cũng tăng khi protein được thủy phân bởi các chế phẩm protease thương mại Esperase hay Neutrase

1.1.3.6 Thành phần không có lợi về mặt dinh dưỡng

- Phenolic và phytate

Các sản phẩm protein đậu phộng chứa các hợp chất phenolic làm ảnh hưởng đến hương vị và màu sắc sản phẩm.Các hợp chất phenolic có khả năng tác dụng với protein Những hợp chất phenolic thường gặp trong đậu phộng là: acid phenolic (caffeic, vanillic, syringic, coumaric) hoặc tannin thường tồn tại dưới dạng tự do, ester hoặc các dạng liên kết khác Phương pháp làm giảm hàm lượng phenolic chủ yếu tập trung vào việc hạn chế sự tương tác giữa phenolic và protein, sau đó loại phenolic ra khỏi protein do sự khác nhau về khả năng hòa tan cũng như kích thước Việc trích ly chất béo với dung môi có tính acid như acetone và acidic butanol làm giảm hàm lượng

phenolic hiệu quả nhất Tuy nhiên, phương pháp này sẽ làm biến tính protein cũng như làm giảm khả năng hòa tan của protein (Seo & Morr, 1985)

Hơn nữa, các sản phẩm protein đậu phộng còn chứa acid phytic Chất này tham gia liên kết với Zn, Fe và các ion kim loại khác làm ảnh hưởng đến hoạt tính sinh học của chúng trong cơ thể người Acid phytic và muối phytate thường hiện diện trong lá mầm, đóng vai trò là nguồn dự trữ phosphate Sự hiện diện của acid phytic sẽ gây ra một số vấn đề trong quy trình sản xuất protein từ đậu phộng bởi vì phytate có khả năng tương tác với protein và làm giảm khả năng hòa tan của protein Phức hợp phytate-protein không hòa tan trong môi trường acid (Seo & Morr, 1985; Seifert, 2009)

Theo Seo & Morr (1985), DPF thương mại và DPF thu được ở phòng thí nghiệm tương ứng chứa khoảng 1,5 và 1,7% phytate, 1756 và 2033 µg/g acid phenolic tổng,

50 và 120 µg/g các phenolic trung tính PPI thu được ở phòng thí nghiệm có chứa lượng nhỏ phenolic trung tính (không đo được), 810 µg/g acid phenolic tổng và khoảng 1% phytate Phương pháp trao đổi ion loại hơn 85% phytate Phương pháp trao đổi ion và xử lý bằng than hoạt tính loại bỏ 92 và 82% acid phenolic tổng tương ứng

có trong PPI Acid p-coumaric là acid phenolic chính, chiếm 40-68% tổng lượng acid phenolic trong các sản phẩm protein đậu phộng

Phương pháp trao đổi ion và xử lý than hoạt tính đã được sử dụng thành công để loại acid phytic và các hợp chất phenolic khỏi dịch trích protein đậu nành (Brooks và Morr, 1982) Seo và Morr (1985) cũng sử dụng phương pháp này để loại phytate và các phenolic có trong các sản phẩm protein đậu phộng

- Protein gây dị ứng

FDA cho rằng đậu phộng là một trong tám thực phẩm gây dị ứng phổ biến.Thành phần protein gây dị ứng có mặt trong lá mầm và không khác nhau nhiều giữa các giống đậu

Các protein đậu phộng thường gây dị ứng ở người chủ yếu là các glycoprotein với khối lượng phân tử dao động từ 10 – 70 kDa (Hefle và cộng sự,1996)

tan vào nước bọt nhanh chóng là nguyên nhân gây dị ứng rất nhanh đối với một số người với biểu hiện ngứa lưỡi và cuống họng (Kopper, 2005)

Một vài nghiên cứu chỉ ra rằng phương pháp làm chín đậu phộng ảnh hưởng đến mức độ gây dị ứng.Luộc hoặc chiên, phương pháp thường dùng ở các nước châu Á, làm giảm lượng protein gây dị ứng có trong đậu phộng và hạ thấp mức độ liên kết với kháng thể immunoglobulin-E so với phương pháp rang Rang đậu phộng dường như làm tăng khả năng phản ứng với immunoglobulin-E, do đó làm tăng phản ứng miễn dịch, đây cũng là lý do người dân Mỹ bị dị ứng đậu phộng nhiều hơn dân các nước châu Á do thói quen sử dụng đậu phộng rang (Seifert, 2009)

- Aflatoxin

Aflatoxin là độc tố nấm mốc nhiễm vào đậu phộng và một số nguồn nguyên liệu thực phẩm khác, nhưng có thể giảm thiểu bằng cách thu hoạch đậu ở giai đoạn thích hợp nhất, tồn trữ ở điệu kiện khô và lạnh Mức độ nhiễm aflatoxin bị ảnh hưởng bởi mùa vụ, điều kiện khô hạn có xu hướng tăng mức độ nhiễm aflatoxin.Theo qui định của FDA, giới hạn mức độ nhiễm aflatoxin trong các sản phẩm đậu phộng làm thực phẩm cho người là 20 ppb (Seifert, 2009)

Các phương pháp xử lý như chiếu xạ, trích ly bằng dung môi, phân tách dựa vào

tỷ trọng, vô hoạt bằng vi sinh vật, ammoniate hóa, vô hoạt bằng các nguyên liệu hấp phụ hoặc bằng nhiệt trong quá trình chế biến đậu phộng làm giảm hàm lượng aflatoxin

1.2 Chế phẩm protein đậu phộng và phương pháp thu nhận

Sản phẩm phụ giàu protein từ đậu phộng sau quá trình trích ly dầu gồm ‗peanut meal‘ (PM), ‗peanut flour‘ (PF), ‗peanut protein concentrates‘ (PPC) và ‗peanut protein isolates‘ (PPI)

1.2.1 Peanut meal (PM)

‗Peanut meal‘ là bánh đậu phộng dạng bột thô sau khi tách dầu khỏi hạt đậu phộng, chứa 45-60% protein và được xem là loại nguyên liệu không sử dụng làm thực phẩm Các nhà sản xuất đã tối ưu hóa các điều kiện trích ly để thu được lượng dầu nhiều nhất mà không cần quan tâm đến thành phần protein

1.2.2 Defatted Peanut Flour (DPF), Protein Concentrates (PPC) và Isolates (PPI)

Những sản phẩm từ đậu phộng đã tách béo có thể được sử dụng làm thực phẩm (hàm lượng aflatoxin nhỏ hơn 20 ppb) gồm có DPF (thường có hàm lượng protein

<69%), PPC (hàm lượng protein 70 – 85%) và PPI (hàm lượng protein 86 – 100%) (Cherry, 1990)

1.2.2.1 DPF

Hầu hết các hạt có dầu thường được tách dầu bằng cách ép hoặc trích ly bằng dung môi hữu cơ Phương pháp ép có độ thu hồi dầu thấp (40-60%) Trích ly bằng dung môi hữu cơ có khả năng thu hồi dầu cao (90-98%), tuy nhiên lại ảnh hưởng đến chất lượng protein, cần nhiều năng lượng và chi phí đầu tư cao Dung môi được dùng phổ biến là hexane.Tuy nhiên, trong một số trường hợp hexane không phải là dung môi tốt nhất nếu muốn khai thác protein trong bã

Đối với đậu phộng thì dùng henxane tách dầu cho hiệu quả cao nếu như mục tiêu trích ly là dầu.Còn nếu mục tiêu trích ly là protein thì nên dùng petroleum ether

Vì vậy, xu hướng hiện nay là dùng enzyme hỗ trợ việc trích ly dầu và protein đậu phộng.Dùng enzyme hỗ trợ trích ly dầu từ hạt có dầu là một phương pháp mới được nghiên cứu gần đây.Sharma và cộng sự (2002) đã nghiên cứu tách dầu đậu phộng bằng chế phẩm ProtizymeTM, là hỗn hợp các loại protease có tính acid, trung tính và kiềm Điều kiện tối ưu như sau: nồng độ enzyme 2,5% (w/w), pH 4, nhiệt độ 400

C, thời gian xúc tác 18h, tốc độ khuấy 80 rpm Khi đó, hiệu suất thu hồi dầu tăng 100% so với mẫu đối chứng

DPF được sản xuất bằng phương pháp trích ly dung môi có những ưu điểm như hàm lượng béo sót nhỏ hơn 2%, màu trắng, không còn mùi đậu phộng thô, hàm lượng protein 65% và độ hòa tan của protein cao (hơn 85%) (Spadaro, 1979)

1.2.2.2 PPC

PPC là sản phẩm thu được sau các quá trình xử lý, tinh sạch khô đậu phộng đã tách béo nhằm loại bỏ các thành phần không phải protein như khoáng, carbohydrate, những hợp chất chứa nitơ có phân tử lượng thấp, những chất không có giá trị dinh

loại bỏ ra khỏi nguyên liệu, do đó các tính chất của sản phẩm thu được cũng sẽ khác nhau

Phương pháp xử lý bằng acid: k

và cộng sự, 1998)

1.3 Quá trình trích ly protein và các yếu tố ảnh hưởng

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng trích ly protein bao gồm chất lượng bột,

tỷ lệ nguyênliệu/dung môi, pH, nhiệt độ, lực ion của dung môi, nhiệt độ trích ly, thời gian trích ly, số lần trích ly (Rosenthal và cộng sự, 1996; Kain và cộng sự, 2009; Ma

và cộng sự, 2010) Lượng protein cực đại thu được sau quá trình trích ly sẽ ảnh hưởng quyết định đến hàm lượng protein trong PC hay PI Theo Abulude và cộng sự (2006) thì phương pháp trích ly ảnh hưởng nhiều đến tính chất vật lý và tính chất chức năng của PI

Dịch trích thu được sau quá trình trích ly gồm hai loại globulin là arachin và conarachin Ngoài ra, còn có một số thành phần protein khác có thể phân tách bằng kỹ thuật sắc ký hoặc điện di trên gel polyacrylamide (Cherry, 1990)

Theo Shen (1981) thì chỉ số hòa tan của protein đậu phộng tương tự với của protein đậu nành, điều này cho thấy có thể có sự tương đồng về tính chất chức năng và cấu tạo của hai nguồn protein thực vật này Thật vậy, hàm lượng amino acid của protein đậu phộng và protein đậu nành tương đương nhau trừ hàm lượng lysine trong đậu phộng thấp hơn (USDA-NAL, 2005)

1.3.1 Nguyên liệu

Protein nằm trong tế bào và được bảo vệ khá chắc chắn bởi thành tế bào thực vật Trích ly protein từ cấu trúc phức tạp này đòi hỏi nhiều phương pháp bao gồm sự hòa tan và/hoặc sự khuếch tán Do đó, việc phá vỡ mạng lưới thành tế bào sẽ làm tăng hiệu quả quá trình tách dầu cũng như protein trong đậu phộng

Hình 1.2: Quy trình công nghệ sản xuất PPI theo phương pháp truyền thống

Cấu trúc vi mô của biểu mô và nhu mô trong hạt đậu phộng đã đƣợc Young và cộng sự (2004) nghiên cứu và đƣợc thể hiện trong hình 1.3 và hình 1.4

Hình 1.3: Cấu trúc biểu mô (mũi tên nhỏ) và nhu mô (mũi tên lớn) của hạt đậu phộng

ở giai đoạn thu hoạch sau khi đã tách dầu và nước bằng alcohol(Young và cộng sự,

2004)

Young và cộng sự, 2004)

Có 2 vấn đề ảnh hưởng quá trình trích ly protein từ nguyên liệu thực vật là thành

tế bào bằng cellulose cứng cần được phá vỡ để thu các thành phần trích ly và sự có mặt của các hợp chất gây phân hủy hoặc biến đổi protein bao gồm các phenolic và các enzyme protease

Xử lý sơ bộ để phá vỡ cấu trúc tế bào là một vấn đề cần quan tâm Quá trình nghiền rất quan trọng vì làm giảm kích thước nguyên liệu, tăng diện tích tiếp xúc giữa

Tuy nhiên, khi kích thước của nguyên liệu quá nhỏ và mịn sẽ làm nghẽn các mao dẫn

và gây cản trở quá trình trích ly Các kết quả về ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến hiệu suất trích ly thường không giống nhau và do đó cần xác định kích thước phù hợp với từng loại nguyên liệu được trích ly bằng phương pháp thực nghiệm

Hiệu suất trích ly còn phụ thuộc vào độ đồng nhất và độ hòa tan protein ban đầu của nguyên liệu Protein trong nguyên liệu có độ hòa tan càng lớn thì hiệu suất thu hồi sản phẩm càng cao Trong thực tế, nguyên liệu phù hợp để sản xuất chế phẩm protein phải có hàm lượng protein hòa tan (nitơ hòa tan - NSI) lớn hơn 80% (Mitidier và Wagner, 2002)

Hầu hết các nguồn nguyên liệu để thu nhận protein đều có hàm lượng chất béo cao (có thể lên đến 40-50% w/w), tiêu biểu là đậu phộng Đối với những nguồn nguyên liệu như vậy cần phải được tách dầu trước khi trích ly protein nhằm ngăn chặn

sự hình thành nhũ tương làm giảm hiệu quả trích ly.Hơn nữa, dung môi trích ly sử dụng trong trường hợp này thường là nước sẽ phù hợp hơn.Nguyên liệu thường được tách béo bằnghexane (Abbott và cộng sự, 1991) hoặc petroleum ether (Sathe và cộng

sự, 2002)

Một số loại nguyên liệu chứa hàm lượng cao phytate, các hợp chất phenolic và một số chất có thể làm ảnh hưởng tới hiệu suất trích ly protein, làm thay đổi màu sắc, giảm hương vị hoặc tính chất chức năng của protein.Khi đó, cần phải xử lý sơ bộ nguyên liệu trước khi trích ly protein Các hợp chất phenolic trong hạt hướng dương

có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng dung dịch methanol 80% mà không gây tác động tiêu cực đến hiệu suất trích ly và bản chất của protein (Gonzalez-Perez và cộng

sự, 2002) Protein khoai tây được trích ly bằng nước có chứa chất chống oxy hóa (sodium metabisulfite) để ngăn chặn phản ứng hóa nâu.Sau đó, tiến hành ly tâm và xử

lý để loại bỏ các acid phenolic (Ralet và Gueguen, 2000) Với các nguyên liệu thực vật

có thành tế bào vững chắc thì cần sử dụng các carbohydrase để phá vỡ thành tế bào và tạo điều kiện thuận lợi để thu nhận protein Ví dụ, để thu nhận protein cám gạo, bột cám gạo tách béo được phối trộn với dung môi nước, điều chỉnh pH 5,0 và xử lý bằng enzyme phytase và enzyme xylanase để làm giảm hàm lượng acid phytic và phá vỡ

thành tế bào (Wang và cộng sự,1999) Sau đó, huyền phù được điều chỉnh đến pH 10

để vô hoạt enzyme và tăng hiệu quả trích ly protein

1.3.2 Dung môi trích ly

Protein đậu phộng gồm 90% globulin và 10% albumin với điểm đẳng điện trong khoảng pH 3-4 (Rustom và cộng sự, 1991) Khi dung môi trích ly không chứa các ion muối, tính tan của globulin trong đậu phộng sẽ tăng khi tăng giá trị pH trong vùng kiềm (hoặc vùng acid, pH từ 1 đến 2)

Phương pháp trích ly thường sử dụng là hòa tan protein trong dung dịch kiềm (pH 10-12), sau đó kết tủa và thu nhận protein ở điểm đẳng điện (pI) Ví dụ như Okezie và Bello (1988) đã trích ly protein từ bột đậu rồng bằng dung dịch NaOH 0,1M Quá trình xử lý tiếp theo bằng cách ly tâm huyền phù để kết tủa PI từ đậu đũa được nghiên cứu và báo cáo bởi Horax và cộng sự (2004) Coffman và Garcia (1997)

đã chiết protein từ bột đậu xanh bằng dung dịch NaOH 0,001M

Khi thu nhận và đánh giá các tính chất chức năng của PPC, Yu và cộng sự (2007) nhận thấy rằng pH ảnh hưởng lớn đến tính tan của protein đậu phộng Khả năng hòa tan của protein đậu phộng thấp nhất là ở pH 3,5-4,5 và cao nhất là ở pH lớn hơn hoặc bằng 10 Các tác giả đã chọn pH 10 để trích ly protein, pH cao hơn 10 không được sử dụng vì có thể gây ra một số thay đổi không mong muốn về màu sắc, các tính chất chức năng và tính chất cảm quan của chế phẩm PPC

Kain và cộng sự (2009) tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly protein để thu nhận PPI từ hai loại bột đậu tách béo (CPPI: PPI thu nhận từ bột đậu phộng sau quá trình ép nguội và HPPI: PPI thu nhận từ bột đậu phộng sau quá trình ép nóng) Kết quả trên hình 1.5 cho thấy tính tan thấp nhất (điểm đẳng điện) của protein

là ở pH 4,5 Tính tan giảm dần khi pH tăng dần đến pH đẳng điện và sau đó tăng dần khi pH tăng vượt qua điểm đẳng điện

Hình 1.5: Ả nh hưởng của pH lên tính tan của protein đậu phộng(Kain và cộng sự,

2009)

Quy luật tương tự cũng được nhận thấy trong các nghiên cứu của Okezie & Bello (1988) và Vani & Zayas (1995) đối với protein đậu nành và đậu rồng Các yếu tố ảnh hưởng đến tính tan của protein bao gồm nồng độ, pH, lực ion và sự có mặt của các chất khác

1.3.3 Tỷ lệ nguyênliệu/dung môi

Tzeng và cộng sự (1988) đưa ra tỷ lệ nguyênliệu/dung môi tối ưu khi trích ly protein đậu phộng là 1/20 Theo Aguilera và Garcia (1989), quá trình trích ly hiệu quả khi tỷ lệ nguyênliệu/dung môi dao động trong khoảng từ 1/5 đến 1/30

Kain và cộng sự (2009) nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ nguyênliệu/dung môi lên hiệu suất trích ly protein đậu phộng (CPPI và HPPI) và thấy rằng khi tỷ lệ nguyênliệu/dung môi (w/v) nhỏ hơn 1/10 sẽ làm hiệu suất trích ly protein thấp (hình 1.6)

Hình 1.6: Ả nh hưởng của tỷ lệ bột/nước lên hiệu suất trích ly protein đậu phộng

(Kain và cộng sự, 2009)

1.3.4 Nhiệt độ

Cũng theo Kain và cộng sự (2009), kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ lên quá trình trích ly protein (hình 1.7) cho thấy có sự giảm nhẹ hiệu suất trích ly khi tăng nhiệt độ từ 40 đến 60oC cho cả hai loại bột đậu đã được tách dầu theo phương pháp lạnh và nóng (CPPI và HPPI) Hiệu suất trích ly trong cả hai mẫu bị giảm mạnh khi tăng nhiệt độ lên 70oC

(Kain và cộng sự, 2009)

Hiệu suất trích ly giảm có thể do sự biến đổi protein do nhiệt Sathe và cộng sự (1982) chỉ ra rằng có sự hình thành tủa không tan từ các protein chứa nhiều lưu huỳnh trong bột đậu nành khi gia nhiệt đến 70oC hoặc cao hơn Sự kết tủa này phụ thuộc

giảm khi nhiệt độ trích ly tăng Voutsina và cộng sự (1983) cũng nhận thấy quy luật tương tự

1.3.5 Thời gian

Theo kết quả nghiên cứu của Kain và cộng sự (2009) thì hiệu suất trích ly khá ổn định trong khoảng thời gian từ 30 đến 60 phút.Điều này cho thấy hầu hết các protein được trích ly trong 30 phút đầu tiên Hiệu suất trích ly cao nhất sau thời gian 60 phút

và giảm dần khi tăng thời gian trích ly (hình 1.8)

Hình 1.8: Ả nh hưởng của thời gian trích ly lên hiệu suất trích ly protein đậu phộng

(Kain và cộng sự, 2009)

Nếu thời gian quá ngắn thì hiệu quả trích ly không cao Nếu thời gian quá dài thì

có thể làm biến tính protein trong dịch trích nên hiệu suất thu hồi protein vẫn thấp

1.3.6 Sự khuấy trộn

Một thông số khác để làm tăng hiệu quả quá trình trích ly là sự khuấy trộn để tăng động lực hòa tan và khuếch tán Phương pháp khuấy trộn được sử dụng chủ yếu là khuấy trộn cơ học bằng cánh khuấy hoặc máy khuấy từ với tốc độ vừa phải ở quy mô phòng thí nghiệm

1.3.7 Số lần trích ly

Ảnh hưởng của số lần trích ly lên hiệu suất trích ly được đánh giá bằng cách tái hòa tan bã thu được sau ly tâm tách dịch protein và trích ly lại nhiều lần ở cùng điều kiện ban đầu Theo Aguilera và Garcia (1989), số lần trích ly thích hợp từ 1 tới 4 lần Hettiarachchy và cộng sự (1996) cho rằng quá trình trích ly lặp lại 2 lần là đủ để thu hồi protein; nếu lặp lại lần 3 và 4 thì hiệu suất thu hồi protein tăng lên không đáng kể

Theo kết quả của Kain và cộng sự (2009) thì hiệu suất trích ly tăng từ 60% (trích

ly một lần) lên 78% (trích ly hai lần, hình 1.9) Trích ly thêm nữa ở lần ba và bốn không cải thiện được hiệu suất trích ly protein nhưng hiệu suất thu chất chiết tổng cộng tăng lên do đường và các phần tử khác hòa tan vào dịch trích Quá trình trích ly protein cũng tuân theo cơ chế truyền khối rắn-lỏng, quá trình trích ly rắn-lỏng tăng cho tới khi đạt cân bằng (Prabhudesal, 1988)

Hình 1.9: Ả nh hưởng của số lần trích ly lên hiệu suất trích ly protein đậu phộng (Kain

và cộng sự, 2009)

Ma và cộng sự (2010) thực hiện thí nghiệm tối ưu hóa quá trình trích ly protein

để thu nhận PPC từ DPF Kết quả cho thấy rằng quá trình trích ly nên được lặp lại 2 lần là đủ

1.4 Kỹ thuật siêu âm và ứng dụng trong quá trình trích ly protein

1.4.1 Khái niệm

(Mason, 1998; Kuldiloke, 2002)

Hình 1.10: Khoảng tần số của sóng siêu âm (Kuldiloke, 2002)

Ảnh hưởng chính của sóng siêu âm lên dòng chất lỏng liên tục là gây ra áp suất

âm kết hợp với áp suất thủy tĩnh có sẵn trong lòng chất lỏng

Áp suất âm có dạng hình sin và phụ thuộc vào thời gian t, tần số f và biên độ dao động áp suất cực đại PA

Vận tốc c của sóng âm phụ thuộc vào môi trường mà sóng đi qua Đối với một dung dịch lỏng, vận tốc sóng liên quan với tính dày đặc (ρ) và modul nén (κ) của môi trường

Bước sóng (λ), tần số (f) và vận tốc (c) có quan hệ như sau: Sóng siêu âm có tần

:vận tốc biến thiên nhiệt độ

Cường độ siêu âm (I) được biểu diễn bằng công suất siêu âm trên một đơn vị diện tích bề mặt phát ra sóng siêu âm (W/m2

, W/cm2) hoặc công suất siêu âm trên một đơn vị thể tích mẫu xử lý (W/mL) Ngoài ra, có thể sử dụng đơn vị W/g (năng lượng tính cho một đơn vị khối lượng chất khô của mẫu được xử lý)