Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất sản phẩm bột protein đậu tương cô đặc (soy whey protein isolate) và bột protein đậu tương thủy phân (soy whey protein hydrolysate) từ đậu tương

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM ---o0o--- NGUYỄN THỊ PHƯỢNG Tên đề tài: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT SẢN PHẨM BỘT PROTEIN ĐẬU TƯƠNG SOY WHEY PROTEIN ISOLATE V

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

-o0o -

NGUYỄN THỊ PHƯỢNG

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT SẢN PHẨM

BỘT PROTEIN ĐẬU TƯƠNG (SOY WHEY PROTEIN ISOLATE)

VÀ BỘT PROTEIN THỦY PHÂN (SOY WHEY PROTEIN

HYDROLYSATE) TỪ ĐẬU TƯƠNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Chính quy Ngành : Công nghệ Sinh học

Khóa học : 2015 – 2019

THÁI NGUYÊN, NĂM 2019

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

-o0o -

NGUYỄN THỊ PHƯỢNG

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT SẢN PHẨM

BỘT PROTEIN ĐẬU TƯƠNG (SOY WHEY PROTEIN ISOLATE)

VÀ BỘT PROTEIN THỦY PHÂN (SOY WHEY PROTEIN

HYDROLYSATE) TỪ ĐẬU TƯƠNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Chính quy Ngành : Công nghệ Sinh học

Khóa học : 2015 – 2019 Người hướng dẫn : 1 TS Phạm Bằng Phương

2 ThS Vi Đại Lâm

THÁI NGUYÊN, NĂM 2019

i

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành khoá luận tốt nghiệp,

em đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình, chỉ bảo và động viên của thầy cô, bạn bè và gia đình Em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Phạm Bằng Phương, cùng các thầy cô công tác tại Khoa Công nghệ sinh học & Công nghệ thực phẩm – Đại học Nông lâm Thái Nguyên cùng toàn thể cán bộ công tác tại Bộ môn Sinh học Phân tử - Viện Khoa học Sự sống – Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, những người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài và hoàn thiện khoá luận tốt nghiệp Xin được bày tỏ sự cảm ơn chân thành tới ban lãnh đạo Viện Khoa học Sự Sống – Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để em có thể hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn bên cạnh, ủng hộ và động viên em, giúp đỡ em vượt qua mọi khó khăn trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 02 tháng 6 năm 2019

Sinh viên

Nguyễn Thị Phượng

ii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Thành phần axit amin trong hạt đậu tương 4

Bảng 3.1 Danh mục thiết bị được sử dụng 17

Bảng 3.2 Danh mục các loại hóa chất được sử dụng 18

Bảng 3.3 Xây dựng đường chuẩn định lượng protein theo Lowry 23

Bảng 3.4 Kết quả đo sự ảnh hưởng của thời gian ngâm đến hàm lượng protein 24

Bảng 3.5: Thành phần dung dịch pha gel SDS - PAGE 25

Bảng 4.1 Hàm lượng protein đậu tương hòa tan ở bước thu dịch sữa đậu 30

iii

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Quá trình biến tính protein của SDS 12 Hình 4.1 Đậu tương xanh 27 Hình 4.2 Sơ đồ quy trình nghiên cứu sản xuất bột đậu tương protein Isolate 28 Hình 4.3 Đường chuẩn xác định hàm lượng protein 29 Hình 4.4 Một số hình ảnh sản xuất thử nghiệm bột protein đậu tương cô đặc

31 Hình 4.5 Sơ đồ quy trình thủy phân protein đậu tương 32 Hình 4.6 Một số hình ảnh sản xuất thử nghiệm bột protein đậu tương thủy

phân 33 Hình 4.7: Thử nghiệm sản xuất bột protein thủy phân từ dịch chiết thô

enzyme thực vật 34 Hình 4.8 Kết quả điện di mẫu protein thủy phân 35

iv

DANH MỤC TỪ VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt Chú thích

SDS – PAGE Sodium Dodecyl Sulphate – Polyacrylamide Gel Electrophoresis

BSA Albumin huyết thanh bò

HCl Axit clohydric

SPH Soy Protein Hydrolazed

SPI Soy Protein Isolate

RPM Revolutions Per Minute

v

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

DANH MỤC BẢNG ii

DANH MỤC HÌNH iii

DANH MỤC TỪ VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT iv

MỤC LỤC v

PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu của đề tài 2

1.2.1 Mục tiêu tổng quát 2

1.2.2 Mục tiêu cụ thể 2

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Tổng quan về đậu tương 3

2.1.1 Giới thiệu chung 3

2.1.2 Cấu tạo và thành phần hóa học chung của hạt đậu tương 3

2.2 Sản xuất protein đậu tương 5

2.3.Thủy phân protein bằng enzyme 8

2.4 Các phương pháp định lượng protein 10

2.4.1 Định lượng protein bằng phương pháp Kjendahl 10

2.4.2 Định lượng protein hòa tan bằng phương pháp Lowry 11

2.4.3 Phương pháp điện di protein bằng gel acrylamide 11

2.5 Phương pháp sấy thăng hoa 12

2.5.1 Định nghĩa 12

2.5.2 Nguyên lí hoạt động của hệ thống sấy thăng hoa 13

2.5.3 Ưu nhược điểm của phương pháp sấy thăng hoa 14

vi

2.6 Tổng quan tình hình nghiên cứu sản xuất bột protein đậu tương trong

nước và trên thế giới 14

2.6.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 14

2.6.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 15

PHẦN 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17

3.1 Đối tượng, thiết bị và dụng cụ 17

3.1.1 Đối tượng 17

3.1.2 Thiết bị nghiên cứu 17

3.1.3 Hóa chất 18

3.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 18

3.2.1 Địa điểm nghiên cứu 18

3.2.2 Thời gian tiến hành nghiên cứu 18

3.2.3 Nội dung nghiên cứu 18

3.3 Phương pháp nghiên cứu 19

3.3.1 Lựa chọn nguyên liệu 19

3.3.2 Quy trình nghiên cứu sản xuất sản phẩm bột protein đậu tương cô đặc 19

3.3.3.Quy trình sản xuất bột protein đậu tương thủy phân 20

3.3.4.Định lượng protein tổngsố bằng phương pháp Kjeldahl 21

3.3.5 Định lượng protein hòa tan bằng phương pháp Lowry 23

3.3.6.Phương pháp điện di SDS – PAGE để đánh giá mức độ thủy phân của protein 24

PHẦN 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27

4.1 Lựa chọn nguyên liệu và đánh giá hàm lượng protein khô trong đậu tương bằng phương pháp Kjeldahl 27

4.1.1 Lựa chọn nguyên liệu 27

4.1.2 Đánh giá hàm lượng protein khô theo phương pháp Kjeldahl 27

vii

4.2 Kết quả nghiên cứu sản xuất thử nghiệm bột đậu tương cô đặc 28

4.3 Kết quả nghiên cứu sản xuất thử nghiệm bột protein đậu tương thủy phân 32

PHẦN 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 36

5.1 Kết luận 36

5.2 Đề nghị 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

1

PHẦN 1

MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Đậu tương (Glycine max (L) Merrill) là một nguồn thực phẩm giàu

dinh dưỡng, chúng chứa khoảng 40% protein, 20% dầu cũng như các vitamin, muối khoáng và các hợp chất khác Các thực phẩm giàu protein thường có khả năng giúp cơ thể tăng nhanh cơ bắp, cung cấp đầy đủ năng lượng và giúp

cơ thể khỏe mạnh, giúp hỗ trợ quá trình chữa bệnh Nguồn dinh dưỡng giàu protein có nguồn gốc từ đậu tương có thể cung cấp cho người cần bổ sung dinh dưỡng như người bệnh, người tập thể hình, người ăn kiêng, ăn chay…

Hiện nay các sản phẩm giàu protein trên thị trường chủ yếu là “whey protein” được làm từ sữa Những sản phẩm dạng này thường có giá thành cao Một số sản phẩm vẫn còn lượng chất béo nhất định có nguồn gốc từ động vật

có nguy cơ liên quan tới các vấn đề về hệ tuần hoàn như bệnh tim hay xơ vữa thành động mạnh Vì vậy việc tạo ra một sản phẩm bột protein từ đậu tương (Soy whey protein) với hàm lượng protein cao (≥80%) làm thực phẩm giàu dinh dưỡng cho mọi đối tượng có nguồn gốc từ thực vật với giá thành phù hợp sẽ mang lại nhiều tiềm năng về mặt kinh tế, xã hội đáp ứng nhu cầu của thị trường Việt Nam

Nhằm góp phần chủ động nguồn nguyên liệu protein từ đậu tương có chất lượng tốt phục vụ cho sản xuất các sản phẩm dinh dưỡng, thay thế một số

sản phẩm với giá thành cao chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất sản phẩm bột protein đậu tương cô đặc (soy whey protein isolate) và bột protein đậu tương thủy phân (soy whey protein hydrolysate) từ đậu tương”

2

1.2 Mục tiêu của đề tài

1.2.1 Mục tiêu tổng quát

Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất bột protein đậu tương cô đặc

và bột đậu tương thủy phân với hàm lượng protein trên 85% để cung cấp cho người cần bổ sung dinh dưỡng như người bệnh, người tập thể hình, người ăn kiêng, ăn chay…

1.2.2 Mục tiêu cụ thể

Tiến hành các thử nghiệm nghiên cứu làm cơ sở để sản xuất và đưa ra thị trường bột protein đậu tương cô đặc và bột protein đậu tương thủy phân với hàm lượng protein cao, tự chủ sản xuất trong nước, để cung cấp cho người cần bổ sung dinh dưỡng với chất lượng cao và giá thành hợp lý

3

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan về đậu tương

2.1.1 Giới thiệu chung

Cây đậu tương (Glycine max (L.) Merrill) hay còn gọi là đậu nành, là

một trong số cây trồng có lịch sử lâu đời nhất của loài người Những bằng chứng về lịch sử, địa lý và khảo cổ học đều công nhận rằng đậu tương có nguồn gốc từ Trung Quốc Hiện nay đậu tương đã lan truyền khắp thế giới Các sản phẩm làm từ đậu tương đã được tiêu thụ ở các nước châu Á trong hàng trăm năm Ở phương Tây, đậu tương chỉ được sử dụng chủ yếu để làm thức ăn chăn nuôi và khai thác dầu cho đến những năm 1950 [5]

Hiện nay, đậu tương là một nguồn protein tuyệt vời, cung cấp các axit amin thiết yếu cho dinh dưỡng của con người như lysine và methionine Việc tiêu thụ protein đậu tương được quan tâm đáng kể từ khi Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ chấp thuận tuyên bố về khả năng có thể làm giảm nguy cơ mắc bệnh tim của chế độ ăn ít chất béo và cholesterol chứa 25% protein đậu nành trong một ngày Tuyên bố này được thành lập bằng cách xem xét nhiều nghiên cứu dài hạn về tác dụng của protein đậu tương đối với các bệnh tim mạch Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng tiêu thụ protein đậu tương có một số tác động tích cực khác đối với sức khỏe, bao gồm hạ huyết

áp, giảm mức cholesterol và mỡ cơ thể, phòng chống loãng xương và giảm tỷ

lệ mắc ung thư dạ dày, ung thư đại trực tràng và ung thư vú.[14]

2.1.2 Cấu tạo và thành phần hóa học chung của hạt đậu tương

2.1.2.1 Cấu tạo của hạt đậu tương

Hạt đậu tương có nhiều hình dạng khác nhau như: Hình tròn, hình dẹt…Màu sắc của hạt có nhiều loại khác nhau trong đó đậu tương màu vàng

4

xanh được đánh giá là tốt, được trồng và sử dụng nhiều, có giá trị thương phẩm cao

Hạt đậu tương gồm 3 phần chính:

- Vỏ hạt (seed coats) chiếm 8% trong toàn hạt

- Phôi (embryo) chiếm 2% trong toàn hạt

-Tử diệp (cotyledon) chiếm 90% trong toàn hạt, chứa hàm lượng protein và dầu cao nhất trong toàn hạt.[2]

2.1.2.2 Thành phần hóa học của hạt đậu tương

Trong thành phần hóa học của đậu tương, thành phần protein chiếm một

tỷ lệ lớn (từ 35 – 40 %) Thành phần axit amin trong protein của đậu tương ngoài methionine và tryptophan còn có các axit amin khác với số lượng khác cao tương đương lượng axit amin có trong thịt (Bảng 2.1)

Bảng 2.1: Thành phần axit amin trong hạt đậu tương

5

Lipid trong hạt cũng chiếm tỉ lệ khá lớn, khoảng 18 – 24 % tùy theo giống và điều kiện khí hậu Trong nhóm lipid của đậu tương có 2 thành phần được xem là quan trọng chiếm khoảng 20% trọng lượng chất khô trong hạt là glyceride và lecithin Ngoài ra hạt đậu tương còn chứa các thành phần khác như hydratcacbon, chiếm khoảng 30%, các vitamin, đặc biệt là hàm lượng vitamin B1 và B2 cùng các vitamin, A, E, K, C,… các khoáng đa lượng, vi lượng

Hàm lượng vitamin D trong đậu tương được đánh giá cao và được khuyến khích sử dụng cho phụ nữ mang thai Khi tiến hành nghiên cứu, những phụ nữ mang thai sử dụng protein từ đậu tương cũng có được những lợi ích về sức khỏe giống như những phụ nữ sử dụng các protein từ sữa Tuy nhiên các sản phẩm từ sữa thường không chứa hoặc chứa ít vitamin D so với đậu tương.[12]

2.2 Sản xuất protein đậu tương

Việc sản xuất protein đậu tương bao gồm nhiều quá trình tách chiết phức tạp dựa theo mức độ tinh khiết của protein mong muốn đạt được Protein đậu tương được chiết xuất từ các loại đậu sau khi tách chất béo thường chia thành 4 dạng chính: “Concentrate”- đậm đặc, “Isolate”- cô đặc với độ tinh khiết cao, “Hydrolysate” - thủy phân và “Soy Flour”- bột.[11]

Dạng bột (Soy Flour) của đậu tương chứa tối thiểu 50% protein, lượng protein ít nhất so với ba dạng protein đậu tương còn lại Hình thức thường ở dạng mảnh thô, các mảnh được loại bớt chất béo Loại sản phẩm này chủ yếu được sử dụng trong sản xuất các sản phẩm dạng nướng, nước sốt và nước thịt

Protein đậu tương cô đặc sở hữu khoảng 70 ~ 80% protein theo trọng lượng khô Sản xuất protein đậu tương cô đặc bắt đầu bằng cách khử các hạt xay thô và sau đó chiết xuất protein hòa tan bằng cách xử lý nhiệt hoặc trộn

6

với dung môi hữu cơ Protein đậu tương cô đặc có các hạt mịn hơn, ứng dụng chủ yếu trong thực phẩm như thịt, sản phẩm thay thế thịt, đồ nướng và các thanh dinh dưỡng (thanh, miếng đồ ăn).[11]

Dạng Protein đậu tương cô đặc tinh khiết nhất thường được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm là protein đậu tương dạng “isolate” (SPI) Hàm lượng protein của dạng isolate cao (> 90%), các đặc điểm chức năng và thuộc tính cảm quan tuyệt vời, chủ yếu là hương vị nhẹ và màu sáng, SPI được sử dụng trong một loạt các ứng dụng thực phẩm như: Đồ uống dinh dưỡng, sữa bột trẻ em, thịt chế biến, thanh dinh dưỡng và sản phẩm thay thế sữa SPI được sản xuất từ mảnh đậu tương đã khử chất béo, sau đó là chiết xuất bằng kiềm Protein hòa tan được kết tủa ở pH 4,5 và ly tâm để tách protein khỏi các polysacarit hòa tan Kết tủa được phân tán trong nước, sau đó được trung hòa với dung dịch thích hợp và đông khô.[11]

Một dạng sản phẩm khác từ protein đậu nành là các sản phẩm thủy phân (SPH) Hiện nay có thể thủy phân protein bằng enzyme từ nhiều nguồn như động vật, thực vật, vi sinh vật Các enzyme rất đa dạng như: Trypsin, chymotrypsin, substilisin, pepsin, thermolysin, papain, bromelain, ficin, và alcalase Protein ban đầu được thủy phân để tăng khả năng tiêu hóa protein cho những người bị rối loạn tiêu hóa Protein sau thủy phân sẽ dễ dàng được hấp thụ ở ruột non do chuỗi a xít amin đã được rút ngắn Do khả năng tiêu hóa được cải thiện, SPH phù hợp để kết hợp sản xuất sữa bột trẻ em cũng như

sử dụng cho những người bị dị ứng với các sản phẩm từ sữa Cũng như các dạng protein đậu tương khác, SPH được sử dụng trong các sản phẩm thực phẩm khác nhau như thanh dinh dưỡng và đồ uống.[11]

Protein đậu tương chiếm 40 đến 45% toàn bộ đậu tương.Hai loại protein lưu trữ chính là glycinin và-conglycinin, đóng góp khoảng 65 đến

7

80% tổng lượng protein trong một hạt đậu tương điển hình Protein đậu tương cũng cấu thành nhiều loại enzyme khác nhau như lipoxygenase, chalconesynthase, catalase và urease, tuy nhiên, chúng chiếm ít hơn 1% tổng

số protein Dựa trên hệ số lắng của chúng, glycinin và-conglycinin được phân loại lần lượt là 11S và 7S.[16,17] Glycinin và-conglycinin có các tính chất

hóa lý khác nhau đáng kể, bao gồm thành phần hóa học và cấu hình phân tử

Glycinin là một hexamer bao gồm sáu monome có trọng lượng phân tử trung bình từ 320 đến 375 kDa Ba monome được liên kết với nhau để tạo thành một trimer thông qua các tương tác kỵ nước và hai trimer được xếp chồng lên nhau để tạo thành hexamer bằng các tương tác tĩnh điện và liên kết hydro Năm loại tiểu đơn vị chính có thể tồn tại trong glycinin, G1, G2, G3, G4 và G5 Ba tiểu đơn vị G1, G2 và G3 sở hữu khoảng 90% tương đồng trình

tự với hàm lượng phân tử và axit amin lưu huỳnh cao hơn so với G4 và G5,

cũng có khoảng 90% tương đồng trình tự.[21]

β-conglycinin là một tông đơn vị có trọng lượng phân tử khoảng 180 kDa, bao gồm ba tiểu đơn vị được tổ chức bởi các tương tác kỵ nước Bốn loại tiểu đơn vị đã được tìm thấy trong β-conglycinin, bao gồm ba tiểu đơn vị

chính là α, α, và và một tiểu đơn vị nhỏ

Protein bao gồm:

Protein dự trữ (Globulin) có thể bị thủy phân trong thời gian hạt nảy

mầm để làm chất dinh dưỡng cho phôi sinh trưởng

Protein cấu trúc (protein chức năng) như enzyme và chất kìm hãm

enzyme thì được định vị trong phầ còn lại của tế bào

Trong hạt còn có một lượng nhỏ các hợp chất như oestrogen, goitrogen,

saponin,… Các hợp chất này và một số oligosaccharide không có lợi

8

Bằng phương pháp ly tâm, người ta đã tách được bốn đoạn 2,7,11,15 Các globulin 7S và 11S chiếm trên 70% tổng lượng protein của hạt Phương

pháp này được phát triển những năm 1970

Globulin 2S (gồm chất kìm hãm trypsin và cytochrome) chiếm 35%

trọng lượng protein của hạt

Globulin 11S (Glycinin) được cấu tạo từ 12 tiểu phần tương đối ưa béo:

6 tiểu phần có tính axit và 6 tiểu phần có tính kiềm Trong phân tử có từ 42 –

46 nguyên tử lưu huỳnh dưới dạng các cầu disulfua nối các đơn vị hay trong

nội bộ một tiểu phần

Globulin 7S là β- conglycinin thường chiếm 35% trọng lượng protein của hạt, là một glucoprotein Phân tử cấu tạo nên từ 3 tiểu phần có tính chất acid: α, α’ và β Các tiểu phần α, α’ có thành phần acid amin rất giống nhau, thiếu cysteine và cystine Dưới đon vị β không chưa cysteine và methionine Trong đoạn 7S còn có các hemaglutine (lectin) mà phân tử của chúng có thể tạo thành phức bền với các hợp chất glucid.[7]

Globulin chiếm 85 – 95% hàm lượng protein, khả năng tan của protein đậu tương phụ thuộc chủ yếu vào khả năng tan của globulin

Protein đậu tương chủ yếu thuộc loại tan trong nước Nếu không bị biến tính trong quá trình chế biến, 85% protein đậu tương sẽ tan trong nước ở pH =

7 và pH = 2, 95% tan ở pH = 11.[7]

2.3.Thủy phân protein bằng enzyme

Protein phân hủy và giải phóng các peptide nhỏ hơn ở điều kiện thủy phân tối ưu Đặc tính của các peptide được giải phóng phụ thuộc vào loại enzyme và điều kiện thủy phân Đặc tính của các peptide được thoát ra có thể

bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, chẳng hạn như nguồn gốc của enzyme, hoạt tính enzyme và khả năng chọn lọc, mức độ enzyme trên cơ chất, và điều kiện

9

thủy phân bao gồm pH, nhiệt độ và thời gian Các peptide được giải phóng dẫn đến các tính chất chức năng nâng cao tùy thuộc vào tính chất hóa lý của chúng Ngoài ra, thủy phân có thể tạo ra những thay đổi trong sự cân bằng của các phần tích điện (chuỗi bên axit amin) dẫn đến tăng độ hòa tan của phân tử Tuy nhiên, những nghiên cứu này được thực hiện ở nồng độ protein tương đối thấp 0,2 - 1% mà không cần xử lí nhiệt Độ hòa tan protein bị ảnh hưởng bởi nhiệt và nồng độ, vì vậy tạo ra một loại protein có hàm lượng cao là một trong những thách thức lớn nhất trong ngành thực phẩm Do đó, cần nhiều nghiên cứu hơn nữa để làm rõ các vấn đề ảnh hưởng của nhiệt độ cũng như nồng độ cao tới tính ổn định của các protein bị thủy phân và hàm lượng protein

Ngoài các hoạt tính chức năng, các peptide hoạt tính sinh học có thể được giải phóng từ thực phẩm có nguồn gốc protein trong quá trình thủy phân enzyme bị hạn chế Các peptide hoạt tính sinh học có đặc tính là các chuỗi axit amin có nguồn gốc từ protein có thể có tác dụng điều hòa sinh lý đối với

cơ thể con người

Các a xít amin có thể lien quan tới vị đắng khi sử dụng enzyme để thủy phân Đây cũng là nguyên nhân có thể làm hạn chế việc sử dụng enzyme thủy phân làm nguyên liệu thực phẩm Thủy phân protein đậu tương một phần có

vị đắng do sự hình thành các peptide trọng lượng phân tử thấp bao gồm các a xít amin kỵ nước Độ kỵ nước của một peptide và vị trí của các a xít amin kỵ nước nói chung có thể lieen quan nhiều đến vị đắng của sản phẩm Để giảm những bất lợi đến chất lượng cảm quan trong khi vẫn giữ được chức năng và hoạt tính sinh học mong muốn, mức độ thủy phân có kiểm soát và hạn chế ở mức 2 - 8% Nghiên cứu về whey protein đã chỉ ra rằng hàm lượng mức độ thủy phân thấp (2 - 8%) là đủ để đạt được các đặc tính chức năng cao và tối

đa giải phóng các peptide hoạt tính sinh học với các peptide trọng lượng phân

10

tử thấp Do đó, điều quan trọng là duy trì lượng mức độ thủy phân để đạt được các đặc tính chức năng và hoạt động sinh học mong muốn với việc giảm tác dụng phụ đối với chất lượng cảm quan

Thông thường, nhiều peptide hoạt tính sinh học là chuỗi dài tương đối ngắn, bao gồm từ 2 đến 9 axit amin Tuy nhiên, một số peptide chứa hơn 20 a xít amin vẫn có thể có hoạt tính sinh học Các peptide hoạt tính sinh học không hoạt động một cách tự nhiên trong một chuỗi protein lớn và có thể được giải phóng thông qua quá trình phân giải enzyme, cả trong đường tiêu hóa của con người và trong quá trình chế biến thực phẩm Trong khi phân giải enzyme in vivo là ngẫu nhiên và do đó có thể hoặc không dẫn đến việc giải phóng các peptide hoạt tính sinh học, thủy phân enzyme in vitro có thể được kiểm soát để giải phóng các peptide với hoạt tính sinh học quan tâm Sau khi được giải phóng, các peptide này có đặc tính sinh học tùy thuộc vào trình tự a xít amin được giải phóng, bao gồm cả hạ huyết áp, chống ung thư, chống oxi hóa, kháng khuẩn, điều hòa miễn dịch và khả năng lien kết khoáng chất.[11]

2.4 Các phương pháp định lượng protein

2.4.1 Định lượng protein bằng phương pháp Kjendahl

Phương pháp này được thực hiện dựa trên nguyên tắc: Hàm lượng nitơ trong protein chiếm tỉ lệ 15-18% khối lượng phân tử, do đó vô cơ hóa mẫu bằng H2SO4 đậm đặc và chất xúc tác, sau đó dùng kiềm mạnh (NaOH hay KOH) để đẩy NH3 từ muối (NH4)2SO4 hình thành ra thể tự do Định lượng

NH3 bằng H2SO4 0,1N.[5]

11

2.4.2 Định lượng protein hòa tan bằng phương pháp Lowry

Phương pháp này dựa trên cơ sở phức chất đồng protein khử hỗn hợp photphomolipden – photphovonphramat (thuốc thử Folin – ciocalteu) tạo phức chất mầu xanh da trời có độ hấp thụ cực đại ở bước sóng 660nm Cường

độ mầu của hỗn hợp phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ protein trong một phạm

vi nhất định Dựa vào mức độ hấp thụ quang học của protein chuẩn, ta có thể xác định được hàm lượng protein trong mẫu nghiên cứu.[5]

2.4.3 Phương pháp điện di protein bằng gel acrylamide

a) Nguyên lí hoạt động của SDS- PAGE:

SDS-PAGE (điện di gel natri dodecyl sulphate-polyacrylamide) thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm để tách protein dựa trên trọng lượng phân tử của chúng Tốc độ di chuyển chênh lệch của protein qua gel dưới tác động của điện trường

SDS được dùng để phá vỡ cấu trúc bậc 3 của protein SDS được thêm vào đệm điện di cùng với những chất khử như DDT (dithiotheitol) hoặc B-

ME (beta-mercaptoethanol) để phá vỡ liên kết disulfide trong protein, biến protein từ dạng không gian (cấu trúc bậc 3) về dạng thẳng (cấu trúc bậc 1) Đồng thời SDS tích điện âm cho protein, làm cho điện tích của phân tử protein lớn hơn hẳn điện tích có sẵn của nó (tồn tại ở gốc R trong amino acid) SDS bám lên protein theo một tỷ lệ ổn định (xấp xỉ 1.4g SDS/ 1g protein), và điều này làm cho điện tích mới của phân tử protein tỷ lệ với khối lượng phân

tử của nó.[4]

SDS được thêm vào trong thành phần gel để duy trì trạng thái biến tính của protein (duỗi thẳng, tích điện âm) trong suốt quá trình điện di

12

Hình 2.1 Quá trình biến tính protein của SDS

Yếu tố duy nhất ảnh hưởng tới sự di chuyển của các phân tử protein được biến tính bởi SDS chính là kích thước phân tử của chúng Phân tử protein được biến tính và tích điện âm sẽ tồn tại ở dạng thẳng, có chiều rộng khoảng 18 Å, chiều dài tỷ lệ với khối lượng phân tử (do tồn tại ở dạng thẳng) Kích thước phân tử protein (cùng với đó là tốc độ di chuyển trong gel) được quyết định bởi khối lượng phân tử của protein Điện tích của protein không ảnh hưởng tới quá trình điện di, do các phân tử protein đã được tích điện âm bởi SDS, và điện tích của mỗi protein lại tỷ lệ với khối lượng phân tử của

ở điều kiện bình thường ẩm trong thực phẩm ở dạng lỏng, nên để thăng hoa chúng cần chuyển qua thể rắn bằng phương pháp lạnh đông, chính vì vậy còn

gọi là phương pháp sấy lạnh (Freeze Drying hay Liophillisation)

13

Phương pháp sấy thăng hoa do kĩ sư G.I.Lappa Stajenhexki phát minh

năm 1921, được ứng dụng lần đầu tiên ở Nga [1]

2.5.2 Nguyên lí hoạt động của hệ thống sấy thăng hoa

Quá trình sấy được tiến hành ở áp suất khí quyển, tác nhân sấy là không khí được đưa vào thiết bị bay hơi của một hệ thống lạnh (bơm nhiệt) để hạ thấp nhiệt độ của chúng xuống dưới điểm động sương, hơi nước trong không khí bị ngưng tụ tách ra làm cho không khí có độ chứa hơi giảm về không, áp suất riêng phần hơi nước trong không khí giảm về không (nhưng không thể bằng không), không khí này được dẫn qua thiết bị ngưng tụ của hệ thống lạnh (bơm nhiệt) để đốt nóng, nhiệt độ không khí tăng lên và lớn nhất bằng nhiệt

độ ngưng tụ môi chất lạnh ở thiết bị ngưng tụ Sau đó, chúng được dẫn vào buồng sấy chứa sản phẩm, dưới sự chênh lệch áp suất riêng của hơi nước trên

bề mặt sản phẩm với áp suất riêng của hơi nước trong không khí (tác nhân sấy), hơi nước ở sản phẩm tự bay bốc hơi và làm khô [1]

Nguyên lý hoạt động của phương pháp sấy thăng hoa:

Giai đoạn 1 – Giai đoạn tiền đông (prefreezing): Trong giai đoạn

này,vật liệu sấy được chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí, vật liệu đông khô trước tiên phải được làm lạnh đến nhiệt độ thích hợp nhiệt độ cấp đông trong khoảng từ -50°C đến -80°C (-58°F đến -112°F) Giai đoạn này là quan trọng nhất trong toàn bộ quá trình vì sản phẩm có thể hư hỏng nếu không thực hiện đúng cách Phương pháp đông lạnh và nhiệt độ cuối của sản phẩm lạnh đông có thể ảnh hưởng đến khả năng đông khô thành công của vật liệu sấy

Giai đoạn 2 – Giai đoạn sấy chủ yếu (giai đoạn sấy thăng hoa): Một

số yếu tố có thể gây ảnh hưởng tới khả năng đông khô một hỗn hợp huyền phù đóng băng

sự giải hấp đẳng nhiệt vì độ ẩm liên kết sẽ được bay hơi khỏi sản phẩm.[1]

2.5.3 Ưu nhược điểm của phương pháp sấy thăng hoa

Ưu điểm: Sấy thăng hoa có ưu điểm rất lớn đó là sản phẩm có chất lượng rất cao (giữ nguyên hương vị, màu sắc, cấu trúc và tính thủy hóa) giữ được các hoạt tính sinh học không làm mất các vitamin Tiêu hao năng lượng để bay hơi hàm lượng ẩm thấp

Nhược điểm: Giá thành thiết bị cao, vận hành cần có trình độ kỹ thuật cao, tiêu thụ điện năng lớn [1]

2.6 Tổng quan tình hình nghiên cứu sản xuất bột protein đậu tương trong nước và trên thế giới

2.6.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Trên thị trường Việt Nam đã có các sản phẩm làm từ đậu tương như là: Bột đậu nành, bột ngũ cốc, bột mầm đậu nành, đậu phụ, nước tương, bánh đậu lên men…đó là những sản phẩm được người tiêu dùng biết đến nhiều nhất hiện nay trên thị trường Tuy nhiên, protein trong những sản phẩm đó chủ yếu

ở dạng thô, khó có thể phù hợp cho những trường hợp đặc biệt, ví dụ như các bệnh nhân gặp vấn đề về rối loạn tiêu hóa

Sản phẩm dạng cô đặc (concentrate) cũng đã được giới thiệu trên thị trường trong nước ở một số công ty có liên doanh với công ty, tổ chức với

2.6.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Đậu tương là nguồn dinh dưỡng quan trọng ở nước châu Á và ngày càng được ưa chuộng ở châu Mỹ, châu Âu Nhờ việc ứng dụng các công nghệ tiến

bộ, người ta đã trích ly riêng protein vốn rất nhiều trong đậu tương Các chế phẩm protein đậu tương được sử dụng để chế biến các thực phẩm chức năng như thực phẩm cho trẻ sơ sinh, thực phẩm trong điều trị bệnh Nhiều nghiên cứu đã và đang được tiến hành để làm rõ và khai thác các lợi ích thiết thực của nguồn protein từ thực vật này

Năm 2003, Kristen S Montgomery - tại trường đại học USC

(University of South Carolina) đã công bố trên tạp chí TJPE (The Journal of Perinatal Education) về các protein và khẳng định những protein này rất tốt cho sức khỏe của trẻ em và phụ nữ.[12]

Năm 2004, Miroljub B Barać và cộng sự cũng công bố những quan điểm, lập luận đồng tình về những lợi ích của protein từ đậu tương Một số yếu tố làm giảm dinh dưỡng của sản phẩm từ đậu tương như: Hemagglutinins, phytic acid, saponins và isoflavones cũng được đề cập tới Đây là những chất ức chế