Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng thủy phân bột bánh dầu đậu phộng nhằm thu dịch protein thủy phân bằng sự kết hợp giữa nhiệt và xúc tác hcl

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng thủy phân bột bánh dầu đậu phộng nhằm thu dịch protein thủy phân bằng sự kết hợp giữa nhiệt và xúc tác hcl Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng thủy phân bột bánh dầu đậu phộng nhằm thu dịch protein thủy phân bằng sự kết hợp giữa nhiệt và xúc tác hcl luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

Giới thiệu protein đậu phộng

Thành phần

Trong các loại hạt hai lá mầm thì protein chủ yếu nằm trong lá mầm và chiếm phần lớn protein của hạt 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 và protein cấu trúc hoặc protein chức năng như enzyme và chất kìm hãm enzyme thì thường được định vị trong phần còn lại của tế bào [1]

Protein chiếm khoảng 21-36% gồm globulin (Arachin nằm trong lớp aleurone, Conarachin nằm trong tế bào chất) chiếm 87% protein của hạt và 13% albumin [2] Arachin protein được chia thành 2 loại: Monomer (arachin I) và dimer (arachin II) Sự khác nhau về thành phần cấu tạo của Arachin và Conarachin được thể hiện dưới kết quả phân tích sau:

Bảng 1 1 Thành phần cấu tạo của Arachin và Conarachin [3]

Từ đó thấy được sự khác biệt lớn nhất giữa 2 loại globulin là phần trăm của nguyên tố lưu huỳnh, trong conarachin gần gấp 3 lần so với arachin Cả 2 loại arachin đều có khối lượng phần đơn phân tử là 180 kDa và được cấu tạo từ những “subunit” có cấu trúc tương tự nhau Arachin I có 6 “subunit” khác nhau với khối lượng phân tử 19,5 – 40,5 kDa Conarachin cũng được phân làm 2 loại: Conarachin I và conarachin II với các subunit khác nhau Conarachin II có khối lượng phân tử là 180 kDa cấu tạo nên từ 3

“subunit” có khối lượng phân tử là 65 kDa (Yamada et al, 1980) Tỷ trọng khối lượng của protein tổng, arachin, conarachin I và conarachin II lần lượt là 0,253 ; 0,312; 0,080 và 0,084 g/ml

Bảng 1 2 Khối lượng phân tử 5 lớp chính của “subunit” protein đậu phộng, xác định bằng SDS-PAGE

Lớp protein đậu phộng Khối lượng phân tử (kDa)

Protein phân tử lượng thấp 14-17,9

Globulin không tan hoặc tan rất ít trong nước, tan trong dung dịch loãng của muối trung hòa (NaCl, KCl, Na2SO4, K2SO4) Các protein của nhóm này thường bị kết tủa ở nồng độ (NH4)2SO4 bán bão hòa [3] Protein đậu phộng có giá trị dinh dưỡng cao mặc dù các amino acide như lysine, methionine và threonine có hàm lượng thấp (theo mức độ tiêu thụ protein cần thiết hàng ngày)

Acid aspartic, acid glutamic và arginine chiếm 45% tổng lượng amino acide trong đậu phộng Trong khi đó methionine, tryptophan và cystein là những amino acide có hàm lượng thấp trong đậu phộng Tuy nhiên các nhà khoa học đã nghiên cứu và thu được protein giàu methionine với hàm lượng methionine là 2,9% và cystine là 10,8%.

Tính chất ứng dụng của protein đậu phộng

Sự tách protein chỉ là bước đầu tiên nhằm hướng đến việc kết hợp protein đậu phộng ứng dụng vào trong thực phẩm Bên cạnh những ích lợi về giá trị dinh dưỡng, điều quan trọng là protein đậu phộng khi được ứng dụng vào trong thực phẩm thì thực phẩm vẫn giữ được sự hấp dẫn đối với khách hàng Việc hiểu rõ tính chất chức năng của protein sẽ giúp ta áp dụng một cách hiệu quả nhất

Tính chất hóa lý, tính chất lưu biến và tính chất cảm quan của sản phẩm thực phẩm phụ thuộc vào tương tác của protein và các hợp phần khác Tính chất chức năng của protein là tất cả những tính chất hóa lý đã góp phần tạo ra những tính chất đặc trưng và mong muốn của sản phẩm thực phẩm Tính chất chức năng của protein thực phẩm có thể phân thành 3 nhóm chính Nhóm thứ nhất: Các tính chất do tương tác giữa protein và nước bao gồm khả năng hấp thụ và giữ nước, khả năng cố kết, khả năng phân tán, khả năng hòa tan và khả năng tạo nhớt Nhóm thứ hai: Các tính chất do tương tác giữa protein – protein đem lại gồm khả năng kết tủa, khả năng tạo màng, tạo gel, tạo sợi, tạo bột nhào Nhóm thứ ba: Các tính chất bề mặt gồm khả năng nhũ hóa, khả năng tạo bọt Tuy nhiên những tính chất này không hoàn toàn độc lập mà nó có tương tác lẫn nhau, như sự tạo gel không những do tương tác protein – protein mà còn tương tác protein – nước a Khả năng hydrat hóa:

Các giai đoạn của quá trình hydrat hóa của một protein gồm: Protein khô hấp thụ các phân tử nước bởi các phần có cực, hấp thụ nước thành một lớp dày, sau đó ngưng tụ thành nước lỏng và trương nở, hiện tượng tiếp theo sẽ có hai hướng, thứ nhất solvat hóa và phân tán để tạo dung dịch và thứ hai các hạt không tan và bị trương phồng Các nhân tố như nồng độ, pH, nhiệt độ, thời gian, lực ion và sự có mặt các hợp phần khác sẽ ảnh hưởng đến tương tác protein và protein – nước Khả năng hòa tan sẽ tăng khi số gốc kỵ nước giảm và ngược lại Theo nghiên cứu của P.Vincent Monteiro (1994), protein từ đậu phộng, cũng như hầu hết các cây có dầu khác sẽ giảm khả năng hòa tan xung quanh điểm đẳng điện, tuy nhiên nếu NaCl được thêm vào thì khả năng hòa tan của protein sẽ tăng lên do làm tăng độ mạnh của lực ion trong dung dịch, tăng cường khả năng liên kết của protein với nước [5] Ngược lại, tại pH acid hay pH kiềm, sự hiện diện của NaCl sẽ làm giảm khả năng hòa tan của protein, đặc biệt là pH acid, nhóm chức - COOH sẽ không phân ly, làm giảm khả năng hòa tan của protein Ngoài ra NaCl sẽ cạnh tranh nước với protein, tương tác kỵ nước của protein đậu phộng sẽ tăng lên, protein sẽ bị đông tụ và làm giảm khả năng hoàn tan Protein đậu phộng hòa tan từ 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 Protein tổng hòa tan cao nhất (87,5%) trong nước tại pH 3,5, arachin là 91% tại pH 2,5 ; 98% conarachin II và conarachin I tại pH 10 [6] b Khả năng nhũ hóa:

Theo Monteiro, Vincent và Brakash 1994, khả năng nhũ hóa và độ bền của hệ nhũ từ protein đậu phộng thông qua phương pháp đo độ hấp thu tại bước sóng 500nm tại thời điểm ban đầu và tại thời điểm hệ nhũ giảm một nửa độ bền vì thay đổi các yếu tố như: thời gian, nồng độ protein, nồng độ muối và pH Trong cùng một khoảng thời gian như nhau, khả năng nhũ hóa của các protein trong đậu phộng khác nhau: protein tổng < arachin < conarachin II < conarachin I Khả năng nhũ hóa giảm dần và ổn định bắt đầu từ 18 phút Khả năng nhũ hóa tăng theo chiều tăng của nồng độ protein, khi đạt điểm cực đại thì giảm xuống pH từ 4-6 thì khả năng nhũ hóa kém nhất và tăng dần trong khoảng từ 6-10 và giảm dần từ 2-4 Khi nồng độ NaCl tăng thì khả năng nhũ hóa của protein tổng tăng trong khoảng từ 0,1-0,5 M c Khả năng tạo gel, tạo cấu trúc:

Khi các phân tử bị biến tính và tự tập hợp lại để thành một mạng lưới protein có trật tự gọi là sự tạo gel, được ứng dụng vào nhiều sản phẩm để tạo độ cứng, độ đàn hồi cho thực phẩm (thịt cá tôm giả làm từ thực vật, phomat, đậu phụ, bột nhào, kamaboko, một số loại kẹo dẻo…)

Hình 1 1 Biến đổi trạng thái của protein trong quá trình tạo gel

Gel không thể được hình thành tại vùng pH gần với điểm đẳng điện của protein đậu phộng (pH đẳng điện = 4,5) Có thể làm tăng độ cứng của gel khi bổ sung thêm muối nhưng tính đàn hồi của mạng lưới gel vẫn rất kém khi hàm lượng các hợp chất phytate và phenolic cao d Khả năng tạo bọt và ổn định hệ bọt:

Protein có độ hòa tan cao sẽ cho năng suất tạo bọt tốt và độ bền bọt cao, được ứng dụng vào các sản phẩm như bia, kem… e Khả năng tạo nhớt:

Các thực phẩm dạng lỏng có chứa protein hòa tan (bia, một số loại nước ép, nước tương, nước mắm…) cần có một độ nhớt nhất định để tạo giá trị cảm quan và vị đặc trưng cho sản phẩm Độ nhớt của chất lỏng protein đa phần đều tăng cùng với nồng độ protein do tương tác protein – protein Độ nhớt sẽ gia tăng theo hàm mũ khi hàm lượng protein tăng lên Ngoài ra pH kiềm cũng sẽ làm gia tăng độ nhớt Việc biến tính protein một phần cũng sẽ làm gia tăng độ nhớt, khả năng tạo gel vì sẽ làm gia tăng bề mặt của phân tử protein do protein bị duỗi mạch.

Tính phổ biến

Protein đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển của con người và các nguồn thực phẩm giàu protein đang được con người khai thác và sử dụng: thịt, trứng, sữa ;

Tuy nhiên, protein có nguồn gốc động vật sẽ làm tăng lượng cholesterol và chất béo trong máu, một trong những nguyên nhân chính gây ra các bệnh liên quan đến tim mạch

[7] Theo thống kê của WHO, các bệnh liên quan đến tim mạch gây ra cái chết của 17,3 triệu người, chiếm 30% lượng người chết toàn cầu vào năm 2008 [8] và con số tiếp tục dự đoán sẽ tăng đến 23,3 triệu người vào năm 2030 Các nỗ lực toàn cầu đã đang và được tiến hành nhằm ngăn chặn các bệnh liên quan đến tim mạch [9] Bên cạnh đó, một

Protein tự nhiên Protein mở mạch Tập hợp protein Mạng lưới protein

(gel) số các nghiên cứu đã chỉ ra rằng protein động vật có thể làm tăng hàm lượng cholesterol và chất béo trong máu, được xem là một nguy cơ dẫn đến các về bệnh tim mạch [7] Năm 1940, Meeker và Kesten đã chỉ ra rằng protein động vật (casein) gây xơ vỡ động mạch nhiều hơn là protein thực vật (đậu nành) Carroll và các đồng nghiệp của ông đã chỉ ra rằng hầu hết các protein có nguồn gốc động vật đều có nhiều cholesterol hơn là các protein có nguồn gốc thực vật, mặc dù có một số protein trùng lặp [7] Bên cạnh tìm ra các biệt dược điều trị bệnh tim mạch, con người đang có xu hướng chuyển sang khai thác và sử dụng protein có nguồn gốc thực vật Nếu protein động vật được coi là nguồn protein hoàn chỉnh vì nó chứa tất cả các acid amin thiết yếu mà cơ thể con người cần để hoạt động hiệu quả, thì ngược lại, các nguồn protein thực vật như đậu, đậu lăng và các loại hạt được xem là không hoàn chỉnh vì chúng thiếu một hoặc nhiều acid amin thiết yếu mà cơ thể cần Tuy nhiên chúng ta có thể kết hợp các loài đậu với nhau giúp cung cấp đầy đủ acid amin cơ thể cần Đậu phộng là nguồn cung cấp protein quan trọng thứ ba và đáp ứng 11% nhu cầu tiêu thụ protein trên toàn thế giới [10] Protein đậu phộng là một lựa chọn phù hợp, có giá trị dinh dưỡng cao, có tính chất chức năng và chi phí thấp Protein thực vật là cực kỳ cần thiết ở nhiều nước đang phát triển, bởi vì các protein phong phú của đậu phộng là một nguồn protein giá rẻ và có thể đáp ứng các yêu cầu của nhiều người Hơn nữa protein từ đậu phộng có thể được sử dụng để bổ sung sự thiếu hụt nitơ cơ bản trong các loại thực phẩm như lúa mì, yến mạch, ngô [11]

Protein thực vật, đặc biệt là các nguồn protein từ các loại có dầu, đóng vai trò là nguồn dinh dưỡng có giá trị trong việc đáp ứng nhu cầu hiện tại và tương lai của thế giới về protein ăn được, và có chức năng thay thế cho các nguồn protein động vật không tiếp cận được [12] Protein thực vât được xem là một giải pháp thay thế đối với người ăn chay và những người có xu hướng chỉ ăn thực vật Protein hạt có dầu có tiềm năng sử dụng trong công nghiệp sản xuất chế biến thực phẩm, có đầy đủ các tính chất chức năng mong muốn như khả năng tạo bọt, tạo gel, tạo nhũ tương, khả năng giữ nước, độ hòa tan cao, đồng thời cũng cung cấp một thành phần thực phẩm giàu đạm mới cho việc xây dựng sản phẩm và tăng cường protein trong công nghiệp thực phẩm Đậu phộng là nguồn cung cấp protein thực vật quan trọng thứ ba và đáp ứng 11% nhu cầu tiêu thụ trên toàn thế giới [10] Đậu phộng đã thu hút rất nhiều sự quan tâm như một nguồn protein tiềm năng bổ sung cho thức ăn của con người [6] Từ đó, mối quan tâm về tiềm năng của hạt đậu phộng như là nguồn protein thực vật ăn được đã được kích thích bởi sự gia tăng hiểu biết về các đặc tính lý hóa protein, cải thiện chiết xuất protein, phân đoạn và kỹ thuật đặc tính, công nghệ tiên tiến để sản xuất thành phần protein chất lượng cao và sự hiểu biết mối tương quan giữa các đặc điểm lý hóa, chức năng và dinh dưỡng của các sản phẩm protein [13] Do đó, protein đậu phộng có thể được coi là một trong những protein thực vật có tiềm năng phát triển trong tương lai Tuy nhiên, protein này vẫn chưa được thương mại phổ biến trên thị trường Việt Nam vì vấn đề nghiên cứu thu nhận nguồn protein thực vật này chưa được chú trọng và các phương pháp tách chiết đang sử dụng hiện nay chưa cho phép thu được sản phẩm có chất lượng cao với giá thành phù hợp.

Bánh dầu đậu phộng

Nguyên liệu

Lạc (miền Bắc) hay đậu phộng, đậu phụng (miền Nam) (danh pháp khoa học:

Arachis hypogaea), là một loài cây thực phẩm thuộc họ đậu, có nguồn gốc tại Trung và

Nam Mỹ Đậu phộng là cây trồng hằng năm, xếp vị trí thứ năm về diện tích trồng và thứ tư về sản lượng Đậu phộng hiện là cây trồng chính được phân bố rộng rãi khắp vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới và ấm áp.vùng ôn đới ở châu Á, châu Phi, châu Đại Dương, Bắc và Nam Mỹ, châu Âu [14]

Hình 1 2 Cây đậu phộng Hình 1 3 Vỏ và hat đậu phộng

Hầu hết đậu phộng được trồng trên thế giới chủ yếu được sử dụng để sản xuất dầu ăn Bánh dầu đậu phộng được tách riêng từ hạt đậu phộng sau khi chiết xuất dầu Sản lượng đậu phộng trung bình trên toàn thế giới là 5,78 triệu tấn từ năm 2000 đến

2010 (FAS-USDA 2011) Năm 2014, diện tích trồng đậu phộng đạt 25,7 triệu ha trên toàn thế giới, bao gồm 13,1 triệu ha ở châu Phi (chiếm 51%), 11,2 triệu ha ở châu Á (chiếm 44%) và 1,3 triệu ha ở châu Mỹ (chiếm 5%) (FAO, 2016) Khoảng 41% sản lượng đậu phộng thế giới được dùng để sản xuất dầu và dùng trong các sản phẩm thực phẩm trong giai đoạn 2010-2013, nhưng có sự khác nhau giữa các khu vực: chỉ 11% sản lượng được sử dụng ở Bắc Mỹ so với 50% ở Đông Á và 64% ở Tây Nam Á [15] Sản lượng trung bình của đậu phộng nghiền trên toàn thế giới là khoảng 14,09 triệu tấn từ năm 2000 đến 2010 (FAS-USDA, 2011) Diện tích trồng đậu, sản lượng, lượng đậu được sử dụng vào sản xuất thực phẩm, sản lượng dầu và sản lượng protein sản xuất từ đậu phộng trong 6 năm từ tháng 1/2005 đến tháng 12/2010 được thể hiện ở bảng 1.3

Bảng 1 3 Diện tích (triệu ha), sản lượng đậu phộng (triệu tấn), sản lượng đậu được nghiền (triệu tấn), sản xuất dầu (triệu tấn) vàsản xuất protein (triệu tấn) từ đậu phộng trên toàn thế giới từ 1/2005-12/2010 (FAS-USDA 2011) [16]

Diện tích 23,60 22,23 23,10 23,18 20,18 21,11 Sản lượng 33,14 31,03 32,59 34,47 32,98 34,05 Sản lượng nghiền 15,99 14,13 15,10 15,42 14,39 15,11

Nhìn chung từ năm 2005 đến 2010 diện tích trồng đậu giảm nhưng ngược lại sản lượng, số lượng đậu nghiền, sản lượng dầu ăn và lượng protein đều tăng Điều này có thể lý giải rằng giống đậu, chất lượng đậu và nhu cầu các sản phẩm từ đậu phộng trên thế giới ngày càng tăng Điều này được chứng minh rõ hơn qua bảng 1.4

Bảng 1 4 Diện tích, năng suất và sản lượng đậu phộng trên thế giới từ năm 2015–

2018 (USDA Foreign Agricultural Service: Table 13Peanut Area, Yield and

Theo tổng cục thống kê năm 2006, diện tích trồng đậu phộng ở Việt Nam đạt khoảng 246,7 nghìn ha, và sản lượng thu được đạt 462,5 nghìn tấn, ước tính khoảng 50% trong số dùng để sản xuất dầu và hàng trăm nghìn tấn khô dầu phộng Sản lượng và diện tích trồng đậu hằng năm có xu hướng tăng dần, kết quả cụ thể được thể hiện qua bảng 1.5

Bảng 1 5 Diện tích, năng suất và sản lượng đậu phộng ở Việt Nam từ năm 2015–

2018 (USDA Foreign Agricultural Service: Table 13Peanut Area, Yield and

Từ bảng 1.4 và 1.5 có thể thấy được không chỉ ở Việt Nam và trên thế giới đều tập trung chú trọng tăng diện tích trồng và sản lượng đậu phộng để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng ngày cao của con người

Quả đậu phộng có cấu tạo từ vỏ ngoài (21–29%) và hạt (79–71%), bao gồm vỏ mỏng ("da") (2-3%), hạt chính nó (69-73%) và mầm (2,0-3,5%) [18] Cấu tạo và thành phần dinh dưỡng của hạt đậu phộng được thể hiện lần lượt ở hình 1.4 và bảng 1.6

Hình 1 4 Cấu tạo hạt đậu phộng

Bảng 1 6 Các thành phần dinh dưỡng có trong 100 gram hạt đậu phộng chín và khô theo phân tích của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ(USDA) Năng lượng 2385 kJ (570 kcal)

Ghi chú: Tỷ lệ phần trăm đáp ứng nhu cầu hàng ngày cho người lớn theo khuyến cáo của Mỹ

Từ hình 1.3 có thể thấy rằng dinh dưỡng của hạt đậu phộng chủ yếu nằm ở phần lá mầm Trong hạt đậu phộng chứa tới 18/20 loại acid amin, chứa lượng lớn chất béo, ngoài ra còn nhiều loại vitamin và chất khoáng cần thiết, vì vậy đậu phộng là một nguồn phù hợp để đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng cho con người

Bánh dầu đậu phộng là phụ phẩm của công nghiệp khai thác dầu đậu phộng và rất giàu protein [19] Bánh dầu đậu phộng thường ở dạng bánh khô, chứa rất ít chất béo, nó có khả năng hút nước Có 2 loại gồm bánh dầu đậu phộng có vỏ và bánh dầu đậu phộng không vỏ

Hình 1 5 Bánh dầu đậu phộng Hình 1 6 Bột bánh dầu đậu phộng

Bánh dầu đậu phộng là thức ăn giàu protein Hàm lượng protein của nó thường khoảng 50-55% so với khối lượng chất khô và dao động từ 42% đến hơn 60%, tùy thuộc vào lượng dầu, vỏ mỏng và vỏ Bánh đậu phộng được chế biến tại trang trại và bao gồm vỏ và nhiều dầu dư có thể có hàm lượng protein < 40% so với lượng chất khô Bột bánh dầu đậu phộng thiếu lysine, ít methionine và tryptophan Bánh dầu đậu phộng có thể chứa nhiều hơn 5% đến 7% chất béo [20]

Hiện nay, bánh dầu đậu phộng đa phần được dùng để sản xuất thức ăn chăn nuôi và làm phân bón hoặc làm giá thể trồng nấm hoặc trồng cây Một lượng đáng kể các sản phẩm phụ được tạo ra trong quá trình thu hoạch đậu phộng và chiết xuất dầu lạc, là các chất gây ô nhiễm tiềm năng Tuy nhiên, chỉ một số ít trong các sản phẩm phụ này được sử dụng làm thức ăn gia súc, và được coi là phân bón Do đó, nếu thành phần dinh dưỡng của các sản phẩm phụ từ đậu phộng được thu hồi và tái chế, nó có thể mang lại lợi ích kinh tế và xã hội đáng kể Gần đây, việc áp dụng thành phần dinh dưỡng của các sản phẩm phụ từ đậu phộng với nhu cầu thị trường đã được thay đổi Trong 20 năm qua, nghiên cứu khoa học mới tập trung vào ba hướng chính như sau Thứ nhất, giá trị của các sản phẩm phụ từ đậu phộng được tối ưu hóa Thứ hai, các protein đậu phộng, các hợp chất phenolic đậu phộng, chất xơ ăn được đậu phộng và các hiệu ứng tiềm năng của chúng trong chế độ ăn được định tính và định lượng Thứ ba, tác động của thành phần dinh dưỡng từ các sản phẩm phụ từ đậu phộng đến hiệu suất và chất lượng sản phẩm trong chế biến thực phẩm được nghiên cứu [21].

Sản lượng

Theo tổng cục thống kê năm 2006 thì diện tích và sản lượng đậu phộng ở Việt Nam tương ứng khoảng 246,7 nghìn ha và 462,5 nghìn tấn, chỉ cần ước tính 40% trong số đó sau khi ép dầu cũng đã cho hàng trăm nghìn tấn khô dầu phộng Trong khi sản lượng khô dầu hằng năm thu được là rất lớn nhưng đa phần sử dụng cho chăn nuôi và làm phân bón dùng trong nông nghiệp là chính Việc sử dụng chưa phù hợp với giá trị dinh dưỡng của bánh dầu đậu phộng đã gây ra sự lãng phí trong khi nguồn protein ở nước ta cũng đang bị hạn chế.

Phản ứng thủy phân

Định nghĩa

Quá trình thủy phân là quá trình hóa học, phân cắt một hợp chất cao phân tử thành các phân tử có khối lượng phân tử thấp hơn dưới tác dụng của các chất xúc tác và có sự tham gia của nước [22] Một phần của phân tử sau khi cắt sẽ tương tác với cation H + từ phân tử nước, phần khác sẽ liên kết với anion OH - còn lại Phản ứng thủy phân là phản ứng phân hủy các chất có sự tham gia của nước Phản ứng thủy phân là phản ứng quan trọng trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp thực phẩm Người ta ứng dụng phản ứng thủy phân trong công nghiệp thực phẩm để sản xuất ra hàng loạt sản phẩm mới khác xa với tính chất của nguyên liệu ban đầu về tính dinh dưỡng cũng như tính cảm quan của sản phẩm.

Cơ chế

Bản chất của quá trình thủy phân protein: là quá trình phá vỡ các liên kết peptide khi có mặt của nước

Phương trình tổng quát của phản ứng thủy phân:

Các phản ứng thủy phân cần sự có mặt của một lượng lớn nước do đó tốc độ thủy phân phụ thuộc nhiều vào nồng độ cơ chất Do liên kết peptide là liên kết bền, nên quá trình thủy phân cần có mặt chất xúc tác Các tác nhân xúc tác gồm: Tác nhân hóa học acid (HCl) hay base (NaOH) và tác nhân hóa sinh học enzyme thủy phân protein (protease) Trong sản xuất thực phẩm, thường dùng phương pháp thủy phân bằng acid hay enzyme hay kết hợp chứ không dùng kiềm Bởi vì, khi sử dụng dụng kiềm sẽ xảy ra hiện tượng racemic hóa làm giảm giá trị dinh dưỡng của các acid amin Hiện nay, quá trình thủy phân protein được ứng dụng rộng rãi vào các quá trình sản xuất thực phẩm Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp phản ứng thủy phân có hại cho các sản phẩm thực phẩm trong quá trình bảo quản.

Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng thủy phân

a Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng

Nhiệt độ tăng tốc độ chuyển đông của các phân tử tăng giúp tăng tần sô va chạm có hiệu quả, dẫn đến làm cho các liên kết trong nguyên liệu dãn ra, yếu đi, dễ bẻ gãy bởi một tác động nhỏ và các phân tử trong nguyên liệu, dung môi có xu hướng chuyển động hỗn loạn từ đó tốc độ phản ứng cũng tăng Khi thủy phân bằng acid nhiệt độ yêu cầu lớn hơn 100°C Nếu tăng nhiệt độ phản ứng lên t 0 C thì tốc độ phản ứng tăng α t/10 (với α là hệ số nhiệt độ - số lần tăng tốc độ khi nhiệt độ tăng lên 10 0 C) Thông thường khi nhiệt độ tăng lên 10 0 C thì tốc độ phản ứng tăng từ 2 đến 4 lần Khi nhiệt độ tăng lên thì tốc độ phản ứng tăng nhưng sự tăng nhiệt độ chỉ có giới hạn vì nếu tăng quá cao có thể sẽ có các hợp chất hữu cơ khác bị thủy phân gây tổn thất sản phẩm [22]

+ + b Ảnh hưởng của chất xúc tác và nồng độ chất xúc tác

Lượng chất xúc tác và nồng độ chất xúc tác tăng thì tốc độ thủy phân tăng nhưng chỉ tăng có một mức độ đủ để thủy phân tương đối triệt để, sản phẩm ít bị thủy phân Lượng chất xúc tác tăng có nghĩa là tăng diện tích tiếp xúc giữa cơ chất và nguyên liệu làm tăng khả năng thủy phân Khi nồng độ xúc tác tăng thì cường độ phân ly chất xúc tác mạnh giúp tăng cường lực để phân cắt cơ chất Để định lượng chất xúc tác dựa vào cơ chế phản ứng và kiểm tra lượng sản phẩm tạo thành bằng thực nghiệm [22] Nếu chất xúc tác là acid, acid phân ly càng mạnh thì phản ứng thủy phân xảy ra càng mạnh Trong các loại acid làm xúc tác vô cơ thì HCl có hoạt tính lớn nhất nên được sử dụng phổ biến nhất c Ảnh hưởng của cơ chất thủy phân

Tùy theo loại liên kết trong cơ chất mà hiệu suất thủy phân là khác nhau Nếu nồng độ cơ chất của nguyên liệu đưa vào phản ứng thủy phân tăng thì năng suất của quá trình tăng, tuy nhiên ở giới hạn nồng độ cơ chất nồng độ cơ chất của nguyên liệu ở mức độ nhỏ, phản ứng thủy phân sẽ triệt để hơn Do đó tùy thuộc vào yêu cầu chất lượng sản phẩm mà khống chế nồng độ cơ chất d Ảnh hưởng của thời gian phản ứng

Thời gian thủy phân là thời gian để cho các quá trình phân giải, cắt đứt các liên kết của cơ chất dưới tác dụng của xúc tác Thời gian ngắn hay dài tùy thuộc vào cơ chất và xúc tác Thời gian phản ứng càng dài thì thời gian tiếp xúc giữa cơ chất và chất xúc tác càng tăng từ đó tăng hiệu suất thủy phân Tùy thuôc vào loại sản phẩm mong muốn thì thời gian thực hiện phản ứng khác nhau Nếu thời gian quá dài sẽ làm sản phẩm bị biến đổi và tạo ra nhiều sản phẩm phụ, vì vậy, thời gian phản ứng phù hợp có tác dụng thúc đẩy quá trình thủy phân và thu được sản phẩm là cao nhất e Tỷ lệ cơ chất:thể tích chất xúc tác

Tỷ lệ cơ chất và thể tích chất xúc tác ảnh hưởng tới sự chênh lệch nồng độ chất tan và khả năng tiếp xúc giữa nguyên liệu và chất xúc tác [22] Khi tăng tỷ lệ này lên thì tốc độ phản ứng tăng lên do cùng một lượng cơ chất nhưng khi tăng thể tích xúc tác thì diện tích tiếp xúc giữa cơ chất và chất xúc tác, từ đó tăng hiệu suất phản ứng thủy phân.

Các phương pháp đã áp dụng để thủy phân bột bánh dầu đậu phộng

Nguồn nhiệt

Sử dụng nhiệt độ cao để bẽ gãy các liên kết, chuyển đổi hợp chất phức tạp thành đơn giản Thiết bị dùng có cấu tạo đơn giản, dễ vận hành, chi phí sửa chữa thấp, có khoảng nhiệt độ sử dụng phù hợp cho phản ứng thủy phân, từ đó có thể rút ngắn chi phí sản xuất và chi phí năng lượng b Trích ly: Đơn giản về phương thức thực hiện và thiết bị, tuy nhiên hiệu suất thu hồi protein là không cao [23] c Siêu âm:

Quá trình xử lý siêu âm làm cho kết cấu nguyên liệu bị rạn nứt hoặc giảm kích thước nên gia tăng sự tiếp xúc của tế bào thực vật với dung môi, từ đó làm tăng khả năng khuếch tán của các chất hòa tan, giải phóng protein ra khỏi nguyên liệu dễ dàng hơn, làm tăng động lực của quá trình trích ly protein Tuy nhiên, thiết bị siêu âm có giá thành rất cao dẫn đến giá sản phẩm cao [23].

Xúc tác

Xúc tác là thành phần được thêm vào để đẩy nhanh tốc độ phản ứng, có 2 loại xúc tác thường dùng là xúc tác vô cơ và xúc tác sinh học a Xúc tác vô cơ

Thông thường sử dụng HCl công nghiệp để thủy phân do sản phẩm thu được có màu đẹp và ít tổn thất acid amin nhưng HCl nồng độ cao dễ bị bay hơi nên gây khó khan trong quá trình bảo quản, còn H2SO4 dù giá thành tương đương nhưng sản phẩm tạo thành có màu sẫm và mất đi một số acid amin (tryptophan) Bên cạnh đó, Xúc tác HCl được sử dụng như là một phụ gia thực phẩm [24] Dùng xúc tác NaOH thủy phân thì tốc độ nhanh hơn, tuy nhiên sản phẩm cũng bị mất đi một số acid amin Nếu dùng Na2CO3 thì phản ứng chậm mà tiêu tốn nhiều acid để trung hòa dịch thủy phân Vì vậy, sử dụng HCl mang lại nhiều lợi ích b Xúc tác sinh học [24]

Sử dụng chế phẩm enzyme để thủy phân, enzym có tính đặc hiệu cao, có thể thủy phân một hoặc một vài loại protein nhất định nên việc sử dụng tổ hợp enzyme sẽ mang lại hiệu quả hơn, điều kiện làm việc an toàn và ít tạo sản phẩm phụ nên dễ dàng trong tinh chế protein Tuy nhiên, việc tinh chế để thu được enzyme và kiểm tra hoạt lực enzyme khá phức tạp làm cho chế phẩm enzyme luôn có giá thành cao Hơn nữa, cường lực xúc tác yếu dẫn đến hiệu suất thủy phân và hiệu suất thu hồi protein là không cao bằng việc sử dụng xúc tác vô cơ Vị đắng là nhược điểm chung của các sản phẩm thủy phân với xúc tác enzyme và được cho là có liên quan đến những peptide có trọng lượng phân tử thấp (khoảng 6.000 Dalton) [25]

Sử dụng các loại vi sinh vật có khả năng sử dụng cơ chất để biến đổi thành hợp chất cần hoặc vi sinh vật có khả năng tiết enzyme thủy phân được cơ chất Đối với trường hợp này cũng tương tự như xúc tác enzyme và cường lực xúc tác không ổn định.

Tổng quan về tình hình nghiên cứu

Tại Việt Nam

Các nghiên cứu trong những năm gần đây sử dụng vi sinh vật, enzyme và một số phương thức nhiệt để thủy phân bột bánh dầu đậu phộng nhằm thu acid amin, protein và đã đạt được một số thành tựu sau:

Năm 2017, ThS Nguyễn Thị Hiền, trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, nghiên cứu đề tài “Thu nhận protein isolate, protein concentrate từ đậu phộng” Tác giả thực hiện so sánh hiệu suất thu hồi của việc sử dụng trích ly truyền thống, trích ly kết hợp sóng siêu âm, enzyme và kết hợp sóng siêu âm enyme và hiệu suất thu hồi lần lượt là 68,7%; 87,7%; 87,9% và 94,7% Tác giả đã tiến hành thu chế phẩm protein bằng siêu lọc và xác định được các tính chất chức năng của protein đậu phộng trong các quy trình chế biến thực phẩm [23]

Năm 2009, TS Nguyễn Thuần Anh, trường Đại học Nha Trang nghiên cứu đề tài

“Công nghệ sản xuất nước chấm lên men phối hợp giữa phương pháp lên men bánh dầu đậu phộng bằng nấm mốc Aspergillus oryzae và phương pháp hóa học” Tác giả đã sử dụng nấm mốc A.oryzae kết hợp với tác nhân HCl 15% để thủy phân bánh dầu đậu phộng Kết quả đã rút ngắn thời gian thủy phân còn 3 ngày nhưng vẫn chưa kiểm soát được lượng 3-MCPD [26]

Năm 2009, Ths Bùi Đức Chí Thiện, trường Đại học Kỹ thuật và Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh đã nghiên cứu “Sản xuất nước tương từ bã malt bia và bánh dầu đậu phộng” với tỷ lệ 30%:70% và thủy phân bằng nấm mốc Aspergillus oryzae, lượng nấm mốc bổ sung là 3% Sản phẩm tạo ra có hàm lượng đạm tổng số 13,48 g/l và đạm formol là 11,20 g/l [27]

Năm 2008, PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn, trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh với đề tài “Bước đầu nghiên cứu sản xuất nước tương lên men từ bánh dầu đậu phộng bằng phương pháp lên men” Nấm mốc Aspergillus oryzae là tác nhân được sử dụng, nguyên liệu gồm 90% bánh dầu đậu phộng và 10% bột mỳ, thủy phân ở điều kiện pH = 6,5; thời gian thủy phân 60 giờ; ủ trong 75 ngày Sản phẩm nước tương tạo ra với hàm lượng nito tổng 10,34 g/l, hàm lượng acid amin 8,67 g/l [28]

Từ đó cho thấy, nghiên cứu sản xuất và thu hồi protein thực vật từ bánh dầu đậu phộng ở Việt Nam còn rất hạn chế Đa phần là nghiên cứu để thu hồi acid amin, tuy nhiên từ acid amin để tổng hợp thành protein thì rất khó còn phản ứng theo chiều ngược lại thủy phân protein thu acid amin thì rất dễ thực hiên Bên cạnh đó, nguồn protein sử dụng cho nghiệp thực phẩm hiện nay đa số được nhập khẩu từ nước ngoài do Việt Nam chưa có hệ thống xử lý và thu hồi chế phẩm protein hiệu quả Vì vậy, nghiên cứu thủy phân bánh dầu đậu phộng nhằm thu dịch protein thủy phân bằng sự kết hợp giữa nhiệt và xúc tác HCl là cần thiết với thực trạng của ngành công nghiệp thực phẩm Viêt Nam hiện nay.

Trên thế giới

Nhận thức của con người ngày càng tiến bộ, do đó nhu cầu về thực phẩm dinh dưỡng cũng ngày càng cao, trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu về protein đậu phộng và đã ứng dụng các công nghệ vào thực tiễn sản xuất để thu dịch protein thủy phân từ bánh dầu đậu phộng để tạo ra nhiều sản phẩm đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của con người

Năm 2009, Regena Juliana Kian, Zhengxing Chenc, Tamba Steven Sonda vaf John Christian Abu-Kpawoh đã thực hiện “Nghiên cứu ảnh hưởng của thủy phân enzyme lên tính chất vật lý, chức năng và hóa học của protein đậu phộng cô lập được chiết xuất từ bột đậu phộng ép nhiệt đã khử mỡ (Arachis hypogaea L.)” [12]

Năm 2013, Gayol, Pramparo, Nepote, Fernandez và Grosso (Argentina) với đề tài “Tối ưu hóa quá trình thu protein từ bánh dầu đậu phộng”, điều kiện khảo sát thực hiện tại tỷ lệ bột: nước là 1:10 (g:mL), chiết 2 giai đoạn, lắc trong 30 phút ở 40°C, pH

9, không có NaCl và tiến hành thu protein ở pH 4,5 thì hiệu suất thu hồi là cao nhất 86,22% [29]

Protein đậu phộng là nguồn protein thực vật với sản lượng lớn, giá thành thấp và chất lượng cao Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu về thành phần, cấu tạo, tính chất chức năng, khả năng ứng dụng, cách thức thu hồi protein và cải thiện tính chất của protein thủy phân từ bột đậu phộng đã tách béo Protein đậu phộng được dự kiến là nguồn dinh dưỡng vô giá đáp ứng nhu cầu hiện tại và tương lai của thế giới, có khả năng thay thế một số nguồn protein đắt tiền.

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nguyên liệu và hóa chất

Hình 2 1 Bột đậu phộng thô Hình 2 2 Bột đậu phộng mịn sau khi sử lý

Bánh dầu đậu phộng được thu mua trên địa bàn thành phố Đà Nẵng và được nghiền nhỏ bằng máy nghiền gia dụng (National Mixer Grinder, MX-119N, Nhật Bản) Sàng phân loại với đường kính lỗ sàng 0,25 mm được sử dụng để phân loại bột bánh dầu đậu phộng Bột bánh dầu đậu phộng có kích thước 0,25 mm được bảo quản trong lọ kín quá trình nghiên cứu

Hóa chất được sử dụng gồm: dung dịch acid clohydride 36%-38% (Trung Quốc), albumin, Acid phosphoric 85% (Trung Quốc), Coomassie Brilliant Blue (G250), cồn thực phẩm 96 o (Việt Nam), ống chuẩn Natrithiosulfat, đồng clorua 99% (Trung Quốc), dung dịch Natriphosphat 99% (Na3PO4.12H2O) (Trung Quốc), Natri tetraborat 99,5% (Na2B4O7.10H2O) (Trung Quốc), Acid acetic đậm đặc 99,5% (Trung Quốc), Kali iodid tinh thể 99% (Trung Quốc), Tinh bột (Trung Quốc), Themolphtalein (Trung Quốc).

Phản ứng thủy phân bột bánh dầu đậu phộng

Phản ứng thủy phân bột bánh dầu đậu phộng được thực hiện trong bình phản ứng kín bằng sứ chịu nhiệt và chịu áp suất (50 mL) Bột bánh dầu đậu phộng (1 g) được hòa trộn đều với dung dịch xúc tác HCl ở nồng độ và thể tích xác định theo từng phản ứng Phản ứng thủy phân được thực hiện với lò sấy (101-2, Ketong, Trung Quốc) Sản phẩm thu được sau phản ứng thủy phân được làm nguội đến nhiệt độ phòng và lọc qua giấy lọc (Whatman No.1) Dịch lọc được bảo quản ở 4°C cho các phân tích tiếp theo Chất rắn còn sót lại trên giấy lọc được sấy đến khối lượng không đổi ở nhiệt độ 100°C để xác định hiệu suất thủy phân.

Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến phản ứng thủy phân bột bánh dầu đậu phộng

2.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng

Phản ứng thủy phân bột bánh dầu đậu phộng được thực hiện ở tỉ lệ cơ chất:thể tích xúc tác HCl 1:20 (w:v); nồng độ xúc tác HCl 0,1 M; thời gian phản ứng 20 phút và nhiệt độ phản ứng trong khoảng 40 - 200°C (khoảng cách giữa 2 lần khảo sát là 20°C)

2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ cơ chất:thể tích xúc tác HCl

Nhiệt độ phản ứng tối ưu; nồng độ xúc tác HCl 0,1 M; thời gian phản ứng 20 phút được sử dụng để thủy phân bột bánh dầu đậu phộng với tỉ lệ cơ chất:thể tích xúc tác HCl từ 1:20 đến 1:50 (w:v), chênh lệch thể tích xúc tác HCl giữa hai điểm khảo sát

2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ xúc tác HCl

Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ xúc tác HCl đối với phản ứng thủy phân bột bánh dầu đậu phộng được thực hiện ở nhiệt độ phản ứng và tỉ lệ cơ chất:thể tích xúc tác NaOH tối ưu, thời gian phản ứng 30°C và nồng độ xúc tác HCl trong khoảng 0,05 M đến 0,35 M (khoảng cách giữa hai điểm khảo sát 0,05 M)

2.3.4 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng Điều kiện tối ưu của các yếu tố ảnh hưởng (nhiệt độ phản ứng, tỉ lệ cơ chất:thể tích xúc tác HCl, nồng độ xúc tác HCl) cùng với thời gian phản ứng trong khoảng 10 đến 60 phút (chênh lệch thời gian phản ứng giữa hai điểm khảo sát 10 phút) được sử dụng để khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến phản ứng thủy phân bột bánh dầu đậu phộng nhằm thu dịch protein thủy phân bằng sự kết hợp giữa nhiệt và xúc tác HCl.

Phương pháp phân tích

2.4.1 Xác định thành phần hóa học tương đối của bột bánh dầu đậu phộng

Thành phần hóa học tương đối của bột bánh dầu đậu phộng (protein, carbohydrat, lipid, tro tổng và ẩm) được xác định theo phương pháp chuẩn của Cộng đồng phân tích (AOAC) [30]

2.4.2 Xác định hiệu suất thủy phân

Hiệu suất thủy phân được xác định theo công thức:

M i là lượng chất khô có trong bột bánh dầu đậu phộng (g),

M r là lượng chất rắn còn lại sau phản ứng thủy phân (g),

H h là hiệu suất thủy phân (%)

2.4.3 Xác đinh hàm lượng protein của mẫu khảo sát

Hàm lượng protein được xác đinh bằng phương pháp Bradford [32, 33] Cách chuẩn bị dung dịch thuốc nhuộm Coomassie Brilliant Blue (G-250): cân 0,2 g G-250 và hòa tan trong 100 mL dung dịch ethanol (95%), sau đó thêm vào thuốc thử Bradford

200 mL acid phosphoric 85% Hỗn hợp được trộn đều và pha loãng đến 2L trong bình định mức Trước khi sử dụng, thuốc thử Bradford được lọc qua giấy lọc Whatman No.1 Trong phương pháp này, các protein có thể được phát hiện phải có trọng lượng phân tử lơn hơn 3000 Dalton, các protein nhỏ hơn, peptide và amino acid không thể phát hiện được

Sản phẩm thô thu được sau phản ứng (0,1 mL) được pha loãng và định mức 10mL bằng nước cất Dung dịch sau pha loãng (1 mL) được thêm 5 mL dung dịch thuốc nhuộm Coomassie Brilliant Blue (G-250) trong ống nghiệm và lắc đều, sau đó giữ yên trong 5 phút để ổn định màu Đo độ hấp phụ của hỗn hợp tại bước song 595 nm bằng quán phổ UV-VIS (Jenway spectrophotometer 6305, Vương quốc Anh) Hỗn hợp gồm nước cất và thuốc nhuộm G-250 theo tỉ lệ (1:5, v/v) được dùng làm mẫu trắng Từ phương trình đường chuẩn và mật độ quang của dịch mẫu khảo sát suy ra hàm lượng protein Mpc

(àg/mL) cú trong Mpm (g) nguyờn liệu

Hình 2 3 Phản ứng tạo phức màu giữa protein và Coomasie Brilliant Blue G-250 [31] Hiệu suất thu hồi protein được tính theo công thức:

M pm là lượng protein có trong bột bánh dầu đậu phộng (g),

M pc là lượng protein có trong dịch sản phẩm thô thu được sau phản ứng thủy phân (g),

H p là hiệu suất thu hồi protein (%)

2.4.4 Xác định hàm lượng acid amin của mẫu khảo sát

Acid amin của sản phẩm thô được xác định bằng phương pháp đồng được xây dựng bởi C.P Pope và M.F Stevens [34]

Cách chuẩn bị dung dịch đồng phosphate: Dung dịch đồng cloric (A) cân 27,3 g CuCl2 (hoặc 35,4 g CuCl2.2H2O) hòa tan tròn 1 L nước; Dung dịch natri phosphate (B): 68,5 g Na3PO4.12H2O hòa tan trong 1 L dung dịch (hoặc 64,5 g Na2HPO4 hòa tan trong

500 ml nước cất đun sôi để nguội, thêm 7,2 g NaOH và định mức đến 1 L bằng nước cất đun sôi để nguội); Dung dịch đệm borat pH 8,8 (C): 28 g natri tetraborat

(Na2B4O7.10H2O) hòa tan trong 750 mL nước cất Thêm 50 mL dung dịch HCl 0,1 N và thêm nước cất đến 1 L Trộn lẫn các dung dịch trên theo tỉ lệ A:B:C = 1:2:2, thu được hỗn hợp đồng phosphate Cho dung dịch A trộn với dung dịch B, lắc đều rồi cho thêm dung dịch C

Sản phẩm thô thu được sau phản ứng (1 mL) được pha loãng định mức 10 mL bằng nước cất Dung dịch sau pha loãng (5 mL) cho vào bình định mức (25 mL) rồi thêm 2 giọt themolphtalein (0,25%) và thêm từng giọt natri hydroxit (0,1 N) vào cho đến khi dung dịch có màu xanh da trời nhạt Sau đó thêm 10 – 15 mL hỗn hợp đồng phosphate, rồi thêm nước cất đến vạch Lắc đều, lọc qua giấy lọc để thu dịch trong Dịch lọc (10 mL) cho vào bình tam giác, thêm 5 giọt acid acetic đậm đặt và 0,2 – 0,5 g kali iodid tinh thể rồi lắc đều, dung dịch có màu vàng Chuẩn độ bằng dung dịch natri thiosulfate (0,01 M) đến khi dung dịch có màu vàng nhạt Thêm 2 – 4 giọt dung dịch tinh bột 1%, dung dịch có màu xanh tím Chuẩn độ tiếp đến khi dung dịch mất màu Ghi thể tích dung dịch natri thiosulfate 0,01 M đã dùng để chuẩn độ Lấy 5 mL nước cất thay cho 5 mL dung dịch mẫu pha loãng và tiến hành như trên làm mẫu trắng Từ thể tích

Na2S2O3 0,01 M đã chuẩn độ suy ra hàm lượng acid amin

Hiệu suất thu hồi acid amin được tính theo công thức:

M aa là lượng acid amin có trong sản phẩm thô thu được sau phản ứng thủy phân (g),

M pm là lượng protein có trong bột bánh dầu đậu phộng (g),

H aa là hiệu suất thu hồi protein (%)

2.4.5 Độ hấp thụ của sản phẩm thô sau phản ứng Độ hấp thụ của sản phẩm thô được xác định ở bước sóng 284 nm phản ánh cường độ của phản ứng caramel, Maillard và các sản phẩm trung gian của phản ứng Maillard

[33] Sản phẩm thô thu được sau phản ứng (pha loãng 200 lần) được xác định bằng cách đo độ hấp phụ quang tại bước sống 284 nm bằng máy quang phổ UV-VIS (Jenway spectrophotometer 6305, Vương quốc Anh) [32, 35] Nước cất được sử dụng làm mẫu trắng

2.4.6 Phương pháp tính toán và phân tích số liệu

Sự khác biệt có ý nghĩa của hiệu suất thu hồi protein thủy phân từ bột bánh dầu đậu phộng được xác định bằng phân tích phương sai ANOVA - One way [36] với phần mềm Minitab 16.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

Kết quả xác định thành phần hóa học tương đối của bột bánh dầu đậu phộng

Chất khô chiếm phần trăm rất cao trong thành phần hóa học tương đối của bột bánh dầu đậu phộng (97,93 ± 0,07%) và ẩm (2,07 ± 0,07%) có phần trăm rất nhỏ so với chất khô Thành phần hóa học tương đối của bột bánh dầu đậu phộng được thể hiện ở bảng 3.1

Bảng 3 1 Thành phần hóa học tương đối của bột bánh dầu đậu phộng

Kết quả xác định các thông số tối ưu cho quá trình thủy phân bột bánh dầu đậu phộng

3.2 Kết quả xác định các thông số tối ưu cho quá trình thủy phân bột bánh dầu đậu phộng

3.2.1 Kết quả xác định ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến quá trình thủy phân bột bánh dầu đậu phộng

Nhìn chung, nhiệt độ ảnh hưởng đến khả năng bẻ gãy các liên kết hóa học để lộ ra các gốc protein tự do, vì vậy xác định nhiệt độ phản ứng nhằm tìm ra điều kiện tối ưu cho phản ứng thủy phân Quá trình thủy phân bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường

[22] Khi nhiệt độ phản ứng tăng thì hiệu suất thủy phân và hiệu suất thu hồi protein tăng Đồng thời độ hấp thụ và hiệu suất thu hồi acid amin cũng tăng Kết quả hiệu suất thủy phân, hiệu suất thu hồi protein, hiệu suất thu hồi acid amin và độ hấp thụ của sản phẩm thô được thể hiện ở hình 3.1 và hình 3.2

Hình 3 1 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất thủy phân và hiệu suất thu hồi protein

Hiệu suất thủy phân tăng đều trong khoảng nhiệt độ từ 40 đến 160°C và đạt giá trị cực đại 66,30 ± 2,70% tại nhiệt độ phản ứng 160°C Tuy nhiên, hiệu suất protein dao động ở mức 24,37 ± 1,71%, khi nhiệt độ phản ứng tăng từ 40 đến 120°C, có thể điều kiện phản ứng không có khả năng cắt đứt liên kết của protein với các thành phần khác của bột bánh dầu đậu phộng để giải phóng protein Khi nhiệt độ phản ứng tăng từ 120°C đến 180°C, hiệu suất thu hồi protein tăng và đạt giá trị cực đại 44,86 ± 1,72% tại nhiệt độ phản ứng 180°C Hiệu suất thủy phân và hiệu suất thu hồi protein giảm sau đó có thể do protein bị biến tính đông tụ hoặc bị thủy phân thành acid amin ở nhiệt độ cao

Hiệu suất thu hồi protein (%) Hiệu suất thủy phân (%)

Hình 3 2 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất thu hồi axit amin và độ hấp thụ của sản phẩm thô

Hiệu suất thu hồi acid amin và độ hấp thụ của sản phẩm thô ở bước sóng 284 nm tăng khi nhiệt độ phản ứng tăng từ 40°C đến 200°C vì phản ứng thủy phân protein thành acid amin, phản ứng caramel và phản ứng Maillard xảy ra mãnh liệt ở nhiệt độ phản ứng cao [37] Hiệu suất thu hồi acid amin và độ hấp thụ bước sóng 284 nm đạt giá trị cực đại với giá trị lần lượt 0,05 ± 0,005% và 0,86 ± 0,02 ABS ở nhiệt độ phản ứng 200°C Để xác định được nhiệt độ phản ứng tối ưu cho các khảo sát tiếp theo, phân tích sự khác biệt có ý nghĩa của hiệu suất thu hồi protein được tiến hành Kết quả phân tích được thể hiện ở bảng 3.2

Hiệu suất thu hồi axit amin (%) Độ hấp thụ (ABS)

Bảng 3 2 Kết quả phân tích sự khác biệt có ý nghĩa của nhiệt độ phản ứng ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi protein

Nhiệt độ phản ứng (°C) Hiệu suất thu hồi protein (%)

Kết quả ở bảng 3.2 cho thấy ở nhiệt độ phản ứng 160°C và 180°C thuộc nhóm a, có hiệu suất thu hồi protein cao nhất và khác biệt hoàn toàn so với các nhiệt độ phản ứng khác Để tiết kiệm được năng lượng cho quá trình sản xuất với qui mô lớn, nhiệt độ phản ứng 160°C được lựa chọn là nhiệt độ tối ưu cho các khảo sát tiếp theo

3.2.2 Kết quả xác định ảnh hưởng của tỷ lệ cơ chất và thể tích chất xúc tác HCl đến quá trình thủy phân bột bánh dầu đậu phộng

Thể tích xúc tác HCl có ảnh hưởng lớn đến nồng độ các sản phẩm thu được sau phản ứng thủy phân và hằng số cân bằng của phản ứng thủy phân Do đó, tỉ lệ cơ chất:thể tích xúc tác HCl được khảo sát trong nghiên cứu này nhằm xác định điều kiện tối ưu cho phản ứng thủy phân bột bánh dầu đậu phộng nhằm thu dịch protein thủy phân Kết quả hiệu suất thủy phân, hiệu suất thu hồi protein, hiệu suất thu hồi acid amin và độ hấp thụ của sản phẩm thô được thể hiện ở hình 3.3 và hình 3.4

Hình 3 3 Ảnh hưởng của tỷ lệ cơ chất:thể tích chất xúc tác HCl (w:v) đến hiệu suất thủy phân và hiệu suất thu hồi protein

Tỉ lệ cơ chất:thể tích xúc tác có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất thủy phân, hiệu suất thu hồi protein Dựa vào đồ thị hình 3.3 nhận thấy, hiệu suất thủy phân tăng đều khi tỉ lệ cơ chất:thể tích xúc tác tăng từ 1:20 đến 1:25 (w:v), sau đó hiệu suất thủy phân tăng nhẹ cùng với tỉ lệ cơ chất:thể tích xúc tác HCl tăng đến giá trị 1:50 (w:v) Hiệu suất thủy phân đạt giá trị lớn nhất 88,77 ± 0,00% tại tỉ lệ cơ chất:thể tích xúc tác HCl 1:50 (w:v)

Tỷ lệ cơ chất và thể tích chất xúc tác thể hiện khả năng phân tán của cơ chất vào môi trường Khi thể tích xúc tác HCl tăng thì khả năng phân tán cơ chất vào môi trường tăng, dẫn đến tăng tiếp xúc giữa cơ chất và chất xúc tác làm cho hiệu suất thủy phân tăng Khi tăng tỉ lệ cơ chất:thể tích xúc tác HCl từ 1:20 đến 1:40 (w:v), hiệu suất thu hồi protein tăng nhẹ đến giá trị cực đại 56,46 ± 4,10% do trong mỗi phản ứng luôn tồn tại một hằng số cân bằng K, với cùng một khối lượng cơ chất, khi tăng thể tích chất xúc tác thì làm cho nồng độ sản phẩm protein thu được giảm làm cho phản ứng chuyển dịch theo hướng tăng nồng độ sản phẩm, sau đó hiệu suất thu hồi protein giảm đều khi tỉ lệ cơ chất:thể tích xúc tác HCl tăng vì protein biến tính đông tụ hoặc bị thủy phân thành acid amin với lượng xúc tác HCl lớn

Tỷ lệ cơ chất:Thể tích xúc tác HCl (w:v)

Hiệu suất thu hồi protein (%) Hiệu suất thủy phân (%)

Hình 3 4 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu: thể tích chất xúc tác HCl (w:v) đến hiệu suất thu hồi axit amin và độ hấp thụ của sản phẩm thô

Hiệu suất thu hồi acid amin và độ hấp thụ ở bước sóng 284 nm của sản phẩm thô chịu ảnh hưởng nghịch của tỉ lệ cơ chất:thể tích xúc tác HCl do acid amin tham gia vào phản ứng Maillard và các sản phẩm trung gian của phản ứng caramel, Maillard bị phân hủy cùng với lượng xúc tác HCl cao [37] Giá trị cực tiểu của hiệu suất thu hồi acid amin và độ hấp thụ của sản phẩm thô lần lượt là 0,023 ± 0,00% và 0,297 ± 0,012 ABS tại tỉ lệ cơ chất:thể tích xúc tác HCl 1:50 (w:v)

Phân tích sự khác biệt có ý nghĩa cho hiệu suất thu hồi protein cần được tiến hành nhằm xác định tỉ lệ cơ chất:thể tích xúc tác HCl tối ưu cho quá trình sản xuất lớn và nghiên cứu tiếp theo Bảng 3.3 thể hiện kết quả phân tích

Tỷ lệ cơ chất:Thể tích xúc tác HCl (w:v)

Hiệu suất thu hồi axit amin (%) Độ hấp thụ (ABS)

Bảng 3 3 Kết quả phân tích sự khác biệt có ý nghĩa của tỷ lệ cơ chất và thể tích xúc tác HCl ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi protein

Tỷ lệ cơ chất:Thể tích xúc tác HCl

(g:mL) Hiệu suất thu hồi protein (%)

Tại tỉ lệ cơ chất:thể tích xúc tác HCl 1:35 và 1:40 (w:v), hiệu suất thu hồi protein đạt giá trị cao nhất và có sự khác biệt hoàn toàn với hiệu suất thu hồi protein ở các tỉ lệ cơ chất:thể tích xúc tác HCl khác Do đó, để tiết kiệm chi phí sản xuất mà vẫn đảm bảo hiệu suất thu hồi protein cao, tỉ lệ cơ chất:thể tích xúc tác HCl 1:35 (w:v) được lựa chọn là tỉ lệ cơ chất:thể tích xúc tác HCl tối ưu cho các khảo sát tiếp theo

3.2.3 Kết quả xác định ảnh hưởng của nộng độ chất xúc tác HCl đến quá trình thủy phân bột bánh dầu đậu phộng

Nồng độ xúc tác biểu thị cường lực xúc tác mạnh hay yếu đến phản ứng thủy phân Nồng độ xúc tác HCl có ảnh hưởng đáng kể đến phản ứng thủy phân bột bánh dầu đậu phộng so với nhiệt độ phản ứng và tỉ lệ cơ chất:thể tích xúc tác HCl Hình 3.5 và 3.6 thể hiện sự biến đổi của hiệu suất thủy phân, hiệu suất thu hồi protein, hiệu suất thu hồi acid amin và độ hấp thụ của sản phẩm thô

Hình 3 5 Ảnh hưởng của nồng độ chất xúc HCl tác đến hiệu suất thủy phân và hiệu suất thu hồi protein

Hiệu suất thủy phân tăng mạnh và đạt giá trị cực đại 70,73 ± 1,18% khi nồng độ xúc tác HCl tăng từ 0,01 M đến 0,1 M và dao động xung quanh giá trị 66,37 ± 2,53% khi nồng độ xúc tác HCl tiếp tục tăng từ 0,1 M đến 0,35 M Sự thay đổi của hiệu suất thủy phân dưới tác động của nồng độ xúc tác HCl có cùng xu hướng với hiệu suất thu hồi protein trong giai đoạn từ 0,01 M đến 0,2 M, tại nồng độ xúc tác HCl 0,15 M hiệu suất thu hồi protein đạt giá trị cực đại 55,92 ± 2,45% Khi tăng nồng độ làm cho khả năng phân ly xúc tác HCl tăng dẫn đến cường lực xúc tác tăng và tăng khả năng bẻ gãy liên kết vì thế hiệu suất thủy phân cũng như hiệu suất thi hồi protein tăng Hiệu suất thu hồi protein bắt đầu giảm ở nồng độ xúc tác HCl lớn hơn 0,2 M do protein bị biến tính đông tụ hoặc bị thủy phân thành acid amin, điều này tương ứng với hiệu suất thu hồi acid amin tăng đều ở các nồng độ xúc tác HCl cao (hình 3.6)

Hiệu suất thu hồi protein (%) Hiệu suất thủy phân (%)

Hình 3 6 Ảnh hưởng của nồng độ chất xúc tác HCl đến hiệu suất thu hồi axit amin và độ hấp thụ màu của sản phẩm thô

Hiệu suất thu hồi acid amin tăng tuyến tính với nồng độ xúc tác HCl và đạt giá trị lớn nhất 0,041 ± 0,004% tại nồng độ xúc tác HCl 0,35 M, cường lực xúc tác càng tăng làm khả năng bẻ gãy mạch liên kết mạnh protein trong bánh dầu đậu phộng từ đó lượng axit amin tự do tăng dần Độ hấp thụ của sản phẩm thô tăng đột biến và đạt giá trị cực đại 0,498 ± 0,053 ABS tại nồng độ xúc tác HCl 0,1 M và sau đó giảm nhẹ bởi vì các sản phẩm trung gian hấp thụ bước sóng 284 nm của phản ứng caramel và Maillard bị phân hủy ở nồng độ xúc tác HCl cao Để xác định được nồng độ xúc tác HCl tối ưu nhằm tiết kiệm dung môi và phù hợp ứng dụng vào sản xuất thực tế, phân tích sự khác biệt có ý nghĩa của hiệu suất thu hồi protein được tiến hành Kết quả phân tích được thể hiện ở bảng 3.4

Hiệu suất thu hồi axit amin (%) Độ hấp thụ (ABS)

Bảng 3 4 Kết quả phân tích sự khác biệt có ý nghĩa của nồng độ xúc tác HCl ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi protein

Nồng độ xúc tác HCl (M) Hiệu suất thu hồi protein (%)

Hiệu suất thu hồi protein không có sự khác biệt khi nồng độ xúc tác HCl dao động trong khoảng 0,1 M - 0,2 M và có sự khác biệt hoàn toàn với hiệu suất thu hồi protein ở các nồng độ xúc tác HCl khác Nồng độ xúc tác HCl 0,1 M được lựa chọn cho khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến phản ứng thủy phân bột bánh dầu đậu phộng

3.2.4 Kết quả xác định ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến quá trình thủy phân bột bánh dầu đậu phộng