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

Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

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 hƣởng đến quá trình trích ly protein bằng sóng siêu âm bao
gồm cƣờng độ siêu âm, tỷ lệ bột/nƣớc, pH, nhiệt độ và thời gian. Các yếu tố này
đƣợc khảo sát trên hai nhóm nguyên liệu là sản phẩm bột đậu phộng tách béo công
nghiệp và sản phẩm bột đậu phộng đƣợc 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 thƣớc mao quản, áp suất dòng nhập liệu và lƣu lƣợng 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 đƣợc.
- Ứng dụng chế phẩm protein thu đƣợc để sản xuất xúc xích tại Công ty TNHH
SX&TM Việt Hƣơng.
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-II-

-
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.

Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-III-


MỤC LỤC
CHƢƠNG 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 dƣỡng 7
1.2. Chế phẩm protein đậu phộng và phƣơng 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 hƣởng 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 tƣợng 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 hƣởng đến quá trình phân riêng bằng membrane 37
1.5.8. Ứng dụng của kỹ thuật phân riêng bằng membrane 40
CHƢƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP 46
2.1. Khảo sát thành phần nguyên liệu 46
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-IV-

2.1.1. Nguyên liệu 46
2.1.2. Phƣơng 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. Phƣơng 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. Phƣơng 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 đƣợc 60
2.5.1. Nguyên liệu 60
2.5.2. Thiết bị 60

2.5.3. Phƣơng pháp 60
2.6. Ứng dụng chế phẩm protein thu đƣợc để sản xuất xúc xích tại công ty TNHH SX & TM
Việt Hƣơng 63
2.6.1. Nguyên liệu 63
2.6.2. Thiết bị 63
2.6.3. Phƣơng pháp 63
2.7. Phƣơng pháp phân tích 65
2.8. Phƣơng pháp tính toán và xử lý số liệu 67
2.8.1. Hiệu suất trích ly protein 67
2.8.2. Lƣu lƣợng 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 nƣớc 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
CHƢƠNG 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
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-V-

3.2.2. Quá trình trích ly protein từ nguyên liệu B 74
3.2.3. Tối ƣu hóa quá trình trích ly protein bằng sóng siêu âm 84
3.3. Quá trình cô đặc protein đậu phộng bằng kỹ thuật membrane 88
3.3.1. Ảnh hƣởng của kích thƣớc mao quản memrbane đến quá trình phân riêng protein đậu
phộng 88

3.3.2. Ảnh hƣởng của áp lực vận hành đến quá trình phân riêng protein đậu phộng 90
3.3.3. Ảnh hƣởng của lƣu lƣợng dòng nhập liệu đến quá trình phân riêng protein đậu phộng
……………………………………………………………………………… 92
3.3.4. Ứng dụng kỹ thuật diafiltration để cô đặc, tinh sạch protein đậu phộng 95
3.4. THIẾT LẬP QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHẾ PHẨM PPI QUI MÔ
PHÒNG THÍ NGHIỆM 96
3.5. XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT CHỨC NĂNG CỦA CHẾ PHẨM PROTEIN THU ĐƢỢC .
99
3.5.1. Thành phần hóa học của sản phẩm chế phẩm protein đậu phộng và đậu nành 99
3.5.2. So sánh tính chất chức năng của chế phẩm protein 100
3.6. ỨNG DỤNG CHẾ PHẨM PROTEIN THU ĐƢỢC ĐỂ SẢN XUẤT XÚC XÍCH TẠI
CÔNG TY TNHH SX & TM VIỆT HƢƠNG 107
CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 115
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-VI-


DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT

Tên viết tắt
Tên đầy đủ
APC
American Peanut Council
Hiệp hội đậu phộng Hoa Kỳ
USDA
United States Department of Agriculture
Bộ Nông Nghiệp Hoa Kỳ
DPF
Defatted Peanut Flour

Bột đậu phộng tách béo
PC
Protein Concentrate
Protein concentrate
PI
Protein Isolate
Protein isolate

Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-VII-


DANH SÁCH HÌNH
Hình 1.1: Cây đậu phộng 2
Hình 1.2: Quy trình công nghệ sản xuất PPI theo phƣơng 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 nƣớc 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 hƣởng của pH lên tính tan của protein đậu phộng(Kain và cộng sự, 2009). 21
Hình 1.6: Ảnh hƣởng của tỷ lệ bột/nƣớc lên hiệu suất trích ly protein đậu phộng (Kain và cộng
sự, 2009). 22
Hình 1.7: Ảnh hƣởng của nhiệt độ dung môi lên hiệu suất trích ly protein 22
Hình 1.8: Ảnh hƣởng của thời gian trích ly lên hiệu suất trích ly protein đậu phộng (Kain và cộng
sự, 2009). 23
Hình 1.9: Ảnh hƣởng 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 hƣởng của biên độ dao động ở 63 ( m) đến tế bào đậu nành ở các thời gian khác

nhau.(a), (b), (c), (d) lần lƣợt 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 trƣớc 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 ngƣợc
(Munir Cheryan, 2011) 32
Hình 1.14: Mô hình của hiện tƣợng 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 1.17: Mô hình thiết bị membrane dạng ống 35
Hình 1.18: Mô hình của thiết bị membrane dạng khung bản 36
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-VIII-

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 hƣởng của cƣờng độ siêu âm đến hiệu suất trích ly protein đậu phộng từ nguyên
liệu DPF thƣơng mại 71
Hình 3.2: Ảnh hƣởng của pH trƣớc siêu âm đến hiệu suất trích ly protein 72
Hình 3.3: Ảnh hƣởng của nhiệt độ siêu âm đến hiệu suất trích ly protein 73
Hình 3.4: Ảnh hƣởng của thời gian siêu âm đến hiệu suất trích ly protein 74
Hình 3.5: Ảnh hƣởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến hiệu suất trích ly protein đậu phộng 75
Hình 3.6: Ảnh hƣởng của cƣờng độ siêu âm đến hiệu suất trích ly protein 77

Hình 3.7: Ảnh hƣởng của pH dịch huyền phù đến hiệu suất trích ly protein 78
Hình 3.8: Ảnh hƣởng của nhiệt độ xử lý siêu âm đến hiệu suất trích ly protein 81
Hình 3.9: Ảnh hƣởng của thời gian xử lý siêu âm đến hiệu suất trích ly protein 82
Hình 3.10: Ảnh hƣởng của nhiệt độ siêu âm (X1,
o
C) và thời gian xử lý siêu âm (X2,
o
C) đến
hiệu suất trích ly protein (Y, %) 87
Hình 3.11: Lƣu lƣợng dòng qua lọc với các loại màng có kích thƣớc mao quản khác nhau 89
Hình 3.12: Độ phân riêng trung bình của protein đậu phộng với các loại màng có kích thƣớc mao
quản khác nhau 89
Hình 3.13: Ảnh hƣởng của áp suất đến lƣu lƣợng dòng qua lọc của protein đậu phộng với loại
màng 25 kDa 91
Hình 3.14: Ảnh hƣởng của áp suất đến độ phân riêng của protein đậu phộng với loại màng 25
kDa 91
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-IX-

Hình 3.15: Ảnh hƣởng của lƣu lƣợng nhập liệu đến lƣu lƣợng dòng qua lọc của protein đậu
phộng với loại màng 25 kDa 93
Hình 3.16: Ảnh hƣởng của lƣu lƣợng 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 hƣởng pH đến khả năng hòa tan 101
Hình 3.19: Ảnh hƣởng pH đến khả năng tạo bọt 104
Hình 3.20: Ảnh hƣởng pH đến độ bền bọt 104
Hình 3.21: Ảnh hƣởng pH đến khả năng tạo nhũ 106
Hình 3.22: Ảnh hƣởng pH đến độ bền nhũ 106

Hình 3.23: Mô tả phép đo cấu trúc xúc xích công ty Việt Hƣơng 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
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-X-

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1.1: Phân loại khoa học của đậu phộng 3
Bảng 1.2: Diện tích, năng suất, sản lƣợng đậu phộng trên thế giới từ 2005 – 2010 (USDA
Foreign Agricultural Service) 5
Bảng 1.3: Diện tích, năng suất, sản lƣợng 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 lƣợng phân tử của 5 loại tiểu đơn vị protein chính có trong đậu phộng, xác định
bằng phƣơng 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 lƣợng siêu âm ảnh hƣởng tới hiệu suất trích ly protein đậu nành (Karki và cộng
sự, 2010) 29
Bảng 1.9: Kích thƣớc 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 hƣởng của tỷ lệ bột/nƣớc đến hàm lƣợng 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 ƣu hóa 2 yếu tố nhiệt độ siêu âm và thời gian
siêu âm theo mô hình cấu trúc có tâm bằng phƣơng 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,
o
C), X2 (thời gian, phút) 86
Bảng 3.6: Kết quả phân tích phƣơng sai của mô hình tối ƣu hóa 87
Bảng 3.7: Hàm lƣợng protein các dòng và độ phân riêng ứng với các kích thƣớc lỗ màng khác
nhau. 89
Bảng 3.8: Hàm lƣợng protein các dòng và độ phân riêng ở các giá trị áp suất khác nhau 91
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-XI-

Bảng 3.9: Nồng độ protein ở các dòng và độ phân riêng ứng với các chế độ lƣu lƣợng nhập liệu 93
Bảng 3.10: Hàm lƣợng 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 hƣởng pH đến khả năng hòa tan 100
Bảng 3.14: Ảnh hƣởng pH đến khả năng tạo bọt và bền bọt của chế phẩm PPC sản xuất theo
phƣơng pháp acid 103
Bảng 3.15: Ảnh hƣởng pH đến khả năng tạo bọt và bền bọt của chế phẩm PPC sản xuất theo
phƣơng pháp membrane 103
Bảng 3.16: Ảnh hƣởng pH đến khả năng tạo bọt và bền bọt của chế phẩm SPI 103
Bảng 3.17: Ảnh hƣởng 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 Hƣơng (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
phƣơng pháp membrane 112
Bảng 3.20: Dữ liệu thông số về phép đo cấu trúc mẫu xúc xích sử dụng PPC sản xuất bằng
phƣơng pháp acid 113

Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-XII-


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

STT
CHỨNG TỪ
SỐ TIỀN (đ)
1
CÔNG CHẤT XÁM
0
2

CÔNG THUÊ KHOÁN
65,800,000

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.
Giấy nhận tiền ngày 30/12/2010
10,000,000

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.
Giấy nhận tiền ngày 28/02/2011
28,500,000

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
Giấy nhận tiền ngày 30/03/2011
15,500,000

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.
Giấy nhận tiền ngày 30/05/2011

11,800,000
3
NGUYÊN, NHIÊN VẬT LIỆU, DỤNG CỤ, PHỤ TÙNG…
39,884,000

Hóa chất (ủy nhiệm chi số KB016/01/11)
37,884,000

Nguyên liệu (1 Hóa đơn số 12394 ngày 22/11/2010)
2,000,000
4
THIẾT BỊ
0
5
XÉT DUYỆT
11,316,000
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-XIII-


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

Chi phí xét duyệt đợt 2 ngày 06/07/2010
5,650,000
6
HỘI NGHỊ, HỘI THẢO
0
7

ĐÁNH MÁY TÀI LIỆU
0
8
GIAO THÔNG, LIÊN LẠC
0
9
CHI KHÁC
3,000,000

Quản lý phí của Sở KHCN (phiếu thu ngày 01/10/2010)
3,000,000

TỔNG CỘNG
120,000,000




CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

ThS. Nguyễn Thị Hiền

Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-XIV-



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

SCT
Ngày
NỘI DUNG CHI
SỐ TIỀN (đ)


I. CÔNG CHẤT XÁM
18,000,000
1
29/02/2012
Giấy biên nhận thù lao chủ nhiệm đề tài.
18,000,000


II.THUÊ KHOÁN CHUYÊN MÔN
14,000,000
2
29/02/2012
Giấy biên nhận thù lao xây dựng thuyết minh chi
tiết và viết báo cáo tổng hợp đề tài.
14,000,000

III. NGUYÊN, NHIÊN VẬT LIỆU, DỤNG CỤ, PHỤ
TÙNG…



IV. THIẾT BỊ
0


V. XÉT DUYỆT
6,450,000
3
19/04/2012
Chi phí giám định đề tài.
6,450,000


VI. HỘI NGHỊ, HỘI THẢO
0


VIII. ĐÁNH MÁY TÀI LIỆU
2,000,000
4
30/11/2012
Photocopy tài liệu (Hóa đơn số 34007)
2,000,000


VIII. GIAO THÔNG, LIÊN LẠC

0


IX. CHI KHÁC
19,550,000
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
thư ký và kế toán đề tài)
18,050,000


TỔNG CỘNG
60,000,000






CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

ThS. Nguyễn Thị Hiền
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-XV-


BẢNG KINH PHÍ ĐỀ NGHỊ CẤP TIẾP


STT
MỤC CHI
SỐ TIỀN (đồng)
1
Kinh phí nghiệm thu

2
Quản Lý chung của cơ quan chủ trì

TỔNG CỘNG:
20.000.000

Số tiển bằng chữ: Hai mƣơi triệu đồng chẵn.


Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

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: Trƣờng 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 đƣợc duyệt:200.000.000 đồng (Hai trăm triệu đồng chẵn)
Kinh phí đã cấp: 180.000.000 đồng (Một trăm tám mƣơi triệu đồng)
Mục tiêu:
Đề xuất qui trình sản xuất protein isolate từ đậu phộng (PPI) có hiệu suất thu hồi
protein cao và các tính chất chức năng của protein trong chế phẩm PPI tốt hơn so với
chế phẩm đƣợc thu nhận bằng phƣơng pháp truyền thống.
Nội dung:
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 đƣợc.
Ứng dụng chế phẩm protein thu đƣợc để sản xuất xúc xích tại Công ty TNHH
SX&TM Việt Hƣơng.

Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-2-

CHƢƠNG 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
đƣợc trồng đầu tiên vào thế kỷ 16 (Seifert, 2009).

Hình 1.1:
Cây đ
ậ
u ph
ộ
ng


Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-3-


Bảng 1.1: Phân loại khoa học của đậu phộng
Giới

Plantae
Ngành
Magnoliophyta
Lớp
Magnoliopsida
Bộ
Fabales
Họ
Fabaceae
Phân họ
Faboideae
Tông
Aeschynomeneae
Chi
Arachis
Loài
A. hypogaea

Đậu phộng trồng khắp nơi trên thế giới chủ yếu để làm nguyên liệu sản xuất dầu
nấu ăn hoặc dầu salad. Tuy nhiên, hạt đậu phộng còn đƣợc sử dụng để sản xuất bơ đậu
phộng, snack và bánh kẹo. Sữa đậu phộng (dịch trích từ nhân đậu) đƣợc sử dụng ở các
nƣớc đang phát triển do có giá thành rẻ hơn sữa bò và giàu protein, khoáng chất và các
acid béo thiết yếu (Diarra và cộng sự, 2005; Seifert, 2009).
 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 đƣợc trồng rộng rãi hơn trong thập kỷ qua nhờ có năng
suất cao. Loại đậu phộng này có nhiều kích thƣớc khác nhau và chủ yếu sử dụng để
sản xuất bơ đậu phộng.
- Đậu phộng Virginia có kích thƣớc hạt lớn nhất và thƣờng sử dụng để sản xuất

các sản phẩm đậu phộng rang.
- Đậu phộng Spanish có kích thƣớc hạt nhỏ hơn và thƣờng sử dụng để sản xuất
các sản phẩm kẹo đậu phộng.
- Đậu phộng Valencia thƣờng có 3 hoặc nhiều hơn 3 hạt trong mỗi quả, là đậu
phộng ngọt và chủ yếu đƣợc 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 dƣỡng, 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
trƣởng dài 110-160 ngày.
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-4-

- Nhóm phân cành liên tục (Valencia và Spanish): cây đứng, thời gian sinh
trƣởng 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 thƣờng 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
thƣớc trọng lƣợng quả và số lƣợng hạt là những đặc điểm để phân loại giống đậu
phộng.
Ngƣời 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, đƣờng kính 7,5 – 13 mm. Khối lƣợng
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 nhƣ đỏ tím, đỏ nâu nhạt, nâu… Hạt đậu phộng chứa hai lá mầm và một
phôi, tất cả đƣợc bao bọc bởi vỏ lụa.Vỏ quả chiếm 25 – 28%, vỏ lụa chiếm 3 – 4%

khối lƣợng 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 đƣợc trồng trên thế giới, đậu phộng đứng thứ
năm về diện tích trồng và thứ tƣ về sản lƣợng. Hiện có hơn một trăm nƣớc trồng đậu
phộng. Châu Á đứng đầu thế giới về diện tích trồng đậu phộng cũng nhƣ sản lƣợng,
tiếp theo là châu Phi, Bắc Mỹ rồi đến Nam Mỹ. Hiện nay châu Á và vùng Bắc Mỹ có
chiều hƣớng mở rộng diện tích trồng đậu phộng hơn các vùng khác. Diện tích, năng
suất và sản lƣợng đậu phộng trên thế giới từ năm 2005 đến 2010 đƣợc trình bày trong
bảng 1.2.

Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-5-

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 lƣợng (triệu tấn)
33,87
32,30
32,39
34,47
32,98
34,05

1.1.2.2. Diện tích, năng suất và sản lƣợng đậu phộng ở Việt Nam
Trong số 25 nƣớc 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 nƣớc ta.
Bảng 1.3: Diện tích, năng suất, sản lượng đậu phộng của Việt Nam từ 2005-2010
(USDA Foreign Agricultural Service)
Chỉ tiêu
2005/06
2006/07
2007/08
2008/09
2009/10
2010/11
Diện tích (triệu ha)
0,26

0,26
0,26
0,26
0,26
0,26
Năng suất (tấn/ha)
1,73
1,73
1,96
2,09
2,12
2,12
Sản lƣợng (triệu tấn)
0,45
0,45
0,49
0,53
0,55
0,55
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-6-

Nguồn: USDA Foreign Agricultural Service: Table 13 Peanut Area, Yield, and Production
Từ năm 2001, đậu phộng là một trong những cây trồng đƣợc Chính phủ ƣu tiên
phát triển để đáp ứng nhu cầu chuyển đổi cơ cấu cây trồng ở một số địa phƣơng, nhu
cầu tiêu thụ dầu thực vật, thức ăn gia súc trong cả nƣớc và xuất khẩu. Chính nhờ có
những chủ trƣơng, chính sách phát triển nông nghiệp của Nhà Nƣớc cùng với sự đầu
tƣ 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 lƣợng đậu phộng dần dần đƣợc cải thiện và

ổn định (bảng 1.3). Với hiệu quả cao từ phƣơng pháp trồng đậu phộng trái vụ, hiện
nay, nhiều địa phƣơng 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 đƣợc 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 nƣớc. Các giống này vào nƣớc ta chủ yếu bằng con đƣờng
nhập khẩu từ ICRISAT (International Crops Research Institute for the Semi-Arid-
Tropics), Úc, Trung Quốc. Một số ít giống mới đƣợc thu nhận bằng phƣơng pháp đột
biến phóng xạ và phục tráng giống địa phƣơng. Gần đây, nhiều giống mới đã phát huy
tốt trong sản xuất nhƣ 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 nhƣ GV3, GV6 và GV7. Tại Sóc Trăng, giống đậu phộng VD6 cho năng suất vƣợt
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 tƣởng 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.
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-7-

1.1.3. Thành phần hóa học và giá trị dinh dƣỡng
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 hƣởng bởi giống, mức độ tăng trƣởng

và điều kiện môi trƣờng sống.Các acid oleic (18:1), linoleic (18:2), palmitic (16:0) và
stearic (18:0) chiếm 90% tổng hàm lƣợng 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).

Bảng 1.4: Thành phần hóa học của nhân đậu phộng (Seifert, 2009)
Thành phần
Khoảng dao động (%)
Trung bình (%)
Độ ẩm
3,9 – 13,2
5,0
Protein
21,0 – 36,4
28,5
Lipid
35,8 – 54,2
47,5
Cellulose
1,2 – 4,3
2,8
Nitơ tự do
6,0 – 24,9
13,3
Tro
1,8 – 3,1
2,9
Đƣờng khử
0,1 – 0,3

0,2
Disaccharide
1,9 – 5,2
4,5
Tinh bột
1,0 – 5,3
4,0
Pentosan
2,2 – 2,7
2,5
1.1.3.2. Protein
Hạt đậu phộng chứa 21-36% protein với globulin (tan trong nƣớc muối) chiếm
90% và albumin (tan trong nƣớc) chiếm 10% (Daussant và cộng sự, 1969; Cherry và
cộng sự, 1973).
Trong tổng số hàm lƣợng globulin thì khoảng 75% ở dạng arachin và 25% là ở
dạng conarachin.Cả arachin và conarachin đều đƣợc cấu tạo từ các phân tử globulin
với phân tử lƣợng lớn.Sự khác biệt giữa hai nhóm globulin là hàm lƣợng lƣu huỳnh;
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-8-

conarachin chứa hàm lƣợng lƣu 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 lƣợng phân tử (kDa)
Conarachin

>50
Arachin có tính acid
38-49,9
Arachin trung tính
23-37,9
Arachin có tính bazơ
18-22,9
Protein có khối lƣợng phân tử thấp
14-17,9
Hàm lƣợng acid amin trong protein đậu phộng có thể khác nhau tùy vào giống
đậu phộng, vùng trồng, tuổi và độ trƣởng thành.Đậu phộng giàu acid glutamic, acid
aspartic, arginine và thiếu hụt các acid amin chứa lƣu huỳnh nhƣ methionine và
cysteine.Đậu phộng nghèo một số acid amin thiết yếu là lysine, threonine và
methionine (Seifert, 2009).

Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-9-


Bảng 1.6: Thành phần các acid amin trong đậu phộng (Monteiro & Prakash,
1994)
Acid amin
Hàm lƣợng (g/100 g protein)
Acid glutamic
23,01
Acid aspartic
12,91
Arginine
12,43

Leucine
6,25
Phenylalanine
5,41
Serine
5,22
Glycine
5,15
Proline
5,01
Tyrosine
4,12
Alanine
3,74
Valine
3,65
Lysine
3,12
Isoleucine
2,83
Threonine
2,50
Histitine
2,22
Tryptophan
1,59
Methionine
0,52
Cysteine
0,33

Basha và Pancholy (1982) đã tiến hành tinh sạch và xác định tính chất của
arachin và conarachin.Kết quả cho thấy hầu hết protein trong đậu phộng có tính
acid.Trong khi đó, protein có tính kiềm là các thành phần hỗn hợp, không đồng nhất và
chỉ chiếm khoảng 1% lƣợng protein tổng. Protein kiềm chứa nhiều lysine (8,5%),
glycine (27,9%), methionine (1%) và ít aspartic acid (5,3%) và glutamic acid (5,6%)
so với protein tổng. Protein kiềm đƣợc tìm thấy dƣới dạng glycoprotein gồm cả dạng
tự nhiên (3,5%) lẫn dạng đƣờng 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 dƣới 2,5 hoặc trên 7 (Kain và cộng sự,
2009).
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-10-

1.1.3.3. Carbohydrate
Hàm lƣợng carbohydrate trong đậu phộng bao gồm 2-5% đƣờng, 4% tinh bột,
4% các hợp chất pectic và 2% cellulose. Hàm lƣợng đƣờng thay đổi theo điều kiện
trồng trọt, mức độ chín của hạt, vùng trồng và giống đậu. Saccharose chiếm ƣu thế,
tiếp theo là stachyose và raffinose. Hàm lƣợng đƣờng tăng dần theo độ trƣởng thành
của hạt (Seifert, 2009).
Bảng 1.7: Cấu trúc các polysaccharide có trong đậu phộng(Tharanathan
và cộng sự, 1979)
Polysaccharide
Hàm lƣợng (%)
Cấu trúc
Liên kết
Arabinan
0,15
–
–

Galactoaraban
–
Mạch thẳng
-1,4- glycoside
Glucan
–
Mạch thẳng
-1,4- glycoside
Glucomannan
0,15
Mạch thẳng
-1,4- glycoside
Xylan
0,25
Mạch nhánh
-1,4- (mạch chính);
-1,2- và -1,3- (mạch
nhánh)
Polysaccharide có
tính acid
1,8
–
–
1.1.3.4. Vitamin và khoáng
Đậu phộng chứa lƣợng 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 lƣợng nhỏ vitamin C và một lƣợng 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 hƣởng của quá
trình chế biến đến thành phần isoflavone của hạt họ đậu đã đƣợc nghiên cứu rộng rãi,
nhƣng trƣớcChukwumah và cộng sự (2007) thì chƣa có nhà nghiên cứu nào công bố
kết quả về vấn đề này. Kết quả cho thấy quá trình nấu ít làm ảnh hƣởng đến thành
phần chất có hoạt tính sinh học so với chiên hoặc sấy.Đậu phộng nấu có hàm lƣợng
flavonoid và polyphenol tổng cao nhất.
- Peptide có hoạt tính sinh học