Đồ án công nghệ thực phẩm Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI

Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI
TỔNG QUAN TÀI LIỆU VỀ CÁC PHƯƠNG
PHÁP TÁCH PROTEIN (SPI) TỪ ĐẬU NÀNH
VÀ TĂNG KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA SPI
1. Nguyên liệu:
1.1. Cây đậu nành :
Giới : Plantae
Ngành : Magnoliophyta
Lớp : Magnoliopsida
Bộ : Fabales
Họ : Fabaceae
Phân họ : Faboideae
Giống : Glycine
Loài : max
Tên thứ hai : Glycine max
Hình 1 : Cây đậu nành [1]
SVTH:Lê Văn Tiến GVHD:Ths. Huỳnh Thế Viên
1
Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI
Cây đậu nành có 4 loại lá : hai lá mầm, hai lá đơn, lá có ba lá chét và lá
gốc. Nốt sần là phần vỏ rễ phình ra và trong đó có vi khuẩn Rhizobium
japonicum sinh sống. Vi khuẩn này hình gậy, sống trong đất, có khả năng đi
vào rễ và cố đònh đạm từ khí trời. Một cây đậu có khoảng vài trăm nốt sần
phân bố trên các rễ ở độ sâu 1mm. Vi khuẩn thường xuyên xâm nhập vào rễ, ở
phần giữa đỉnh rễ và lông hút nhỏ nhất, tạo thành một chuỗi nhiễm là một ống
có lỗ hở. Mỗi vi khuẩn được bao bọc một màng tạo thành túi, nếu vi khuẩn đi
vào chất nguyên sinh của tế bào rễ mà không được bọc một màng thì nó sẽ tạo
thành nốt sần không có tác dụng. Ở trong túi, vi khuẩn nhân nhanh cho tới khi
một vài vi khuẩn hoặc dạng vi khuẩn được hình thành. Nốt sần có tập tính sinh
trưởng hữu hạn và bám vào rễ, phần giữa nốt sần là tế bào nhu mô đầy túi
Bacteroids. Túi Bacteroids chiếm 80% thể tích tế bào, còn lại 20% là nguyên

sinh chất và các thành phần khác. Phần giữa của Bacteroids là những tế bào
không bò nhiễm vi khuẩn và phân chia mạnh tạo thành ống dẫn (nơi trao đổi
giữa tế bào chủ và Bacteroids cố đònh đạm. Nốt sần có thể tăng trưởng đến 60
ngày thì bắt đầu giảm tuổi thọ từ giữa và tiến dần ra ngoài, cuối cùng bò thối.
Đạm được cố đònh ở Bacteroids. Enzyme nitrogenase nằm ở Bacteroids chứa từ
2-5% tổng số đạm của nốt sần, nó có 2 ngăn : ngăn 1 chứa Mo-Fe-protein gọi
là dinitrogenase và ngăn 2 là Fe-protein gọi là dinitrogenase reductase. Trong
quá trình cố đònh đạm sinh ra H
2
. Leghaemoglobin có ở trong nguyên sinh bao
quanh Bacteroids và ở vỏ của Bacteroids, có vai trò đưa oxy vào mô nốt sần.
Sản phẩm đầu tiên của cố đònh đạm là NH
3
do vi khuẩn Brady Rhizobium
japonicum tiết ra hầu hết. NH
3
sau đó chuyển hóa vào glutamin và glutamate ở
cylosol tế bào chủ, các nhà khoa học cũng cho rằng NH
3
oxi hóa thành NO
3
-
ở
trong Bacteroids.[1]
Đậu nành thuộc nhóm vận chuyển ureide, allatoin và allansoic acid là
dạng đạm chính được chuyển hóa từ nốt sần vào cây. Ureide thủy phân thành
urê và glyoxylate dưới sự xúc tác của allantoinase và allantoicase cho thấy
trong quá trình chuyển hóa của allantoase dưới xúc tác của allantoicase.
Allantoicase được hình thành được hình thành dưới xúc tác của
ureidoglycolase, nó chuyển thành glyoxylate và hai phân tử urê tiếp theo lại

được chuyển hóa do men urease thành amin acid. Urease có mặt trong các bộ
phận của cây. Hoạt tính urease bò ức chế do thiếu nitơ nhưng Ni kích thích hoạt
tính của urease, khi thiếu Ni dù đậu trồng ở điều kiện có nitơ, NO
3
-
hay NH
4
thì
hiện tượng bò độc do urê có thể xảy ra, do đó urê là sản phẩm của quá trình
chuyển hóa nitơ trong điều kiện cố đònh hay không cố đònh đạm.[1]
Cây đậu nành cho nhiều hoa nhưng tỷ lệ hoa không thành quả chiếm 20-
80%. Đậu nành có hoa dạng cánh bướm đặc trưng, ống đài năm cánh không
SVTH:Lê Văn Tiến GVHD:Ths. Huỳnh Thế Viên
2
Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI
bằng nhau. Tràng hoa gồm cánh hoa cờ phía sau, hai cánh bên và hai cánh thìa
phía trước tiếp xúc nhau nhưng không dính vào nhau. Bộ nhò gồm 10 nhò chia
làm hai nhóm, nhóm 1 gồm 9 nhò và cuống dính với nhau thành một khối, nhóm
2 chỉ có một nhụy hoa, nhụy hoa có một là noãn. Vòi nhụy cong về phía nhò.[1]
1.2. Hạt đậu nành:
Hạt đậu nành cũng như hạt của nhiều loại họ đậu khác là không có nội nhũ
mà chỉ có một lớp vỏ bao quanh một phôi lớn. Hình dạng hạt có hình cầu, dẹt,
dài và oval. Ở hạt trưởng thành, đầu của rốn là lỗ noãn, lỗ này được bao phủ
bởi một lớp màng. Ở đầu kia của rốn là rãnh nhỏ.[1]
Vỏ đậu nành có 3 lớp : biểu bì, hạ bì và lớp nhu mô bên trong. Do vỏ của
lớp tế bào mô đậu có lớp cutin che phủ nên sự trao đổi khí không xảy ra, sự
trao đổi khí giữa phôi và môi trường qua rốn hạt. Những mảnh của nội nhũ bò
ép chặt vào vỏ hạt. Lớp ngoài nội nhũ gọi là lớp aleuron gồm những tế bào
hình lập phương nhỏ chứa đầy đạm.[1]
Hạt đậu nành có nhiều màu sắc khác nhau : vàng, xanh, nâu, đen, có thể

một màu, hai màu hay nhiều màu. Một cây có thể cho tới 400 quả đậu nành.
Một quả chứa từ 1-5 hạt (các giống thường từ 2-3 hạt), quả hơi cong có chiều
dài từ 2-7 cm. Màu sắc của quả phụ thuộc vào sắc tố caroten, xanthophyll,
antocyanin.[1]
Hình 2: Hạt đậu nành [1]
SVTH:Lê Văn Tiến GVHD:Ths. Huỳnh Thế Viên
3
Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI
Kích thước của hạt đậu nành thuộc các giống khác nhau có thể chênh lệch
nhau rất lớn. Trọng lượng 1000 hạt của các giống có thể thay đổi từ 140 đến
240 g, dung trọng hạt 780 kg/cm
3
. Phần lớn các giống đậu nành được phổ biến
rộng rãi trong sản xuất thường có kích cỡ hạt trung bình đến hơi nhỏ, khoảng
120-180g/1000 hạt. Các giống dùng để luộc ăn tươi thường có cỡ hạt lớn, với
trọng lượng 1000 hạt hơn 200g. Ngoài các yếu tố di truyền, kích thước hạt còn
phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện gieo trồng, chăm bón, môi trường.[1]
Hạt đậu nành cũng như hạt của nhiều họ đậu khác, không có nội nhũ mà chỉ
có một lớp vỏ bao quanh một phôi lớn. Tùy theo giống, hình dạng của hạt có
thể biến đổi từ hình cầu, dẹt, dài và hầu hết là có hình ô van.[1]
Hạt đậu nành gồm 3 bộ phận:[1]
 Vỏ hạt chiếm 8% trọng lượng hạt.
 Rốn hạt chiếm 2% trọng lượng hạt.
 Phôi trưởng thành gồm 2 lá mầm chiếm 90% trọng lượng hạt.
Vỏ hạt đậu nành gồm có 3 lớp: biểu bì, hạ bì, và lớp nhu mô bên trong.
Rốn hạt có hình thẳng tới hình ô van. Do vỏ hạt có lớp cutin che phủ, sự trao
đổi khí không thể xảy ra, con đường duy nhất cho sự trao đổi khí giữa phôi và
môi trường là qua rốn hạt. Vì vậy cấu trúc của rốn có thể ảnh hưởng tới quá
trình trao đổi chất và lượng nước trong phôi.[1]
Phôi trưởng thành bao gồm 2 lá mầm, một chồi mầm, một trục trụ mầm và

rễ. Đầu rễ được bảo vệ bởi vỏ hạt. Ở tiết diện cắt ngang, lá mầm có dạng bán
cầu.[1]
Lá mầm của phôi trưởng thành có màu xanh, vàng hoặc vàng trắng, nhưng
ở hầu hết các giống thì nó có màu vàng. Hai lá mầm có mặt ngoài bầu, mặt
trong phẳng úp sát vào nhau, chiếm hầu hết thể tích của hạt. Các lá mầm được
tạo ra từ các tế bào kéo dài, bên trong chứa đầy các “thể protein” hình cầu
đường kính từ 2 đến 10µm và rất nhiều các “hạt chứa dầu” hình cầu đường
kính từ 0.1 đến 0.5 µm. Các thể protein vẫn giữ được nguyên khi nghiền vừa
phải và có thể tách riêng từ bột đã khử béo. Các “thể protein” này chứa phần
lớn các protein của hạt:[1]
Protein dự trữ (globulin) có thể bò thủy phân trong thời gian hạt nảy mầm để
làm chất dinh dưỡng cho phôi phát triển.
SVTH:Lê Văn Tiến GVHD:Ths. Huỳnh Thế Viên
4
Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI
Protein cấu trúc hoặc protein chức năng như enzym và chất kìm hãm enzym
thì thường được đònh vò trong phần còn lại của tế bào.[1]
Chồi mầm dài khoảng 2 mm và có hai lá đơn nằm đối diện nhau.[1]
Trục mầm dưới rễ dài khoảng 5 mm, tiếp xúc với vỏ hạt và ở mặt trong bò
ép chặt vào lá mầm.[1]
1.3. Thành phần hóa học của đậu nành :
Bảng 1 : Thành phần hóa học của đậu nành [6]
Thành phần
hóa học
Giá trò
Độ ẩm 8-10%
Protein 35-45%
Lipid 15-20%
Hydratecarbon 15-16%
Cellulose 4-6%

Vitamin A 710 UI
Vitamin B
1
300 UI
Vitamin B
2
90 UI
Vitamin C 11 UI
Muối khoáng 4,6%
Bảng 2 : Hàm lượng acid amin không thay thế trong protein đậu nành [6]
Các acid amin
không thay thế
Giá trò
Tryptophan 1,1%
Leucine 8,4%
Isoleucine 5,8%
Valine 5,8%
Threonine 4,8%
Lysine 6,0%
Methionine 1,4%
Phenylalanine 3,8%
SVTH:Lê Văn Tiến GVHD:Ths. Huỳnh Thế Viên
5
Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI
Bảng 3 : Các acid béo không thay thế có giá trò dinh dưỡng cao [6]
Dạng Các acid béo Giá trò
Không
no
Acid linoleic 52-65%
Acid linolenoic 2-3%

Acid oleic 25-36%
No
Acid panmitic 6-8%
Acid stearic 3-5%
Acid arachidoic 0,1-1,0%
Carbohydrates trong đậu nành thường có : các polysaccharide không
hòa tan như hemicellulose, các peptin, cellulose và các oligosaccharide
như hexose, rafinose, stachiose, verbascose.[6]
Tro của đậu nành rất giàu sắt và kẽm.[6]
1.4. Protein của đậu nành :
Protein bao gồm :
 Protein dự trữ (globulin) có thể bò thủy phân trong thời gian
hạt nảy mầm để làm chất dinh dưỡng cho phôi sinh trưởng.[6]
 Protein cấu trúc (protein chức năng) như ezyme và chất
kiềm hãm enzyme thì thường được đònh vò trong phần còn lại của tế bào.
[6]
Trong hạt còn có một lượng nhỏ các hợp chất như oestrogen, goitrogen,
phytate, saponin, sterol…Các hợp chất này và một số oligosaccharide không có
lợi.[6]
Bằng phương pháp siêu 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.[6]
Protein đậu nành được phân ra :
 Globulin 2S (gồm chất kiềm hãm trypsin, cytochrome c) chiếm
35% trọng lượng protein của hạt.[6]
 Globulin 11S (glycinin) được cấu tạo nên từ 12 tiểu phần
(subunits) tương đối ưa béo : 6 tiểu phần có tính acid A và 6 tiểu phần có
tính kiềm B. Trong phân tử có từ 42-46 nguyên tử lưu huỳnh dưới dạng
các cầu disulfua nối các dưới đơn vò hay trong nội bộ một tiểu phần.
Glycinin dễ dàng bò phân ly thành các dưới đơn vò của mình khi gia nhiệt

tới 80
0
C ở lực ion thấp.[6]
 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
SVTH:Lê Văn Tiến GVHD:Ths. Huỳnh Thế Viên
6
Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI
tính acid : α, α
’
và β. Các tiểu phần α, α
’
có thành phần acid amin rất
giống nhau, thiếu cystein và cystine. Dưới đơn vò β không chứa cystein và
methionine. Trong đoạn 7S còn có các hemaglutinin (lectin) mà phân tử
của chúng có thể tạo thành phức bền với các hợp chất glucid, nó còn có
các chất kiềm hãm protease như antitrypsin Kunitz…[6]
Ngoài phương pháp trên, người ta còn sử dụng phương pháp Sodium
Dodecyl Sulfate Polyacrylamide Gel Electrophoresis (SDS-PAGE), thuốc
nhuộm CBB G250 để tách được các globulin 7S và 11S ở một số cây đậu
ở Mỹ và Nhật.[6]
Khi đun nóng dung dòch β conglycinin loãng, pH = 7-8, lực ion yếu,
đến 100
0
C thì các phân tử của chúng sẽ phân ly thành các tiểu phần không
có hiện tượng tập hợp phân tử.[6]
Ở pH = 7-7,6 và lực ion 0,2-0,4 thì các phân tử cũng phân ly thành các
dưới đơn vò nhưng sau đó tập hợp lại.[6]
Khi đun dung dòch protein đậu nành 1% đến 95
0

C, pH = 7, không có
các chất khử và các lực ion khác nhau thì quá trình tập hợp sẽ thuận lợi
khi lực ion tăng từ 0 đến 2. Tốc độ tập hợp sẽ tăng trong pH = 4-6 nhưng
sẽ gần bằng 0 nếu pH acid hoặc kiềm.[6]
Dung dòch protein đậu nành đậm đặc được đun nóng ở pH gần trung
tính sẽ tạo gel. Khi lực ion yếu thì trạng thái này sẽ xảy ra từ 70
0
C, thời
điểm mà β conglycinin giãn mạch. Độ cứng của gel sẽ giảm cùng với
nồng độ NaCl, các gel protein thường không chòu được sự thanh trùng. Ở
pH = 5,5 hay thêm ion Ca
2+
làm đông tụ protein thành những cục. Cả
glycinin và β conglycinin đều bò biến tính khi tiếp xúc với hỗn hợp nước –
ethanol có hàm lượng rượu trên 20% theo thể tích. Rượu càng kỵ nước thì
sự giãn mạch Protein càng nhanh và độ cứng của gel càng lớn.[6]
SVTH:Lê Văn Tiến GVHD:Ths. Huỳnh Thế Viên
7
Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI
2. SPI –Soy Protein Isolate:
2.1. Soy Protein Isolate :
Hình 5 : Phương pháp sản xuất isolates protein.[10]
Dạng tinh khiết nhất của protein đậu nành là SPI, trên thò trường có
rất nhiều sản phẩm SPI do nhiều hãng khác nhau sản xuất bởi nhiều hãng
khác nhau, sản phẩm của mỗi công ty cũng có hàm lượng protein khác
nhau. Có thể gút lại được SPI chứa hàm lượng protein lớn hơn 90% khối
lượng chất khô. Chúng được tạo thành bằng cách loại bỏ nước,
polysaccharide không tan, cả những oligosaccharide nữa và cả những
thành phần có phân tử lượng thấp cái mà được tách trong quá trình làm
SPC. Bột đậu nành đã được tách béo trải qua quá trình xử lý hơi ẩm tối

thiểu, sau đó nó được trích ly với nước trong môi trường kiềm ở pH=7.0 ÷
8.5. Phần còn lại không tan bao gồm nước, polysaccharide không tan cộng
với protein sót được tách ra sau. Trong những bước tiếp theo, phần dòch
trích thu được sau quá trình gạn lọc bao gồm phần lớn protein và đường
được điều chỉnh về pH = 4.5, là pH đẳng điện của protein. Quá trình xử lý
này làm kết tủa protein, sau đó protein sẽ được tách ra bằng cách ly tâm
hoặc lọc. Protein kết tủa được đem đi rửa và làm khô ở pH đẳng điện của
protein. Protein trung tính trước khi sấy. Sản phẩm SPI có thể bao gồm
trên 90% protein nhưng chỉ chứa 2÷5% tro và 3÷4% những thành phần
SVTH:Lê Văn Tiến GVHD:Ths. Huỳnh Thế Viên
8
Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI
khác có hàm lượng thấp. SPC và SPI là sản phẩm có hàm lượng protein
cao, hàm lượng lysine cao, hương vò dòu, và giảm bớt các yếu tố gây đầy
hơi, giảm bớt hàm lượng đường và chúng có thể dẫn tới cải thiện toàn bộ
chất lượng sản phẩm.[12]
Bảng 4: Chỉ tiêu chất lượng của SPI.[13]
Cảm quan
Tên chỉ tiêu Yêu cầu
Trạng thái Dạng bột
Màu sắc Vàng nhạt
Mùi Không có mùi lạ
Hoá lý
Protein ≥ 90%
Độ ẩm ≤ 7.0%
Tro ≤ 6.0%
Béo ≤ 1.0%
Chì ≤ 1.0mg/kg
Asen ≤ 0.5mg/kg
Vi sinh

Tổng số vi sinh vật (mỗi gam) ≤ 2000
E.coli m tính
Vi sinh vật gây bệnh m tính
Một số sản phẩm SPI trên thò trường:
SVTH:Lê Văn Tiến GVHD:Ths. Huỳnh Thế Viên
9
Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI

SVTH:Lê Văn Tiến GVHD:Ths. Huỳnh Thế Viên
10
Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI

Hình 7: Một số
sản phẩm SPI
thương mại có
bán trên thò
trường [14]
2.2. Một
số sản
phẩm
protein
đậu
nành
khác:
2.2.1. Soy Protein Concentrate :
SVTH:Lê Văn Tiến GVHD:Ths. Huỳnh Thế Viên
11
Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI

Hình 3 : Protein đậu nành dạng bột và dạng thô [16]

Bột thô đã khử béo (Defatted Meal) có thể xử lý bằng một trong 3 quá
trình : xử lý với alcohol (methanol, ethanol, isopropyl alcohol), acid loãng
ở pH = 4,5 và gia nhiệt ẩm, lọc nước.[18]
Ở quá trình thứ nhất, những thành phần không phải protein được chiết
cùng với alcohol, còn lại protein và polysaccharides. Chúng được desolvat
hóa và sấy khô thành concentrate protein. Alcohol sau khi chiết đường sẽ
tái sử dụng lại.[18]
Ở quá trình thứ hai, protein là thành phần chính được tách chiết với
acid loãng ở pH = 4,2-4,8 (điểm đẳng điện của protein). Do đó có một vài
protein tan trong pH = 4,2-4,8 nên sẽ có thất thoát protein trong quá trình
này. Những hợp chất tan polysaccharides, protein được trung hòa và sấy
khô thành concentrate protein.[18]
Ở quá trình thứ ba, bột đậu nành được xử lý với nhiệt ẩm, làm biến
tính protein. Những thành phần có khối lượng phân tử nhẹ được chiết với
nước nóng.[18]
Phương pháp này cho sản lượng protein là 70%, 20% là carbohydrates,
6% là tro và 1% là dầu.[18]
SVTH:Lê Văn Tiến GVHD:Ths. Huỳnh Thế Viên
12
Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI
Hình 4 : Phương pháp sản xuất concentrates protein.[18]
2.2.2. Protein tái cấu trúc ( Textured Protein ) :
Protein được nén để làm thay đổi cấu trúc protein và qua máy ép
đùn tạo các sản phẩm khối sợi như thòt. Sản phẩm này có thể thay thế thòt
bò xay (ground beef).[11]
SVTH:Lê Văn Tiến GVHD:Ths. Huỳnh Thế Viên
13
Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI
Hình 6: Protein tái cấu trúc từ đậu nành [11]
3. Các phương pháp sản xuất SPI:

Protein là những chất có phân tử lượng lớn trong cơ thể sống, được tạo
thành từ các amino acid và không tan trong dung dòch TCA 10%. Người ta
gọi những phân tử polypeptide có trọng lượng phân tử (MW) nằm trong
khoảng 5.10
3
đến 1.10
6
Da là protein, còn những phân tử polypeptide có
trọng lượng phân tử (MW) nằm trong khoảng vài trăm đến vài ngàn Da là
peptide.[2]
Nhóm chất protein luôn được quan tâm là do protein là một trong những
thành phần quan trọng nhất trong thức ăn của người và động vật. Trung bình
cơ thể người cần 70g protein/ngày. Các acid amin cần thiết đưa vào cơ thể
qua thực phẩm khoảng 21-31g/ngày.[2]
Protein là nguồn cung cấp aminoacid không thay thế cho người và động
vật. Trong các tế bào động vật và thực vật, sự phân chia bắt đầu từ nhân mà
nhân được tạo thành từ protein và nucleic acid. Trong cơ thể sống, protein
xúc tác các quá trình trao đổi chất đặc trưng. Protein có tính lưỡng tính, di
chuyển về cực âm trong dung dòch acid và về cực dương trong dung dòch
kiềm. Tại điểm đẳng điện, protein không di chuyển sang cực dương hay cực
âm mà hoàn toàn trung hòa về điện, tồn tại dưới dạng zwitterion.[2]
Có nhiều phương pháp sản xuất SPI khác nhau, có thể xuất phát từ
nguyên liệu ban đầu là hạt đậu nành, bã đậu nành, bột đậu nành đã tách
béo, hoặc dòch protein đậu nành đã được chuẩn bò trước.[5] [21] [24] [26].
SVTH:Lê Văn Tiến GVHD:Ths. Huỳnh Thế Viên
14
Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI
Xong có thể gút lại được một qui trình chung cho việc tách SPI từ đậu nành,
quy trình này gồm hai giai đoạn:
 Giai đoạn 1: chuẩn bò dòch protein đậu nành.

 Giai đoạn 2: tách protein từ dòch protein đậu nành.
Sau đây là phần trình bày chi tiết về hai giai đoạn trên:
3.1. Chuẩn bò dòch protein từ đậu nành:[5]
SVTH:Lê Văn Tiến GVHD:Ths. Huỳnh Thế Viên
15
Tạp
chất
Nguyên
liệu đậu
nành
Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI
vo
Hình 7: Quy trình công nghệ sản xuất dòch protein đậu nành
a. Tách tạp chất, phân loại.[5]
Mục đích: tách loại tạp chất vô cơ, hữu cơ, đặc biệt là các tạp chất kim loại
ảnh hưởng đến quá trình vận hành thiết bò và loại bỏ một phần vi sinh vật gây
hỏng hạt.
Thực hiện:
SVTH:Lê Văn Tiến GVHD:Ths. Huỳnh Thế Viên
16
Nghiền sơ bộ và tách vỏ
Tách tạp
chất
Tách dung
môi
Dòch
protein đậu
nành
Dung môi
V

ỏ
Cán
Nghiền
Hấp
Trích ly
Hòa tan
Nướ
c
(pH = 9.0)
Lọc
Bã
Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI
Phân loại bằng sàng rung
Phân loại bằng sức gió: sử dụng khi tạp chất có kích thước bằng kích
thước hạt cần làm sạch, nhưng có khối lượng riêng tương đối khác nhau.
Phân loại bằng nam châm: tách tạp chất kim loại
Đầu tiên đậu nành được qua thiết bò sàng rung để tách các tạp chất cơ học
lớn như đá, sỏi. Sau đó qua thiết bò nam châm để tách kim loại. Sau đó đậu
nành được làm sạch trên rây, có thổi khí để tách bỏ bụi, tạp chất nhẹ khác.
b. Nghiền sơ bộ và tách vỏ (cracking and dehulling) [5]
Mục đích: Làm vỡ hạt đậu nành để vỏ dễ dàng tách ra khỏi hạt. Tách vỏ là
làm giảm hàm lượng cellulose, tăng hàm lượng protein trong sản phẩm cuối.
Vỏ chiếm khoảng 7-8% thể tích của hạt đậu.
Thực hiện: Đậu nành sau khi làm sạch và sấy khô, được nghiền đến kích
thước thích hợp cho quá trình tách vỏ. Sau khi nghiền, dưới tác dụng của dòng
không khí, vỏ nhẹ được tách ra. Quá trình nghiền sơ bộ phải được thực hiện cẩn
thận, tránh làm vỡ hạt thành nhiều mảnh nhỏ, gây khó khăn cho quá trình tách
vỏ.
c. Hấp:[5]
Mục đích: Chuẩn bò cho quá trình cán, giúp quá trình cán dễ dàng phá vỡ

màng tế bào. Do đó dầu dễ thoát ra trong quá trình trích ly.
Thực hiện: Đậu nành sau khi nghiền sơ bộ và tách vỏ, được đưa vào thiết bò
nồi hơi (steam cooker), có nhiệt độ khoảng 70
o
C. Hàm ẩm đậu tăng lên 11%, lý
tưởng cho quá trình cán.

d. Cán (flake): [5]
Mục đích: Phá vỡ cấu trúc tế bào, chuẩn bò cho quá trình trích ly chất béo ra
khỏi đậu nành.
Thực hiện: Đậu nành được đưa vào thiết bò cán trục. Bề dày của flakes đi
khỏi thiết bò là 0.25-0.35mm.
Sản phẩm của quá trình này gọi là flakes.
e. Trích ly [5]
Mục đích: Tách loại 99-99.5% dầu trong nguyên liệu.
Thực hiện: Sử dung dung môi hexane.
SVTH:Lê Văn Tiến GVHD:Ths. Huỳnh Thế Viên
17
Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI
3.2. Tách protein từ dòch protein đậu nành:
Từ dòch protein đậu nành người ta có nhiều phương pháp để thu hồi
protein với độ tinh khiết ≥ 90%. Dưới đây là các phương pháp tách
protein từ dòch protein đậu nành:
 Kết tủa protein bằng cách điều chỉnh pH.[5]
 Kết tủa protein bằng dd (NH
4
)
2
SO
4

bão hòa.[5]
 Kết tủa protein bằng cách sử dụng dung môi hữu cơ.[18]
 Sử dụng nhiệt và canxi để kết tủa protein.[31]
 Tách protein bằng cách sử dụng phương pháp điện di kết hợp với
gel polyisopropylacrylamid.[33]
3.2.1. Kết tủa protein bằng cách điều chỉnh pH:[5]
• Nguyên tắc: dòch protein được acid hóa bằng acid thực phẩm
(H
2
SO
4
, H
3
PO
4
, HCl,…), chọn lọc phân đoạn protein nhờ quá trình kết tủa
đẳng điện. Trung hòa kết tủa và sấy phun thu được SPI.[5]
• Quy trình công nghệ:
SVTH:Lê Văn Tiến GVHD:Ths. Huỳnh Thế Viên
18
Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI
Hình 8: Quy trình công nghệ tách SPI bằng cách kết tủa protein ở
pH đẳng điện.
Trong các phương pháp trên thì phương pháp kết tủa ở điểm đẳng
điện được áp dụng phổ biến nhất, phương pháp này được nghiên cứu
nhiều và được ứng dụng nhiều để sản xuất SPI ở quy mô công nghiệp.
Một số nghiên cứu, phát minh về sản xuất soy protein isolate:
a. Quy trình sản xuất isolate protein thương mại ở Mỹ :
Ở Mỹ, người ta đã đưa ra một quy trình để sản xuất isolate
protein :[5]

Bột đậu nành đã khử béo được trộn với nước thành dạng seat
rồi cho vào thùng chứa có pH = 8,5. Dòch chiết sẽ tới thùng chứa
có pH = 4,5 nhờ vào HCl. Tủa được qua thùng chứa có nước chảy
xuống để rửa và cuối cùng đưa về pH = 7 để vào máy sấy phun.
[5]
SVTH:Lê Văn Tiến GVHD:Ths. Huỳnh Thế Viên
19
Điều chỉnh pH
Pha loãng
(pH trung tính)
Sấy phun
SPI
Ly tâm
(pH = 4.2 ÷ 4.8)
Dòc
h
Dòch protein
đậu nành
Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI
Hình 9: quy trình công nghệ sản xuất protein isolate thương mại ở Mỹ [5]
b. Phát minh của Mỹ về sản xuất SPI có sử dụng màng siêu lọc:
Nguyên liệu: bột đậu nành đã được tách béo [14]
Quy trình công nghệ:[5]
SVTH:Lê Văn Tiến GVHD:Ths. Huỳnh Thế Viên
20
Bột đậu nành
đã tách béo
Hoà tan
Nước
(pH=9.0)

Siêu lọcKết tủa protein
(pH=3.5÷6.0)
Hình 10: Bột đậu nành đã tách béo[14]
Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI
Hình 11: Quy trình công nghệ tách SPI từ bột đậu nành đã tách
béo bằng phương pháp siêu lọc.[5]
Mô tả chi tiết về phương pháp tách SPI có sử dụng màng siêu
lọc:
Trong một quá trình sản xuất thương mại tiêu biểu, SPI được chiết
ở pH kiềm nhẹ từ bột đậu nành đã được tách béo. Phần lớn protein sau
SVTH:Lê Văn Tiến GVHD:Ths. Huỳnh Thế Viên
21
Chất xơ,
nhôm,
phytate
Rửa
Nước
(pH đẳng điện)
Pha loãng
(pH trung tính)
Sấy phun
Sản
phẩm
Ly tâm
Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI
đó được kết tủa khỏi dòch chiết thu được bằng cách điều chỉnh về pH
đẳng điện của protein (pH = 3.8÷6.0), bởi lẽ ở pH này protein không
tan, khối protein được tách khỏi các chất tan như đường, muối,…bằng ly
tâm. Để hoàn tất việc làm sạch, protein được rửa bằng nước ít nhất 1
lần ở pH đẳng điện. Sau đó protein được đem đi pha loãng ở pH trung

tính rồi đem đi sấy phun. Dưới những điều kiện sản xuất như thế này,
SPI thu được có chứa hàm lượng phytate cao (2.0÷3.0% khối lượng).[5]
SPI có chất lượng cao với một hàm lượng phytate và nhôm giảm
đáng kể được sản xuất bằng phương pháp siêu lọc. Bột đậu nành đã
được tách béo đã được chuẩn bò trước và đã điều chỉnh pH sao cho ở
pH này các protein có thể tan được. Các protein tan có thể đi qua màng
siêu lọc. Hệ thống siêu lọc sẽ loại bỏ phytate và nhôm. Protein tan qua
hệ thống siêu lọc chỉ một lần, SPI sau đó được kết tủa từ dòch thu được
sau khi qua siêu lọc bằng cách điều chỉnh về pH đẳng điện của protein.
[5]
Mặt trái của phương pháp này là làm cho pH của hệ bột đậu nành
đã pha loãng với nước (50% nước theo khối lượng) tăng lên 9.0. Sau
một thời gian thích hợp để chiết, nguyên liệu được lưu chuyển qua một
thiết bò siêu lọc cái mà sẽ cho protein đi qua và loại bỏ chất xơ, nhôm
và phytate. Sau khi hoàn tất quá trình siêu lọc, dòch thấm qua được
điều chỉnh về pH đẳng điện của protein đậu nành. Protein tinh sạch kết
tủa sau đó, và khối kết tủa được tách ra bằng cách ly tâm.[5]
Quá trình lọc sử dụng nhiều kỹ thuật để phân tách những cấu tử
mong muốn ra khỏi những cấu tử không mong muốn. Thông thường có
hai kiểu khi dòng nhập liệu tiếp xúc với thiết bò lọc: dòng nhập liệu
đập vuông góc với màng và dòng nhập liệu chảy ngang qua bề mặt
của màng lọc. Đối với kiểu thứ nhất, dòng nhập liệu chảy thẳng góc
với màng lọc. Đối với kiểu thứ hai, ngược lại với cách thứ nhất, dòng
nhập liệu chảy song song với bề mặt màng lọc và nước lọc khuếch tán
qua nó. Sản phẩm thu được, cái mà thấm qua màng lọc thu được gọi là
dòch lọc, cái bò giữ lại gọi là bã lọc. Những thiết bò lọc được phân loại
dựa vào kích thước của các phần tử bò giữ lại trên màng. Ví dụ, những
màng lọc microfilter nói chung giữ lại những phần tử có đường kính
lớn hơn 0.1-10 µm, những màng ultrafilter giữ lại được những phần tử
và những đại phân tử có đường kính lớn hơn 0.05-0.1 µm, màng

hyperfilter giữ lại được những phần tử có đường kính lớn hơn khoảng
chừng 0.001 µm. Nếu nhìn dưới góc độ khối lượng phân tử những màng
ultrafilter giữ lại những cấu tử có khối lượng lơn hơn 10000-500000
SVTH:Lê Văn Tiến GVHD:Ths. Huỳnh Thế Viên
22
Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI
dvc. Thông thường việc lọc trong phòng thí nghiệm diễn ra thuận lợi,
nhưng khi lọc ở quy mô công nghiệp thường phải đối mặt với rất nhiều
khó khăn.[5]
Theo lý thuyết, quá trình siêu lọc có thể tách, cô đặc, và tinh sạch
các thành phần protein. Nhưng trong thực tế quá trình siêu lọc không đi
đến những điều lý tưởng như giả thiết. Chẳng hạn, hầu hết những
màng siêu lọc hiện tại có đường kính lỗ có thể thay đổi được và khả
năng phân cắt theo khối lượng phân tử cũng không được đồng nhất.
Hơn nữa, dòch lọc chảy liên tục (thể tích dòch lọc/đơn vò diện tích lọc/
đơn vò thời gian) qua màng siêu lọc thì bò ảnh hưởng lớn bởi sự có mặt
của một lớp phân cực hoặc bởi sự tắc nghẽn màng lọc.[5]
Lớp phân cực được hình thành trong quá trình siêu lọc và làm
giảm bớt sự chuyển chất tan qua màng, bằng cách ấy làm hạ thấp tốc
độ lọc của thiết bò và thay đổi tính chất phân chia của nó. Sự phân cực
gây ra bởi sự đối lưu qua màng. Nếu dòng lưu chất chảy qua màng
nhanh hơn những chất được giữ lại có thể khuếch tán vào trong dòng
lưu chất thu hồi, một lớp ướt đẫm được hình thành sát bề mặt màng. Bề
dày của lớp và trở lực của nó đối với dòng chảy phụ thuộc vào tốc độ
của những chất cần thu hồi được lưu chuyển qua. Nói chung khả năng
lọc của màng trong trường hợp này phụ thuộc vào bề dày của lớp phân
cực và cũng phụ thuộc vào những thành phần tự nhiên của nó.[5]
Trở lực gây ra bởi sự tắc nghẽn là do các chất hoá học ngưng
đọng liên kết với màng lọc. Trong lớp trở lực được giữ tỳ vào màng lọc
bởi lực thuỷ động lực học, sự tắc nghẽn gây nên do lớp phân cực là khá

rõ ràng.[5]
Để thu được sản phẩm cô đặc có độ tinh khiết cao, quá trình lọc
có thể được theo dõi hoặc bổ sung thêm chất trợ lọc. Chất trợ lọc có
thể được bổ sung theo phương pháp gián đoạn hoặc phương pháp liên
tục.[5]
Phương pháp này liên quan đến việc cải tiến quá trình siêu lọc để
phân tách protein ra khỏi những thành phần không mong muốn chẳng
hạn như phytate và aluminum. Điều này được thực hiện bằng cách sử
dụng một màng siêu lọc bằng kim loại ở một giá trò pH mà tại đó
protein sẽ tan và qua được màng lọc trong đó phytate và aluminum thì
không qua được.[5]
Phương pháp này liên quan tới việc tách protein đậu nành khỏi
phytate và aluminum bằng cách sử dụng màng siêu lọc để thu dòch lọc
SVTH:Lê Văn Tiến GVHD:Ths. Huỳnh Thế Viên
23
Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI
là một hỗn hợp protein đã được phân tách ra có hàm lượng phytate và
aluminum thấp và chất được giữ lại bao gồm phytate và aluminum.
Chất trợ lọc có thể được sử dụng để giúp quá trình lọc diễn ra tốt hơn.
[5]
Cụm từ phytate được dùng ở đây được hiểu bao gồm muối của
acid phytic và những phân tử phức tạp của acid phytic và những thành
phần khác của một sản phẩm thực phẩm. Acid phytic, hay
hexaorthomonophosphate ester của myo-inositol, xuất hiện với mức độ
khá cao trong các loại ngũ cốc và những loại hạt có dầu chẳng hạn như
phytin, muối magie, canxi. Trong bột đậu nành xay thô, khoảng chừng
70% photpho bò phá huỷ bởi phytin. Acid phytic sẽ hình thành phức hệ
phytate-khoáng-protein trong suốt quá trình, cái mà sẽ làm giảm giá trò
sinh học của các loại khoáng như kẽm, magie, canxi,… Trong suốt quá
trình chuẩn bò phân tách protein isolate theo những phương pháp

truyền thống nhiều acid phytic và muối phytate ở lại liên kết với
protein để hình thành nên những phức hợp. Việc loại bỏ phytate khỏi
SPI là cần thiết vì phospho phytate không có giá trò dinh dưỡng đối với
con người và nó còn cản trở sự hấp thu các chất khoáng chẳng hạn như
canxi, sắt và kẽm. Vì thế nó cần được loại ra hoặc làm giảm hàm
lượng của nó trong đậu nành.[5]
SVTH:Lê Văn Tiến GVHD:Ths. Huỳnh Thế Viên
24
Các phương pháp tách SPI từ đậu nành và tăng khả năng ứng dụng của SPI
Hình 12: Quá trình siêu lọc.[5]
 10 – hệ huyền phù của bột đậu nành.
 11 – thiết bò chứa hệ huyền phù.
 12 – thiết bò khuấy.
 13 – ống dẫn hệ huyền phù vào bơm (ống dẫn trước bơm).
 14 – ống dẫn phía sau bơm.
 15 – màng siêu lọc.
SVTH:Lê Văn Tiến GVHD:Ths. Huỳnh Thế Viên
25