khotailieu com FF292462

Sản xuất protein isolate từ đậu nành

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

I. GIỚI THIỆU NGUYỆN LIỆU
I.1 Tổng quan về cây đậu nành
Đậu nành, hay còn gọi là đậu tương (tên khoa học: Glycine soja Siebold et Zucc
hoặc Glycine max (L.) Merrill, hay Soya hispida Maxim), có nguồn gốc từ phương Đông,
được thuần hóa đầu tiên ở Trung Quốc vào khoảng năm 644 trước CN.
Giới

: Plantae

Ngành
Lớp

:Magnoliophyta
: Magnoliopsida

Bộ

: Fabales

Họ
Phân họ

: Fabaceae
: Faboideae

Giống

: Glycine

Loài
Tên thứ hai

: max
: Glycine max

Điều kiện để cây đậu nành phát triển tốt:
o pH đất trồng: 6,0 – 6,5
o Nhiệt độ: 25 – 300 C
o Lượng mưa: 500 -700mm
o Thời kì trồng : cuối mùa đông, đầu mùa hè
Tính chất vật lý của hạt đậu nành:
o Hình dạng: từ tròn tới thon dài và dẹt
o Màu sắc: vàng, xanh, nâu hoặc đen
o Kích thướt : 18-20g/100 hạt
Cấu trúc hạt đậu nành:
Hạt đậu nành gồm hai phần: vỏ hạt và phôi. Vỏ bao bọc bên ngoài để bảo vệ phôi
bên trong. Vỏ hạt dày hay mỏng tùy theo giống, vỏ chỉ chiếm khoảng 8 % khối lượng
hạt, phần phôi bên trong chứa hai tử diệp, chứa đạm và dầu nên chiếm 90 % trọng lượng
hạt. (Đỗ Huy Bích và cộng sự, 2004)

Hình 1.1 : Cây đậu nành
1


Sản xuất protein isolate từ đậu nành

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

I.1.1 Lịch sử phát triển đậu nành
Năm 2838 trước công nguyên, hoàng đế Trung Quốc Sheng Nung viết Materia
Medica. Trong tài liệu này, cây đậu nành được ghi chú là có giá trị vì khả năng làm
thuốc. Đậu nành được trồng đầu tiên ở Bắc Trung Quốc, từ đây đã truyền sang Nhật, Hàn
Quốc và Nam Á. Đậu nành đã được biết đến như là một thứ thuốc ở các tài liệu từ Trung
Quốc, Ai Cập và Mesopotamia ở những năm 1500 trước công nguyên hay sớm hơn. Ở
thời ấy, những hợp chất đã lên mốc, lên men từ đậu nành đã được sử dụng như là những
chất kháng sinh để trị vết thương và giảm sưng.
Năm 1712, đậu nành được giới thiệu vào Châu Âu bởi Englebert Kaempfer, nhà
thực vật học người Đức đã được học ở Nhật. Một nhà thực vật học người Thụy Điển Carl
von Linne đã hoàn tất nghiên cứu đậu nành và đặt tên cho nó là Glycine max bởi những
nốt sần ở rễ. Không may là đất và khí hậu không thích hợp ở Châu Âu đã làm cho sự thử
nghiệm sản xuất đậu nành bị ngưng.
Cây đậu nành đến Mỹ những năm 1800. Thời đó đậu nành được sử dụng như một
ballast (vật nặng để giữ cho tàu thuyền thăng bằng khi không có hàng) cho những thuyền
có hành trình xa từ Trung Quốc và được dỡ hàng nhường chỗ cho hàng hóa trong chuyến
đi kế tiếp. Vì tò mò, một vài nông dân đã trồng hạt đậu nành. Cây đậu nành đầu tiên
trồng ở Mỹ là cây đậu đã lớn lên ở Pennsylvania.
Năm 1829, những nông dân Mỹ đã trồng đậu nành theo vụ và đến năm 1898 Bộ
Nông Nghiệp Mỹ đã đem về một số giống khác từ Châu Á.
Năm 1904, George Washington Carver đã khám phá ra rằng đậu nành giàu
protein và dầu. Người tiên phong về đậu nành William. J .Morse đã trải qua hai năm ở
Trung Quốc và đã thu được 10 000 giống đậu nành khác phục vụ cho mục đích nghiên
cứu ở Mỹ.
Năm 1920, tiến sĩ John Harvey Kellogg đã đề ra sự thay thế đậu nành vào bữa ăn
và sữa đậu nành cho người tiêu dùng. Tuy nhiên nông dân Mỹ đã không nắm bắt thời cơ
cho tới khi những cánh đồng đậu nành ở Trung Quốc bị tàn phá trong thế chiến

Chất béo

≤1%

Pb

≤ 1 % mg/kg

As

≤ 0.5 % mg/kg

Aflatoxin B1

≤ 5 μg/kg

Tổng khuẩn lạc

≤ 30000 cfu/g
29


Sản xuất protein isolate từ đậu nành

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

E Coli (mpn/100g)

âm tính

Samonella

âm tính

V.3 SPI cho thực phẩm dinh dưỡng
Bảng 5.3: Những giới hạn đặc trưng (%)
Protein (N*6.25 dựa trên chất khô) ≥ 90
Độ ẩm

≤7

Chất béo

≤ 0.5

Tro

≤ 5.8

Fiber thô

≤1

Màu sắc

cream

Mùi

trung tính

Bảng 5.4: Phân tích hàm lượng vi khuẩn
Đếm khuẩn lạc tiêu chuẩn ≤ 20000 per/g
E Coli

Âm tính

Nấm men và nấm mốc
Salmonella (trong 25g)

≤ 100 per/g
Âm tính

30


Sản xuất protein isolate từ đậu nành

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

VI. THÀNH TỰU CÔNG NGHỆ
VI.1 Kết hợp enzyme và siêu lọc
Để làm tăng chất lượng của các sản phẩm soy protein, người ta cũng có thể xử lý
hỗn hợp bột đậu nành tách béo-nước với các enzyme sau đó mới thực hiện bước siêu lọc.
Sử dụng enzyme Pectinase:
Chế phẩm enzyme pectinase có lẫn hoạt tính phytase và nuclease, nên sản phẩm
thu được có hàm lượng acid phytic, acid nucleic giảm. Tính chất chức năng của
sản phẩm được cải thiện do khả năng hoà tan protein tăng khi so sánh với phương
pháp truyền thống tách protein bằng kết tủa acid.
Acid phytic là acid inositol hexaphosphoric ảnh hưởng rất lớn đến tính chất chức
năng và giá trị dinh dưỡng của protein đậu nành. Hàm lượng phytic trong đậu

nành khoảng 1.0-1.47 % trên tổng khối lượng chất khô, chiếm 60% các hợp chất
phosphor trong đậu nành.
Phytase là enzyme thuỷ phân phytic acid thành myo- inositol và photphate.
Enzyme này có trong cây trồng như hạt và đậu đang nảy mầm. Nhiệt độ tối ưu
cho enzyme này hoạt động là 45-50o C, pH tối ưu 5.0 - 5.7. Ezyme bền trong môi
trường 3.5-7.0.
Kết quả hàm lượng phytate là 1.6-1.7 mg/1 g protein, 0.3-0.4 g ribonucleic/1 kg
bột (truyền thống 21-22 mg/1g đậu nành và 7-8 g ribonucleic/1 kg). Ngoài ra
những tính chất chức năng cũng cao hơn phương pháp kết tủa truyề n thống.
Sử dụng ezyme carbohydrase:
Ta có thể dùng một hoặc nhiều enzyme thuỷ phân carbohydrate trong nguyên
liệu, enzyme này có thể là enzyme amylase (α và β), arabinase, xylanase,
cellulose, mannanase, arabinofuranosidase…Yêu cầu các enzyme này không
chứa hoạt tính enzyme protease.

VI.2 Xử lý soy protein bằng sóng âm
Mục đích của nghiên cứu này là để kiểm tra hiệu quả của việc xử lý bằng sóng
siêu âm lên những tính chất vật lý của protein. Đối với mục đích này, SPI được xử lý với
hệ thống máy dò sóng siêu âm bước sóng 20kHz và bể sóng siêu âm (40 và 500 kHz). Hệ
thống mẫu được chuẩn bị với SPI đã được nghiền trong suốt quá trình xử lý bằng sóng
siêu âm với máy dò 20kHz trong 15 phút. Việc xử lý với sóng siêu âm máy dò 20kHz
dẫn đến những thay đổi quan trọng trong tính dẫn, vùng bề mặt đặc hiệu được gia tăng
đáng kể mà là những quan tâm trong cấu trúc thực phẩm và những giá trị được gia tăng
của chỉ số hoạt động nhũ tương. Khối lượng – đường kính, thể tích – đường kính trung
bình bề mặt giảm đáng kể đối với tất cả các mẫu và tất cả các phương pháp xử lý. Không
có những cải thiện trong những tính chất tạo bọt và nhũ hóa của hệ thống mẫu soy
protein sau khi xử lý bằng bể chứa 500 kHz.
(Trích từ Physical properties of ultrasound treated soy proteins; Journal of Food
Engineering Volume 93, Issue 4, August 2009, Pages 386-393)

31


Sản xuất protein isolate từ đậu nành

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

VI.3 Xử lý áp suất cao đối với SPI
Protein isolate được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm như một
nguồn gia vị quan trọng vì tính dinh dưỡng cao và chức năng của nó.Tuy nhiên trong
một số trường hợp thì những ứng dụng của nó bị giới hạn vì sự xung khắc giữa tính hòa
tan và những tính chất khác của nó. Để đạt được những tính chất mong muốn thì những
phương pháp vật lý, hóa học, hóa sinh được sử dụng cho protein đậu nành.Gầ n đây ứng
dụng của áp suất cao vào phân tính những tính chất của protein thưc phẩm đang trở thành
một lĩnh vực được quan tâm.
Xử lý áp suất cao ở 200-600MPa dẫn đến kết quả nhẹ là sự giảm từ từ của tính
tan, sự tăng lên quan trọng của bề mặt không ưa nước. SH tự do trong SPI cũng tăng lên
quan trọng sau xử lý ở áp suất cao 200MPa, nhưng giảm đều khi tăng thêm áp suất. Xử
lý áp suất cao cũng làm tăng đáng kể chỉ số chuyển thành thể sữa nhưng làm giảm đều
chỉ số của nhũ tương. Sư hóa keo do nhiệt độ của SPI cũng giảm khi xử lý áp suất cao.
Ảnh hưởng của xử lý áp suất cao phụ thuộc vào protein trong SPI hòa tan được xử lý.
Kết quả cho thấy có thể sử dụng áp suất cao để phân tích những tính chất của protein đậu
nành bằng cách thay đổi áp suất và protein tập trung.
(Trích từ Effects of high-pressure treatment on some physicochemical and
functional properties of soy protein isolates; Xian-Sheng Wang, Chuan-He Tang, BianSheng Li, Xiao-Quan Yang, Ling Li, Ching-Yung Ma; Department of Food Science and
Technology, South China University of Technology and Food Science Lab, Department
of Botany, The University of Hong Kong; January 2007)

VI.4 Sự hình thành của khối tụ hòa tan được từ SPI thương mại không hòa tan, bằng biện pháp xử lý siêu âm và những tính chất định
hình của chúng.

Sự hình thành của dạng khối hòa tan được từ SPI thương mại không hòa tan bằng
biện pháp đồng hóa được kết hợp và xử lý siêu âm được biểu thị đặc điểm. Sự đông đặc
được xử lý nhiệt của khối kết tụ hòa tan được định dạng vẫn đang được tìm hiểu. Việc
phân tích điện di và độ đục chỉ ra rằng tính tạo tủa không hòa tan ban đầu của SPI
thương mại, hầu hết bao gồm những tiểu phần căn bản của glycinin, được chuyển đổi
thành khối tụ hòa tan. Việc phân tích sắc ký loại bỏ thành phần kích thước cao (HPSEC)
xác nhận sự hình thành khối tụ hòa tan. Cả những tương tác cộng hóa trị và không cộng
hóa trị, nghĩa là những tương tác kỵ nước, các liên kết hydro, liên kết disulfide đều liên
quan đến việc hình thành khối tụ hòa tan. Việc hình thành khối tụ hòa tan cải thiện đáng
kể khả năng định hình tác dụng nhiệt của SPI thương mại.
(Trích từ Formation of soluble aggregates from insoluble commercial soy protein
isolate by means of ultrasonic treatment and their gelling properties ; Journal of Food
Engineering Volume 92, Issue 4, June 2009, Pages 432-437 )

32


Sản xuất protein isolate từ đậu nành

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

VI.5 Sản xuất và tính chất của chất thủy phân casein được bao gói
trong các viên vi capsule bằng cách sấy phun với SPI.
Mục đích của nghiên cứu này là để gói chặt chất thủy phân casein bằng cách sấy
phun với soybean protein isolate (SPI) như là nguyên liệu bên ngoài để làm loãng vị
đắng của sản phẩm. Hai cách xử lý được chuẩn bị: cả hai đều với 12g/ 100g rắn và chứa
cả hai đoạn đối xứng của SPI: chất thủy phân ( 70 : 30 và 80 : 20), gọi là M1 và M2, theo
thứ tự. Mẫu được đánh giá với những đặc tính hình thái học, kích thước phân chia, tính
hút ẩm, tính hòa tan, tính kỵ nước, tính nhiệt và mùi đắng với một panel cảm giác đã
được huấn luyện sử dụng một cặp kiểm tra so sánh (mẫu không bao gói vi capsule và

mẫu bao gói vi capsule). Màng vi capsule có một bức tường liên tục, nhiều mặt lõm và
không xốp. Xử lý M1 và M2 dưa ra những kích thước phân đoạn trung bình là 11.32 và
9.18 μm, theo thứ tự. Nguyên liệu bao xung quanh và/hoặc sự bao vi capsule nâng tính
hút ẩm của chất thủy phân bởi vì chất thủy phân tự do có tính hút ẩm là 53 g nước / 100g
chất rắn và tương ứng M1, M2 có 106.99 và 102.19 g nước / 100 g rắn. Tuy nhiên, tính
hút ẩm giảm, sự thiếu vắng đỉnh trong chất thủy phân được bao vi capsule và kết quả của
việc kiểm tra giác quan panel xem xét những mẫu được vi bao ít đáng hơn (p < 0.05)
không được vi bao, chỉ ra rằng sấy phun với SPI là một phương pháp hiệu quả đối với sự
vi bao và làm suy giảm vị đắng của chất thủy phân casein.
(Trích từ Production and properties of casein hydrolysate microencapsulated by
spray drying with soybean protein isolate; LWT - Food Science and Technology Volume
42, Issue 5, June 2009, Pages 919-923)

IV.6 Những ảnh hưởng của việc xử lý enzyme chuyển hóa glutamin đến
những tính chất nhiệt của protein isolate đậu nành.
Những ảnh hưởng của liên kết cộng hóa trị bởi enzyme chuyển hóa glutamin, đặc
biệt từ nguồn vi khuẩn lên những tính chất chức năng của protein thực phẩm hay sản
phẩm của nó được tập trung vào một số nghiên cứu. Một vài sự cải thiện trong những
tính chất chức năng (bao gồm khả năng hoạt động bề mặt, khả năng gel hóa và sự ổn
định nhiệt độ) của protein thực phẩm bởi kiểu liên kết đó có thể tăng những ứng dụng
tiềm năng trong công nghiệp thực phẩm.
Những ảnh hưởng của liên kết cộng hóa trị của transglutaminase từ vi khuẩn
(MTGase) lên những tính chất nhiệt của SPI bao gồm sự biến tính nhiệt và những chuyển
đổi được khảo sát bởi những máy quét đo nhiệt lượng truyền thống được sửa đổi. Xử lý
MTGase làm tăng lên đáng kể nhiệt độ biến tính nhiệt của glycinin và beta conglycinin
trong SPI. Xử lý MTGase cũng cải thiện khả năng của SPI để chống lại những biến tính
do urea gây ra. Phân tích DSC cho thấy rằng có hai sự chuyển đổi nhiệt độ (Tg) trong
dòng tín hiệu ngược lại của SPI (độ ẩm khoảng 5%), tương ứng từ 45 đến 180 0 C. Những
giá trị Tg của SPI bị giảm bởi xử lý MTGase (ở 37 0 C trong hơn 2h). Những cải thiện
trong khả năng hydrat hóa của protein và sư hình thành những hợp chất cao phân tử có

33


Sản xuất protein isolate từ đậu nành

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

thể tính toán sự thay đổi của những tính chất nhiệt của protein đậu nành gây bởi liên kết
MTGase.
(Trích từ Effects of transglutaminase treatment on the thermal properties of soy
protein isolates; Chuan-He Tang , Zhong Chen, Lin Li, Xiao-Quan Yan; Department of
Food Science and Technology, South China University of Technology; January 2006)

34