TÌM HIỂU QUY TRÌNH sản XUẤT PROTEIN ISOLATE CONCENTRATE từ đậu PHỘNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
------------o0o------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÌM HIỂU QUY TRÌNH
SẢN XUẤT PROTEIN ISOLATE/CONCENTRATE
TỪ ĐẬU PHỘNG

GVHD: Ths. Nguyễn Thị Hiền
SVTH : Hoàng Thị Thúy Nhuần
MSSV : 103110109

Tp.HCM, tháng 10 năm 2008

-i-


Tóm tắt đồ án

TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Đề tài “Tìm hiểu quy trình sản xuất protein isolate/concentrate từ đậu phộng”nhằm mục
đích tổng quan tài liệu về protein isolate/concentrate, giới thiệu quy trình sản xuất protein
isolate/concentrate từ đậu phộng, thành phần protein đậu phộng và các tính chất chức năng
của protein isolate/concentrate trích ly từ đậu phộng.
Protein isolate/concentrate là một dạng sản phẩm protein trích ly từ thực vật, được ứng
dụng nhiều trong công nghệ sản xuất thực phẩm, được xem như là một phụ gia thực phẩm sử
dụng với mục đích tăng hàm lượng protein trong thực phẩm hoặc tăng cường các tính chất
chức năng. Ngoài ra, dạng protein này còn được biết đến như là một nguồn protein “sạch và

an toàn cho sức khỏe”.
Protein đậu phộng có hàm lượng globulins chiếm khoảng 90% tổng lượng protein của hạt,
có thể hòa tan tốt tại pH < 2 và pH >7. Globulins gồm hai thành phần chính là arachin và
conarachin, là dạng protein hình cầu, có tính acid tự nhiên.
Quy trình công nghệ sản xuất protein isolate/concentrate đậu phộng thường sử dụng các
tác nhân như; acid, kiềm, muối, enzyme để trích ly protein. Protein sau khi trích ly sẽ được
hòa tan tại pH kiềm, rồi tiến hành ly tâm thu dịch protein hòa tan. Sau đó, dịch protein thu
được sẽ cho kết tủa lại tại pH đẳng điện 4,5 và tiến hành ly tâm để thu protein kết tủa, sử
dụng phương pháp sấy phun để sấy khô sản phẩm. Sản phẩm protein đậu phộng trích ly có
dạng màu trắng, hương vị dịu, khả năng hòa tan cao, độ nhớt thấp, ổn định nhiệt và có khả
năng tương tác tốt với các thành phần khác.
Tính chất chức năng của protein được tạo ra bởi các nhân tố bên trong như là cấu trúc,
kích cỡ phân tử của protein cùng với các nhân tố môi trường như các phương pháp trích ly,
phương pháp sản xuất protein, pH, nồng độ ion và một vài thành phần khác trong thực phẩm.
Tính chất chức năng của protein rất quan trọng trong sản xuất thực phẩm, được ứng dụng phổ
biến vào trong sản xuất. Vì vậy, sản phẩm protein trích ly sẽ được nghiên cứu về các tính chất
chức năng như khả năng liên kết nước/dầu, khả năng tạo nhũ, khả năng tạo bọt, độ nhớt và
tạo gel.
Bước đầu khảo sát quá trình sử dụng enzyme trích ly protein từ đậu phộng, nhằm mục
đích lựa chọn được thông số nồng độ enzyme thích hợp nhất để trích ly protein, tăng cường
hiệu quả của quá trình trích ly protein.

- Trang iii -


Lời cảm ơn

LỜI CẢM ƠN

T

ôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy, Cô thuộc bộ môn Công nghệ thực
phẩm trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ đã tạo điều kiện học tập, tận tình giảng

dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong suốt bốn năm học tại trường.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy, Cô quản lý phòng Thí nghiệm hóa sinh thuộc
trường Đại Học Bách Khoa đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đồ
án.
Tôi xin dành lời cảm ơn sâu sắc đến cô Nguyễn Thị Hiền và cô Nguyễn Thị Thu Hà đã
tận tình hướng dẫn, hỗ trợ và truyền đạt kiến thức giúp tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Đồng thời, tôi xin chân thành cảm ơn đến tất cả người thân, bạn bè đã giúp đỡ tôi trong
suốt quá trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện đồ án.
Vì thời gian thực hiện đề tài có hạn, quá trình thực hiện đề tài còn gặp nhiều khó khăn
nên không thể tránh khỏi thiếu sót. Tôi xin chân thành đón nhận những ý kiến, đóng góp của
các thầy cô và các bạn.
Xin chân thành cảm ơn!
Tp. HCM, ngày 28 tháng 10 năm 2008
Hoàng Thị Thúy Nhuần

- Trang ii -


Mục lục

MỤC LỤC
Đề mục

Trang

Trang bìa ................................................................................................................................ i

Nhiệm vụ đồ án
Lời cảm ơn ............................................................................................................................ ii
Tóm tắt................................................................................................................................. iii
Mục lục ................................................................................................................................ iv
Danh mục bảng .................................................................................................................... vi
Danh mục hình ................................................................................................................... viii
Danh mục các từ viết tắt & thuật ngữ sử dụng ....................................................................... x
CHÖÔNG 1.GIỚI THIỆU ........................................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề ..................................................................................................................... 1
1.2. Nội dung của đề tài ................................................................................................. 2
CHÖÔNG 2. TỔNG QUAN VỀ PROTEIN ISOLATE/CONCENTRATE .......................3
2.1. Protein isolate/concentrates và ứng dụng.................................................................. 3
2.1.1. Protein isolate/concentrate ....................................................................................... 3
2.1.2. Ứng dụng của protein isolate/concentrate................................................................. 5
2.2. Nguồn nguyên liệu, xử lí nguyên liệu......................................................................... 9
2.2.1. Nguồn nguyên liệu .................................................................................................. 9
2.2.2. Phương pháp xử lí nguyên liệu ................................................................................ 9
2.3. Các phương pháp trích ly, tinh sạch và phân tích protein isolate/concentrate.......12
2.3.1. Các phương pháp trích ly protein ............................................................................12
2.3.2. Tinh sạch protein ....................................................................................................16
2.3.3. Các phương pháp phân tích protein.........................................................................21
2.4. Quy trình sản xuất protein isolate/concentrate........................................................31
2.4.1. Quy trình sản xuất protein concentrate....................................................................31
2.4.2. Quy trình sản xuất protein isolate............................................................................34
2.4.3. Đánh giá ưu nhược điểm của các phương pháp .......................................................37
CHÖÔNG 3. PROTEIN ĐẬU PHỘNG VÀ PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT PROTEIN
ISOLATE/CONCENTRATE.............................................................................................39
3.1.

Tổng quan về đậu phộng..........................................................................................39

- Trang iv -


Mục lục
3.1.1. Đặc điểm sinh thái ..................................................................................................39
3.1.2. Diện tích, sản lượng đậu trên thế giới và tại Việt Nam ............................................40
3.1.3. Cấu tạo quả đậu phộng............................................................................................43
3.1.4. Thành phần dinh dưỡng của hạt đậu phộng .............................................................44
3.2.

Protein đậu phộng ....................................................................................................49

3.2.1. Thành phần protein của đậu phộng .........................................................................49
3.2.2. PPC và PPI .............................................................................................................51
3.3.

Phương pháp sản xuất protein từ đậu phộng..........................................................53

3.3.1. Xử lý nguyên liệu ..................................................................................................53
3.3.2. Các phương pháp trích ly protein đậu phộng...........................................................55
3.3.3. Quy trình sản xuất PPI/ PPC ...................................................................................59
3.4. Tính chất chức năng..................................................................................................63
3.4.1. Phương pháp xác định ............................................................................................63
3.4.2. Tính chất chức năng của protein đậu phộng ............................................................66
3.4.3. Đánh giá ảnh hưởng của phương pháp sấy lên chức năng của protein concentrate
đậu phộng.............................................................................................................................79
CHÖÔNG 4. KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG ENZYME TRÍCH LY PROTEIN
TỪ ĐẬU PHỘNG...............................................................................................................81
4.1. Nguyên liệu ..................................................................................................................81

4.1.1. Đậu phộng................................................................................................................81
4.1.2. Enzyme ....................................................................................................................81
4.2. Phương pháp khảo sát .................................................................................................81
4.2.1. Mục đích khảo sát.....................................................................................................81
4.2.2. Nội dung khảo sát.....................................................................................................82
4.2.3. Các phương pháp phân tích.......................................................................................84
4.3. Kết quả và bàn luận.....................................................................................................84
4.3.1. Khảo sát tính chất nguyên liệu ..................................................................................84
4.3.2. Khảo sát quá trình trích ly.........................................................................................85
4.3.3. Xác định hàm lượng protein .....................................................................................87
CHÖÔNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................91
5.1. Kết luận........................................................................................................................91
5.2. Kiến nghị......................................................................................................................92
TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC
- Trang v -


Danh mục các từ viết tắt & thuật ngữ sử dụng

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT &
THUẬT NGỮ SỬ DỤNG
SPC : “soy protein concentrate” (protein trích ly từ đậu nành)
SPI

: “soy protein isolate” (protein trích ly từ đậu nành)

PPI

: “peanut protein isolate” (protein trích ly từ đậu phộng)

PPC : “peanut protein concentrate” (protein trích ly từ đậu phộng)
PI

: “protein isolate” (protein trích ly)

PC

: “protein concentrate” (protein trích ly)

WHC: “water holding capacity” (khả năng giữ nước)
OBC : “oil binding capacity” (khả năng liên kết với dầu)
EC

: “emulsifying capacity” (khả năng tạo nhũ)

FC

: “foaming capacity” (khả năng tạo bọt)

“supernatant”: phần nổi trên mặt.

- Trang x -


Danh mục hình

DANH MỤC HÌNH
Hình

Trang

Hình 2.1. Thiết bị ép dầu ND – 1250 ............................................................................. . 12
Hình 2.2. Thẩm tích để loại mối (NH4)2SO4 trong kết tủa protein..................................... 18
Hình 2.3. Kích thước mao quản và áp suất ứng với các kỹ thuật membrane .................... 19
Hình 2.4. Mô hình kỹ thuật thẩm thấu ngược (RO) .......................................................... 20
Hình 2.5. Hoạt động của lọc phân tử sephadex................................................................. 25
Hình 2.6. Tách phân tử bằng phương pháp sắc ký trao đổi ion ......................................... 28
Hình 2.7. Quy trình sản xuất PC sử dụng cồn................................................................... 32
Hình 2.8. Quy trình sản xuất PC sử dụng acid.................................................................. 33
Hình 2.9. Quy trình sản xuất PI bằng dung môi................................................................ 34
Hình 2.10. Quy trình sản xuất PI từ các loại đậu .............................................................. 35
Hình 2.11. Quy trình sản xuất PI/PC bằng phương pháp siêu lọc ..................................... 36
Hình 3.1. Cây đậu phộng ................................................................................................ 39
Hình 3.2. Cấu tạo quả đậu phộng ..................................................................................... 43
Hình 3.3. Hạt đậu phộng nảy mầm................................................................................... 44
Hình 3.4. Cấu tạo hạt đậu phộng...................................................................................... 44
Hình 3.5. Trích ly protein bằng dung dịch NaCl tại các giá trị pH khác nhau .................. 56
Hình 3.6. Trích ly protein bằng dung dịch CaCl2 tại các giá trị pH khác nhau ................. 57
Hình 3.7. Quy trình sản xuất PPI /PPC............................................................................ 59
Hình 3.8. Quy trình sản xuất PPI/PPC.............................................................................. 60
Hình 3.9. Ảnh hưởng của tỷ lệ bột/nước lên khả năng thu hồi protein tại pH 10............... 62
Hình 3.10. Ảnh hưởng của pH lên khả năng hòa tan và trích ly protein đậu phộng.......... 66
Hình 3.11. Giản đồ hòa tan của protein trong nước và trong NaCl ................................... 71

Hình 3.12. Ảnh hưởng của các yếu tố thời gian, nồng độ protein, pH, NaCl lên khả năng
- Trang viii -

Danh mục hình
tạo nhũ ............................................................................................................................ 73
Hình 3.13. Khả năng tạo bọt của phân đoạn protein và protein......................................... 75
Hình 4.1. Sơ đồ khảo sát.................................................................................................. 82
Hình 4.2. Quy trình chuẩn bị bột đậu phộng tách béo....................................................... 82
Hình 4.3. Quy trình sử dụng enzyme trích ly protein từ đậu phộng .................................. 83
Hình 4.4. Bảng phân tích anova ảnh hưởng của thời gian trích ly lipid đến lượng lipid còn sót
lại trong mẫu ................................................................................................................... 86
Hình 4.5. Bảng so sánh trung bình ảnh hưởng của thời gian trích ly lipid đến lượng lipid còn
sót lại trong mẫu.............................................................................................................. 87
Hình 4.6. Biểu đồ hàm lượng lipid còn sót theo thời gian trích ly..................................... 88
Hình 4.7. Bảng phân tích anova ảnh hưởng của nồng độ enzyme sử dụng để trích ly đến hàm
lượng protein thu được sau trích ly .................................................................................. 89
Hình 4.8. Bảng so sánh trung bình ảnh hưởng của nồng độ enzyme sử dụng để trích ly đến
hàm lượng protein thu được sau trích ly........................................................................... 89
Hình 4.9. Biểu đồ ảnh hưởng của nồng độ enzyme sử dụng để trích ly đến hàm lượng protein
thu được sau trích ly ........................................................................................................ 90

- Trang ix -


Danh mục bảng

DANH MỤC BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 2.1 : Thành phần của ISP (Theo hàm lượmg chất khô)................................................ 3
Bảng 2.2: Chỉ tiêu chất lượng của SPC ................................................................................ 4

Bảng 2.3: Ứng dụng của PI/PC đậu nành vào chế biến thực phẩm ....................................... 6
Bảng 2.4. Thành phần của một loại thức uống ..................................................................... 7
Bảng 2.5. Lượng dịch cho vào các ống nghiệm lần 1 ......................................................... 22
Bảng 2.6. Lượng dịch cho vào các ống nghiệm lần 2 ......................................................... 22
Bảng 3.1 Phân ngành cây đậu phộng.................................................................................. 39
Bảng 3.2. Diện tích trồng, sản lượng và sản phẩm đậu phộng trên thế giới......................... 41
Bảng 3.3. Diện tích, năng suất, sản lượng đậu phộng của Việt Nam từ 2001 – 2005 .......... 42
Bảng 3.4. Thành phần hóa học của hạt đậu phộng từ các mẫu khác nhau (g/100g) ............. 45
Bảng 3.5. Thành phần hóa học của hạt đậu phộng.............................................................. 46
Bảng 3.6. Hàm lượng nguyên tố khoáng từ các mẫu khác nhau (mg/100g) ........................ 47
Bảng 3.7. Thành phần các chất trong hạt đậu phộng .......................................................... 48
Bảng 3.8. Hàm lượng các acid béo trong hạt đậu phộng..................................................... 48
Bảng 3.9. Thành phần amino acid của bột đậu phộng loại béo từ các mẫu khác nhau (g/100 g
protein).............................................................................................................................. 50
Bảng 3.10. Thành phần của bột đậu thô, bột đậu qua xử lý và PPC .................................... 51
Bảng 3.11. Thành phần amino acid của PPI, PPC đậu phộng ............................................. 52
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của thời gian sấy và nhiệt độ sấy đến khả năng tách vỏ lụa ............ 54
Bảng 3.13. Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến lượng dầu còn lại trong bột lạc(%) ......... 55
Bảng 3.14. Ảnh hưởng của xử lý và lên men lên tính chất chức năng của bột đậu .............. 67
Bảng 3.15. So sánh độ nhớt giữa huyền phù protein isolate đậu nành (SPI, 91%protein) và
protein concentrate đậu phộng (PPC, 87% protein) trước và sau khi xử lý nhiệt................. 69
Bảng 3.16. Ảnh hưởng của phương pháp xử lý lên tính chất chức năng của PPC ............... 80
- Trang vi -


Danh mục bảng
Bảng 4.1. Thành phần nguyên liệu..................................................................................... 84
Bảng 4.2. Khảo sát thời gian trích ly lipid.......................................................................... 85
Bảng 4.3. Hàm lượng protein thu được sau trích ly ........................................................... 87

- Trang vii -


Chương 1. Giới thiệu
Chöông 1. GIỚI THIỆU
1.1. Đặt vấn đề [2], [5]
Ta biết rằng protein là thành phần không thể thiếu được của tất cả các cơ thể sinh vật.
Cùng với axit nucleic, protein giữ vai trò quyết định và là cơ sở của sự sống. Protein có
những đặc tính như: đa dạng về mặt cấu trúc, có khả năng ứng dụng lớn với những biến đổi
lý – hoá học, khả năng thích ứng với môi trường bên ngoài và khả năng tái lập trạng thái
ban đầu khi ngừng tác dụng. Protein có hoạt tính sinh học cao là thành phần cấu tạo các chất
hoạt động sinh học như enzyme, hoocmon, điều hoà, kháng thể, là thành phần cấu tạo các
mô.
Về mặt dinh dưỡng đối với người và động vật bậc cao, protein là một nguồn thực phẩm
quan trọng nhất, là một thành phần chính không thể thiếu trong khẩu phần thức ăn hàng
ngày. Trong cơ thể người protein tham gia xây dựng nên các tế bào, tổ chức các cơ quan,
thành phần chủ yếu của các enzyme các nội tiết tố, các kháng thể.
Trước đây nói đến nguồn protein, người ta thường nghĩ đến các loại thức ăn có nguồn
gốc từ động vật gọi là “thịt đỏ”. Thập niên gần đây, thế giới đặc biệt quan tâm tới nguồn
protein từ thực vật. Theo FAO, chỉ có 30% protein tiêu thụ trên toàn thế giới có nguồn gốc
từ động vật, còn lại 70% là từ thực vật, đã minh chứng cho xu thế sử dụng protein thực vật
trong thế giới hiện đại.
Sở dĩ, giờ đây người ta quan tâm tới nguồn protein từ thực vật và vi sinh vật là vì:
-

Sự thiếu hụt protein do tăng dân số trên toàn cầu.

-

Khoa học cũng đã chứng minh rằng nguyên nhân chính dẫn đến các bệnh về tim

mạch, huyết áp là do sử dụng nhiều protein động vật, vì trong đó có chứa hàm lượng
cholesterol cao.

-

Những năm qua xuất hiện các bệnh lây từ động vật sang người như bệnh “bò điên”
(Bovine Spongiform encephalopathy); bệnh “cúm gia cầm”; bệnh “lở mồm long
móng” từ động vật móng guốc (lợn, dê, trâu, bò); bệnh ”heo tai xanh”.

-

Protein từ thực vật và vi sinh vật có nhiều ưu điểm mà protein động vật không có
được như: là protein sạch chứa đầy đủ các axit amin không thay thế, giá thành rẻ và
không chứa cholesterol.

- Trang 1 -


Chương 1. Giới thiệu
Từ những thực tế đó, việc tìm kiếm một nguồn protein mới an toàn hơn cho sức khoẻ
như protein isolate/concentrate trích ly từ thực vật, đã và đang được tập trung nghiên cứu,
xem đây là nguồn protein thay thế lý tưởng cho protein động vật.
Protein isolate/concetrate là một dạng sản phẩm được trích li từ các nguồn nguyên liệu có
chứa protein, đặc biệt là từ các nguồn nguyên liệu phổ biến và an toàn như đậu nành, đậu
phộng, gạo, lúa mì, bắp,…
Công nghiệp sản xuất dầu đậu phộng tạo ra một lượng lớn bã đậu phộng đã trích ly dầu
rất giàu hàm lượng protein, giá thành rẻ, chứa 47 - 55 % protein chất lượng cao có đủ 10
amino acid thiết yếu. Vì vậy tăng cường sản xuất protein isolate/concentrate từ bột đậu
phộng đã loại chất béo, tận dụng nguồn protein từ phế liệu của ngành công nghiệp sản xuất
dầu đậu phộng nhằm cung cấp cho ngành công nghệ thực phẩm một nguồn protein mới.

Dạng bột protein này có thành phần và tính chất gần với trạng thái của protein tự nhiên
ban đầu, có giá trị kinh tế cao bởi protein này có thể thay thế protein của trứng, sữa, thịt,
cá… (protein từ đậu nành còn có giá trị dinh dưỡng tương đương với thịt, chứa đầy đủ các
axit amin với tỷ lệ hết sức cân đối hài hoà và có hệ số tiêu hoá cao).
Protein isolate/concetrate có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chế biến thực phẩm.
Được ứng dụng đưa vào sản xuất các mặt hàng thực phẩm cao cấp như: sữa, pate, xúc xích,
chao, bột dinh dưỡng trẻ em, lương khô,… Năm 1965 người ta đã sản xuất ra sản phẩm thịt
chay từ bột protein đậu nành hay protein đậu phộng. Sản phẩm này có cấu trúc, hương vị
và hàm lượng dinh dưỡng tương đương với các sản phẩm thịt từ động vật.
Bột protein có thể được xem là một nguồn nguyên liệu phong phú cung cấp cho các mặt
hàng thực phẩm chay. Một mặt hàng trong thời gian hiện nay đang thu hút được sự chú ý
của rất nhiều người tiêu dùng về sự đa dạng, phong phú về chủng loại và đặc biệt là an toàn
cho sức khoẻ.
1.2. Nội dung của đề tài
Với đề tài đồ án tốt nghiệp: tìm hiểu quy trình sản xuất protein isolate/concentrate từ
đậu phộng, tôi muốn khái quát, giới thiệu một số phương pháp sản xuất ra sản phẩm protein
isolate/concentrate (PI/PC), các tính chất chức năng của protein đậu phộng sau khi trích ly
và bước đầu khảo sát quá trình trích ly protein từ đậu phộng.

- Trang 2 -


Chương 2. Tổng quan về protein isolate/concentrate
Chöông 2. TỔNG QUAN VỀ PROTEIN ISOLATE/CONCENTRATE
2.1. Protein isolate/concentrates và ứng dụng [32], [24]
2.1.1.

Protein isolate/concentrate

Phân loại protein concentrate hay isolate tuỳ thuộc vào hàm lượng protein có trong sản

phẩm. Protein isolate (PI) là sản phẩm có hàm lượng protein không ít hơn 90 % tính theo
hàm lượng chất khô. Protein concentrate (PC) là sản phẩm có hàm lượng protein cao hơn
65% tính theo hàm lượng chất khô.
Hiện nay protein isolate/concentrate được sản xuất nhiều nhất là từ nguồn nguyên liệu
đậu nành, whey, đậu phộng, lúa mì.
 Một số định nghĩa về protein isolate/concentrate
Protein isolate đậu nành (SPI): Theo specification of the Association of American Feed
Control Officials, Inc. (AAFCO) định nghĩa PI sản xuất từ nguyên liệu đậu nành như sau:
“Soy protein isolate (SPI) là phân đoạn chủ yếu của protein đậu nành được chuẩn bị
từ đậu nành đã được tách vỏ bằng cách loại bỏ các thành phần phi protein và phải được
thu nhận ít nhất là 90% protein theo hàm lượng chất khô”.
Bảng 2.1.

Thành phần của SPI (Theo hàm lượng chất khô)

Thành phần

Phần trăm khối lượng (%)

Protein

90

Chất béo

0.5

Tro

4.5

Carbohydrate tổng

0.3

Thành phần khác

4,7

Ngoài ra protein isolate cũng được định nghĩa là dạng protein thu nhận được thông qua
việc tách hấu hết các chất béo, đường cùng một số thành phần khác ra khỏi bột (VD: đậu
nành, đậu phộng). Bột này gọi là protein isolate, chứa khoảng 90% hàm lượng protein, dạng
prtotein này thường ít bán trực tiếp cho người tiêu dùng mà thường được sử dụng cho các
sản phẩm công nghiệp, hoặc được ứng dụng cho một vài sản phẩm dược phẩm.
Protien concentrate đậu nành (SPC): là protein thu được từ việc loại bỏ hầu hết
carbohydrates và chất béo từ các loại hạt đã bỏ vỏ, chứa trên 65% protein. Protein
- Trang 3 -


Chương 2. Tổng quan về protein isolate/concentrate
concentrate đậu nành nhiều hàm lượng chất xơ và giống với đậu nành nguyên chất hơn.
Protein concentrate tồn tại dưới hai dạng: dạng hột nhỏ và dạng bột.
Theo Association of American Feed Control Official, Inc (AAFCO) SPC được định
nghĩa như sau:
“SPC được sản xuất từ các loại hạt đậu không bị hư hỏng, sạch sẽ và đã tách vỏ bằng
cách loại bỏ gần như toàn bộ dầu nước và các thành phần tan phi protein và phải chứa ít
nhất 70% protein trên hàm lượng chất khô”
Bảng 2.2.

Chỉ tiêu chất lượng của SPC

Thành phần

Hàm lượng

Protein (Hàm lượng chất khô)

70% min.

Ẩm

8% max.

Chất xơ

4.5% max.

Tro

7% max

Kích thước

95 % < 150 µm

Chất béo

1% max

Số khuẩn lạc

15,000/g. max

Salmonella trong 200 g.

Âm tính

E. Coli trong 1 g

Âm tính

Whey protein concentrate (WPC) có màu trắng đến màu vàng nhạt, không mùi vị, chứa
từ 30-80% protein tùy thuộc loại sản phẩm, đi từ nguồn nguyên liệu là whey. Whey sau khi
thanh trùng, sẽ qua công đoạn tách các thành phần phi protein và sấy phun. Thành phần phi
protein được tách bằng phương pháp vật lý như kết tủa, lọc, thẩm tích. Có thể sử dụng các
chất chỉnh pH để điều chỉnh độ acid của WPC.
Whey protein isolate (WPI) cũng giống như whey protein concentrate, có màu trắng tới
vàng nhạt, không mùi vị. Thành phần protein không thấp hơn 90%, lactose nhỏ hơn 1%, béo
trong khoảng 0.5 – 1%.

- Trang 4 -


Chương 2. Tổng quan về protein isolate/concentrate
2.1.2. Ứng dụng của protein isolate/concentrate [32]

2.1.2.1.

Giới thiệu

Hiện nay sản phẩm PI/PC đang được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực, cả
trong nghành công nghệ thực phẩm và cả trong các nghành công nghiệp khác.
PI/PC được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm với mục đích làm tăng giá trị dinh
dưỡng cho sản phẩm (tăng hàm lượng protein), tăng tính chất cảm quan (cấu trúc mềm hơn,
hương vị hấp dẫn) và cải thiện tính chất chức năng cho sản phẩm như: khả năng tạo nhũ,
khả năng hấp thu nước và chất béo và đặc tính kết dính.
 Sản phẩm PI/PC trích ly từ nguồn nguyên liệu đậu nành được sử dụng trong sản
phẩm thực phẩm do những đặc trưng dinh dưỡng hay các tính chất chức năng của chúng.
Về mặt dinh dưỡng, đặc trưng của PI/PC đậu nành bao gồm: hàm lượng protein cao,
không có mặt của anti-trysine và các yếu tố kháng dinh dưỡng khác, không làm đầy hơi và
có hàm lượng chất xơ đáng kể. Giá trị dinh dưỡng của protein trong sản phẩm PI/PC tùy
thuộc vào tỷ lệ hấp thu. Tỷ lệ hấp thu (Protein Efficiency Ratio (PER) của protein trong sản
phẩm PI/PC là thấp hơn so với protein trong bột đậu nành một chút. Điều này chắc chắn có
liên quan đến quá trình trích ly.
Đặc tính chức năng quan trọng nhất của PI/PC đậu nành là: khả năng kết hợp với nước
(hấp thu nước), khả năng kết hợp với lipid và khả năng nhũ hóa. Có thể tham khảo những
ứng dụng của PI/PC đậu nành qua bảng 2.3
Bảng 2.3.

Ứng dụng của PI/PC đậu nành vào chế biến thực phẩm [32]

Các sản phẩm thịt

Các sản phẩm sữa

Sản phẩm bánh - ngũ cốc

Khác

- Mỳ ống

Thịt khô cắt miếng

Bột giải khát

Bánh mỳ và bánh cuộn

Súp, nước xốt,

Thịt hộp

Pho mát

Bánh mỳ đặc biệt

nước chấm.

Bánh cake các loại
Thịt bắp

Chất làm trắng café
Các món tráng

Các sản phẩm gia
cầm

miệng

Bánh Dough Nut
Ngũ cốc cho bữa sáng
Các sản phẩm pasta

Chất đánh kem

Kẹo, bánh, đồ
tráng miệng.
Thức ăn cho vật
nuôi trong nhà.

- Trang 5 -


Chương 2. Tổng quan về protein isolate/concentrate
Các sản phẩm hải

Thức uống cho trẻ

Các ứng dụng cho bánh

sản

em

nướng khác như bánh

Các sản phẩm khác

Chất thay thế sữa

cookies, pastry, crackers,

cho gia súc mới

snacks, pancakes, vv..

sinh
 Sản phẩm PI/PC đậu phộng được miêu tả như sau: màu trắng, hương vị dịu, khả
năng hòa tan cao, độ nhớt thấp, ổn định nhiệt, có khả năng tương tác tốt với các thành phần
khác.
PI/PC đậu phộng được ứng dụng rất đa dạng vào trong sản xuất thực phẩm, được sử
dụng để tăng cường thành phần protein, tăng hương vị đậu phộng cho các sản phẩm bánh,
bánh mì, kẹo, sản phẩm ngũ cốc và các loại kem. Các dạng sản phẩm từ đậu phộng càng đa
dạng về hương vị hơn khi kết hợp với các thành phần khác như: đường, mật ong, lecithin,
men, mạch nha, trái cây sấy, các hương tự nhiên và tổng hợp. VD tại Ấn Độ sử dụng PPI
trong các sản phẩm sữa, các loại sữa đông, sản phẩm phomat.
 Sản phẩm WPI và WPC là các sản phẩm có tính chất chức năng cao như khả năng
tạo nhũ, tạo gel, tạo bọt, khả năng liên kết với chất béo, liên kết với nước.
WPC, WPI có thể được ứng dụng trong công nghệ chế biến thực phẩm như là nguồn
cung cấp protein cho các sản phẩm đồ uống của trẻ em và người lớn tuổi, đặc biệt là người
tập thể dục thể thao các vận động viên và những người có nhu cầu tăng cân.
WPC, WPI còn được sử dụng rất nhiều trong các sản phẩm thức ăn dinh dưỡng hay sử
dụng trong trong các sản phẩm chế biến giả thịt và cá, các loại súp, nước sốt, bánh mì.
Ngoài ra chúng còn được ứng dụng làm màng bao trong các sản phẩm fresh-cut, chúng
thường được sử dung kết hợp với các chất chống oxi hóa như vitamin C để làm giảm sự mất
nước, giảm sự hóa nâu, cũng như kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm.

2.1.2.2.

Sản phẩm bánh

PI/PC đậu nành rất ít được sử dụng trong các sản phẩm bánh, trừ khi sản phẩm bánh

cần có mức protein cao hơn, còn không thì rất ít khi sử dụng PI/PC. Vì xét về mặt dinh
dưỡng và chức năng bột đậu nành cũng có nhiệm vụ tương tự và có hiệu quả kinh tế hơn.
Nên bột đậu nành sẽ được sử dụng thay vì sử dụng PI/PC.
PI/PC đậu phộng được sử dụng nhiều cho sản phẩm bánh nhằm mục đích tăng cường
hương vị đậu phộng cho sản phẩm bánh.

- Trang 6 -


Chương 2. Tổng quan về protein isolate/concentrate

2.1.2.3.

Sản phẩm thịt

Đây là ứng dụng quan trọng nhất của PI/PC đậu nành, đậu phộng trong công nghiệp
chế biến thực phẩm. Ứng dụng này dựa trên khả năng tạo cấu trúc của PI/PC, theo hình thức
này hay hình thức khác để thay thế thịt. Việc sử dụng PI/PC trong các sản phẩm cho phép
giảm tỷ lệ thịt, mà không làm giảm hàm lượng protein, từ đó giúp hạ giá thành sản phẩm.
PI/PC được sử dụng trong thịt vụn, các sản phẩm gia cầm và cá (xúc xích cá và surimi.
chả, nhũ hóa xúc xích…) để làm tăng khả năng giữ nước và chất béo. Mức thường sử dụng
tính trên hàm lượng chất khô là: 5 – 10% trong chả, 2 – 8% trong tương ớt, 2 – 12% trong
thịt viên, 3.5% trong xúc xích, 5 – 10% trong thỏi cá.
Trong xúc xích dạng nhũ như xúc xích Đức và Bologna, PI/PC sử dụng cho liên kết ẩm
và béo và như một chất ổn định nhũ tương. Mức độ sử dụng là 1% đến 4% dựa trên việc
hydrate hóa.

2.1.2.4.

Sản phầm đồ uống

PI/PC đậu nành được sử dụng như chất ổn định phân tán trong thức uống giống sữa và
bắt chước các sản phẩm từ sữa như kem chua. Có mặt trong công thức của thức uống giống
sữa sản xuất bởi A.E Staley Mfg.Co., Công thức và hướng dẫn cho việc chuẩn bị thức uống
được cho dưới đây:
Bảng 2.4.

Thành phần của một loại thức uống

Thành phần

Phần trăm khối lượng (%)

Soy protein concentrate

6.0 %

Sucrose

0.6 %

Syrup bắp

2.0 %

Chất béo

3.0 %

Mono-và di-glycerides

0.1 %

Muối

0.05 %

Nước

88.25 %

- Trang 7 -


Chương 2. Tổng quan về protein isolate/concentrate
PI/PC đậu nành được hydrate hóa với nước trong máy trộn, sau đó được trộn với các
thành phần khác, ngoại trừ chất béo được thêm vào và trộn kỹ. Hỗn hợp được gia nhiệt đến
65-700C. Chất béo (được hydrogen hóa và khử mùi) và các hợp chất hương được thêm vào.
Hỗn hợp được đồng hóa, làm lạnh và đóng gói.
PI/PC sản xuất từ whey được sử dụng chủ yếu trong các sản phẩm đồ uống vì khả năng
hòa tan của WPC rất cao. Whey protein có khả năng hòa tan trong khoảng pH dao động khá
rộng, đặc biệt gần pH 4.5. Do đó chúng còn được ứng dụng trong các thức uống có tính
acid. Việc bổ sung whey protein ở đây vừa để tăng hàm lượng protein cho sản phẩm, vừa
đóng vai trò như tác nhân nhũ hóa và tạo đục cho sản phẩm.

2.1.2.5.

Sản phẩm dạng sữa

PI/PC đậu nành được sử dụng trong chất tạo trắng trong cà phê không sữa, lớp mặt

trên mặt bánh, nhũ hoá kem chua hay phô mai…Cơ sở cho những ứng dụng này là yêu cầu
không có sữa động vật trong các sản phẩm thực phẩm. Sản phẩm có nguồn gốc thực vật,
không có cholesterol, không có chất gây dị ứng, làm tăng giá trị kinh tế.
Phô mai được sản xuất từ PI/PC đậu nành, có hay không có thành phần whey sữa, có
cấu trúc, hương vị giống phô mai sản xuất từ sữa động vật.
PI/PC đậu phộng cũng được ứng dụng rất nhiều trong các sản phẩm dạng sữa, sữa chua
và kem.

2.1.2.6.

Các ứng dụng khác

PI/PC cũng có ứng dụng trong ngàng công nghiệp giấy, chúng được sử dụng như chất
dính giữa các lớp giấy, bọt chống cháy, trong rất nhiều loại sơn và mực, và trong các sản
phẩm của plastic, chất dính.
Ngoài ra, PI/PC được hydro hoá một phần có đặc tính ổn định bọt tốt và có thể được sử
dụng như các chất tạo bọt khi kết hợp với albumin của trứng trong sản phẩm bánh, kẹo.
SPI cũng thể hiện hiệu quả hỗ trợ cho quá trình sấy phun trong puree rau trái. Trong
ứng dụng này, nó có thể thay thế maltodextrin, với những ưu điểm đóng góp protein trong
sản phẩm cuối cùng. Trong sản phẩm puree chuối chín sấy phun có hơn 20% SPI trong chất
khô.

- Trang 8 -


Chương 2. Tổng quan về protein isolate/concentrate

2.1.2.7.

Sử dụng protein isolate cho người tiêu dùng

Có thể sử dụng protein isolate theo nhiều cách khác nhau như: thêm vào các sản phẩm
nước trái cây ưa thích, thêm vào các sản phẩm sữa khấy hoặc sữa ngọt, có thể rắc trực tiếp
vào các sản phẩm ngũ cốc nhằm làm tăng hàm lượng protein.
Những sản phẩm làm tại nhà như Yogurt đậu nành, nếu cho quá nhiều nước, có thể tăng
độ nhớt bằng cách cho thêm protein isolate.
2.2. Nguồn nguyên liệu, xử lí nguyên liệu
2.2.1. Nguồn nguyên liệu [2], [12]
Giới hạn nguyên liệu ở đây chỉ là “tất cả nguyên liệu có chứa protein” có nghĩa là các
nguyên liệu thực vật, động vật có chứa thành phần protein. Các nguyên liệu đã được trích ly
protein như: đậu nành, đậu phộng, gạo, lúa mì, bắp, các loại đậu, dừa, hạt bông, hạt nho,…
tất cả các nguyên liệu có chứa protein đều được tận dụng.
Tuy nhiên, tuỳ nguồn nguyên liệu mà thành phần của các hợp chất trong nguồn nguyên
liệu khác nhau, nên sẽ có các phương pháp xử lí, trích li khác nhau. Ví dụ: hàm lượng
protein ở động vật: trong cơ có 16 -23 %, trong gan có 18 -19%, trong tim có 16 -18 %, ở
thực vật: hạt 10 -13%, trong lá và thân khoảng 1,2 – 3%.
Thực phẩm giàu protein có nguồn gốc thực vật được biết đến chủ yếu là các loại đậu
khoảng 20 - 40% protein (đậu nành, đậu phộng, đậu xanh, đậu cove) các loại rau và ngũ cốc
khoảng 6 – 12 % (gạo, ngô, bột mì…).
2.2.2. Phương pháp xử lí nguyên liệu [1], [2], [6]

2.2.2.1.

Loại bỏ vỏ hạt

Phá vỡ vỏ hạt của các loại hạt có dầu có nhiều phương pháp khác nhau
-

Phá vỡ vỏ hạt qua ma sát với bề mặt nhám: hạt được cho vào máy với một vận tốc

xác định, khi hạt tiếp xúc với bề mặt nhám sẽ hình thành lực cản, hãm sự chuyển động của
hạt, do đó vỏ hạt bị tróc ra khỏi nhân.
-

Phá vỡ vỏ hạt dựa trên sự va đập của vỏ hạt lên bề mặt rắn: phương pháp này dựa

trên nguyên tắc hạt chuyển động với vận tốc nào đó bị va đập lên bề mặt rắn đang chuyển
động. Vỏ hạt sau khi va đập sẽ vỡ ra, tách hạt ra khỏi nhân.
-

Phá vỡ vỏ hạt do cắt hạt bằng cơ cấu dao: khi hạt rơi vào khe chuyển động giữa dao

động và dao tĩnh, các lưỡi dao bố trí trên các dĩa quay sẽ xé nát vỏ hạt, tách nhân ra khỏi vỏ.
- Trang 9 -


Chương 2. Tổng quan về protein isolate/concentrate
-

Phá vỡ hạt bằng nén ép trong khe giữa các trục quay: hạt rơi vào khe trục quay, hạt

bị nén lại, vỏ bị xé nứt, tách ra khỏi nhân.
Làm sạch hạt qua hệ thống liên hoàn máy sàng – gió, đây là một loại máy làm sạch liên
hợp, vừa tách tạp chất ra khỏi hạt theo kích thước, vừa dựa vào tính chất khí động lực và
tính chất sắt từ. Hiệu quả làm việc của máy phụ thuộc vào tính chất vật lý của hạt và hỗn
hợp tạp chất, tốc độ của dòng khí, cấu trúc khe gió, dạng và kích thước lỗ sàng, tải trọng của
khối hạt tác dụng lên mặt sàng và hệ thống hút gió.

2.2.2.2.

Tách dầu ra khỏi nguyên liệu

Hiện nay trong công nghiệp có hai phương pháp trích li dầu đó là:
-

Phương pháp ép bằng máy ép có các cơ cấu khác nhau

-

Phương pháp trích ly bằng các dung môi hữu cơ.

Hoặc có thể sử dụng hai phương pháp kết hợp, ép ở giai đoạn đầu và trích ly trong giai
đoạn sau.
Trong các phương pháp này, lựa chọn những phương phương pháp nhiệt độ thấp và ít
ảnh hưởng đến chất lượng protein nhất.
2.2.2.2.1. Quá trình ép
Thường dùng các loại máy ép trục vít trong quá trình ép xảy ra biến đổi của protein như:
khi tác động áp lực cao lên phân tử protein gây sức ép lên các phân tử acid amin và làm biến
tính protein, làm giảm tính tan của các phân tử protein. Áp lực phát sinh trong máy ép càng
cao, càng làm cho nguyên liệu trong máy ép nóng lên, sự biến tính protein càng xảy ra sâu
sắc. Nên thường ít sử dụng phương pháp ép để trích ly dầu với nguyên liệu dùng để trích ly
protein.
2.2.2.2.2. Phương pháp trích ly bằng dung môi
Được sử dụng nhiều nhất vì dung môi hữu cơ có tác động lên protein và làm biến tính
chúng nhưng mức độ biến tính bởi dung môi thấp hơn rất nhiều so với biến tính bởi nhiệt
độ.


Nguyên tắc

Dùng dung môi hữu cơ để hoà tan dầu có trong nguyên liệu rắn ở điều kiện xác định,
sau đó tách dung môi ra khỏi dầu. Đầu tiên dung môi thấm ướt lên bề mặt, sau đó thấm sâu
vào bên trong nguyên liệu tạo ra mixen (dung dịch dầu trong dung môi). Nhờ đó, mixen
không chỉ hoà tan dầu trên lớp bề mặt mà còn hoà tan dầu phân bố trong các ống mao dẫn bị
- Trang 10 -


Chương 2. Tổng quan về protein isolate/concentrate
bọc kín. Quá trình hoà tan dầu vào dung môi (vào mixen) diễn ra cho đến khi đạt đến sự cân
bằng. Dầu thu được sau khi trích ly chủ yếu là thoát ra từ bề mặt bột nghiền, do việc chưng
sấy tạo ra. Do dung môi thấm rất khó khăn vào các tế bào chưa bị phá vỡ nên việc chiết lấy
lượng dầu trong các tế bào xảy ra chậm.
Nguyên liệu có dầu dùng để trích ly cần đạt các yêu cầu sau: nguyên liệu được phá vỡ
cấu trúc tế bào đến mức tối đa, bột ở dạng dính, vón, dễ dàng tách ra khỏi dung môi, hấp
phụ dung môi với lượng không đáng kể, nhưng dễ dàng và nhanh chóng thấm ướt dung môi,
dung môi thẩm thấu tự do vào nội tâm các hạt xốp.


Yêu cầu chung đối với dung môi dùng để trích ly

Dung môi phải đáp ứng yêu cầu cao về mặt kinh tế, tức là ít bị tổn thất khi tổ chức thu
hồi, đảm bảo vận tốc quá trình trích ly và phải chiết kiệt dầu có trong nguyên liệu. ngoài ra,
dung môi phải có thành phần đồng nhất, có độ sạch cao, nhanh chóng hoà tan dầu vào hỗn
hợp với dầu theo bất cứ tỷ lệ nào, có ẩn nhiệt hoá hơi và tỷ nhiệt riêng nhỏ để dễ cất ra khỏi
dầu và bã dầu, dễ ngưng tụ: đặc biệt là dung môi không tham gia phản ứng với nguyên liệu
trích ly, không có tác dụng phá hại thiết bị, không gây độc đối với người, không gây hư
hỏng sản phẩm cả trong quá trình bảo quản.
Trong công nghiệp trích ly dầu thực vật người ta thường sử dụng các loại dung môi sau:
hydrocacbon mạch thẳng từ các sản phẩm chế biến dầu mỏ (thường là phần dầu nhẹ),
hydrocacbo thơm, rượu béo, hydrocacbon mạch thẳng dẫn xuất clo. Trong số đó phổ biến là

xăng và hexan.
Xăng là hỗn hợp các hydrocacbon mạch thẳng, không tan trong nước, khả năng hoà tan
dầu, mỡ, sáp là 1/5.
Yêu cầu đối với xăng trích ly dầu: nhiệt độ bắt đầu sôi không thấp hơn 60oC, khối lượng
riêng ở 15oC là 720 – 725 kg/m³, tỷ lệ phần sôi dưới 76oC không lớn hơn 0.5%, trong phạm
vi 76 –101oC ít nhất 96 %, nhiệt độ sôi cuối cùng không lớn hơn 105oC.
Phương pháp trích ly dầu thường dùng là trích ly liên tục, đây là phương pháp cơ bản để
tách dầu hiện nay. Trong quá trình trích ly, nguyên liệu có dầu và dung môi có thể chuyển
động cùng chiều hoặc ngược chiều. Có 2 phương pháp để trích ly dầu :
–

Ngâm nguyên liệu trong dòng chuyển động ngược chiều chuyển động của dung môi.

–

Dội tưới liên tục, nhiều đợt dung môi (hoặc mixen lỏng) lên lớp nguyên liệu chuyển

động. Trên đường chuyển động của nguyên liệu ra khỏi thiết bị trích ly gặp dung môi nạp
vào ngược chiều.
- Trang 11 -


Chương 2. Tổng quan về protein isolate/concentrate
Thiết bị trích ly cải tiến ND – 1250
(làm việc theo phương pháp ngâm)
gồm các bộ phận chủ yếu sau:
1) Tháp tải nguyên liệu
2) Trục vít vận chuyển
3) Tháp ngang
4) Tháp trích ly đứng

5) Vít tải chẻ nguyên liệu

Hình 2.1. Thiết bị ép dầu ND - 1250
Thông số công nghệ của thiết bị (sản xuất dầu đậu nành): nhiệt độ xăng nạp vào là
55 – 600C, thời gian một vòng chuyển động của trục vít ở tháp tải là 90s, trục vít ngang 61s
và trục vít đứng 72s, lưu lượng xăng cần bơm vào thiết bị là 9 – 10 m3/h, hàm lượng xăng
của bã dầu ra khỏi thiết bị là 28 – 29 %, hàm lượng dầu của bã dầu ở độ ẩm 10% là
0,8 – 0,9%, mixen có nồng độ là 15 – 17%, cặn lắng của mixen chưa lọc là 0,1%, năng suất
thiết bị là 200 tấn đậu nành hạt/ngày.
2.3.

Các phương pháp trích ly, tinh sạch và phân tích protein [7], [8], [30]
2.3.1. Các phương pháp trích ly protein

Tuỳ theo nguyên liệu và tính chất của protein mà cách trích ly protein có nhiều phương
pháp khác nhau. Các phương pháp trích ly và tinh sạch protein đều dựa trên những tính chất
hóa lý của protein cần trích ly như độ tích điện, kích thước phân tử, độ hòa tan... Nhiều
protein còn liên kết với các phân tử sinh học khác nên việc chiết rút các protein này còn phụ
thuộc vào bản chất của các liên kết.

2.3.1.1.

Phân tách protein nguyên thể

Muốn thu nhận được các protein nguyên thể tức là protein có tất cả tính chất tự nhiên
đặc trưng của nó, cần sử dụng các biện pháp khác nhau.

- Trang 12 -

Chương 2. Tổng quan về protein isolate/concentrate
2.3.1.1.1. Nhiệt độ
Để trích ly các protein khác nhau dựa trên kết tủa của chúng, người ta có thể sử dụng
phương pháp biến tính chọn lọc nhờ tác dụng của nhiệt.
Để thu nhận chế phẩm protein theo phương pháp kết tủa thuận nghịch bằng các muối
trung tính, cần tiến hành ở nhiệt độ thấp, đối với dung môi hữu cơ cần tiến hành ở nhiệt độ
dưới 00C tránh biến tính protein.
2.3.1.1.2. Nồng độ proton (pH)
Protein là các chất lưỡng tính, vì vậy, trong các dung dịch acid và kiềm chúng sẽ bị phân
ly như sau:
Protein - COOH

kiềm

Protein - COO- + H+

acid
acid
Protein - NH2

kiềm

Protein - NH3+

Do các acid amin trong chuỗi polypeptide còn có nhiều nhóm chức tự do dưới dạng các
ion hóa là nguyên nhân tạo ra tính đa điện của protein. Phân tử protein rất dài nên nhóm ion
tự do tận cùng của chuỗi polypeptide không đáng kể, chủ yếu các nhóm chức tự do khác
phân cực mạnh của chuỗi bên (gốc R) quyết định tính chất tích điện của phân tử protein
(nhóm cacboxyl của amino acid, OH của tyrosine, ε - NH2 của lysine, guamidin của
arginine, inidazol của histidine). Mức độ ion hóa của các nhóm này phụ thuộc vào giá trị

pH.
Trong môi trường acid (pH =1) nhóm caccboxyl không ion hoá, nhóm amin ở trạng thái
proton hoá; ngược lại trong môi trường kiềm (pH = 11), nhóm cacboxyl ion hoá, nhóm
amin không ion hoá.
Các nhóm acid ở dạng anion trong môi trường kiềm, các nhóm kiềm tồn tại ở dạng
cation trong môi trường acid.
Như vậy, ở một giá trị pH xác định, mỗi phân tử protein có một điện tích tổng số nào
đấy mà độ lớn của nó phụ thuộc vào số lượng các nhóm tích điện dương và tích điện âm.
Kết quả là ở giá trị nồng độ H+ cố định, các protein khác nhau trong hỗn hợp sẽ có tổng điện
tích khác nhau.
Nhiều phương pháp dùng để trích ly các hỗn hợp protein đều dựa vào đặc tính này. Các
phân tử protein mang điện tích tổng số (dương hoặc âm) cùng dấu đẩy nhau ra xa nên dễ tan
vào dung dịch. Mỗi một protein có một giá trị pH nhất định mà ở đó tổng số điện tích âm và
- Trang 13 -


Chương 2. Tổng quan về protein isolate/concentrate
điện tích dương trong phân tử bằng không, phân tử protein không di chuyển trong điện
trường. Giá trị đó gọi là điểm đẳng điện của protein, ký hiệu là pHi.
Điểm đẳng điện của các acid amin trung tính có giá trị pH từ 5,6 - 7,0, đối với các acid
amin có tính acid (dicarboxylic) là từ 3,0 - 3,2, đối với các acid amin có tính kiềm (diamino)
là từ 9,7 - 10,8. Ở điểm đẳng điện, độ hòa tan của protein là thấp nhất, protein dễ bị kết tủa.
Dựa vào tính chất này, người ta có thể tách từng phần các protein trong hỗn hợp. Cũng
giống như trường hợp tác dụng của nhiệt độ trong việc trích ly protein, có thể dùng phương
pháp biến tính chọn lọc nhờ tác dụng của pH của môi trường, điều chỉnh pH của môi
trường, tách protein ra khỏi hỗn hợp của chúng.
2.3.1.1.3. Tác nhân hóa học
Có thể dùng muối trung tính hoặc các dung môi hữu cơ để trích ly protein. Phương pháp
này được tiến hành dựa trện cơ sở độ hòa tan của protein phụ thuộc vào sự tương tác của
các nhóm tích điện trong phân tử protein với các phân tử nước. Sự tương tác đó (còn gọi là

sự hydrate hóa) sẽ bị giảm xuống khi thêm vào dung dịch protein các dung môi hữu cơ hoặc
các muối trung tính (làm thay đổi pH dung dịch về pHi, làm kết tủa protein). Dung môi hữu
cơ thường dùng là etanol, isopropanol, acetone hoặc hỗn hợp các loại rượu.
Các muối trung tính có thể dùng là (NH4)2SO4, Na2SO4, MgSO4...Tuy nhiên, người ta đã
nhận thấy muối (NH4)2SO4 là tốt nhất vì nó không làm hại mà làm ổn định (làm bền) hầu
hết các loại protein. Loại muối này lại rẻ tiền và phổ biến. Độ hòa tan của nó lại rất lớn (bão
hòa 767g/l ở 250C).
Có thể dùng (NH4)2SO4 ở cả 2 dạng: dạng bột và dạng dung dịch bão hòa. Khi dùng bột,
người ta cho từng ít một vào dịch chiết protein. Cách cho cũng ảnh hưởng lớn đến lượng kết
tủa ban đầu của protein. Khi cho muối vào dịch chiết cần phải có máy khuấy từ để đảm bảo
sự hòa tan của muối.
Khi dùng dung dịch bão hòa, trong nhiều sách về phương pháp nghiên cứu, người ta đưa
ra bảng tính số lượng muối cần thiết để pha các dung dịch có độ bão hòa khác nhau ở những
nhiệt độ nhất định.
Tùy theo trạng thái (NH4)2SO4 cho thêm vào dịch chiết protein mà có công thức tính
toán khác nhau.
― Đối với (NH4)2SO4 ở dạng bột

x( g ) 

0,515.v( S 2  S1 )
1  0,272 S 2
- Trang 14 -


Chương 2. Tổng quan về protein isolate/concentrate
Trong đó V là thể tích dung dịch, S1, S2 là độ bão hòa cho trước và độ bão hòa cần đạt
Người ta cũng có thể dùng bản đồ toán (nomogram) để chiếu và xác định được lượng
(NH4)2SO4 thêm vào để dịch chiết protein đạt được một độ bão hòa nhất định. Hoặc có thể
đối chiếu ở bảng có sẵn. Lượng (NH4)2SO4 đưa vào để dung dịch có độ bão hòa nhất định

có khác nhau tùy theo nhiệt độ thí nghiệm.
― Đối với (NH4)2SO4 ở dạng dung dịch bão hòa.
Thể tích (tính theo ml) của dung dịch bão hòa cần cho vào 100ml dung dịch có độ bão
hòa ban đầu S1 để đạt đến một độ bão hòa S2 cần thiết được tính theo công thức sau:

v ml 

100.( S 2  S1 )
1  S2

2.3.1.2.

Phương pháp phá vỡ tế bào và chiết rút protein

2.3.1.2.1. Phá vỡ tế bào
Có thể phá vỡ cấu trúc của tế bào bằng các biện pháp cơ học như nghiền với bột thủy
tinh hoặc cát thạch anh, làm đồng hóa bằng thiết bị nghiền đồng thể (homogenizator). Thiết
bị này có chày thủy tinh gắn với một môtơ quay và có thể điều chỉnh được tốc độ quay theo
yêu cầu. Các tế bào giữa chày thùy tinh và thành cối sẽ bị phá hủy. Để việc phá vỡ có hiệu
quả, ở mô thực vật, trước khi nghiền, người ta thường thái nhỏ mẫu để vào ngăn đá hoặc
cho trương nước (ví dụ như đối với mẫu hạt khô).
Còn ở các mô của động vật như gan hoặc thận, khi trích ly protein người ta cần cắt bỏ
các mô liên kết. Muốn tách được các protein trong các cấu tử của tế bào, người ta còn phải
dùng các yếu tố vật lý và hóa học khác như sóng siêu âm, dùng các dung môi hữu cơ như
butanol, acetone, glycerin, ethylacetat... và chất tẩy (detergent). Các hóa chất tốt cho việc
phá vỡ các bào quan của tế bào vì trong các cơ quan này thường chứa mỡ.
2.3.1.2.2. Chiết rút protein
Sau khi đã phá vỡ cấu trúc của các tế bào tiến hành chiết xuất các protein bằng các dung
dịch đệm thích hợp, dung dịch muối trung tính hoặc bằng nước hoặc bằng ly tâm tách tế
bào, việc chọn phương pháp trích ly protein tùy thuộc vào tính chất của protein cần nghiên

cứu.

- Trang 15 -