Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện xử lý siêu âm trong quá trình trích ly đến các tính chất chức năng của chế phẩm globulin từ hạt bí đỏ (cucurbita sp )

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN ĐOÀN PHƯƠNG HÒA

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN XỬ LÝ SIÊU ÂM
TRONG Q TRÌNH TRÍCH LY ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CHỨC
NĂNG CỦA CHẾ PHẨM GLOBULIN TỪ HẠT BÍ ĐỎ
(Cucurbita sp.)

Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm và Đồ uống
Mã số: 605402

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2015


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn
TS. Tôn Nữ Minh Nguyệt
Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS. Nguyễn Tiến Thắng
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Phan Ngọc Hòa
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 23 tháng 7 năm 2015
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. TS. Hoàng Kim Anh ...................................... Chủ tịch Hội đồng
2 PGS.TS. Nguyễn Tiến Thắng........................................ Phản biện 1
3. TS. Phan Ngọc Hòa ...................................................... Phản biện 2
4. TS. Lê Phi Nga ................................................................ Ủy viên
5. TS. Trần Thị Ngọc Yên ....................................................... Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA

PGS.TS. Phan Thanh Sơn Nam


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN ĐỒN PHƯƠNG HỊA

MSHV: 13110560

Ngày, tháng, năm sinh: 22 – 12 – 1989

Nơi sinh: Bình Dương

Chun ngành: Cơng nghệ Thực phẩm và Đồ uống

Mã số: 605402

I. TÊN ĐỀ TÀI:
Đề tài:

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN XỬ LÝ SIÊU ÂM
TRONG Q TRÌNH TRÍCH LY ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CHỨC
NĂNG CỦA CHẾ PHẨM GLOBULIN TỪ HẠT BÍ ĐỎ
(Cucurbita sp.)
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
-

Nghiên cứu q trình trích ly globulin từ hạt bí tách béo có sự hỗ trợ của sóng siêu
âm: Khảo sát ảnh hưởng của cơng suất siêu âm, thời gian siêu âm đến hiệu suất
trích ly globulin từ hạt bí đỏ.

-

Xác định tính chất chức năng của chế phẩm globulin được trích ly với sự hỗ trợ
của sóng siêu âm trong các điều kiện khác nhau, đồng thời so sánh với chế phẩm
protein thương mại để đánh giá khả năng ứng dụng của chế phẩm globulin hạt bí
đỏ.


III. Ngày giao nhiệm vụ:
19/ 01/ 2015

IV. Ngày hoàn thành nhiệm vụ
14/06/2015
V. Cán bộ hướng dẫn
PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn
TS. Tơn Nữ Minh Nguyệt

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 07 năm 2014
Cán bộ hướng dẫn

Chủ nhiệm bộ môn

Trưởng khoa Kỹ thuật Hóa học


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn và TS.
Tôn Nữ Minh Nguyệt. Thầy và Cô đã luôn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và theo dõi em sát
sao để em có thể hồn thành luận văn tốt đẹp.
Con cũng xin cảm ơn gia đình đã ln ủng hộ tinh thần và động viên để con có thể dành
nhiều thời gian cho việc thực hiện nghiên cứu.
Em xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc Gia
TPHCM, Quý thầy cô Khoa Kỹ Thuật Hóa Học và đặc biệt là các thầy cô Bộ môn Công
Nghệ Thực Phẩm đã truyền đạt cho em những kiến thức hữu ích và kinh nghiệm quý báu
cũng như tạo mọi điều kiện giúp em hoàn thành tốt luận văn.

Xin trân trọng cảm ơn.

NGUYỄN ĐOÀN PHƯƠNG HÒA


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Bí đỏ (Cucurbita pepo) có nguồn gốc từ Trung Mỹ và được trồng rộng rãi tại Châu Âu và
Châu Á, được biết đến như là một nguồn thực phẩm giàu chất dinh dưỡng. Tuy nhiên hiện
nay, bí đỏ chỉ được sử dụng làm rau trong các bữa ăn hàng ngày, hoặc đóng hộp. Hạt bí
vẫn chưa được quan tâm tìm hiểu nhiều về tính chất cũng như khả năng ứng dụng trong
chế biến thực phẩm. Luận văn này nhằm nghiên cứu khả năng ứng dụng của hạt bí đỏ

trong ngành cơng nghiệp thực phẩm. Khi trích ly nhóm protein tan trong nước muối lỗng
từ bột hạt bí đỏ tách béo với sự hỗ trợ của kỹ thuật sóng siêu âm với tần số 20kHz, cơng
suất 10 W/g, thời gian 2 phút, thời gian trích ly 30 phút thì hiệu suất trích ly đạt 82,227%
so với lượng protein tổng trong nguyên liệu và tăng hơn 14,37% khi so sánh với mẫu đối
chứng. Chế phẩm protein thu nhận từ bột hạt bí đỏ tách béo với sự hỗ trợ trích ly bằng
sóng siêu âm có tính chất chức năng tốt hơn khi so sánh với mẫu đối chứng.


ABSTRACT
The pumpkin (Cucurbita pepo) originated from Central America and is widely grown in
Europe and Asia, is known as a source of nutrient-rich foods. But now, pumpkin is used
as vegetables in daily meals, or canned. Pumpkin seeds have not been interested in
finding out more about the properties and applications in food. This thesis aims to study
the application of pumpkin seeds in the food industry. When extracting water soluble salt
group dilute protein from defatted pumpkin seed powder with technical support from
ultrasonic frequency 20kHz, ultrasonic power of 10 W / g, 2minutes, extraction time of 30
minutes, the extraction yield achieved 82.227% of crude protein weight of the material,
increased by 14.37% when compared with control samples. Preparations of proteins
obtained from defatted pumpkin seeds powder assisted ultrasonic extraction have
differences in functional properties when compared with control samples.


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan tồn bộ số liệu trong luận văn đều được tiến hành thực nghiệm và dưới
sự hướng dẫn của PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn và TS. Tôn Nữ Minh Nguyệt.
Các kết quả được diễn giải trong nghiên cứu đều là trung thực và chưa từng công bố trong
bất kỳ nghiên cứu nào trước đây.

Tôi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.

Học viên thực hiện

NGUYỄN ĐỒN PHƯƠNG HỊA


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ............................................................................................. 1
CHƯƠNG 2 . TỔNG QUAN .......................................................................................... 3
2.1

Thành phần hóa học của hạt bí đỏ. .................................................................... 3

2.1.1

Thành phần hóa học chung ......................................................................... 3

2.1.2

Nhóm protein tan trong dung dịch muối-globulin-trong hạt bí đỏ ............. 6

2.2

Kỹ thuật sóng siêu âm và ứng dụng trong q trình trích ly protein ................. 7

2.2.1

Khái niệm về sóng siêu âm ......................................................................... 7

2.2.2

Cơ chế tác động của sóng siêu âm .............................................................. 8

2.2.3
âm

Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả trích ly nguyên liệu có hỗ trợ sóng siêu
…………………………………………………………………………….9

2.2.4

Ứng dụng của sóng siêu âm trong q trình trích ly protein .................... 11

CHƯƠNG 3. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................ 13
3.1 Nguyên liệu .......................................................................................................... 13
3.2 Thiết bị thí nghiệm ............................................................................................... 13
3.2 Nội dung nghiên cứu ............................................................................................ 15
3.2.1 Mục đích nghiên cứu ..................................................................................... 15
3.2.2 Sơ đồ nghiên cứu ........................................................................................... 16
3.2.3 Các quy trình thực hiện trong nghiên cứu ..................................................... 17
3.2.4 Hoạch định thí nghiệm................................................................................... 22
3.2.4.1 Khảo sát nguyên liệu bột hạt bí đỏ tách béo .................................................. 22
3.2.5 Phương pháp phân tích .................................................................................. 26
3.2.6 Cơng thức tính tốn........................................................................................ 27
3.2.7. Phương pháp xử lý số liệu ........................................................................... 29
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................................................... 30
4.1 Khảo sát nguyên liệu bột hạt bí đỏ tách béo ........................................................ 30
4.2. Khảo sát ảnh hưởng của công suất siêu âm đến hiệu suất trích ly và tính chất chức
năng của globulin từ hạt bí đỏ tách béo ..................................................................... 31

4.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của công suất siêu âm đến hiệu suất trích ly globulin từ hạt
bí đỏ tách béo .......................................................................................................... 31
4.2.2. Khảo sát tính chất chức năng của chế phẩm globulin theo công suất siêu âm và
so sánh với chế phẩm soy protein ........................................................................... 33
4.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến hiệu suất trích ly và tính chất chức
năng của globulin từ hạt bí đỏ tách béo ..................................................................... 43
4.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến hiệu suất trích ly globulin từ hạt
bí đỏ tách béo .......................................................................................................... 43
4.3.2. Khảo sát tính chất chức năng của chế phẩm globulin theo thời gian siêu âm
và so sánh với chế phẩm soy protein ...................................................................... 45
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................ 53
5.1

Kết luận ............................................................................................................ 53

5.2

Kiến nghị .......................................................................................................... 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 54
Phụ lục


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Thành phần hóa học của hạt bí.................................................................. 3
Bảng 2.2 Thành phần acid amin có trong hạt bí đỏ .................................................. 4
Bảng 3.1 Chỉ tiêu chất lượng của NaCl .................................................................. 14
Bảng3.2 Thiết bị sử dụng trong luận văn ............................................................... 15
Bảng 3.3 Thông số kĩ thuật của thiết bị siêu âm dạng thanh Sonicator®, model
VC 750 .................................................................................................................... 15

Bảng 4.1. Thành phần hóa học cơ bản của nguyên liệu bột hạt bí đỏ tách béo
................................................................................................................................ 31
Bảng 4.2. Nồng độ protein, nhóm SH tự do và bề mặt kỵ nước của các chế phẩm protein
thu nhận theo công suất siêu âm và chế phẩm soy protein isolate ......................... 34

Bảng 4.3. Nồng độ protein, nhóm SH tự do và bề mặt kỵ nước của các chế phẩm protein
thu nhận theo thời gian xử lý siêu âm và chế phẩm soy protein isolate ................ 46.


DANH MỤC HÌNH
Hình 3.1 Thiết bị siêu âm dạng thanh Sonicator® ................................................. 16
Hình 3.2 Sơ đồ nghiên cứu .................................................................................... 17
Hình 3.3 Sơ đồ quy trình thu nhận bột hạt bí đỏ tách béo ..................................... 18
Hình 3.4 Bột hạt bí đỏ đã tách béo ......................................................................... 20
Hình 3.5 Quy trình thu nhận dịch trích globulin thơ từ bột hạt bí đỏ tách béo ..... 20
Hình 3.6 Quy trình thu nhận chế phẩm globulin concentrate ................................ 22
Hình 4.1. Bột hạt bí đỏ đã tách béo ........................................................................ 27
Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của cơng suất siêu âm đến hiệu suất
trích ly globulin hạt bí đỏ tách béo ......................................................................... 33
Hình 4.3 Chế phẩm globulin từ hạt bí đỏ tách béo ................................................. 34
Hình 4.4. Khảo sát khả năng tạo bọt của chế phẩm globulin theo cơng suất
siêu âm. .................................................................................................................. 36
Hình 4.5. Khảo sát độ bền bọt của chế phẩm globulin theo công suất siêu âm ..... 36
Hình 4.6. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của công suất siêu âm đến khả năng
tạo nhũ .................................................................................................................... 39
Hình 4.7. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của công suất siêu âm đến độ bền nhũ
của chế phẩm globulin từ hạt bí đỏ tách béo. ......................................................... 39
Hình 4.8. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của công suất siêu âm đến khả năng hấp

thu dầu của chế phẩm globulin từ hạt bí đỏ tách béo ............................................ 41.
Hình 4.9. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của công suất siêu âm đến khả năng hấp
thu nước của chế phẩm globulin từ hạt bí đỏ tách béo. .......................................... 42
Hình 4.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến hiệu suất
trích ly globulin hạt bí đỏ tách béo ........................................................................ 44
Hình 4.11. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến khả năng tạo
bọt của chế phẩm globulin hạt bí đỏ tách béo. ....................................................... 47
Hình 4.12. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến độ bền bọt
của chế phẩm globulin hạt bí đỏ tách béo. ............................................................. 47
Hình 4.13. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến khả năng tạo nhũ
của chế phẩm globulin hạt bí đỏ tách béo ............................................................. 49
Hình 4.14. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến độ bền nhũ
của chế phẩm globulin hạt bí đỏ tách béo. ............................................................. 49
Hình 4.15. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến khả năng hấp
thu nước của chế phẩm globulin từ hạt bí đỏ tách béo. .......................................... 50
Hình 4.16. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến khả năng hấp
thu dầu của chế phẩm globulin từ hạt bí đỏ tách béo. ........................................... 51


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
S – subunits
FAO - Food and Agriculture Organization of the United Nations


1

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU
Bí đỏ (Cucurbita pepo) là một loại thực vật được trồng làm rau, có nguồn gốc từ
Trung Mỹ và được trồng rộng rãi tại Châu Âu và Châu Á. Theo thống kê năm 2013 của tổ
chức Nông lương thế giới (FAO), diện tích trồng bí đỏ chiếm khoảng 3,09 % so với tổng

diện tích trồng rau trên thế giới và sản lượng thu hoạch đạt khoảng hơn 24 triệu tấn mỗi
năm. Tại Việt Nam, bí đỏ được trồng rộng rãi từ đồng bằng đến cao nguyên và vẫn chưa
có sự thống kê chính thức về sản lượng thu hoạch cũng như diện tích trồng trọt. Hạt bí đỏ
được xem như là một phụ phẩm trong quy trình chế biến bí đỏ. Có rất nhiều nghiên cứu
trên thế giới về thành phần và cơng dụng của hạt bí đỏ đối với sức khỏe con người. Theo
Leila Rezig (2012), đã nghiên cứu rằng trong thành phần hạt bí đỏ có chứa 31,57% dầu
bao gồm một lượng lớn các acid béo có lợi như oleic, linoleic, palmitic acid và
tocopherols giúp ngăn ngừa bệnh viêm khớp, loãng xương, hạ huyết áp, cải thiện các dấu
hiệu lão hóa và phịng ngừa ung thư [1]. Đã có nhiều nghiên cứu trong nước và trên thế
giới về trích ly cũng như ứng dụng dầu hạt bí đỏ, như là nguyên liệu để sản xuất diesel
sinh học tại Hy Lạp, thực phẩm chức năng hỗ trợ điều trị bệnh, dầu dùng để nấu ăn ở một
số quốc gia Tây Phi và Trung Đông [2], [3]. Ngồi chất béo, trong thành phần hạt bí đỏ
cịn chứa nhiều protein (chiếm khoảng 33,92%) với hàm lượng cao nhất là globulin, tiếp
theo là glutelin, albumin và prolamin [1], [4]. Nghiên cứu trích ly protein từ bã hạt bí đỏ
đã qua tách béo được xem là khả thi để mở ra khả năng ứng dụng chế phẩm protein từ hạt
bí đỏ vào ngành cơng nghiệp thực phẩm, góp phần làm tăng giá trị sử dụng cho bí đỏ.
Trên thế giới, các nhà nghiên cứu đã tìm ra thành phần hóa học cũng như đặc trưng
các phân đoạn protein từ hạt bí đỏ theo phương pháp trích ly truyền thống. Ở Việt Nam,
đã có nghiên cứu so sánh về hiệu quả trích ly albumin từ hạt bí đỏ tách béo theo phương
pháp truyền thống và phương pháp sử dụng sóng siêu âm hoặc chế phẩm enzyme [5]. Tuy


2

nhiên chưa có cơng bố về tính chất chức năng và khả năng ứng dụng của các phân đoạn
protein còn lại trong hạt bí đỏ.
Bên cạnh việc trích ly protein theo phương pháp truyền thống, sử dụng sóng siêu âm
được xem là một quá trình tiền xử lý nguyên liệu để hỗ trợ trích ly protein và phương
pháp này đã cho thấy hiệu quả khả quan khi làm tăng hiệu suất trích ly nhiều loại protein
khác nhau từ những nguyên liệu khác nhau như đậu nành, hạt tía tơ, cám gạo, hạt chơm

chơm [6], [7], [8], [9].
Trên cơ sở đó, chúng tôi đề xuất đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện xử lý
siêu âm trong q trình trích ly đến các tính chất chức năng của chế phẩm globulin từ hạt
bí đỏ (Cucurbita sp.)” và tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:
-

Nghiên cứu q trình trích ly globulin từ hạt bí tách béo có sự hỗ trợ của sóng siêu
âm: Khảo sát ảnh hưởng của cơng suất siêu âm, thời gian siêu âm đến hiệu suất
trích ly globulin từ hạt bí đỏ.

-

Xác định tính chất chức năng của chế phẩm globulin được trích ly với sự hỗ trợ
của sóng siêu âm trong các điều kiện khác nhau, đồng thời so sánh với chế phẩm
protein thương mại để đánh giá khả năng ứng dụng của chế phẩm globulin hạt bí
đỏ.
Chúng tơi hy vọng kết quả nghiên cứu sẽ tạo tiền đề cho các nghiên cứu chuyên sâu

hơn về đối tượng protein từ hạt bí đỏ, góp phần sớm triển khai ứng dụng vào thực tiễn
nhằm nâng cao thêm giá trị sử dụng của hạt bí đỏ.


3

CHƯƠNG 2 . TỔNG QUAN
2.1 Thành phần hóa học của hạt bí đỏ.
2.1.1 Thành phần hóa học chung
Bảng 2.1 giới thiệu về thành phần hóa học cơ bản của hạt bí đỏ. Theo các báo cáo
được cơng bố của tác giả Leila Rezig (2012, 2013) và Patel (2013), thì thành phần hóa
học của hạt bí đỏ từ những vùng ngun liệu khác nhau thì sẽ khác nhau. Trong đó, hàm

lượng dầu chiếm khoảng 31,5-51% (w/w), protein 24-6,5% (w/w), carbohydrates 21,97 %
(w/w), tro 3,97 % (w/w). Tất cả các khảo sát của những tác giả này đều kết luận rằng hạt
bí đỏ là một nguồn tiềm năng rất lớn về dầu và protein.

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của hạt bí [1], [10], [11]

Thành phần

Hàm lượng

Protein

24–36,5% (w/w)

Lipid

31,5-51% (w/w)

Carbohydrates

21,97 % (w/w)

Tro

3,97 % (w/w)

Trong hạt bí đỏ, lipid là thành phần nhiều nhất chiếm khoảng 31,5 - 51% (w/w) tùy
thuộc vào các giống bí đỏ và vùng thu hoạch khác nhau. Tổng số acid béo bão hòa là
18,5% và khoảng 80% acid béo chưa bão hòa chứa chủ yếu là acid oleic (44,11%),
linoleic (34,77%). Hàm lượng acid linoleic cao làm cho dầu hạt bí đỏ dễ bị q trình oxy

hóa dẫn đến hư hỏng. Tuy nhiên, acid béo này có thể có lợi về mặt dinh dưỡng, giúp
chống lại q trình lão hóa và phòng ngừa bệnh tim mạch vành, ung thư. Do đó chất béo


4

từ hạt bí đỏ đã được chứng minh có thể thay thế một số loại dầu thực vật khác như dầu
ngô, dầu đậu nành trong khẩu phần ăn hàng ngày, đồng thời dầu hạt bí đỏ cũng có nhiều
ứng dụng trong việc phòng ngừa và điều trị bệnh [1], [12].
Bên cạnh dầu thì protein trong hạt bí đỏ cũng là thành phần đứng thứ hai về hàm
lượng. Theo Evangelos (1992), protein của hạt bí đỏ có khối lượng phân tử từ 1920097000 dalton [13]. Bảng 2.2 giới thiệu thành phần acid amin trong hạt bí đỏ
Bảng 2.2 Thành phần acid amin trong hạt bí đỏ [14]
Acid amin

Hàm lượng

FAO/WHO (1985)

(g/16g nitrogen)

Người lớn

Trẻ em

Isoleucine

3,21

1,3

2,8

Leucine

6,49

1,9

6,6

Lysine

4,17

1,6

5,8

Cystine

1,17

-

-

Methionine

1,88

1,7

2,5

Tyrosine

3,17

-

-

Phenylalanine

4,47

1,9

6,3

Threonine

3,3

0,9

3,4

Tryptophan

0,86

0,5

1,1

Valine

4,71

3,5

1,3

Histidine

3,26

-

-

Arginine

19,0

-

-

Aspartic acid

9,61

-

-

Glutamic acid

17,3

-

-

Proline

3,37

-

-

Glycine

4,32

-

-

Alanine

4,24

-

-


5

FAO/WHO: Tiêu chuẩn về hàm lượng acid amin trong khẩu phần ăn của người do
FAO/WHO đề xuất năm 1986. [15]
Các nghiên cứu trước đây của Nwokolo và Sim (1987) đã chỉ ra rằng bột hạt bí chứa
một lượng lớn acid amin (ngoại trừ lysine, leucine) cao hơn hẳn đậu nành [15]. Ngồi ra,
hàm lượng acid amin khơng thay thế khá cao và khoảng 90% protein trong hạt bí được
tiêu hóa tốt. Điều này chứng tỏ protein từ hạt bí mang lại nguồn dinh dưỡng cao, có thể
bổ sung vào thực phẩm cho người [13]. Bên cạnh yếu tố dinh dưỡng, protein từ bí đỏ đã
được chứng minh là có khả năng kháng khuẩn. Một peptide có khối lượng phân tử 8 kDa
từ hạt bí đỏ đã được chứng minh có tác dụng ức chế Botrytis cinerea, Fusarium
oxysporum và Mycosphaerella arachidicola với liều dùng 375µg [16]. Một loại protein
khác trong hạt bí đỏ có khối lượng phân tử 28kDa có thể chống lại sự tăng trưởng của
nấm Fusarium oxysporum ở nồng độ lớn hơn 2 mM [17].
Theo Pericin (2006), carbohydrate chứa trong hạt bí đỏ bao gồm pectin (2,7%),
cellulose (4,96%), hemicellulose (4,8%), đường, tinh bột… [18]. Carbohydrate hạt bí đỏ
có chứa các hợp chất gây chứng đầy hơi như raffinose (4,1 g/kg chất khô) và stachyose
(8,1 g/kg chất khô). Tuy nhiên, hàm lượng các hợp chất này trong hạt bí đỏ vẫn thấp hơn
hạt đậu nành (raffinose: 41 g/kg chất khô; stachyose 46 g/kg chất khô) và đậu phộng

(raffinose: 29 g/kg chất khơ; stachyose 11 g/kg chất khơ) [19]. Đây có thể được xem là
một ưu điểm nữa để xem xét khả năng thay thế của hạt bí đỏ so với đậu nành, đậu phộng
trong thực phẩm.
Hạt bí đỏ là một nguồn dồi dào những khoáng chất cần thiết cho nhu cầu của người
trưởng thành. Đặc biệt với hàm lượng kẽm 25,19mg/100g bột nguyên liệu khô, cao hơn
so với mức nhu cầu cần sử dụng hàng ngày (Relative daily value - RDV) 15mg do viện
thực phẩm và dinh dưỡng đề ra, hạt bí đỏ được xem là thực phẩm bổ sung khống có
nguồn gốc tự nhiên với tác dụng chống lại bệnh loãng xương và ung thư tuyến tiền liệt
[12].


6

2.1.2 Nhóm protein tan trong dung dịch muối-globulin-trong hạt bí đỏ
Trong hạt bí đỏ, thành phần protein chính bao gồm các phân đoạn: albumin tan trong
nước, globulin tan trong dung dịch muối, glutelin tan trong dung dịch kiềm, và prolamin
tan trong cồn. Bằng phương pháp điện di trên Polyacrylamide gel (Polyacrylamide gel
electrophoresis and electro focusing - PAGE), tác giả Evangelos (1992) đã ghi nhận là
nhóm protein tan trong nước trong hạt bí có trọng lượng phân tử khoảng 19,200 - 97,000
Dalton. Những giá trị này là tương đồng với một báo cáo khác về albumin và globulin hạt
bí [13]. Thơng thường khả năng hòa tan của protein tại điểm đẳng điệm sẽ thấp nhất,
nhưng đối với protein từ hạt bí đỏ thì khi bổ sung muối vào dung dịch với hàm lượng nhất
định thì khả năng hịa tan của protein sẽ tăng [13].
Leila Rezig (2013) đã nghiên cứu về thành phần amino acid của các phân đoạn
protein hạt bí đỏ. Hàm lượng acid amin có chứa lưu huỳnh được phát hiện trong tất cả
phân đoạn protein ngoại trừ nhóm albumin tan trong nước thì được đặc trưng bởi acid
amin có liên kết kỵ nước. Arginine và glutamine là thành phần acid amin chính trong các
phân đoạn protein [11]. Theo Từ Gia Lợi và cộng sự (2014), thì albumin chiếm 13,5%,
globulin chiếm 20,44%, glutelin chiếm khoảng 49,02% và prolamin chiếm 4,27% so với
phần trăm tổng hàm lượng protein có trong hạt bí đỏ đã tách béo [5] . Tuy nhiên theo một

số báo cáo khác của Kennedy (1979), Jack (1986) và Rezig (2013), globulin chiếm 70-90
% so với tổng lượng protein trong hạt bí đỏ và là một protein cần thiết cho sự tổng hợp
các hợp chất cho quá trình phát triển của cơ thể người [11], [20], [21]. Điều này cũng phù
hợp với nghiên cứu của Marcone (1998), tác giả này cho rằng hàm lượng protein tan
trong dung dịch muối (globulin) vượt trên 60% so với tổng hàm lượng protein có trong
hạt bí đỏ [4]. Có sự khác nhau về hàm lượng các phân đoạn protein hạt bí đỏ, trong các
nghiên cứu nói trên, nguyên nhân có thể là do nguồn nguyên liệu khác nhau.
Theo Leila Rezig (2013), phân đoạn protein chính trong hạt bí đỏ được đại diện bởi
một globulin 11s, còn được gọi là cucurbitin, là một protein hình cầu hexameric với trọng


7

lượng phân tử 54 kDa cho mỗi tiểu đơn vị [11]. Globulin hạt bí đỏ có khối lượng phân tử
khoảng 112000 dalton và được cấu tạo từ hai tiểu đơn vị 12S và 18S, có khối lượng phân
tử lần lượt vào khoảng 63000 và 56000 dalton [22]. Đồng thời, globulin chứa hàm lượng
acid amin có nhóm lưu huỳnh cao nhất trong các nhóm protein từ hạt bí đỏ (8.6mg/100
mg protein) [11]. Globulin từ hạt bí đỏ tan tốt tại pH 7.69, nồng độ natri clorua là 3,99%
và ở nhiệt độ 540C [23].
2.2 Kỹ thuật sóng siêu âm và ứng dụng trong q trình trích ly protein
Hiện nay, kỹ thuật sóng siêu âm được nghiên cứu, ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực
thực phẩm, được xem như là một quá trình tiền xử lý nguyên liệu để trích ly các hợp chất
có hoạt tính sinh học, dầu, protein từ ngun liệu thực vật và động vật. Kỹ thuật sử dụng
sóng siêu âm có ưu điểm là làm tăng hiệu suất, giảm thời gian trích ly và giảm lượng
dung mơi sử dụng so với các phương pháp trích ly truyền thống. Do đó, kỹ thuật sóng
siêu âm được các nhà cơng nghệ đánh giá là một lựa chọn thay thế có giá trị về mặt kinh
tế so với kỹ thuật trích ly truyền thống [24].
2.2.1 Khái niệm về sóng siêu âm
Siêu âm là sóng cơ học hình thành do sự lan truyền dao động của các phần tử trong
khơng gian có tần số lớn hơn giới hạn trên ngưỡng nghe của con người (16 -20kHz).

Ngoài ra, trong trường siêu âm, các phần tử dao động theo phương cùng với phương
truyền của sóng.
Sóng siêu âm hiện đang được nghiên cứu và ứng dụng trong hai lĩnh vực chính:
- Siêu âm tần số thấp và năng lượng cao (16 – 100 kHz): có thể làm thay đổi tính
chất vật lý, hóa học của mẫu. Kỹ thuật này thường được ứng dụng rộng rãi để hỗ
trợ quá trính trích ly, kết tinh, lọc, bài khí, đồng hóa, tiệt trùng… [25]


8

- Siêu âm tần số cao và năng lượng thấp (100kHz-1 MHz) được xem như kỹ thuật
phân tích cấu trúc mẫu, thường được ứng dụng trong kiểm tra cấu trúc thực phẩm,
đo tốc độ dịng chảy [25].
Ngồi ra cịn có nhóm siêu âm chẩn đốn (tần số 1 -10MHz): Sóng siêu âm trong
khoảng tần số này được dùng để chuẩn đốn hình ảnh trong y học, phân tích hóa học
[26]. Chẳng hạn như, trong điều trị ung thư thì sóng siêu âm được sử dụng với công suất
10 W/cm2, thay đổi cấu trúc trong mơ tế bào thì sử dụng cơng suất 103W/cm2 [27].
2.2.2 Cơ chế tác động của sóng siêu âm
-

Hiện tượng xâm thực khí

Trong mơi trường chất lỏng ở điều kiện thường, các phân tử chất lỏng liên kết lỏng
lẻo với nhau nhờ vào các liên kết hóa học. Khi sóng siêu âm truyền vào mơi trường chất
lỏng thì các phân tử trong trường siêu âm sẽ chịu tác động của các chu trình kéo và nén
được hình thành liên tiếp, đồng thời có sự thay đổi áp lực trong các khu vực chất lỏng dẫn
đến hiện tượng xâm thực khí [28].
Trong pha nén, bong bóng khí co lại. Trong pha kéo, khi năng lượng đủ lớn thì
tương tác giữa các phân tử sẽ lớn hơn lực liên kết tại điểm đó, hình thành nên các bọt khí
nhỏ. Khí bên ngồi khuếch tán vào bong bóng khí, diện tích bề mặt bọt khí lớn hơn, nên

sự khuếch tán khơng khí lớn hơn trong pha nén, do đó kích cỡ các bong bóng khí cũng
tăng lên trong mỗi pha kéo. Trong suốt quá trình kéo và nén như vậy, các bong bóng khí
kéo giãn và kết hợp lại. Sự dao động của thành bong bóng khí tương ứng với một khoảng
giá trị tần số sử dụng của sóng siêu âm. Các bong bóng khí lớn dần lên đến một kích
thước tới hạn mà tại tần số đó năng lượng của sóng siêu âm khơng đủ để duy trì pha khí,
làm cho các bong bóng khí vỡ ra gây nên hiện tượng sủi bọt khí [25]. Đồng thời khi bong
bóng vỡ sẽ tạo thành vi tia (microjets) hướng đến bề mặt nguyên liệu. Và dưới tác động


9

này của sóng siêu âm, thành tế bào của nguyên liệu sẽ bị phá vỡ nhanh chóng [28]. Từ đó
làm tăng hiệu suất trích ly các chất hịa tan trong nguyên liệu.
Quá trình nén, kéo của các phân tử trong mơi trường lỏng và hiện tượng hình thành,
lớn lên và vỡ ra của bong bóng khí được mơ tả ở trên chính là hiện tượng xâm thực khí
dưới tác dụng của sóng siêu âm trong mơi trường chất lỏng [25].
-

Hiện tượng vi xốy

Khi hiện tượng xâm thực khí xảy ra, các phân tử va chạm mãnh liệt với nhau hình
thành những điểm có nhiệt độ và áp suất cao (50000C và 5x104 kPa). Từ đó làm tăng khả
năng truyền nhiệt và truyền khối, thúc đẩy các phản ứng hóa học. Tại bề mặt tiếp xúc giữa
hai pha, sóng siêu âm hình thành những vi xốy, gây nên sự hỗn loạn mạnh mẽ, làm giảm
ranh giới giữa các pha, giúp tăng cường sự truyền nhiệt và truyền khối, thúc đẩy sự
khuếch tán [25].
Bên cạnh ưu điểm của việc sử dụng kỹ thuật sóng siêu âm trong q trình trích ly là
tăng đáng kể hiệu suất trích ly, rút ngắn thời gian trích ly, giảm lượng dung mơi sử dụng
thì nhược điểm của kỹ thuật này là làm tăng đáng kể nhiệt độ của khối ngun liệu. Do đó
khi trích ly các hợp chất mẫn cảm với nhiệt độ thì cần có biện pháp ổn định nhiệt độ [29].

2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả trích ly ngun liệu có hỗ trợ sóng siêu âm
-

Cơng suất siêu âm

Khi tăng cơng suất siêu âm sẽ làm tăng mức năng lượng được truyền vào mơi trường
[30]. Do đó, khi tăng cơng suất siêu âm thì hiệu suất trích ly sẽ tăng. Tuy nhiên, hiệu suất
trích ly chỉ tăng tỷ lệ thuận với công suất siêu âm trong một khoảng giá trị nhất định do
năng lượng trong mơi trường truyền sóng sau khi chuyển thành nhiều dạng thì dạng cuối
cùng là nhiệt năng [30].


10

-

Thời gian xử lý siêu âm

Thời gian siêu âm càng dài thì các biến đổi của ngun liệu do sóng siêu âm tác
động càng sâu sắc. Tuy nhiên theo Vinatoru và cộng sự (1997) thì thời gian trích ly là
khác nhau tùy theo loại nguyên liệu, công suất siêu âm, loại và lượng dung môi sử dụng
[31]. Đối với hạt tía tơ (Perilla Seed), Jianfei Zhu (2012) đã cơng bố thời gian xử lý siêu
âm tối ưu để trích ly protein là 12 phút với điều kiện nhiệt độ 400C và công suất siêu âm
60W/g [7].
-

Nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng đến mơi trường truyền sóng, do đó ảnh hưởng đến q trình
truyền năng lượng của sóng siêu âm, từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả trích ly [30]. Khi

nhiệt độ tăng sẽ làm cải thiện q trình trích ly do các phân tử chuyển động nhanh ở nhiệt
độ cao, từ đó giúp tăng tốc độ truyền khối. Tuy nhiên, đối với protein khi nhiệt độ tăng
quá cao sẽ gây biến tính, và ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly protein cũng như tính chất
chức năng của chế phẩm protein. Theo Kain (2009), khi nhiệt độ tăng quá 40oC, hiệu suất
trích ly protein trong đậu nành sẽ giảm xuống [32]. Do đó, khi sử dụng kỹ thuật sóng siêu
âm hỗ trợ q trình trích ly, cần xác định khoảng nhiệt độ phù hợp với từng đối tượng
protein khác nhau nhằm hạn chế hiện tượng biến tính làm giảm hiệu suất trích ly protein.
-

Tỉ lệ dung môi và nguyên liệu

Dung môi sử dụng trong q trình trích ly tùy thuộc vào độ phân cực của chất cần
trích ly, độ phân cực của thành phần khơng mong muốn, mục đích trích ly, độ an tồn.
Để trích ly protein, dung mơi thường sử dụng là nước, dung dịch nước muối, dung
dịch kiềm và cồn. Khi tăng tỷ lệ dung môi so với nguyên liệu thì lượng dịch trích sẽ tăng
lên [33]. Sử dụng một lượng dung mơi thấp thì hiệu suất trích ly thấp [34]. Tuy nhiên, khi
tăng tỷ lệ dung môi và nguyên liệu quá cao, lượng chất chiết phần lớn đã được hòa tan


11

vào trong dung mơi nên hiệu suất trích ly khơng tăng thêm nữa, dẫn đến việc khó thu hồi
protein, lãng phí dung mơi, thời gian và năng lượng. Theo Aguilera (1989), khi tỉ lệ
nguyên liệu/dung môi trong khoảng 1/5 – 1/10 thì hiệu quả trích ly tốt. Theo tác giả Mei
Wang (2011), tỉ lệ nguyên liệu/dung môi tối ưu là 1/10 trong q trình trích ly protein từ
đậu xanh [35].
2.2.4 Ứng dụng của sóng siêu âm trong q trình trích ly protein
-

Theo nghiên cứu của Chittapalo và Noomhorm (2009), khi sử dụng sóng siêu âm

để hỗ trợ q trình trích ly protein từ cám gạo bằng dung mơi kiềm thì thời gian
trích ly sẽ được rút ngắn hơn so với phương pháp trích ly protein truyền thống.
Đồng thời khi cơng suất siêu âm tăng thì hiệu suất trích ly protein tăng theo [8].

-

Năm 2010, Karki đã nghiên cứu trích ly protein từ đậu nành bằng sóng siêu âm và
kết quả là khi tần số siêu âm là 20kHz, tỷ lệ nguyên liệu/nước là 1/10, công suất
siêu âm tăng từ 0 lên 0,3; 0,87; 1,53 và 2,56 W/mL thì hiệu suất trích ly protein
cũng tăng lần lượt từ 53,5% lên 61,5%; 66%, 69% và 78%. Nguyên nhân là khi
công suất siêu âm càng cao thì cường độ sóng siêu âm càng cao, sẽ phá vỡ cấu trúc
mô và tế bào thực vật nhiều hơn, giúp protein trong nguyên liệu tiếp xúc với dung
mơi tốt hơn, từ đó protein dễ hịa tan vào dung môi hơn [36].

-

Năm 2010, Tang và cộng sự đã khảo sát và tối ưu hóa q trình trích ly protein từ
bã hèm và nhận thấy hiệu quả trích ly tốt nhất đạt được sau 81.4 phút, ở nhiệt độ
phịng và cơng suất siêu âm là 88.2 W/100mL [37].

-

Zhenliang Zhang (2010) đã sử dụng kỹ thuật sóng siêu âm ở cơng suất 160W hỗ
trợ q trình trích ly protein từ bã hạnh nhân. Kết quả cho thấy với nhiệt độ 37°C,
pH 10,1, tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi: 1/29,5, thời gian trích ly là 30 phút thì hiệu
suất trích ly protein đạt 69,76% [38].

-

Jianfei Zhu và đồng sự (2012) đã tối ưu hóa q trình trích ly protein từ hạt tía tơ

(Perilla Seed) bằng cách sử dụng sóng siêu âm để hỗ trợ. Kết quả thu được cho