Khóa luận nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất sản phẩm bột protein đậu tương (soy whey protein isolate) và bột protein thủy phân (soy whey protein hydrolysate) từ đậu tương

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
----------o0o---------

NGUYỄN THỊ PHƯỢNG
Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT SẢN PHẨM
BỘT PROTEIN ĐẬU TƯƠNG (SOY WHEY PROTEIN ISOLATE)
VÀ BỘT PROTEIN THỦY PHÂN (SOY WHEY PROTEIN
HYDROLYSATE) TỪ ĐẬU TƯƠNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo

: Chính quy

Ngành

: Cơng nghệ Sinh học

Khoa

: CNSH - CNTP

Khóa học

: 2015 – 2019

THÁI NGUYÊN, NĂM 2019


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
----------o0o---------

NGUYỄN THỊ PHƯỢNG
Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT SẢN PHẨM
BỘT PROTEIN ĐẬU TƯƠNG (SOY WHEY PROTEIN ISOLATE)
VÀ BỘT PROTEIN THỦY PHÂN (SOY WHEY PROTEIN
HYDROLYSATE) TỪ ĐẬU TƯƠNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo

: Chính quy

Ngành

: Cơng nghệ Sinh học

Lớp

: K47 – CNSH

Khoa

: CNSH – CNTP

Khóa học

: 2015 – 2019

Người hướng dẫn : 1. TS. Phạm Bằng Phương
2. ThS. Vi Đại Lâm

THÁI NGUYÊN, NĂM 2019


i
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và nghiên cứu để hồn thành khố luận tốt nghiệp,
em đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình, chỉ bảo và động viên của thầy cơ,
bạn bè và gia đình. Em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Phạm Bằng
Phương, cùng các thầy cô công tác tại Khoa Công nghệ sinh học & Công nghệ thực
phẩm – Đại học Nơng lâm Thái Ngun cùng tồn thể cán bộ công tác tại Bộ môn
Sinh học Phân tử - Viện Khoa học Sự sống – Trường Đại học Nông Lâm Thái
Nguyên, những người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian
thực hiện đề tài và hồn thiện khố luận tốt nghiệp. Xin được bày tỏ sự cảm ơn chân
thành tới ban lãnh đạo Viện Khoa học Sự Sống – Trường Đại học Nông Lâm Thái
Nguyên đã giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để em có thể hồn thành tốt đề tài
nghiên cứu.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn bên cạnh,
ủng hộ và động viên em, giúp đỡ em vượt qua mọi khó khăn trong suốt quá trình
học tập và nghiên cứu.

Xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 02 tháng 6 năm 2019
Sinh viên

Nguyễn Thị Phượng


ii
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Thành phần axit amin trong hạt đậu tương ...................................... 4
Bảng 3.1. Danh mục thiết bị được sử dụng..................................................... 17
Bảng 3.2. Danh mục các loại hóa chất được sử dụng ..................................... 18
Bảng 3.3. Xây dựng đường chuẩn định lượng protein theo Lowry ................ 23
Bảng 3.4. Kết quả đo sự ảnh hưởng của thời gian ngâm đến hàm lượng
protein ............................................................................................. 24
Bảng 3.5: Thành phần dung dịch pha gel SDS - PAGE ................................. 25
Bảng 4.1. Hàm lượng protein đậu tương hòa tan ở bước thu dịch sữa đậu .... 30


iii
DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Q trình biến tính protein của SDS ............................................... 12
Hình 4.1. Đậu tương xanh ............................................................................... 27
Hình 4.2. Sơ đồ quy trình nghiên cứu sản xuất bột đậu tương protein Isolate 28
Hình 4.3. Đường chuẩn xác định hàm lượng protein...................................... 29
Hình 4.4. Một số hình ảnh sản xuất thử nghiệm bột protein đậu tương cơ đặc
......................................................................................................... 31
Hình 4.5. Sơ đồ quy trình thủy phân protein đậu tương ................................. 32
Hình 4.6. Một số hình ảnh sản xuất thử nghiệm bột protein đậu tương thủy
phân ................................................................................................. 33

Hình 4.7: Thử nghiệm sản xuất bột protein thủy phân từ dịch chiết thô
enzyme thực vật .............................................................................. 34
Hình 4.8. Kết quả điện di mẫu protein thủy phân ........................................... 35


iv
DANH MỤC TỪ VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

Chú thích

SDS – PAGE

Sodium Dodecyl Sulphate – Polyacrylamide Gel Electrophoresis

BSA

Albumin huyết thanh bị

HCl

Axit clohydric

µl

Microlit

µg

Microgram

Ml

Mililit

SPH

Soy Protein Hydrolazed

SPI

Soy Protein Isolate

RPM

Revolutions Per Minute

kDa

Kilodalton


v
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................... ii
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... iii
DANH MỤC TỪ VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ........................................... iv
MỤC LỤC ......................................................................................................... v

PHẦN 1. MỞ ĐẦU .......................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề.................................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu của đề tài ..................................................................................... 2
1.2.1. Mục tiêu tổng quát .................................................................................. 2
1.2.2. Mục tiêu cụ thể ........................................................................................ 2
PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................... 3
2.1. Tổng quan về đậu tương............................................................................. 3
2.1.1. Giới thiệu chung ..................................................................................... 3
2.1.2. Cấu tạo và thành phần hóa học chung của hạt đậu tương ....................... 3
2.2. Sản xuất protein đậu tương ........................................................................ 5
2.3.Thủy phân protein bằng enzyme ................................................................. 8
2.4. Các phương pháp định lượng protein ...................................................... 10
2.4.1. Định lượng protein bằng phương pháp Kjendahl ................................. 10
2.4.2. Định lượng protein hòa tan bằng phương pháp Lowry......................... 11
2.4.3. Phương pháp điện di protein bằng gel acrylamide .............................. 11
2.5. Phương pháp sấy thăng hoa ..................................................................... 12
2.5.1. Định nghĩa ............................................................................................. 12
2.5.2. Nguyên lí hoạt động của hệ thống sấy thăng hoa ................................. 13
2.5.3. Ưu nhược điểm của phương pháp sấy thăng hoa .................................. 14


vi
2.6. Tổng quan tình hình nghiên cứu sản xuất bột protein đậu tương trong
nước và trên thế giới........................................................................................ 14
2.6.1. Tình hình nghiên cứu trong nước.......................................................... 14
2.6.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ........................................................ 15
PHẦN 3. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ................................................................................................................ 17
3.1. Đối tượng, thiết bị và dụng cụ.................................................................. 17
3.1.1. Đối tượng .............................................................................................. 17

3.1.2. Thiết bị nghiên cứu ............................................................................... 17
3.1.3. Hóa chất................................................................................................. 18
3.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ............................................................ 18
3.2.1. Địa điểm nghiên cứu ............................................................................. 18
3.2.2. Thời gian tiến hành nghiên cứu ............................................................ 18
3.2.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 18
3.3. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 19
3.3.1. Lựa chọn nguyên liệu ............................................................................ 19
3.3.2. Quy trình nghiên cứu sản xuất sản phẩm bột protein đậu tương cô đặc .... 19
3.3.3.Quy trình sản xuất bột protein đậu tương thủy phân ............................. 20
3.3.4.Định lượng protein tổngsố bằng phương pháp Kjeldahl ....................... 21
3.3.5. Định lượng protein hòa tan bằng phương pháp Lowry......................... 23
3.3.6.Phương pháp điện di SDS – PAGE để đánh giá mức độ thủy phân của
protein.............................................................................................................. 24
PHẦN 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 27
4.1. Lựa chọn nguyên liệu và đánh giá hàm lượng protein khô trong đậu
tương bằng phương pháp Kjeldahl .................................................................. 27
4.1.1. Lựa chọn nguyên liệu ............................................................................ 27
4.1.2. Đánh giá hàm lượng protein khô theo phương pháp Kjeldahl ............. 27


vii
4.2. Kết quả nghiên cứu sản xuất thử nghiệm bột đậu tương cô đặc .............. 28
4.3. Kết quả nghiên cứu sản xuất thử nghiệm bột protein đậu tương thủy
phân ................................................................................................................. 32
PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ........................................................... 36
5.1. Kết luận .................................................................................................... 36
5.2. Đề nghị ..................................................................................................... 36
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 37

1
PHẦN 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Đậu tương (Glycine max (L) Merrill) là một nguồn thực phẩm giàu
dinh dưỡng, chúng chứa khoảng 40% protein, 20% dầu cũng như các vitamin,
muối khoáng và các hợp chất khác. Các thực phẩm giàu protein thường có
khả năng giúp cơ thể tăng nhanh cơ bắp, cung cấp đầy đủ năng lượng và giúp
cơ thể khỏe mạnh, giúp hỗ trợ quá trình chữa bệnh. Nguồn dinh dưỡng giàu
protein có nguồn gốc từ đậu tương có thể cung cấp cho người cần bổ sung
dinh dưỡng như người bệnh, người tập thể hình, người ăn kiêng, ăn chay…
Hiện nay các sản phẩm giàu protein trên thị trường chủ yếu là “whey
protein” được làm từ sữa. Những sản phẩm dạng này thường có giá thành cao.
Một số sản phẩm vẫn cịn lượng chất béo nhất định có nguồn gốc từ động vật
có nguy cơ liên quan tới các vấn đề về hệ tuần hoàn như bệnh tim hay xơ vữa
thành động mạnh. Vì vậy việc tạo ra một sản phẩm bột protein từ đậu tương
(Soy whey protein) với hàm lượng protein cao (≥80%) làm thực phẩm giàu
dinh dưỡng cho mọi đối tượng có nguồn gốc từ thực vật với giá thành phù
hợp sẽ mang lại nhiều tiềm năng về mặt kinh tế, xã hội đáp ứng nhu cầu của
thị trường Việt Nam.
Nhằm góp phần chủ động nguồn nguyên liệu protein từ đậu tương có
chất lượng tốt phục vụ cho sản xuất các sản phẩm dinh dưỡng, thay thế một số
sản phẩm với giá thành cao chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu xây dựng
quy trình sản xuất sản phẩm bột protein đậu tương cô đặc (soy whey
protein isolate) và bột protein đậu tương thủy phân (soy whey protein
hydrolysate) từ đậu tương”.


2

1.2. Mục tiêu của đề tài
1.2.1. Mục tiêu tổng quát
Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất bột protein đậu tương cô đặc
và bột đậu tương thủy phân với hàm lượng protein trên 85% để cung cấp cho
người cần bổ sung dinh dưỡng như người bệnh, người tập thể hình, người ăn
kiêng, ăn chay…
1.2.2. Mục tiêu cụ thể
Tiến hành các thử nghiệm nghiên cứu làm cơ sở để sản xuất và đưa ra
thị trường bột protein đậu tương cô đặc và bột protein đậu tương thủy phân
với hàm lượng protein cao, tự chủ sản xuất trong nước, để cung cấp cho người
cần bổ sung dinh dưỡng với chất lượng cao và giá thành hợp lý.


3
PHẦN 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về đậu tương
2.1.1. Giới thiệu chung
Cây đậu tương (Glycine max (L.) Merrill) hay còn gọi là đậu nành, là
một trong số cây trồng có lịch sử lâu đời nhất của lồi người. Những bằng
chứng về lịch sử, địa lý và khảo cổ học đều cơng nhận rằng đậu tương có
nguồn gốc từ Trung Quốc. Hiện nay đậu tương đã lan truyền khắp thế giới.
Các sản phẩm làm từ đậu tương đã được tiêu thụ ở các nước châu Á trong
hàng trăm năm. Ở phương Tây, đậu tương chỉ được sử dụng chủ yếu để làm
thức ăn chăn nuôi và khai thác dầu cho đến những năm 1950. [5]
Hiện nay, đậu tương là một nguồn protein tuyệt vời, cung cấp các axit
amin thiết yếu cho dinh dưỡng của con người như lysine và methionine. Việc
tiêu thụ protein đậu tương được quan tâm đáng kể từ khi Cục Quản lý Thực
phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ chấp thuận tuyên bố về khả năng có thể làm
giảm nguy cơ mắc bệnh tim của chế độ ăn ít chất béo và cholesterol chứa

25% protein đậu nành trong một ngày. Tuyên bố này được thành lập bằng
cách xem xét nhiều nghiên cứu dài hạn về tác dụng của protein đậu tương đối
với các bệnh tim mạch. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng tiêu thụ protein đậu
tương có một số tác động tích cực khác đối với sức khỏe, bao gồm hạ huyết
áp, giảm mức cholesterol và mỡ cơ thể, phịng chống lỗng xương và giảm tỷ
lệ mắc ung thư dạ dày, ung thư đại trực tràng và ung thư vú.[14]
2.1.2. Cấu tạo và thành phần hóa học chung của hạt đậu tương
2.1.2.1. Cấu tạo của hạt đậu tương
Hạt đậu tương có nhiều hình dạng khác nhau như: Hình trịn, hình
dẹt…Màu sắc của hạt có nhiều loại khác nhau trong đó đậu tương màu vàng


4
xanh được đánh giá là tốt, được trồng và sử dụng nhiều, có giá trị thương
phẩm cao.
Hạt đậu tương gồm 3 phần chính:
- Vỏ hạt (seed coats) chiếm 8% trong tồn hạt
- Phơi (embryo) chiếm 2% trong tồn hạt
-Tử diệp (cotyledon) chiếm 90% trong toàn hạt, chứa hàm lượng
protein và dầu cao nhất trong tồn hạt.[2]
2.1.2.2. Thành phần hóa học của hạt đậu tương
Trong thành phần hóa học của đậu tương, thành phần protein chiếm một
tỷ lệ lớn (từ 35 – 40 %). Thành phần axit amin trong protein của đậu tương
ngồi methionine và tryptophan cịn có các axit amin khác với số lượng khác
cao tương đương lượng axit amin có trong thịt (Bảng 2.1).
Bảng 2.1: Thành phần axit amin trong hạt đậu tương
STT

Axit amin

Hàm lượng (%)

1

Izoleusine

1,1

2

Leucine

7,7

3

Lyzine

5,9

4

Methionine

1,6

5

Cysteine

1,3

6

Phenylalanine

7

Treonine

4,3

8

Tritophan

1,3

9

Valine

5,4

10

Histidine

2,6

5


5
Lipid trong hạt cũng chiếm tỉ lệ khá lớn, khoảng 18 – 24 % tùy theo
giống và điều kiện khí hậu. Trong nhóm lipid của đậu tương có 2 thành
phần được xem là quan trọng chiếm khoảng 20% trọng lượng chất khơ
trong hạt là glyceride và lecithin. Ngồi ra hạt đậu tương còn chứa các
thành phần khác như hydratcacbon, chiếm khoảng 30%, các vitamin, đặc
biệt là hàm lượng vitamin B1 và B2 cùng các vitamin, A, E, K, C,… các
khoáng đa lượng, vi lượng.
Hàm lượng vitamin D trong đậu tương được đánh giá cao và được
khuyến khích sử dụng cho phụ nữ mang thai. Khi tiến hành nghiên cứu,
những phụ nữ mang thai sử dụng protein từ đậu tương cũng có được những
lợi ích về sức khỏe giống như những phụ nữ sử dụng các protein từ sữa. Tuy
nhiên các sản phẩm từ sữa thường khơng chứa hoặc chứa ít vitamin D so với
đậu tương.[12]
2.2. Sản xuất protein đậu tương
Việc sản xuất protein đậu tương bao gồm nhiều quá trình tách chiết
phức tạp dựa theo mức độ tinh khiết của protein mong muốn đạt được. Protein
đậu tương được chiết xuất từ các loại đậu sau khi tách chất béo thường chia
thành 4 dạng chính: “Concentrate”- đậm đặc, “Isolate”- cơ đặc với độ tinh
khiết cao, “Hydrolysate” - thủy phân và “Soy Flour”- bột.[11]
Dạng bột (Soy Flour) của đậu tương chứa tối thiểu 50% protein, lượng
protein ít nhất so với ba dạng protein đậu tương cịn lại. Hình thức thường ở
dạng mảnh thô, các mảnh được loại bớt chất béo. Loại sản phẩm này chủ yếu
được sử dụng trong sản xuất các sản phẩm dạng nướng, nước sốt và nước thịt.
Protein đậu tương cô đặc sở hữu khoảng 70 ~ 80% protein theo trọng
lượng khô. Sản xuất protein đậu tương cô đặc bắt đầu bằng cách khử các hạt
xay thô và sau đó chiết xuất protein hịa tan bằng cách xử lý nhiệt hoặc trộn

6
với dung môi hữu cơ. Protein đậu tương cô đặc có các hạt mịn hơn, ứng dụng
chủ yếu trong thực phẩm như thịt, sản phẩm thay thế thịt, đồ nướng và các
thanh dinh dưỡng (thanh, miếng đồ ăn).[11]
Dạng Protein đậu tương cô đặc tinh khiết nhất thường được sử dụng
trong ngành công nghiệp thực phẩm là protein đậu tương dạng “isolate” (SPI).
Hàm lượng protein của dạng isolate cao (> 90%), các đặc điểm chức năng và
thuộc tính cảm quan tuyệt vời, chủ yếu là hương vị nhẹ và màu sáng, SPI
được sử dụng trong một loạt các ứng dụng thực phẩm như: Đồ uống dinh
dưỡng, sữa bột trẻ em, thịt chế biến, thanh dinh dưỡng và sản phẩm thay thế
sữa. SPI được sản xuất từ mảnh đậu tương đã khử chất béo, sau đó là chiết
xuất bằng kiềm. Protein hịa tan được kết tủa ở pH 4,5 và ly tâm để tách
protein khỏi các polysacarit hòa tan. Kết tủa được phân tán trong nước, sau đó
được trung hịa với dung dịch thích hợp và đơng khơ.[11]
Một dạng sản phẩm khác từ protein đậu nành là các sản phẩm thủy
phân (SPH). Hiện nay có thể thủy phân protein bằng enzyme từ nhiều nguồn
như động vật, thực vật, vi sinh vật. Các enzyme rất đa dạng như: Trypsin,
chymotrypsin, substilisin, pepsin, thermolysin, papain, bromelain, ficin, và
alcalase. Protein ban đầu được thủy phân để tăng khả năng tiêu hóa protein
cho những người bị rối loạn tiêu hóa. Protein sau thủy phân sẽ dễ dàng được
hấp thụ ở ruột non do chuỗi a xít amin đã được rút ngắn. Do khả năng tiêu
hóa được cải thiện, SPH phù hợp để kết hợp sản xuất sữa bột trẻ em cũng như
sử dụng cho những người bị dị ứng với các sản phẩm từ sữa. Cũng như các
dạng protein đậu tương khác, SPH được sử dụng trong các sản phẩm thực
phẩm khác nhau như thanh dinh dưỡng và đồ uống.[11]
Protein đậu tương chiếm 40 đến 45% toàn bộ đậu tương.Hai loại
protein lưu trữ chính là glycinin và-conglycinin, đóng góp khoảng 65 đến

7
80% tổng lượng protein trong một hạt đậu tương điển hình. Protein đậu tương
cũng cấu thành nhiều loại enzyme khác nhau như lipoxygenase,
chalconesynthase, catalase và urease, tuy nhiên, chúng chiếm ít hơn 1% tổng
số protein. Dựa trên hệ số lắng của chúng, glycinin và-conglycinin được phân
loại lần lượt là 11S và 7S.[16,17] Glycinin và-conglycinin có các tính chất
hóa lý khác nhau đáng kể, bao gồm thành phần hóa học và cấu hình phân tử.
Glycinin là một hexamer bao gồm sáu monome có trọng lượng phân tử
trung bình từ 320 đến 375 kDa. Ba monome được liên kết với nhau để tạo
thành một trimer thông qua các tương tác kỵ nước và hai trimer được xếp
chồng lên nhau để tạo thành hexamer bằng các tương tác tĩnh điện và liên kết
hydro. Năm loại tiểu đơn vị chính có thể tồn tại trong glycinin, G1, G2, G3,
G4 và G5. Ba tiểu đơn vị G1, G2 và G3 sở hữu khoảng 90% tương đồng trình
tự với hàm lượng phân tử và axit amin lưu huỳnh cao hơn so với G4 và G5,
cũng có khoảng 90% tương đồng trình tự.[21]
β-conglycinin là một tơng đơn vị có trọng lượng phân tử khoảng 180
kDa, bao gồm ba tiểu đơn vị được tổ chức bởi các tương tác kỵ nước. Bốn
loại tiểu đơn vị đã được tìm thấy trong β-conglycinin, bao gồm ba tiểu đơn vị
chính là α, α, và và một tiểu đơn vị nhỏ.
Protein bao gồm:
Protein dự trữ (Globulin) có thể bị thủy phân trong thời gian hạt nảy
mầm để làm chất dinh dưỡng cho phôi sinh trưởng
Protein cấu trúc (protein chức năng) như enzyme và chất kìm hãm
enzyme thì được định vị trong phầ cịn lại của tế bào
Trong hạt cịn có một lượng nhỏ các hợp chất như oestrogen, goitrogen,
saponin,… Các hợp chất này và một số oligosaccharide khơng có lợi.


8

Bằng phương pháp ly tâm, người ta đã tách được bốn đoạn 2,7,11,15.
Các globulin 7S và 11S chiếm trên 70% tổng lượng protein của hạt. Phương
pháp này được phát triển những năm 1970.
Globulin 2S (gồm chất kìm hãm trypsin và cytochrome) chiếm 35%
trọng lượng protein của hạt.
Globulin 11S (Glycinin) được cấu tạo từ 12 tiểu phần tương đối ưa béo:
6 tiểu phần có tính axit và 6 tiểu phần có tính kiềm. Trong phân tử có từ 42 –
46 ngun tử lưu huỳnh dưới dạng các cầu disulfua nối các đơn vị hay trong
nội bộ một tiểu phần.
Globulin 7S là β- conglycinin thường chiếm 35% trọng lượng protein
của hạt, là một glucoprotein. Phân tử cấu tạo nên từ 3 tiểu phần có tính chất
acid: α, α’ và β. Các tiểu phần α, α’ có thành phần acid amin rất giống nhau,
thiếu cysteine và cystine. Dưới đon vị β không chưa cysteine và methionine.
Trong đoạn 7S cịn có các hemaglutine (lectin) mà phân tử của chúng có thể
tạo thành phức bền với các hợp chất glucid.[7]
Globulin chiếm 85 – 95% hàm lượng protein, khả năng tan của protein
đậu tương phụ thuộc chủ yếu vào khả năng tan của globulin.
Protein đậu tương chủ yếu thuộc loại tan trong nước. Nếu không bị biến
tính trong q trình chế biến, 85% protein đậu tương sẽ tan trong nước ở pH =
7 và pH = 2, 95% tan ở pH = 11.[7]
2.3.Thủy phân protein bằng enzyme
Protein phân hủy và giải phóng các peptide nhỏ hơn ở điều kiện thủy
phân tối ưu. Đặc tính của các peptide được giải phóng phụ thuộc vào loại
enzyme và điều kiện thủy phân. Đặc tính của các peptide được thốt ra có thể
bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, chẳng hạn như nguồn gốc của enzyme, hoạt
tính enzyme và khả năng chọn lọc, mức độ enzyme trên cơ chất, và điều kiện


9
thủy phân bao gồm pH, nhiệt độ và thời gian. Các peptide được giải phóng

dẫn đến các tính chất chức năng nâng cao tùy thuộc vào tính chất hóa lý của
chúng. Ngồi ra, thủy phân có thể tạo ra những thay đổi trong sự cân bằng của
các phần tích điện (chuỗi bên axit amin) dẫn đến tăng độ hòa tan của phân tử.
Tuy nhiên, những nghiên cứu này được thực hiện ở nồng độ protein tương đối
thấp 0,2 - 1% mà khơng cần xử lí nhiệt. Độ hịa tan protein bị ảnh hưởng bởi
nhiệt và nồng độ, vì vậy tạo ra một loại protein có hàm lượng cao là một
trong những thách thức lớn nhất trong ngành thực phẩm. Do đó, cần nhiều
nghiên cứu hơn nữa để làm rõ các vấn đề ảnh hưởng của nhiệt độ cũng như
nồng độ cao tới tính ổn định của các protein bị thủy phân và hàm lượng
protein.
Ngồi các hoạt tính chức năng, các peptide hoạt tính sinh học có thể
được giải phóng từ thực phẩm có nguồn gốc protein trong q trình thủy phân
enzyme bị hạn chế. Các peptide hoạt tính sinh học có đặc tính là các chuỗi
axit amin có nguồn gốc từ protein có thể có tác dụng điều hịa sinh lý đối với
cơ thể con người.
Các a xít amin có thể lien quan tới vị đắng khi sử dụng enzyme để thủy
phân. Đây cũng là nguyên nhân có thể làm hạn chế việc sử dụng enzyme thủy
phân làm nguyên liệu thực phẩm. Thủy phân protein đậu tương một phần có
vị đắng do sự hình thành các peptide trọng lượng phân tử thấp bao gồm các a
xít amin kỵ nước. Độ kỵ nước của một peptide và vị trí của các a xít amin kỵ
nước nói chung có thể lieen quan nhiều đến vị đắng của sản phẩm. Để giảm
những bất lợi đến chất lượng cảm quan trong khi vẫn giữ được chức năng và
hoạt tính sinh học mong muốn, mức độ thủy phân có kiểm sốt và hạn chế ở
mức 2 - 8%. Nghiên cứu về whey protein đã chỉ ra rằng hàm lượng mức độ
thủy phân thấp (2 - 8%) là đủ để đạt được các đặc tính chức năng cao và tối
đa giải phóng các peptide hoạt tính sinh học với các peptide trọng lượng phân


10
tử thấp. Do đó, điều quan trọng là duy trì lượng mức độ thủy phân để đạt

được các đặc tính chức năng và hoạt động sinh học mong muốn với việc giảm
tác dụng phụ đối với chất lượng cảm quan.
Thông thường, nhiều peptide hoạt tính sinh học là chuỗi dài tương đối
ngắn, bao gồm từ 2 đến 9 axit amin. Tuy nhiên, một số peptide chứa hơn 20 a
xít amin vẫn có thể có hoạt tính sinh học. Các peptide hoạt tính sinh học
khơng hoạt động một cách tự nhiên trong một chuỗi protein lớn và có thể
được giải phóng thơng qua q trình phân giải enzyme, cả trong đường tiêu
hóa của con người và trong q trình chế biến thực phẩm. Trong khi phân giải
enzyme in vivo là ngẫu nhiên và do đó có thể hoặc khơng dẫn đến việc giải
phóng các peptide hoạt tính sinh học, thủy phân enzyme in vitro có thể được
kiểm sốt để giải phóng các peptide với hoạt tính sinh học quan tâm. Sau khi
được giải phóng, các peptide này có đặc tính sinh học tùy thuộc vào trình tự a
xít amin được giải phóng, bao gồm cả hạ huyết áp, chống ung thư, chống oxi
hóa, kháng khuẩn, điều hịa miễn dịch và khả năng lien kết khoáng chất.[11]
2.4. Các phương pháp định lượng protein
2.4.1. Định lượng protein bằng phương pháp Kjendahl
Phương pháp này được thực hiện dựa trên nguyên tắc: Hàm lượng nitơ
trong protein chiếm tỉ lệ 15-18% khối lượng phân tử, do đó vô cơ hóa mẫu
bằng H2SO4 đậm đặc và chất xúc tác, sau đó dùng kiềm mạnh (NaOH hay
KOH) để đẩy NH3 từ muối (NH4)2SO4 hình thành ra thể tự do. Định lượng
NH3 bằng H2SO4 0,1N.[5]


11
2.4.2. Định lượng protein hòa tan bằng phương pháp Lowry
Phương pháp này dựa trên cơ sở phức chất đồng protein khử hỗn hợp
photphomolipden – photphovonphramat (thuốc thử Folin – ciocalteu) tạo
phức chất mầu xanh da trời có độ hấp thụ cực đại ở bước sóng 660nm. Cường
độ mầu của hỗn hợp phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ protein trong một phạm
vi nhất định. Dựa vào mức độ hấp thụ quang học của protein chuẩn, ta có thể

xác định được hàm lượng protein trong mẫu nghiên cứu.[5]
2.4.3. Phương pháp điện di protein bằng gel acrylamide
a) Nguyên lí hoạt động của SDS- PAGE:
SDS-PAGE (điện di gel natri dodecyl sulphate-polyacrylamide) thường
được sử dụng trong phịng thí nghiệm để tách protein dựa trên trọng lượng
phân tử của chúng. Tốc độ di chuyển chênh lệch của protein qua gel dưới tác
động của điện trường.
SDS được dùng để phá vỡ cấu trúc bậc 3 của protein. SDS được thêm
vào đệm điện di cùng với những chất khử như DDT (dithiotheitol) hoặc BME (beta-mercaptoethanol) để phá vỡ liên kết disulfide trong protein, biến
protein từ dạng không gian (cấu trúc bậc 3) về dạng thẳng (cấu trúc bậc 1).
Đồng thời SDS tích điện âm cho protein, làm cho điện tích của phân tử
protein lớn hơn hẳn điện tích có sẵn của nó (tồn tại ở gốc R trong amino acid).
SDS bám lên protein theo một tỷ lệ ổn định (xấp xỉ 1.4g SDS/ 1g protein), và
điều này làm cho điện tích mới của phân tử protein tỷ lệ với khối lượng phân
tử của nó.[4]
SDS được thêm vào trong thành phần gel để duy trì trạng thái biến tính
của protein (duỗi thẳng, tích điện âm) trong suốt quá trình điện di.


12

Hình 2.1. Q trình biến tính protein của SDS

Yếu tố duy nhất ảnh hưởng tới sự di chuyển của các phân tử protein
được biến tính bởi SDS chính là kích thước phân tử của chúng. Phân tử
protein được biến tính và tích điện âm sẽ tồn tại ở dạng thẳng, có chiều rộng
khoảng 18 Å, chiều dài tỷ lệ với khối lượng phân tử (do tồn tại ở dạng thẳng).
Kích thước phân tử protein (cùng với đó là tốc độ di chuyển trong gel) được
quyết định bởi khối lượng phân tử của protein. Điện tích của protein khơng
ảnh hưởng tới quá trình điện di, do các phân tử protein đã được tích điện âm

bởi SDS, và điện tích của mỗi protein lại tỷ lệ với khối lượng phân tử của
chính nó.[4]
2.5. Phương pháp sấy thăng hoa
2.5.1. Định nghĩa
Sấy: là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu nhằm tránh hư hỏng trong quá
trình bảo quản, tang độ bền cho sản phẩm, giảm trọng lượng, giảm chi phí
chuyên trở và đồng thời nó cũng làm tang giá trị cảm quan cho sản phẩm.
Sấy thăng hoa: là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng sự thăng hoa của
nước. Quá trình thăng hoa là quá trình chuyển trực tiếp từ thể rắn qua thể hơi,
ở điều kiện bình thường ẩm trong thực phẩm ở dạng lỏng, nên để thăng hoa
chúng cần chuyển qua thể rắn bằng phương pháp lạnh đơng, chính vì vậy cịn
gọi là phương pháp sấy lạnh (Freeze Drying hay Liophillisation).


13
Phương pháp sấy thăng hoa do kĩ sư G.I.Lappa Stajenhexki phát minh
năm 1921, được ứng dụng lần đầu tiên ở Nga. [1]
2.5.2. Nguyên lí hoạt động của hệ thống sấy thăng hoa
Quá trình sấy được tiến hành ở áp suất khí quyển, tác nhân sấy là khơng
khí được đưa vào thiết bị bay hơi của một hệ thống lạnh (bơm nhiệt) để hạ
thấp nhiệt độ của chúng xuống dưới điểm động sương, hơi nước trong khơng
khí bị ngưng tụ tách ra làm cho khơng khí có độ chứa hơi giảm về khơng, áp
suất riêng phần hơi nước trong khơng khí giảm về khơng (nhưng khơng thể
bằng khơng), khơng khí này được dẫn qua thiết bị ngưng tụ của hệ thống lạnh
(bơm nhiệt) để đốt nóng, nhiệt độ khơng khí tăng lên và lớn nhất bằng nhiệt
độ ngưng tụ môi chất lạnh ở thiết bị ngưng tụ. Sau đó, chúng được dẫn vào
buồng sấy chứa sản phẩm, dưới sự chênh lệch áp suất riêng của hơi nước trên
bề mặt sản phẩm với áp suất riêng của hơi nước trong khơng khí (tác nhân
sấy), hơi nước ở sản phẩm tự bay bốc hơi và làm khô. [1]
Nguyên lý hoạt động của phương pháp sấy thăng hoa:

Giai đoạn 1 – Giai đoạn tiền đông (prefreezing): Trong giai đoạn
này,vật liệu sấy được chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí, vật liệu
đơng khơ trước tiên phải được làm lạnh đến nhiệt độ thích hợp nhiệt độ cấp
đông trong khoảng từ -50°C đến -80°C (-58°F đến -112°F). Giai đoạn này là
quan trọng nhất trong tồn bộ q trình vì sản phẩm có thể hư hỏng nếu
không thực hiện đúng cách. Phương pháp đông lạnh và nhiệt độ cuối của sản
phẩm lạnh đơng có thể ảnh hưởng đến khả năng đông khô thành công của vật
liệu sấy.
Giai đoạn 2 – Giai đoạn sấy chủ yếu (giai đoạn sấy thăng hoa): Một
số yếu tố có thể gây ảnh hưởng tới khả năng đông khô một hỗn hợp huyền
phù đóng băng.


14
Giai đoạn 3 – Giai đoạn sấy thứ cấp (Giai đoạn bốc hơi ẩm còn
lại): Sau khi kết thúc giai đoạn 2, tất cả băng đã thăng hoa. Tuy nhiên vẫn còn
hơi ẩm tồn tại bên trong vật sấy. Sản phẩm nhìn về ngồi giống như có trạng
thái đã khơ, nhưng thực tế độ ẩm còn lại tương đối cao khoảng 7-8%. Giai
đoạn sấy thứ cấp này tại nhiệt độ cao hơn là quá trình cần thiết để bốc hơi ẩm
cịn lại, giúp q trình sấy đạt hiệu suất tối đa nhất. Quá trình này được gọi là
sự giải hấp đẳng nhiệt vì độ ẩm liên kết sẽ được bay hơi khỏi sản phẩm.[1]
2.5.3. Ưu nhược điểm của phương pháp sấy thăng hoa
Ưu điểm: Sấy thăng hoa có ưu điểm rất lớn đó là sản phẩm có chất lượng
rất cao (giữ nguyên hương vị, màu sắc, cấu trúc và tính thủy hóa) giữ được
các hoạt tính sinh học khơng làm mất các vitamin. Tiêu hao năng lượng để
bay hơi hàm lượng ẩm thấp.
Nhược điểm: Giá thành thiết bị cao, vận hành cần có trình độ kỹ thuật
cao, tiêu thụ điện năng lớn. [1]
2.6. Tổng quan tình hình nghiên cứu sản xuất bột protein đậu tương
trong nước và trên thế giới

2.6.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Trên thị trường Việt Nam đã có các sản phẩm làm từ đậu tương như là:
Bột đậu nành, bột ngũ cốc, bột mầm đậu nành, đậu phụ, nước tương, bánh đậu
lên men…đó là những sản phẩm được người tiêu dùng biết đến nhiều nhất
hiện nay trên thị trường. Tuy nhiên, protein trong những sản phẩm đó chủ yếu
ở dạng thơ, khó có thể phù hợp cho những trường hợp đặc biệt, ví dụ như các
bệnh nhân gặp vấn đề về rối loạn tiêu hóa.
Sản phẩm dạng cô đặc (concentrate) cũng đã được giới thiệu trên thị
trường trong nước ở một số cơng ty có liên doanh với công ty, tổ chức với


15
nước ngoài. Tuy nhiên hàm lượng protein chỉ khoảng 65% và chủ yếu sử
dụng làm thức ăn chăn nuôi.
Các nghiên cứu về sản xuất protein từ đậu tương với mức tinh sạch như
dạng “isolate” và dạng thủy phân chưa thấy cơng bố trên các tạp chí khoa học
có uy tín của Việt Nam. Các công bố chủ yếu tập trung về bột protein từ sữa
vốn có nhiều nguồn ý kiến phản đối, ủng hộ đa chiều (Việc tách bê con lấy
sữa và thu nhận thịt bê con bị nhiều tổ chức và cá nhân phê phán về mặt đạo
đức). Do đó, nghiên cứu nguồn protein tinh sạch mới từ thực vật là một
hướng đi mới, có giá trị về mặt thực phẩm và kinh tế đồng thời vượt qua các
rào cản từ các ý kiến đa chiều.
2.6.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Đậu tương là nguồn dinh dưỡng quan trọng ở nước châu Á và ngày càng
được ưa chuộng ở châu Mỹ, châu Âu. Nhờ việc ứng dụng các cơng nghệ tiến
bộ, người ta đã trích ly riêng protein vốn rất nhiều trong đậu tương. Các chế
phẩm protein đậu tương được sử dụng để chế biến các thực phẩm chức năng
như thực phẩm cho trẻ sơ sinh, thực phẩm trong điều trị bệnh. Nhiều nghiên
cứu đã và đang được tiến hành để làm rõ và khai thác các lợi ích thiết thực
của nguồn protein từ thực vật này.

Năm 2003, Kristen S. Montgomery - tại trường đại học USC
(University of South Carolina) đã cơng bố trên tạp chí TJPE (The Journal of
Perinatal Education) về các protein và khẳng định những protein này rất tốt
cho sức khỏe của trẻ em và phụ nữ.[12]
Năm 2004, Miroljub B. Barać và cộng sự cũng cơng bố những quan điểm,
lập luận đồng tình về những lợi ích của protein từ đậu tương. Một số yếu tố
làm giảm dinh dưỡng của sản phẩm từ đậu tương như: Hemagglutinins, phytic
acid, saponins và isoflavones cũng được đề cập tới. Đây là những chất ức chế


16
các enzyme proteases. Tuy nhiên khi ở nồng độ thấp, chúng lại có những tác
dụng có lợi cho sức khỏe. Vì vậy, trong các khuyến cáo về việc phát triển
cơng nghệ, các vấn đề liên quan tới biến đổi protein như nhiệt độ, chất hóa
học, enzyme được chú ý và đào sâu.[17]
Gần đây nhất, tháng 02 năm 2019, một công bố mới của Eric BananMwine Daliri và cộng sự về việc thành công trong việc sử dụng protein từ đậu
tương sản xuất sản phẩm sử dụng cho bệnh nhân cao huyết áp với sự kết hợp
của các enzyme từ vi sinh vật cho thấy xu hướng sử dụng và khai thác nguồn
protein thực vật, đồng thời việc kết hợp nhiều thành tựu của các lĩnh vực khoa
học như vi sinh, hóa sinh,...là một xu thế tất yếu.[11]