Nghiên cứu điều kiện thủy phân phụ phẩm protein của quá trình sản xuất maltodextrin từ gạo bằng enzyme protease thương mại

TC.DD & TP 16 (6) - 2020 NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN THỦY PHÂN PHỤ PHẨM PROTEIN CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT MALTODEXTRIN TỪ GẠO BẰNG ENZYME PROTEASE THƯƠNG MẠI Đỗ Trọng Hưng1, Chu Hương Giang2, Nguyễn Hoàng Phi3 Lương Thị Như Hoa3, Nguyễn Thùy Linh4 Protein gạo sản phẩm phụ thu trình sản xuất maltodextrin từ gạo phương pháp enzyme thủy phân tinh bột Sản phẩm protein gạo thủy phân có giá trị dinh dưỡng cao từ thực vật không gây dị ứng cho người sử dụng Đã xác định điều kiện thủy phân protein gạo enzyme protease thương mại với thông số kỹ thuật sau: nồng độ chất 15%, kết hợp Alcalase 2.4L Flavourzyme 500MG với nồng độ enzyme loại 0,15%, nhiệt độ thủy phân 550C, thời gian thủy phân 20 giờ, pH 7,0 Hiệu suất thủy phân protein đạt khoảng 75% Dịch thủy phân thu hồi sản phẩm dạng bột chế phẩm protein ứng dụng làm nguyên liệu sản xuất thực phẩm chức bổ sung nguồn đạm thực vật có giá trị dinh dưỡng cao Từ khóa: Protein gạo, enzyme thủy phân, Alcalase, Flavourzyme I MỞ ĐẦU Gạo loại lương thực cho nửa dân số giới nguồn cung cấp protein quan trọng cho người Đây nguồn protein thực vật khơng gây dị ứng, có giá trị dinh dưỡng cao khả dễ hấp thụ Trong năm gần nguồn protein gạo trở thành thương mại hóa tính chất ứng dụng cao thực phẩm dược phẩm [1] Các axit amin protein gạo có hương vị đặc trưng, khơng gây dị ứng so với axit amin có nguồn gơc từ đậu tương, ngũ cốc khác [2; 4; 6] Đã có nghiên cứu tỷ lệ hiệu suất tăng trọng protein thử nghiệm chuột cho thấy protein từ gạo 2,18 so với protein thịt bò 2,3, protein từ gạo cho nguồn axit amin có giá trị [3] Protein gạo sản phẩm phụ thu trình sản xuất maltodextrin từ gạo phương pháp enzyme thủy phân tinh bột Tuy nhiên sản phẩm protein chưa quan tâm nghiên cứu nâng cao giá trị kinh tế mà dùng làm thức ăn gia súc Các nghiên cứu gần cho thấy protein thủy phân có nguồn gốc từ gạo dễ dàng tiêu hóa dạng protein thực vật khác, số lượng axit amin cao sữa mẹ, chứa đầy đủ thành phần axit amin, bao gồm axit amin không thay [6] Chỉ số giá trị sinh học pro- TS-Viện Công nghiệp Thực phẩm Email: hungdt@firi.vn KS-Công ty CP Thực phẩm Minh Dương ThS.-Viện Công nghiệp Thực phẩm KS.-Viện Công nghiệp Thực phẩm Ngày gửi bài: 1/9/2020 Ngày phản biện đánh giá: 1/102020 Ngày đăng bài: 20/11/2020 115 TC.DD & TP 16 (6) - 2020 tein gạo cao nhất, tương đương với protein sữa [5; 7] Trong nghiên cứu này, xác định yếu tố thích hợp q trình thủy phân protein gạo enzyme protease thương mại với mục đích tạo chế phẩm bột protein thủy phân từ gạo có giá trị dinh dưỡng cao dễ hấp thụ ứng dụng chế biến thực phẩm II NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Nguyên liệu - Chế phẩm protein thô sản phẩm phụ thu từ trình sản xuất maltodextrin từ gạo dây chuyền thiết bị sản xuất Công ty CP Thực phẩm Minh Dương Chế phẩm protein thơ sấy khơ có hàm lượng protein tổng số 77,5% - Enzyme protease: Alcalase 2.4L (Novozyme) có nguồn gốc từ Bacillus licheniformis, nhiệt độ thích hợp 50600C, pH 6,5–8,5 Flavourzyme 500MG (Novozyme) có nguồn gốc từ Aspergillus oryzae, nhiệt độ thích hợp 50-550C, pH 5,0–7,0 Neutrase 0.8L (Novozyme) có nguồn gốc từ Bacillus amyloliquefaciens, nhiệt độ thích hợp 45-550C, pH 5,5–7,5 - Hóa chất: H2SO4, CuSO4, K2SO4, NaOH, HCl, xanh metylen, phenolphtalein,… mua từ hãng hóa chất Merck (Đức) 2.2 Phương pháp nghiên cứu - Nồng độ chất khơ hịa tan xác định chiết quang kế Atago (Nhật Bản), đơn vị biểu thị 0Bx (Brix) tương ứng tỷ lệ % khối lượng chất hoà tan so với khối lượng dung dịch 116 - Xác định hàm lượng protein tổng số theo phương pháp Kjeldahl - Xác định hàm lượng protein hòa tan: Dịch protein thủy phân lọc loại bỏ phần khơng tan Định lượng protein hịa tan mẫu theo phương pháp Kjeldahl - Hiệu suất thủy phân protein tính theo cơng thức biểu thị tỷ số hàm lượng protein hòa tan hàm lượng protein tổng số ban đầu đưa vào Cụ thể: H(%) = Pht x 100 Pts Trong đó: H: Hiệu suất thủy phân (%) Pht: Protein hòa tan (%) Pts: Protein tổng (%) - Kết thí nghiệm tiến hành với lần lặp lại lấy kết trung bình III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu lựa chọn enzyme thích hợp cho q trình thủy phân protein gạo Lựa chọn enzyme protease thương mại thích hợp cho trình thủy phân protein thơ quan trọng, định đến hiệu suất chất lượng sản phẩm Trong phần nghiên cứu tiến hành thử nghiệm thủy phân protein thô với ba loại enzyme Alcalase 2.4L, Flavourzyme 500MG, Neutrase 0.8L hãng Novozyme Điều kiện thí nghiệm: nồng độ loại enzyme 0,2%, mẫu đối chứng khơng có enzyme, nồng độ chất 10%, pH 7,0, nhiệt độ thuỷ phân 500C, thời gian thuỷ phân 24 Kết thúc thí nghiệm thể bảng TC.DD & TP 16 (6) - 2020 Bảng Ảnh hưởng loại enzyme trình thủy phân protein gạo Mẫu Đ/C N A F Nồng độ chất khơ hịa tan (oBx) 0,3 4,1 5,2 5,3 Protein hoà tan mẫu (%) 0,15 3,8 4,69 4,71 Hiệu suất thuỷ phân (%) 1,94 48,9 60,5 60,8 (Chú thích: N = Neutrase 0.8L; A = Alcalase 2.4L; F = Flavourzyme 500MG) Qua bảng cho thấy, hai loại enzyme Alcalase 2.4L Flavourzyme 500MG có hiệu suất thuỷ phân cao gần tương đương Còn Neutrase 0.8L có khả thủy phân protein so với hai enzyme 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng kết hợp loại enzyme trình thủy phân protein gạo Kết hợp loại enzyme với q trình thủy phân protein gạo thơ nhằm nâng cao hiệu suất thủy phân Điều kiện thí nghiệm: enzyme kết hợp có nồng độ 0,1%, nồng độ chất 10%, pH 7,0, nhiệt độ thuỷ phân 500C, thời gian thuỷ phân 24 Kết thí nghiệm thể bảng Bảng Ảnh hưởng kết hợp loại enzyme trình thủy phân protein gạo Mẫu Nồng độ chất khô (oBx) Protein hoà tan mẫu (%) Hiệu suất thuỷ phân (%) A+N 5,5 4,85 62,6 A+F 6,5 5,28 68,1 N+F 5,7 4,95 63,9 N+A+F 6,6 5,31 68,5 (Chú thích: N = Neutrase 0.8L; A = Alcalase 2.4L; F = Flavourzyme 500MG) Qua bảng cho thấy, kết hợp hai loại enzyme (A) + (F) thủy phân protein gạo cho hiệu suất thủy phân cao gần tương đương với kết hợp loại enzyme cao nhiều dùng loại enzyme riêng lẻ Do kết hợp hai loại enzyme Alcalase Flavourzyme chọn thủy phân protein gạo thô sản xuất bột protein 117 TC.DD & TP 16 (6) - 2020 3.3 Nghiên cứu xác định nồng độ enzyme thích hợp cho trình thủy phân protein Thí nghiệm xác định nồng độ enzyme thích hợp q trình thủy phân protein gạo thô tiến hành sau: nồng độ chất 10%, pH thủy phân 7,0; Nhiệt độ thuỷ phân 500C, thời gian thuỷ phân 24 Kết thúc thí nghiệm, lọc thu dịch thủy phân tiến hành phân tích nồng độ chất tan, hàm lượng protein tổng số hịa tan, hiệu suất thủy phân Kết thí nghiệm thể bảng Bảng Ảnh hưởng nồng độ enzyme trình thủy phân protein Nồng độ enzyme (%) TT F A Nồng độ chất khô (oBx) 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,15 0,15 0,15 0,15 6,5 6,6 6,6 6,7 6,7 6,9 6,9 6,9 7,0 Protein hoà tan mẫu (%) Hiệu suất thuỷ phân protein (%) 5,17 5,32 5,34 5,38 5,38 5,48 5,48 5,50 5,51 66,7 68,6 68,9 69,4 69,4 70,7 70,7 71,0 71,1 (Chú thích: N = Neutrase 0.8L; A = Alcalase 2.4L; F = Flavourzyme 500MG) Qua bảng cho thấy với nồng độ enzyme (F) (A) 0,15% so với chất cho hiệu suất thủy phân cao (70,7%), tăng nồng độ enzyme hiệu suất thủy phân tăng khơng đáng kể Do ta chọn nồng độ enzyme (F) (A) 0,15 % thích hợp phù hợp mặt kinh tế 3.4 Ảnh hưởng nồng độ chất trình thủy phân protein gạo Nồng độ chất yếu tố có ảnh hưởng lớn đến hoạt động enzyme, nồng độ chất thấp, enzyme dễ dàng tiếp xúc xúc tác thuỷ phân liên kết peptit (-CO-NH-) 118 phân tử protein chất tương tự, hàm lượng chất cao, ngăn cản enzyme tiếp xúc với chất, làm giảm tốc độ phản ứng thủy phân enzyme Thí nghiệm thuỷ phân protein thực nồng độ chất khác điều kiện sau: Nồng độ enzyme Alcalase 2.4L, Flavourzyme 500MG 0,15%, pH thủy phân 7,0, nhiệt độ thuỷ phân 500C, thời gian thuỷ phân 24 Sau thí nghiệm, lọc lấy dịch thủy phân, tiến hành phân tích nồng độ chất tan, hàm lượng protein tổng hòa tan, hiệu suất thủy phân Kết thí nghiệm thể bảng TC.DD & TP 16 (6) - 2020 Bảng Ảnh hưởng nồng độ chất trình thủy phân protein gạo TT Nồng độ chất (%) Nồng độ chất khơ (oBx) Protein hồ tan mẫu (%) Hiệu suất thuỷ phân protein (%) 10 15 20 3,2 6,8 10,5 12,9 2,64 5,46 8,24 10,2 68,1 70,4 70,9 65,8 Qua bảng cho thấy nồng độ chất có ảnh hưởng lớn đến trình thủy phân protein enzyme, với nồng độ chất thấp cao ảnh hưởng đến hiệu suất thủy phân Do nồng độ chất protein thơ thích hợp chọn cho q trình thủy phân 15% 3.5 Ảnh hưởng pH trình thủy phân protein từ gạo pH có ảnh hưởng lớn tới khả thuỷ phân enzyme Mỗi loại enzyme có pH hoạt động thích hợp Hai loại enzyme Alcalase, Flavourzyme hoạt động dải pH gần nên chúng tơi tiến hành thí nghiệm điều kiện Điều kiện thí nghiệm sau: Nồng độ chất 15%, nồng độ loại enzyme Alcalase, Flavourzyme 0,15%, nhiệt độ thuỷ phân 500C, thời gian thuỷ phân 24 Kết thúc thí nghiệm, lọc thu dịch thủy phân, tiến hành phân tích nồng độ chất tan, hàm lượng protein hịa tan tính tốn hiệu suất thủy phân Kết thí nghiệm thể bảng Bảng Ảnh hưởng pH đến trình thuỷ phân protein Nồng độ enzyme (%) Protein hoà tan mẫu (%) Hiệu suất thuỷ phân protein (%) F A Nồng độ chất khô (oBx) 0,1 0,1 6,5 5,17 66,7 0,1 0,15 6,6 5,32 68,6 0,1 0,2 6,6 5,34 68,9 0,1 0,25 6,7 5,38 69,4 0,1 0,3 6,7 5,38 69,4 0,15 0,15 6,9 5,48 70,7 0,2 0,15 6,9 5,48 70,7 0,25 0,15 6,9 5,50 71,0 0,3 0,15 7,0 5,51 71,1 TT 119 TC.DD & TP 16 (6) - 2020 Qua bảng cho thấy, pH 6- 6,5 có hiệu suất thủy phân hơn, pH cho hiệu suất thủy phân cao nhất, pH 7,5- hiệu suất thủy phân bắt đầu giảm Vì để sản xuất bột protein pH thích hợp cho q trình thủy phân protein thơ từ gạo pH độ hoạt động tối ưu khác Vì để tăng hiệu thủy phân cần xác định nhiệt độ thích hợp cho enzyme thủy phân Điều kiện thí nghiệm: Nồng độ chất 15%, nồng độ loại enzyme Alcalase, Flavourzyme 0,15%; pH thủy phân: 7,0; thời gian thuỷ phân 24 Nhiệt độ thủy phân protein thay đổi để đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ đến khả thủy phân enzyme Kết thúc thí nghiệm, lọc thu dịch thủy phân, tiến hành phân tích nồng độ chất tan, hàm lượng protein hịa tan tính tốn hiệu suất thủy phân Kết thí nghiệm thể bảng 3.6 Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ trình thủy phân protein Nhiệt độ yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme q trình thuỷ phân protein Mỗi enzyme có nhiệt Bảng Ảnh hưởng nhiệt độ tới trình thủy phân protein từ gạo Nhiệt độ thủy phân (0C) 45 Nồng độ chất khơ (oBx) 7,4 Protein hồ tan mẫu (%) 6,54 Hiệu suất thuỷ phân protein (%) 56,3 50 55 60 10,6 11,4 9,8 8,26 8,74 8,13 71,1 75,2 69,9 TT Qua bảng cho thấy nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến trình thủy phân protein gạo enzyme, với nhiệt độ thủy phân thấp cao ảnh hưởng đến hiệu suất thủy phân Do nhiệt độ thích hợp để enzyme thủy phân protein thô từ gạo chọn cho trình sản xuất bột protein 550C 3.7 Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng thời gian trình thủy phân protein Trong trình thủy phân, thời gian thủy phân protein dài ngắn ảnh hưởng đến chất lượng giá thành sản phẩm Điều kiện thí nghiệm: Nồng độ chất 5%, nồng độ loại enzyme Alcalase, Flavourzyme 0,15%; pH thủy phân: 7,0; nhiệt độ thủy phân: 550C Kết ghi bảng Bảng Ảnh hưởng thời gian thủy phân protein từ gạo TT 120 Thời gian thủy phân (giờ) 10 15 20 25 Nồng độ chất khơ hịa tan (oBx) 9,1 10,5 11,4 11,5 Protein hoà tan mẫu (%) 6,54 8,32 8,73 8,74 Hiệu suất thuỷ phân protein (%) 67,8 71,6 75,1 75,2 TC.DD & TP 16 (6) - 2020 Qua bảng cho thấy, với thời gian 10-15 trình thủy phân chưa triệt để, hiệu suất thuỷ phân chưa đạt cao Còn với thời gian thủy phân 20-25 giờ, hiệu suất thủy phân gần tương đương cao Do ta chọn thời gian thủy phân protein gạo 20 thích hợp Dịch protein gạo thủy phân nghiên cứu tiếp trình làm thu hồi sản phẩm dạng bột chế phẩm giàu protein nhằm ứng dụng làm nguyên liệu sản xuất thực phẩm chức bổ sung nguồn đạm thực vật có giá trị dinh dưỡng cao dễ hấp thụ IV KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu xác định điều kiện thủy phân protein gạo thơ q trình sản xuất chế phẩm protein từ gạo với thông số kỹ thuật sau: nồng độ chất 15%, kết hợp Alcalase 2.4L Flavourzyme với nồng độ enzyme loại 0,15%, nhiệt độ thủy phân 550C, thời gian thủy phân 20 giờ, pH 7,0 Hiệu suất thủy phân protein đạt khoảng 75% Dịch thủy phân thu hồi sản phẩm dạng bột chế phẩm protein ứng dụng làm nguyên liệu sản xuất thực phẩm chức bổ sung nguồn đạm thực vật có giá trị dinh dưỡng cao position and Analysis, 59, pp.18-26 Day L (2013) Proteins from land plants-potential resources for human nutrition and food security Trends Food Sci Technol., 32, pp.25-42 Euber et al (1991) Method for making soluble rice protein concentrate and the product produced there from United State Patent 4,990,334 Hamada J.S (2000) Characterization and functional properties of rice bran proteins modified by commercial exoproteases and endoproteases J Food Sci., 65, pp.305-310 Helm R.M., Burks A.W (1996) Hypoallergenicity of rice protein Cereal Foods World, 41, pp.839–843 Kalman D (2014) Amino Acid Composition of an Organic Brown Rice Protein Concentrate and Isolate Compared to Soy and Whey Concentrates and Isolates Foods, 3, pp.394-402 Liu Q., Kong B., Xiong Y., Xia X (2010) Antioxidant activity and functional properties of porcine plasma protein hydrolysate as influenced by the degree of hydrolysis Food Chem., 118, pp.403-410 TÀI LIỆU THAM KHẢO Amagliani L., O’Regan J., Kelly A.L., O’Mahony J.A., (2017) Composition and protein profile analysis of rice protein ingredients Journal of Food Com121 ... đến trình thủy phân protein gạo enzyme, với nhiệt độ thủy phân thấp cao ảnh hưởng đến hiệu suất thủy phân Do nhiệt độ thích hợp để enzyme thủy phân protein thô từ gạo chọn cho trình sản xuất. .. protein 550C 3.7 Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng thời gian trình thủy phân protein Trong trình thủy phân, thời gian thủy phân protein dài ngắn ảnh hưởng đến chất lượng giá thành sản phẩm Điều kiện. .. trị dinh dưỡng cao dễ hấp thụ IV KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu xác định điều kiện thủy phân protein gạo thơ q trình sản xuất chế phẩm protein từ gạo với thông số kỹ thuật sau: nồng độ chất 15%,