Nghiên cứu xây dựng qui trình sản xuất protein isolate từ đậu nành

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU DẦU VÀ CÂY CÓ DẦU BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUI TRÌNH SẢN XUẤT PROTEIN ISOLATE TỪ ĐẬU NÀNH MÃ SỐ ĐỀ TÀI: 228.11.RD/HĐ-KHCN CHỦ TRÌ THỰC HIỆN: KS. BÙI THANH BÌNH 9159 TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12/2011 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU DẦU VÀ CÂY CÓ DẦU BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUI TRÌNH SẢN XUẤT PROTEIN ISOLATE TỪ ĐẬU NÀNH Thực hiện theo Hợp đồng đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số 228.11.RD/HĐ-KHCN ngày 29/6/2011 giữa Bộ Công Thương và Viện Nghiên cứu Dầu và Cây có dầu Chủ trì thực hiện: KS. Bùi Thanh Bình Tham gia thực hiện: KS. Võ Bửu Lợi KS. Đặng Thị Thanh Hương TP. Hồ Chí Minh, tháng 12/2011 i LỜI NÓI ĐẦU Từ xưa, tại các nước phương Đông, đậu nành đã được chế biến thành rất nhiều loại thức ăn khác nhau. Sản phẩm phổ biến nhất được chế biến từ đậu nành là sữa, đậu phụ và các sản phẩm lên men khác. Trong đó một số sản phẩm lên men từ đậu nành có giá trị dinh dưỡng rất cao như: chao, tương, xì dầu… Các sản phẩm này chủ yếu s ử dụng thành phần protein của đậu nành. Các phân tích hoá sinh cho thấy: protein trong đậu nành chiếm 38 – 40% và chứa những acid amin cần thiết như cystine, methionine, lysine… và các vitamin B1, B2, A, D, E, K… Nhằm mục đích bổ sung sự thiếu hụt protein, ngoài việc đẩy mạnh sản xuất các nguồn protein truyền thống như thịt, cá, trứng, sữa… trên thế giới người ta đã đầu tư nghiên cứu nhằm tận dụng những nguồn protein chưa được sử d ụng. Trong khi các nguồn protein động vật có số lượng không tăng kịp nhu cầu và giá thành đắt thì nguồn protein thực vật rất phong phú lại chưa được khai thác đúng mức. Năm 1950, ngành công nghiệp sản xuất các sản phẩm protein concentrate (SPC) và protein isolate (SPI) phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là WPC/WPI và SPC/SPI. Sản lượng hằng năm của bột đậu nành là 14,98 triệu tấn, SPI là 0,772 triệu tấn. Tính ra hàng năm con người tiêu thụ hết 1.68 triệu tấn protein t ừ đậu nành (Market Research Peport, 2006). Nước ta là một nước nông nghiệp, sản lượng đậu nành hàng năm rất cao, chủ yếu phục vụ nhu cầu ăn trực tiếp của người dân và một phần nhỏ để khai thác dầu béo. Tuy nhiên ở Việt Nam vẫn chưa sản xuất protein concentrate và protein isolate. Nguồn nguyên liệu protein concentrate và protein isolate sử dụng trong công nghiệp thực phẩm hoàn toàn nhập từ nước ngoài. Vì vậy việc nghiên cứu và sản xu ất protein concentrate và protein isolate nhằm đáp ứng nhu cầu trong nước là rất cần thiết. Trên cơ sở được sự đặt hàng của Bộ Công Thương cho Viện Nghiên cứu Dầu và Cây có dầu năm 2011, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu xây dựng qui trình sản xuất protein isolate từ đậu nành”. ii MỤC LỤC Danh sách bảng iii Danh sách hình v TÓM TẮT ĐỀ TÀI ………………………………………………………… 1 MỞ ĐẦU 2 Cơ sở pháp lý của đề tài 2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: 2 Đối tượng / phạm vi và nội dung nghiên cứu: 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 1.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ đậu nành 3 1.2. Gi ới thiệu về protein isolate đậu nành 3 1.3. Tình hình nghiên cứu nước ngoài 5 1.4. Tình hình nghiên cứu trong nước………………………………… … 6 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 10 2.1. Phương pháp tiến hành nghiên cứu: 10 2.1.1. Phương pháp kế thừa: 10 2.1.2. Phương pháp hóa lý 10 2.1.3. Phương pháp vi sinh……………………… ………………………… 10 2.1.4. Phương pháp toán học: 10 2.1.5. Phương pháp thực nghiệm 10 2.2. Thiết bị, dụng cụ, nguyên vật li ệu và hóa chất sử dụng cho nghiên cứu 14 2.2.1. Thiết bị - dụng cụ 14 2.2.2. Nguyên vật liệu và hoá chất sử dụng cho nghiên cứu 14 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 15 3.1. Lựa chọn nguyên liệu phù hợp 15 3.2. Nghiên cứu xác định các thông số kỹ thuật 15 3.2.1. Giai đoạn 1: Chuẩn bị bột đậu nành tách béo 16 3.2.2. Giai đoạn 2: Trích ly protein 17 3.2.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ dịch: bột đến hiệu suất trích protein 17 3.2.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất trích protein…………… 19 3.2.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất trích protein 20 3.2.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian (số lần trích) đến hiệu suất trích 22 3.2.2.5. Tối ưu hóa điều kiện (pH và nhiệt độ) trích………………………… 23 3.2.3. Giai đoạn 3: Thu hồi protein………………………………………… 25 3.2.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đông tụ đến hiệu suất thu hồi25 3.2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của chế độ rửa tủa đến hiệu suất thu hồi protein 26 3.3. Xây dựng qui trình sản xuất protein isolate từ đậu nành……………… 28 3.4. Phân tích chất lượng sản phẩm protein isolate từ đậu nành……… …….30 3.5. Đánh giá hiệu quả kinh tế…………………………… …………………31 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………… ………………… 33 Kết luận…………………… ……………………………………………… 33 Kiến nghị …………………………………………………………………… 33 iii TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………34 PHỤ LỤC 1. HÌNH ẢNH .……………………………………………… 36 PHỤ LỤC 2. KẾT QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU ………………………………39 iv DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1. Thành phần amino axit có trong protein đậu nành……………… 4 Bảng 1.2. Các sản phẩm sử dụng SPI và tính năng công nghệ của nó trong các hệ thực phẩm……………………………………………………………… 8 Bàng 2.1. Bố trí thí nghiệm nghiên cứu quá trình trích protein 11 Bảng 2.2. Bố trí thí nghiệm nghiên cứu quá trình thu hồi protein 13 Bảng 3.1. Thành phần dinh dưỡng của hạt đậu nành OMĐN 29 và bã của quá trình sản xuất sữa đậu nành………………………………………………… 15 Bảng 3.2. Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu suất chiết dầu……… 16 Bả ng 3.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ dịch: bột đến khối lượng, pH dịch thu…… 17 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của pH dung môi đến khối lượng và pH dịch thu… 19 Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ trích đến khối lượng và pH dịch thu… 20 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của thời gian (số lần trích) đến khối lượng và pH dịch thu… 22 Bảng 3.7. Kết quả tối ư u hóa pH và nhiệt độ trích……………………….… 23 Bảng 3.8. Ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đông tụ đến khối lượng và hàm lượng protein, protein hòa tan của tủa …………………… ……………… 25 Bảng 3.9. Ảnh hưởng của chế độ rửa đến khối lượng và hàm lượng protein, protein hòa tan của tủa ………………………………… ………………… 27 Bảng 3.10. Kết quả phân tích chất lượng sản phẩm protein isolate ………… 31 Bảng 3.11. Kết quả kiểm tra chất lượng vệ sinh sản phẩm protein isolate …31 Bảng 3.12. Tính toán giá thành s ản phẩm………… …………………… 32 v DANH SÁCH BIỂU ĐỒ Biểu đồ 3.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ dịch: bột đến hiệu suất trích và tỉ lệ P ht /P 18 Biểu đồ 3.2. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất trích và tỉ lệ P ht /P………… 19 Biểu đồ 3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất trích và tỉ lệ P ht /P… …. 21 Biểu đồ 3.4. Ảnh hưởng của thời gian (số lần trích) đến hiệu suất trích và tỉ lệ P ht /P30 22 Biểu đồ 3.5. Hiệu suất trích protein đậu nành trong tối ưu hóa pH và nhiệt độ24 Biểu đồ 3.6. Ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đông tụ đến hiệu suất thu protein.26 Biểu đồ 3.7. Ảnh hưởng của chế độ rửa tủa đến hiệu suất thu protein…… 27 DANH SÁCH QUI TRÌNH Qui trình 1: Qui trình sản xuất protein isolate từ hạt đậu nành …… 29 1 TÓM TẮT ĐỀ TÀI Đề tài “Nghiên cứu xây dựng qui trình sản xuất protein isolate từ đậu nành” được thực hiện từ tháng 01 – 12/2011 tại Viện Nghiên cứu Dầu và Cây có dầu. Đề tài đã lựa chọn sử dụng hạt đậu nành không biến đổi gen giống OMĐN 29 được trồng phổ biến ở Đồng Nai, với năng suất cao khoảng 2,2 tấn/ha làm nguyên liệu cho các nghiên cứu. Xây dựng qui trình công nghệ sản xuất protein isolate đậu nành gồm 03 giai đo ạn với hiệu suất thu hồi protein là 72%. - Giai đoạn 1: Quá trình chuẩn bị bột đậu nành tách béo: Đậu nành được nghiền qua rây 0,25mm và chiết dầu bằng dung môi n-hexan trong thời gian 5 giờ, hàm lượng dầu trong bã còn lại sau trích là 0,64%. - Giai đoạn 2: Quá trình trích ly protein với các thông số: tỉ lệ dung môi: bột là 10:1, pH 9,1, nhiệt độ thực hiện là 65 o C, thời gian 120 phút, 3 lần trích. Hiệu suất trích protein đạt 93%. - Giai đoạn 3: Quá trình thu hồi protein được tiến hành ở pH 4,5, nhiệt độ 40 o C, tủa được rửa 3 lần với lượng nước mỗi lần gấp 5 lần lượng tủa. Hiệu suất thu hồi là 77%. Sản phẩm có hàm lượng protein là 89,11%, độ ẩm 4,3%, hàm lượng chất béo 0,11%, hàm lượng tro 3,97%, hàm lượng xơ thô 1,06% và đạt tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm. 2 MỞ ĐẦU Cơ sở pháp lý của đề tài Đề tài được thực hiện theo Hợp đồng Giao khoán nội bộ số 31/HĐGK- VD ngày 27 tháng 6 năm 2011, trên cơ sở của Quyết định số 6878/QĐ-BCT của Bộ trưởng Bộ Công Thương về việc đặt hàng thực hiện các nhiệm vụ KH và CN năm 2011 cho Viện Nghiên cứu Dầu và Cây có dầu và Hợp đồng Nghiên cứu Khoa học và Phát triển công nghệ số 228.11.RD/HĐ-KHCN ký ngày 09/6/2011 giữ a Vụ Khoa học và Công nghệ - Bộ Công Thương và Viện Nghiên cứu Dầu và Cây có dầu. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Tạo ra sản phẩm protein isolate từ đậu nành, với hàm lượng protein lớn hơn 85%, được sử dụng trong ngành công nghệ thực phẩm, bổ sung vào thực phẩm với mục đích gia tăng giá trị dinh dưỡng. Đa dạng hóa các sản phẩm từ đậu nành, đáp ứng được nhu cầ u thực phẩm ngày càng cầu kỳ và đa dạng hơn của con người. Về mặt khoa học và công nghệ, việc nghiên cứu sản xuất protein isolate từ đậu nành nhằm mục tiêu: Phát triển nghiên cứu trong lĩnh vực chế biến các sản phẩm phục vụ ngành công nghiệp thực phẩm Đối tượng / phạm vi và nội dung nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu: - Hạt đậu nành OMĐN 29, không biến đổi gen, n ăng suất 2,2 tấn/ha. - Công nghệ sản xuất protein isolate từ đậu nành theo phương pháp truyền thống. Phạm vi nghiên cứu: - Các thí nghiệm được tiến hành ở quy mô phòng thí nghiệm. - Sản phẩm protein isolate đạt chất lượng: + Hàm lượng Protein : ≥ 85% + Hàm lượng chất béo : 0.5 – 1% + Độ ẩm : ≤ 6 % + Hàm lượng tro : ≤ 5% + Hàm lượng xơ thô : ≤ 0.5% Đạt tiêu chuẩn vệ sinh an tòan thực phẩm Nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu l ựa chọn nguyên liệu phù hợp - Nghiên cứu xây dựng qui trình công nghệ sản xuất protein isolate từ đậu nành. - Phân tích và đánh giá chất lượng sản phẩm. - Đánh giá hiệu quả kinh tế của sản phẩm đề tài 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tình hình sản xuất, tiêu thụ đậu nành hiện nay. Hiện nay, Mỹ đã trở thành quốc gia sản xuất đậu nành đứng đầu thế giới. Tuy cây đậu nành có nguồn gốc từ Trung Quốc nhưng hiện nay 45% diện tích đất trồng trọt và 55% sản lượng đậu nành của thế giới có nguồn gốc từ Mỹ (Renkema, 2001). Năm 2004 - 2005, thế giới sản xuất xấp xỉ 229 triệu tấn đậu nành, đủ để cho mỗi người 35 kg, tương đương với 300 lit sữa đậu nành mỗi người/năm. Tuy nhiên, đậu nành không chỉ được sử dụng riêng để làm thực phẩm cho con người. Mỗi năm, trung bình khoảng 85% khối lượng đậu nành của thế giới được dùng để sản xuất dầu nành, phần bã còn lại được dùng chủ yếu làm thức ăn gia súc. Chỉ khoảng 10% khối lượng đậu nành được dùng tr ực tiếp làm thức ăn cho người và phần còn lại được dùng để gieo trồng hoặc làm thức ăn cho gia súc. Ngoài 10% được dùng trực tiếp làm thức ăn cho con người (những sản phẩm như tàu hũ, sữa đậu nành, tương…), có khoảng 4 - 5% lượng bã được tạo ra từ quá trình sản xuất dầu được dùng để sản xuất các chế phẩm protein thương mại. Các chế phẩm này được bổ sung vào các sản phẩ m thực phẩm khác nhau như: thịt và các sản phẩm từ thịt, sữa và các sản phẩm từ sữa, các sản phẩm bánh kẹo hoặc được dùng làm bột ăn liền…(Mian và cộng sự, 2006). Việc tiêu thụ đậu nành trên thế giới rất khác nhau. Với những vùng như Châu Á, đậu nành được dùng chủ yếu trong các sản phẩm truyền thống như tàu hũ, sữa, các sản phẩm lên men… Còn ở các nước phươ ng Tây, đậu nành được tiêu thụ chủ yếu dưới dạng chế phẩm protein tinh sạch (Mian và cộng sự, 2006). Ước tính ngày nay, các quốc gia Châu Á sử dụng trực tiếp khoảng 95% đậu nành làm thực phẩm cho con người. Ở các nước phương tây, việc tiêu thụ đậu nành trực tiếp làm thức ăn cho con người là một xu hướng mới, xuất phát từ nhận thức và niềm tin về những lợi ích cho sức khỏe mà đậu nành mang l ại (Mian và cộng sự, 2006). 1.2. Protein isolate đậu nành (SPI) - Protein isolate đậu nành là sản phẩm protein đã qua tinh chế. SPI được sản xuất từ nguồn nguyên liệu giàu protein là đậu nành, nhưng đã loại đi gần như toàn bộ các tạp chất phi protein, sản phẩm chứa tối thiểu từ 85% protein trở lên. So với nguyên liệu ban đầu, SPI giàu protein hơn nên giá trị dinh dưỡng tốt hơn. - Xét về mặt giá trị dinh dưỡng, protein đậu nành đứng hàng đầ u trong các loại đạm có nguồn gốc thực vật, không những về hàm lượng protein cao mà còn về chất lượng protein. Protein đậu nành dễ tan trong nước và chứa nhiều acid amin không thay thế. Protein đậu nành giàu các acid amin cần thiết, trừ methionine và tryptophan; chứa khá nhiều lysine nên thường được dùng để bổ sung vào các sản phẩm đi từ ngũ cốc. [...]... công nghệ sản xuất sữa đậu nành Kết quả phân tích thành phần dinh dưỡng của hạt đậu nành và bã đậu nành của quá trình sản xuất đậu nành ở bảng 3.1 Bảng 3.1: Thành phần dinh dưỡng của hạt đậu nành OMĐN 29 và bã của quá trình sản xuất đậu nành Thành phần Hạt đậu nành Bã đậu nành Hàm lượng protein (%) 35,69 18,51 Hàm lượng protein hòa tan (%) 28,31 12,61 Tỉ lệ protein hòa tan /protein (%) 79,32 68,12 Hàm... nhất, sản phẩm vẫn còn mang tính axit - Hiệu suất thu hồi giữa chế độ rửa số 1 và số 2 không có sự khác biệt có ý nghĩa Tuy nhiên khi rửa 3 lần với lượng nước rửa mỗi lần gấp 5 lần thì pH sản phẩm đã hết tính axit, pH về gần với pH của nước cất 3.3 Xây dựng qui trình sản xuất protein isolate từ đậu nành Dựa trên các thông số kỹ thuật tìm được, xây dựng qui trình công nghệ sản xuất protein isolate từ đậu. .. lượng protein và protein hòa tan trong bã đậu nành là 18,51% và 12,61% chỉ bằng khoảng 54% so với trong hạt đậu nành Điều này là do trong quá trình sản xuất sữa đậu nành, lượng protein trong hạt một phần đã đi vào dịch sữa - Tỷ lệ của hàm lượng protein hòa tan /protein của bã đậu nành (68,12%) thấp hơn so với trong hạt đậu nành (79,32%) vì thế chúng ta khó có thể tận dụng bã đậu nành để làm nguyên liệu nghiên. .. nghiên cứu sản xuất protein isolate cho mục đích cung cấp dinh dưỡng được - Hạt đậu nành OMĐN29 có hàm lượng protein là 35,69% và tỷ lệ protein hòa tan với protein là 79,32% thích hợp và được đề tài chọn làm nguyên liệu cho nghiên cứu sản xuất protein isolate của mình 3.2 Nghiên cứu xác định các thông số kỹ thuật (tỉ lệ dịch:bột, pH dịch trích, nhiệt độ, thời gian trích ly và phương pháp thu sản phẩm protein. .. protein concentrate và protein isolate Nguồn nguyên liệu protein concentrate và protein isolate sử dụng trong công nghiệp thực phẩm hoàn toàn nhập từ nước ngoài Một số nghiên cứu tại Việt Nam: - Theo tác giả Nguyễn Mạnh Thản năm 1989 nghiên cứu khai thác protein và dầu từ đậu tương Nghiên cứu đã xác định được quy trình khai thác dầu và protein từ đậu tương theo phương pháp trích ly bằng cồn thực phẩm... trích ly 76-78 độ C, thời gian 4 giờ Từ protein thô, thu nhận được protein isolat để thay thế một phần protein động vật trong các sản phẩm sữa Dầu đậu tương được tinh chế thành dầu thực phẩm Qui trình sản xuất protein isolate từ đậu nành truyền thống: * Nguyên tắc : Dựa vào sự hòa tan của protein ở pH trung tính hoặc hơi kiềm và kết tủa bằng acid hóa đến điểm đẳng điện Sản phẩm thu được là ISP đẳng điện... 2.1 Phương pháp tiến hành nghiên cứu: 2.1.1 Phương pháp kế thừa: Tham khảo tài liệu, lý thuyết, kinh nghiệm của các nhà Khoa học đi trước Áp dụng các qui trình sản xuất protein isolate từ đậu nành đã được nghiên cứu trước đây 2.1.2 Phương pháp hóa lý: để phân tích chất lượng nguyên liệu và sản phẩm - Xác định hàm lượng protein tổng: TCVN 4328.1 – 2007 - Xác định hàm lượng protein hòa tan trong KOH:... 65 13 9,7 60 Hàm mục tiêu Y: Hiệu suất trích ly protein (%) 2.1.5.4 Nghiên cứu quá trình thu hồi protein Mục tiêu của nghiên cứu là đưa ra các thông số công nghệ tối ưu cho quá trình kết tủa và tinh sạch (rửa tủa) protein từ dịch protein trích ly để có được hiệu suất và tỉ lệ Pht/P thu hồi là cao nhất Các yếu tố được nghiên cứu cho quá trình thu hồi protein là: - Nhiệt độ: 30 – 50oC - pH: 4,0 - 5,0... bánh hay bột đậu nành tách béo hay 60% protein trong bột đậu nành 6 Các loại SPI được sử dụng trong rất nhiều sản phẩm thực phẩm khác nhau Các loại protein này có thể được sử dụng đơn giản là bổ sung protein, ứng dụng các tính năng công nghệ của chúng trong các hệ thực phẩm hoặc những lợi ích về sức khỏe liên quan đến việc tiêu thụ protein 7 Bảng 1.2 Các sản phẩm sử dụng protein isolate đậu nành và tính... lượng protein cao, tỉ lệ protein hòa tan và protein cao để tạo ra sản phẩm đạt có chất lượng như mong muốn Hai nguyên liệu được lựa chọn để so sánh: - Hạt đậu nành giống OMĐN 29, là giống không biến đổi gen, trồng phổ biến ở Đồng Nai, với năng suất cao 2,2tấn/ha - Sản phẩm phụ của của các cơ sở sản xuất sữa đậu nành: nhằm mục đích tận thu, nâng cao giá trị kinh tế gia tăng cho công nghệ sản xuất sữa đậu . thu protein … 27 DANH SÁCH QUI TRÌNH Qui trình 1: Qui trình sản xuất protein isolate từ hạt đậu nành …… 29 1 TÓM TẮT ĐỀ TÀI Đề tài Nghiên cứu xây dựng qui trình sản xuất protein. hiệu suất thu hồi protein 26 3.3. Xây dựng qui trình sản xuất protein isolate từ đậu nành …………… 28 3.4. Phân tích chất lượng sản phẩm protein isolate từ đậu nành …… …….30 3.5. Đánh giá hiệu. VIỆN NGHIÊN CỨU DẦU VÀ CÂY CÓ DẦU BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUI TRÌNH SẢN XUẤT PROTEIN ISOLATE TỪ ĐẬU NÀNH Thực hiện theo Hợp đồng đặt hàng sản xuất