Nghiên cứu thu nhận sản phẩm giàu protein từ gạo nếp cẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu thu nhận sản phẩm giàu protein từ gạo nếp cẩm ĐỖ THỊ THANH HƯỜNG Huong.dtt202903M@sis.hust.edu.vn Ngành Công nghệ thực phẩm Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Tiến Thành Viện: Công nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm HÀ NỘI, 10/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu thu nhận sản phẩm giàu protein từ gạo nếp cẩm ĐỖ THỊ THANH HƯỜNG Huong.dtt202903M@sis.hust.edu.vn Ngành Công nghệ thực phẩm Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Tiến Thành Viện: Công nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm HÀ NỘI, 10/2022 Chữ ký GVHD CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Đỗ Thị Thanh Hường Đề tài: Nghiên cứu thu nhận sản phẩm giàu protein từ gạo nếp cẩm Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số HV: 20202903M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 31/10/2022 với nội dung sau: STT Ý kiến hội đồng Chỉnh sửa Đã bổ sung phần tổng quan Bổ sung tổng quan anthocyanin yếu tố ảnh hưởng đến anthocyanin độ bền anthocyanin (trang 20 – 22) Đã lược bỏ cách tiến hành phương Rút gọn phương pháp pháp phân tích bản: độ ẩm, tinh bột, xơ phân tích thơ, tro, chất béo (trang 32 – 35) Bổ sung tài liệu tham Đã thêm tài liệu tham khảo cho hình: khảo cho hình ảnh Hình 1-4, 1-5, 1-6 (trang 15, 16, 19) Đã lược bỏ bớt tài liệu tham khảo Giảm bớt số lượng tài liệu phần tổng quan (từ 95 xuống 64 tài liệu tham khảo tham khảo) Chỉnh sửa lỗi tả Đã rà soát chỉnh sửa Ngày Giáo viên hướng dẫn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG tháng năm 2022 Tác giả luận văn ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Họ tên học viên: Đỗ Thị Thanh Hường Khóa: 20B Mã học viên: 20202903M Viện: Công nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm Ngành: Công nghệ thực phẩm Đầu đề nghiên cứu: Nghiên cứu thu nhận sản phẩm giàu protein từ gạo nếp cẩm Nội dung phần thuyết minh: Bao gồm chương: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Vật liệu phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết thảo luận Chương 4: Kết luận kiến nghị Các vẽ, đồ thị: Các hỉnh ảnh, bảng biểu, đồ thị cột, đường Họ tên cán hướng dẫn: TS Nguyễn Tiến Thành Ngày giao nhiệm vụ luận văn: 30/10/2020 Ngày hoàn thành luận văn: 30/9/2022 Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Lời cảm ơn Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Nguyễn Tiến Thành, người tận tình hướng dẫn, bảo động viên tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô Trung tâm Nghiên cứu Phát triển Công nghệ Sinh học, Viện Công nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm, Viện Đào tạo Sau đại học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội giảng dạy, giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi hồn thành khố học thạc sỹ hồn thành luận văn Vì kiến thức cịn hạn chế, tơi mong nhận góp ý chân thành thầy để tơi hồn thiện nghiên cứu Tơi xin chân thành cảm ơn! Tóm tắt nội dung luận văn Protein từ gạo nguồn protein quan trọng có nhiều ưu điểm vượt trội so sánh với protein thực vật khác giá trị sinh học độ tiêu hóa cao Luận văn nhằm nghiên cứu cơng nghệ thủy phân nhiệt hồ hóa chế phẩm enzyme có khả thủy phân tinh bột sống, gián tiếp thu nhận sản phẩm giàu protein từ gạo nếp cẩm Để thực mục tiêu đó, yếu tố ảnh hưởng đến trình thủy phân loại bỏ phi protein (ở chủ yếu tinh bột) lượng enzyme amylase thủy phân, nồng độ chất khô, nhiệt độ thời gian thủy phân, sử dụng enzyme bổ trợ, thủy phân hai lần khảo sát Kết luận văn đưa quy trình cơng nghệ thủy phân thành phần phi protein nhiệt độ 50℃, nồng độ chất khô lựa chọn 30%, với lượng Stargen 002 ml/kg nguyên liệu, kết hợp enzyme Viscozyme L (0,05 w/w) Cellulast 1.5L (0,2 ml/kg nguyên liệu), sử dụng lần thuỷ phân 72h (lần 1) 24h (lần 2) Sản phẩm rắn thu có hàm lượng protein 58,62%, phổ protein có chứa băng protein tương tự gạo nếp cẩm nguyên liệu, khả tiêu hoá 22% tăng lên trích ly kiềm (>90%), có số đặc tính cơng nghệ khả hấp thụ nước (2,09 g/g), khả hấp thụ dầu (2,13 g/g), khả tạo bọt tăng theo độ tăng pH từ đến (1,08 – 38,37%), khả tạo nhũ pH trung tính cao (pH 37,5%) Học viên thực Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan protein từ gạo Giới thiệu Ứng dụng protein gạo Sự phân bố thành phần protein gạo Đặc tính chức protein gạo Phương pháp thu nhận protein từ gạo 10 1.2 Thu nhận protein gạo phương pháp thủy phân thành phần phi protein…… 13 Cơ sở phương pháp 13 Phương pháp thủy phân tinh bột truyền thống 13 Phương pháp thủy phân tinh bột nhiệt hồ hóa 14 1.3 Gạo nếp cẩm 18 Giới thiệu 18 Thành phần dinh dưỡng gạo cẩm 19 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền anthocyanin 20 Ứng dụng gạo nếp cẩm 22 1.4 Mục tiêu đề tài 24 CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.1 Vật liệu nghiên cứu 25 Gạo nếp cẩm 25 Enzyme 25 Hóa chất thiết bị 26 2.2 Bố trí thí nghiệm 27 Phân tích thành phần nguyên liệu 27 Khảo sát điều kiện thủy phân enzyme loại tinh bột để thu nhận bã giàu protein 28 Đánh giá chất lượng sản phẩm rắn giàu protein 31 2.3 Phương pháp phân tích 32 Xác định độ ẩm 32 Phương pháp xác định đường khử tinh bột 32 Phương pháp xác định độ tro 33 i Phương pháp xác định protein tổng số 33 Xác định hàm lượng xơ thô phương pháp Ankom 33 Xác định hoạt độ enzyme glucoamylase chế phẩm Stargen 002……… 33 Xác định hàm lượng anthocyanin phương pháp pH vi sai 34 Xác định hàm lượng chất béo phương pháp Soxhlet 35 Xác định đường dịch thủy phân phương pháp sắc ký lỏng hiệu cao 35 Phân tích phổ protein 36 Phương pháp điện di SDS – PAGE 37 Phương pháp xác định số đặc tính chức protein 38 Đánh giá khả tiêu hóa in vitro sản phẩm giàu protein39 Ứng dụng sơ chế phẩm giàu protein từ gạo nếp cẩm 42 2.4 Phương pháp thống kê xử lý số liệu 43 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44 3.1 Phân tích thành phần nguyên liệu 44 3.2 Khảo sát điều kiện ảnh hưởng tới thuỷ phân loại tinh bột thu nhận bã giàu protein 45 Lựa chọn lượng chế phẩm enzyme thủy phân 45 Lựa chọn nồng độ chất khô 48 Lựa chọn nhiệt độ thủy phân 51 Ảnh hưởng enzyme phụ trợ 54 Thủy phân hai lần 56 3.3 Đánh giá chất lượng sản phẩm rắn giàu protein 58 Phân tích hành phần dinh dưỡng sản phẩm 59 Phân tích hợp phần protein sản phẩm rắn diện di biến tính SDS – PAGE 60 Đánh giá số đặc tínhcơng nghệ sản phẩm giàu protein 62 Đánh giá khả tiêu hóa sản phẩm 66 Ứng dụng sơ sản phẩm giàu protein từ gạo nếp cẩm 67 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 4.1 Kết luận 70 4.2 Kiến nghị 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 ii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1 Sản lượng ngũ cốc toàn giới năm 2021 - 2022 [2] Hình 1-2 Phân bố protein gạo lớp subaleurone [6] Hình 1-3 Quy trình thủy phân tinh bột truyền thống 13 Hình 1-4 Cơ chế trình thủy phân tinh bột khơng hồ hóa [26] 15 Hình 1-5 Hình ảnh qua máy hiển vi điện tử quét (SEM, x1000) hạt tinh bột ngô (a, b), sắn (c, d) trước sau thủy phân 24h [28] 16 Hình 1-6 Hạt gạo đặc trưng với màu trắng, tím - đen đỏ [33] 19 Hình 1-8 Sự phân hủy cyanidin-3-glucoside nhiệt [34] 21 Hình 1-9 Sự thay đổi cấu trúc cyanidin-3-glucoside theo pH [38] 22 Hình 2-1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 28 Hình 2-2 Đường chuẩn GOPOD 32 Hình 2-3 Đường chuẩn pNP 34 Hình 2-4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm chiết xuất hợp phần protein 36 Hình 2-5 Sơ đồ quy trình phương pháp tiêu hóa INFOGEST 2.0 39 Hình 3-1 Hiệu suất tạo glucose theo thời gian thủy phân thay đổi lượng enzyme… 46 Hình 3-2 Sắc ký đồ dịch đường sau thủy phân 12h (A); 24h (B); 48h (C); 72h (D)……… 47 Hình 3-3 Hàm lượng protein phần rắn sau thủy phân (% chất khô) lượng enzyme Stargen 002 khác 47 Hình 3-4 Hiệu suất tạo glucose theo thời gian nồng độ chất khô khác nhau…… 48 Hình 3-5 Hàm lượng protein theo chất khô phần rắn sau thủy phân nồng độ chất khô khác 50 Hình 3-6 Hiệu suất tạo glucose tạo thủy phân nhiệt độ khác 51 Hình 3-7 Hàm lượng protein sản phẩm rắn sau thủy phân nhiệt độ khác 30℃ (120h), 40℃ (96h), 50℃ (72h) 53 Hình 3-8 Biến đổi hàm lượng anthocyanin theo thời gian nhiệt độ thủy phân khác 54 Hình 3-9 Dịch đường sau thủy phân 56 Hình 3-10 Hàm lượng glucose tạo theo thời gian thuỷ phân lần phần rắn chứa protein 57 Hình 3-11 Quy trình thu nhận sản phẩm giàu protein từ gạo nếp cẩm phương pháp thủy phân gián tiếp tinh bột nhiệt hồ hóa 58 Hình 3-12 Điện di SDS - PAGE chiết xuất gạo sản phẩm rắn giàu protein dung môi chiết chứa SDS 60 iii Hình 3-13 Điện di SDS - PAGE chiết xuất thành phần protein gạo theo quy trình Osborne 61 Hình 3-14 Xác định khả tạo bọt sản phẩm 63 Hình 3-15 Độ ổn định nhũ tương theo thời gian pH khác 65 Hình 3-16 Trạng thái tiêu hóa sản phẩm 66 Hình 3-17 Sản phẩm rắn sau thủy phân 67 Hình 3-18 Bánh mì trước (trái) sau thay 5% (phải) sản phầm rắn sau thủy phân 68 iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1 Sự phân bố (%) protein gạo phân đoạn xay xát gạo [9] Bảng 1-2 So sánh thành phần axit amin thiết yếu (EAA) (g/100 g protein) từ nguồn khác [10] Bảng 1-3 Thành phần axit amin (g/16,8 g nitơ) phần protein gạo [9] Bảng 1-4 Một số kết nghiên cứu công nghệ thủy phân tinh bột sống [29] 16 Bảng 1-5 Thành phần hóa học gạo đen qua vài nghiên cứu [34] 19 Bảng 1-6 Một số nghiên cứu ứng dụng gạo đen sản phẩm thực phẩm [34]23 Bảng 2-1 Thành phần dung dịch 5X bufer 37 Bảng 2-2 Thành phần hóa chất tạo gel SDS - PAGE 37 Bảng 2-3 Thành phần dung dịch điện giải tiêu hóa 41 Bảng 2-4 Công thức bánh mì 42 Bảng 3-1 Thành phần nguyên liệu gạo nếp cẩm 44 Bảng 3-2 Ảnh hưởng lượng enzyme tới hiệu thủy phân 120h 46 Bảng 3-3 Nồng độ đường glucose dịch thủy phân nồng độ chất khô khác 120h 49 Bảng 3-4 Thông số dịch sau thủy phân nhiệt độ khác 52 Bảng 3-5 Hiệu suất thủy phân 72h với phương án bổ sung enzyme hỗ trợ 55 Bảng 3-6 Thành phần hóa học phần rắn sau thủy phân 59 Bảng 3-7 Khả hấp thụ nước dầu sản phẩm rắn 62 Bảng 3-8 Khả tạo bọt độ ổn định bọt sản phẩm rắn pH khác 64 Bảng 3-9 Khả tạo nhũ tương sản phẩm rắn pH khác 65 Bảng 3-10 Một số tiêu bánh mì thay bã rắn sau thủy phân gạo nếp cẩm 69 v Cấu hình protein loại gạo màu phân tích so sánh với gạo trắng phương pháp SDS - PAGE nghiên cứu Sari cộng sự, 15 dải protein phát mẫu gạo phân tích Trong đó, mẫu gạo trắng có băng protein khoảng từ 8,6 – 127,1 kDa, mẫu gạo phát băng từ 11,7 đến 132 kDa, mẫu gạo đen phát băng protein từ khoảng 12 đến 137,1 kDa [56]; điều khác biệt băng protein có MW cao > 100 kDa khơng phát rõ điện di đồ Hình 3-13 Điện di SDS - PAGE chiết xuất thành phần protein gạo theo quy trình Osborne Làn 1: Nước, 2: NaCl, 3: Etanol, 4: NaOH, 5: marker Các hợp phần protein sản phẩm rắn giàu protein xác định kỹ thuật điện di biến tính SDS – PAGE sau tách chiết theo quy trình Osborne (Hình 3-13) Albumin (chiết dung mơi nước – Làn 1) phân giải thành loạt tiểu đơn vị, với MW nằm khoảng từ 11 đến 75 kDa, nhiên số băng protein chưa tách (MW > 250 kDa) nằm giếng nạp gel Với nghiên cứu Luca cộng sự, albumin phân giải thành loạt tiểu đơn vị, với trọng lượng phân tử (MW) nằm khoảng từ 13 đến 110 kDa Các nghiên cứu khác báo cáo rằng, albumin gạo protein không đồng nhất, MW tiểu đơn vị albumin nằm khoảng 10 đến 200 kDa xác định cách lọc gel Sephadex G - 100 [55] 61 Globulin (tan NaCl – 2) phát loạt băng protein nhỏ có MW từ 11 đến 100 KDa Cũng nghiên cứu tác giả Luca cộng sự, globulin phát polypeptide có MW khoảng 19 – 22 KDa, 53 – 56 KDa hai băng nhỏ khoảng 11 13 KDa Trong đó, nghiên cứu Agboola cộng (2005), globulin gạo qua điện di SDS - CE phân giải thành tiểu đơn vị với MW dao động từ 23 đến 105 kDa, với tiểu đơn vị 54 kDa chủ yếu [43] Prolamin gạo báo cáo bao gồm ba nhóm polypeptit có MW 10, 13 16 kDa, prolamin 13 kDa chủ yếu, xác định SDS PAGE [7] Trong nghiên cứu này, phát prolamin (làn 3) với dải polypeptide có MW từ 10 – 16 kDa, tương tự báo cáo trước đó, băng xác định không rõ nét Glutelin từ gạo bao gồm nhóm polypeptide có MW 30–40 (α) 19–23 kDa (ß) [43] Trong nghiên cứu này, glutelin đại diện hai đơn vị polypeptide có MW 19 – 20 kDa (ß – glutelin) 30–40 (α – glutelin), vạch nhỏ 11 kDa phát Ngoài ra, số protein chưa phân giải (MW > 250 kDa) có mặt mẫu Đánh giá số đặc tínhcơng nghệ sản phẩm giàu protein Để đưa khả ứng dụng chế phẩm giàu protein từ gạo nếp cẩm vào thực phẩm, số đặc tính cơng nghệ sản phẩm đánh giá sơ ❖ Khả hấp thụ nước hấp thụ dầu Các thông số khả hấp thụ nước hấp thụ dầu protein gạo nếp cẩm sản phẩm rắn chứa 58% protein thu được) thể Bảng 3-7 Bảng 3-7 Khả hấp thụ nước dầu sản phẩm rắn Khả hấp thụ nước (g/g) 2,09 ± 0,03 Khả hấp thụ dầu (g/g) 2,13 ± 0,02 Khả hấp thụ nước hiểu khả liên kết với nước, mô tả đặc tính hydrat hóa vật liệu cho biết lượng nước mà vật liệu hấp thụ, 62 tương tự với khả hấp thụ dầu [57] Độ hấp thụ nước cao giúp giảm độ ẩm sản phẩm bánh mì đóng gói hay cần thiết để trì độ tươi cảm giác ẩm thực phẩm nướng Khả hấp thụ dầu protein điều cần thiết để cải thiện cảm giác ngon miệng khả lưu giữ hương vị số sản phẩm thực phẩm Khả hấp thụ nước dầu sản phẩm giàu protein thu nghiên cứu xác định 2,09 g/g 2,13 g/g, giá trị thấp so với protein từ đậu nành 3,55 g/g 2,45 g/g tương ứng [58] Tuy nhiên theo Aletor cộng sự, giá trị khả hấp thụ nước dao động từ 1,49 đến 4,72 (g/g) coi quan trọng thực phẩm nhớt [59], chế phẩm protein thu đáp ứng yêu cầu để ứng dụng sản phẩm ❖ Khả tạo bọt độ ổn định bọt Một tính chất đặc trưng protein khả tạo bọt Sự hình thành bọt liên quan đến khuếch tán protein hòa tan đến bề mặt khơng khí/nước Các phân tử protein nghèo cấu trúc bậc 2, tác dụng cách có hiệu chất hoạt động bề mặt Sự hấp thụ protein lên bọt thực qua vùng kị nước Để hệ bọt bền, màng tạo thành xung quanh bọt khí phải dày, có độ dính đàn hồi Khả tạo bọt phụ thuộc hàm lượng protein [12] Hình 3-14 Xác định khả tạo bọt sản phẩm Khả tạo bọt sản phẩm rắn khảo sát pH từ – 9, với khả tạo bọt xác định thể tích bọt tạo thành so với thể tích dịch x 100%, độ ổn định bọt xác định thể tích bọt ổn định sau 20 phút so với ban 63 đầu x 100% Kết khả tạo bọt độ bền bọt pH khác thể Bảng 3-8 Bảng 3-8 Khả tạo bọt độ ổn định bọt sản phẩm rắn pH khác pH Khả tạo bọt (%) Độ ổn định bọt (%) 1,08 ± 0,08 0,00 ± 0,00 26,92 ± 1,08 42,85 ± 0,75 38,37 ± 1,63 36,67 ± 0,33 Sản phẩm rắn có khả tạo bọt pH (1,08%) tương ứng độ bền bọt kém, bọt tồn – giây Khi tăng độ pH từ axit (pH 5) sang kiềm (pH 9) khả tạo bọt cải thiện đáng kể, pH pH tương ứng 26,92% 38,37% Tuy nhiên độ ổn định bọt tăng từ pH axit sang trung tính (42,85%) giảm pH kiềm (36,67%) Protein gạo có điểm đẳng điện pH 4.1 – 4.8, lý dẫn đến khả tạo bọt thấp pH axit Độ hòa tan protein tăng lên theo độ pH, nên khả đánh tăng lên dẫn đến khả tạo bọt cao dung dịch Khi có mặt protein chúng hấp thụ lên bề mặt liên pha (giữa pha khí pha lỏng) làm cho màng mỏng bao quanh bóng bọt có tính đàn hồi khơng thấm khí, giữ hệ bọt bền Báo cáo Meuser cộng (2001) nghiên cứu khả tạo bọt chế phẩm protein cám gạo cho thấy thay đổi pH ảnh hưởng đáng kể đến thể tích bọt tạo thành độ ổn định bọt [60] Khả tạo bọt sản phẩm giàu protein thu nghiên cứu cao so với báo cáo trước tác giả N.T.M Phuong cộng khả tạo bọt chế phẩm protein thu từ quy trình trích ly từ cám gạo họ (20%) chế phẩm protein cám gạo thương mại Trung Quốc (0%) [61] ❖ Khả tạo nhũ tương Hệ nhũ tương hệ phân tán hai chất lỏng khơng hịa tan vào nhau, chất lỏng dạng giọt nhỏ phân tán, chất lỏng dạng pha phân tán liên tục Nhũ tương hình thành diện nhóm protein kỵ nước ưa nước Sản phẩm rắn thu từ quy trình Hình 3-11 nghiên cứu khả tạo nhũ tương điều kiện pH khác (Hình 3-15), 64 khả tạo nhũ tính thể tích nhũ tương tạo thành tổng thể tích hỗn hợp dịch đưa vào tạo nhũ x 100% Bảng 3-9 Khả tạo nhũ tương sản phẩm rắn pH khác pH Khả tạo nhũ (%) 28,33 ± 1,67 37,50 ± 0,83 31,67 ± 1,67 pH pH7 pH Hình 3-15 Độ ổn định nhũ tương theo thời gian pH khác Khả tạo nhũ sản phẩm rắn giàu protein gạo nếp cẩm thấp pH – 28,33%, tăng dần chuyển pH từ axit (pH 5) qua trung tính (pH – 37,5%) lại giảm dần chuyển sang pH kiềm (pH – 31,67%) Độ ổn định nhũ tương theo dõi ngày, kết giảm thể tích nhũ tương thời gian theo dõi thể Hình 3-15 Các nhũ tương ổn định – ngày đầu tiên, kết tương đồng với báo cáo trước 65 độ ổn định nhũ tương khảo sát khả tạo nhũ sản phẩm protein cám gạo nhóm tác giả Chandi cộng [14] Cũng theo nhóm tác giả này, ba mẫu cám gạo từ ba mẫu lúa khác cho kết khác khả tạo nhũ độ bền nhũ tương, hai ba mẫu khảo sát có khả tạo nhũ cao pH 33,33% 65,38%; mẫu cịn lại có khả tạo nhũ cao lại pH 40%, giảm pH 9; tất nhũ tương ổn định sau hai ngày nhũ hóa Đánh giá khả tiêu hóa sản phẩm Sản phẩm giàu protein gạo nếp cẩm đánh giá khả tiêu hóa phương pháp tiêu hóa in vitro Trạng thái tiêu hóa mẫu sản phẩm thể Hình 3-16, kết thúc giai đoạn ruột non mẫu tiêu hóa ly tâm 7000 vịng/ phút 10 phút Khả tiêu hóa mẫu thể gián tiếp qua khối lượng chất rắn lại sau ly tâm mẫu tiêu hóa cuối Kết cho thấy khả tiêu hóa tương đối thấp khoảng 22% Giai đoạn miệng Giai đoạn dày Giai đoạn ruột non Hình 3-16 Trạng thái tiêu hóa sản phẩm Kết tương đồng với nghiên cứu trước khả tiêu hóa chế phẩm protein thu từ quy trình thủy phân gián tiếp enzyme amylase Trong nghiên cứu tiêu hóa in vitro với pepsin pancreatin, phân tích SDS - PAGE mẫu protein hàm lượng protein phần rắn khơng hịa tan q trình tiêu hóa chứng minh protein gạo thu nhận chiết xuất kiềm có khả tiêu hóa cao so với thủy phân amylase 66 Nguyên nhân khác biệt tỷ lệ tiêu hóa tìm so sánh đặc tính cấu trúc protein gạo thu từ hai phương pháp thơng qua kính hiển vi điện tử PB - II protein gạo chiết xuất kiềm biến đổi thành hạt nhỏ, vơ định hình, phương pháp enzyme giữ phần cấu trúc protein gạo [62] ❖ Tăng khả tiêu hóa trích ly kiềm Trong nghiên cứu trước đây, nhóm báo cáo quy trình chiết xuất protein gạo (thu từ quy trình sản xuất cồn) dung mơi kiềm [18] Trong thí nghiệm này, nghiên cứu sử dụng quy trình cơng bố trước với sản phẩm rắn sau thủy phân sau kết tủa đẳng điện pH Sản phẩm kết tủa giàu protein thu từ quy trình trích ly kiềm đánh giá khả tiêu hóa in vitro, cho khả tiêu hóa cao > 90% (xác định gián tiếp qua lượng chất rắn lại sau q trình tiêu hóa) Tuy nhiên, sản phẩm sau quy trình trích ly kiềm kết tủa lại cho giá trị cảm quan không cao, không giữ đặc trưng nguyên liệu gạo nếp cẩm Bên cạnh phương pháp trích ly kiềm số phương pháp khác thu nhận protein khác cho thấy khả tiêu hóa tăng lên đáng kể Khi nghiên cứu phương pháp vi hóa lỏng có kết hợp enzyme (amylase) vật liệu gạo tấm, nhóm tác giả Xia cộng kết luận phương pháp cho chế phẩm giàu protein (89,87%) có khả tiêu hóa cao (>70%) so với chế phẩm giàu protein chiết xuất kiềm (60,94%) chuẩn bị song song, khả tiêu hóa nhóm tác giả đánh giá thơng gia hàm lượng nito hịa tan giải phóng từ chế phẩm q trình tiêu hóa [63] Ứng dụng sơ sản phẩm giàu protein từ gạo nếp cẩm Hình 3-17 Sản phẩm rắn sau thủy phân 67 Sản phẩm giàu protein thu có dạng bột rắn, màu nâu tím, mùi đặc trưng gạo nếp cẩm, khơng có vị lạ, dễ dàng ứng dụng vào sản phẩm dạng rắn Trong khuôn khổ nghiên cứu phịng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu thử nghiệm bổ sung sản phẩm vào quy trình sản xuất bánh mì để đánh giá sơ ảnh hưởng tới sản phẩm bổ sung Hình 3-18 Bánh mì trước (trái) sau thay 5% (phải) sản phầm rắn sau thủy phân Kết cho thấy, thay 5% bột mì quy trình sản xuất bánh mì, cảm quan sơ sản phẩm bánh mì bổ sung đạm từ gạo nếp cẩm cho màu sắc đậm độ đàn hồi bánh, độ giảm khối lượng bánh trình nướng chu vi bánh gần không khác so với bánh mì khơng bổ sung (Bảng 3-10) Bên cạnh đó, bánh mì bổ sung protein gạo nếp cẩm 5% có độ cứng lớn (249,07 g) so với bánh mì 0% (130,16 g) Hàm lượng gluten giảm thay bột mì bột giàu protein gạo, nên hình thành cấu trúc mạng ba chiều bột nhào bị hạn chế dẫn đến giảm tế bào khí bánh, dẫn đến tăng độ cứng đồng thời lực cắn lực nhai tăng lên Theo Li cộng sự, thay bột mì bã rượu ngơ giàu protein vào sản phẩm bánh bao cho sản phẩm có độ cứng tăng đáng kể từ 450,0 lên 3075,6 g [64] 68 Bảng 3-10 Một số tiêu bánh mì thay bã rắn sau thủy phân gạo nếp cẩm Chỉ tiêu 0% 5% Aw 0,961 ± 0,001 0,940 ± 0,000 Độ ẩm (%) 37,69 ± 0,32 36,11 ± 0,21 Chu vi (cm) 20,5 ± 0,5 20,2 ± 0,1 100,0 ± 0,1 100,0 ± 0,1 86,75 ± 0,83 86,25 ± 1,79 Độ cứng (g) 130,16 ± 2,91 249,07 ± 11,63 Độ đàn hồi (%) 99,31 ± 1,21 99,75 ± 1,67 Lực cắn (N) 117,81 ± 1,97 217,66 ± 8,10 Lực nhai (N) 117,00 ± 2,02 217,04 ± 6,11 Khối lượng trước nướng (g) Khối lượng sau nướng (g) 69 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Nghiên cứu đạt số kết sau: ✓ Đã thu nhận sản phẩm giàu protein từ gạo nếp cẩm phương án thuỷ phân thành phần phi protein nhiệt độ 50℃, nồng độ chất khô lựa chọn 30%, với lượng Stargen 002 ml/kg nguyên liệu, kết hợp enzyme Viscozyme L (0,05 w/w) Cellulast 1.5L (0,2 ml/kg nguyên liệu), sử dụng lần thuỷ phân gồm 72h (lần 1) 24h (lần 2) ✓ Sản phẩm rắn thu có hàm lượng protein 58,62% với lượng tinh bột sót 17,61% Phổ protein có chứa đầy đủ băng protein tương tự gạo nếp cẩm nguyên liệu; khả tiêu hoá 22% tăng lên trích ly dung mơi kiềm (>90%) ✓ Một số đặc tính cơng nghệ sản phẩm giàu protein đánh giá như: khả hấp thụ nước (2,09 g/g), khả hấp thụ dầu (2,13 g/g), khả tạo bọt tăng theo độ tăng pH từ đến (1,08 – 38,37%), khả tạo nhũ theo dõi thay đổi pH cho thấy pH trung tính cho khả tạo nhũ cao (pH 37,5%), nhũ tương ổn định trong đến ngày khảo sát ✓ Sản phẩm dịch đường thu có hàm lượng glucose 245,92 g/L chứa 30 mg/L anthocyanin với tiềm ứng dụng sản phẩm đồ uống, sản phẩm lên men, xiro bánh kẹo 4.2 Kiến nghị ✓ Nghiên cứu điều kiện để nâng cao hàm lượng chế phẩm protein thu phương pháp trích ly hóa học, kết hợp phương pháp vật lý, tiếp tục thủy phân enzyme amylase protease tạo peptide có hoạt tính sinh học để đa dạng hóa chế phẩm protein thu được; ✓ Nghiên cứu sử dụng công nghệ với vật liệu gạo ngũ cốc khác; ✓ Nghiên cứu điều kiện tiền xử lý, tách chiết anthocyanin trước thủy phân tránh thất q trình thủy phân; ✓ Nghiên cứu ứng dụng vào sản phẩm thực phẩm 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] S Muthayya, J D Sugimoto, S Montgomery, and G F Maberly, "An overview of global rice production, supply, trade, and consumption," Annals of the new york Academy of Sciences, vol 1324, no 1, pp 7-14, 2014 M Shahbandeh, "Worldwide production of grain in 2020/21, by type Statista," ed, 2021 L Yang et al., "Rice protein improves adiposity, body weight and reduces lipids level in rats through modification of triglyceride metabolism," Lipids in health and disease, vol 11, no 1, pp 1-10, 2012 M Reche et al., "The effect of a partially hydrolysed formula based on rice protein in the treatment of infants with cow’s milk protein allergy," Pediatric Allergy and Immunology, vol 21, no 4p1, pp 577-585, 2010 A P Adebiyi, A O Adebiyi, D H Jin, T Ogawa, and K Muramoto, "Rice bran protein‐based edible films," International journal of food science & technology, vol 43, no 3, pp 476-483, 2008 R A Olson and K Frey, "Nutritional quality of cereal grains: genetic and agronomic improvement," 1987 M Ogawa et al., "Purification of protein body-I of rice seed and its polypeptide composition," Plant and Cell Physiology, vol 28, no 8, pp 1517-1527, 1987 T B Osborne, The vegetable proteins Longmans, Green and Company, 1924 B O Juliano, "The rice grain and its gross composition," Rice: chemistry and technology, 1985 S.-W Han, K.-M Chee, and S.-J Cho, "Nutritional quality of rice bran protein in comparison to animal and vegetable protein," Food chemistry, vol 172, pp 766-769, 2015 V PADHYE, "Extraction and characterization of rice proteins," Cereal Chem, vol 56, pp 389-393, 1979 X Cao, H Wen, C Li, and Z Gu, "Differences in functional properties and biochemical characteristics of congenetic rice proteins," Journal of cereal science, vol 50, no 2, pp 184-189, 2009 M Wang, N Hettiarachchy, M Qi, W Burks, and T Siebenmorgen, "Preparation and functional properties of rice bran protein isolate," Journal of agricultural and food chemistry, vol 47, no 2, pp 411-416, 1999 G K Chandi and D Sogi, "Functional properties of rice bran protein concentrates," Journal of Food Engineering, vol 79, no 2, pp 592-597, 2007 A Anderson, N Hettiarachchy, and Z Ju, "Physicochemical properties of pronase‐treated rice glutelin," Journal of the American Oil Chemists' Society, vol 78, no 1, p 1, 2001 71 [16] I Paraman, N Hettiarachchy, C Schaefer, and M I Beck, "Hydrophobicity, solubility, and emulsifying properties of enzyme‐modified rice endosperm protein," Cereal chemistry, vol 84, no 4, pp 343-349, 2007 [17] K Bandyopadhyay, G Misra, and S Ghosh, "Preparation and characterisation of protein hydrolysates from Indian defatted rice bran meal," Journal of Oleo Science, vol 57, no 1, pp 47-52, 2008 [18] T T H Đỗ, G L Nguyễn, K S Chu, and T T Nguyễn, "Nghiên cứu trích ly thủy phân protein từ bã rượu công nghiệp định hướng ứng dụng thực phẩm," in Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Nơng nghiệp Việt Nam vol 01(122), ed, pp 106 - 112, 2021 [19] F F Shih and K W Daigle, "Preparation and characterization of rice protein isolates," Journal of the American Oil Chemists' Society, vol 77, no 8, pp 885-889, 2000 [20] L Hou, Y Zhu, and Q Li, "Characterization and preparation of broken rice proteins modified by proteases," Food Technology and Biotechnology, vol 48, no 1, p 50, 2010 [21] J Li, T Vasanthan, and D C Bressler, "Improved cold starch hydrolysis with urea addition and heat treatment at subgelatinization temperature," Carbohydrate Polymers, vol 87, no 2, pp 1649-1656, 2012 [22] S Tang, N S Hettiarachchy, and T H Shellhammer, "Protein extraction from heat-stabilized defatted rice bran Physical processing and enzyme treatments," Journal of Agricultural and Food Chemistry, vol 50, no 25, pp 7444-7448, 2002 [23] K Watchararuji, M Goto, M Sasaki, and A Shotipruk, "Value-added subcritical water hydrolysate from rice bran and soybean meal," Bioresource technology, vol 99, no 14, pp 6207-6213, 2008 [24] C t C T p M Dương, "Hồn thiện cơng nghệ sản xuất số sản phẩm (maltodextrin, nha maltose bột protein) từ gạo ứng dụng công nghệ thực phẩm," ed Chương trình học công nghệ quốc gia 592: BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, 2017 [25] B T T Hằng, "Nghiên cứu xử lý bã rượu từ nhà máy sản xuất cồn để sản xuất nguyên liệu thức ăn chăn nuôi," Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2015 [26] B C Vidal Jr, K D Rausch, M E Tumbleson, and V Singh, "Kinetics of Granular Starch Hydrolysis in Corn Dry‐Grind Process," Starch‐Stärke, vol 61, no 8, pp 448-456, 2009 [27] U Uthumporn, I S Zaidul, and A Karim, "Hydrolysis of granular starch at sub-gelatinization temperature using a mixture of amylolytic enzymes," Food and bioproducts processing, vol 88, no 1, pp 47-54, 2010 [28] U Uthumporn, Y Shariffa, and A Karim, "Hydrolysis of native and heattreated starches at sub-gelatinization temperature using granular starch 72 [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] hydrolyzing enzyme," Applied biochemistry and biotechnology, vol 166, no 5, pp 1167-1182, 2012 B A Cinelli, L R Castilho, D M Freire, and A M Castro, "A brief review on the emerging technology of ethanol production by cold hydrolysis of raw starch," Fuel, vol 150, pp 721-729, 2015 K S Chu, "Xác định thành phần hóa học, dinh dưỡng phụ phẩm từ quy trình sản xuất cồn khơng gia nhiệt nồng độ chất khô cao từ gạo," ĐTĐL.CN-07/20, 2022 T Oikawa et al., "The birth of a black rice gene and its local spread by introgression," The Plant Cell, vol 27, no 9, pp 2401-2414, 2015 U K S Kushwaha, Black rice: Research, history and development Springer, 2016 R.Sompong, S.Siebenhandl-Ehn, G.Linsberger-Martin, and E.Berghofer, "Physicochemical and antioxidative properties of red and black rice varieties from Thailand, China and Sri Lanka," vol 35 (2), ed: Food Sci Technol (Campinas), June 2015 V C Ito and L G Lacerda, "Black rice (Oryza sativa L.): A review of its historical aspects, chemical composition, nutritional and functional properties, and applications and processing technologies," Food chemistry, vol 301, p 125304, 2019 T Frank, B Reichardt, Q Shu, and K.-H Engel, "Metabolite profiling of colored rice (Oryza sativa L.) grains," Journal of Cereal Science, vol 55, no 2, pp 112-119, 2012 M Frei and K Becker, "Fatty acids and all‐trans‐β‐carotene are correlated in differently colored rice landraces," Journal of the Science of Food and Agriculture, vol 85, no 14, pp 2380-2384, 2005 X Q Chen, N Nagao, T Itani, and K Irifune, "Anti-oxidative analysis, and identification and quantification of anthocyanin pigments in different coloured rice," Food Chemistry, vol 135, no 4, pp 2783-2788, 2012 S Wahyuningsih, L Wulandari, M Wartono, H Munawaroh, and A Ramelan, "The effect of pH and color stability of anthocyanin on food colorant," in IOP conference series: Materials science and engineering, vol 193, no 1: IOP Publishing, p 012047, 2017 M Y Um, J Ahn, C H Jung, and T Y Ha, "Cholesterol-lowering effect of rice protein by enhancing fecal excretion of lipids in rats," Preventive nutrition and food science, vol 18, no 3, p 210, 2013 S P Choi, M Y Kang, H J Koh, S H Nam, and M Friedman, "Antiallergic activities of pigmented rice bran extracts in cell assays," Journal of Food Science, vol 72, no 9, pp S719-S726, 2007 I Y Bae, J S An, I K Oh, and H G Lee, "Optimized preparation of anthocyanin-rich extract from black rice and its effects on in vitro 73 [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] digestibility," Food Science and Biotechnology, vol 26, no 5, pp 14151422, 2017 Y Tada, S Utsumi, and F Takaiwa, "Foreign gene products can be enhanced by introduction into low storage protein mutants," Plant Biotechnology Journal, vol 1, no 6, pp 411-422, 2003 S Agboola, D Ng, and D Mills, "Characterisation and functional properties of Australian rice protein isolates," Journal of cereal science, vol 41, no 3, pp 283-290, 2005 A Brodkorb et al., "INFOGEST static in vitro simulation of gastrointestinal food digestion," Nature protocols, vol 14, no 4, pp 991-1014, 2019 R Sompong, S Siebenhandl-Ehn, G Linsberger-Martin, and E Berghofer, "Physicochemical and antioxidative properties of red and black rice varieties from Thailand, China and Sri Lanka," Food chemistry, vol 124, no 1, pp 132-140, 2011 T N Tien et al., "Protease increases ethanol yield and decreases fermentation time in no-cook process during very-high-gravity ethanol production from rice," Process Biochemistry, vol 117, pp 10-18, 2022 S Chu-Ky et al., "Simultaneous liquefaction, saccharification and fermentation at very high gravity of rice at pilot scale for potable ethanol production and distillers dried grains composition," Food and Bioproducts Processing, vol 98, pp 79-85, 2016 T C Nguyen, S Chu-ky, H N Luong, and H V Nguyen, "Effect of pretreatment methods on enzymatic kinetics of ungelatinized cassava flour hydrolysis," Catalysts, vol 10, no 7, p 760, 2020 M.-S Kim et al., "Properties of a novel thermostable glucoamylase from the hyperthermophilic archaeon Sulfolobus solfataricus in relation to starch processing," Applied and environmental microbiology, vol 70, no 7, pp 3933-3940, 2004 P Wang, V Singh, H Xue, D B Johnston, K D Rausch, and M Tumbleson, "Comparison of raw starch hydrolyzing enzyme with conventional liquefaction and saccharification enzymes in dry‐grind corn processing," Cereal Chemistry, vol 84, no 1, pp 10-14, 2007 R L Prior and X Wu, "Anthocyanins: structural characteristics that result in unique metabolic patterns and biological activities," Free radical research, vol 40, no 10, pp 1014-1028, 2006 C M Huynh, T D T Thuy, and T N Thi, "Optimizing the extraction conditions for anthocyanins from butterfly pea flowers (Clitoria Ternatean l) (in vietnamesse)," ed: Industry and Trade Journal, 2020 F B Pereira, P M Guimarães, J A Teixeira, and L Domingues, "Optimization of low-cost medium for very high gravity ethanol fermentations by Saccharomyces cerevisiae using statistical experimental designs," Bioresource Technology, vol 101, no 20, pp 7856-7863, 2010 74 [54] U Rattanachomsri, S Tanapongpipat, L Eurwilaichitr, and V Champreda, "Simultaneous non-thermal saccharification of cassava pulp by multienzyme activity and ethanol fermentation by Candida tropicalis," Journal of Bioscience and Bioengineering, vol 107, no 5, pp 488-493, 2009 [55] L Amagliani, J O’Regan, A L Kelly, and J A O’Mahony, "Composition and protein profile analysis of rice protein ingredients," Journal of Food Composition and Analysis, vol 59, pp 18-26, 2017 [56] D Sari, A Safitri, J Cairns, and F Fatchiyah, "Protein profiling of coloring rice (Oryza sativa L.) using SDS-PAGE and experionTM260 analysis," in Journal of Physics: Conference Series, vol 1146, no 1: IOP Publishing, p 012038, 2019 [57] Z Farooq and J I Boye, "Novel food and industrial applications of pulse flours and fractions," Pulse foods: Processing, quality and nutraceutical applications, pp 283-323, 2011 [58] K.-X Zhu, X.-H Sun, Z.-C Chen, W Peng, H.-F Qian, and H.-M Zhou, "Comparison of functional properties and secondary structures of defatted wheat germ proteins separated by reverse micelles and alkaline extraction and isoelectric precipitation," Food Chemistry, vol 123, no 4, pp 11631169, 2010 [59] O Aletor, A Oshodi, and K Ipinmoroti, "Chemical composition of common leafy vegetables and functional properties of their leaf protein concentrates," Food chemistry, vol 78, no 1, pp 63-68, 2002 [60] F Meuser, K Busch, H Fuhrmeister, and K Rubach, "Foam‐forming capacity of substances present in rye," Cereal chemistry, vol 78, no 1, pp 50-54, 2001 [61] N T M Phương, V H Bắc, T T Nhung, and Đ H Hiệp, "Nghiên cứu thu nhận protein từ cám gạo," TAP CHI SINH HOC, vol 37, no 4, pp 479-486, 2015 [62] T Kumagai et al., "Production of rice protein by alkaline extraction improves its digestibility," Journal of nutritional science and vitaminology, vol 52, no 6, pp 467-472, 2006 [63] N Xia, J.-M Wang, Q Gong, X.-Q Yang, S.-W Yin, and J.-R Qi, "Characterization and In Vitro digestibility of rice protein prepared by enzyme-assisted microfluidization: Comparison to alkaline extraction," Journal of Cereal Science, vol 56, no 2, pp 482-489, 2012 [64] X Li, C Wang, and P G Krishnan, "Effects of corn distillers dried grains on dough properties and quality of Chinese steamed bread," Food Science & Nutrition, vol 8, no 8, pp 3999-4008, 2020 75 ... Cơng nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm Ngành: Công nghệ thực phẩm Đầu đề nghiên cứu: Nghiên cứu thu nhận sản phẩm giàu protein từ gạo nếp cẩm Nội dung phần thuyết minh: Bao gồm chương: Chương... dạng hoá sản phẩm từ nguyên liệu cần thiết Trong nghiên cứu này, hướng tới thu nhận sản phẩm giàu protein từ gạo nếp cẩm có chứa anthocyanin phương án thu? ?? phân loại bỏ thành phần phi protein, ... tách protein bột gạo Tuy nhiên, giá thành cao hàm lượng protein thấp gạo mà protein gạo trích ly thu? ??n tiện từ nguồn chi phí thấp bã gạo, sản phẩm phụ từ trình sản xuất xirơ gạo, có hàm lượng protein