Đề tài protein đậu nành và gía trị sinh học

Thành phần Protein đậu nành:Sau khi hoà tan trong nước hoặc ở PH kiềm nhẹ, các protein của đậu nành có thể tách ra nhiều đoạn bằng các sắc kí thấm gel, bằng điện di, bằng siên li tâm…..V

Mục Lục

I Tổng quan về Protein đậu nành: 3

1 Cây đậu nành: 3

2 Thành phần hóa học của đậu nành: 6

II Protein đậu nành: 7

1 Thành phần Protein đậu nành: 7

a Globulin 11S: 8

b Globulin 7S: 9

c Chuỗi 2S: 11

2 Tính chất của Protein đậu nành: 11

a Sự phân li và sự tập hợp của protein đậu nành: 11

b Sự tạo gel của protein đậu nành: 12

c Một vài tính chất khác: 13

3 Giá trị dinh dưỡng: 13

III Protein đậu nành trong sản xuất: 14

1 Các phương pháp xác định giá trị Protein: 14

a Các phương pháp chính: 14

b Các phương pháp khác: 15

2 Các phương pháp tách Protein: 16

a Soy Protein Concentrates 16

b Soy Protein isolate: 17

c Protein cấu trúc ( Textured Protein) 18

IV Giá trị sinh học: 18

1 Vai trò của Protein đậu nành đối với sức khỏe: 18

g omega-3 fatty acids: 20

h Isoflavones (phytoestrogens): 20

i Đậu nành có khả năng chữa được bệnh tim mạch: 22

l Đậu nành chữa được bệnh xương: 22

m Đậu nành có thể phòng chống được bệnh ung thư: 23

n Đậu nành và bệnh thận: 23

o Đậu nành và ảnh hưởng sinh lý của phụ nữ: 24

p Đậu nành và sức khỏe của trẻ con: 24

2 Thực phẩm chức năng: 25

a Hạt Ðậu Nành Tươi Và Khô 25

b Những sản phẩm Ðậu Nành Phương Tây 27

Tài liệu tham khảo 29

I.Tổng quan về Protein đậu nành:

Tên thứ hai : Glycine max

Năm 2838 trước công nguyên, hoàng đế Trung Quốc Sheng Nung viết Materia Medica Trong tài liệu này, cây đậu nành được ghi chú là có giá trị vì khả năng làm thuốc Đậu nành được trồng đầu tiên ở Bắc Trung Quốc, từ đây đã truyền sang Nhật, Hàn Quốc và Nam Á Đậu nành đã được biết đến như là một thứ thuốc ở các tài liệu từ Trung Quốc, Ai Cập và Mesopotamia ở những năm 1500 trước công nguyên hay sớm hơn Ở thời ấy, những hợp chất đã lên mốc, lên men từ đậu nành đã được sử dụng như là những chất kháng sinh để trị vết thương và giảm sưng.

Năm 1712, đậu nành được giới thiệu vào Châu Âu bởi Englebert Kaempfer, nhà thực vật học người Đức đã được học ở Nhật Một nhà thực vật học người Thụy

Điển Carl von Linne đã hoàn tất nghiên cứu đậu nành và đặt tên cho nó là Glycinemax bởi những nốt sần ở rễ Không may là đất và khí hậu không thích hợp ở Châu Âu

đã làm cho sự thử nghiệm sản xuất đậu nành bị ngưng.

Cây đậu nành đến Mỹ những năm 1800 Thời đó đậu nành được sử dụng như một ballast (vật nặng để giữ cho tàu thuyền thăng bằng khi không có hàng) cho những thuyền có hành trình xa từ Trung Quốc và được dỡ hàng nhường chỗ cho hàng hóa trong chuyến đi kế tiếp Vì tò mò, một vài nông dân đã trồng hạt đậu nành Cây đậu nành đầu tiên trồng ở Mỹ là cây đậu đã lớn lên ở Pennsylvania.

Năm 1829, những nông dân Mỹ đã trồng đậu nành theo vụ và đến năm 1898 Bộ Nông Nghiệp Mỹ đã đem về một số giống khác từ Châu Á.

Năm 1904, George Washington Carver đã khám phá ra rằng đậu nành giàu protein và dầu Người tiên phong về đậu nành William J Morse đã trải qua hai năm ở Trung Quốc và đã thu được 10000 giống đậu nành khác phục vụ cho mục đích nghiên cứu ở Mỹ.

Năm 1920, tiến sĩ John Harvey Kellogg đã đề ra sự thay thế đậu nành vào bữa ăn và sữa đậu nành cho người tiêu dùng Tuy nhiên nông dân Mỹ đã không nắm bắt

thời cơ cho tới khi những cánh đồng đậu nành ở Trung Quốc bị tàn phá trong thế chiến thứ II và cuộc nội chiến ở Trung Quốc năm 1940.

Ngày nay đậu nành đã trở nên phổ biến và được trồng ở rất nhiều nước trên thế giới.

Cây đậu nành có 4 loại lá : hai lá mầm, hai lá đơn, lá có ba lá chét và lá gốc.

Nốt sần là phần vỏ rễ phình ra và trong đó có vi khuẩn Rhizobium japonicum sinh

sống Vi khuẩn này hình gậy, sống trong đất, có khả năng đi vào rễ và cố định đạm từ khí trời Một cây đậu có khoảng vài trăm nốt sần phân bố trên các rễ ở độ sâu 1m Vi khuẩn thường xuyên xâm nhập vào rễ, ở phần giữa đỉnh rễ và lông hút nhỏ nhất, tạo thành một chuỗi nhiễm là một ống có lỗ hở Mỗi vi khuẩn được bao bọc một màng tạo thành túi, nếu vi khuẩn đi vào chất nguyên sinh của tế bào rễ mà không được bọc một màng thì nó sẽ tạo thành nốt sần không có tác dụng Ở trong túi, vi khuẩn nhân nhanh cho tới khi một vài vi khuẩn hoặc dạng vi khuẩn được hình thành Nốt sần có tập tính sinh trưởng hữu hạn và bám vào rễ, phần giữa nốt sần là tế bào nhu mô đầy túi Bacteroids Túi Bacteroids chiếm 80% thể tích tế bào, còn lại 20% là nguyên sinh chất và các thành phần khác Phần giữa của Bacteroids là những tế bào không bị nhiễm vi khuẩn và phân chia mạnh tạo thành ống dẫn (nơi trao đổi giữa tế bào chủ và Bacteroids cố định đạm Nốt sần có thể tăng trưởng đến 60 ngày thì bắt đầu giảm tuổi thọ từ giữa và tiến dần ra ngoài, cuối cùng bị thối Đạm được cố định ở Bacteroids Enzyme nitrogenase nằm ở Bacteroids chứa từ 2-5% tổng số đạm của nốt sần, nó có 2 ngăn : ngăn 1 chứa Mo-Fe-protein gọi là dinitrogenase và ngăn 2 là Fe-protein gọi là dinitrogenase reductase Trong quá trình cố định đạm sinh ra H2 Leghaemoglobin có ở trong nguyên sinh bao quanh Bacteroids và ở vỏ của Bacteroids, có vai trò đưa oxy

Rhizobium japonicum tiết ra hầu hết NH3 sau đó chuyển hóa vào glutamin và glutamate ở cylosol tế bào chủ, các nhà khoa học cũng cho rằng NH3 oxi hóa thành NO3-ở trong Bacteroids.

Đậu nành thuộc nhóm vận chuyển ureide, allatoin và allansoic acid là dạng đạm chính được chuyển hóa từ nốt sần vào cây Ureide thủy phân thành urê và glyoxylate dưới sự xúc tác của allantoinase và allantoicase cho thấy trong quá trình chuyển hóa của allantoase dưới xúc tác của allantoicase Allantoicase được hình thành được hình thành dưới xúc tác của ureidoglycolase, nó chuyển thành glyoxylate và hai phân tử urê tiếp theo lại được chuyển hóa do men urease thành amin acid Urease có mặt trong các bộ phận của cây Hoạt tính urease bị ức chế do thiếu nitơ nhưng Ni kích thích hoạt tính của urease, khi thiếu Ni dù đậu trồng ở điều kiện có nitơ, NO3- hay NH4 thì hiện tượng bị độc do urê có thể xảy ra, do đó urê là sản phẩm của quá trình chuyển hóa nitơ trong điều kiện cố định hay không cố định đạm.

Cây đậu nành cho nhiều hoa nhưng tỷ lệ hoa không thành quả chiếm 20-80% Đậu nành có hoa dạng cánh bướm đặc trưng, ống đài năm cánh không bằng nhau Tràng hoa gồm cánh hoa cờ phía sau, hai cánh bên và hai cánh thìa phía trước tiếp xúc

nhau nhưng không dính vào nhau Bộ nhị gồm 10 nhị chia làm hai nhóm, nhóm 1 gồm 9 nhị và cuống dính với nhau thành một khối, nhóm 2 chỉ có một nhụy hoa, nhụy hoa có một là noãn Vòi nhụy cong về phía nhị.

Hình: Cây đậu nành

Hạt đậu nành cũng như hạt của nhiều loại họ đậu khác là không có nội nhũ mà chỉ có một lớp vỏ bao quanh một phôi lớn Hình dạng hạt có hình cầu, dẹt, dài và oval Ở hạt trưởng thành, đầu của rốn là lỗ noãn, lỗ này được bao phủ bởi một lớp màng Ở đầu kia của rốn là rãnh nhỏ.

Vỏ đậu nành có 3 lớp : biểu bì, hạ bì và lớp nhu mô bên trong Do vỏ của lớp tế bào mô đậu có lớp cutin che phủ nên sự trao đổi khí không xảy ra, sự trao đổi khí giữa phôi và mội trường qua rốn hạt Những mảnh của nội nhũ bị ép chặt vào vỏ hạt Lớp ngoài nội nhũ gọi là lớp aleuron gồm những tế bào hình lập phương nhỏ chứa đầy đạm.

2 Thành phần hóa học của đậu nành:

Thành phần hóa học của đậu nành

Phenylalanine 3,8%

Các acid béo không thay thế có giá trị dinh dưỡng cao

Carbohydrates trong đậu nành thường có : các polysaccharide không hòa tan như hemicellulose, các peptin, cellulose và các oligosaccharide như hexose, rafinose, stachiose, verbascose.

Tro của đậu nành rất giàu sắt và kẽm.

II.Protein đậu nành:

1 Thành phần Protein đậu nành:

Sau khi hoà tan trong nước hoặc ở PH kiềm nhẹ, các protein của đậu nành có thể tách ra nhiều đoạn bằng các sắc kí thấm gel, bằng điện di, bằng siên li tâm… Với phương pháp siên li tâm người ta tách ra được 4 đoạn với ứng với các hệ số sa lắng

Tỷ lệ và đặc trưng của các đọan protêin hòa tan trong nước của đậu tương

Các globulin 7S và 11 S chiếm trên 70% tổng lượng protein của hạt Tỷ lệ nằm giữa 0,5 và 3

+6 dưới đơn vị có tính axit (A) +6 dưới đơn vị có tính kiềm (B)

Người ta đã biết “dưới đơn vị” khởi đầu AB là đơn chuỗi được tách ra do sự thủy phân ở gian đọan cuối “ribosom” Polipeptit A luôn luôn gắn liền với B qua cầu đisunfua Do đó người ta cũng có thể coi glixinin được cấu tạo từ 6 “dưới đơn vị” AB.

Mô hình cấu trúc của Globulin 11 S hay glixinin: các đơn vị được sắp xếp

thành hai hình sáu cạnh chồng lên nhau tạo cho phân tử có 1 hình thể cầu rắn chắc Mỗi dưới đơn vị A sẽ nằm gần 3 dưới đơn vị B và ngược lại Trong phân tử có từ 42 đến 46 nguyên tử S ở dưới dạng các cầu disunfua nối các dưới đơn vị hoặc trong nội bộ một dưới đơn vị Sự có mặt một nhóm tiol sẽ làm dễ dàng cho sự trao đổi cầu

Glixinin dễ dàng phân li thành các “dưới đơn vị” của mình khi gia nhiệt đến 800C, ở lực ion thấp(0,01), ở PH axit hay kiềm hoặc khi có mặt urea, chất tẩy rửa hoặc là tác nhân khử Khi lực ion cao hơn thì cấu trúc bậc bốn lại bền vững Ở pH trung tính và có lực ion bằng 0.1 glixinin tự liên hợp lạinhưng mức độ trùng hợp còn bé.

của hạt, là một glucoprotein chứa gần 5% gluxit Phân tử cấu tạo nên từ 3 dưới đơn vị α, α’, và β , có tính axit.

+ Các dưới đơn vị α, α’(M~ 54000) có thành phần axit amin rất giống nhau, thiếu xistein và xistin.

+Dưới đơn vị β (M~42000) không chứa xistein và metionin.

Ơ PH giửa 5 và 10, khi lực ion yếu (M~0,1), β-conglixinin tạo thành 1 dime gồm 6 dưới đơn vị(M~370000).Khi ở môi trường axit hoặc bazơ hay khi thẩm tích ở lực ion 0,5 thì phân tử

sẽ tự phân li thành các dưới đơn vị Sơ đồ các dưới đơn vị của 7S

Trong các thực phẩm có PH trung tính và không được gia nhiệt thì các globulin 7S và 11S nói chung đều ở trạng thái hoạt động, không bị biến tính, phân tử ở dạng dime (7S) và oligome (11S) vì lực ion yếu.Các xử lí nhiệt và thay đổi PH sẽ làm biến tính cấu trúc bậc 2, bậc 3 và bậc 4.

Trong đọan 7S còn có:

+ Các hemaglutinin(lectin) mà phân tử của chúng có thể tạo phức khá bền vững với các hợp chất gluxit.Tương tác giữa các lectin với các glucoprotein có mặt trên bề mặt các hồng cầu sẽ làm ngưng kết các tế bào này Loại carbonhydrat này chứa prôtêin được cho là thành phần tạo nên 4 subunits không đồng nhất, mỗi loại có phân tử lượng dao động từ 30.000 đến 120.000 Trong vài loại thực phẩm hemaglutinin được chỉ ra là làm giảm sự tiêu thụ của prôtêin nhưng chúng không làm ảnh hưởng đến chất lượng của prôtêin đậu nành.

+Các chất kìm hãm proteaza như antitripxin Kunitz, antitripxin Bowman- Birk + Có thể bị khử hoạt nếu sản phẩm được gia nhiệt đầy đủ trong điều kiện môi trường ấm.

+ Lipoxygenase là 1 lọai prôtêin có phân tử lượng khỏang 105.000 Enzym này tạo nên cấu trúc của hydroperoxides bằng cách thêm oxygen vào nối đôi của axit linoleic và linolinic Sự đứt gãy của hydroperoxides có thể dẫn đến sự ôxi hóa lipit và sự tạo thành flavor trong prôtêin đậu nành 10 loại hương đậu có liên quan tới prôtêin đậu nành được cho là đến từ sự biến tính do ôxi hóa của lipid có liên kết chặt chẽ với phân tử prôtêin.

Phân tử β-conglixinin

c Chuỗi 2S: Chứa từ 8-22% prôtêin đậu nành và bao gồm 1 số enzym Phân tử lượng trung bình 26.000.

Chứa chất ức chế trypsin Phần nhỏ hơn của những chất ức chế này là chất ức chế Bowman-Birk, gồm 71 amino axit không tan có phân tử lượng 7861 Mặc dù phân tử lượng nhỏ nhưng prôtêin này có thể tạo dime, trime hoặc liên kết với các prôtêin khác 1 lọai chất ức chế trypsin khác là Kunitz Nó lớn hơn nhiều, gồm 181 axit amin và có phân tử lượng 21.500 Prôtêin này có 2 cầu disunfua và không được chắc như Bowman-Birk

Là 1 loại prôtêin có tính đối xứng cao bao gồm nhiều vòng liên kết chặt chẽ Những vòng này được giữ chặt bởi 7 liên kết disunfit Trong khi tổng lượng prôtêin đậu nành có rất ít lưu hùynh thì chất ức chế này có nhiều systein Tác dụng ức chế trypsin là do liên kết giữa lysin-16 và serine-17, thường thì trypsin có thể tách liên kết Lys-Ser, nhưng cấu trúc vòng ngăn quá trình tách xảy ra Vì vậy, trypsin bám vào phân tử , nhưng không tách được liên kết, từ đó không được giải phóng để tách liên kết khác.

Ơ 1 đầu khác của phân tử Leucine-43 và serine-44 gây ra tác dụng tương tự với chymotrypsin Do có nhiều liên kết disunfit nên phân tử prôtêin nhỏ này có cấu trúc vững chắc, bền ới nhiệt, khó bị biến tính.

Liên kết giữa Arginine-63 và isoleucine-64 tạo cơ chế ức chế động Trypsin có thể tách liên kết này nhưng nó không thể được giải phóng khi tiếp xúc với liên kết đó Chuỗi 3 chỉ ra liên kết phức tạp giữa Kunitz và porcine trypsin Liên kết Arg-Ile tiếp xúc với phần hoạt động của phân tử trypsin Phổ tia X cho thấy có đến 300 nguyên tử ở chỗ tiếp xúc 2 prôtêin này nên chất ức chế đủ mạnh để vô hoạt trypsin.

2 Tính chất của Protein đậu nành:

a Sự phân li và sự tập hợp của protein đậu nành:

Khi đun nóng dung dịch β-conglixinin loãng ở PH=7-8 và lực ion yếu, đến 1000C thì các phân tử của chúng sẽ phân li thành các dưới đơn vị mà không kèm theo các hiện tượng tập hợp phân tử.

Khi gia nhiệt đến 1000C dung dịch glixinin có nồng độ loãng(<1%P/V), ở PH=7-7,6 và lực ion 0,2-0,4 thì các phân tử cũng phân li thành các dưới đơn vị và sau đó thì tập hợp lại.

Khi đun nóng đến 800C một dung dịch vừa chứa glixinin và β-conglixinin có nồn độ loãng (<1%P/V protein) ở PH =8 thì các phản ứng phân li và tập hợp sẽ xảy ra.

Các giai đoạn:

Sự phân li glixinin

Sự phân li của β-conglixinin thành 3 dưới đơn vị axit mang điện tích âm, sự phân li này xảy ra đồng thời với sự phân li của glixinin.

Một phức hợp hoà tan được tạo thành giữa một dưới đơn vị β-conglixinin và 1 dưới đơn vị mang điện tích ngược dấu nên phức này ổn định nhờ lực tĩnh điện Phức này hoà tan do tổng điện tích là âm.

Nếu đưa lực ion của dung dịch lên 0,5 bằng cách thêm NaCl(0,5M) thì các ion Na+và Cl- sẽ thủ tiêu lực hút tĩnh điện giửa hai dưới đơn vị của phức Khi đó các dưới đơn vị kiềm tính giải phóng sẽ tự tập hợp lại và kết tủa do các tương tác ưa béo trong khi đó các dưới đơn vị β-conglixinin háo nước hơn nên vẫn ở trạng thái hoà tan.

Khi đun nóng dung dịch protein đậu nành 1% đến 950C ở PH =7 không có các khử với các lực ion khác nhau người ta thấy quá trình tập hợp sẽ thuận lợi khi lực ion tăng 0 đến 0,2 M Tốc độ tập hợp sẽ tăng trong khoảng PH từ 4 đến 6 nhưng sẽ gần bằng 0 khi PH axit hoặc kiềm.

b Sự tạo gel của protein đậu nành:

Khi dung dịch protein đậu nành có nồng độ đậm đặc (>5% P/V) được đun nóng ở PH gần trung tính thì sẽ tao gel Dung dịch đầu tiên qua một trạng thái lỏng có độ nhớt tăng cao, giai đọan tiền gel.

Khi lực ion còn yếu thì trạng thái này sẽ xảy ra từ lúc 700C là thời điểm mà β-conglixinin được giãn mạch hoàn toàn.

Khi lực ion cao thì việc tăng độ nhớt chỉ xảy ra ở nhiệt độ cao hơn Việc tạo thành gel protein sẽ phụ thuộc vào cân bằng giữa liên kết protein – nước và liên kết protein – protein.

Độ cứng của gel protein đâu nành sẽ giảm cùng nồng độ NaCl và khi vượt quá một nhiệt độ nào đó.

Axit hoá dung dịch protein đậu nành đến PH =5,5 hoặc thêm ion Ca2+sẽ làm đông tụ protein thành từng cục tương đối đàn hồi Nếu đun nóng các cục đã thu được bằng kết tủa đẳng điện hoặc bằng canxi sẽ làm các chuổi polypeptide bị giãn mạch và tạo nên một mạng lưới protein ba chiều có kết cấu của một gel thực thụ.

Sự tạo thành gel của protein đậu nành cũng có thể thực hiện bằng kiềm hoá rồi tiếp đó trung hoà, protelizo hạn chế hoặc thêm các dung môi có thể hoà lẩn được với nước như rượu hoặc glycol.

Cả glixinin lẫn β-conglixinin đều bị biến tính khi tiếp xúc với hỗn hợp nước-etanol có hàm lượng rược trên 20% Rượu càng kị nước có nghĩa là mạch cacbon càng dài thì giãn mạch protein càng nhanh và độ cứng của gel thu được càng lớn Giửa các aa không cực và rượu đã xảy ra các tương tác ưa béo Khi nồng độ rượu vượt quá 40% thì các hiện tượng đông tụ nhưng không tạo ra gel, có thể là do giảm hoạt độ nước nên các liên kết protein – nước đã bị thay thế bằng các liên kết protein – protein.