Đề tài sản xuất protein isolate từ đậu nành

1.1Tổng quan về cây đậu nànhĐậu nành, hay còn gọi là đậu tương (tên khoa học: Glycine soja Siebold et Zucc hoặc Glỵcine max (L.) Merrill, hay Soya hispida Maxim), có nguồn gốc từ phương Đông, được thuần hóa đầu tiên ở Trung Quốc vào khoảng năm 644 trước CN.Giới Ngành Lớp Bộ HọPhân họ Giống LoàiTên thứ hai Điều kiện để cây đậu nành phát triển tốt:o pH đất trồng: 6,0 6,5 o Nhiệt độ: 25 30°c o Lượng mưa: 500 700mm o Thời kì trồng : cuối mùa đông, đầu mùa hè Tính chất vật lý của hạt đậu nành:o Hình dạng: từ tròn tới thon dài và dẹt o Màu sắc: vàng, xanh, nâu hoặc đen o Kích thướt: 1820g100 hạt Cấu trúc hạt đậu nành:Hạt đậu nành gồm hai phần: vỏ hạt và phôi, vỏ bao bọc bên ngoài để bảo vệ phôi bên trong, vỏ hạt dày hay mỏng tùy theo giống, vỏ chỉ chiếm khoảng 8 % khối lượng hạt, phần phôi bên trong chứa hai tử diệp, chứa đạm và dầu nên chiếm 90 % trọng hrợng hạt. {Đỗ Huy Bích và cộng sự, 2004) Hình 1.1: Cây đậu nành 1.1.1Lịch sử phát triển đậu nànhNăm 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 họp 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 Glycine max bởi những nốt sần ở rễ. Không may là đất và khí hậu không thích họp 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 tái qua hai năm ở Trung Quốc và đã thu được 10 000 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 bừa ăn và sừa 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 H 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

Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS TSLê Văn Việt Mần

1

: Plantae :Magnoliophyta :Magnoliopsida : Fabales : Fabaceae : Faboideae : Glycine : max: Glycine max

1.1Tổng quan về cây đậu nành

Đậu nành, hay còn gọi là đậu tương (tên khoa học: Glycine soja Siebold et Zucc hoặc

Glỵcine max (L.) Merrill, hay Soya hispida Maxim), có nguồn gốc từ phương Đông, được thuần

hóa đầu tiên ở Trung Quốc vào khoảng năm 644 trước CN

Giới Ngành Lớp Bộ Họ

Phân họ Giống Loài

Tên thứ hai Điều kiện để cây đậu nành phát triển tốt:

o pH đất trồng: 6,0 - 6,5 o Nhiệt độ: 25 - 30°c

o Lượng mưa: 500 -700mm o Thời kì trồng : cuối

mùa đông, đầu mùa hè Tính chất vật lý của hạt đậu

nành:

o Hình dạng: từ tròn tới thon dài và dẹt o Màu

sắc: vàng, xanh, nâu hoặc đen o Kích thướt: 18-20g/100

Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS TSLê Văn Việt Mần

1.1.1 Lịch sử phát triển đậu nành

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 đượctrồng đầu tiên ở Bắc Trung Quốc, từ đây đã truyền sang Nhật, Hàn Quốc và Nam Á Đậu nành đãđược biết đến như là một thứ thuốc ở các tài liệu từ Trung Quốc, Ai Cập và Mesopotamia ở nhữngnăm 1500 trước công nguyên hay sớm hơn Ở thời ấy, những họp chất đã lên mốc, lên men từ đậunành 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 vậthọc 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 Glycine max bởi những nốt sần ở rễ Không may

là đất và khí hậu không thích họp ở Châu Âu đã làm cho sự thử nghiệm sản xuất đậu nành bịngưng

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, mộtvài nông dân đã trồng hạt đậu nành Cây đậu nành đầu tiên trồng ở Mỹ là cây đậu đã lớn lên ởPennsylvania

Năm 1829, những nông dân Mỹ đã trồng đậu nành theo vụ và đến năm 1898 Bộ NôngNghiệp 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 tái qua hai năm ở Trung Quốc và đã thu được

10 000 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 bừa ăn và sừađậu nành cho người tiêu dùng Tuy nhiên nông dân Mỹ đã không nắm bắt thời cơ cho tới khinhững cánh đồng đậu nành ở Trung Quốc bị tàn phá trong thế chiến thứ H và cuộc nội chiến ởTrung 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 song 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 vàitrăm nốt sần phân bố trên các rễ ở độ sâu lm Vi khuẩn thường xuyên xâm nhập vào rễ, ở phầngiữa đỉnh rễ và lông hút nhỏ nhất, tạo thành một chuỗi nhiễm là một ống có lỗ hở Mỗi vi khuẩnđược bao bọc một màng tạo thành túi, nếu vi khuẩn đi vào chất nguyên sinh của tế bào rễ màkhông được bọc một màng thì nó sẽ tạo thành nốt sần không có tác dụng Ở trong túi, vi khuẩnnhân nhanh cho tới khi một vài vi khuẩn hoặc dạng vi khuẩn được hình thành Nốt sần có tập tínhsinh trưởng hữu hạn và bám vào rễ, phần giữa nốt sần là tế bào nhu mô đầy túi Bacteroids TúiBacteroids 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

Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS TSLê Văn Việt Mần

3

ống dẫn (nơi trao đổi giữa tế bào chủ và Bacteroids cố định đạm Nốt sần có thể tăng trưởng đến 60ngày thì bắt đầu giảm tuổi thọ từ giữa và tiến dần ra ngoài, cuối cùng bị thối Đạm được cố định ởBacteroids Enzyme nitrogenase nằm ở Bacteroids chứa từ 2-5% tổng số đạm của nốt sần, nó có 2ngăn : ngăn 1 chứa Mo-Fe-protein gọi là dinitrogenase và ngăn 2 là Fe-protein gọi là dinitrogenasereductase Trong quá trình cố định đạm sinh ra H2 Leghaemoglobin có ở trong nguyên sinh baoquanh Bacteroids và ở vỏ của Bacteroids, có vai trò đưa oxy vào mô nốt sần Sản phẩm đầu tiêncủa cố định đạm là NH3 do vi khuẩn Brady Rhizobium japonicum tiết ra hầu hết NH3 sau đóchuyển 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, alia to in và allansoic acid là dạng đạm chínhđược chuyển hóa từ nốt sần vào cây Ureide thủy phân thành urê và glyoxylate dưới sự xúc tác củaallantoinase và allantoicase cho thấy trong quá trình chuyển hóa của allantoase dưới xúc tác củaallantoicase Allantoicase được hình thành được hình thành dưới xúc tác của ureidoglycolase, nóchuyển thành glyoxylate và hai phân tử urê tiếp theo lại được chuyển hóa do men urease thànhamin acid Urease có mặt trong các bộ phận của cây Hoạt tính urease bị ức chế do thiếu nitơnhưng Ni kích thích hoạt tính của urease, khi thiếu Ni dù đậu trồng ở điều kiện có nitơ, NO3" hayNH4 thì hiện tượng bị độc do urê có thể xảy ra, do đó urê là sản phẩm của quá trình chuyển hóanitơ 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

Hạt đậu nành cũng như hạt của nhiều loại họ đậu khác là không có nội nhũ mà chỉ có mộtlóp 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 lóp : biểu bì, hạ bì và lớp nhu mô bên trong Do vỏ của lóp tế bào môđậu có lóp cutin che phủ nên sự trao đổi khí không xảy ra, sự trao đổi khí giữa phôi và mội trườngqua rốn hạt Những mảnh của nội nhũ bị ép chặt vào vỏ hạt Lớp ngoài nội nhũ gọi là lớp aleurongồm những tế bào hình lập phương nhỏ chứa đầy đạm

Hạt đậu nành có nhiều màu sắc khác nhau : vàng, xanh, nâu, đen, có thể một màu, hai màu hay

nhiều màu Một cây có thể có tới 400 quả đậu nành Một quả chứa từ

1-5 hạt (các giống thường từ 2-3 hạt), quả hơi cong có chiều dài từ 2-7 cm Màu sắc của quả phụthuộc vào sắc tố caroten, xanthophyll, antocyanin

1.1.2 Đậu nành ở Việt Nam

Trước Cách mạng tháng 8/1945, diện tích đậu nành còn nhỏ Sau khi đất nước thống nhấtthì diện tích đậu nành đã táng Cả nước có 6 vùng sản xuất đậu nành : vùng Đông Nam Bộ códiện tích lớn nhất (26,2% diện tích đậu nành cả nước)

o Miền núi Bắc Bộ (24,7%) o Đồng bằng

Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS TSLê Văn Việt Mầnsông Hồng (17,5%) o Đồng bằng sông Cửu

Long (12,4%) o Đồng bằng ven biền miền

Trung o Tây Nguyên

Trong 10 năm trở lại đây, có hàng loạt giống đậu nành được nhập từ nước ngoài, thíchnghi tốt trong điều kiện Việt Nam Một số được chon từ các tổ họp lai hữu tính và sử dụng độtbiến Có thể phân chia thành các nhóm giống chính như sau

Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS TS Lê Văn Việt Man

Bảng 1.1: Một số giống đậu nành ở Việt Nam

Giống Thời gian

sinhtrưởng(ngày)

lượng (100 hạt)

Năng suất (tạ/ha)

Sản xuất protdn isolate từ đậu nành GVHD: PGS.TSLê Vàn Việt Mẩn

6

Bảng 1.2: Thành phần hoá học của hạt đậu nành

Thành phần Tỷ lệ

khối lượng

Tỷ lệ phần trăm (%)Protein

Bảng 1.4: Thành phần amino acid cỏ trong protein đậu nành

Bảng 1.5: Thành phần acid béo trong đậu nành

Sản xuất protdn isolate từ đậu nành GVHD: PGS.TSLê Vàn Việt Mẩn

7

1.2.1 Protein đậu nành

Protein bao gồm :

o Protein dự trữ (globulin) có thể bị thủy phân trong thời gian hạt nảy mầm để làm

chất dinh dưỡng cho phôi sinh trưởng, o Protein cấu trúc (protein chức năng) như ezyme

và chất kiềm hãm enzyme thì thường được định vị trong phần còn lại của tế bào

Trong hạt còn có một lượng nhỏ các họp chất như oestrogen, goitrogen, fitat, saponin, sterol Các hợp chất nảy và một so oligosaccharide không có lợi

Bằng phương pháp siêu ly tâm, người ta đã tách được bốn đoạn 2,7,11,15 Các globulin 7S

và 1 IS chiếm trên 70% tổng lượng protein của hạt Phương pháp này được phát triển những năm1970

Protein đậu nành được phân ra :

o Globulin 2S (gồm chất kiềm hãm trypsin, cytochrome c) chiếm 35% trọng lượng protein củahạt

o Globulin lis (glycinin) được cấu tạo nên từ 12 tiểu phần (subunits) tương đối ưa

béo : 6 tiểu phần có tính acid A và 6 tiểu phần có tính kiềm B Trong phân tử có tò 42-46 nguyên tử hiu huỳnh dưới dạng các cầu disulfila nối các dưới đơn vị hay trong nội bộ một tiểuphần Glycinin dễ dàng bị phân ly thành các dưới đơn vị của mình khi gia nhiệt tới 80°c ở lực ion thấp, o Globulin 7S là ß conglycinin thường chiếm 35% trọng lượng protein của hạt, làmột glucoproteiiL Phân tử cấu tạo nên từ 3 tiểu phần có tính acid : a, a và ß Các tiểu phần

a, a có thành phần acid amin rất giống nhau, thiếu cystein và cystine Dưới đơn vị ß không chứacystein và methionine Trong đoạn 7S còn có các hemaglutinin (lectin) mà phân tử của chúng cóthể tạo thành phức bền với các họp chất glucid, nó còn có các chất kiềm hãm pro tease nhưantitrypsin Kunitz Ngoài phương pháp trên, người ta còn sử dụng phương pháp SodiumDodecyl Sulfate Polyacrylamide Gel Electrophoresis (SDS-PAGE), thuốc nhuộm CBB G250 để

Bảng 1.6: Hàm lượng các chất khoáng trong đậu nành

Sản xuất protdn isolate từ đậu nành GVHD: PGS.TSLê Vàn Việt Mẩntách được các globulin 7S và 11 s ở một số cây đậu ở Mỹ và Nhật.

Khi đun nóng dung dịch ß conglycinin loãng, pH = 7-8, lực ion yếu, đến 100°c thì các phân tử của

chúng sẽ phân ly thành các tiểu phần không có hiện tượng tập họp phân

Ở pH = 7-7,6 và lực ion 0,2-0,4 thì các phân tử cũng phân ly thành các dưới đơn vị nhưng sau

đó tập hợp lại

Khi đun dung dịch protein đậu nành 1% đến 95°c, pH = 7, không có các chất khử và các lựcion khác nhau thì quá trình tập hợp sẽ thuận lợi khi lực ion tăng từ 0 đến 2 Tốc độ tập họp sẽ tăngtrong pH = 4-6 nhưng sẽ gần bằng 0 nếu pH acid hoặc kiềm

Dung dịch protein đậu nành đậm đặc được đun nóng ở pH gần trung tính sẽ tạo gel Khi lựcion yếu thì trạng thái này sẽ xảy ra từ 70°c, thời điểm mà ß conglycinin giãn mạch Độ cứng củagel sẽ giảm cùng với nồng độ NaCl, các gel protein thường không chịu được sự thanh trùng Ở pH

= 5,5 hay thêm ion Ca2+ làm đông tụ protein thành những khốL Cả glycinin và ß conglycinin đều

bị biến tính khi tiếp xúc với hỗn hợp nước - ethanol có hàm lượng rượu trên 20% theo thể tích.Rượu càng kỵ nước thì sự giãn

Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS.TSLê Vàn Việt Mẩnmạch protein càng nhanh và độ cứng của gel càng lớn.

Ỉ.3 Thành phần dinh dưỡng hạt đậu nành

Thành phần dinh dưỡng của sữa đậu thành có nhiều điểm tương tự với sữa bò

o Sữa đậu nành có lượng protein cao gần bằng sữa bò, nhưng ít canxi hơn sữa bò Sữa đậunành có ưu điểm là không có lactose, có thể thay thế sữa bò cho những người bị dễ bị đaubụng do lactose Sữa đậu nành cũng chứa ít chất béo bão hòa hơn sữa bò, có thể có lợi chotim mạch hơn o Đậu nành có tỷ lệ protit và lipit vượt xa lượng chất dinh dưỡng có trongthịt, nhiều nhất vẫn là protein Người ta thấy rang protein động vật vừa khó hấp thu, vừa

để lại những họp chất cặn xấu cho cơ thể, làm suy thoái nhanh và gây ra nhiều chứng bệnhnan y, ngược lại protein đậu nành có lợi cho cơ thể, không để lại những hợp chất gây bệnh,lại có đặc tính đặc biệt về khả năng kết họp với các prorein từ ngũ cốc, ở một mức độ nào

đó, bổ sung cho nhau để tạo ra nhiều loại dưỡng chất tương ứng với nguồn gốc từ động vậtnhư protein trong trứng, cá và nhiều loại khác Vì thế mà khi protein đậu nành dùng thaythe protein động vật làm giảm những khiếm khuyết mà protein động vật gây ra, đồng thờinhờ tính kết hợp, cung cấp cho cơ thể nhiều họp chất phong phú đáp ứng quá trình trao đổichất trong cơ thể

o Chất béo không bão hoà chiếm 60% so với bão hoà là 15%, trong đó có 2 loại axit lino le nie

và lino lie ảnh hưởng tốt lên hệ tuần hoàn và phòng được ung thư o Chất xơ của đậu nành gồm hai loại: xơ không tan ở phần vỏ bao (cellulose, lignin) và xơ tan ở phần đậu (pectin, gum), o Nhiều hợp chất khác có trong đậu nành có tính dược lý cao, được các nhà khoa học

Ẻn lượt khám phá và họ đã khẳng định chúng có khả năng ngăn chặn hữu hiệu bệnh tim mạch,làm tăng khả năng chịu đựng các hoạt động cơ bắp, giảm khối lượng mỡ, giữ cho cơ thể thon thả và khoẻ mạnh, o Trong hạt đậu nành rất giàu vitamin A, E, K cùng với khoáng chất potassium sắt, kẽm và phốt pho bổ sung đảm bảo cho cơ thể có đầy đủ dưỡng chất

1.4 Chỉ tiêu chất lượng

Thông thường, chất lượng của đạm được đánh giá dựa vào thành phần acid amin thiết yếu

Có tất cả 20 loại acid amin, nhưng trong đó chỉ có 8 loại là thiết yếu mà cơ thể không tự tổng họpđược, phải lấy từ nguồn thực phẩm ăn vào Loại đạm nào có sự phân bố thành phần 8 acid aminthiết yếu giống với đạm của cơ thể thì được xem là đạm có chất lượng tốt

Người ta đã dùng các chỉ số BV (Biochemical Value) hoặc NPU (Net Protein Utilisation)

để đo lường chất lượng của đạm Các chỉ số này càng cao có nghĩa là đạm ăn vào có khả năngđược giữ lại cơ thể càng nhiều để tổng họp thành đạm cơ thể So với các

Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS TSLê Văn Việt Mần

Hình 1.2: Soy protein isolate dạng bột

nguồn đạm thực vật khác, đạm đậu nành có chỉ số BV cao hơn cả Nhưng so với đạm củacác nguồn động vật như: trứng, thịt, cá, sừa thì đạm đậu nành có chỉ số BV thấp hơn Đó là do đạmđậu nành thiếu hụt thành phần methionin

BV của protein isolate là 74

NPU của protein đậu nành là 61

1.5 Các sản phẩm thực phẩm từ đậu nành:

Do đậu nành có chứa nhiều thành phần dinh dưỡng, giúp ích cho co n người trong việc bổsung lượng protein và lipid cần thiết cho cơ thể, nên được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vựckhác nhau: y dược, nông nghiệp, chăn nuôi, công nghiệp

Tuy nhiên khả năng ứng dụng của đậu nành được sử dụng nhiều nhất là trong thực phẩm.Thực phẩm chế biến từ đậu nành có thể chia làm 2 nhóm lớn:

• Nhóm thực phẩm không lên men:

♦ Nước tương ho á giải

♦ Các chất chiết từ protein đậu nành

1.6 Tổng quan về sản phẩm Protein Isolate:

1.6.1 Định nghĩa : của Association of American Feed Control Officiais, Inc (AAFCO) thì SPI

được sản xuất từ bột đậu nành đã tách vỏ, tách béo và loại hết những phần khôngphải là protein và chứa ft nhất là 90% protein trên hàm lượng chất khô

Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS TSLê Văn Việt Mần

11

Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS TSLê Văn Việt Mần

Protein đậu nành là một sản phẩm được chế biến bằng cách trích ly protein từ đậu nànhvới hàm lượng protein cao (>90%), để cung cấp cho các nhà máy chế biến các sản phẩm thịt.Protein đậu nành có tính năng cải thiện cấu trúc hay tạo cấu trúc trong các dạng sản phẩmkhác nhau (dạng gel, nhũ tương ), có khả năng giữ nước, liên kết các thành phần chất béo,proteŨL nhanh chóng nên được đưa vào trực tiếp trong quá trình tạo nhũ tương

Protein isolate là protein đậu nành có hàm lượng protein cao nhất, được làm từ quá trìnhtrích ly hạt đậu nành, loại bỏ hầu hết chất béo và carbohydrate Ket quả thu được là sản phẩm chứatrên 90% protein Vì vậy protein isolate có mùi vị trung tính so với các sản phẩm protein đậu nànhkhác Protein isolate từ đậu nành được sử dụng phần lớn trong công nghiệp thực phẩm

1.6.2 ủng dụng trong công nghiệp của protein islolate

Protein isolate được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm với mục đích dinh dưỡng (tănghàm hrợng protein trong sản phẩm), cảm quan (ngon miệng hơn, họp khẩu vị hơn) và những lý dochức năng (cần thiết cho sự chuyển thành thể sữa, sự hấp thụ nước, chất béo, chất kết dính)Protein isolate được sử dụng trong công nghiệp sản xuất các sản phẩm sau: o

Snacks

o Thức ăn nhanh từ ngũ cốc o Thực

phẩm nướng o Kem, sản phẩm bơ sữa

o Công nghệ sản xuất thịt cá

Sản xuất protàn isolate từ đậu nành GVHD: PGS TS Lê Vàn Việt Mẩn

rr»-II 1.1 Làm sạch

11.1.1.1 Mục đích: tách loại tạp chất vô cơ, hữu cơ, đặc biệt là các tạp chất kim loại ảnh hưởngđến quá trình vận hành thiết bi đồng thời loại bỏ một số vi sinh vật, côn trùng gây hỏng hạt

n.1.1.2 Các biến đổi :

o Vật lý : loại tạp chất rắn khỏi nguyên liệu

o Sinh học: loại bỏ được một số vi sinh vật có lẫn trong tạp chất trong nguyên liệu

11.1.1.3 Thực hiện: đầu tiên đậu nành được qua thiết bị sàng rung để tách các tạp chất cơhọc lớn như đá, sỏi , sau đó qua thiết bị tách từ Cuối cùngđậu nành được ầm sạchtrên rây, có thổi khí để tách tạp chất nhẹ, bụi

II 1.2 Nghiền, tách vỏ

11.1.2.1 Mục đích: làm vở hạt đậu nành để vỏ dễ dàng tách ra khỏi hạt vỏ chiếm khoảng 7-8%thể tích hạt đậu

u.1.2.2 Biến đổi

o Vật lý: giảm kích thước của hạt đậu nành thành những hạt nhỏ, tăng nhiệt độ nguyên liệu

do ma sát trong quá trình nghiền, o Hóa học: phân huỷ một số chất mẫn cảm với nhiệt

độ như vitBi, vitcvà nhiệt độtăng có thể thúc đẩy phản ứng oxy hóa acid béo tự do có trong đậu nành, o Sinh học: loại một số vi sinh vật có trong vỏ đậu nành, một số vi sinh vật bị tiêu diệt

II 1.2.3 Thực hiện: đậu nành sau khi làm sạch (có thể qua sấy khô) được nghiền đến kích thướcthích họp cho quá trình tách vỏ Sau khi nghiền, dưới tác dụng của dòng khí, vỏ nhẹ được tách

ra Quá trình nghiền sơ bộ phải được thực hiện cẩn thận, tránh làm vỡ vụn hạt, gây khó khăn choquá trình tách vỏ

II 1.3 Cán tạo bánh (fraking)

n.l.3.1 Mục đích: phá vỡ cấu trúc tế bào, chuẩn bị cho quá trình trích ly chất béo ra khỏi đậu nành n.1.3.2 Biến đổi

o Vật lý: giảm kích thước của đậu nành thành những hạt nhỏ, tăng nhiệt độ do ma sát trong quá trình cán o Hóa học: phá vỡ cấu trúc tế bào

11.1.3.3 Thực hiện: đậu nành được đưa vào thiết bị cán trục tạo flakes Be dày của flakes đi khỏithiết bị là khoảng 0.25 - 0.35 mm

II.1.4 Trích ly lipid bằng hexan

11.1.4.1 Mục đích: tách khoảng 99-99.5% dầu trong đậu nành

Iỉ.1.4.2 Biến đổi

o Hóa lý: chất béo được trích ly vào dung môi benzen

n.1.4.3 Thiết bị

o Nguyên lý hoạt động: Đậu nành sau khi cán được nhúng ngập trong lòng dung môi

(sử dụng dung môi hexane lưu chuyển ngược chiều) Dịch trích bao gồm dung môi

và dầu béo thu được ở ngăn đầu tiên của thiết bị được bơm sang ngăn tiếp theo bêntrái Theo nguyên tắc như thế đậu nành có hàm lượng béo thấp nhất ở ngăn cuốicùng được tiếp xúc với dung môi hexane vừa vào thiết bị và quá trình trích ly dầuđược thực hiện triệt để hơa Sản phẩm đậu nành sau tách béo được gọi là Marc (phầnxác), có hàm lượng béo 0.2 - 1%

Phân (hmg môi elm a địch tiich

Hình 2.1: Thiết bị trích ly chất béo

o Để tránh biến tính protein thì quá trình được thực hiện ở 50°c, một giải pháp để tănghiệu suất trích ly là sử dụng hexan bổ sung acid acetic 5% về thể tích, lúc đó quátrình có thể thực hiện được ở nhiệt độ phòng và hiệu suất lúc khi sử dụng kết họphexan và acid acetic ở nhiệt độ phòng có hiệu suất trích ly cao hơn cả thực hiện ở

60°c mà không có sự có mặt của acid acetic ( Trích từ Journal of the American Oil

o Nguyên lý hoạt động: Bã đậu nành sau khi tách béo được đưa vào thiết bị flash

desolventizer Hệ thống flash desolventizer bao gồm ống tách dung môi, quạt

— Dung mỏi mới

Marc (Phần bã)

thổi hoàn kru, bộ phận gia nhiệt cho hơi Các bộ phận này được sắp xếp sao cho hơi hexaneđược gia nhiệt dưới áp suất lên trạng thái quá nhiệt và tuần hoàn liên tục Flakes sau khi ra khỏithiết bị trích ly được nhập liên tục vào hệ thống, và di chuyển dưới tác dụng của luồng hơi quánhiệt (157-166°C) chuyển động cùng chiều với vận tốc rất cao Dòng hơi đưa nhiệt độ flakes lênkhoảng 77-88°C trong vòng 3 giây, trong khi đó nhiệt độ bay hơi của hexane là 65°c Bởi vìflakes đi vào thiết bị flash desolventizer với hàm ẩm thấp, trong khoảng thời gian ngắn nên hiệntượng protein bị biến tính rất ít xảy ra Khi flakes di chuyển qua ống dài tới buồng bốc, mộtlượng lớn dung môi được tách ra Flakes sau khi tách dung môi được thu hồi thông qua cyclone,

và đi thẳng tới thiết bị khử mùi nhằm loại bỏ dấu tích của dung môi

o Vật lý: sự thay đổi về thể tích, khối lượng tăng

o Hóa học: phần lớn protein trong bã đậu nành sẽ hoà tan vào dung dịch NaOH, tuynhiên nếu ở pH cao có thể xảy ra sự racemic hóa, các acid amin chứa lưu huỳnhnhư cystein, cystin bị phá hỏng, Arg bị phân hủy một phần thành ornitin và ure, ở

pH cao cũng có thể thúc đẩy phản ứng maiUard xảy ra

o Sinh học: một số vi sinh vật có thể bị ức chế trong môi trường kiềm

o Hoá sinh: một so enzym bị vô hoạt

11.1.6.3 Thực hiện: cho đậu nành đã tách béo vào bồn hình trụ, trong bồn có lấp cánh

khoáy, motor được lắp phía trên và thiết bị được thóat ra từ của đáy

Bã đậu nànhsau tách béo

ME

Dòng flake đãtách dung môi

Bộ phận hút khí(khử mùi) \Cyclon

e thuhoi

hơi (buồng bốc)Bơm cao áp

^jj^EChong khí

Làm lạnh sp ' f Luân phiên

tách dung môi

II.1.6.4 Thông số công nghệ

o pH: 7.7-9

o Thời gian: 45 phút - 60 phút o

Nhiệt độ :550C-600C

Hình 2.3: Đồ thị biếu diễn sự thay đối của dịch chiết nitrogen, chỉ số khúc xạ và pH

theo thời gian

o Vật lý: sự thay đổi về thể tích, khối hrợng giảm,

o Hóa học: có tổn thất một ít protein, vitamin, chất màu theo bã lọc

o Hóa lý: thay đổi trạng thái từ dung dịch dạng huyền phù sang lỏng,

o Sinh học: một số vi sinh vật bị loại bỏ theo bã lọc

11.1.7.3 Thiết bị lọc ly tâm

o Cấu tạo:

Hình 2.4: Thiết bị lọc ly tâm

o Nguyên tắchoạt động:loại máy

dung dịch huyền phù sệt Dịch huyền phù được bơm vào ống nhập liệu đầu buồnglọc Trục vít xoắn quay tạo ra lực ly tâm làm cho các hạt rắn chuyển động ra khỏi tâmbuồng lọc và va vào thành thiết bị Những hạt rắn này sẽ được trục vít đẩy về ốngtháo bã Phần lỏng còn lại tiếp tục qua màng lọc theo ống tháo sản phẩm ra ngoài, oYeu tố ảnh hưởng đến quá trình ly tâm là tính chất bã

11.1.8 Kết tủa protein:

11.1.8.1 Mục đích:

o Khai thác: thu nhận lượng protein hoà tan trong dung dịch

11.1.8.2 Các biến đổi trong quá trình kết tủa protein

o Hóa lý: thay đổi trạng thái từ dung dịch, hình thành khối kết tủa o

Sinh học: một số vi sinh vật bị ức chế do pH thấp

11.1.8.3 Thực hiện: dung dịch thu được sau quá trình ly tâm sẽ được bơm vào bồn kết tủa.Bồn kết tủa là bồn hình trụ, làm bằng thép không rỉ, có khả năng chống ăn mòn cao, trongbồn có hệ thống cánh khoáy được nói với motor ở đỉnh bồn Nhập liệu vào cửa đỉnh và kếttủa được tháo ra khỏi thiết bị ở của đáy Phần pro tern hoà tan sẽ được kết tủa bằng cáchchỉnh pH của dung dịch về 4.5 là pH đẳng điện của protein globulin Để điều chỉnh pH dùngdung dịch HC1 đậm đặc

11.1.9 Ly tâm

11.1.9.1 Mục đích: nhằm mục đích loại phần dịch có chứa các họp chất hoà tan như

polysaccharide để thu được phần pro tem kết tủa

11.1.9.2 Các biến đổi trong quá trình ly tâm

o Vật lý: protein qua quá trình kết tủa và tách dịch được kết thành khối chặt hơn, tỷ trọngkhối protein táng

Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS TS Lê Văn Việt Man

19

o Hoá học: độ tinh khiết của sản phẩm tăng do các phần hoà tan đã theo dịch ra ngoài

o Hóa lý: sau quá trình ly tâm ta thu được 2 phần, là phần nước dịch và phần protein

o Sinh học: một số vi sinh vật bị loại ra theo dịch Trong nước dịch có chứa đường và cáchọp chất dinh dưỡng khác là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển

II.1.9.3 Thiết bị ly tâm: tương tự thiết bị ly tâm ở quy trình một phần H 1.7.3

II 1.10 Rửa tủa

11.1.10.1 Mục đích: quá trình rửa tủa nhằm mục đích loại bỏ cặn, một phần dung dịch HC1 vàcác chất hòa tan (whey solubles) còn sót lại trong khối kết tủa

11.1.10.2 Biến đổi

• Vật lý: có sự tăng lên về khối lượng và thể tích

• Hoá học: có sự tổn hao chất khô vào trong nước rửa tủa

II. 1.10.3 Thực hiện: : kết tủa thu được sau quá trình ly tâm sẽ được cho vào bồn rủa tủa.Bồn rửa tủa là bồn hình trụ, làm bằng thép không rỉ, trong bồn có hệ thống cánh khuấy được nốivới motor ở đỉnh bồn Nhập liệu vào cửa đỉnh và dịch rửa được tháo ra khỏi thiết bị ở của đáy.Phần protein hoà tan trong bồn sẽ được được trung hòa bằng dung dịch NaOH ở giai đoạn kếtiếp

11.1.11.1 Mục đích: trung hòa hết acid còn dư trong sau quá trình rửa n.1.11.2

o Chế biến: tạo ra sản phẩm là SPI dạng bột mịn

o Bảo quản: sau sấy sản phẩm có hàm ẩm thấp (< 5%), trong thời gian ngắn nhưng tác nhânsấy ở nhiệt độ cao, nên vi sinh vật khó phát triển, do đó bảo quản sản phẩm được lâu.11.1.12.2 Các biến đổi

o Vật lý: có sự giảm về khối lượng do nước bay hơi

o Hoá học: hàm ẩm giảm nhanh chóng Có thể xảy ra sự phân huỷ các chất mẫn cảm vớinhiệt độ như mùi, hương Nhiệt độ cao cũng có thể gây biến tính một số

protein nhưng do thời gian sấy ngắn nên sự biến đổi này là không đáng kể o Hóa lý : sự bay hơi

nước và các chất dễ bay hơi dưới tác động của nhiệt độ cao

Có sự chuyển pha: dung dịch protein sau quá trình sấy phun sẽ có dạng bột o Hoá sinh: một sốenzym có thể bị vô hoạt hoặc giảm hoạt tính bởi nhiệt độ nên sẽ làm giảm các phản ứng doenzym xúc tác o Sinh học: một số vi sinh vật bị tiêu diệt hoặc ức chế Tuy nhiên, do thời gianlưu trong buồng sấy là rất ngắn nên các biến đổi về hoá sinh và sinh học là không lớn lắm