Thu nhận protein isolate, protein concentrate từ dậu phộng (arachis hypogaea linn )

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ HIỀN THU NHẬN PROTEIN ISOLATE, PROTEIN CONCENTRATE TỪ ĐẬU PHỘNG (Arachis hypogaea Linn.) Chuyên ngành: Chế biến thực phẩm đồ uống Mã số chuyên ngành: 62.54.02.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT i Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa Đại học Quốc gia – TP.HCM Người hướng dẫn khoa học : GS TS Lê Văn Viêṭ Mẫn Phản biện độc lập 1: Phản biện độc lập 2: Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại: Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia – TP.HCM Vào lúc: 00, ngày tháng năm 2017 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Khoa học tổng hợp TP.HCM - Thư viện Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM ii A PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấ p thiế t của luâ ̣n án Đậu phộng trồng quan trọng nhiều nước giới, có Việt Nam Sản lượng đậu phộng giới tăng dần hàng năm (FAO, 2013) Một phần đậu phộng dùng để sản xuất dầu đậu phộng Quy trình sản xuất dầu đậu phộng cho phụ phẩm bột đậu phộng tách béo giàu protein Hiện phụ phẩm dùng để sản xuất nước tương thức ăn gia súc Do đó, tận dụng nguồn nguyên liệu để sản xuất protein concentrate (PC) protein isolate (PI) Trong qui trình sản xuất PC/PI, trích ly tinh protein công đoạn quan trọng ảnh hưởng định đến hiệu suất thu hồi chất lượng protein Đến nay, dung dịch kiềm thường sử dụng để trích ly protein từ thực vật Để tăng hiệu suất thu hồi, nhiều giải pháp kỹ thuật hỗ trợ sử dụng, đáng lưu ý kỹ thuật xử lý nguyên liệu chế phẩm enzyme sóng siêu âm Một số công bố khoa học cho thấy hiệu suất thu hồi protein từ thực vật cải thiện đáng kể có sử dụng chế phẩm enzyme sóng siêu âm để hỗ trợ Bên cạnh để tinh protein từ dịch trích thơ, kỹ thuật siêu lọc có nhiều ưu điểm bật tốn chi phí lượng, thân thiện với mơi trường, chế phẩm PC/PI thu có độ hòa tan tính chất chức tốt so sánh với kỹ thuật tinh khác Từ sở trên, luận án nghiên cứu qui luật ảnh hưởng yếu tố cơng nghệ q trình xử lý siêu âm và/hoặc xử lý enzyme đến hiệu trích ly protein từ bột đậu phộng tách béo Bên cạnh đó, q trình tinh dịch trích protein đậu phộng kỹ thuật siêu lọc khảo sát Chế phẩm protein đậu phộng đem xác định tính chất cơng nghệ thử nghiệm ứng dụng sản xuất thực phẩm Mu ̣c tiêu của luâ ̣n án Mu ̣c tiêu luận án cải thiện hiê ̣u suất trích ly chất lượng chế phẩm protein từ bột đậu phộng tách béo Những đóng góp mới của luâ ̣n án  Hiê ̣u suất trích ly protein từ bột đậu phộng tách béo cải thiện đáng kể sử dụng sóng siêu âm và/hoặc chế phẩm enzyme để xử lý nguyên liệu  Các thông số giải pháp cơng nghệ q trình siêu lọc dịch trích protein thô xác định để cải thiện chất lượng chế phẩm protein  Các tính chất chức chế phẩm protein đậu phộng xác định để làm sở khoa học cho việc ứng dụng chế phẩm quy trình chế biến thực phẩm Bớ cu ̣c của l ̣n án Luận án có 115 trang, 25 bảng, 51 hình 144 tài liệu tham khảo, bao gồm các phầ n: Mở đầu; Chương 1: Mở đầu; Chương 2: Tổng quan; Chương 3: Nguyên liê ̣u và phương pháp nghiên cứu; Chương 4: Kết và bàn luận; Chương 5: Kết luận và kiế n nghi;̣ Tài liê ̣u tham khảo; Các công trình đã cơng bớ B NỢI DUNG ḶN ÁN Chương TỔNG QUAN Giới thiệu đậu phộng protein đậu phộng Đậu phộng (lạc) loại thực vật thuộc họ đậu, có nguồn gốc từ Nam Trung Mỹ trồng phổ biến nhiều nước giới Hạt đậu phộng dùng làm nguyên liệu sản xuất dầu ăn, bơ, sữa Protein chiếm khoảng 25,8% thành phần hóa học nhân đậu phộng Đậu phộng giàu acid glutamic, acid aspartic arginine cysteine Tính chất chức chế phẩm protein đậu phộng phụ thuộc nhiều vào phương pháp trích ly tinh protein quy trình thu nhận 1.1 1.2 Thu nhận chế phẩm protein từ thực vật Quy trình thu nhận chế phẩm protein từ thực vật gồm có q trình sau: xử lý nguyên liệu chứa protein (nghiền, tách béo), trích ly protein dung môi, tinh sạch, cô đặc sấy để tạo chế phẩm protein Những nghiên cứu gần cho thấy giải pháp xử lý nguyên liệu với chế phẩm enzyme sóng siêu âm làm cải thiện đáng kể hiệu suất thu hồi protein từ thực vật Hiện nay, siêu lọc phương pháp tiềm để tinh protein tiết kiệm lượng, gây nhiễm mơi trường, qui trình vận hành giới hóa tự động hóa so sánh với phương pháp khác Ứng dụng sóng siêu âm hoặc/và enzyme q trình trích ly protein Q trình xử lý siêu âm làm cho hạt nguyên liệu bị rạn nứt giảm kích thước nên gia tăng tiếp xúc tế bào thực vật với dung môi, làm tăng khuếch tán chất hòa tan, giải phóng protein khỏi nguyên liệu dễ dàng hơn, từ làm tăng động lực q trình trích ly protein 1.3 Thành tế bào thực vật cấu tạo từ polysaccharide, protein lignin có phân tử lượng cao Sử dụng enzyme thủy phân polysaccharide thành tế bào làm giải phóng protein nội bào cải thiện hiệu suất thu hồi protein từ thực vật Ứng dụng siêu lọc trình tinh protein Quá trình siêu lọc áp dụng để tinh đại phân tử protein Quá trình siêu lọc kết hợp với giải pháp bổ sung nước loại bỏ hiệu oligosaccharide khoáng khỏi dịch trích protein Các yếu tố ảnh hưởng đến trình phân riêng protein màng siêu lọc chia thành ba nhóm liên quan đến nguyên liệu cần phân riêng, màng thông số kỹ thuật để thực trình phân riêng 1.4 Chương NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên liệu  Bột đậu phộng tách béo thu nhận từ giống đậu phộng Arachis hypogaea Linn VD1 Viện nghiên cứu dầu có dầu Tp Hồ Chí Minh cung cấp  Chế phẩm Viscozyme L hỗn hợp cellulase hemicellulase hãng Novozyme (Đan Mạch) cung cấp, chế phẩm thu nhận từ nấm sợi Aspergillus aculeatus Chế phẩm IndiAge Neutra L chứa loại enzyme cellulase endoglucanase cung cấp công ty Danisco (Đan mạch) Chế phẩm thu nhận từ xạ khuẩn Streptomyces  Nguyên liệu sản xuất xúc xích: thịt heo (Cơng ty Visan), Chế phẩm protein (Cơng ty Brentag-VN)  Các hóa chất sử dụng nghiên cứu có xuất xứ từ hãng Merck & Co (Đức), Sigma Chemical Co (Hoa kỳ) cung cấp Cơng ty hóa chất Chemsol (Việt Nam) 2.2 Nội dung thí nghiêm ̣ 2.2.1 Phần 1: Khảo sát q trình trích ly protein đậu phộng có sử dụng sóng siêu âm và/hoặc chế phẩm enzyme hỗ trợ Phần 1.1 Ảnh hưởng sóng siêu âm đến hiệu suất thu hồi protein: Quy luật ảnh hưởng tỉ lệ nguyên liệu/dung môi, pH, nhiệt độ, công suất thời gian siêu âm đến hiệu suất thu hồi protein xác định Các thông số khảo sát thay đổi khoảng: tỉ lệ nguyên liệu/dung môi (1/5-1/10-1/15-1/201/25 w/v), pH dịch xử lý siêu âm (6,8 (pH tự nhiên)-7,0-8,0-9,0-10,0), công suất siêu âm (0-30-45-60 W/g bột đậu phộng tách béo – Defatted Peanut Meal (DPM)), nhiệt độ siêu âm (40-50-60-70oC), thời gian siêu âm (0-5-10-15-20 phút) Phần 1.2 Xử lý enzyme với chế phẩm Viscozyme L IndiAge Neutra L: Quy luật ảnh hưởng hàm lượng chế phẩm enzyme thời gian xử lý đến hiệu suất thu hồi protein xác định Các thông số khảo sát thay đổi: enzyme Viscozyme L: tỉ lệ enzyme (0-10-20-30-40 U/g DPM), thời gian xử lý (0-30-60-90-120-150 phút); enzyme IndiAge Neutral L: tỉ lệ enzyme (0-1020-30-40 U/g DPM), thời gian xử lý (0-30-60-90-120-150 phút) Phần 1.3 Xử lý siêu âm kết hợp enzyme: DPM xử lý với sóng siêu âm chế phẩm cellulase: Dựa kết phần 1.2, chọn chế phẩm cellulase để sử dụng phần nghiên cứu Điều kiện xử lý siêu âm giữ cố định để xác định quy luật ảnh hưởng hàm lượng chế phẩm enzyme thời gian xử lý đến hiệu suất thu hồi protein Các thông số khảo sát thay đổi khoảng: tỉ lệ enzyme (0-10-20-30-40 U/g DPM), thời gian xử lý enzyme (0-30-60-90-120-150 phút) Phần 1.4 So sánh phương pháp trích ly: Trong phần này, chúng tơi tiến hành đánh giá hiệu trích ly protein phương pháp: (1) trích ly truyền thống (pH 9, khuấy trộn thời gian giờ), (2) trích ly có sử dụng sóng siêu âm hỗ trợ, (3) trích ly có sử dụng chế phẩm enzyme hỗ trợ, (4) trích ly có sử dụng kết hợp sóng siêu âm chế phẩm enzyme hỗ trợ Hiệu trình trích ly đánh giá thơng qua hiệu suất thu hồi protein, hình ảnh bề mặt hạt nguyên liệu giản đồ phân bố kích thước hạt nguyên liệu q trình trích ly kết thúc, thành phần protein dịch trích thơ 2.2.2 Phần 2: Khảo sát trình tinh protein đậu phộng phương pháp siêu lọc Phần 2.1 Tinh protein quy mô phòng thí nghiệm: Sự ảnh hưởng kích thước mao quản thơng số cơng nghệ đến q trình siêu lọc dịch trích protein đậu phộng khảo sát thiết bị quy mô PTN Các thông số khảo sát thay đổi: kích thước mao quản: màng GR51PP (50 kDa) màng GR60PP (25 kDa), pH dịch trích protein (5,0-6,07,0-8,0-9,0), áp suất vận hành (2-4-6-8-10 bar) Hiệu trình tinh đánh giá dựa độ phân riêng cấu tử dịch trích protein thơ (protein, phytic/phytate đường tổng) thơng lượng Phần 2.2 Tinh protein quy mô pilot: Các giải pháp để vận hành trình siêu lọc dịch trích protein đậu phộng khảo sát Các thơng số công nghệ lựa chọn từ phần 2.1 Mẫu dịch trích protein đậu phộng thu nhận theo quy trình đưa từ phần Hệ số đặc số lần bổ sung nước vào dòng nhập liệu thay đổi để nâng cao hiệu tinh protein Quá trình thực quy mô pilot Các thông số khảo sát thay đổi sau: hệ số cô đặc (1,0-1,5-2,0-2,5), số lần bổ sung nước vào dòng nhập liệu (1-2-3-4-5) Hiệu trình tinh đánh giá dựa hiệu suất thu hồi protein độ tinh chế phẩm protein 2.2.3 Phần 3: Xác định thành phần hóa học, tính chất chức đánh giá khả ứng dụng chế phẩm protein đậu phộng Phần 3.1 Xác định thành phần hóa học chế phẩm protein đậu phộng: Chế phẩm protein đậu phộng thu nhận theo quy trình dựa vào kết nghiên cứu phần phần (ký hiệu PPC), chế phẩm protein đậu phộng thu nhận theo quy trình truyền thống (ký hiệu PPC0) chế phẩm protein đậu nành thương mại (ký hiệu SPC) khảo sát so sánh Phần 3.2 Xác định tính chất chức chế phẩm protein đậu phộng: Các tính chất chức chế phẩm protein đậu phộng khả hòa tan, khả giữ béo, khả tạo bọt, khả tạo nhũ, khả tạo gel, số tính chất lưu biến dung dịch protein xác định Phần 3.3 Đánh giá khả ứng dụng chế phẩm protein sản xuất xúc xích tiệt trùng: Chế phẩm protein đậu phộng sử dụng để thay chế phẩm protein đậu nành sản xuất xúc xích tiệt trùng Có 10 mẫu xúc xích đánh giá so sánh: Mẫu (PPC0) : sử dụng chế phẩm protein đậu phộng thu nhận theo phương pháp truyền thống, mẫu (PPC): sử dụng chế phẩm protein đậu phộng thu nhận theo quy trình dựa vào kết phần phần 2, mẫu (SPC): sử dụng chế phẩm protein đậu nành thương mại hóa thị trường, mẫu 4,5,6,7,8,9,10: mẫu xúc xích tiệt trùng thị trường có sử dụng chế phẩm protein đậu nành Chất lượng xúc xích đánh giá thơng qua thông số cấu trúc bao gồm độ cứng, độ cố kết, độ phục hồi, độ bám dính, độ nhai độ dẻo Ngồi ra, tính chất cảm quan điểm thị hiếu 10 mẫu xúc xích đánh giá so sánh 2.3 Phương pháp phân tích Luận án sử dụng phương pháp quang phở so màu UV - VIS (định lượng protein, hợp chất phenolic), sắc ký điện di (thành phần protein hòa tan theo phân tử lượng), sắc ký khí với đầu dò ion hóa lửa (thành phần acid amin), tán xạ laser - Laser Scattering Particle Size Distribution Analysis (giản đồ phân bố kích thước hạt), phân tích mơ tả nhanh (Flash Profile – FP) (tính chất cảm quan), phân tích cấu trúc Texture Profile Analysis (TPA), phương pháp cho điểm thị hiếu sử dụng thang đo thị hiếu điểm 2.4 Phương pháp xử lý số liệu  Kết thí nghiệm giá trị trung bình lần lặp lại  Phân tić h thố ng kê kế t quả thực nghiê ̣m: ANOVA, Statgraphics plus 3.2  So sánh cặp có hoạch định kiểm định t-test (kiểm định phía, độ tin cậy 95%) áp dụng cho kết phân tích TPA kết đánh giá thị hiếu  Phương pháp Multiple Factor Analysis (MFA)  Phương pháp lập đồ thị hiếu (Preference Mapping)  Phần mềm R phiên 3.3.2 Chương KẾT QUẢ VÀ BÀ N LUẬN 90 90 (a) 85 80.5c 80 75 83.2d 83.0d Hiệu suất thu hồi protein (%) Hiệu suất thu hồi protein (%) 3.1 Phần 1: Q trình trích ly protein đậu phộng 3.1.1 Sử dụng sóng siêu âm để hỗ trợ q trình trích ly protein 85 (b) 83.0a 83.1a 81.3b 80.8c 77.3d 80 76.1b 75 72.4a 70 70 1/5 1/10 1/15 1/20 6.5 1/25 7.5 8.5 Tỉ lệ nguyên liệu/dung môi (w/v) 9.5 10.5 pH Hình 3.1 Ảnh hưởng tỉ lệ nguyên liệu/dung môi (a) pH huyền phù (b) đến hiệu suất thu hồi protein (a) mẫu xử lý với công suất siêu âm 30 W/g 30oC 10 phút, (b) tỉ lệ nguyên liệu/dung môi 1/20(w/v) Các giá trị gắn kèm chữ khác khác có ý nghĩa thống kê (p