Thu nhận protein isolate, protein concentrate từ đậu phộng (araohls 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.) LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH NĂM 2017 i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM 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 Phản biện độc lập 1: GS TS HỒNG ĐÌNH HỊA Phản biện độc lập 2: PGS TS NGUYỄN MINH THỦY Phản biện 1: PGS TS ĐỒNG THỊ THANH THU Phản biện 2: PGS TS NGUYỄN TIẾN THẮNG Phản biện 3: PGS TS PHAN ĐÌNH TUẤN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TS LÊ VĂN VIỆT MẪN ii LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan công trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận án trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận án Chữ ký Nguyễn Thị Hiền iii TÓM TẮT LUẬN ÁN Nghiên cứu khảo sát q trình trích ly tinh protein quy trình sản xuất chế phẩm protein đậu phộng Nội dung nghiên cứu luận án gồm có ba phần: Phần 1: Khảo sát q trình trích ly protein đậu phộng phương pháp sử dụng sóng siêu âm và/hoặc chế phẩm enzyme hỗ trợ Quy luật ảnh hưởng công suất, nhiệt độ, thời gian siêu âm, quy luật ảnh hưởng nồng độ, thời gian xử lý enzyme đến hiệu suất thu hồi protein xác định Sử dụng sóng siêu âm chế phẩm enzyme làm tăng hiệu suất thu hồi protein đậu phộng lần lượt 19% 19,2% Nếu sử dụng kết hợp sóng siêu âm chế phẩm enzyme hiệu suất thu hồi protein tăng 26% so với phương pháp truyền thống Phần 2: Khảo sát trình tinh dịch trích protein đậu phộng phương pháp siêu lọc Quy luật ảnh hưởng kích thước mao quản màng, pH dòng nhập liệu, áp suất vận hành đến hiệu trình phân riêng xác định Nghiên cứu đưa thơng số cơng nghệ thích hợp cho q trình siêu lọc dịch trích protein đậu phộng Độ tinh hiệu suất thu hồi protein lần lượt 92% 90% Phần 3: Xác định thành phần hóa học, tính chất chức khả ứng dụng chế phẩm protein đậu phộng Protein đậu phộng có tính chất chức tương tự protein đậu nành Trong khoảng nồng độ 7,5% - 15% (w/w) dung dịch protein đậu phộng đậu nành chất lỏng Bingham Khi thay chế phẩm protein đậu nành chế phẩm protein đậu phộng quy trình sản xuất xúc xích tiệt trùng sản phẩm có cấu trúc giá trị cảm quan tương tự Về mặt cảm quan, sản phẩm thơm thoảng mùi đậu phộng iv ABSTRACT In this study, protein extraction and purification of the manufacturing of peanut protein preparation were investigated The study consists of three sections: Peanut protein extraction by ultrasound – assisted method, enzyme – assisted method and combined ultrasound and enzyme method: The effects of ultrasonic power, temperature and time as well as the effects of enzyme concentration and biocatalytic time on the protein yield were investigated Use of ultrasound and enzyme improved the protein yield by 19,0% and 19,2%, respectively When ultrasound and enzyme preparation were used, the protein yield increased by 26% in comparison with that in the conventional extraction Purification of peanut protein extract by ultrafiltration: The effects of membrane pore size, feed pH and pressure on the separation efficiency were investigated The appropriate parameters of ultrafiltration of the peanut protein extract were then selected The purity degree of protein preparation and the protein recovery yield achieved 92% and 90%, respectively Evaluation of approximate composition, functional properties and potential application of peanut protein preparation: Peanut and soy protein exhibited similar functional properties In the concentration range of 7,5 – 15% (w/w), both peanut and soy protein solutions were Bingham liquid Use of peanut and soy protein preparation in the sterilized sausage production resulted in products with similar texture and sensorial properties v LỜI CÁM ƠN Để hồn thành luận án này, tơi xin gửi lời cám ơn chân thành đến GS.TS Lê Văn Việt Mẫn, Thầy hướng dẫn luận án Chủ nhiệm Bộ môn Công nghệ Thực phẩm Trong suốt q trình làm luận án, tơi khơng tiếp thu thêm kiến thức khoa học mà thơng qua hướng dẫn Thầy, tơi cịn học tập tác phong làm việc, phong cách viết báo cáo khoa học cách đối nhân xử Xin cảm ơn Bà Đặng Phương Ninh, Phó Tổng Giám đốc, Bà Phạm Minh Thùy Trang, phịng R&D, cơng ty Vissan giúp đỡ phần ứng dụng chế phẩm protein thu vào thực tế sản xuất Xin cảm ơn đồng nghiệp Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM giúp đỡ, động viên, góp ý kiến hữu ích để tơi hồn thành luận án Xin cảm ơn giúp đỡ Quý Thầy Cơ Khoa Kỹ thuật Hóa học, phịng Đào tạo Sau Đại học thuộc trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM, đơn vị hỗ trợ phân tích: phịng thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia Vật liệu Polymer Composite, phòng thí nghiệm Cơng nghệ cao, phịng thí nghiệm Trọng điểm Đại học Quốc gia HCM Cơng nghệ Hóa Học Dầu Khí Xin cảm ơn em sinh viên vất vả việc thực thực nghiệm, xử lý số liệu kết thí nghiệm, cơng bố báo… Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình ủng hộ tinh thần động lực cho công việc Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Hiền vi MỤC LỤC TÓM TẮT LUẬN ÁN iv ABSTRACT v MỤC LỤC vii DANH MỤC CÁC HÌNH ix DANH MỤC CÁC BẢNG xi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xiii CHƯƠNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 2.1 Giới thiệu chế phẩm protein 2.1.1 2.1.2 2.1.3 Định nghĩa, thành phần .4 Phương pháp thu nhận Ứng dụng PC/PI công nghệ thực phẩm 2.2 Giới thiệu đậu phộng protein đậu phộng 2.2.1 2.2.2 Đậu phộng protein đậu phộng Tính chất chức chế phẩm protein đậu phộng 11 2.3 Thu nhận chế phẩm protein từ thực vật 15 2.3.1 2.3.2 2.3.3 Giới thiệu chung .15 Ứng dụng sóng siêu âm enzyme trình trích ly protein .16 Ứng dụng siêu lọc trình tinh protein .20 2.4 Điểm đề tài 25 CHƯƠNG NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 3.1 Nguyên liệu, hóa chất, thiết bị 27 3.1.1 3.1.2 3.1.3 Nguyên liệu 27 Hóa chất 30 Thiết bị 30 3.2 Nội dung nghiên cứu 31 3.3 Bố trí thí nghiệm 34 3.3.1 Phần 1: Khảo sát q trình trích ly protein đậu phộng 34 3.3.2 Phần Khảo sát trình tinh protein đậu phộng phương pháp siêu lọc 41 3.3.3 Phần Xác định thành phần hóa học, tính chất chức đánh giá khả ứng dụng chế phẩm protein đậu phộng 42 3.4 Phương pháp phân tích cơng thức tính tốn 45 3.4.1 3.4.2 Phương pháp phân tích 45 Phương pháp tính tốn 47 3.5 Phương pháp xử lý số liệu 51 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 52 4.1 Q trình trích ly protein đậu phộng 52 4.1.1 4.1.2 Sử dụng sóng siêu âm để hỗ trợ q trình trích ly protein 52 Sử dụng chế phẩm enzyme để hỗ trợ trình trích ly protein 59 vii 4.1.3 Sử dụng chế phẩm enzyme sau xử lý nguyên liệu sóng siêu âm để hỗ trợ q trình trích ly protein .62 4.1.4 So sánh phương pháp trích ly 65 4.2 Quá trình tinh protein đậu phộng phương pháp siêu lọc 69 4.2.1 4.2.2 Tinh protein quy mơ phịng thí nghiệm .69 Tinh protein quy mô pilot 82 4.3 Tính chất chế phẩm protein đậu phộng 91 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 trùng Quy trình cơng nghệ sản xuất chế phẩm protein đậu phộng đề xuất 91 Thành phần hóa học chế phẩm protein đậu phộng 94 Tính chất chức chế phẩm protein đậu phộng 96 Khả ứng dụng chế phẩm protein đậu phộng quy trình sản xuất xúc xích tiệt 107 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .112 5.1 Kết luận 112 5.1.1 5.1.2 Về mặt khoa học 112 Về mặt ứng dụng 113 5.2 Đề nghị 114 CHƯƠNG TÀI LIỆU THAM KHẢO 115 viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 Hiện tượng xâm thực khí bề mặt rắn q trình trích ly rắn – lỏng 17 Hình 2.2 Hạt bột đậu nành tách béo theo thời gian trích ly có sóng siêu âm hỗ trợ .18 Hình 2.3 Mơ hình siêu lọc dạng dead – end (a) cross – flow (b) 21 Hình 3.1 Qui trình tạo mẫu DPM .27 Hình 3.2 Sơ đồ nghiên cứu 32 Hình 3.3 Qui trình trích ly protein từ DPM có hỗ trợ sóng siêu âm enzyme .35 Hình 3.4 Quy trình trích ly protein từ DPM có hỗ trợ kết hợp sóng siêu âm chế phẩm enzyme 39 Hình 3.5 Quy trình cơng nghệ sản xuất xúc xích tiệt trùng 45 Hình 4.1 Ảnh hưởng tỉ lệ ngun liệu/dung mơi đến hiệu suất thu hồi protein .52 Hình 4.2 Ảnh hưởng pH huyền phù đến hiệu suất thu hồi protein 54 Hình 4.3 Ảnh hưởng công suất siêu âm đến hiệu suất thu hồi protein 55 Hình 4.4 Ảnh hưởng nhiệt độ siêu âm đến hiệu suất thu hồi protein 57 Hình 4.5 Ảnh hưởng thời gian xử lý siêu âm đến hiệu suất thu hồi protein 58 Hình 4.6 Ảnh hưởng tỉ lệ enzyme đến hiệu suất thu hồi protein 60 Hình 4.7 Ảnh hưởng thời gian xử lý enzyme đến hiệu suất thu hồi protein 61 Hình 4.8 Ảnh hưởng tỉ lệ enzyme đến hiệu suất thu hồi protein 64 Hình 4.9 Ảnh hưởng thời gian xử lý enzyme đến hiệu suất thu hồi protein 65 Hình 4.10 Hình chụp kính hiển vi điện tử quét cấu trúc bề mặt hạt ngun liệu q trình trích ly kết thúc 67 Hình 4.11 Giản đồ phân bố kích thước hạt huyền phù bột đậu sau xử lý phương pháp khác 68 Hình 4.12 Độ phân riêng protein, phytate carbohydrate màng polysulfone 50kDa 25 kDa 69 Hình 4.13 Kết điện di gel polyacrylamide dịch trích protein đậu phộng trước sau siêu lọc pH .71 Hình 4.14 Thơng lượng dịng qua màng theo kích thước mao quản 72 Hình 4.15 Các loại trở lực hai loại màng polysulfone q trình phân riêng dịch trích protein đậu phộng 73 Hình 4.16 Độ phân riêng nhóm cấu tử thay đổi pH dịng nhập liệu .75 Hình 4.17 Thơng lượng dịng qua màng thay đổi pH dòng nhập liệu 77 Hình 4.18 Các loại trở lực màng trình siêu lọc thay đổi pH dịng nhập liệu 78 Hình 4.19 Độ phân riêng cấu tử thay đổi áp suất vận hành 79 ix Hình 4.20 Thơng lượng dịng qua màng điều kiện áp suất vận hành khác 81 Hình 4.21 Các loại trở lực màng trình siêu lọc dịch trích protein đậu phộng thay đổi áp suất vận hành 81 Hình 4.22 Sự thay đổi nồng độ cấu tử dịng khơng qua màng theo hệ số cô đặc 83 Hình 4.23 Sự thay đổi nồng độ cấu tử dịng qua màng theo hệ số đặc 83 Hình 4.24 Hiệu suất thu hồi protein (), độ tinh () theo hệ số đặc thể tích .85 Hình 4.25 Tỷ lệ loại bỏ phytate carbohydrate theo hệ số đặc thể tích 85 Hình 4.26 Sự thay đổi thơng lượng dịng qua màng theo hệ số đặc 86 Hình 4.27 Sự thay đổi loại trở lực trình siêu lọc dịch trích protein quy mơ pilot 88 Hình 4.28 Ảnh hưởng số lần bổ sung nước trình hồi lưu dịng khơng qua màng đến hiệu suất thu hồi protein tỉ lệ loại bỏ phytate carbohydrate (Hệ số cô đặc 2,5) 89 Hình 4.29: Ảnh hưởng số lần bổ sung nước đến độ tinh protein hàm lượng phytate carbohydrate dịng khơng qua màng 90 Hình 4.30 Thơng lượng dịng qua màng thay đổi theo hệ số cô đặc điều kiện khác 91 Hình 4.31 Quy trình cơng nghệ sản xuất chế phẩm protein đậu phộng đề xuất 93 Hình 4.32 Ảnh hưởng pH đến độ hòa tan protein 97 Hình 4.33 Khả hấp thu béo chế phẩm protein 98 Hình 4.34 Ảnh hưởng pH đến khả tạo bọt chế phẩm protein 99 Hình 4.35 Ảnh hưởng pH đến độ bền bọt chế phẩm protein .100 Hình 4.36 Ảnh hưởng pH đến khả tạo nhũ chế phẩm protein 100 Hình 4.37 Ảnh hưởng pH đến độ bền nhũ chế phẩm protein .101 Hình 4.38 Khả tạo gel chế phẩm protein pH theo phương pháp cổ điển 102 Hình 4.39 Sự thay đổi ứng suất trượt theo tốc độ biến dạng trượt dung dịch có nồng độ protein khác .103 Hình 4.40 Giản đồ lưu biến thể giá trị module G' (đường liền) G'' (đường chấm chấm) chế phẩm protein theo nhiệt .105 Hình 4.41 Khơng gian phân bố sản phẩm vịng trịn tương quan tính chất 10 mẫu xúc xích 108 Hình 4.42 Điểm thị hiếu trung bình mẫu xúc xích đánh giá 150 người tiêu dùng 110 Hình 4.43 Bản đồ thị hiếu xây dựng từ kết phép thử Flash Profile đánh giá thị hiếu người tiêu dùng 110 x pháp xử lý siêu âm enzyme q trình trích ly giải pháp siêu lọc để tinh dịch trích làm tăng khả tạo gel chế phẩm protein đậu phộng 4.3.4 Khả ứng dụng chế phẩm protein đậu phộng quy trình sản xuất xúc xích tiệt trùng Ảnh ởng hư protein đ ậu phộ ngế n cấ đu trúc xúc xích Kết phép đo cấu trúc TPA trình bày Bảng 4.10 Khi so sánh hai mẫu xúc xích sử dụng PPC0 SPC, độ cứng, độ bám dính độ phục hồi sản phẩm khác biệt nghĩa thống kê, ngược lại độ cố kết sản phẩm khác biệt (p>0,05) Khi so sánh hai mẫu xúc xích sử dụng PPC SPC, khơng có khác biệt có nghĩa tìm thấy tất tiêu khảo sát Điều cho thấy việc sử dụng chế phẩm protein đậu phộng theo quy trình đề xuất tạo mẫu xúc xích có cấu trúc tương đương với mẫu xúc xích sử dụng chế phẩm SPC Bảng 4.10 Giá trị trung bình sai số chuẩn tiêu đo lường phương pháp TPA Độ cứng Độ bám dính Độ dẻo Độ nhai Độ cố kết khơng thứ nguyên N PPCO PPC SPC 1.7803 0.0920 1.8908 0.1605 1.7985 1.1052 PPCo 0.1193 0.9556 0.9716 PPCo 0.8699 PPCo 0.8638 PPCo, PPC 0.7848 PPCo, PPC 1.0741 0.9888 SPC 0.8975 0.5675 PPCo 0.8875 0.5400 PPCo 0.8950 0.5225 PPCo, PPC 0.9075 0.5175 PPCo, PPC 0.9225PPC, SPC Soy.B 2.0720 PPCo, SPC Soy.C 1.7565 0.1735PPCo 0.9331PPCo, PPC 0.8365PPCo, PPC 0.5325 PPCo, PPC 0.9000 Soy.S 1.0188PPCo, PPC, SPC 0.0878PPC 0.5111PPCo, PPC, SPC 0.4492PPCo, PPC, SPC 0.5000 PPCo, PPC, SPC 0.8800 Soy.T PPCo, PPC, SPC PPCo, PPC, SPC PPCo, PPC, SPC 0.5075 PPCo, PPC, SPC 0.8800 0.5250 PPCo, PPC 0.8950 0.5225 PPCo, PPC 0.9225PPC, SPC Soy.V 0.2073 PPCo, SPC 1.0755 0.6200 1.6513 1.2643 0.1695 0.9926 PPC Soy.A PPCo Độ phục hồi 0.1260 1.9668 0.1678 PPCo Soy.X 1.7760 0.1743 SE 0.058 0.016 Ghi có 2.0720 độ ý chú: có cứng 1.0332 0.9246 0.5669 0.9275 PPCo, PPC 0.036 0.8532 PPCo 0.032 0.008 0.007 Trong mẫucùng xúcgiá xích trị cột, cóđược ký đánh hiệu xúc xích dấu mẫu A khác biệt nghĩa PPCo, SPC 0.6441 PPCo theo phân p