Giai đoạn 3: Thu hồi protein

Bột đậu nành tách béo được trích 3 lần trong thời gian 120 phút tại tỉ lệ

dịch: bột là 10:1, trong môi trường pH 9,0 ở nhiệt độ trích 65⁰C, dịch trích

được ly tâm tách các thành phần không tan khác được làm nguyên liệu cho các thí nghiệm thu hồi protein.

Hiệu suất trích ly là 93% , dịch có:

- Hàm lượng protein : 2,46%

- Hàm lượng protein hòa tan : 2,31%

3.2.3.1. Khảo sát ảnh hưởng pH và nhiệt độ kết tủa đến hiệu suất thu hồi

protein:

Dịch trích ly được tiến hành khảo sát ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đông tụ theo các nghiệm thức khác nhau. Sau đó lắng gạn, rửa nước cất bằng chế độ rửa 5 lần, lượng nước mỗi lần rửa là 3. Xác định lượng, pH nước rửa sau cùng, hàm lượng protein, protein hòa tan tủa thu được. Kết quả được thể

hiện trong bảng 3.8 và biểu đồ 3.6.

Bảng 3.8. Ảnh hưởng của pH và nhiệt độ kết tủa đến khối lượng, hàm lượng protein và protein hòa tan của tủa

Nghiệm thức Tủa thu

pH Nhiệt độ (⁰C) Khối lượng (g) Hl Protein (%) Hl Proteinht (%)

4,0 30 22,37 6,66 5,63 4,0 40 20,16 8,43 7,54 4,0 50 20,33 7,53 6,20 4,5 30 18,32 8,77 7,04 4,5 40 16,76 10,68 10,08 4,5 50 15,23 10,70 8,80 5,0 30 16,72 8,97 6,58 5,0 40 18,31 9,17 7,65 5,0 50 17,27 8,80 6,72

Anh huong cua pH va nhiet do den hieu suat trich ly

nhiet do

hieu suat

Biểu đồ 3.6.Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH kết tủa đến hiệu suất thu protein

- Trong bảng phân tích Anova có 3 nguồn tác động cơ bản: tác động do nhiệt độ, tác động do pH và tác động do sự tương tác giữa nhiệt độ và pH.

- Ta thấy, sự chênh lệch hiệu suất giữa các mức của nhiệt độ là rất lớn do

đó kết luận là các mức của pH khác nhau dẫn đến hiệu suất khác nhau một cách có ý nghĩa thống kê. Đồng thời, các mức của nhiệt độ khác nhau cũng dẫn đến hiệu suất khác nhau một cách có ý nghĩa thống kê. Ở

nhiệt độ 400C cho hiệu suất cao nhất rồi đến 500C,và thấp nhất là 300 C. - Hiệu suất dưới sự tác động kết hợp các mức của nhiệt độ và pH cho ta

thấy : ở pH = 4,5 và nhiệt độ 40⁰ C cho hiệu suất cao nhất (72,76%), sau

đó đến pH = 4,0; T⁰= 40⁰C (69,11%) và thấp nhất là hiệu suất của sự kết hợp giữa hai mức : pH= 4,0; T0= 300C (60,57%).

- Điều kiện thích hợp cho quá trình kết tủa là pH từ 4,0 – 4,5 ở nhiệt độ

40⁰C.

- Tuy nhiên tại pH 4,0, tỉ lệ Pht/P (89,44%) lại thấp hơn tại pH 4,5 (94,38%), vì thế chúng tôi chọn quá trình kết tủa được thực hiện ở pH 4,5 và nhiệt độ 40⁰C

3.2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng chế độ rửa tủa đến hiệu suất và chất lượng

protein isolate.

Sau khi dịch protein được kết tủa tại pH là 4,5 và nhiệt độ 40⁰C, được lắng gạn và đem rửa bằng nước cất có pH 6,63 với các chếđộ rửa khác nhau về

số lần rửa và lượng nước của mỗi lần rửa. Kết quả được trình bày ở bảng 3.9 và biểu đồ 3.7

Chếđộ rửa 1: Số lần rửa: 2 lần, lượng nước rửa gấp 5 lần Chếđộ rửa 2: Số lần rửa: 3 lần, lượng nước rửa gấp 5 lần

Chếđộ rửa 3: Số lần rửa: 5 lần, lượng nước rửa gấp 2 lần Chếđộ rửa 1: Số lần rửa: 5 lần, lượng nước rửa gấp 3 lần

Bảng 3.9: Ảnh hưởng của chế độ rửa đến khối lượng, pH, hàm lượng protein và protein hòa tan của tủa

Chếđộ rửa

1 2 3 4

K lượng tủa (g) 48,3 45,7 41,6 43,5

pH nước rửa sau cùng 6,11 6,53 6,32 6,67

Hl protein (%) 7,89 8,18 8,25 8,23

Hl protein hòa tan (%) 7,46 7,56 7,60 7,77

- Chế độ rửa khác nhau cũng ảnh hưởng đến lượng tủa thu được. Cùng lượng nước rửa (chế độ 1 và 3, 2 và 4) nhưng số lần rửa càng tăng thì lượng thu tủa thu được càng ít. Cùng lượng nước mỗi lần rửa (chế độ 1 và 2), càng tăng số lần rửa thì lượng tủa thu được càng ít, ngược lại cùng số lần rửa (chế độ 3 và 4) nhưng càng tăng lượng nước rửa mỗi lần thì thu càng nhiều tủa.

- Chếđộ rửa khác nhau cũng ảnh hưởng khác nhau đến pH của nước rửa sau cùng. Cùng lượng nước rửa, số lần rửa tăng thì pH càng gần pH nước cất và ngược lại. Cùng số lần rửa thì lượng nước mỗi lần rửa càng tăng thì pH càng gần với nước cất. Ở chế độ rửa số 4, với số lần rửa là 5 và lượng nước rửa mỗi lần gấp 3 lượng tủa thì cho sản phẩm có pH trung tính nhất (6,67). 94.53 _92.42 92.12 94.41 76.02 69.71 ^72.76 77.44 0 20 40 60 80 100 120 1 2 3 4 Chếđộ rửa Tỉ lệ Pht/P (%) Hiệu suất trích (%) Biểu đồ 3.7.Ảnh hưởng của chếđộ rửa đến hiệu suất thu hồi và tỉ lệ P_ht/P

- Chếđộ rửa tủa khác nhau có ảnh hưởng khác nhau đến hiệu suất thu hồi protein.

- Hiệu suất thu hồi đạt được cao nhất là 77,44% khi rửa 2 lần với lượng nước mỗi lần rửa gấp 5 lần lượng tủa. Đồng thời tỉ lệ Pht/P là 94,53 cũng cao nhất so với các nghiệm thức khác. Tuy nhiên pH của tủa thu được lại thấp nhất, sản phẩm vẫn còn mang tính axit.

- Hiệu suất thu hồi giữa chếđộ rửa số 1 và số 2 không có sự khác biệt có ý nghĩa. Tuy nhiên khi rửa 3 lần với lượng nước rửa mỗi lần gấp 5 lần thì pH sản phẩm đã hết tính axit, pH về gần với pH của nước cất.

3.3. Xây dựng qui trình sản xuất protein isolate từđậu nành

Dựa trên các thông số kỹ thuật tìm được, xây dựng qui trình công nghệ sản xuất protein isolate từđậu nành qui mô phòng thí nghiệm (2kg/mẻ):

NaOH, nước Bột tách béo Trích ly protein - Tỉ lệ dịch: bột = 10:1 - pH = 9,0 - T = 65⁰C - Thời gian: 120 phút, 3 lần trích Ly tâm Xơ Kết tủa

Rửa khối đông

Ly tâm Sấy phun SPI - n- hexan - 5 giờ Hạt đậu nành

Nghiền, qua rây 0,25mm

Trích ly

Sấy đuổi dung môi

- pH: 4,5 - T = 40⁰C - Số lần rửa: 3 - Lượng nước/tủa = 5 lần Tủa Dịch HCl Nước

Mô tả qui trình

Hạt đậu nành sau khi làm sạch, phơi khô được đem nghiền và 95% qua rây 0,25mm. Tiến hành loại dầu béo bằng n-hexan trong 5 giờ, sau đó sấy loại dung môi. Bột đậu nành sau tách béo đem tiến hành trích protein bằng dung môi pH 9, với tỉ lệ dung môi:bột là 10:1 ở nhiệt độ 65^oC trong 120 phút với 3 lần trích, lần 1 trong 60 phút, lần 2 và 3 là 30phút, lượng dung môi ở lần trích thứ 2 và 3 giảm một nửa so với lần thứ 1. Ly tâm thu dịch trích và tiến hành kết tủa protein bằng cách hạ pH dịch xuống 4,5 ở nhiệt độ 40^oC, kết tủa được

đem rửa bằng nước sạch 3 lần, lượng nước mỗi lần gấp 5 lần lượng tủa. Tủa protein được ly tâm tách bớt nước để đạt độ khô khoảng 20%, tiến hành sấy phun thu bột protein isolate đậu nành.

Tiến hành sản xuất 30kg sản phẩm ở qui mô 500g/mẻ (500g bột tách béo+ 5kg dung môi):

- Hạt đậu nành được làm sạch, sấy đến độ ẩm 5-8%. Nghiền sơ bộ, thổi tách vỏ, nghiền mịn qua rây 0,25mm. Trích ly tách dầu bằng dung môi n- hexan trong 5 giờ. Sấy đuổi dung môi, thu bột đậu nành tách béo, dầu đậu nành.

- Trích ly protein trong dung môi pH = 9,0; tỉ lệ dung môi: bột là 10:1, nhiệt độ trích 65⁰C. Sau 60 phút, lọc thu dịch trích, bã đem trích lần 2 với lượng dịch bằng một nửa lần 1, thời gian trích 30 phút. Tiếp tục như thế cho lần trích thứ 3. Thu được dịch protein, hàm lượng protein là 2,59%. Hiệu suất trích đạt 93%.

- Dịch protein đem ly tâm tách phần tạp chất không tan. Đông tụ dịch trích tại pH 4,5, nhiệt độ 40⁰C. Tủa thu được lắng gạn với nước cất 3 lần, lượng nước sử dụng mỗi lần gấp 5 lần thể tích tủa. Sau cùng ly tâm thu huyền phù, có độẩm khoảng 90%. Sấy phun ở chếđộ: nhiệt độđầu vào 170⁰C, tốc độ

phun 287ml/phút, tốc độ gió 1.85m/s. Thu sản phẩm protein isolate. Hiệu suất thu hồi protein là 77,44%

Hiệu suất của quá trình sản xuất protein isolate đạt khoảng 72% so với lượng protein trong nguyên liệu và đạt 28,43% so với nguyên liệu hạt ban đầu.

Mỗi mẻ thu được 160g protein isolate từđậu nành.

Kết quả: sản xuất được 30kg sản phẩm protein isolate

3.4. Phân tích chất lượng sản phẩm protein isolate đậu nành

Sản phẩm protein isolate của đề tài được lấy mẫu và đem phân tích tại Công ty Cổ phần DV KHCN Sắc ký Hải Đăng

Bảng 3.10: Kết quả phân tích chất lượng sản phẩm Protein isolate

STT Chỉ tiêu phân tích Kết quả Tiêu chuẩn

1 Hàm lượng protein (%) 89,11 ≥ 85

2 Độẩm (%) 4,30 ≤ 6

3 Hàm lượng chất béo (%) 0,11 0,5 - 1

4 Hàm lượng tro (%) 3,97 ≤ 5

5 Hàm lượng xơ (%) 1,06 ≤ 0,5

Bảng 3.11:Kết quả kiểm tra chất lượng vi sinh sản phẩm Protein isolate

STT Chỉ tiêu phân tích Kết quả Tiêu chuẩn

1 E. Coli (CFU/g) Không phát hiện 0

2 ∆ Staphylococus aureuns (CFU/g) Không phát hiện 10

3 Clostridium perfringens (CFU/g) Không phát hiện 0

4 Clostridium butuliums (CFU/g) Không phát hiện 0

5 Tổng số nấm men,nấm mốc (CFU/g)

Không phát hiện 10

6 Salmonella/25g Âm tính Âm tính

Kết quả phân tích chất lượng cho thấy sản phẩm Protein Isolate của đề

tài đạt yêu cầu chất lượng đã đăng ký và tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm.

3.5. Đánh giá hiệu quả kinh tế:

Với hiệu suất thu hồi protein là 72%, hàm lượng protein trong đậu nành là 35,96%, như vậy hiệu suất thu protein isolate (89,11% protein) từ hạt đậu nành ban đầu là 28,43%.

Như vậy từ 100kg hạt đậu nành có thể thu được 28,43 kg protein isolate Tính toán sơ bộ cho 01 mẻ sản xuất Protein isolate từ 100kg đậu nành

Bảng 3.12: Tính toán giá thành sản phẩm

Đơn vị: ngàn đồng

Nguyên liệu Đơn giá Số lượng Thành tiền

Hạt đậu nành 25 100 kg 2.500 n- hexan 80 5 lít 400 Axit HCl 20 0,5 lít 10 NaOH 10 0,5kg 5 Điện 1,7 100KW 170 Nước 8 4m³ 24 Công 100 2 200 Tổng chi phí 3.309

Sau phản ứng thu được: - Protein isolate: 28,43 kg - Dầu đậu nành: 19kg

- Giá thành 1 kg sản phẩm Protein isolate = (3.309.000 -19x30.000)/28.43 = 96.342 đồng

- Giá 1kg Protein isolate hiện có trên thị trường: 130.000 đồng

Như vậy:

- Với tính toán sơ bộ trên, lợi nhuận thu được là khoảng 33.658 đồng/kg sản phẩm, (có thể thu thêm từ việc thu hồi bã sau trích protein).

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận:

1. Lựa chọn hạt đậu nành làm nguyên liệu vì có hàm lượng protein và protein hòa tan phù hợp với yêu cầu về chất lượng sản phẩm. Ởđây đề tài sử dụng hạt

đậu nành giống OMĐN 29, thu mua tại Nông trường Hưng Lộc, Đồng Nai 2. Qui trình sản xuất Protein Isolate gồm 3 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Chuẩn bị bột đậu nành tách béo + Kích thước bột qua rây 0,25mm: 96,33% + Dung môi chiết: n-hexan

+ Thời gian chiết: 5 giờ

- Giai đoạn 2: Trích ly protein, với các thông số

+ Tỉ lệ dịch: bột = 10:1 + pH = 9,1

+ Nhiệt độ trích: 65⁰C

+ Thời gian trích: 120 phút, số lần trích: 3 lần

+ Hiệu suất trích: 93%

- Giai đoạn 3: Thu hồi protein, với các thông số

+ pH = 4,5

+ Nhiệt độ: 400C

+ Chếđộ rửa: 3 lần, lượng nước mỗi lần gấp 5 lần lượng tủa

+ Hiệu suất thu hồi: 77%

Hiệu suất thu hồi Protein isolate đậu nành cả 3 giai đoạn là 72%

3. Đã sản xuất thử nghiệm được 30kg sản phẩm, với qui mô 0,5kg/mẻ (bột tách béo) 4. Phân tích chất lượng sản phẩm: - Hàm lượng protein (%) : 89,11 - Độẩm (%) : 4,30 - Hàm lượng chất béo (%) : 0,11 - Hàm lượng tro (%) : 3,97 - Hàm lượng xơ thô (%) : 1,06

Sản phẩm đạt tiêu chuẩn về vệ sinh an toàn thực phẩm

5. Đã tính toán sơ bộ hiệu quả kinh tế: lợi nhuận thu được là 33.658 đồng/kg sản phẩm.

Kiến nghị

1. Được triển khai áp dụng các kết quả nghiên cứu trên

2. Được tiếp tục nghiên cứu phương pháp bảo quản sản phẩm và tái sử dụng bã

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Ngô Thế Dân, 1998. Cây đậu tương. NXB Nông Nghiệp Hà Nội.

2. Nguyễn Khắc Kiệm, 2008. Nghiên cứu sản xuất protein đậu nành isolate. Luận văn thạc sỹ, Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM.

3. Trần Bích Lam, Tôn Nữ Minh Nguyệt, Đinh Trần Nhật Thu, 2004. Thí

nghiệm hóa sinh thực phẩm. NXB Đại Học Quốc gia Tp.HCM.

4. Nguyễn Xích Liên, 2001. Đậu nành và một số sản phẩm từ đậu nành. Trường Đại học Báck Khoa Tp.HCM.

5. Nguyễn Mạnh Thản, 1989. Khai thác protein và dầu từ hạt đậu tương. Tạp chí “Nông nghiệp và Công nghiệp thực phẩm” số 12.

Tài liệu tham khảo tiếng nước ngoài

6. Ana, C. L. B,, Franco, M. L., Maria, I. G., 2006, Influence of temperature, pH and ionic strengh on the production of isoflavonce-rich soy protein

isolates, Food Chemistry, 98, p. 757-766.

7. Bernard, E. C., Alistair, S. G., Michael, J. L., 2007, Some functional

properties of fractionated soy protein isolates obtained by microfiltration,

Food Hydrocolloids, 21, p. 1379-1388.

8. Circle, S.J., P.L. Julian, and R.W. Whitney, Process for Isolating Soya

Protein, U.S. Patent 2.881.159, April 7, 1959.

9. Fereidoon shahidi, chapter 5: Extraction and Analysis of Lipids, In: Casimir, C.A., David, B.M., 2008, Food Lipids: Chemistry, Nutrition and Technology, CRC press, p151-178.

10. Foo Siew Kuen, Undergraduate Engineering Thesis, 2004, Effect of

temperature and pH on the solubility of soy protein, University of

Queensland

11. Frazeur, D.R., and R.B. Huston, Protein and Method of Extracting Same

from Soybeans Employing Reverse Osmosis, U.S. Patent 3.728.327, April

17, 1973.

12. Fukushima, D., 2004, chapter 6: Soy Protein, In: Yada. R.Y., Proteins in food processing, CRC press, 643p.

13. Hawley, R.L., C.W. Frederiksen, and R.A. Hoer, Method of Treating

Vegetable Protein, U.S. Patent 3.642.490, February 15, 1972.

14. Joseph, G. Endres, 2001, Soy Protein Product: Characteristics,

Nutritional Aspects and Utilization, AOCS, ILLinois, 51p.

15. Kukiat Tanteertarm, 1993, Soybean processing for food use,

Internationnal Soybean program (INTSOY); p 7-143.

16. Lamia, L., Joyce, I. B., Yves, A., 2006, Composition and functional

properties of soy protein isolates prepared using alternative defatting and

extracting procedures, Journal of Food Science, Vol 71, No 3.

17. Liu Shunhu, 2007, A Study on Subunit Groups of Soybean Protein

18. Mori, T., Utsumi, S., Inaba, H., Kitamura, K. and Harada, K., 1981,

Differences in subunit composition of glycinin among soybean cultivars, J.

Agric. Food Chem., 29, p. 20-23.

19. Na Cao, Yuhua Fu, Junhui He, 2007, Preparation and physical

properties of soy protein isolate and gelatin composite films, Food

PHỤ LỤC 1

HÌNH ẢNH QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Hình 1 và 2: Vô cơ hóa mẫu phân tích hàm lượng protein

Hình 5 và 6: Ly tâm dịch trích ly

Hình 7 và 8:Đông tụ và rửa protein

PHỤ LỤC 2

KẾT QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU

Giai đoạn 2: Khảo sát quá trình trích ly protein

Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng tỉ lệ dịch: bột

Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng pH dịch trích

Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng nhiệt độ

Tỉ lệ bột : nước Hiệu suất trích ly (%) Tỷ lệ Pht/P (%) 6:1 17.28^c 64.33^c 8:1 21.28^b 76.98^a 10:1 39.22a 78.11a 12:1 39.33^a 75.94^b CV(%) 3.33 1.31 LSD(0.05) 2.34 2.53 pH Hiệu suất trích ly (%) Tỷ lệ Pht/P (%) 7.0 23.06^d 75.49^c 8.0 35.14^c 77.78^c 9.0 43.17^a 85.56^a 10.0 40.91^b 80.62^b CV(%) 2.90 2.11 LSD(0.05) 2.18 3.15 Nhiệt độ Hiệu suất trích ly (%) Tỷ lệ Pht/P (%) 40 28.51^c 92.56^a 60 43.17^b 85.56^b 80 45.00^a 61.36^c CV(%) 2.55 4.31 LSD(0.05) 1.80 5.12

Thí nghiệm 4: Ảnh hưởng số lần trích

Giai đoạn 3: Khảo sát quá trình thu hồi protein