CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
4.2. Khảo sát ảnh hưởng của công suất siêu âm đến hiệu suất trích ly và tính chất chức năng của globulin từ hạt bí đỏ tách béo
4.2.2. Khảo sát tính chất chức năng của chế phẩm globulin theo công suất siêu âm và
Hình 4.3 Chế phẩm globulin từ hạt bí đỏ tách béo
Bảng 4.2. Nồng độ protein, nhóm SH tự do và bề mặt kỵ nước của các chế phẩm protein thu nhận theo công suất siêu âm và chế phẩm soy protein isolate
Nồng độ protein (%)
Nhúm SH tự do (àmol
SH/106g protein) Bề mặt kỵ nước Globulin hạt bí
Mẫu đối chứng 88,00 3,335 997,4
Globulin hạt bí Mẫu xử lý siêu âm 5
(W/g)
90,00 3,742 1006
Globulin hạt bí Mẫu xử lý siêu âm
10(W/g)
90,03 4,527 1341
Globulin hạt bí Mẫu xử lý siêu âm
15(W/g)
90,08 4,899 1701
Globulin hạt bí Mẫu xử lý siêu âm 20
(W/g)
91,02 5,103 2040
Globulin hạt bí Mẫu xử lý siêu âm 25
(W/g)
90,00 5,696 2431
Soy protein isolate 90,21 109,236 3034,465
Qua bảng 4.2, chúng tôi nhận thấy rằng hàm lượng protein trong 7 chế phẩm đều xấp xỉ 90% so với lượng chất khô trong chế phẩm. Điều này có thể hạn chế sai số trong việc so sánh tính chất chức năng của các mẫu chế phẩm. Mặt khác, hàm lượng protein trong chế phẩm globulin từ hạt bí đỏ tách béo cao, tương đương với chế phẩm thương mại (soy protein isolate), đây là ưu điểm để xem xét khả năng ứng dụng sản xuất chế phẩm globulin hạt bí đỏ tách béo vào sản xuất thực tế.
4.2.2.1 Khảo sát khả năng tạo bọt và độ bền bọt của chế phẩm globulin theo công suất siêu âm
Khả năng tạo bọt là một trong những tính chất bề mặt quan trọng của protein. Các hệ bọt thực phẩm gồm các bọt khí phân tán trong pha liên tục (lỏng hoặc rắn), có chất hoạt động bề mặt hòa tan. Protein có khả năng tạo thành màng bảo vệ bị hấp phụ ở bề mặt phân chia khí/ lỏng giúp hệ bọt bền hơn [42].
Hình 4.4. Khảo sát khả năng tạo bọt của chế phẩm globulin theo công suất siêu âm.
Hình 4.5. Khảo sát độ bền bọt của chế phẩm globulin theo công suất siêu âm.
Kết quả thí nghiệm ở Hình 4.4 cho thấy, khả năng tạo bọt của chế phẩm globulin từ hạt bí đỏ đã tách béo ở công suất siêu âm 10W/g tăng 59,34% khi so sánh với mẫu đối chứng (mẫu không sử dụng sóng siêu âm). Khi tiếp tục tăng công suất siêu âm từ 10 đến 25W/g thì khả năng tạo bọt của chế phẩm globulin không bị ảnh hưởng đáng kể. Độ bền bọt của chế phẩm globulin hạt bí đỏ tách béo khi có sự hỗ trợ của sóng siêu âm trong quá trình trích ly ở Hình 4.5, nhìn chung cao hơn so với mẫu đối chứng không có sử dụng kỹ thuật sóng siêu âm. Nguyên nhân là do khả năng tạo bọt phụ thuộc vào độ hòa tan của
17.021a
25.000b 27.128c 27.181c 27.213c 27.234c
0 5 10 15 20 25 30
0 5 10 15 20 25 30
Khả năng tạo bọt(%)
Công suất siêu âm (W/g)
36.875a
54.040b
59.600c 61.048cd 61.373cd 62.515d
0 10 20 30 40 50 60 70
0 5 10 15 20 25 30
Độ bền bọt (%)
Công suất siêu âm (W/g)
protein trong dung môi sử dụng để xác định chỉ tiêu này [13]. Trước đây Tang (2003) đã kết luận rằng để có khả năng tạo bọt thì protein cần phải hòa tan trong dung môi tạo bọt và nhanh chóng phân tán, để tạo thành một lớp màng protein bao xung quanh các bọt khí [43]. Trong luận văn này, chúng tôi sử dụng dung môi là nước cất. Đối với chế phẩm globulin hạt bí đỏ không có sử dụng sóng siêu âm trong quá trình trích ly thì khối lượng phân tử khá lớn (112000 dalton) nên khả năng hòa tan trong nước cất thấp, do đó khả năng tạo bọt thấp. Đối với các chế phẩm globulin hạt bí đỏ được thu nhận trong trường hợp có sử dụng sóng siêu âm thì khối lượng phân tử của chúng có thể bị giảm do tác động của sóng siêu âm, nhờ đó độ hòa tan trong nước cất tăng lên. Tuy nhiên, giả thiết này cần được kiểm tra lại bằng phương pháp điện di. Anet (2010) nhận thấy rằng khi sử dụng kỹ thuật siêu âm xử lý trên chế phẩm α-lactalbumin với công suất 20kHz trong 15 phút thì độ hòa tan của α-lactalbumin là 85%, cao hơn so với khi không sử dụng sóng siêu âm (khoảng 80,5%) [44]. Đồng thời, dưới tác động của sóng siêu âm, các nhóm kỵ nước trong cấu trúc globulin sẽ lộ ra nhiều hơn và dễ bị hấp phụ tại bề mặt phân chia pha hơn, khi đó phân tử protein duỗi mạch ra và sẽ sắp xếp đều tại bề mặt phân chia pha, làm giảm sức căng tại bề mặt phân pha [45]. Do đó chế phẩm globulin ở mẫu có xử lý sóng siêu âm sẽ có khả năng tạo bọt tốt hơn mẫu đối chứng.
Đối với độ bền bọt, để hệ bọt ổn định, các phân tử protein cần hình thành liên kết tạo màng vững chắc bao xung quanh các bọt khí, đồng thời protein cần được hấp phụ mạnh ở bề mặt phân chia không khí/nước bằng các mối liên kết trung gian kỵ nước để tránh hiện tượng giải hấp phụ [42]. Do đó, protein cần có tính linh hoạt, độ đàn hồi, không thấm khí để chống lại các tác động bên ngoài làm tăng sức căng bề mặt phân pha, từ đó duy trì độ bền cho hệ bọt [43]. Đối với các chế phẩm globulin có sử dụng sóng siêu âm trong quá trình thu nhận, các gốc kỵ sẽ lộ ra ngoài trong giai đoạn xử lý siêu âm, tăng liên kết kỵ nước ở bề mặt phõn pha, đồng thời số lượng nhúm SH (từ 3,742 đến 5,696 àmol SH/106g protein) tăng cao hơn so với globulin mẫu đối chứng (3,335àmol SH/106g protein), từ đú tương tác kỵ nước và liên kết S-S tăng lên giúp duy trì độ bền bọt tốt hơn.
Khả năng tạo bọt và độ bền bọt của protein đậu nành tương ứng là 32,34% và 67,424%, cao hơn tất cả các chế phẩm globulin hạt bí đỏ tách béo. Theo Evangelos (1991), độ hòa tan của globulin hạt bí đỏ khá thấp (dưới 10%) trong khoảng pH 3- 7, và độ hòa tan của globulin bí đỏ sẽ tăng đến 92% ở pH kiềm [13]. Trong khi đó, protein của soy thì tan rất tốt ở pH 6 trở lên [46]. Đối với môi trường nước cất trong thí nghiệm này có pH xấp xỉ 7 thì độ hòa tan của globulin hạt bí thấp hơn protein đậu nành. Do đó, khả năng tạo bọt và ổn định bọt của chế phẩm protein đậu nành là tốt hơn. Mặt khác, các phân tử có khối lượng phân tử thấp, nghèo cấu trúc bậc 2, 3 sẽ có tác dụng hiệu quả như một chất hoạt động bề mặt [42]. Khi so sánh globulin từ hạt bí đỏ đã tách béo và protein trong đậu nành thì chúng tôi nhận thấy, khối lượng phân tử của globulin lại khá lớn (112000 dalton) và được đại diện bởi globulin 11S (S-subunits-tiểu đơn vị) [47], [11]. Trong khi đó protein đậu nành có đại diện là globulin 7S với khối lượng xấp xỉ 50100 dalton [46].
Do đó protein đậu nành có khả năng khuếch tán nhanh đến bề mặt phân chia pha trong hệ bọt hơn, từ đó khả năng tạo và ổn định bọt của protein đậu nành tốt hơn globulin hạt bí đỏ.
Tuy khả năng tạo bọt và độ bền bọt của chế phẩm globulin gia tăng khi sử dụng kỹ thuật siêu âm hỗ trợ quá trình trích ly nhưng vẫn thấp hơn khi so sánh với protein đậu nành. Do đó, cần có sự khảo sát thêm về các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo bọt và độ bền bọt của chế phẩm globulin hạt bí đỏ như nồng độ muối, pH, nồng độ protein, để từ đó có thể tìm ra điều kiện tối ưu nhằm ứng dụng khả năng tạo bọt, độ bền bọt của globulin hạt bí đỏ vào các hệ thực phẩm khác nhau.
4.2.2.2. Khảo sát khả năng tạo nhũ và độ bền nhũ của chế phẩm globulin theo công suất siêu âm
Hình 4.6. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của công suất siêu âm đến khả năng tạo nhũ của chế phẩm globulin từ hạt bí đỏ tách béo.
Hình 4.7. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của công suất siêu âm đến độ bền nhũ của chế phẩm globulin từ hạt bí đỏ tách béo.
Tính nhũ hóa của protein được xác định thông qua hai chỉ số là khả năng tạo nhũ và độ bền nhũ. Hình 4.6 và 4.7 cho thấy ảnh hưởng của công suất siêu âm đến khả năng nhũ hóa và độ bền nhũ (Tần số và thời gian siêu âm lần lượt là 20kHz và 1 phút)
0.204a 0.213b
0.220bc
0.223cd 0.225cd
0.229d
0.200 0.205 0.210 0.215 0.220 0.225 0.230 0.235
0 5 10 15 20 25 30
Khả năng tạo nhũ (Abs)
Công suất siêu âm (W/g)
19.57a 19.82a
26.46b 26.71b 27.44b 29.68c
0 10 20 30 40
0 5 10 15 20 25 30
Độ bền nhũ (phút)
Công suất siêu âm (W/g)
Khả năng nhũ hóa và độ bền nhũ của chế phẩm globulin từ hạt bí đỏ tăng dần khi tăng công suất siêu âm từ 0 W/g đến 10 W/g. Khi tiếp tục tăng công suất siêu âm từ 10 đến 20 W/g thì khả năng tạo nhũ của globulin không bị ảnh hưởng đáng kể, khi công suất siêu âm 25 W/g thì khả năng tạo nhũ của chế phẩm globulin là cao nhất. Nguyên nhân là do dưới tác động của sóng siêu âm, cấu trúc phân tử protein có thể thay đổi (gãy mạch) khiến cho phân tử protein ngắn hơn, giúp chúng linh động, dễ dàng đến bề mặt phân pha, bị hấp phụ tại đó và tạo nhũ [48]. Ngoài ra, khi có tác dụng của sóng siêu âm thì các acid amin có thành phần kỵ nước lộ ra ngoài, hướng vào pha dầu, nên nồng độ protein ở bề mặt phân chia giữa hai pha càng cao, sức căng bề mặt bé, hệ nhũ tương càng bền [42].
Đồng thời, khi tăng công suất siêu âm từ 0 đến 10 W/g thì hàm lượng nhóm SH tự do cũng tăng dần tương ứng từ 3,335 lờn 4,527 ( àmol SH/106 g protein), do đú cú thể làm tăng liên kết S-S giữa các phân tử protein, tránh sự hợp giọt, làm bền hệ nhũ tương. Bên cạnh đó, bề mặt kỵ nước (do các phân tử protein duỗi ra và dàn mỏng thành lớp đơn phân tử giúp ngăn cản sự tập hợp của các giọt dầu) của các chế phẩm globulin cũng tăng từ 997,4 đến 2431 khi tăng công suất siêu âm từ 0 W/g đến 25 (W/g). Kết quả này cũng tương tự với báo cáo của Arzeni (2012), bề mặt kỵ nước của protein lòng trắng trứng tăng khi xử lý siêu âm ở công suất 20%, đồng thời khả năng tạo nhũ của nó cũng tăng khi so sánh với mẫu đối chứng không có xử lý siêu âm [49].
Khả năng nhũ hóa và độ bền nhũ tương của soy protein (tương ứng là 0,215Abs và 26,99phút) tương đương chế phẩm globulin từ hạt bí đỏ tách béo khi được trích ly có sóng siêu âm hỗ trợ với công suất 10 W/g. Do soy protein có thành phần chủ yếu là globulin (đại diện là globulin 7S) và glutelin có khối lượng phân tử thấp hơn globulin trong hạt bí đỏ (đại diện là 11S), nên khả năng hòa tan của soy protein cao hơn khi so sánh với chế phẩm globulin hạt bí đỏ ở mẫu đối chứng. Đối với các chế phẩm globulin hạt bí đỏ có sử dụng sóng siêu âm thì cấu trúc protein bị biến đổi, globulin 11S có thể bị phân cắt thành các mạch nhỏ hơn có khối lượng nhỏ hơn, do đó khả năng tạo nhũ và độ bền nhũ của soy protein và globulin hạt bí đỏ tách béo có sử dụng sóng siêu âm xấp xỉ nhau.
4.2.2.3 Khảo sát khả năng hấp thụ dầu và hấp thụ nước của chế phẩm globulin theo công suất siêu âm
Hình 4.8. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của công suất siêu âm đến khả năng hấp thu dầu của chế phẩm globulin từ hạt bí đỏ tách béo.
Khả năng hấp thu dầu của chế phẩm globulin từ hạt bí đỏ tách béo ở công suất 10W/g ( 2,341mL/g) cao hơn mẫu đối chứng (2.085 mL/g) và cao hơn khả năng hấp thu dầu của protein đậu nành (1,408 mL/g). Kết quả này tương tự với báo cáo của tác giả Thutiyaporn Chittapalo (2009), khả năng hút dầu của protein cám gạo tách béo khi trích ly bằng sóng siêu âm (1,52 g/g) cao hơn so với phương pháp trích ly truyền thống (1,31 mL/g) [8]. Điều này có thể giải thích là do tác động của sóng siêu âm đã làm lộ ra các nhóm acid amin kỵ nước trong cấu trúc của protein, do đó làm tăng tính hút dầu. Khả năng hút dầu của globulin hạt bí đỏ cao hơn so với protein đậu nành, do globulin hạt bí đỏ chứa nhiều acid amin kỵ nước (khoảng 51%), có thể liên kết với nhóm hydrocarbon của dầu, nên khả năng hấp thu dầu cao hơn [11], [50]. Kết quả tương tự đã được ghi nhận trong báo cáo của Sathe (2000), tác giả nhận thấy rằng protein hạnh nhân có độ hấp thu dầu cao hơn protein đậu nành. Theo tác giả, nguyên nhân là do sự hiện diện đáng kể của acid amin kỵ nước trên bề mặt protein [51].
2.085b
2.158b 2.341c 2.563cd 2.591de 2.681e
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
0 5 10 15 20 25 30
Khả năng hấp thu dầu (ml/g)
Công suất siêu âm (W/g)
Hình 4.9. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của công suất siêu âm đến khả năng hấp thu nước của chế phẩm globulin từ hạt bí đỏ tách béo.
Khả năng hấp thu nước của chế phẩm globulin từ hạt bí đỏ tách béo tăng theo công suất siêu âm. Khi tăng công suất siêu âm, cấu trúc không gian protein bị biến đổi làm lộ ra các gốc kỵ nước, khi đó tương tác giữa protein – protein sẽ lớn hơn liên kết giữa protein – nước, các phân tử protein vẫn chưa thể tách rời và phân tán vào nước mà sẽ tạo thành mạng lưới, giữ nước bên trong, từ đó làm tăng khả năng giữ nước. Kết quả này tương tự với báo cáo của Chittapalo (2009): do có nhiều nhóm ưa nước trong cấu trúc nên khả năng hấp thu nước của protein cám gạo tách béo có sử dụng sóng siêu âm (2.52 g/g) cao hơn mẫu không sử dụng sóng siêu âm (2.14g/g) [8]. Khả năng hấp thu nước của protein đậu nành (3,246 g/g) cao hơn các chế phẩm globulin hạt bí đỏ tách béo (mẫu có hoặc không có sử dụng sóng siêu âm), kết quả này tương tự như báo cáo của Evangelos (1992), khả năng hấp thu nước của bột hạt bí đỏ tách béo (24.8 g/g) là thấp hơn bột đậu nành (84,4 g/g). Sathe (1981) đã báo cáo rằng khả năng hấp thụ nước thấp và khả năng hấp thụ dầu cao của globulin chủ yếu là do yếu tố nồng độ và đặc điểm cấu trúc có nhiều acid amin không phân cực của protein này [52].
Từ những kết quả thí nghiệm trên,chúng tôi nhận thấy:
1.842a
1.914a 1.996ab 2.189bc 2.248c
2.668d
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
0 5 10 15 20 25 30
Khả năng hấp thu nước (g/g)
Công suất siêu âm (W/g)
- Hiệu suất trích ly protein tốt nhất (81,11%) khi công suất siêu âm là 10 (W/g).
Đồng thời các tính chất chức năng của chế phẩm globulin cũng tăng cao khi tăng công suất siêu âm từ 0 đến 10 (W/g).
- Khả năng tạo bọt và độ bền bọt ở công suất 10 W/g của chế phẩm globulin là tốt nhất. Khả năng hấp thu dầu của chế phẩm globulin từ hạt bí đỏ tách béo ở công suất 10W/g cao hơn mẫu đối chứng. Khả năng hấp thu nước của chế phẩm globulin từ hạt bí đỏ tách béo tăng theo công suất siêu âm. Khả năng nhũ hóa và độ bền nhũ của chế phẩm globulin từ hạt bí đỏ tăng dần khi tăng công suất siêu âm từ 0 W/g đến 10 W/g, tiếp tục tăng công suất siêu âm từ 10 đến 20 W/g thì khả năng tạo nhũ của globulin không bị ảnh hưởng đáng kể, nhưng khi công suất siêu âm tăng đến 25 W/g thì khả năng tạo nhũ của chế phẩm globulin là cao nhất. Tuy nhiên, ở công suất siêu âm 25 W/g thì hiệu suất trích ly protein từ hạt bí đỏ tách béo giảm khi so sánh với mẫu được xử lý siêu âm ở công suất 10W/g. Và nếu xét về mặt kinh tế, khi áp dụng trong thực tế sản xuất thì công suất 25 W/g sẽ tốn chi phí năng lượng cao. Do đó, chúng tôi nhận thấy, sử dụng công suất siêu âm 10 W/g để hỗ trợ quá trình trích ly nhóm protein tan trong dung dịch muối loãng là tốt nhất và được sử dụng cho thí nghiệm khảo sát tiếp theo.