Nguyên lý của phương pháp
Tách chiết protein từ cơ thịt đỏ cá ngừ bằng phương pháp điều chỉnh pH thực chất là quá trình dựa vào khả năng hòa tan và kết tủa của protein tại điểm đẳng điện.
Điểm đẳng điện pI là giá trị pH mà tại đó phân tử protein trung hòa về điện. ở giá trị pH = pI phân tử protein trung hòa về điện sẽ không chuyển dịch trong điện trường, phân tử protein sẽ kém bền nhất dễ kết tủa.
Điểm đẳng điện pI của protein cá vào khoảng pH 4,5-5,5. Tại giá trị pH này, protein có độ hòa tan thấp nhất.
Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tách chiết protein bằng phương pháp điều chỉnh pH
Quá trình tách chiết protein bằng phương pháp điều chỉnh pH nhằm giải phóng protein từ nguyên liệu ra môi trường để khai thác protein trong nguyên liệu. Trong quá trình tách chiết để đạt được hiệu quả cao cần lưu ý các yếu tố ảnh hưởng sau [8].
- pH của dung môi chiết
Đối với táchchiết protein trong mô hoặc tế bào sống pH có ảnh hưởng rất lớn. Mỗi loại protein có khả năng hòa tan trong những pH dung môi nhất định, tuy nhiên trong nguyên liệu là các loại tế bào sống nó lại chứa tới hàng nghìn loại protein. Vì vậy, phải làm cách nào để chọn loại dung môi thích hợp để có thể hòa tan hầu hết các loại protein trong nguyên liệu.
Độ tan của protein thấp nhất ở pH = pI của nó, độ tan của protein tăng lên khi pH nằm xa pI vì khi pH = pI thì phân tử protein không tích điện cho nên chúng không có lực đẩy tĩnh điện và dễ bị đông kết. Khi pH khác pI thì các phân tử protein tích điện cùng dấu và đẩy nhau cho nên không không bị đông kết do đó độ tan tăng lên.
- Nhiệt độ của dung môi chiết
Nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong quá trình tách chiết nói chung và protein nói riêng. Khi thay đổi nhiệt độ làm thay đổi tốc dộ phản ứng theo chiều hướng tăng, giảm thường thì sự thay đổi nhiệt độ tỷ lệ thuận với tốc độ phản ứng. Tốc dộ phản ứng tăng khi nhiệt dộ tăng trong khoảng từ 0 – 40oC, khi tăng nhiệt độ lên sự chuyển động hỗn loạn của các phân tử tăng hay nói cách khác khuếch tán phân tử diễn ra mạnh hơn. Khác với các chất vô cơ, protein bị thay đổi nhiều khi dưới tác dụng của nhiệt độ. Ở nhiệt độ trên 400C hầu hết các liên kết của protein với các phân tử khác bị phá vỡ, quá trình tách chiết sẽ giải phóng protein ra môi trường. Khi nhiệt độ tăng lên 70-75oC thì protein trong nguyên liệu bị đông tụ gây khó khăn trong quá trình tách chiết. Biến tính của protein bởi nhiệt độ cao là biến tính không thuận nghịch, chính vì thế trong công nghệ tách và thu hồi protein thường nâng đến nhiệt độ vừa phải để đảm bảo đặc tính của protein.
Như vậy, khi tăng nhiệt độ đến giới hạn phù hợp sẽ tăng cao hiệu quả tách chiết, rút ngắn thời gian tách chiết.
- Thời gian hòa tan
Thời gian tách chiết càng dài thì sự tiếp xúc giữa cơ chất và dung môi càng dài, là điều kiện để các phản ứng xảy ra. Theo lý thuyết thời gian dài thì hiệu quả tách chiết tăng lên, tuy nhiên như đã nói ở trên khi đạt đến trạng thái cân bằng hoặc gần tới thì phản ứng xảy ra là vô cùng chậm, nếu tính về lượng protein hòa tan vào dung môi có thể tăng lên nhưng không đáng kể và hiệu quả cũng không cao. Trong quá tách chiết protein bằng phương pháp điều chỉnh pH thì tốc độ của quá trình chủ yếu ở giai đoạn
đầu và chậm lại ở thời gian sau. Khi thời gian càng dài về sau thì tốc độ càng chậm và thậm chí ở một số dung môi thời gian dài sẽ gây ảnh hưởng tới cấu trúc cũng như đặc tính của protein. Đó là lý do tại sao cần kiểm soát thời gian tách chiết thích hợp.
- Vận tốc khuấy đảo
Cũng như ảnh hưởng của nhiệt độ, sự khuấy đảo có liên quan đến sự chuyển động của phân tử protein và dung môi. Sự khuấy đảo có thể làm tăng tốc độ tách chiết do sự gia tăng tốc độ phản ứng nhưng cũng có thể là do khả năng bứt đứt hoặc làm yếu các liên kết giữa protein với các thành phần khác trong tế bào dưới tác dụng cơ học, làm tăng khả năng hòa tan protein.
Tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu.
Tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu ảnh hưởng tới sự chênh lệch nồng độ chất tan và khả năng tiếp xúc giữa nguên liệu và dung môi. Khi tăng tỷ lệ này lên thì tốc độ phản ứng tăng lên tuy nhiên sau quá trình chiết sẽ có quá trình phân riêng, sẽ rất khó khăn và tốn kém nếu thể tích sau chiết quá cao, vì vậy cần chọn tỷ lệ này phù hợp.
Biến đổi của protein trong quá trình tách chiết protein bằng phương pháp điều chỉnh pH
Protein sau khi bị tách khỏi tế bào một phần đã bị cắt đứt các liên kết với các loại khác, đồng thời bị chuyển từ các cấu trúc bậc cao sang cấu trúc bậc thấp hơn kèm theo các tính chất tự nhiên ban đầu bị mất đi, thậm chí thành các axit amin tùy vào mục đích chuyến đi [6].Như vậy, sau tách chiết mạch protein bị duỗi ra và để lộ các đầu ưa nước và kỵ nước, số nhóm kỵ nước sẽ tăng lên làm biến đổi đáng kể một số tính chất của protein.
Khi nhiệt độ vừa phải thì protein chỉ bị biến tính nhẹ, các mạch peptit duỗi ra, các liên kết protein – protein, giữa protein với các thành phần khác bị phá vỡ sẽ làm enzym dễ tác dụng, tăng hiệu suất trích ly[6].
Khi nhiệt độ cao thì sẽ phá hủy các liên kết trong tế bào, thủy phân các hợp chất hữu cơ, gây biến tính không thuận nghịch đối với protein.
Vì vậy, phải nghiên cứu tìm ra các chế độ thích hợp làm giảm các biến đổi protein trong quá trình tách chiết, tạo ra protein có chất lượng tốt và hiệu suât cao để ứng dụng vào sản xuất các sản phẩm thực phẩm có giá trị kinh tế và dinh dưỡng..