2.3.1.Nguyên liệu
Đậu phộng đƣợc mua từ viện Dầu và Cây Có Dầu. Các hóa chất phân tích đạt tiêu chuẩn phân tích.
2.3.2.Thiết bị
Thiế ử dụng trong nghiên cứu này là thiế ạng khung bản hiệu Labstak M20 của công ty Alfa Laval, Đan Mạch.
Bảng 2.2:
Tên các thông số
20 tấm 21 tấm
Diện tích màng 0,036 – 0,72m2
Áp suất nhập liệu cực đại 64bar
Nhiệt độ làm việc cực đại 90°C
pH 1 – 14
-56-
Hình 2.5:
Một số thiết bị khác đƣợc sử dụng trong quá trình nghiên cứu nhƣ: - Thiết bị trích ly Soxhlet.
- Máy vô cơ và cất đạm Gerhardt. - Máy ly tâm Mirko 22R.
- Thiết bị sấy phun Niro. - Máy rây.
2.3.3.Phƣơng pháp
-57-
Hình 2.6:Sơ đồ nghiên cứu quá trình thu nhận protein sử dụng kỹ thuật membrane
Xâydựng qui trìnhthunhận PC và PI
Xácđịnhhàmlƣợng protein trongdịchtríchtừđậuphộng Khảosátảnhhƣởngcủakíchthƣớcmaoquản membrane đếnquátrìnhthunhận protein Khảosátảnhhƣởngcủalƣulƣợngdòngpermeateđếnquát rìnhthunhận protein Khảosátảnhhƣởngcủaápsuấtlàmviệcđếnquátrìnhthun hận protein Khảosátquátrìnhdiafiltration
-58-
Hình 2.7:Quy trình thu nhận PI/PC
Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hƣởng của kích thƣớc mao quản màng membrane
- Mục đích thí nghiệm: xác định quy luật ảnh hƣởng của kích thƣớc mao quản màng membrane đến độ tinh sạch của chế phẩm.
- Thông số cố định: lƣu lƣợng nhập liệu 1125 L/h, áp suất 4 bar.
- Thông số thay đổi: kích thƣớc mao quản màng đƣợc thay đổi lần lƣợt là 20 kDa, 25 kDa và 50 kDa.
- Hàm mục tiêu: tốc độ dòng permeate và độ phân riêng protein.
- Kết quả dự kiến: chọn kích thƣớc mao quản màng thích hợp cho các thí nghiệm tiếp theo.
Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hƣởng của áp suất dòng nhập liệu
- Mục đích thí nghiệm: xác định quy luật ảnh hƣởng của áp suất dòng nhập liệu. - Thông số cố định: kích thƣớc mao quản màng đƣợc chọn từ TN 1, lƣu lƣợng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
nhập liệu 1125 L/h.
- Thông số thay đổi: áp suất dòng nhập liệu thay đổi lần lƣợt là 4, 5, 6, 7 bar. - Hàm mục tiêu: tốc độ dòng permeate và độ phân riêng protein.
Sấyphun
Bột PI/PC Lọc membrane Dịchtrích protein từđậuphộng
-59-
- Kết quả dự kiến: chọn áp suất dòng nhập liệu thích hợp cho các thí nghiệm tiếp theo.
Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hƣởng của lƣu lƣợng dòng nhập liệu
- Mục đích thí nghiệm: xác định quy luật ảnh hƣởng của lƣu lƣợng dòng nhập liệu đến độ tinh sạch của chế phẩm.
- Thông số cố định: kích thƣớc mao quản màng, áp suất đƣợc chọn từ các thí nghiệm trên.
- Thông số thay đổi: lƣu lƣợng dòng nhập liệu thay đổi lần lƣợt là 1125L/h, 1250L/h, 1375L/h, 1500L/h.
- Hàm mục tiêu: tốc độ dòng permeatevà độ phân riêng protein.
- Kết quả dự kiến: chọn lƣu lƣợng dòng nhập liệu thích hợp cho các thí nghiệm tiếp theo.
Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hƣởng của các chế độ diafiltration đến quá trình phân riêng protein đậu phộng
Mục đích thí nghiệm: xác định quy luật ảnh hƣởng của các chế độ diafiltration đến quá trình phân riêng protein đậu phộng.
- Thông số cố định: kích thƣớc mao quản màng, áp suất, lƣu lƣợng đƣợc chọn từ các thí nghiệm trên.
- Thông số thay đổi: thay đổi chế độ VCR 5 – re VCR 5 và VCR 5 – VD 4. - Hàm mục tiêu: tốc độ dòng permeate và độ phân riêng protein.
- Kết quả dự kiến: chọn chế độ diafiltration phù hợp cho quá trình phân riêng.
2.4.Thiết lập qui trình công nghệ sản xuất chế phẩm PPI qui mô phòng thí nghiệm
Đƣa ra quy trình công nghệ, một số thông số của các quá trình: - Quá trình tách béo.
- Quá trình trích ly protein.
- Quá trình phân riêng bằng kỹ thuật membrane. - Quá trình sấy phun, hoàn thiện sản phẩm.
-60-
2.5.Xác định tính chất chức năng của chế phẩm protein thu đƣợc
2.5.1.Nguyên liệu
Bột protein đậu phộng sản xuất theo phƣơng pháp membrane từ phòng thí nghiệm.
Bột protein đậu phộng sản xuất theo phƣơng pháp acid từ phòng thí nghiệm. Chế phẩm protein đậu nành mua ngoài thị trƣờng.
2.5.2.Thiết bị
Máy ly tâm Máy đo quang Máy đồng hóa
Máy vô cơ và cất đạm Gerhardt.
2.5.3.Phƣơng pháp (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
-61-
Thí nghiệm 1: So sánh thành phần của bột protein đậu phộng thu đƣợc với sản phẩm bột protein sản xuất theo phƣơng pháp trích ly bằng acid và bột protein đậu nành thƣơng mại.
Mục đích thí nghiệm: so sánh thành phần protein tổng, protein hòa tan, độ ẩm của bột protein đậu phộng và đậu nành.
Thí nghiệm 2: Khảo sát tính chất chức năng của protein đậu phộng
Mục đích thí nghiệm: khảo sát các tính chất chức năng của protein. Bột protein
Khả năng hòa tan
Khả năng giữ nƣớc
Khả năng giữ béo
Khả năng tạo gel
Khả năng tạo nhũ
Khả năng tạo bọt Ẩm
Protein tổng
-62-
Thí nghiệm 2.1: Khảo sát khả năng hòa tan
Mục đích thí nghiệm: khảo sát độ hòa tan của chế phẩm protein đậu phộng theo phƣơng pháp siêu lọc, so sánh với sản phẩm theo phƣơng pháp acid, kiềm và bột protein đậu nành.
Thông số cố định: nồng độ chất tan. Thông số khảo sát: pH = 2, 4, 6, 8, 10.
Thí nghiệm 2.2: Khảo sát khả năng giữ nƣớc
Mục đích thí nghiệm: khảo sát khả năng giữ nƣớc của chế phẩm.
Thí nghiệm 2.3: khảo sát khả năng giữ béo.
Mục đích thí nghiệm: khảo sát khả năng giữ béo của chế phẩm.
Thí nghiệm 2.4: Khảo sát khả năng tạo gel
Mục đích thí nghiệm: tìm ra nồng độ mà tại đó chế phẩm có khả năng tạo ra gel.
Thông số cố định: pH.
Thông số khảo sát: nồng độ protein.
Thí nghiệm 2.5: Khảo sát khả năng tạo nhũ
Mục đích thí nghiệm: khảo sát khả năng tạo nhũ và kiểm tra độ bền nhũ. Thông số cố định: nồng độ protein.
Thông số khảo sát: pH.
Thí nghiệm 2.6: Khảo sát khả năng tạo bọt
Mục đích thí nghiệm: Khảo sát khả năng tạo bọt và độ bền bọt. Thông số cố định: nồng dộ protein.
-63- (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.6.Ứng dụng chế phẩm protein thu đƣợc để sản xuất xúc xích
2.6.1.Khảo sát khả năng tạo cấu của các chế phẩm protein trúc trong sản phẩm
xúc xích chuẩn bị tại phòng thí nghiệm
2.6.1.1. Nguyên liệu
Thịt Mỡ
Phụ gia natri polyphosphate Bột bắp
Đá nhuyễn
PPCMB: Bột protein đậu phộng sản xuất theo phƣơng pháp membrane từ phòng thí nghiệm.
PPCK: Bột protein đậu phộng sản xuất theo phƣơng pháp kiềm từ phòng thí nghiệm.
PPCA: Bột protein đậu phộng sản xuất theo phƣơng pháp acid từ phòng thí nghiệm.
SPI: Chế phẩm protein đậu nành mua ngoài thị trƣờng.
2.6.1.2. Thiết bị
Thiết bị xay thịt
Thiết bị tiệt trùng autoclave
-64-
Thí nghiệm 1: Đánh giá khả năng tạo cấu trúc của các chế phẩm protein
Mục đích thí nghiệm: kiểm tra khả năng tạo cấu trúc của xúc xích khi thay đổi loại và hàm lƣợng chế phẩm protein.
Việc lựa chọn mẫu có hàm lƣợng phù hợp nhất dựa trên kết quả phân tích cấu trúc sản phẩm. Mẫu nào có các thông số trên càng giống với mẫu xúc xích ngoài thị trƣờng thì khả năng chọn mẫu càng cao. Các thông số cấu trúc cần đo bao gồm: Lực nén (N). Độ cố kết Độ dai( N.mm) Độ gum( N) Độ đàn hồi( mm)
Mẫu xúc xích chuẩn bị từ phòng thí nghiệm bao gồm 4 nhóm mẫu : PPCA , PPCK , PPCMB và SPI với các hàm lƣợng chế phẩm protein sử dụng là khác nhau.
Mẫu xúc xích thanh trùng mua ngoài thị trƣờng gồm: Mẫu Vissan: xúc xích heo xá xíu
Mẫu CP: xúc xích đỏ red sausage
Mẫu Coopmark: xúc xích heo pork hot dog
Hàm lƣợng chế phẩm sử dụng trong các mẫu xúc xích thể hiện ở bảng sau: Nguyên liệu
Xúc xích
-65- Phân nhóm Mẫu Xúc xích từ thị trƣờng Vissan CP Coopmark Xúc xích từ SPI Mẫu 1,3% Mẫu 1,8% Mẫu 2,3% Mẫu 2,8% Xúc xích từ PPC (acid) Mẫu 1,3% Mẫu 1,8% Mẫu 2,3% Mẫu 2,8% Xúc xích từ PPC ( kiềm) Mẫu 1,3% Mẫu 1,8% Mẫu 2,3% Mẫu 2,8% Xúc xích từ PPC (membrane) Mẫu 1,3% Mẫu 1,8% Mẫu 2,3% Mẫu 2,8%
Kết quả dự kiến: chọn đƣợc hàm lƣợng chế phẩm protein.
Thí nghiệm 2: Khảo sát tỷ lệ PPCK và SPI sử dụng phối hợp ảnh hƣởng đến cấu trúc xúc xích
Mục đích thí nghiệm: Chọn ra đƣợc hàm lƣợng, tỉ lệ PPCMB và SPI thích hợp nhất cho quy trình sản xuất xúc xích.
Bố trí thí nghiệm: Khi có kết quả phân tích cấu trúc hai thí nghiệm khảo sát hàm lƣợng SPC và PPCK, chọn ra mẫu có hàm lƣợng tạo cấu trúc nhƣ mẫu xúc xích ngoài thị trƣờng làm tâm khảo sát. Hàm lƣợng ( PPCMB, SPI) và tỉ lệ thay đổi theo bảng sau.
-66- Tỉ lệ SPI/PPC Hàm lƣợng(%) 2 1,5 1 0,5 1,5 M1 M2 M3 M4 1,8 M5 M6 M7 M8 2,1 M9 M10 M11 M12 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thí nghiệm 3: Đánh giá cảm quan thị hiếu các mẫu xúc xích
Mục đích: xác định mức độ ƣa thích của ngƣời tiêu dùng đối với các mẫu xúc xích chuẩn bị ở phòng thí nghiệm (4 mẫu từ 4 chế phẩm protein đã khảo sát và 1 mẫu phối hợp) và các mẫu trên thị trƣờng (3 mẫu).
Ngƣời thử: 60 sinh viên tại Trƣờng ĐH Bách Khoa TP. HCM.
Phƣơng pháp: phép thử cho điểm thị hiếu với thang thị hiếu 9 điểm đƣợc sử dụng (Phụ lục)
2.6.2.Đánh giá khả năng thay thế chế phẩm protein đậu nành bằng chế phẩm
protein đậu phộng thu đƣợc tại Công ty TNHH SX & TM VIỆT HƢƠNG
Đánh giá khả năng thay thế chế phẩm protein đậu nành bằng chế phẩm protein đậu phộng trong công thức sản xuất xúc xích tại Công ty TNHH SX & TM VIỆT HƢƠNG. Các chế phẩm protein sử dụng bao gồm:
Chế phẩm protein đậu phộng sản xuất theo phƣơng pháp acid và phƣơng pháp kiềm
Chế phẩm protein đậu phộng sản xuất theo phƣơng pháp membrane Chế phẩm protein đậu nành ngoài thị trƣờng
Các mẫu xúc xích đƣợc phân tích cấu trúc để so sánh.
2.7.Phƣơng pháp phân tích
- Xác định hàm lƣợng protein tổng bằng cách xác định hàm lƣợng N tổng theo phƣơng pháp Kjeldahl (AOAC 984.13, 2000).
-67-
- Xác định Lipid theo phƣơng pháp Soxhlet (AOAC 960.39, 2000).
- Xác định độ ẩm: sử dụng thiết bị đo độ ẩm hồng ngoại của hãng Scaltec (Đức) sản xuất.
- Xác định độ tro theo AOAC 930.30 (2000).
- Xác định phytate theo phƣơng pháp của Martin Mondor và cộng sự (2009). - Xác định khả năng hòa tan theo phƣơng pháp của Stephanie Jung (2005)
- Xác định khả năng giữ nƣớc theo phƣơng pháp của Rodriguez-Ambriz và cộng sự (2005).
- Xác định khả năng giữ béo theo phƣơng pháp của Lin và Zayas (1987). - Xác định khả năng tạo gel theo phƣơng pháp của Abbey và Ibeh (1988).
- Xác định khả năng tạo nhũ theo phƣơng pháp của Klompong và cộng sự (2007). - Xác định khả năng tạo bọt theo Sze-Tao và Sathe (2000).
- Phân tích cấu trúc bằng thiết bị đo cấu trúc LFRA Texture Analizer, sử dụng phần mềm Texture Prolite 2.1 chạy trên ứng dụng Excel.
2.8.Phƣơng pháp tính toán và xử lý số liệu
2.8.1.Hiệu suất trích ly protein
Đƣợc áp dụng trong quá trình trích ly protein bằng siêu âm.
2.8.2.Lƣu lƣợng dòng permeat
Lƣu lƣợng dòng permeate đƣợc xác định nhƣ sau 3600 . V J t S Trong đó: - J : lƣu lƣợng dòng permeate (L/m2h) - V : thể tích dòng permeate (L)
- t : thời gian ứng với thể tích dòng permeate tƣơng ứng (s) - S : diện tích bề mặt lọc (m2)
2.8.3.Độ phân riêng protein
-68- Trong đó:
- Cp, Cr :lần lƣợt là nồng độ protein trong dòng permeate và retentate. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.8.4.Hiệu suất thu hồi
Công thức (1) đƣợc áp dụng để tính hiệu suất thu hồi protein trong quá trình phân riêng protein bằng membrane.
(1)
Trong đó :
- H: hiệu suất thu hồi (%)
- Cr, Co, Vr, Vo tƣơng ứng lần lƣợt là nồng độ protein trong dòng retentate, nhập liệu và thể tích của dòng retentate và dòng nhập liệu.
Công thức (2) đƣợc áp dụng tính hiệu suất cho cả quy trình sản xuất chế phẩm protein.
(2)
2.8.5.Xử lý số liệu
Tất cả các thí nghiệm đƣợc lặp lại ba lần để kiểm tra sự khác biệt có ý nghĩa thống kê hay không theo phƣơng pháp phân tích phƣơng sai ANOVA một yếu tố (One-Way ANOVA). Kết quả đƣợc thể hiện dƣới dạng: Giá trị trung bình Độ lệch chuẩn.
Riêng đối với thí nghiệm tối ƣu hóa bằng phƣơng pháp qui hoạch thực nghiệm, chúng tôi sử dụng mô hình bậc hai (2 yếu tố) với cấu trúc có tâm bằng phƣơng pháp RSM (Response surface methodology).Chúng tôi sử dụng phần mềm Modde 5.0 để thiết kế và xử lý số liệu cho mô hình này.
-69-
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1.Khảo sát thành phần bột đậu phộng tách béo
Nguồn đậu phộng đã tách béo thu đƣợc sau quá trình tách béo trong công nghiệp chế biến dầu ăn là một nguồn nguyên liệu tiềm năng cho việc thu nhận protein. Hai nguồn nguyên liệu khô dầu đậu phộng thƣơng phẩm và bột đậu phộng tách béo chuẩn bị từ đậu phộng nhân tại phòng thí nghiệm đƣợc khảo sátcác thành phần chính: protein, lipid, tro, độẩm.
Bảng 3.1:Thành phần hóa học (% w/w) của nguyên liệu bột đậu phộng
Thành phần Nguyên liệu
Bột nguyên liệu A Bột nguyên liệu B
Protein(N x 5,47) 44,94 0,25 49,45 ± 0,17
Lipid 1,76 0,17 1,79 ± 0,33
Tro 6,55 0,10 4,68 ± 0,14
Ẩm 11,08 0,27 7,88 ± 0,69
Thành phần khác 35,60 0,67 36,2 ± 0,51
Bảng 3.1 cho thấy hàm lƣợng protein, lipid, tro và ẩm của hai loại bột đậu phộng tách béo (nguyên liệu A và nguyên liệu B).Các số liệu về thành phần protein tổng và lipid cho thấy nguyên liệu này thích hợp để sản xuất chế phẩm giàu protein.Thành phần khô dầu đậu phộng nhƣ trên phù hợp với các nghiên cứu củaBasha và Pancholy (1982); USDA – NAL (2005), trong đóhàm lƣợng protein là 42 – 55%; hàm lƣợng béo < 8%.
S.Jung (2006) cho rằng việc trích ly protein từ đậu nành bằng enzyme đạt hiệu quả thì hàm lƣợng lipid còn sót không đƣợc quá 2%. Tuy nhiên một số nhà khoa học vẫn tiến hành trích ly protein bằng sóng siêu âm khi hàm lƣợng lipid còn sót đến 17%.
Nguyên liệu bột đậu phộng tách béo sử dụng trong nghiên cứu này mặc dù đã đƣợc nghiền đến kích thƣớc không vƣợt quá 355 m nhƣng chƣa thể phá vỡ toàn bộ cấu trúc thành tế bào để quá trình hòa tan và khuếch tán protein hiệu quả. Trong phần nghiên cứu này, chúng tôi thực hiện quá trình trích ly protein có sử dụng kỹ thuật siêu âm để hỗ trợ phá hủy thành tế bào.
-70-
Chúng tôi khảo sát ảnh hƣởng của các thông số liên quan đến môi trƣờng trích ly nhƣ tỷ lệ nguyênliệu/dung môi, pH, nhiệt độ và các thông số siêu âm nhƣ cƣờng độ siêu âm và thời gian xử lý siêu âm đến hiệu suất trích ly protein đậu phộng.
3.2.Quá trình trích ly protein đậu phộng bằng sóng siêu âm
3.2.1.Quá trình trích ly protein từ nguyên liệu A
3.2.1.1. Ảnh hƣởng của tỷ lệ nguyênliệu/dung môi (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tỷ lệ dịch bột/nƣớc ảnh hƣởng lớn đến khả năng trích ly protein từ khô dầu đậu phộng. Khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ bột/nƣớc đến hiệu suất trích ly protein trong điều kiện sử dụng sóng siêu âm ở cƣờng độ 3,75W/mL trong 10 phút cho thấy khi giảm tỷ lệ bột/nƣớc từ 1/10 xuống 1/25 thì hiệu suất trích ly protein đạt giá trị cao nhất là 44,72% với tỷ lệ bột/nƣớc ở tỷ lệ 1/15. Sự hình thành bong bóng trong quá trình xử lý siêu âm phụ thuộc vào độ nhớt của hệ huyền phù. Các bong bóng sẽ khó vỡ trong môi trƣờng có độ nhớt cao. Ngoài ra độ nhớt cao làm chậm sự khuếch tán của chất chiết từ nguyên liệu vào dung môi do đó tác dụng của sóng siêu âm lên nguyên liệu không đƣợc đồng đều dẫn đến hàm lƣợng protein hòa tan trong dịch trích sẽ ít hơn.
Bảng 3.2:Ảnh hưởng của tỷ lệ bột/nước đến hàm lượng và hiệu suất trích ly
protein
Tỷ lệ bột/nƣớc
Hàm lƣợng protein trong dịch trích (%) Hiệu suất trích ly protein (%)
1/10 18,28a(*) 0,44 40,66a 0,98 1/15 20,10b
0,25 44,72b 0,55
1/20 19,71b 0,33 43,85b 0,73 1/25 18,89a 0,41 42,03a 0,92
(*)Các chỉ số khác nhau trong cùng một cột hiển thị sự khác biệt có ý nghĩa (p < 0,05)
3.2.1.2. Ảnh hƣởng của cƣờng độ siêu âm
Khi khảo sát ảnh hƣởng của cƣờng độ siêu âm đến hiệu suất trích ly ở nhiệt độ phòng (30oC), trong điều kiện tỷ lệ bột/nƣớc là 1/15, pH trƣớc siêu âm là 9 và thời gian siêu âm 10 phút thì cƣờng độ siêu âm 3,75W/mL và 5,00W/mL cho hiệu suất trích ly protein cao nhất (43,43%và 44,75%). Hai cƣờng độ siêu âm này không tạo khác biệt đáng kể trong việc hỗ trợ trích ly, tuy nhiên xử lý siêu âm ở cƣờng độ này làm cho hiệu suất trích ly protein tăng đáng kể so với không sử dụng sóng siêu âm (khoảng 23%). Dƣới tác dụng của sóng siêu âm trong môi trƣờng lỏng sẽ tạo ra sự sủi bong bóng. Khi các bong bóng này bị vỡ sẽ tạo lực cắt, cắt các liên kết giữa protein và
-71-
các polysaccharide (cellulose, hemicellulose...) làm các acid amin háo nƣớc đƣợc tiếp xúc với môi trƣờng nƣớc xung quanh (Morel – Etal, 2000, Moulton và Wang 1982). Điều này làm tăng khả năng hòa tan của protein nguyên liệu vào dịch trích.
Hình 3.1:Ảnh hưởng của cường độ siêu âm đến hiệu suất trích ly protein đậu phộng
từ nguyên liệu DPF thương mại
3.2.1.3. Ảnh hƣởng của pH
Ảnh hƣởng của pH của huyền phù đến hiệu suất trích ly protein đƣợc trình bày trong hình 3.2, pH làm tăng khả năng hòa tan của protein là do khi hòa tan, protein tạo thành dung dịch keo. Tính chất này có đƣợc do trên bề mặt protein có các nhóm phân cực, các phân tử nƣớc sẽ tạo thành lớp vỏ hydrate bao quanh phân tử protein giúp