Tài liệu Sản xuất bột đậu nành hòa tan

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐOÀN THỊ PHƯỢNG SẢN XUẤT BỘT ĐẬU NÀNH HÒA TAN Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm và Đồ Uống Mã số: 605402 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp Hồ Chí Minh, Tháng 01 năm 2015 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS Đống Thị Anh Đào Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Nguyễn Huỳnh Bạch Sơn Long Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Lại Quốc Đạt Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 14 tháng 01 năm 2015. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. TS. Đặng Quốc Tuấn 2. TS. Nguyễn Huỳnh Bạch Sơn Long 3. TS. Lại Quốc Đạt 4. TS. Tôn Nữ Minh Nguyệt 5. TS. Võ Đình Lệ Tâm Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Đoàn Thị Phượng MSHV: 12144530 Ngày, tháng, năm sinh: 18/01/1988 Nơi sinh: Lâm Đồng Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm và Đồ uống Mã số: 605452 I. TÊN ĐỀ TÀI: SẢN XUẤT BỘT ĐẬU NÀNH HÒA TAN. II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Khảo sát một số thành phần trong hạt đậu nành. - Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình thủy phân đậu nành bằng enzyme Celluclast 1,5L. - Lựa chọn enzyme protease phù hợp cho quá trình thủy phân protein đậu nành từ 3 enzyme Flavourzyme 500L, Protamex, Alcalase 2,4L. - Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình thủy phân protein đậu nành và tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein đậu nành bằng enzyme protease đã lựa chọn. - Sau đó khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình thủy phân đậu nành bằng enzyme Termamyl 120L. - Đánh giá sơ bộ chất lượng bột đậu nành hòa tan sau khi sấy phun thông qua: xác định một số thành phần, chỉ số peroxide, vi sinh, đánh giá cảm quan. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07/07/2014 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/12/2014 V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO Tp. HCM, ngày CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) tháng năm 2014 TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC (Họ tên và chữ ký) i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Kỹ Thuật Hóa Học - Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã hỗ trợ trang thiết bị, máy móc, vật tư và phòng thí nghiệm giúp em hoàn thành luận văn đúng tiến độ. Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Đống Thị Anh Đào, người luôn gắn bó, trực tiếp hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Đồng thời, em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các quý thầy cô Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm đã tận tình hướng dẫn, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành luận văn này. Em cũng xin cảm ơn các bạn sinh viên phòng thí nghiệm, đặc biệt là em Hoàng Thị Phúc đã đồng hành và hỗ trợ em trong thời gian vừa qua. Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết hơn sâu sắc đến Bố, Mẹ và gia đình đã luôn ở chăm sóc và động viên tinh thần trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn. Tp HCM, Tháng 12 năm 2014 Học viên Đoàn Thị Phượng ii TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn đã tập trung nghiên cứu về điều kiện thủy phân đậu nành nguyên liệu, không tách béo bằng phương pháp enzyme để tạo ra sản phẩm có hàm lượng protein hòa tan cao, không có vị đắng, khả năng hòa tan tốt. Trong nghiên cứu này, chúng tôi khảo sát quá trình thủy phân bằng enzyme Celluclast 1,5L ở điều kiện đậu nành được xử lý nhiệt trong nồi áp suất 20 phút, xay nhuyễn, [E]/[S]=2,5%, pH=5, 500C, nồng độ cơ chất 15%, 180 phút thì nhận thấy Celluclast không làm tăng đáng kể hiệu suất thu hồi chất khô hòa tan (khoảng 5%). Do không mang lại hiệu quả kỹ thuật và kinh tế nên Celluclast sẽ không được dùng để thủy phân. Nhằm thu nhận sản phẩm có hàm lượng protein hòa tan cao, chúng tôi khảo sát 3 chế phẩm Alcalase, Flavourzyme và Protamex để thủy phân protein đậu nành. Kết quả thì quá trình thủy phân của enzyme Flavourzyme hiệu quả hơn. Hạt đậu nành được xử lý nhiệt trong nồi áp suất 20 phút, xay nhuyễn, sau đó thủy phân bằng enzym Flavourzyme điều kiện: hàm lượng cơ chất (theo protein) là 5%, [E]/[S]=2%, pH= 6,5, 500C, 210 phút cho hiệu suất thu hồi protein hòa tan đạt khoảng 65,579 ± 0,339%. Chúng tôi tiến hành tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân đậu nành bằng enzym Flavourzyme để tìm điều kiện thủy phân thích hợp nhằm đạt được hiệu suất thu hồi protein hòa tan cao nhất. Hiệu suất thu hồi protein hòa tan đạt được 68,7513 ± 0,238% ở điều kiện: tỷ lệ [E]/[S] là 2,22%, pH= 6, 50,30C, nồng độ cơ chất (theo protein) 4,73%, thời gian 222 phút. DH của dịch thủy phân trong điều kiện này là 29,52 ± 0,38%. Để tăng hàm lượng chất khô hòa tan cho sản phẩm, chúng tôi khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân đậu nành bằng enzym Termamyl 120L sau khi thủy phân đậu nành bằng Flavourzyme ở điều kiện tối ưu. Hiệu suất thu hồi chất khô hòa tan khoảng 60,067 ±0,133% ở điều kiện [E]/[S]=2,5%, 800C, 180 phút, hiệu suất thu hồi chất khô hòa tan cao hơn hẳn so với khi mới chỉ thủy phân bằng Flavourzyme (47,596%). Sản xuất thử nghiệm sản phẩm bột đậu nành hòa tan bằng cách sấy phun dịch thủy phân tại điều kiện nồng độ chất khô =21%, 1600C, lưu lượng 5,4ml/phút. Sản phẩm bột thu được có hàm lượng protein 29,9%, đáp ứng yêu cầu dinh dưỡng, cảm quan, chỉ số peroxide và vi sinh đạt yêu cầu an toàn cho người sử dụng. iii ABSTRACT Thesis research has focused on soybean full-fat hydrolyzate conditions by enzymatic methods to create products with a high content of soluble protein, no bitterness, good solubility. In this study, we surveyed the hydrolysis by enzyme Celluclast 1,5L in conditions: heat treatment in a pressure cooker for 20 minutes, pureed, [E]/[S] = 2.5%, pH5, temperature of 500C, concentration of substrate 15%, 180 minutes, then found Celluclast 1.5L not significantly increase recovery efficiency dissolved solids (about 5%). Do not bring technical efficiency and economy, Celluclast not be used for hydrolysis. The aim of this research to get the products with high content of soluble protein, we examined 3 protease: Alcalase, Flavourzyme and Protamex to hydrolyzate soybean protein. Results of the enzymatic hydrolysis of Flavourzyme was more efficient. Soybeans are heat treated in a pressure cooker for 20 minutes, pureed, then hydrolyzed by Flavourzyme in conditions: concentration of substrate (as protein) was 5%, [E]/[S] = 2%, pH 6.5, temperature of 500C, 210 minutes for recovery yield soluble protein of inital protein was 65.579 ± 0.339%. DH of hydrolysis solution in this condition was 29.52 ± 0.38%. We conducted to optimize the factors affecting the enzymatic hydrolysis of soy Flavourzyme to hydrolysis conditions appropriate to achieve performance recovery highest soluble protein. The recovery of soluble protein of about 68.7513 ± 0,238% in conditions: [E] / [S] 2.22%, pH 6, temperature of 50.30C, substrate concentration (as protein) 4.73%, while time 222 minutes. DH of hydrolysis under these conditions is 29.52% ± 0.38%. To increase the soluble solids content for the products, we examined the factors affecting the hydrolysis of soybean by Termamyl 120L after hydrolysising by Flavourzyme in optimal conditions. The recovery yield of soluble solids of about 60.067 ± 0.133% in conditions: [E]/[S] = 2.5%, 800C, 180 minutes, recovery higher soluble solids compared to the hydrolysis only by Flavourzyme (47.596%). Produce testing dissolved soy flour by spray-dried hydrolyzed solution in concentration = 21%, 1600C, flow 5.4ml / min. Powder obtained 29.9% protein, enough requirement about nutritional, sensory, microbiological indicators peroxide and safety for the consumers. . iv LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp HCM, tháng 12 năm 2014 Học viên thực hiện Đoàn Thị Phượng v MỤC LỤC Trang LỜI CÁM ƠN .............................................................................................................i TÓM TẮT LUẬN VĂN .............................................................................................ii ABSTRACT .........................................................................................................................iii MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 Lý do hình thành đề tài................................................................................................1 Mục đích nghiên cứu ...................................................................................................1 Phạm vi nghiên cứu .....................................................................................................2 Nội dung nghiên cứu ..................................................................................................2 Ứng dụng nghiên cứu của đề tài. ................................................................................2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU..................................................................3 1.1. Tổng quan về đậu nành ........................................................................................3 1.1.1. Nguồn gốc cây đậu nành...............................................................................3 1.1.2. Cấu tạo hạt đậu nành.....................................................................................3 1.1.3. Thành phần hóa học của đậu nành ................................................................4 1.1.3.1. Protein....................................................................................................4 1.1.3.2. Lipid ......................................................................................................6 1.1.3.3. Cacbohydrate .........................................................................................7 1.1.3.4. Chất khoáng ...........................................................................................8 1.1.3.5. Vitamin ..................................................................................................8 1.1.3.6. Một số thành phần khác trong đậu nành ...............................................9 1.1.3.7. Một số enzyme trong đậu nành. ............................................................9 1.1.4. Tác dụng có lợi cho sức khỏe của đậu nành .................................................9 1.1.5. Sản phẩm từ đậu nành ...................................................................................11 1.2. Giới thiệu về protease ..........................................................................................12 1.2.1. Phân loại protease .........................................................................................12 1.2.1.1. Dựa vào vị trí thủy phân của protease ...................................................13 1.2.1.2. Dựa vào quá trình thủy phân .................................................................13 1.2.1.3. Dựa vào bản chất trung tâm hoạt động của enzyme .............................14 vi 1.2.1.4. Dựa vào vùng pH hoạt động tối ưu của protease .................................14 1.2.2. Giới thiệu enzyme protease sử dụng trong nghiên cứu ................................15 1.2.2.1. Alcalase 2,4L .........................................................................................15 1.2.2.2. Flavourzyme ..........................................................................................15 1.2.2.3. Protamex ................................................................................................16 1.3. Enzyme alymalase sử dụng trong nghiên cứu......................................................16 1.3.1. Giới thiệu tổng quan về enzyme amylase .....................................................16 1.3.2. Đặc tính trung tâm hoạt động của amylase có chứa nhóm [COOH] và [NH2] ........................................................................................................................17 1.3.3. Giới thiệu về enzyme Teramnyl 120L ..........................................................18 1.4. Enzyme Cellulase sử dụng trong nghiên cứu ................................................18 1.4.1. Phân loại cellulase .......................................................................................18 1.4.2. Cơ chế thủy phân ..........................................................................................20 1.4.2.1. Quá trình hấp phụ enzyme lên sợi .........................................................20 1.4.2.2. Quá trình tạo liên kết giữa cellulose và cellulose ..................................20 1.4.2.3. Cơ chế tác động hiệp đồng của các enzyme ..........................................22 1.4.3. Enzyme Celluclast 1,5L ................................................................................22 1.5. Quá trình thủy phân ..............................................................................................22 1.5.1. Cơ sở khoa học .............................................................................................22 1.5.2. Phương pháp hóa học....................................................................................22 1.5.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân ............................................23 1.5.3.1. Nhiệt độ và pH ...........................................................................................23 1.5.3.2. Hàm lượng cơ chất .....................................................................................23 1.5.3.3. Nồng độ enzyme ........................................................................................23 1.5.3.4. Thời gian thủy phân ...................................................................................24 1.5.4. Lợi ích sản phẩm thủy phân protein ..................................................................24 1.5.4.1. Giới thiệu sản phẩm thủy phân protein ......................................................24 1.5.4.2. Tính năng của protein thủy phân ...............................................................26 1.5.4.3. Đặc điểm của sản phẩm đậu nành thủy phân (SPH)..................................27 1.6. Những nghiên cứu có lợi đã công bố từ đậu nành ...............................................30 vii 1.6.1. Các công trình nghiên cứu đã công bố từ đậu nành .....................................30 1.6.2. Hướng tập trung giải quyết của đề tài...........................................................33 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.1. Nguyên vật liệu ....................................................................................................35 2.1.1. Nguyên liệu ...................................................................................................35 2.1.1.1. Đậu nành ................................................................................................35 2.1.1.2. Enzyme ..................................................................................................36 2.1.2. Hóa chất ........................................................................................................36 2.2. Dụng cụ, thiết bị ...................................................................................................36 2.3. Phương pháp nghiên cứu......................................................................................37 2.3.1. Sơ đồ nghiên cứu ..........................................................................................37 2.3.2. Quy trình .......................................................................................................38 2.3.3. Thuyết minh quy trình ..................................................................................39 2.3.3.1. Lựa chọn nguyên liệu ............................................................................39 2.3.3.2. Ngâm ....................................................................................................39 2.3.3.3. Xử lý nhiệt .............................................................................................39 2.3.3.4. Xay ........................................................................................................40 2.3.3.5 Thủy phân bằng enzyme Celludlast 1,5L ...............................................40 2.3.3.6. Thủy phân bằng enzyme protease .........................................................41 2.3.3.7. Vô hoạt enzyme .....................................................................................42 2.3.3.8. Thủy phân bằng enzyme amylase .........................................................42 2.3.3.9. Lọc .........................................................................................................42 2.3.3.10. Phối trộn ..............................................................................................42 2.3.3.11. Sấy phun ..............................................................................................42 2.3.4. Khảo sát quá trình thủy phân đậu nành bằng enzyme Cellulase ..................43 2.3.5. Khảo sát quá trình thủy phân protein từ đậu nành ........................................43 2.3.5.1. Khảo sát chọn chế phẩm protease phù hợp cho quá trình thủy phân.. ..43 2.3.5.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protease ........43 2.3.5.3. Tối ưu hóa quá trình thủy phân protease ...............................................44 viii 2.3.6. Khảo sát quá trình thủy phân của enzyme amylase ......................................47 2.3.6.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân của enzyme amylase ........................................................................................................................47 2.3.7. Các phương pháp phân tích ..........................................................................48 2.3.8. Phương pháp đánh giá cảm quan sản phẩm bột đậu nành thủy phân ...........48 2.3.8.1. Giới thiệu chung ....................................................................................48 2.3.8.2. Đánh giá cảm quan sản phẩm bột đậu nành thủy phân .........................50 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ..............................................................55 3.1. Kết quả xác định thành phần nguyên liệu đậu nành ............................................55 3.2. Kết quả xác định hoạt tính enzyme dùng trong nghiên cứu.................................55 3.2.1. Kết quả xác định hoạt tính enzyme Celluclast 1.5L .....................................55 3.2.2. Kết quả xác định hoạt tính enzyme protease ................................................56 3.2.3. Kết quả xác định hoạt tính enzyme Amylase (Termamyl 120L) .................59 3.3. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân đậu nành bằng enzyme Celluclast 1,5 L ..............................................................................................60 3.3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ E/S đến quá trình thủy phân đậu nành bằng enzyme Celluclast 1.5L ............................................................................................................60 3.4. Lựa chọn chế phẩm enzyme protease ..................................................................62 3.5. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân đậu nành bằng enzyme Flavourzyme. .................................................................................................63 3.5.1. Ảnh hưởng của hàm lượng cơ chất (hàm lượng protein trong hỗn hợp trước thủy phân) đến quá trình thủy phân đậu nành bằng enzyme Flavourzyme. ...............63 3.5.2. Ảnh hưởng của pH đến quá trình thủy phân protein đậu nành bằng Flavourzyme ................................................................................................................65 3.5.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thủy phân protein đậu nành bằng Flavourzyme ................................................................................................................67 3.5.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ E/S (theo protein) đến quá trình thủy phân protein đậu nành bằng Flavourzyme ..............................................................................................68 3.5.5. Thời gian .......................................................................................................69 3.6. Kết quả tối ưu quá trình thủy phân protein từ đậu nành bằng Flavourzyme .......71 ix 3.6.1. Tối ưu hóa quá trình thủy phân protein từ đậu nành bằng Flavourzyme bằng phần mềm JMP9.0 .............................................................................................71 3.6.2. Kết quả quá trình tối ưu hóa quá trình thủy phân protein từ đậu nành bằng Flavourzyme ................................................................................................................74 3.6.3. Kết quả tối ưu hóa giữa nồng độ và các điều kiện khác biểu diễn trong không gian ba chiều và hình chiếu lên bề mặt đáp ứng. .............................................77 3.7. Kết quả xác định mức độ thủy phân DH ..............................................................80 3.8. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân đậu nành bằng Amylase (Termamyl 120L). ........................................................................................81 3.8.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến đến quá trình thủy phân đậu nành bằng Amylase (Termamyl 120L). ........................................................................................81 3.8.2. Ảnh hưởng của thời gian đến đến đến quá trình thủy phân đậu nành bằng Amylase (Termamyl 120L). ........................................................................................83 3.8.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ E/S đến đến đến quá trình thủy phân đậu nành bằng Amylase (Termamyl 120L). ........................................................................................84 3.9. Kết quả đánh giá chất lượng sản phẩm bột đậu nành thủy phân sau khi sấy phun .................................................................................................................................86 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...........................................................89 4.1. Kết luận ................................................................................................................89 4.2. Kiến nghị ..............................................................................................................90 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................92 PHỤ LỤC ...................................................................................................................98 x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần hóa học của hạt đậu nành (theo hàm lượng chất khô) ............4 Bảng 1.2: Bảng so sánh thành phần acid amin không thay thế trong đậu nành và các loại thực phẩm khác ...................................................................................................5 Bảng 1.3: Các dạng protein dự trữ trong hạt đậu nành ..............................................5 Bảng 1.4: Hàm lượng acid béo trong hạt đậu nành và dầu nành ................................7 Bảng 1.5: Các loại cacbohydrate không tan trong nước .............................................7 Bảng 1.6: Hàm lượng một số chất trong đậu nành ....................................................8 Bảng 1.7: Thành phần vitamin trong đậu nành và sản phẩm của đậu nành ...............8 Bảng 1.8: Bảng phân loại thực phẩm chế biến từ đậu nành .................................... 11 Bảng 1.9: Ứng dụng của một số sản phẩm từ đậu nành .......................................... 11 Bảng 1.10: Đặc tính sinh hóa học và tính năng của sản phẩm thủy phân protein ... 27 Bảng 1.11: Chức năng của peptide có hoạt tính sinh học từ protein đậu nành. ....... 28 Bảng 1.12: Một số peptide sinh học trong protein đậu nành thủy phân ................. 29 Bảng 2.1 : Bảng bố trí thí nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân đậu nành bằng Cellulase .................................................................................. 43 Bảng 2.2 : Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protease ......... 44 Bảng 2.3: Ma trận quy hoạch cấu trúc có tâm cấp hai, năm yếu tố ......................... 45 Bảng 2.4: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân của enzyme amylase ..................................................................................................................... 47 Bảng 2.5: Cơ sở xây dựng thang điểm đánh giá theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 3215-79) ................................................................................................................... 49 Bảng 2.6: Danh mục chỉ tiêu cảm quan và hệ số quan trọng (theo TCVN 3215-79) đối với sản phẩm bột đậu nành thủy phân ................................................................ 50 Bảng 2.7: Bảng điểm đánh gia chất lượng cảm quan sản phẩm .............................. 50 Bảng 2.8: Phiếu đánh giá cảm quan bằng phương pháp cho điểm .......................... 52 Bảng 2.9: Bảng phối trộn tỷ lệ bột : đường trong nước ........................................... 53 Bảng 2.10: Bảng thang điểm đánh giá thị hiếu ........................................................ 53 Bảng 2.11: Phiếu đánh giá cảm quan thị hiếu .......................................................... 54 xi Bảng 3.1: Kết quả xác định thành phần đậu nành .................................................... 55 Bảng 3.2: Kết quả xác định hoạt tính enzyme enzyme Celluclast 1.5L .................. 56 Bảng 3.3: Kết quả xác định hoạt tính enzyme protease ........................................... 57 Bảng 3.4: Kết quả xác định hoạt tính enzyme Termamyl 120L .............................. 59 Bảng 3.5: Ảnh hưởng của tỷ lệ E/S đến quá trình thủy phân đậu nành bằng enzyme Celluclast 1,5 L ........................................................................................................ 60 Bảng 3.6: Kết quả khảo sát lựa chọn chế phẩm protease thủy phân protein đậu nành .................................................................................................................................. 62 Bảng 3.7: Ảnh hưởng của hàm lượng cơ chất (protein trong hợp trước khi thủy phân) đến quá trình thủy phân protein đậu nành bằng Flavourzyme ....................... 64 Bảng 3.8: Ảnh hưởng của pH đến quá trình thủy phân protein đậu nành bằng Flavourzyme ............................................................................................................. 65 Bảng 3.9: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thủy phân protein đậu nành bằng Flavourzyme ............................................................................................................. 67 Bảng 3.10: Ảnh hưởng của tỷ lệ E/S đến quá trình thủy phân protein đậu nành bằng Flavourzyme ............................................................................................................. 68 Bảng 3.11: Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình thủy phân protein đậu nành bằng Flavourzyme ............................................................................................................. 69 Bảng 3.12: Các giá trị tâm để tối ưu quá trình thủy phân protein từ đậu nành bằng Flavourzyme ............................................................................................................. 71 Bảng 3.13: Các thông số của quá trình tối ưu hóa quá trình thủy phân protein từ đậu nành bằng Flavourzyme ........................................................................................... 72 Bảng 3.14: Ma trận quy hoạch cấu trúc có tâm cấp hai, năm yếu tố của quá trình tối ưu hóa quá trình thủy phân protein từ đậu nành bằng Flavourzyme ....................... 72 Bảng 3.15: Kết quả đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố lên hiệu suất thu hồi protein hòa tan khi tối ưu bằng JMP9.0 ............................................................................... 75 Bảng 3.16: Mức độ thủy phân khi thủy phân protein đậu nành bằng Flavourzyme..80 Bảng 3.17: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến đến quá trình thủy phân đậu nành bằng Amylase (Termamyl 120L). ..................................................................................... 81 xii Bảng 3.18: Ảnh hưởng của thời gian đến đến đến quá trình thủy phân đậu nành bằng Amylase (Termamyl 120L). ............................................................................ 83 Bảng 3.19: Ảnh hưởng của tỷ lệ E/S đến đến đến quá trình thủy phân đậu nành bằng Amylase (Termamyl 120L). ..................................................................................... 84 Bảng 3.20: Kết quả xác định một số thành phần và chỉ số peroxide trong bột đậu nành .......................................................................................................................... 86 Bảng 3.21: Kết quả xác định một số chỉ tiêu vi sinh trong bột đậu nành ................ 86 Bảng 3.22: Kết quả trung bình đánh giá cảm quan sản phẩm.................................. 87 Bảng 3.23: Kết quả đánh giá cảm quan của phép thử cho điểm thị hiếu ................. 87 xiii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Tác dụng của endopeptidase và exopetidase lên cấu trúc protein ........... 13 Hình 1.2: Cơ chế hoạt động của exoglucanase ........................................................ 19 Hình 1.3: Cơ chế hoạt động của endoglucanase ...................................................... 19 Hình 1.4: Cơ chế hoạt động của β-glucosidase ........................................................ 20 Hình 1.5: Cơ chế cắt của 3 loại enzyme exogluconase, edogluconase và β-glucosidase ............................................................................................................ 20 Hình 1.6: Tóm tắt cơ chế thủy phân của cellulose ................................................... 21 Hình 1.7 : Sơ đồ quy trình sản xuất sản phẩm protein thủy phân ............................ 26 Hình 2.1: Hạt đậu nành ............................................................................................ 35 Hình 3.1: Sự thay đổi hoạt tính enzyme Celluclast theo thời gian .......................... 56 Hình 3.2: Sự thay đổi hoạt tính enzyme Flavourzyme theo thời gian ..................... 57 Hình 3.3: Sự thay đổi hoạt tính enzyme Alcalase theo thời gian ............................. 58 Hình 3.4: Sự thay đổi hoạt tính enzyme Protamex theo thời gian ........................... 59 Hình 3.5: Sự thay đổi hoạt tính enzyme Termamyl theo thời gian .......................... 60 Hình 3.6: Ảnh hưởng của tỷ lệ E/S đến quá trình thủy phân đậu nành bằng Cellulase (Celluclast 1,5L) ....................................................................................................... 61 Hình 3.7: Kết quả lựa chọn chế phẩm enzyme protease .......................................... 62 Hình 3.8: Ảnh hưởng của hàm lượng cơ chất (theo protein) đến quá trình thủy phân protein đậu nành bằng Flavourzyme ........................................................................ 64 Hình 3.9: Ảnh hưởng của pH đến quá trình thủy phân protein đậu nành bằng Flavourzyme ............................................................................................................. 66 Hình 3.10: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thủy phân protein đậu nành bằng Flavourzyme ............................................................................................................. 67 Hình 3.11: Ảnh hưởng của tỷ lệ E/S (theo protein) đến quá trình thủy phân protein đậu nành bằng Flavourzyme .................................................................................... 68 Hình 3.12: Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình thủy phân protein đậu nành bằng Flavourzyme ............................................................................................................. 70 Hình 3.13: Tương quan hiệu suất thu hồi protein hòa tan. ...................................... 74 xiv Hình 3.14: Dự đoán kết quả hiệu suất thu hồi protein hòa tan khi thủy phân protien đậu nành bằng Flavourzyme khi có đầy đủ các điều kiện tối ưu ............................. 76 Hình 3.15: Ảnh hưởng của tỷ lệ E/S và thời gian đến hiệu suất thu hồi protein hòa tan ............................................................................................................................. 77 Hình 3.16: Ảnh hưởng của tỷ lệ nồng độ cơ chất và nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi protein hòa tan .......................................................................................................... 77 Hình 3.17: Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất và pH đến hiệu suất thu hồi protein hòa tan ............................................................................................................................. 78 Hình 3.18:Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất và tỷ lệ E/S đến hiệu suất thu hồi protein hòa tan ...................................................................................................................... 78 Hình 3.19: Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất và thời gian đến hiệu suất thu hồi protein hòa tan .......................................................................................................... 78 Hình 3.20: Ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi protein hòa tan ... 79 Hình 3.21: Ảnh hưởng của pH và tỷ lệ E/S đến hiệu suất thu hồi protein hòa tan .. 79 Hình 3.22: Ảnh hưởng của pH và thời gian đến hiệu suất thu hồi protein hòa tan . 79 Hình 3.23: Ảnh hưởng của nhiệt độ và tỷ lệ E/S đến hiệu suất thu hồi protein hòa tan ............................................................................................................................. 80 Hình 3.24: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến hiệu suất thu hồi protein hòa tan ............................................................................................................................. 80 Hình 3.25: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến đến quá trình thủy phân đậu nành bằng Amylase (Termamyl 120L). ..................................................................................... 82 Hình 3.26: Ảnh hưởng của thời gian đến đến đến quá trình thủy phân đậu nành bằng Amylase (Termamyl 120L). ..................................................................................... 83 Hình 3.27: Ảnh hưởng của tỷ lệ E/S đến đến đến quá trình thủy phân đậu nành bằng Amylase (Termamyl 120L). ..................................................................................... 84 Hình 3.28 So sánh hiệu suất thu hồi chất khô hòa tan khi không và có sử dụng amylase để thủy phân. ............................................................................................. 85 Hình 3.28: Kết quả cảm quan thị hiếu ................................................................... 88 xv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CBD : Cellulose Binding Domain CD : Catalytic Domain DH : Degree of Hydrolysis E/S : Enzyme/ cơ chất FDA : Food And Drug Administration HDL : High Density Lipoprotein LDL : Low Density Lipoprotein SPC : Soy Protein Concentrate SPI : Soy Protein Isolate SPH : Soy Protein hydRolysate USDA : United Stage Drug Agriculture 1 MỞ ĐẦU Lý do hình thành đề tài Bột đậu nành là một loại thực phẩm quen thuộc và đang được sử dụng tại nhiều quốc gia trên thế giới. Gần đây y học thế giới còn phát hiện ra nhiều tác dụng của đậu nành và coi đây là loại thực phẩm vạn năng, giàu đạm thực vật và có công dụng rất tốt trong việc ngăn ngừa các bệnh về tim mạch, ngăn chặn các khối u cũng như giảm các loại hormone có hại cho cơ thể. Bên cạnh đó, với những người thừa cân, muốn giảm béo, đậu nành là một lựa chọn tốt để họ có một thực đơn ăn uống lành mạnh và vẫn cung cấp đầy đủ năng lượng. Tuy nhiên ở dạng bột thô thì các chất có hoạt tính sinh học không thể hiện hoạt tính. Ngày nay, ứng dụng của công nghệ enzyme vào công nghệ thực phẩm là kỹ thuật thông dụng để nâng cao hiệu suất thu hồi chất chiết. Enzyme xúc tác quá trình thủy phân trong điều kiện ôn hòa, ít tạo sản phẩm phụ nên nâng cao giá trị dinh dưỡng của sản phẩm đồng thời đem đến nhiều giá trị có lợi cho sức khỏe của con người do trong quá trình thủy phân bằng enzyme thì các chất có kích thước lớn sẽ được phân giải thành các chất có kích thước nhỏ hơn, dễ tan, dễ hấp thu hoặc tạo thành các chất có hoạt tính sinh học và có chức năng sinh lý của cơ thể. Chính vì vậy, chúng tôi chọn enzyme để thủy phân protein và cacbonhydrate trong đậu nành nhằm thu được bột đậu nành có hàm lượng protein cao, khả năng hòa tan tốt không những nâng cao giá trị dinh dưỡng mà còn mang lại nhiều giá trị có lợi cho sức khỏe con người. Mục đích nghiên cứu Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân đậu nành bằng các loại enzyme sao cho hiệu suất thu hồi protein hòa tan và chất khô hòa tan là cao nhất. Từ đó chọn quy trình phù hợp để sản xuất bột đậu nành hòa tan. Sản phẩm được kiểm tra một số thành phần, chỉ số peroxide và vi sinh nhằm đảm bảo dinh dưỡng và an toàn người sử dụng. 2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu được thực hiện trong phòng thí nghiệm, đối tượng là hạt đậu nành có nguồn gốc tại Tân Phú, Đồng Nai, Việt Nam. Quá trình thủy phân sử dụng chế phẩm enzyme protease, cellulase và amylase của hãng Novozymes, Đan Mạch. Tiến hành các khảo sát như trong nội dung nghiên cứu của đề tài. Nội dung nghiên cứu Nội dung luận văn bao gồm các phần: - Tổng quan tài liệu về đậu nành, enzyme dùng trong nghiên cứu và sản phẩm từ đậu nành. - Phân tích một số thành phần hóa học của hạt đậu nành. - Xác định hoạt tính ban đầu của các enzyme sử dụng trong nghiên cứu: protease (Alcalase, Flavourzyme và Protamex), amylase (Termamyl 120L), cellulase (Celluclast 1,5L). - Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân đậu nành bằng enzyme cellulase. Sau đó khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein đậu nành bằng protease rồi thực hiện tối ưu hóa quá trình thủy phân bằng protease. Sau đó sẽ khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân đậu nành bằng enzyme amylase. - Xác định chất lượng của bột đậu nành thủy phân sau khi sấy phun: các thành phần dinh dưỡng, chỉ số peroxide, vi sinh, cảm quan. - Đánh giá cảm quan bột đậu nành thủy phân sau khi sấy phun. Ứng dụng nghiên cứu của đề tài. Bước đầu nghiên cứu các điều kiện thủy phân để sản xuất bột đậu nành hòa tan. Tạo điều kiện cho việc nghiên cứu sản xuất bột đậu nành hòa tan ở nhiều điều kiện sấy khác nhau tạo ra sản phẩm với hàm lượng cao các chất dinh dưỡng, chứa các chất có hoạt tính sinh học có lợi cho sức khỏe con người.