Nghiên cứu Chiết Xuất Protein từ Đậu Lima (Phaseolus Lunatus) với Hiệu Suất Thu Hồi Cao

• Tác giả: Lê Đức Huy Hoàng
• Người hướng dẫn: PTS. Phạm Thị Hoan
• Trường học: Ho Chi Minh City University Of Technology And Education
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm
• Đề tài: Thu Nhận Protein Từ Đậu Lima (Phaseolus Lunatus) Với Hiệu Suất Thu Hồi Cao
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

• ACKNOWLEDGEMENTS
• DECLARATION
• TABLE OF CONTENTS
• 1. RESEARCH OBJECT AND SCOPE OF RESEARCH
• 1.1. Research object
• 1.2. Scope of the research
• 1.3. Scientific and practical significance
• 1.3.1. Scientific significance
• 1.3.2. Practical significance
• 2. OVERVIEW OF MATERIAL
• 2.1. Introduction to legume
• 2.2. Introduction to Lima bean
• 2.3. Classification of Lima bean
• 2.4. Nutritions of Lima bean
• 2.5. Overview of protein
• 2.5.1. Introduction to protein
• 2.5.2. Introduction to legume protein
• 2.5.3. Introduction to Lima protein
• 2.5.4. Recovery methods of protein
• 2.5.4.1. Isoelectric point precipitation
• 2.5.4.2. Organic solvent cause precipitation
• 2.6. Research situations of the topics
• 3. MATERIALS AND METHODS
• 3.1. Materials, chemicals, devices and equipments
• 3.2. Equipment and Devices
• 3.3. Research framework and protein collection process
• 3.3.1. Diagram of protein collection
• 3.4. Determine the extraction yield of protein
• 3.5. Determine the protein recovery yield of protein
• 3.6. Determine the physicochemical properties of protein
• 3.7. Determine the functional properties of protein
• 4. RESULTS AND DISCUSSIONS
• 4.1. Determine the appropriate extraction regime
• 4.2. Determine the physicochemical properties of protein
• 4.2.1. Determination of chemical compositions of Lima powder and Lima protein
• 4.2.2. Determination of secondary structure of protein (FTIR)
• 4.2.3. Determination of molecular weight of protein (SDS-PAGE)
• 4.3. Determine the functional properties of protein
• 4.3.1. Determine the water/oil absorption capacity (WAC - OAC)
• 4.3.2. Determine the foam capacity and stability (FC – FS)
• 4.3.3. Determine the emulsifying activity index and stability (EAI – ESI)
• 4.3.4. Determine the solubility
• 5. CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS

I. Đậu Lima Phaseolus Lunatus Tổng Quan Về Nguồn Protein

Đậu lima (Phaseolus lunatus L) là một loại cây họ đậu đáng chú ý, với hàm lượng protein cao từ 21-26% (M. Sandoval-Peraza et al., 2020), còn được gọi là “butter bean” ở một số khu vực. Đậu lima nổi tiếng về giá trị dinh dưỡng và tính linh hoạt trong ẩm thực. Các loại đậu lima mọc từ các khu vực cụ thể sẽ có những đặc điểm riêng biệt so với các loại khác. Xuất xứ từ Nam Mỹ, đặc biệt là khu vực Andes, đậu lima đã trở thành một loại đậu được công nhận trên toàn cầu. Ngày nay, có hai loại protein phổ biến: Protein Concentrate (PC) và Protein Isolate (PI) ở dạng bột. Cách thu được chúng là từ các quy trình chiết xuất protein dựa trên kiềm. PI thường thu được thông qua chiết xuất trong môi trường kiềm sau đó là kết tủa tại "điểm đẳng điện", trong khi PC thu được bằng cách chiết xuất protein trong môi trường kiềm và sau đó kết tủa bằng "rượu" (da Silva et al., 2009; Zhao et al.).

1.1. Thành Phần Dinh Dưỡng và Giá Trị của Đậu Lima

Đậu Lima, thuộc họ Fabaceae, là một nguồn protein thực vật tiềm năng. Ngoài hàm lượng protein đáng kể, đậu lima còn chứa nhiều chất xơ, vitamin và khoáng chất. Thành phần dinh dưỡng của đậu lima có thể thay đổi tùy thuộc vào giống và điều kiện trồng trọt. Tuy nhiên, nhìn chung, đậu lima là một nguồn cung cấp dinh dưỡng quan trọng, góp phần vào một chế độ ăn uống cân bằng. Nghiên cứu cho thấy đậu Lima có thể đóng góp vào việc giảm thiểu rủi ro của nhiều bệnh tật như tiểu đường loại 2 và bệnh tim mạch.

1.2. Lịch Sử và Phân Bố Địa Lý của Đậu Lima

Đậu lima có nguồn gốc từ Guatemala, Mexico và Peru. Sau khi được thuần hóa, nó lan rộng khắp châu Mỹ và người Tây Ban Nha đã mang nó đến quần đảo Thái Bình Dương và Philippines. Sau đó, nó lan sang Đông Nam Á. Việc phân bố rộng rãi này cho thấy khả năng thích nghi của đậu lima với nhiều điều kiện khí hậu và thổ nhưỡng khác nhau. Điều này cũng giải thích sự đa dạng về giống và đặc tính của đậu lima ở các khu vực khác nhau trên thế giới. Việc hiểu rõ lịch sử và phân bố giúp tối ưu ứng dụng thực phẩm đậu lima.

II. Thách Thức Chiết Xuất Protein Hiệu Quả Từ Đậu Lima

Mặc dù đậu lima là một nguồn protein tiềm năng, nhưng việc chiết xuất protein hiệu quả vẫn còn nhiều thách thức. Các phương pháp chiết xuất truyền thống có thể không tối ưu hóa hiệu suất thu hồi protein và có thể làm thay đổi các tính chất chức năng của protein. Hơn nữa, sự hiện diện của các chất kháng dinh dưỡng trong đậu lima có thể ảnh hưởng đến khả năng tiêu hóa và hấp thụ protein. Do đó, cần có các phương pháp chiết xuất tiên tiến và hiệu quả để tận dụng tối đa tiềm năng protein đậu lima. Hiện nay các sản phẩm protein trên thị trường Việt Nam chủ yếu đến từ đậu nành do là loại cây trồng phổ biến, tuy nhiên đậu lima lại chưa được nhiều người biết đến mặc dù là loại hạt giàu dinh dưỡng.

2.1. Các Chất Kháng Dinh Dưỡng trong Đậu Lima

Đậu lima chứa một số chất kháng dinh dưỡng, chẳng hạn như axit phytic và trypsin inhibitors, có thể làm giảm khả năng hấp thụ protein và các khoáng chất khác. Việc loại bỏ hoặc giảm thiểu các chất kháng dinh dưỡng này là rất quan trọng để cải thiện giá trị dinh dưỡng của protein đậu lima. Các phương pháp xử lý như ngâm, nấu chín và lên men có thể giúp giảm hàm lượng các chất kháng dinh dưỡng này. Cần có các nghiên cứu sâu hơn để xác định các phương pháp hiệu quả nhất để giảm thiểu tác động của các chất kháng dinh dưỡng lên protein đậu lima.

2.2. Ảnh Hưởng của Phương Pháp Chiết Xuất đến Tính Chất Protein

Phương pháp chiết xuất được sử dụng có thể ảnh hưởng đáng kể đến tính chất chức năng của protein đậu lima, chẳng hạn như độ hòa tan, khả năng tạo bọt và khả năng nhũ hóa. Các phương pháp chiết xuất khắc nghiệt có thể làm biến tính protein và làm giảm các tính chất chức năng của nó. Do đó, cần lựa chọn các phương pháp chiết xuất nhẹ nhàng và hiệu quả để bảo tồn các tính chất chức năng mong muốn của protein đậu lima. Các nghiên cứu cần tập trung vào việc tối ưu hóa chiết xuất protein để đảm bảo chất lượng.

III. Cách Chiết Xuất Protein Đậu Lima Hiệu Quả Phương Pháp Nghiên Cứu

Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển một quy trình chiết xuất protein đậu lima hiệu quả bằng cách kết hợp kết tủa bằng dung môi và kết tủa tại điểm đẳng điện ở pH 4.5 và nhiệt độ 4°C. Quy trình này đạt hiệu suất thu hồi protein cao, lên đến 82.14%. Các mẫu thu được bao gồm độ ẩm, protein, chất béo, tro và tổng hàm lượng carbohydrate là 10. Khối lượng phân tử và cấu trúc thứ cấp của protein đậu lima cũng phản ánh sự tương đồng với soy protein isolate (SPI) thương mại trên thị trường. Đặt ra một phương pháp mới trong nghiên cứu chiết xuất protein.

3.1. Quy Trình Chiết Xuất Kết Tủa Dung Môi và Điểm Đẳng Điện

Quy trình chiết xuất sử dụng kết hợp kết tủa dung môi và kết tủa tại điểm đẳng điện. Đầu tiên, protein được chiết xuất từ đậu lima bằng dung môi thích hợp. Sau đó, protein được kết tủa bằng cách điều chỉnh pH đến điểm đẳng điện của protein, thường là khoảng pH 4.5. Quá trình kết tủa giúp tách protein khỏi các tạp chất khác. Cuối cùng, protein được thu hồi bằng cách ly tâm hoặc lọc. Việc kiểm soát nhiệt độ trong quá trình này rất quan trọng để bảo tồn tính chất của protein đậu lima.

3.2. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Hiệu Quả Chiết Xuất Protein

Hiệu quả chiết xuất protein có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, chẳng hạn như loại dung môi, pH, nhiệt độ, thời gian chiết xuất và tỷ lệ dung môi/đậu. Việc tối ưu hóa các yếu tố này là rất quan trọng để đạt được hiệu suất thu hồi protein cao nhất. Các nghiên cứu cần tập trung vào việc xác định các điều kiện chiết xuất tối ưu cho protein đậu lima. Việc tối ưu hóa chiết xuất protein đóng vai trò then chốt để đạt hiệu quả kinh tế.

IV. Phân Tích Đặc Tính Protein Đậu Lima Sau Chiết Xuất Hiệu Quả

Nghiên cứu này đã phân tích các đặc tính lý hóa của protein đậu lima, bao gồm thành phần hóa học, khối lượng phân tử và cấu trúc thứ cấp. Kết quả cho thấy rằng protein đậu lima có thành phần amino acid cân bằng và có cấu trúc tương tự như protein đậu nành. Điều này cho thấy rằng protein đậu lima có thể là một nguồn protein thay thế tiềm năng cho protein đậu nành. Cấu trúc tương đồng này mở ra cơ hội ứng dụng protein đậu lima đa dạng.

4.1. Thành Phần Amino Acid của Protein Đậu Lima

Protein đậu lima chứa tất cả các amino acid thiết yếu, với hàm lượng lysine đặc biệt cao. Lysine là một amino acid quan trọng cho sự phát triển và tăng trưởng, và thường thiếu trong các loại ngũ cốc. Do đó, protein đậu lima có thể được sử dụng để bổ sung lysine cho các chế độ ăn dựa trên ngũ cốc. Phân tích thành phần amino acid giúp đánh giá giá trị dinh dưỡng đậu lima.

4.2. Cấu Trúc Thứ Cấp của Protein Đậu Lima FTIR

Phân tích FTIR cho thấy rằng protein đậu lima có cấu trúc thứ cấp tương tự như protein đậu nành, với các thành phần alpha-helix và beta-sheet chiếm ưu thế. Cấu trúc này góp phần vào các tính chất chức năng của protein, chẳng hạn như độ hòa tan và khả năng tạo bọt. So sánh cấu trúc giúp đánh giá đặc tính protein đậu lima so với các nguồn khác.

4.3. Xác Định Khối Lượng Phân Tử Protein Đậu Lima SDS PAGE

Phân tích SDS-PAGE cho thấy protein đậu lima có nhiều dải protein khác nhau, cho thấy sự hiện diện của nhiều loại protein khác nhau. Khối lượng phân tử của các protein này tương tự như các protein được tìm thấy trong protein đậu nành. Khối lượng phân tử của protein ảnh hưởng đến các tính chất chức năng và ứng dụng thực phẩm đậu lima.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Protein Đậu Lima Trong Công Nghiệp Thực Phẩm

Protein đậu lima có nhiều ứng dụng tiềm năng trong công nghiệp thực phẩm, bao gồm sản xuất các sản phẩm thay thế thịt, thực phẩm bổ sung và đồ uống. Protein đậu lima có thể được sử dụng để cải thiện kết cấu, độ ẩm và giá trị dinh dưỡng của các sản phẩm thực phẩm. Hơn nữa, protein đậu lima có thể được sử dụng làm chất nhũ hóa, chất tạo bọt và chất làm đặc trong nhiều ứng dụng khác nhau. Mở ra nhiều hướng ứng dụng protein đậu lima mới.

5.1. Protein Đậu Lima Trong Sản Phẩm Thay Thế Thịt

Protein đậu lima có thể được sử dụng để tạo ra các sản phẩm thay thế thịt có kết cấu và hương vị tương tự như thịt thật. Protein đậu lima có thể cung cấp protein và các chất dinh dưỡng khác cho người ăn chay và người thuần chay. Thúc đẩy sử dụng protein đậu lima như nguồn protein thay thế.

5.2. Protein Đậu Lima Trong Thực Phẩm Bổ Sung và Đồ Uống

Protein đậu lima có thể được thêm vào thực phẩm bổ sung và đồ uống để tăng hàm lượng protein. Protein đậu lima có thể là một lựa chọn tốt cho những người muốn tăng lượng protein nạp vào mà không cần tiêu thụ các sản phẩm động vật. Đây là một trong những ứng dụng protein đậu lima tiềm năng nhất.

5.3. Protein Đậu Lima Làm Chất Nhũ Hóa Tạo Bọt và Làm Đặc

Protein đậu lima có thể được sử dụng làm chất nhũ hóa, chất tạo bọt và chất làm đặc trong nhiều ứng dụng thực phẩm khác nhau. Các tính chất chức năng này làm cho protein đậu lima trở thành một thành phần linh hoạt trong công nghiệp thực phẩm. Tính chất chức năng protein đậu lima này cần được khai thác triệt để.

VI. Kết Luận Tiềm Năng Hướng Nghiên Cứu Protein Đậu Lima Tương Lai

Nghiên cứu này đã chứng minh rằng đậu lima là một nguồn protein tiềm năng và có thể được chiết xuất hiệu quả bằng cách sử dụng các phương pháp thích hợp. Protein đậu lima có nhiều đặc tính lý hóa và chức năng hứa hẹn và có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng thực phẩm khác nhau. Các nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình chiết xuất, cải thiện các tính chất chức năng và khám phá các ứng dụng mới của protein đậu lima. Mở ra nhiều tiềm năng nghiên cứu chiết xuất protein trong tương lai.

6.1. Tối Ưu Hóa Quy Trình Chiết Xuất Protein Đậu Lima

Các nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình chiết xuất protein đậu lima để đạt được hiệu suất thu hồi protein cao hơn và giảm chi phí sản xuất. Điều này có thể bao gồm việc khám phá các phương pháp chiết xuất mới và cải tiến, cũng như tối ưu hóa các điều kiện chiết xuất. Tối ưu hóa chiết xuất protein là yếu tố then chốt để thương mại hóa.

6.2. Cải Thiện Các Tính Chất Chức Năng của Protein Đậu Lima

Các nghiên cứu cần tập trung vào việc cải thiện các tính chất chức năng của protein đậu lima, chẳng hạn như độ hòa tan, khả năng tạo bọt và khả năng nhũ hóa. Điều này có thể bao gồm việc sử dụng các phương pháp xử lý protein, chẳng hạn như biến tính, thủy phân và ghép nối. Cải thiện các tính chất chức năng protein đậu lima giúp mở rộng ứng dụng.

6.3. Khám Phá Các Ứng Dụng Mới Của Protein Đậu Lima

Các nghiên cứu cần khám phá các ứng dụng mới của protein đậu lima trong các lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm. Protein đậu lima có thể có các đặc tính độc đáo làm cho nó phù hợp với các ứng dụng cụ thể. Khám phá ứng dụng dược phẩm đậu lima và protein đậu lima trong mỹ phẩm có thể mang lại giá trị gia tăng.