CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU Bí đỏ (Cucurbita pepo) là một loại thực vật được trồng làm rau, có nguồn gốc từ Trung Mỹ và được trồng rộng rãi tại Châu Âu và Châu Á. Theo thống kê năm 2013 của tổ chức Nông lương thế giới (FAO), diện tích trồng bí đỏ chiếm khoảng 3,09 % so với tổng diện tích trồng rau trên thế giới và sản lượng thu hoạch đạt khoảng hơn 24 triệu tấn mỗi năm. Tại Việt Nam, bí đỏ được trồng rộng rãi từ đồng bằng đến cao nguyên và vẫn chưa có sự thống kê chính thức về sản lượng thu hoạch cũng như diện tích trồng trọt.
Hạt bí đỏ được xem như là một phụ phẩm trong quy trình chế biến bí đỏ. Có rất nhiều nghiên cứu trên thế giới về thành phần và công dụng của hạt bí đỏ đối với sức khỏe con người. Theo Leila Rezig (2012), đã nghiên cứu rằng trong thành phần hạt bí đỏ có chứa 31,57% dầu bao gồm một lượng lớn các acid béo có lợi như oleic, linoleic, palmitic acid và tocopherols giúp ngăn ngừa bệnh viêm khớp, loãng xương, hạ huyết áp, cải thiện các dấu hiệu lão hóa và phòng ngừa ung thư [1]. Đã có nhiều nghiên cứu trong nước và trên thế giới về trích ly cũng như ứng dụng dầu hạt bí đỏ, như là nguyên liệu để sản xuất diesel sinh học tại Hy Lạp, thực phẩm chức năng hỗ trợ điều trị bệnh, dầu dùng để nấu ăn ở một số quốc gia Tây Phi và Trung Đông [2], [3].
Ngoài chất béo, trong thành phần hạt bí đỏ còn chứa nhiều protein (chiếm khoảng 33,92%) với hàm lượng cao nhất là globulin, tiếp theo là glutelin, albumin và prolamin [1], [4]. Nghiên cứu trích ly protein từ bã hạt bí đỏ đã qua tách béo được xem là khả thi để mở ra khả năng ứng dụng chế phẩm protein từ hạt bí đỏ vào ngành công nghiệp thực phẩm, góp phần làm tăng giá trị sử dụng cho bí đỏ. Trên thế giới, các nhà nghiên cứu đã tìm ra thành phần hóa học cũng như đặc trưng các phân đoạn protein từ hạt bí đỏ theo phương pháp trích ly truyền thống. Ở Việt Nam, đã có nghiên cứu so sánh về hiệu quả trích ly albumin từ hạt bí đỏ tách béo theo phương pháp truyền thống và phương pháp sử dụng sóng siêu âm hoặc chế phẩm enzyme [5].
Tuy 2 nhiên chưa có công bố về tính chất chức năng và khả năng ứng dụng của các phân đoạn protein còn lại trong hạt bí đỏ. Bên cạnh việc trích ly protein theo phương pháp truyền thống, sử dụng sóng siêu âm được xem là một quá trình tiền xử lý nguyên liệu để hỗ trợ trích ly protein và phương pháp này đã cho thấy hiệu quả khả quan khi làm tăng hiệu suất trích ly nhiều loại protein khác nhau từ những nguyên liệu khác nhau như đậu nành, hạt tía tô, cám gạo, hạt chôm chôm [6], [7], [8], [9]. Trên cơ sở đó, chúng tôi đề xuất đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện xử lý siêu âm trong quá trình trích ly đến các tính chất chức năng của chế phẩm globulin từ hạt bí đỏ (Cucurbita sp.)” và tập trung nghiên cứu các vấn đề sau: - Nghiên cứu quá trình trích ly globulin từ hạt bí tách béo có sự hỗ trợ của sóng siêu âm: Khảo sát ảnh hưởng của công suất siêu âm, thời gian siêu âm đến hiệu suất trích ly globulin từ hạt bí đỏ. - Xác định tính chất chức năng của chế phẩm globulin được trích ly với sự hỗ trợ của sóng siêu âm trong các điều kiện khác nhau, đồng thời so sánh với chế phẩm protein thương mại để đánh giá khả năng ứng dụng của chế phẩm globulin hạt bí đỏ.
Chúng tôi hy vọng kết quả nghiên cứu sẽ tạo tiền đề cho các nghiên cứu chuyên sâu hơn về đối tượng protein từ hạt bí đỏ, góp phần sớm triển khai ứng dụng vào thực tiễn nhằm nâng cao thêm giá trị sử dụng của hạt bí đỏ.1 Thành phần hóa học của hạt bí đỏ.1 Thành phần hóa học chung Bảng 2.1 giới thiệu về thành phần hóa học cơ bản của hạt bí đỏ. Theo các báo cáo được công bố của tác giả Leila Rezig (2012, 2013) và Patel (2013), thì thành phần hóa học của hạt bí đỏ từ những vùng nguyên liệu khác nhau thì sẽ khác nhau. Trong đó, hàm lượng dầu chiếm khoảng 31,5-51% (w/w), protein 24-6,5% (w/w), carbohydrates 21,97 % (w/w), tro 3,97 % (w/w). Tất cả các khảo sát của những tác giả này đều kết luận rằng hạt bí đỏ là một nguồn tiềm năng rất lớn về dầu và protein.1 Thành phần hóa học của hạt bí [1], [10], [11] Thành phần Hàm lượng Protein 24–36,5% (w/w) 31,5-51% (w/w) Lipid Carbohydrates 21,97 % (w/w) Tro 3,97 % (w/w) Trong hạt bí đỏ, lipid là thành phần nhiều nhất chiếm khoảng 31,5 - 51% (w/w) tùy thuộc vào các giống bí đỏ và vùng thu hoạch khác nhau.
Tổng số acid béo bão hòa là 18,5% và khoảng 80% acid béo chưa bão hòa chứa chủ yếu là acid oleic (44,11%), linoleic (34,77%). Hàm lượng acid linoleic cao làm cho dầu hạt bí đỏ dễ bị quá trình oxy hóa dẫn đến hư hỏng. Tuy nhiên, acid béo này có thể có lợi về mặt dinh dưỡng, giúp chống lại quá trình lão hóa và phòng ngừa bệnh tim mạch vành, ung thư. Do đó chất béo 4 từ hạt bí đỏ đã được chứng minh có thể thay thế một số loại dầu thực vật khác như dầu ngô, dầu đậu nành trong khẩu phần ăn hàng ngày, đồng thời dầu hạt bí đỏ cũng có nhiều ứng dụng trong việc phòng ngừa và điều trị bệnh [1], [12].
Bên cạnh dầu thì protein trong hạt bí đỏ cũng là thành phần đứng thứ hai về hàm lượng.2 giới thiệu thành phần acid amin trong hạt bí đỏ Bảng 2.2 Thành phần acid amin trong hạt bí đỏ [14] Hàm lượng FAO/WHO (1985) Acid amin (g/16g nitrogen) Người lớn Trẻ em Isoleucine 3,21 1,3 2,8 Leucine 6,49 1,9 6,6 Lysine 4,17 1,6 5,8 Cystine 1,17 - - Methionine 1,88 1,7 2,5 Tyrosine 3,17 - - Phenylalanine 4,47 1,9 6,3 Threonine 3,3 0,9 3,4 Tryptophan 0,86 0,5 1,1 Valine 4,71 3,5 1,3 Histidine 3,26 - - Arginine 19,0 - - Aspartic acid 9,61 - - Glutamic acid 17,3 - - Proline 3,37 - - Glycine 4,32 - - Alanine 4,24 - - 5 FAO/WHO: Tiêu chuẩn về hàm lượng acid amin trong khẩu phần ăn của người do FAO/WHO đề xuất năm 1986. Ngoài ra, hàm lượng acid amin không thay thế khá cao và khoảng 90% protein trong hạt bí được tiêu hóa tốt. Điều này chứng tỏ protein từ hạt bí mang lại nguồn dinh dưỡng cao, có thể bổ sung vào thực phẩm cho người [13]. Bên cạnh yếu tố dinh dưỡng, protein từ bí đỏ đã được chứng minh là có khả năng kháng khuẩn.
Một peptide có khối lượng phân tử 8 kDa từ hạt bí đỏ đã được chứng minh có tác dụng ức chế Botrytis cinerea, Fusarium oxysporum và Mycosphaerella arachidicola với liều dùng 375µg [16]. Một loại protein khác trong hạt bí đỏ có khối lượng phân tử 28kDa có thể chống lại sự tăng trưởng của nấm Fusarium oxysporum ở nồng độ lớn hơn 2 mM [17]. Carbohydrate hạt bí đỏ có chứa các hợp chất gây chứng đầy hơi như raffinose (4,1 g/kg chất khô) và stachyose (8,1 g/kg chất khô). Tuy nhiên, hàm lượng các hợp chất này trong hạt bí đỏ vẫn thấp hơn hạt đậu nành (raffinose: 41 g/kg chất khô; stachyose 46 g/kg chất khô) và đậu phộng (raffinose: 29 g/kg chất khô; stachyose 11 g/kg chất khô) [19].
Đây có thể được xem là một ưu điểm nữa để xem xét khả năng thay thế của hạt bí đỏ so với đậu nành, đậu phộng trong thực phẩm. Hạt bí đỏ là một nguồn dồi dào những khoáng chất cần thiết cho nhu cầu của người trưởng thành. Đặc biệt với hàm lượng kẽm 25,19mg/100g bột nguyên liệu khô, cao hơn so với mức nhu cầu cần sử dụng hàng ngày (Relative daily value - RDV) 15mg do viện thực phẩm và dinh dưỡng đề ra, hạt bí đỏ được xem là thực phẩm bổ sung khoáng có nguồn gốc tự nhiên với tác dụng chống lại bệnh loãng xương và ung thư tuyến tiền liệt [12].2 Nhóm protein tan trong dung dịch muối-globulin-trong hạt bí đỏ Trong hạt bí đỏ, thành phần protein chính bao gồm các phân đoạn: albumin tan trong nước, globulin tan trong dung dịch muối, glutelin tan trong dung dịch kiềm, và prolamin tan trong cồn. Bằng phương pháp điện di trên Polyacrylamide gel (Polyacrylamide gel electrophoresis and electro focusing - PAGE), tác giả Evangelos (1992) đã ghi nhận là nhóm protein tan trong nước trong hạt bí có trọng lượng phân tử khoảng 19,200 - 97,000 Dalton.
Những giá trị này là tương đồng với một báo cáo khác về albumin và globulin hạt bí [13]. Thông thường khả năng hòa tan của protein tại điểm đẳng điệm sẽ thấp nhất, nhưng đối với protein từ hạt bí đỏ thì khi bổ sung muối vào dung dịch với hàm lượng nhất định thì khả năng hòa tan của protein sẽ tăng [13]. Leila Rezig (2013) đã nghiên cứu về thành phần amino acid của các phân đoạn protein hạt bí đỏ. Hàm lượng acid amin có chứa lưu huỳnh được phát hiện trong tất cả phân đoạn protein ngoại trừ nhóm albumin tan trong nước thì được đặc trưng bởi acid amin có liên kết kỵ nước.
Arginine và glutamine là thành phần acid amin chính trong các phân đoạn protein [11]. Theo Từ Gia Lợi và cộng sự (2014), thì albumin chiếm 13,5%, globulin chiếm 20,44%, glutelin chiếm khoảng 49,02% và prolamin chiếm 4,27% so với phần trăm tổng hàm lượng protein có trong hạt bí đỏ đã tách béo [5]. Tuy nhiên theo một số báo cáo khác của Kennedy (1979), Jack (1986) và Rezig (2013), globulin chiếm 70-90 % so với tổng lượng protein trong hạt bí đỏ và là một protein cần thiết cho sự tổng hợp các hợp chất cho quá trình phát triển của cơ thể người [11], [20], [21]. Điều này cũng phù hợp với nghiên cứu của Marcone (1998), tác giả này cho rằng hàm lượng protein tan trong dung dịch muối (globulin) vượt trên 60% so với tổng hàm lượng protein có trong hạt bí đỏ [4].
Có sự khác nhau về hàm lượng các phân đoạn protein hạt bí đỏ, trong các nghiên cứu nói trên, nguyên nhân có thể là do nguồn nguyên liệu khác nhau. Theo Leila Rezig (2013), phân đoạn protein chính trong hạt bí đỏ được đại diện bởi một globulin 11s, còn được gọi là cucurbitin, là một protein hình cầu hexameric với trọng 7 lượng phân tử 54 kDa cho mỗi tiểu đơn vị [11]. Globulin hạt bí đỏ có khối lượng phân tử khoảng 112000 dalton và được cấu tạo từ hai tiểu đơn vị 12S và 18S, có khối lượng phân tử lần lượt vào khoảng 63000 và 56000 dalton [22]. Đồng thời, globulin chứa hàm lượng acid amin có nhóm lưu huỳnh cao nhất trong các nhóm protein từ hạt bí đỏ (8.6mg/100 mg protein) [11].
Globulin từ hạt bí đỏ tan tốt tại pH 7.
