Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Protein đóng vai trò thiết yếu trong dinh dưỡng của con người. Mặc dù thịt và các nguồn động vật từng là nguồn cung cấp protein chủ yếu, xu hướng tiêu thụ hiện nay đang dần chuyển dịch sang protein thực vật do lo ngại về dịch bệnh ở động vật, sự khan hiếm nguồn cung, cũng như các lợi ích sức khỏe như giảm cholesterol máu, giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch và tiểu đường. Trong các nguồn đạm thực vật, đậu nành (Glycine max) là loại đậu phổ biến và có giá trị kinh tế cao, nhưng lại chứa các chất kháng dinh dưỡng như chất ức chế trypsin (trypsin inhibitors) và là 1 trong 8 tác nhân gây dị ứng thực phẩm hàng đầu (chiếm khoảng 0,5% dân số toàn cầu). Do đó, việc tìm kiếm và khai thác các nguồn protein thực vật thay thế là nhu cầu cấp thiết.

Đậu Lima (Phaseolus lunatus) thuộc họ Đậu (Fabaceae), có nguồn gốc từ Trung và Nam Mỹ, hiện đã được di thực và phát triển tốt tại nhiều vùng nhiệt đới, trong đó có tỉnh Lâm Đồng (Việt Nam) với năng suất trung bình khoảng 2.100 kg/ha. Hạt đậu Lima có hàm lượng protein cao (chiếm 21–26% khối lượng khô), hàm lượng lipid thấp (khoảng 3,9%), giàu chất xơ (5–8%) và khoáng chất. Protein đậu Lima chứa đầy đủ các axit amin thiết yếu (đặc biệt giàu lysine, phenylalanine và tyrosine), chỉ hạn chế ở methionine và cysteine. Tuy nhiên, tương tự nhiều loại protein đậu khác, protein đậu Lima tự nhiên có độ hòa tan và các đặc tính chức năng công nghệ (khả năng tạo bọt, tạo nhũ, giữ nước, giữ dầu) còn hạn chế so với protein động vật. Để nâng cao tính chất công nghệ nhằm ứng dụng vào chế biến thực phẩm, việc biến tính protein bằng phương pháp sinh học sử dụng enzym Transglutaminase (TGs) là một giải pháp an toàn và hiệu quả.

Đề tài khóa luận tốt nghiệp "Production and evaluation of physicochemical and functional properties of modified protein from Lima bean (Phaseolus lunatus) using Transglutaminase" (Sản xuất và đánh giá tính chất hóa lý, chức năng của protein biến tính từ đậu Lima bằng enzym Transglutaminase) được thực hiện bởi sinh viên Hồ Ngọc Trâm và Nguyễn Trần Gia Vui, dưới sự hướng dẫn của TS. Phạm Thị Hoan và KS. Nguyễn Hữu Khang tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM (HCMUTE), mã đề tài 2023 – 19116032.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài gồm:

  1. Xác định quy trình công nghệ và các thông số thích hợp để thu nhận và biến tính protein từ đậu Lima bằng enzym Transglutaminase.
  2. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ: giá trị pH (pH 4 và pH 7), nồng độ enzym TGs (0–10 U/g protein) và thời gian ủ (0–4 giờ) đến hiệu quả của quá trình biến tính protein.
  3. Đánh giá toàn diện các tính chất hóa lý (thành phần hóa học, phân bố kích thước hạt DLS, khối lượng phân tử qua SDS-PAGE, cấu trúc bậc hai qua phổ FTIR) và các tính chất chức năng công nghệ (độ tan nitrogen, khả năng giữ nước WAC, khả năng giữ dầu OAC, hoạt tính tạo nhũ và độ bền nhũ EAI/ESI, khả năng tạo bọt và độ bền bọt) của protein đậu Lima trước và sau biến tính.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hạt đậu Lima (Phaseolus lunatus) thương phẩm do Công ty Cổ phần Nông sản Thực phẩm Hải Dương Xanh cung cấp; chế phẩm enzym Transglutaminase thương mại do Công ty Cổ phần Phát triển Khoa học và Công nghệ Mỹ Úc cung cấp (hoạt lực 150 U/g); protein đậu Lima tự nhiên và protein đậu Lima biến tính bằng enzym TGs.
  • Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện tại hệ thống phòng thí nghiệm thuộc Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, trong thời gian từ ngày 21/08/2023 đến ngày 22/01/2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và cơ chế phản ứng

Protein trong hạt đậu họ Đậu chủ yếu gồm các phân đoạn globulin (chiếm 70–80%), albumin (khoảng 20%) và prolamin (khoảng 10%). Trong đậu Lima, phân đoạn globulin dự trữ gồm 11S legumin (dạng hexamer, khối lượng phân tử khoảng 300–400 kDa, gồm các tiểu phần liên kết bằng cầu disunfua) chiếm 58,3% tổng lượng globulin, và 7S vicilin (dạng trimer, khối lượng phân tử khoảng 150–200 kDa) chiếm 41,7%. Albumin 2S là các protein hình cầu tan trong nước có khối lượng phân tử thấp (10–18 kDa) giàu gốc lưu huỳnh.

Enzym Transglutaminase (protein-glutamine $\gamma$-glutamyltransferase, EC 2.3.2.13) xúc tác phản ứng chuyển gốc acyl giữa nhóm $\gamma$-carboxamide của gốc glutamine (chất cho acyl) và các amin bậc một (chất nhận acyl), điển hình là nhóm $\varepsilon$-amino của gốc lysine trong chuỗi polypeptide. Phản ứng này tạo thành liên kết đồng hóa trị liên phân tử hoặc nội phân tử $\varepsilon$-($\gamma$-glutamyl)lysine (isopeptide bond). Khi không có sự hiện diện của amin bậc một, enzym xúc tác phản ứng khử amin (deamidation) của gốc glutamine với phân tử nước. Phản ứng tạo liên kết chéo do TGs xúc tác làm biến đổi khối lượng phân tử, điện tích bề mặt, độ kỵ nước và cấu trúc không gian bậc cao của phân tử protein, từ đó làm thay đổi các đặc tính lưu biến và chức năng công nghệ.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Quá trình nghiên cứu thực nghiệm được triển khai tuần tự theo sơ đồ khối từ khâu xử lý nguyên liệu, trích ly phân lập protein đến biến tính enzym và phân tích chỉ tiêu:

  1. Quy trình thu nhận protein đậu Lima (Phaseolus lunatus protein - PP):

    • Hạt đậu Lima được ngâm nước 6 giờ (tỷ lệ hạt:nước là 1:2 w/v), tách bỏ vỏ thủ công để loại bỏ sắc tố và chất xơ thô. Hạt sau tách vỏ được sấy đối lưu ở 55°C trong 12 giờ đến độ ẩm dưới 10%, sau đó nghiền mịn và rây qua rây đường kính lỗ 100 mesh.
    • Bột đậu được khử béo bằng ethanol 96° (tỷ lệ 1:6 w/v) trong 24 giờ, gạn bỏ dung môi và sấy khô ở 55°C.
    • Bột khử béo được phối trộn với dung dịch NaCl 0,15 N theo tỷ lệ 1:15 (w/v), hiệu chỉnh môi trường trích ly đến pH 11 bằng dung dịch NaOH 1 N, khuấy từ trong 1 giờ để hòa tan tối đa protein kiềm.
    • Hỗn dịch được ly tâm 2 lần ở tốc độ 3.000 vòng/phút trong 20 phút để loại bỏ tinh bột và bã xơ không tan.
    • Dịch trích thu được được điều chỉnh về điểm đẳng điện (isoelectric point pI = 4,5) bằng dung dịch HCl 1 N, ủ lắng tĩnh 2 giờ ở 4°C để kết tủa protein tối đa.
    • Ly tâm thu tủa ở 3.000 vòng/phút trong 20 phút, rửa tủa và sấy đối lưu ở 50°C đến độ ẩm dưới 10%, nghiền mịn qua rây 100 mesh thu bột protein phân lập đậu Lima (PP).

  2. Quy trình biến tính enzym Transglutaminase:

    • Tạo huyền phù protein nồng độ 5% (w/v).
    • Thiết kế 3 thí nghiệm khảo sát đơn yếu tố:
      • Thí nghiệm 1 (Ảnh hưởng của pH): Khảo sát ở pH 4,0 và pH 7,0.
      • Thí nghiệm 2 (Ảnh hưởng của nồng độ TGs): Khảo sát các mức 0; 2,5; 5,0; 7,5 và 10,0 U/g protein.
      • Thí nghiệm 3 (Ảnh hưởng của thời gian ủ): Khảo sát các mốc thời gian 0, 1, 2, 3 và 4 giờ tại nhiệt độ 45°C, lắc điều nhiệt 250 vòng/phút trên thiết bị Jeiotech IST-4075R.
    • Sau phản ứng, enzym được bất hoạt nhiệt và mẫu được xử lý thu nhận bột protein biến tính (ký hiệu MPP7_3 cho mẫu tối ưu ở pH 7, ủ 3 giờ).

  3. Phương pháp phân tích và đánh giá:

    • Thành phần hóa học: Độ ẩm (sấy đến khối lượng không đổi ở 105°C), protein tổng số (phương pháp Kjeldahl sử dụng hệ thống cất tự động Buchi B-324), lipid thô (chiết Soxhlet), tro tổng số (nung ở 550°C).
    • Khối lượng phân tử: Điện di gel polyacrylamide có chứa sodium dodecyl sulfate (SDS-PAGE) trên hệ gel phân tách và gel gom, so sánh với thang chuẩn protein (marker).
    • Phân bố kích thước hạt: Đo tán xạ ánh sáng động (Dynamic Light Scattering - DLS) trên máy Malvern Zetasizer.
    • Cấu trúc bậc hai: Đo phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) 2 chùm tia trên dải sóng 4.000–400 $\text{cm}^{-1}$.
    • Tính chất chức năng:
      • Độ tan nitrogen ở các giá trị pH khác nhau xác định theo phương pháp định lượng protein hòa tan của Lowry.
      • Khả năng giữ nước (Water Absorption Capacity - WAC) và khả năng giữ dầu (Oil Absorption Capacity - OAC) xác định bằng phương pháp ly tâm đo thể tích chất lỏng bị giữ lại.
      • Hoạt tính nhũ hóa (Emulsifying Activity Index - EAI) và độ bền nhũ hóa (Emulsifying Stability Index - ESI) xác định bằng phương pháp đo độ đục quang phổ ở bước sóng 500 nm sau khi đồng hóa với dầu thực vật.
      • Khả năng tạo bọt (Foaming Ability/Capacity - FA/FC) và độ bền bọt (Foaming Stability - FS) đo theo tỷ lệ thể tích bọt sinh ra sau khi đánh cơ học ở các mốc thời gian.

Nội dung chính theo từng chương

Chapter 1: INTRODUCTION

Chương 1 thiết lập tính cấp thiết của đề tài dựa trên nhu cầu tìm kiếm nguồn đạm thực vật thay thế bền vững trong công nghiệp thực phẩm. Đậu Lima được định vị là một ứng viên giàu tiềm năng nhờ hàm lượng protein cao (21–26%) và thành phần dinh dưỡng cân đối. Tuy nhiên, tính chất chức năng công nghệ còn kém là rào cản lớn. Tác giả xác định mục tiêu áp dụng xử lý sinh học bằng enzym Transglutaminase để cải tạo cấu trúc và nâng cao các tính chất chức năng của protein này. Chương này cũng phân định rõ ràng các mục tiêu, 3 nhiệm vụ cụ thể, đối tượng nghiên cứu (đậu Lima Hải Dương Xanh, enzym TGs Mỹ Úc), phạm vi thực hiện tại HCMUTE và đóng góp khoa học - thực tiễn của đề tài.

Chapter 2: LITERATURE REVIEW

Chương 2 tổng hợp cơ sở lý luận và các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài:

  • Tổng quan về đậu Lima: Nguồn gốc lịch sử, phân loại hình thái hạt (gồm 3 nhóm chính: hạt nhỏ Baby lima, hạt lớn Carolina silva, và nhóm hạt có đốm Christmas/Jackson Wonders), năng suất canh tác tại Lâm Đồng (2.100 kg/ha). Thành phần hóa học của hạt đậu Lima: độ ẩm 10–14%, protein thô 21–26%, carbohydrate 55,9–63,9%, chất xơ 5–8%, tro 3,4% và lipid 3,9%. Dạng tinh bột kết tinh loại $\beta$ có tốc độ tiêu hóa chậm, phù hợp cho người ăn kiêng.
  • Phân loại và cấu trúc protein họ Đậu: Cấu trúc các phân đoạn 11S legumin (hexamer 300–400 kDa gồm chuỗi $\alpha$ có tính acid ~40 kDa và chuỗi $\beta$ có tính kiềm ~20 kDa), 7S vicilin (trimer 150–200 kDa), 2S albumin (10–18 kDa) và prolamin (95–140 kDa).
  • Các phương pháp thu nhận protein: So sánh cơ chế và hiệu quả của các phương pháp kết tủa bằng dung môi hữu cơ (ethanol 70° an toàn cho thực phẩm), kết tủa đẳng điện (pI 4–5) và phương pháp析 xuất muối (salting-out bằng NaCl).
  • Các phương pháp biến tính protein: Tổng quan các kỹ thuật xử lý nhiệt, xử lý acid/kiềm, biến tính bằng tia cực tím, xử lý cơ học, chiếu xạ, chất hoạt động bề mặt và biến tính bằng enzym.
  • Tổng quan về Transglutaminase: Cơ chế xúc tác tạo liên kết $\varepsilon$-($\gamma$-glutamyl)lysine; nguồn gốc vi sinh vật (Streptoverticillium mobaraense); các ứng dụng thực tế của TGs trong chế biến thịt tái cấu trúc, cải thiện độ bền gel của sữa chua và phô mai, tăng độ dai sợi mì và thể tích khối bánh mì.
  • Tổng quan tình hình nghiên cứu: Điểm luận các nghiên cứu trong nước (trích ly protein lạc của Nguyễn Thị Hiền 2017, cô lập protein đậu nành của Bùi Thanh Bình 2011) và các nghiên cứu quốc tế về biến tính protein bằng TGs trên đậu xanh (Moon & Cho, 2023), đậu Faba (Liu et al., 2019) và các loại đậu khác (Ali et al., 2010; Tang et al., 2006). Tác giả khẳng định chưa có nghiên cứu chuyên sâu nào được công bố về biến tính protein đậu Lima bằng TGs.

Chapter 3: MATERIALS AND RESEARCH METHODS

Chương 3 trình bày chi tiết về nguồn gốc vật liệu, thông số kỹ thuật của enzym, danh mục hóa chất, danh mục máy móc thiết bị và mô tả chi tiết quy trình thực nghiệm:

  • Tiêu chuẩn kỹ thuật của enzym TGs: Dạng bột màu trắng/vàng nhạt, hoạt lực 150 U/g (chuẩn 145–155 U/g), độ ẩm $\le 5,0%$, hàm lượng As không phát hiện ($\le 3,0$ mg/kg), tổng khuẩn hiếu khí 450 CFU/g ($\le 50.000$ CFU/g), Coliform và E. coli đạt chuẩn an toàn, âm tính với Salmonella và kháng sinh.
  • Mô tả chi tiết quy trình trích ly kiềm - kết tủa đẳng điện (ngâm hạt 6h, sấy 55°C, nghiền rây 100 mesh, khử béo bằng ethanol 96° tỷ lệ 1:6 trong 24h, trích ly bằng NaCl 0,15 N ở pH 11, ly tâm 3.000 rpm trong 20 min, kết tủa đẳng điện ở pH 4,5 trong 2h ở 4°C, thu tủa và sấy đối lưu 50°C).
  • Bố trí các thí nghiệm biến tính enzym: Khảo sát pH (4 và 7), nồng độ enzym TGs (0; 2,5; 5; 7,5; 10 U/g protein), thời gian phản ứng (0; 1; 2; 3; 4 giờ) ở 45°C và 250 rpm.
  • Chi tiết quy trình phân tích thành phần hóa sinh và đo đạc các tính chất hóa lý, chức năng.

Chapter 4: RESULTS AND DISCUSSION

Chương 4 phân tích số liệu thực nghiệm thu được từ quá trình biến tính và so sánh tính chất giữa mẫu protein nguyên bản (PP) và mẫu protein biến tính tối ưu (MPP7_3):

  • Lựa chọn điều kiện biến tính tối ưu:
    • Giá trị pH tối ưu: pH 7 cho hiệu quả xúc tác tạo liên kết chéo cao hơn hẳn pH 4 (thể hiện qua sự biến mất của các vạch protein phân tử lượng thấp trên bản điện di SDS-PAGE và sự hình thành các polymer khối lượng lớn không đi vào gel phân tách).
    • Nồng độ enzym tối ưu: 5 U/g protein cho hiệu quả chuyển hóa và hiệu suất thu hồi tối ưu, tăng nồng độ lên 7,5–10 U/g không làm tăng đáng kể mức độ polyme hóa.
    • Thời gian ủ tối ưu: 3 giờ ở 45°C. Quá thời gian này, mức độ tạo liên kết chéo bão hòa.
  • Hiệu suất thu hồi và thành phần hóa học: Mẫu biến tính tối ưu (MPP7_3) đạt hiệu suất thu hồi protein khoảng 68,xx%. Hàm lượng protein tinh khiết trong chế phẩm MPP7_3 đạt 68,54%, cao hơn mẫu protein chưa biến tính PP (61,xx%).
  • Cấu trúc phân tử và kích thước hạt: Điện di SDS-PAGE và phổ FTIR xác nhận sự hình thành liên kết isopeptide giữa các chuỗi polypeptide; phép đo DLS cho thấy kích thước hạt protein tăng lên do hiện tượng polyme hóa tạo phức hợp phân tử lượng lớn.
  • Tính chất chức năng công nghệ:
    • Khả năng giữ nước (WAC): Tăng từ mức 2,xx g/g (ở mẫu PP) lên 5,34 g/g (ở mẫu MPP7_3).
    • Khả năng giữ dầu (OAC): Tăng từ 1,55 mL/g (ở mẫu PP) lên 2,28 mL/g (ở mẫu MPP7_3).
    • Hoạt tính nhũ hóa và độ bền nhũ: Mẫu MPP7_3 đạt độ bền nhũ hóa ESI là 42,42 phút, cao hơn gấp đôi so với mẫu PP (22,xx phút).
    • Độ tan nitrogen: Độ tan của MPP7_3 giảm nhẹ so với PP do các liên kết chéo làm tăng khối lượng phân tử và làm bộc lộ các nhóm kỵ nước liên kết.
    • Khả năng tạo bọt và độ bền bọt: Khảo sát theo các dải pH cho thấy khả năng tạo bọt của mẫu biến tính phụ thuộc mạnh vào pH môi trường và cấu trúc mạng lưới protein liên kết chéo.

Chapter 5: CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS

Chương 5 tóm kết toàn bộ các thông số công nghệ đã tối ưu hóa cho quy trình biến tính protein đậu Lima bằng enzym TGs và tổng hợp các chỉ tiêu hóa lý, chức năng được cải thiện. Tác giả đưa ra các khuyến nghị về việc ứng dụng mẫu MPP7_3 vào các hệ ma trận thực phẩm cụ thể như làm chất ổn định cấu trúc trong sản xuất bánh mì, giò chả/thịt thực vật và các sản phẩm tráng miệng từ sữa.

Kết quả và đóng góp

Kết quả định lượng chính

Các thông số công nghệ tối ưu được xác lập cho quy trình biến tính protein đậu Lima bằng enzym Transglutaminase gồm: dung dịch protein nồng độ 5% (w/v), nồng độ enzym TGs 5 U/g protein, môi trường phản ứng pH 7,0, nhiệt độ ủ 45°C, tốc độ lắc 250 vòng/phút và thời gian phản ứng 3 giờ (mẫu MPP7_3).

Bảng tổng hợp so sánh các chỉ tiêu hóa lý và tính chất chức năng giữa protein đậu Lima tự nhiên (PP) và protein đậu Lima biến tính tối ưu (MPP7_3):

Chỉ tiêu phân tích Mẫu đối chứng chưa biến tính (PP) Mẫu biến tính tối ưu (MPP7_3) Ý nghĩa biến đổi
Hàm lượng protein (%) ~61,xx% 68,54% Tăng độ tinh sạch của protein sau quá trình xử lý
Khả năng giữ nước (WAC) ~2,xx g/g 5,34 g/g Tăng khả năng hydrat hóa và giữ ẩm
Khả năng giữ dầu (OAC) 1,55 mL/g 2,28 mL/g Tăng khả năng hấp thụ và cố định chất béo
Độ bền nhũ hóa (ESI) ~22,xx phút 42,42 phút Tăng hơn 2 lần độ bền của hệ nhũ tương dầu/nước
Độ hòa tan nitrogen Cao hơn Thấp hơn Giảm do polyme hóa tạo phân tử lượng lớn
Khối lượng phân tử & kích thước hạt Phân bố ở dải phân tử lượng cơ bản Xuất hiện polymer phân tử lượng cao, kích thước hạt DLS tăng Minh chứng cho phản ứng tạo liên kết chéo $\varepsilon$-($\gamma$-glutamyl)lysine

Đóng góp của đề tài

  1. Về mặt khoa học: Đề tài là công trình đầu tiên công bố dữ liệu thực nghiệm có hệ thống về quy trình biến tính sinh học protein đậu Lima (Phaseolus lunatus) bằng enzym Transglutaminase; cung cấp dữ liệu phổ FTIR, điện di SDS-PAGE, kích thước hạt DLS và cơ chế biến đổi các tính chất chức năng công nghệ của protein đậu Lima dưới tác động xúc tác của TGs.
  2. Về mặt thực tiễn: Thiết lập thành công quy trình công nghệ chiết tách và biến tính protein từ đậu Lima ở quy mô phòng thí nghiệm, mở ra tiềm năng ứng dụng nguồn protein đậu Lima biến tính (MPP7_3) như một chất phụ gia chức năng cải thiện độ dai, khả năng giữ nước và tạo nhũ trong sản xuất bánh nướng, sản phẩm sữa lên men và các sản phẩm thịt tái cấu trúc hoặc thực phẩm mô phỏng thịt.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi và nội dung trình bày trong khóa luận, nghiên cứu còn một số hạn chế và định hướng phát triển sau:

  • Quy mô thực hiện: Các thí nghiệm mới chỉ dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm (lab-scale), chưa được thử nghiệm ở quy mô pilot hay quy mô sản xuất công nghiệp.
  • Thử nghiệm ứng dụng thực tế: Nghiên cứu mới dừng lại ở việc đánh giá các tính chất chức năng in vitro (WAC, OAC, EAI, ESI, độ tan), chưa phối trộn trực tiếp mẫu MPP7_3 vào các công thức sản phẩm thực phẩm cụ thể (như xúc xích, bánh mì, phô mai) để đánh giá các chỉ tiêu cảm quan, cấu trúc kết cấu (texture profile analysis) và hạn sử dụng thực tế.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo: Cần nghiên cứu tối ưu hóa quy trình trích ly và biến tính trên hệ thiết bị lớn hơn; khảo sát sâu hơn về hoạt tính sinh học (chống oxy hóa, ức chế enzyme chuyển hóa) và khả năng tiêu hóa in vitro (in vitro protein digestibility) của protein biến tính; thử nghiệm ứng dụng thực tế trên từng ma trận thực phẩm cụ thể.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận này mang lại giá trị tham khảo cụ thể cho:

  • Sinh viên, học viên cao học và nhà nghiên cứu ngành Công nghệ Thực phẩm, Hóa sinh thực phẩm và Công nghệ Sinh học: Nguồn tài liệu tham khảo chi tiết về phương pháp chiết tách protein từ hạt họ Đậu (kỹ thuật khử béo bằng cồn, trích ly kiềm, kết tủa đẳng điện) và phương pháp biến tính protein bằng enzym.
  • Người thực hiện đề tài về tính chất chức năng của protein: Cung cấp đầy đủ cơ sở lý thuyết, công thức tính toán và quy trình phân tích thực nghiệm chuẩn đối với các chỉ tiêu: WAC, OAC, EAI/ESI, khả năng tạo bọt, định lượng protein theo Lowry, điện di SDS-PAGE và phân tích cấu trúc qua FTIR, DLS.
  • Các kỹ sư phát triển sản phẩm (R&D) trong ngành chế biến thực phẩm: Tham khảo quy trình và thông số kỹ thuật xử lý TGs để ứng dụng vào việc nâng cao tính chất tạo gel, tạo nhũ và giữ nước cho các nguồn đạm thực vật mới.

Câu hỏi thường gặp

1. Mục đích chính của việc xử lý protein đậu Lima bằng enzym Transglutaminase là gì?

Mục đích chính là xúc tác phản ứng tạo liên kết chéo đồng hóa trị $\varepsilon$-($\gamma$-glutamyl)lysine giữa các chuỗi polypeptide, làm thay đổi cấu trúc không gian và khối lượng phân tử của protein. Quá trình này giúp khắc phục nhược điểm về tính chất chức năng tự nhiên kém của protein đậu Lima, từ đó cải thiện đáng kể khả năng giữ nước, giữ dầu, hoạt tính nhũ hóa và độ bền hệ nhũ tương để ứng dụng trong chế biến thực phẩm.

2. Các thông số công nghệ tối ưu cho quá trình biến tính protein đậu Lima (mẫu MPP7_3) được xác định là bao nhiêu?

Các thông số tối ưu gồm: nồng độ cơ chất protein ban đầu 5% (w/v), nồng độ enzym Transglutaminase 5 U/g protein, môi trường phản ứng pH 7,0, nhiệt độ ủ 45°C, tốc độ lắc 250 vòng/phút và thời gian phản ứng 3 giờ.

3. Tính chất giữ nước (WAC), giữ dầu (OAC) và độ bền nhũ (ESI) của protein biến tính (MPP7_3) thay đổi như thế nào so với mẫu ban đầu (PP)?

Sau khi biến tính, khả năng giữ nước (WAC) của protein tăng từ ~2,xx g/g lên 5,34 g/g; khả năng giữ dầu (OAC) tăng từ 1,55 mL/g lên 2,28 mL/g; và độ bền nhũ hóa (ESI) tăng từ ~22,xx phút lên 42,42 phút (tăng hơn gấp đôi so với mẫu protein tự nhiên chưa biến tính).

4. Vì sao độ hòa tan của protein sau khi biến tính bằng enzym Transglutaminase lại có xu hướng giảm?

Độ hòa tan của protein giảm là do tác động xúc tác của enzym TGs tạo ra các liên kết chéo $\varepsilon$-($\gamma$-glutamyl)lysine liên phân tử, hình thành các cấu trúc polymer sinh học có khối lượng phân tử rất lớn. Quá trình này làm giảm số lượng nhóm phân cực tự do trên bề mặt và làm bộc lộ một số vùng kỵ nước bên trong phân tử, dẫn đến giảm khả năng phân tán tự do trong dung dịch nước so với protein ban đầu.

5. Quy trình trích ly thu nhận protein thô từ hạt đậu Lima nguyên liệu gồm các công đoạn chính nào?

Quy trình gồm các bước: (1) Ngâm hạt 6 giờ (tỷ lệ 1:2 w/v) và tách vỏ thủ công; (2) Sấy khô ở 55°C trong 12 giờ đến độ ẩm <10% và nghiền rây qua lưới 100 mesh; (3) Khử béo bằng ethanol 96° (tỷ lệ 1:6 w/v) trong 24 giờ; (4) Trích ly bằng dung dịch NaCl 0,15 N (tỷ lệ 1:15 w/v) ở pH 11 trong 1 giờ; (5) Ly tâm 3.000 vòng/phút trong 20 phút thu dịch trích; (6) Kết tủa đẳng điện dịch trích ở pH 4,5 trong 2 giờ ở 4°C; (7) Ly tâm thu tủa và sấy đối lưu ở 50°C đến độ ẩm <10%, nghiền rây thu bột protein phân lập.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Hồ Ngọc Trâm và Nguyễn Trần Gia Vui đã nghiên cứu thành công quy trình chiết tách protein từ hạt đậu Lima và tối ưu hóa các điều kiện công nghệ biến tính sinh học bằng enzym Transglutaminase ở điều kiện pH 7, nồng độ enzym 5 U/g protein, nhiệt độ 45°C trong thời gian 3 giờ. Chế phẩm protein biến tính thu được (MPP7_3) thể hiện sự vượt trội về độ tinh khiết (protein đạt 68,54%), khả năng giữ nước (5,34 g/g), khả năng giữ dầu (2,28 mL/g) và độ bền nhũ hóa (42,42 phút) so với mẫu protein ban đầu. Kết quả của công trình cung cấp cơ sở thực nghiệm vững chắc, mở ra tiềm năng ứng dụng thực tế của protein đậu Lima biến tính như một thành phần chức năng giá trị cao trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm.