I. Tổng Quan Nghiên Cứu Phân Riêng Protein Đậu Phộng 2024
Đậu phộng, hay Arachis hypogaea L., là nguồn protein thực vật quan trọng. Ngoài các sản phẩm truyền thống, đậu phộng còn được dùng trong bánh, sản phẩm thịt, soup và tráng miệng. Sau khi tách dầu, bã đậu phộng giàu protein (45-60%), chứa nhiều acid amin thiết yếu. Chế phẩm protein thường là protein concentrate hoặc protein isolate. Phương pháp truyền thống sử dụng dung môi, acid, base hoặc nhiệt, có thể làm biến tính protein, giảm chất lượng. Kỹ thuật siêu lọc là phương pháp mới, điều kiện ôn hòa, chi phí năng lượng thấp. Protein concentrate và protein isolate từ đậu nành sản xuất bằng siêu lọc có khả năng hòa tan tốt và ít acid phytic hơn so với phương pháp truyền thống. Nghiên cứu này khảo sát quá trình phân riêng dịch trích protein đậu phộng bằng kỹ thuật siêu lọc ở quy mô phòng thí nghiệm. Đánh giá khả năng phân riêng protein đậu phộng của màng siêu lọc với kích thước mao quản khác nhau, ở các điều kiện pH và áp suất khác nhau. Cuối cùng thử nghiệm bổ sung nước vào dòng chưa qua màng để nâng cao độ tinh sạch của sản phẩm.
1.1. Tìm Hiểu Về Protein Đậu Phộng Và Ứng Dụng Thực Phẩm
Hạt đậu phộng chứa 21-36% protein, gồm globulin (tan trong nước muối) và albumin (tan trong nước). Globulin chứa conarachin và arachin. Hai thành phần này là những globulin có khối lượng phân tử lớn. Khác biệt chính là hàm lượng lưu huỳnh. Với điều kiện trích ly khác nhau, thành phần, hàm lượng và tính chất của protein đậu phộng sẽ khác nhau. Nhìn chung, protein đậu phộng hòa tan ở khoảng pH từ 1-12, kém nhất tại pH 4,5-5,5. Basha (1982) tìm thấy 74 polypeptide chính và 100-125 polypeptide phụ trong đậu phộng isolate. Các sản phẩm từ đậu phộng giàu protein bao gồm bã đậu phộng tách béo, bột đậu phộng, chế phẩm protein concentrate và protein isolate đậu phộng.
1.2. Tổng Quan Về Kỹ Thuật Siêu Lọc Trong Phân Riêng Protein
Kỹ thuật siêu lọc là quá trình tách các phân tử dựa trên kích thước bằng màng lọc. Áp suất được sử dụng để đẩy dung dịch qua màng siêu lọc, giữ lại các phân tử lớn hơn và cho phép các phân tử nhỏ hơn đi qua. Ưu điểm của kỹ thuật siêu lọc bao gồm điều kiện quá trình ôn hòa, không sử dụng hóa chất độc hại và chi phí năng lượng thấp. Tuy nhiên, nhược điểm chính là hiện tượng tắc nghẽn màng, làm giảm thông lượng dòng chảy theo thời gian. Kích thước lỗ màng siêu lọc, áp suất, nhiệt độ và pH là các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình siêu lọc.
II. Thách Thức Biến Tính Protein Khi Phân Riêng Đậu Phộng
Phương pháp truyền thống sản xuất protein concentrate hay isolate từ đậu phộng có thể làm biến tính protein. Việc sử dụng dung môi, acid, base, hoặc nhiệt trong quá trình chiết xuất có thể ảnh hưởng đến cấu trúc và chức năng của protein. Biến tính protein làm giảm chất lượng sản phẩm và khả năng ứng dụng. Hơn nữa, phương pháp truyền thống sinh ra lượng lớn chất thải như whey acid, gây ô nhiễm môi trường. Cần nghiên cứu các phương pháp mới để sản xuất chế phẩm protein, cải thiện chất lượng sản phẩm và hạn chế ô nhiễm môi trường. Dị ứng đậu phộng cũng là một thách thức lớn. Theo FDA, đậu phộng là một trong tám thực phẩm gây dị ứng. Ara hl và Ara h2 là hai nhóm protein gây dị ứng chính trong đậu phộng.
2.1. Các Phương Pháp Phân Riêng Protein Truyền Thống và Hạn Chế
Các phương pháp truyền thống để phân riêng protein thường sử dụng kết tủa đẳng điện, chiết xuất bằng dung môi hoặc kết hợp cả hai. Kết tủa đẳng điện dựa trên việc giảm độ hòa tan của protein ở pH đẳng điện của chúng. Chiết xuất bằng dung môi sử dụng các dung môi hữu cơ để tách protein khỏi các thành phần khác trong hỗn hợp. Tuy nhiên, những phương pháp này có thể gây biến tính protein, ảnh hưởng đến chức năng và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm cuối cùng. Ngoài ra, việc sử dụng hóa chất và tạo ra chất thải cũng là những hạn chế đáng kể.
2.2. Yếu Tố Dị Ứng và Ảnh Hưởng Đến Ứng Dụng Protein Đậu Phộng
Đậu phộng chứa nhiều protein có khả năng gây dị ứng, đặc biệt là Ara h 1, Ara h 2, Ara h 3 và Ara h 6. Các protein này rất bền nhiệt và kháng tiêu hóa, làm tăng khả năng gây dị ứng. Do đó, việc loại bỏ hoặc giảm thiểu hàm lượng các protein gây dị ứng này là rất quan trọng để mở rộng ứng dụng của protein đậu phộng trong thực phẩm. Các phương pháp xử lý như thủy phân enzyme hoặc biến đổi cấu trúc protein có thể được sử dụng để giảm tính gây dị ứng của protein đậu phộng.
III. Phương Pháp Siêu Lọc Cách Phân Riêng Protein Đậu Phộng Hiệu Quả
Kỹ thuật siêu lọc được xem là phương pháp mới trong sản xuất chế phẩm protein. Ưu điểm là điều kiện ôn hòa (không dùng acid, kiềm đặc, nhiệt độ phòng) và chi phí năng lượng thấp. Protein concentrate và protein isolate từ đậu nành sản xuất bằng kỹ thuật siêu lọc có khả năng hòa tan tốt, tính chất chức năng vượt trội và ít acid phytic hơn so với phương pháp truyền thống. Tuy nhiên, kỹ thuật này có nhược điểm là giảm thông lượng dòng qua màng theo thời gian do tắc nghẽn màng. Nghiên cứu này sẽ đánh giá khả năng phân riêng protein đậu phộng của màng siêu lọc với kích thước mao quản khác nhau, ở các điều kiện pH nguyên liệu cũng như áp suất vận hành khác nhau. Kế đến, sẽ đánh giá sự ảnh hưởng của hệ số cô đặc đến quá trình phân riêng.
3.1. Tối Ưu Hóa Kích Thước Mao Quản Màng Siêu Lọc
Kích thước mao quản của màng siêu lọc là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ phân riêng protein. Màng có kích thước mao quản nhỏ hơn sẽ giữ lại các phân tử protein lớn hơn, trong khi màng có kích thước mao quản lớn hơn sẽ cho phép các phân tử protein nhỏ hơn đi qua. Việc lựa chọn kích thước mao quản phù hợp phụ thuộc vào kích thước của protein mục tiêu và các thành phần cần loại bỏ. Trong nghiên cứu này, hai loại màng có kích thước mao quản 25 kDa và 50 kDa được sử dụng để so sánh hiệu quả phân riêng protein.
3.2. Ảnh Hưởng Của pH Và Áp Suất Trong Quá Trình Siêu Lọc
pH và áp suất là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình siêu lọc. pH ảnh hưởng đến điện tích bề mặt của protein, do đó ảnh hưởng đến sự tương tác giữa protein và màng lọc. Áp suất ảnh hưởng đến thông lượng dòng chảy qua màng và độ phân riêng. Tối ưu hóa pH và áp suất có thể cải thiện hiệu quả phân riêng protein và giảm thiểu hiện tượng tắc nghẽn màng. Trong nghiên cứu này, ảnh hưởng của pH nhập liệu và áp suất vận hành đến độ phân riêng protein, phytate, carbohydrate và thông lượng dòng qua màng được khảo sát.
IV. Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Thông Số Đến Phân Riêng Protein Hiệu Quả
Nghiên cứu này khảo sát ảnh hưởng của kích thước mao quản, pH nhập liệu, áp suất vận hành đến độ phân riêng protein, phytate, carbohydrate và thông lượng dòng qua màng trong quá trình siêu lọc dịch protein đậu phộng. Kết quả cho thấy, màng 50 kDa cho thông lượng dòng qua màng lớn, hệ số tách phytate và carbohydrate cao hơn màng 25 kDa, mặc dù độ phân riêng protein của màng 50 kDa thấp hơn. Các thông số khác đi cùng với màng 50 kDa nhằm đạt được hiệu quả phân riêng cao nhất là pH nhập liệu 5, áp suất vận hành 6 bar.
4.1. Kết Quả Về Độ Phân Riêng Protein Phytate Carbohydrate
Nghiên cứu đã đánh giá độ phân riêng của protein, phytate và carbohydrate bằng kỹ thuật siêu lọc. Kết quả cho thấy kích thước mao quản ảnh hưởng đáng kể đến độ phân riêng. pH và áp suất cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa quá trình phân riêng. Màng 50 kDa cho phép loại bỏ phytate và carbohydrate hiệu quả hơn, nhưng độ phân riêng protein thấp hơn so với màng 25 kDa. Tối ưu hóa pH và áp suất có thể cải thiện độ phân riêng protein và giảm thiểu hiện tượng tắc nghẽn màng.
4.2. Phân Tích Thông Lượng Dòng Qua Màng Trong Quá Trình Siêu Lọc
Thông lượng dòng qua màng là một chỉ số quan trọng đánh giá hiệu quả của quá trình siêu lọc. Thông lượng dòng qua màng bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm kích thước mao quản, pH, áp suất và hiện tượng tắc nghẽn màng. Nghiên cứu này đã phân tích thông lượng dòng qua màng trong các điều kiện khác nhau. Màng 50 kDa cho thông lượng dòng qua màng cao hơn so với màng 25 kDa. Tối ưu hóa pH và áp suất có thể cải thiện thông lượng dòng qua màng và giảm thiểu hiện tượng tắc nghẽn màng.
V. Ứng Dụng Tinh Sạch Protein Bằng Bổ Sung Nước Trong Siêu Lọc
Để tăng hiệu quả tinh sạch protein, giải pháp bổ sung nước gián đoạn cũng được tiến hành. Phương án bổ sung nước 3 lần cho tỉ lệ loại bỏ carbohydrate và phytate rất cao (lớn hơn 90%). Việc ứng dụng kỹ thuật siêu lọc vào quá trình phân riêng dịch trích protein đậu phộng có tính khả thi cao. Quá trình phân riêng protein hiệu quả sẽ mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong công nghệ thực phẩm và dược phẩm.
5.1. Đánh Giá Hiệu Quả Bổ Sung Nước Để Tăng Độ Tinh Sạch
Việc bổ sung nước vào dòng không qua màng trong quá trình siêu lọc giúp tăng hiệu quả loại bỏ các tạp chất và nâng cao độ tinh sạch của sản phẩm protein. Bổ sung nước gián đoạn cho tỉ lệ loại bỏ carbohydrate và phytate rất cao (lớn hơn 90%). Phương pháp này có thể được tối ưu hóa để đạt được hiệu quả tinh sạch cao nhất và giảm thiểu lượng nước sử dụng.
5.2. Tiềm Năng Ứng Dụng Protein Đậu Phộng Trong Công Nghiệp
Sau khi được phân riêng và tinh sạch, protein đậu phộng có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm. Protein đậu phộng có thể được sử dụng làm chất bổ sung protein trong thực phẩm, chất nhũ hóa, chất tạo bọt hoặc chất kết dính. Ngoài ra, protein đậu phộng còn có tiềm năng ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm dược phẩm và mỹ phẩm.
VI. Kết Luận Kỹ Thuật Siêu Lọc Cho Tương Lai Protein Đậu Phộng
Nghiên cứu này chứng minh tính khả thi của việc sử dụng kỹ thuật siêu lọc trong quá trình phân riêng dịch trích protein đậu phộng. Các kết quả thu được trong luận văn này sẽ tạo tiền đề cho những nghiên cứu sâu hơn tiến tới ứng dụng kỹ thuật siêu lọc trong quá trình phân riêng dịch trích protein đậu phộng ở quy mô công nghiệp. Protein đậu phộng sau khi phân tách có nhiều ứng dụng tiềm năng trong công nghệ thực phẩm và dược phẩm. Hướng nghiên cứu này có thể mang lại giải pháp kinh tế và thân thiện với môi trường để sản xuất các sản phẩm protein chất lượng cao.
6.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu và Hướng Phát Triển Tiếp Theo
Nghiên cứu này đã khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân riêng protein đậu phộng bằng kỹ thuật siêu lọc, bao gồm kích thước mao quản, pH, áp suất và hệ số cô đặc. Kết quả cho thấy siêu lọc là một phương pháp hiệu quả để phân riêng protein đậu phộng và loại bỏ các tạp chất. Hướng phát triển tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa các thông số quá trình và nghiên cứu các phương pháp tiền xử lý để cải thiện hiệu quả siêu lọc.
6.2. Triển Vọng Ứng Dụng Kỹ Thuật Siêu Lọc Trong Sản Xuất Protein
Kỹ thuật siêu lọc có triển vọng lớn trong sản xuất protein từ nhiều nguồn khác nhau, không chỉ từ đậu phộng. Ưu điểm của siêu lọc bao gồm chi phí thấp, hiệu quả cao và thân thiện với môi trường. Việc áp dụng kỹ thuật siêu lọc trong sản xuất protein có thể giúp giảm thiểu chất thải, tiết kiệm năng lượng và tạo ra các sản phẩm protein chất lượng cao với giá thành cạnh tranh.
