Chương 1. GIỚI THIEU Đậu phộng (Arachis hypogaea L.) là một trong những cây trồng phô biến trên thé giới và là nguồn cung cấp nguyên liệu cho ngành công nghiệp dau béo. Gan đây, đậu phộng được quan tâm như là một nguồn protein chi phí thấp dé bố sung vào khâu phan ăn hàng ngày của con người. Ngoài các sản phẩm truyền thông như bơ đậu phộng và đậu phộng rang, đậu phông còn được sử dụng để sản xuất một số loại bánh, làm chất độn trong các sản phẩm thịt, soup và sản phẩm tráng miệng.
Sau quá trình tách dau, phụ phẩm răn thu được có hàm lượng protein cao (45 — 60 %), chứa nhiều các acid amin thiết yếu và có thể sử dụng để khai thác protein, ứng dụng trong công nghệ thực phẩm. Chế phẩm protein được dùng trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm thường là các dang protein concentrate hoặc protein isolate. Phương pháp truyền thống dé sản xuất protein concentrate hay isolate từ đậu phộng có sử dụng dung môi, acid hay base, hoặc nhiệt nên có thể làm biến tính protein, từ đó làm giảm chất lượng của chế phẩm protein đậu phộng. Ngoài ra, phương pháp truyền thống sinh ra một lượng lớn chất thải giống như whey acid (với hàm lượng protein khá cao) nên làm tăng nguy cơ ô nhiễm môi trường nước.
Do đó, việc nghiên cứu những phương pháp mới để sản xuất chế phẩm protein nhằm mục đích cải thiện chất lượng sản phẩm và hạn chế hiện tượng 6 nhiêm môi trường là cần thiệt. Kỹ thuật siêu lọc được xem là một phương pháp mới trong quy trình sản xuất chế phẩm protein. Những ưu điểm của kỹ thuật siêu lọc là điều kiện quá trình ôn hòa (không sử dụng acid hay kiềm đặc, nhiệt độ phòng) và chi phí năng lượng thấp. Protein concentrate va protein isolate từ đậu nành được san xuất băng 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.
Ngoài ra, kỹ thuật siêu lọc cũng được sử dụng để sản xuất chế phẩm | protein từ phụ phẩm quá trình sản xuất phô mai. Tuy nhiên, kỹ thuật này có nhược điểm là làm giảm thông lượng dòng qua màng theo thời gian do hiện tượng tắc nghẽn màng. Nghiên cứu này bước đầu khảo sát quá trình phân riêng dịch trích protein đậu phộng bằng kỹ thuật siêu lọc ở quy mô phòng thí nghiệm. Chúng tôi 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, chúng tôi sẽ đánh giá sự ảnh hưởng của hệ số cô đặc đến quá trình phân riêng. Cuối cùng, dựa vào các thông số đã lựa chọn, chúng tôi thử nghiệm bố sung nước vào dòng chưa qua màng trong quá trình phân riêng để nâng cao độ tinh sạch của sản phẩm. Kết quả thu được trong luận văn này sẽ tạo tiền đề cho những nghiên cứu sâu hơn tiễn tới ứng dụng kỹ thuật siêu lọc trong quá trình phân riêng dịch trích protein đậu phông ở quy mô công nghiệp. Thành phan hóa hoc hat đâu phông Đậu phộng có tên khoa học Arachis hypogaea Linn, là một loài cây thuộc họ đậu, thu hoạch hang năm, là nguồn cung cấp protein thực vật quan trọng đứng thứ hai trên thế giới sau đậu nành [1].
Đậu phộng có nguồn gốc từ Nam Mỹ và được trồng đầu tiên vào thế ky XVI [2]. Theo thống kê, sản lượng đậu phộng từ đầu năm 2014 đến tháng 5 năm 2014 trên toàn thế giới dat được 40,86 triệu tan: trong đó, Viet Nam đã đóng góp xấp xỉ 0,55 triệu tấn và là một trong mười nước có sản lượng đậu phộng lớn nhất trên thế giới (USDA Foreign Agricultural Service, Table 13 Peanut Area, Yield, and Production). Hon nữa, theo tổ chức FAO, đậu phong cũng là một trong 15 loại thực vật đảm nhận vai trò cung cấp hơn 90% nhu cầu ăn uống hàng ngày của chúng ta [3]. Trên thế giới, đậu phộng chủ yếu được trồng dé lay dau là chính [4] [5].
Bên cạnh đó, đậu phộng còn được dùng để sản xuất bơ đậu phông, snack hạt và kẹo [6]. Sữa đậu phong, một loại dịch trích thu được từ nhân hạt đậu phộng, được sử dụng ở các nước đang phát triển vì rẻ hơn sữa động vật, giàu protein, khoáng và các acid béo cần thiết [7]. Hạt đậu phộng có hai lá mam và phôi, được bao xung quanh bởi một vỏ lua [8]. Hạt đậu phộng chứa khoảng 36 — 54 % lipid, 21 — 36 % protein và lượng nhỏ carbohydrate và tro [8].
Thanh phan acid béo trong dau thay đối tùy thuộc vào giống, mức độ trưởng thành, điều kiện môi trường [9] [10]. Acid béo oleic, linoleic, palmitic va stearic chiém thành phan lớn nhất và hon 90% tổng acid béo [9] [10]. Dầu đậu phộng có 0,025% a — 3 tocopherol và 0,020% y — tocopherol [11]. Đây là thành phan có hoạt tính chống oxy hóa trong một số loại cây họ đậu [12].
Hàm lượng carbohydrate trong đậu phộng gồm 2 — 5 % đường, 4 % tinh bột, 4% là các hợp chat pectic và 2 % cellulose [8]. Cũng như acid béo. lượng đường thay doi tùy thuộc vào điều kiện trồng trọt, mức độ trưởng thành của hạt, giống, mùa vụ và nơi sản xuất [13]. Đường saccharose là thành phần nhiều nhất trong các loại đường có trong đậu phộng, ước tính khoảng 2 — 5 % tong khối lượng [8], kế đến là stachyose va raffinose [6].
Thêm vào đó, đậu phộng cũng chứa một lượng đáng kế các vitamin va khoáng chất. Bên cạnh là nguồn cung cấp vitamin E, đậu phộng cũng cung cấp một lượng đáng kế vitamin B, kali, photpho và magie [6] [8]. Ngoài ra, nó cũng chứa một lượng nhỏ vitamin C va một ít vitamin A, D, K [8]. Protein dau phong Hạt đậu phộng có chứa 21 — 36 % protein, gồm hai thành phan chính là globulin (tan trong nước muối) và albumin (tan trong nước) [14] [15].
Trong tong luong globulin, conarachin (tập trung ở tế bào chat) chiếm một phan mười và arachin (trong lớp auleron và phân thịt hạt) chiếm ba phân tư [14]. Hai thành phần này là những globulin có khối lượng phân tử lớn [16] [17]. Sự khác biệt chính giữa hai loại globulin này là hàm lượng lưu huỳnh có trong phân tử, lượng lưu huỳnh trong conarachin cao gấp ba lần lượng lưu huỳnh có trong arachin [14]. Trong quá trình bảo quản, các đại phân tử globulin có thé bị thủy phân để tạo nên các đơn phân có khối lượng phân tử nhỏ hơn (Bảng 2.
Với những điều kiện trích ly protein khác nhau (loại môi trường và tỉ lệ dung môi/bột) thì thành phan, hàm lượng và tính chat của các protein đậu phông sẽ khác nhau. Nhìn chung, protein đậu phộng hoa tan ở khoảng pH từ 1 — 12, trong đó hòa tan kém nhất tại pH từ 4,5 — 5,5 [5]. Khi có mặt của các ion lạ (như Na’, PO,, Cl.) thì độ hòa tan của protein tai pH dang điện tăng dan. Ngoài ra, khi nghiên cứu về thành phan polypeptide chính của đậu phộng isolate, Basha (1982) tìm thay 74 polypeptide chính và 100 — 125 polypeptide phụ có thé được phân biệt thông qua điểm đăng điện pI và khối lượng phân tử [18].
Điểm đăng điện của các thành phan này dao động từ 4,4 đến 8,0 và khối lượng phân tử dao động trong khoảng 16 — 75 kDa.1 Khối lượng phân tử của 5 nhóm chính của các đơn phân protein đậu phộng [2] Don phan protein dau phong Khối lượng phan tử (kDa) Conarachin >50 Acidic arachin 38-499 Protein có khối lượng phân tử trung bình 23 — 37,9 Arachin co ban 18-229 Protein có khối lượng phân tử thấp 14-179 Thanh phan va ham lượng của các loại acid amin được thé hiện qua Bảng 2. Rõ rang, đậu phộng giàu acid glutamic, aspartic acid và arginine, ít các acid amin có chứa lưu huỳnh như methionine va cysteine [13]. Hơn nữa, đậu phông cũng nghèo các amino acid thiết yếu như lysine, threonine va methionine [13]. 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.
Trong bã, 97% protein tong là hai dang của globulin: arachin và conarachin [19]. Hàm lượng 5 protein trong bã đậu phộng sẽ tùy thuộc vào phương pháp tách dầu [20]. Các phương pháp tách dầu được sử dụng chủ yếu là ép bằng thủy lực hoặc trục vis, trích ly bang dung môi (hexane) hoặc ép trước rồi dùng dung môi trích ly [4| [5].2 Thành phan amino acid trong protein đậu phộng [21] Amino acid Ham lượng (g/100g protein) Glutamic acid 2301 Aspartic acid 12,91 Arginine 12,43 Leicine 6,25 Phenyalanine 541 Serine 5,22 Glycine 5,15 Proline 5,01 Tyrosine 4,12 Alanine 3,74 Vanine 3.50 Histidine 2,22 Tryptophane 159 Methionine 052 Cysteine 0,33 Các san phẩm đậu phộng tách béo dùng cho người (hàm lượng aflatoxin thấp hơn 20 ppb) được bồ sung vào khá nhiều loại thực phẩm, gom bột đậu phộng (ham lượng protein nhỏ hơn 69%), chế phẩm protein concentrate (70 — 85% protein) và chế 6 phẩm protein isolate (86 — 100% protein) [4] [5]. Bột đậu phong đã được thương mại hóa, nhưng vì có thé gây di ứng nên nó chưa được sử dụng rộng rãi đặc biệt là ở Hoa Ky và các nước chau Au.
Quy trình sản xuất protein concentrate/isolate thường bắt đầu băng việc trích protein từ trong bột đậu phộng tách béo trong một loại dung môi (nước, kiềm, acid, muối, cồn loãng). Những thành phần không phải protein sẽ được loại bỏ. Thông thường, protein được kết tủa đăng điện từ dịch trích, phan tủa sẽ được thu nhận băng phương pháp ly tâm hoặc lọc. Sau đó, phần tủa sẽ được xử lý để hoàn thiện sản phẩm [4].
Ngoài ra, theo tổ chức khuyến cáo về thuốc và thực phẩm (FDA), đậu phộng là một trong top tám thực phẩm gây dị ứng. Đặc tính của các loại protein gây dị ứng được thé hiện trong Bang 2. Ara hl và Ara h2 là hai nhóm protein gây dị ứng chính trong đậu phộng, lần lượt chiếm từ 12 — 16 % và 5,9 — 9.3 % tong lượng protein [22]. Cả hai loại chất dị ứng này có độ bên cao [23] [24] [25] và hơn 95 % người dùng di ứng với đậu phông có phan ứng của kháng thể immunoglobulin — E với Ara hl và Ara h2 [26].
Những loại còn lại (Ara h3 — Ara h8) được coi là những chất gây dị ứng phụ vi mức độ nhạy cảm của người dùng với những chất này rất thấp.3 Chất dị ứng đậu phộng [27] Chat ding Khối lượng phântử(kDa) pI Họprotin Mức độ nhảy cảm” Ara hl 63,5 4,55 Vicilin 65 — 100 Ara h2 17 5. Conglutin 71 — 100 Ara h3 57 55 Glycinin 44 — 53 Ara h4 35,9 55 Glycinin 44 — 53 Ara h5 14 46 Profilin 13 Ara h6 145 5,2.