Tổng quan nghiên cứu

Huyết heo là sản phẩm phụ phong phú của ngành công nghiệp giết mổ, với lượng huyết thải ra môi trường tại Việt Nam ước tính khoảng 81 triệu lít mỗi năm, chứa hàm lượng protein cao khoảng 18%. Tuy nhiên, phần lớn huyết hiện chỉ được sử dụng trong các món ăn truyền thống hoặc bị thải bỏ, gây ô nhiễm môi trường và lãng phí nguồn protein quý giá. Nghiên cứu này tập trung vào việc sản xuất và ứng dụng bột protein plasma từ huyết heo nhằm khai thác hiệu quả nguồn nguyên liệu này, đồng thời góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Mục tiêu chính của luận văn là khảo sát quá trình cô đặc dịch protein plasma bằng kỹ thuật siêu lọc, so sánh tính chất chức năng của bột protein plasma với bột lòng trắng trứng, và ứng dụng bột protein plasma thay thế bột lòng trắng trứng trong sản phẩm xúc xích thanh trùng. Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh trong năm 2014, sử dụng huyết heo lấy từ dây chuyền giết mổ công nghiệp.

Việc phát triển bột protein plasma có tính chất chức năng cao, như khả năng tạo bọt, tạo gel và tạo nhũ vượt trội so với bột lòng trắng trứng, không chỉ nâng cao giá trị dinh dưỡng và chất lượng sản phẩm thực phẩm mà còn góp phần tạo ra giải pháp thân thiện với môi trường. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển ngành công nghiệp thực phẩm và xử lý chất thải từ ngành giết mổ tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

  • Thành phần và tính chất protein plasma huyết: Protein plasma chiếm khoảng 60% khối lượng huyết, gồm các nhóm chính albumin, globulin và fibrinogen với các đặc tính chức năng như tạo gel, tạo bọt và tạo nhũ. Các tính chất này quyết định khả năng ứng dụng trong thực phẩm, đặc biệt trong các sản phẩm thịt và bánh.

  • Kỹ thuật siêu lọc (Ultrafiltration - UF): Là phương pháp phân riêng bằng màng với kích thước lỗ mao quản từ 2 nm đến 0,1 µm, áp suất vận hành từ 1 đến 10 bar. Kỹ thuật này cho phép cô đặc protein plasma ở nhiệt độ thấp, tránh biến tính protein do nhiệt, tiết kiệm năng lượng và thời gian.

  • Tính chất chức năng của protein: Bao gồm khả năng hấp thu nước, tạo gel, tạo nhũ, tạo bọt và độ bền của các hệ này. Protein plasma có khả năng tạo gel và nhũ tốt, có thể thay thế bột lòng trắng trứng trong nhiều ứng dụng thực phẩm.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Huyết heo được lấy từ dây chuyền giết mổ công nghiệp của công ty TNHH Một Thành Viên Việt Nam Kỹ Nghệ Súc Sản (Vissan), xử lý bằng chất chống đông Trisodium citrate 0,5% w/v, ly tâm tách dịch protein plasma.

  • Thiết bị và vật liệu: Sử dụng thiết bị siêu lọc dạng khung bản Labstak M20 của Alfa Laval với các màng polysulfone có kích thước lỗ mao quản 20 kDa, 25 kDa và 50 kDa. Bột lòng trắng trứng được dùng làm đối chứng.

  • Phương pháp phân tích: Xác định hàm lượng protein, chất khô, tro, béo, pH, và phân tử lượng protein bằng SDS-PAGE. Đánh giá tính chất chức năng gồm khả năng tạo bọt, độ bền bọt, khả năng tạo gel, khả năng tạo nhũ và độ bền nhũ.

  • Quy trình nghiên cứu:

    1. Phân tích thành phần dịch protein plasma trước khi cô đặc.
    2. Khảo sát ảnh hưởng của áp suất (2-10 bar) và kích thước màng (20, 25, 50 kDa) đến thông lượng và độ phân riêng protein.
    3. Khảo sát động học quá trình cô đặc trên màng và áp suất tối ưu (50 kDa, 6 bar).
    4. Sấy thăng hoa dịch cô đặc để tạo bột protein plasma.
    5. So sánh tính chất chức năng của bột protein plasma với bột lòng trắng trứng.
    6. Ứng dụng bột protein plasma thay thế 1% bột lòng trắng trứng trong xúc xích thanh trùng, đánh giá cấu trúc và cảm quan.

  • Cỡ mẫu và timeline: Các thí nghiệm được thực hiện trên mẫu huyết heo thu thập trong vòng 24h, quá trình cô đặc kéo dài 6 giờ, sấy thăng hoa và đánh giá tính chất chức năng trong cùng thời gian nghiên cứu năm 2014.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thành phần dịch protein plasma trước cô đặc:

    • Hàm lượng protein đạt khoảng 7,9% (79 g/L).
    • Nồng độ chất khô tổng là 9,5%.
    • SDS-PAGE xác định các protein chính gồm albumin (66 kDa), globulin và fibrinogen.

  2. Ảnh hưởng của kích thước màng và áp suất đến quá trình siêu lọc:

    • Màng 50 kDa và áp suất 6 bar cho thông lượng cao nhất khoảng 15 L/h và độ phân riêng protein đạt 88%.
    • Áp suất trên 6 bar làm giảm thông lượng do hiện tượng tắc nghẽn màng.
    • Màng 20 kDa và 25 kDa có độ phân riêng cao hơn nhưng thông lượng thấp hơn đáng kể.

  3. Động học quá trình cô đặc:

    • Quá trình cô đặc kéo dài 6 giờ, nồng độ protein trong dòng cô đặc đạt 189,15 g/L, nồng độ chất khô 21,4%, độ tinh sạch protein 88,39%.
    • Hiệu suất thu hồi protein đạt khoảng 85%.
    • Thông lượng giảm dần theo thời gian do tăng độ nhớt và tắc nghẽn màng.

  4. So sánh tính chất chức năng bột protein plasma và bột lòng trắng trứng:

    • Bột protein plasma có hàm lượng protein trên chất khô là 87,94%.
    • Khả năng tạo bọt và độ bền bọt của bột protein plasma cao hơn 15-20% so với bột lòng trắng trứng.
    • Khả năng tạo gel và tạo nhũ cũng vượt trội, độ bền nhũ cao hơn khoảng 10%.
    • Ứng dụng trong xúc xích thanh trùng, thay thế 1% bột lòng trắng trứng bằng bột protein plasma không làm thay đổi đáng kể cấu trúc (đo bằng Texture Profile Analysis) và điểm cảm quan (điểm ưa thích trên 8/10).

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy kỹ thuật siêu lọc với màng polysulfone 50 kDa và áp suất 6 bar là điều kiện tối ưu để cô đặc protein plasma từ huyết heo, đảm bảo hiệu suất thu hồi cao và giữ nguyên tính chất chức năng của protein. Việc sử dụng màng có kích thước lỗ lớn hơn giúp tăng thông lượng, giảm tắc nghẽn màng, đồng thời duy trì độ tinh sạch protein cao.

So với các nghiên cứu trước đây, kết quả tương đồng với báo cáo của các nhà khoa học quốc tế về khả năng tạo bọt và tạo gel của protein plasma, đồng thời vượt trội hơn bột lòng trắng trứng truyền thống. Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi protein plasma trong ngành thực phẩm, đặc biệt trong các sản phẩm thịt chế biến.

Việc thay thế bột lòng trắng trứng bằng bột protein plasma trong xúc xích thanh trùng không ảnh hưởng đến cấu trúc và cảm quan sản phẩm, đồng thời có thể giảm chi phí và hạn chế dị ứng liên quan đến trứng. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thông lượng theo áp suất, bảng so sánh tính chất chức năng và biểu đồ điểm cảm quan.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai công nghệ siêu lọc trong các nhà máy giết mổ:

    • Áp dụng màng polysulfone 50 kDa, áp suất vận hành 6 bar để cô đặc protein plasma.
    • Mục tiêu tăng hiệu suất thu hồi protein lên trên 85% trong vòng 6 giờ.
    • Chủ thể thực hiện: các nhà máy giết mổ và doanh nghiệp chế biến thực phẩm, trong vòng 1-2 năm.

  2. Phát triển sản phẩm bột protein plasma thương mại:

    • Sản xuất bột protein plasma với hàm lượng protein trên 87% trên chất khô, đảm bảo tính ổn định và chất lượng.
    • Mục tiêu cung cấp nguyên liệu thay thế bột lòng trắng trứng trong ngành thực phẩm.
    • Chủ thể thực hiện: doanh nghiệp chế biến thực phẩm, công ty sản xuất nguyên liệu thực phẩm.

  3. Ứng dụng bột protein plasma trong sản phẩm thịt chế biến:

    • Thay thế 1-2% bột lòng trắng trứng bằng bột protein plasma trong xúc xích, pate, và các sản phẩm nhũ tương.
    • Mục tiêu duy trì hoặc cải thiện chất lượng cảm quan và cấu trúc sản phẩm.
    • Chủ thể thực hiện: nhà sản xuất thực phẩm chế biến, trong vòng 6-12 tháng.

  4. Nâng cao nhận thức và đào tạo kỹ thuật:

    • Tổ chức các khóa đào tạo về công nghệ siêu lọc và ứng dụng protein plasma cho cán bộ kỹ thuật và quản lý.
    • Mục tiêu nâng cao năng lực vận hành và phát triển sản phẩm mới.
    • Chủ thể thực hiện: các trường đại học, viện nghiên cứu, doanh nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Doanh nghiệp chế biến thực phẩm:

    • Lợi ích: Nắm bắt công nghệ mới để phát triển sản phẩm giàu protein, cải thiện chất lượng và giảm chi phí nguyên liệu.
    • Use case: Thay thế bột lòng trắng trứng trong xúc xích thanh trùng bằng bột protein plasma.

  2. Nhà máy giết mổ và xử lý chất thải:

    • Lợi ích: Áp dụng công nghệ siêu lọc để tận dụng nguồn huyết heo, giảm ô nhiễm môi trường và tăng giá trị kinh tế.
    • Use case: Thiết lập dây chuyền cô đặc protein plasma từ huyết thải.

  3. Các viện nghiên cứu và trường đại học:

    • Lợi ích: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, dữ liệu thực nghiệm và ứng dụng công nghệ màng trong ngành thực phẩm.
    • Use case: Phát triển đề tài nghiên cứu tiếp theo về protein huyết và ứng dụng trong thực phẩm.

  4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách:

    • Lợi ích: Đánh giá tiềm năng phát triển công nghiệp protein plasma, xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển bền vững ngành thực phẩm và môi trường.
    • Use case: Xây dựng quy định về xử lý chất thải và khuyến khích sử dụng sản phẩm protein plasma.

Câu hỏi thường gặp

  1. Protein plasma từ huyết heo có an toàn khi sử dụng trong thực phẩm không?
    Protein plasma được thu nhận qua quy trình xử lý nghiêm ngặt, bao gồm chống đông, ly tâm, siêu lọc và sấy thăng hoa, đảm bảo loại bỏ tạp chất và vi sinh vật gây hại. Nghiên cứu đánh giá cảm quan và cấu trúc sản phẩm xúc xích cho thấy không có sự khác biệt về an toàn và chất lượng so với sản phẩm truyền thống.

  2. Kỹ thuật siêu lọc có ưu điểm gì so với các phương pháp cô đặc khác?
    Siêu lọc hoạt động ở nhiệt độ thấp, không sử dụng nhiệt độ cao nên tránh biến tính protein, tiết kiệm năng lượng và thời gian. Ngoài ra, kỹ thuật này cho phép kiểm soát kích thước phân tử tách lọc, nâng cao độ tinh sạch và giữ nguyên tính chất chức năng của protein.

  3. Bột protein plasma có thể thay thế hoàn toàn bột lòng trắng trứng trong sản phẩm thực phẩm không?
    Nghiên cứu cho thấy bột protein plasma có thể thay thế 1% bột lòng trắng trứng trong xúc xích thanh trùng mà không ảnh hưởng đến cấu trúc và cảm quan. Tuy nhiên, việc thay thế hoàn toàn cần nghiên cứu thêm về công thức và tính ổn định sản phẩm.

  4. Quá trình cô đặc protein plasma mất bao lâu và hiệu suất ra sao?
    Quá trình cô đặc bằng siêu lọc kéo dài khoảng 6 giờ với hiệu suất thu hồi protein đạt khoảng 85%, nồng độ protein trong dòng cô đặc đạt gần 190 g/L, đảm bảo chất lượng nguyên liệu cho bước sấy thăng hoa.

  5. Ứng dụng bột protein plasma có lợi ích gì về mặt kinh tế và môi trường?
    Việc tận dụng huyết heo để sản xuất bột protein plasma giúp giảm lượng chất thải gây ô nhiễm, đồng thời tạo ra nguyên liệu giá trị cao thay thế bột lòng trắng trứng, giảm chi phí sản xuất và tăng giá trị gia tăng cho ngành thực phẩm.

Kết luận

  • Kỹ thuật siêu lọc với màng polysulfone 50 kDa và áp suất 6 bar là điều kiện tối ưu để cô đặc protein plasma từ huyết heo, đạt hiệu suất thu hồi protein trên 85% trong 6 giờ.
  • Bột protein plasma thu được có hàm lượng protein trên chất khô đạt 87,94%, với tính chất chức năng vượt trội so với bột lòng trắng trứng về khả năng tạo bọt, tạo gel và tạo nhũ.
  • Ứng dụng bột protein plasma thay thế 1% bột lòng trắng trứng trong xúc xích thanh trùng không làm thay đổi cấu trúc và cảm quan sản phẩm, mở ra hướng phát triển nguyên liệu thay thế trong ngành thực phẩm.
  • Nghiên cứu góp phần nâng cao giá trị sử dụng huyết heo, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và phát triển bền vững ngành công nghiệp thực phẩm tại Việt Nam.
  • Đề xuất triển khai công nghệ siêu lọc trong các nhà máy giết mổ và phát triển sản phẩm bột protein plasma thương mại trong vòng 1-2 năm tới nhằm khai thác hiệu quả nguồn nguyên liệu này.

Hành động tiếp theo: Các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu nên phối hợp triển khai ứng dụng công nghệ siêu lọc và phát triển sản phẩm protein plasma, đồng thời mở rộng nghiên cứu ứng dụng trong các sản phẩm thực phẩm đa dạng hơn.