MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, ngành sản xuất sữa đậu nành phát triển một cách vượt bậc. Theo số liệu thống kê của hãng thống kê thị trường Neilsen, năm 2014 Việt Nam tiêu thụ khoảng 613 triệu lít sữa đậu nành, có nghĩa khoảng 1,5 triệu lít / ngày. Việt Nam là nước tiêu thụ sữa đậu nành nhiều thứ 3 trên thế giới [34]. Với thị trường tiềm năng này, các doanh nghiệp cũng mạnh tay đầu tư cơ sở, công nghệ để sản xuất mặt hàng này, nổi bật như nhà máy Vinasoy (Bắc Ninh và Quảng Ngãi), nhà máy Vinamilk …Nhưng đi đôi với việc đẩy mạnh chế biến đậu nành thì việc một lượng lớn bã đậu được thải ra.
Theo một số thống kê cho biết, riêng nhà máy Vinasoy với công suất thiết kế 180 triệu lít/năm, mỗi năm nhà máy thải ra 20000 tấn bã đậu [34]. Phần lớn lượng bã này được sấy khô bán cho nhà máy chế biến thức ăn gia súc. Với phương pháp tận thu này tiêu tốn năng lượng và không đem lại lợi nhuận cao. Còn một phần bã đậu được bán tươi, tuy nhiên bã đậu chứa nhiều chất dinh dưỡng cũng như độ ẩm cao nên rất dễ hư hỏng cần sử dụng.
Để khắc phục những nhược điểm trên, cũng đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng bã đậu như lên men thu hồi axit xitric hay dùng enzyme cellulase và pectinase thủy phân bã đậu thu hồi sản phẩm kích thước nhỏ bổ sung một phần vào bột làm bánh mì….bởi phần bã đậu sau quá trình sản xuất sữa đậu nành vẫn chứa nhiều thành phần dinh dưỡng như protein (20-30%), gluxit, chất béo và chất xơ. Nhận thấy nguồn protein trong bã đậu có khả năng thu hồi và việc thu hồi protein trong bã đậu sẽ giúp tiết kiệm năng lượng cũng như tăng giá trị thương mại của bã đậu. Xu hướng mở ra hiện nay là phối hợp các chế phẩm enzyme thương mại để thủy phân bã đậu tạo ra các peptide, các axit amin có hoạt tính chống oxy hóa được sử dụng để bổ sung vào thực phẩm chức năng hay ứng dụng trong dược phẩm. Xuất phát từ những mục đích thăm dò khả năng thu hồi protein trên bã đậu khô bằng chế phẩm Neutrase và Flavourzyme nhằm đưa ra một hướng mới giúp tận dụng tốt đa nguồn bã đậu thải ra hàng năm và mang lại giá trị kinh tế cao, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu thu nhận sản phẩm thủy phân protein 8 từ Bã đậu nành của công nghiệp sản xuất sữa bằng các chế phẩm enzyme thƣơng mại”.
Nghiên cứu thủy phân bã đậu ướt và bã đậu khô chế phẩm Flavourzyme và Neutrase (tỉ lệ phối trộn, chế độ khuấy và nồng độ enzyme hiệu suất thu hồi protein cao nhất và tạo ra các peptide có hoạt tính chống oxy hóa. Sản xuất sữa đậu nành Sữa đậu nành được chế biến từ hạt đậu nành thu mua từ nhiều nguồn khác nhau. Trước khi đưa vào dây chuyền sản xuất, chúng được làm sạch và phân loại để đảm bảo loại hết tạp chất và độ đồng đều chất lượng. Sau đó, những hạt đậu này được nghiền với nước nóng và ly tâm thu dịch.
Để loại những enzyme có hại cho sản phẩm như enzyme Lipoxygenase và Anti-tripsin, người ta dùng biện pháp gia nhiệt và bài khí. Sau đó, dịch đậu nành sẽ được phối trộn với nguyên liệu khác (nước, đường, phụ gia, hương và một số thành phần phụ khác) nhằm tạo ra hương vị cho sản phẩm. Tuy nhiên, những thành phần này có thể bị lắng xuống nên cần đồng hóa dịch. Dưới áp suất cao thì các phần tử trong dịch được phân tán đều tạo dung dịch đồng nhất.
Một công đoạn không thể thiếu trong dây chuyền sản xuất là tiệt trùng với nhiệt độ cao và áp suất cao thì những vi sinh vật bị tiêu diệt mà không làm thay đổi tính chất sản phẩm ban đầu. Cuối cùng dịch được trữ lạnh, đóng gói và bảo quản [34]. Bã đậu nành thu được từ quá trình này được ứng dụng vào đề tài của tôi. 10 Sơ đồ quy trình sản xuất sữa đậu nành tại công ty Vinasoy Việt Nam 1.
Bã đậu nành Bã đậu nành hay còn gọi tắt là bã đậu: là phần rắn còn lại sau khi lọc trong quá trình sản xuất đậu phụ, sữa đậu nành và các sản phẩm từ đậu nành khác. Trên thế giới, từ ngữ thông dụng để chỉ bã đậu nành là “okara”, thuật ngữ này xuất phát từ Nhật Bản (phát âm theo tiếng Nhật là “oh-KAR-uh”). 11 Okara là bã màu trắng hoặc trắng ngà bao gồm các phần không hòa tan của hạt đậu nành còn lại, khi hạt đậu nành xay nhuyễn được lọc trong sản xuất sữa đậu nành và đậu phụ. Khi sấy khô, bã đậu nành có màu vàng.
Okara là một sản phẩm phụ từ ngành công nghiệp chế biến sữa đậu nành và đậu phụ. Nó chứa protein, chất xơ có giá trị và có thể được sử dụng trong các sản phẩm thực phẩm để đáp ứng nhu cầu của thị trường. Tuy nhiên, chúng ta phải xử lý một cách nhanh chóng để duy trì được các tính chất của nó. Bã đậu nành chứa hầu hết cacbohydrate, một phần protein và một lượng nhỏ phần dầu của hạt đậu nành.
Bã ướt giống như mùn cưa ẩm, nó được cho là giống với cơm dừa về kết cấu và hình thức, thường được sử dụng như một thành phần thực phẩm trong món súp Nhật Bản, salad và các món ăn được chế biến từ thực vật. Tình hình nghiên cứu okara ở nước ngoài: - Ma và cộng sự (1997) đã tách các protein từ okara và nghiên cứu tính chất hóa lý, chức năng của chúng để so sánh với protein thương mại tách chiết từ đậu nành. Chan và Ma (1999) cũng đã thủy phân protein bã đậu bằng trypsin. Kết quả cho thấy protein tách chiết từ okara có lượng axit amin phong phú so với tiêu chuẩn của FAO/WHO và so với protein đậu nành thương mại; dễ tiêu hóa, có thể bổ sung vào thực phẩm [10,11,21] - Quitain và cộng sự (2005) đã tách chiết dầu từ okara sử dụng cacbon dioxit siêu tới hạn.
Lượng dầu thu được là 3,09g trên 100g bã đậu khô. Ngoài ra isoflavone, genistein và daidzen cũng được tách chiết cùng dầu làm tăng giá trị dinh dưỡng của dầu với sức khỏe con người (hoạt tính chống oxy hóa, chống viêm, chống ung thư…)[28]. - Sourel (2005) đã nghiên cứu quá trình sấy okara và chỉ ra rằng quá trình sấy làm biến đổi cấu trúc sợi và làm giảm khả năng giữ nước. Tuy nhiên, hàm lượng isoflavones trong okara không thay đổi nhiều trước và sau khi xử lý nhiệt [31].
Tình sử dụng và nghiên cứu bột okara trong nước: 12 - Đỗ Bích Thủy, Lê Thị Kim Anh (2017) đã thủy phân, lên men bã đậu nành bởi các chế phẩm Bacillus amiloliquefaciens N1 và Lactobacillus fermentum DC4t2. Giá trị dinh dưỡng của sản phẩm sau xử lý được đánh giá thông qua hoạt độ enzyme ngoại bào protease, amlylase, hàm lượng axit amin tự do [2]. - Lê Chiến Phương và các cộng tác viên (2004) xử lý okara bằng nấm mốc Mucor và vi khuẩn lactic [3]. Tính đến thời điểm hiện tại, chưa có sản phẩm nào trong số các sản phẩm nêu trên được triển khai sản xuất thử ở quy mô công nghiệp.
Điều này cho thấy ở Việt Nam loại phụ phế liệu đậu nành này vẫn chưa được tận dụng có hiệu quả vào các mục đích khác ngoài thức ăn chăn nuôi. Thành phần Bã đậu nành: Bã đậu nành chứa nhiều thành phần dinh dưỡng, theo Bộ nông nghiệp Hoa Kỳ (Cẩm nang “Dinh dưỡng người, thông tin dịch vụ Nông Nghiệp số 16/8”) công bố thành phần bã đậu như sau: Bảng 1. Thành phần dinh dưỡng trên 100g bã đậu nành ướt Thành phần Giá trị Đơn vị Năng lượng 77 Kcal Nước 81,6 g Protein 3,2 g Cacbohydrate 12,5 g Chất xơ 4,1 g Canxi 80 mg Sắt 1,3 mg Thiamin (B1) 0,02 mg Riboflavin (B2) 0,02 mg Niacin (B3 hay PP) 0,1 mg 13 Theo công bố của Li Bo và cộng sự (2012) thì thành phần hóa học của okara sẽ phụ thuộc vào số lượng giai đoạn nước chiết xuất từ đậu nành và lượng nước tiếp tục được bổ sung để trích xuất các thành phần chiết dư. Nó cũng phụ thuộc vào các giống đậu nành và các phương pháp sản xuất, gồm: 46,3% chất xơ, 17,8% protein, 5,9% lipid, tro 3,9%, 2,6% đường khử, 0,22% flavone và 6,7% ẩm.
Một số thành phần của đậu nành khác cũng có khả năng hiện diện trong Bã đậu nành, bao gồm: isoflavones, lignans, phytosterol, counestans, saponin và phytates. Protein Bã đậu nành Yuporn Puechkamut và Woralak Panyathitipong công bố protein trong Bã đậu nành giảm khả năng hòa tan vào nước do trải qua các quá trình nghiền cơ học và nhiệt làm biến tính protein. Nghiên cứu cũng kết luận protein trong bã đậu và protein đậu nành thương mại tương đồng về khả năng tạo nhũ tương tuy nhiên độ bền hệ nhũ tương của bã đậu bền hơn do quá trình cơ học và nhiệt làm thay đổi cấu trúc hình cầu protein tăng số nhóm phân cực hình thành một lớp màng bền chặt xung quanh giọt chất béo từ đó làm ổn định hệ nhũ tương [32]. Bên cạnh đó, sự tác động bởi cơ học và nhiệt độ làm tăng tương tác protein- protein và thúc đẩy hình thành lớp màng không khí và nước nên tăng khả năng tạo và giữ bọt của protein Bã đậu nành.
Khi chiết tách protein trong Bã đậu nành bằng NaOH 2N thì hiệu suất thu hồi protein của bã ướt sẽ cao hơn bã khô (12,9g/100g BĐ và 12,3g/100g BĐ). Còn các tính chất khác (ổn định hệ nhũ tương, khả năng tạo và giữ bọt) gần như giống nhau đối với protein bã đậu khô và bã đậu ướt. Nghiên cứu trên cũng đã phân tích thành phần axit amin có trong protein Bã đậu nành ướt như sau: 14 Bảng 1. Bảng so sánh thành phần axit amin trong protein Bã đậu nành ướt và hạt đậu nành [32] Nhận thấy tỷ lệ axit amin trong bã đậu hầu như thấp hơn có với axit amin trong hạt đậu nành ngoại trừ một số axit amin như : Cystein, Threonine, Glycine.
Phƣơng pháp xử lí protein Thủy phân protein là sự phân cắt các liên kết peptide khi có mặt của nước. Do liên kết peptide là liên kết bền nên cần có những tác nhân xúc tác có thể hóa học hoặc sinh học. Phương pháp hóa học 15 a. Thủy phân protein bằng axit Đây là phương pháp thủy phân khắc nghiệt, dùng axit HCl nồng độ cao và thủy phân ở nhiệt độ 100-120oC trong thời gian 24-48 giờ.
Sản phẩm thu được chủ yếu là các axit amin tự do dưới dạng hydrogenclorate. Một số axit amin như serine, threonin bị phá hủy một phần, tryptophan bị phá hủy hoàn toàn, glutamine và asparagine phân ly thành axit glutamic và axit asparic và NH 4+.