Nghiên Cứu Thủy Phân Gluten Lúa Mì Bằng Enzyme Alcalase và Flavourzyme

• Tác giả: Hồ Hồng Tuyết
• Người hướng dẫn: TS. Phan Ngọc Hòa
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Thực phẩm và đồ uống
• Đề tài: Nghiên Cứu Thủy Phân Gluten Lúa Mì Bằng Enzyme Alcalase và Flavourzyme
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT ĐỀ TÀI
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: THANH PHẦN GLUTEN LÚA MÌ
• 1.1. Giới thiệu chung về gluten lúa mì
• 1.2. Thành phần protein trong lúa mì
• 1.3. Tính chất dịch gluten lúa mì sau thủy phân và ứng dụng trong thực phẩm
• 1.3.1. Tính chất dịch gluten lúa mì sau thủy phân
• 1.3.2. Ứng dụng dịch đạm thủy phân
• 1.4. Các phương pháp thủy phân protein
• 1.4.1. Phương pháp sinh học
• 1.4.2. Phương pháp kết hợp
• 1.5. Giới thiệu về enzyme protease Alcalase và Flavourzyme
• 1.6. Một số nghiên cứu trong và ngoài nước về quá trình thủy phân gluten
• 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nguyên vật liệu và hóa chất
• 2.2. Enzyme Alcalase và Flavourzyme
• 2.3. Dụng cụ và thiết bị
• 2.4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Nội dung nghiên cứu
• 2.4.2. Bố trí thí nghiệm
• 2.4.3. Phương pháp phân tích
• 2.4.4. Phương pháp xử lý kết quả thí nghiệm
• 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Các thông số cơ bản của nguyên vật liệu dùng trong thí nghiệm
• 3.2. Khảo sát hoạt tính enzyme
• 3.3. Khảo sát thành phần nguyên liệu
• 3.4. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân gluten lúa mì với enzyme Alcalase
• 3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme/cơ chất đến quá trình thủy phân với enzyme Alcalase
• 3.4.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme/cơ chất đến mức độ thủy phân
• 3.4.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme/cơ chất đến hàm lượng protein hòa tan
• 3.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thủy phân với enzyme Alcalase
• 3.4.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến mức độ thủy phân
• 3.4.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng protein hòa tan
• 3.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình thủy phân với enzyme Alcalase
• 3.4.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến mức độ thủy phân
• 3.4.3.2. Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng protein hòa tan
• 3.4.4. Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến quá trình thủy phân với enzyme Alcalase
• 3.4.4.1. Khảo sát mức độ thủy phân theo thời gian
• 3.4.4.2. Khảo sát hàm lượng protein hòa tan theo thời gian
• 3.5. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein với Flavourzyme sau khi xử lý với Alcalase
• 3.5.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Flavourzyme/cơ chất
• 3.5.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Flavourzyme/cơ chất đến hàm lượng acid amin
• 3.5.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Flavourzyme/cơ chất đến mức độ thủy phân
• 3.5.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thủy phân với enzyme Flavourzyme
• 3.5.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng acid amin
• 3.5.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến mức độ thủy phân
• 3.5.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình thủy phân với enzyme Flavourzyme
• 3.5.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hàm lượng acid amin
• 3.5.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến mức độ thủy phân
• 3.5.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình thủy phân với enzyme Flavourzyme
• 3.5.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng acid amin
• 3.5.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến mức độ thủy phân
• 3.6. Phân tích thành phần dịch thủy phân
• 3.6.1. Hàm lượng nitơ tổng và amoniac trong dịch thủy phân
• 3.6.2. Kết quả phân tích khối lượng phân tử của dịch thủy phân và nguyên liệu
• 3.6.3. Kết quả phân tích thành phần acid amin tự do bằng HPLC
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Thủy Phân Gluten Lúa Mì Bằng Enzyme

Nghiên cứu thủy phân gluten lúa mì bằng enzyme đang thu hút sự quan tâm lớn. Gluten lúa mì, thành phần protein quan trọng, được sử dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm để cải thiện cấu trúc và độ đàn hồi. Tuy nhiên, gluten có thể gây dị ứng cho một số người (bệnh Celiac), hạn chế ứng dụng. Việc thủy phân gluten bằng enzyme giúp cải thiện độ hòa tan, khả năng tạo bọt và nhũ hóa, mở rộng tiềm năng ứng dụng. Phương pháp thủy phân enzyme ưu việt hơn so với hóa học nhờ điều kiện phản ứng ôn hòa và sản phẩm an toàn hơn. Bài viết này tập trung vào việc sử dụng Enzyme Alcalase và Enzyme Flavourzyme để thủy phân gluten lúa mì, hướng đến sản phẩm giàu peptide và amino acid có giá trị dinh dưỡng cao, giảm tính gây dị ứng.

1.1. Thành Phần Chính Của Gluten Lúa Mì Protein Và Ứng Dụng

Gluten lúa mì chứa chủ yếu là protein, chiếm 60-85% chất khô, bên cạnh đó còn có lipid (5-10%) và carbohydrate. Protein trong gluten gồm gliadin và glutenin, chiếm khoảng 80%. Gluten chứa gần 20 loại amino acid, trong đó acid glutamic, glutamine và proline chiếm hàm lượng cao. Nhờ hàm lượng glutamine cao tạo nhiều liên kết hydro làm gluten có tính nhớt cao. Gluten thường được ứng dụng trong sản xuất bánh mì để tăng độ dai, đàn hồi, hoặc tạo cấu trúc cho xúc xích và thức ăn vật nuôi.

1.2. Thách Thức Và Tiềm Năng Từ Việc Thủy Phân Gluten Lúa Mì

Mặc dù có giá trị dinh dưỡng, gluten lúa mì có khả năng hòa tan kém, hạn chế ứng dụng. Thủy phân bằng phương pháp hóa học có thể tạo ra các sản phẩm không an toàn cho sức khỏe như mono-dichloropropanols. Các phương pháp thủy phân bằng NaOH có thể phá hủy một số acid amin thiết yếu. Thủy phân enzyme được xem là giải pháp tiềm năng, tạo ra sản phẩm giàu amino acid cần thiết, quá trình thủy phân có tính đặc hiệu cao và độ tinh khiết cao hơn. Dịch protein thủy phân có thể được dùng để bổ sung vào thực phẩm, làm phụ gia hoặc gia vị. Alcalase và Flavourzyme là hai enzyme tiềm năng để giải quyết vấn đề này.

II. Vấn Đề Vị Đắng và Khả Năng Ứng Dụng Hạn Chế Của Gluten

Một trong những thách thức lớn nhất khi thủy phân gluten lúa mì là tạo ra vị đắng. Quá trình thủy phân bằng Alcalase, một endo-protease, tạo ra các peptide mạch ngắn, nhiều peptide trong số đó có tính kỵ nước và gây vị đắng. Vị đắng này làm giảm giá trị cảm quan và hạn chế ứng dụng của dịch thủy phân gluten. Để khắc phục vấn đề này, việc sử dụng kết hợp exo-peptidase được xem là một giải pháp hiệu quả. Việc sử dụng kết hợp exo-peptidase như Flavourzyme là phương pháp làm giảm vị đắng cho sản phẩm thủy phân gluten lúa mì.

2.1. Nguyên Nhân Gây Vị Đắng Trong Sản Phẩm Thủy Phân Gluten

Vị đắng trong sản phẩm thủy phân gluten chủ yếu do sự hình thành các peptide kỵ nước trong quá trình thủy phân. Enzyme Alcalase là một endo-protease, cắt mạch protein ở các vị trí bên trong, tạo ra nhiều peptide mạch ngắn, trong đó có các peptide chứa nhiều amino acid kỵ nước như proline, leucine, và valine. Các peptide này có xu hướng tương tác với các thụ thể vị giác trên lưỡi, gây ra cảm giác đắng.

2.2. Giải Pháp Khắc Phục Vị Đắng Bằng Enzyme Flavourzyme

Flavourzyme, một exo-peptidase, có khả năng cắt các peptide tại vị trí N-terminal, giải phóng các amino acid tự do và tạo ra các peptide mạch ngắn hơn. Việc sử dụng Flavourzyme sau khi thủy phân bằng Alcalase giúp giảm lượng peptide kỵ nước, từ đó giảm vị đắng. Thêm vào đó, việc giải phóng amino acid tự do có thể cải thiện hương vị và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. Nghiên cứu của Hedwig và Amado (2002) cho thấy peptide từ protein thực vật như lúa mì chứa nhiều acid glutamic và acid pyroglutamic, góp phần tạo vị umami cho sản phẩm.

III. Cách Thủy Phân Gluten Lúa Mì Bằng Alcalase Tối Ưu Hóa Quy Trình

Thủy phân gluten lúa mì bằng Enzyme Alcalase là bước đầu tiên quan trọng. Alcalase là một endo-protease, cắt protein tại các liên kết peptide bên trong mạch, giúp tăng độ hòa tan và giải phóng peptide. Để đạt hiệu quả cao nhất, cần tối ưu hóa các thông số như tỷ lệ enzyme/cơ chất, nhiệt độ, pH và thời gian thủy phân. Nghiên cứu này khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố này đến quá trình thủy phân và xác định điều kiện tối ưu để thu được dịch thủy phân giàu peptide.

3.1. Ảnh Hưởng Của Tỷ Lệ Enzyme Cơ Chất Đến Hiệu Quả Thủy Phân

Tỷ lệ enzyme/cơ chất (E/S) ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và mức độ thủy phân. Tỷ lệ E/S quá thấp có thể dẫn đến quá trình thủy phân chậm và không hoàn toàn, trong khi tỷ lệ E/S quá cao có thể gây lãng phí enzyme và tạo ra nhiều peptide đắng. Việc xác định tỷ lệ E/S tối ưu là rất quan trọng. Theo luận văn nghiên cứu, tỷ lệ E/S tối ưu là 0.116 AU/g. Việc điều chỉnh tỷ lệ enzyme/cơ chất ảnh hưởng đến hàm lượng protein hòa tan và mức độ thủy phân.

3.2. Tối Ưu Nhiệt Độ pH và Thời Gian Cho Phản Ứng Thủy Phân

Nhiệt độ và pH ảnh hưởng lớn đến hoạt tính của enzyme. Alcalase có hoạt tính tối ưu ở nhiệt độ và pH nhất định. Nhiệt độ quá cao có thể làm biến tính enzyme, trong khi nhiệt độ quá thấp làm giảm tốc độ phản ứng. pH quá cao hoặc quá thấp có thể làm thay đổi cấu trúc enzyme và ảnh hưởng đến hoạt tính. Thời gian thủy phân cũng cần được kiểm soát để đạt được mức độ thủy phân mong muốn. Theo luận văn nghiên cứu, nhiệt độ tối ưu là 60°C, pH là 8.0, thời gian là 120 phút.

IV. Thủy Phân Gluten Lúa Mì Bằng Flavourzyme Giảm Vị Đắng Tăng Amino Acid

Sau khi thủy phân bằng Alcalase, bước tiếp theo là sử dụng Enzyme Flavourzyme để cải thiện chất lượng dịch thủy phân. Flavourzyme là một exo-peptidase, cắt các peptide tại vị trí N-terminal, giải phóng amino acid tự do và giảm vị đắng. Tương tự như Alcalase, việc tối ưu hóa các thông số như tỷ lệ enzyme/cơ chất, nhiệt độ, pH và thời gian thủy phân là rất quan trọng. Nghiên cứu này khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố này đến quá trình thủy phân bằng Flavourzyme.

4.1. Ảnh Hưởng Của Tỷ Lệ Enzyme Cơ Chất Flavourzyme Đến Hàm Lượng AA

Việc lựa chọn tỷ lệ enzyme/cơ chất (Flavourzyme/gluten đã thủy phân bằng Alcalase) phù hợp ảnh hưởng trực tiếp đến hàm lượng amino acid tự do (aa) được giải phóng. Tỷ lệ quá thấp có thể không đủ để cắt các peptide, trong khi tỷ lệ quá cao có thể gây ra các phản ứng phụ không mong muốn. Nghiên cứu cần xác định tỷ lệ tối ưu để thu được hàm lượng aa cao nhất. Theo luận văn, tỷ lệ E/S Flavourzyme là 0.5, nhiệt độ 45°C và thời gian 210 phút.

4.2. Tối Ưu Nhiệt Độ pH Và Thời Gian Cho Thủy Phân Flavourzyme

Nhiệt độ, pH và thời gian đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hoạt động của Flavourzyme. Nhiệt độ và pH không phù hợp có thể làm giảm hoạt tính hoặc thậm chí phá hủy enzyme. Thời gian thủy phân cần đủ để Flavourzyme cắt các peptide và giải phóng amino acid, nhưng không quá dài để tránh các phản ứng phụ. Theo luận văn, điều kiện thủy phân với Flavourzyme là: tỷ lệ enzyme/cơ chất 0.5, nhiệt độ 45°C, thời gian 210 phút. Sản phẩm thủy phân với quy trình này có hàm lượng nitơ tổng là 18.369 g/L, hàm lượng ammoniac là 0.012 g/L, và hàm lượng amino acid tự do 102.

V. Ứng Dụng Thủy Phân Gluten Tạo Sản Phẩm Giàu Peptide Amino Acid

Sản phẩm thủy phân gluten lúa mì bằng Alcalase và Flavourzyme mang lại nhiều ứng dụng tiềm năng. Dịch thủy phân giàu peptide và amino acid có thể được sử dụng làm nguyên liệu trong thực phẩm chức năng, thức ăn cho trẻ em, hoặc các sản phẩm dinh dưỡng đặc biệt. Ngoài ra, nó cũng có thể được sử dụng làm chất tạo hương vị tự nhiên, thay thế cho các chất tạo ngọt hoặc bột ngọt công nghiệp. Khả năng ứng dụng của dịch thủy phân gluten là rất lớn và cần được nghiên cứu phát triển thêm.

5.1. Ứng Dụng Trong Thực Phẩm Chức Năng Và Dinh Dưỡng

Peptide và amino acid từ thủy phân gluten có thể có các hoạt tính sinh học như chống oxy hóa, kháng khuẩn, hoặc hạ huyết áp. Do đó, chúng có thể được sử dụng trong các thực phẩm chức năng giúp cải thiện sức khỏe. Ngoài ra, dịch thủy phân dễ tiêu hóa và hấp thu, phù hợp cho người già, trẻ em và người bệnh.

5.2. Sử Dụng Làm Chất Tạo Hương Vị Tự Nhiên Trong Chế Biến

Các amino acid như acid glutamic có vai trò quan trọng trong việc tạo vị umami cho thực phẩm. Dịch thủy phân gluten giàu acid glutamic có thể được sử dụng làm chất tạo hương vị tự nhiên, thay thế cho bột ngọt công nghiệp, mang lại hương vị thơm ngon và an toàn hơn cho người tiêu dùng.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Thủy Phân Gluten

Nghiên cứu thủy phân gluten lúa mì bằng Enzyme Alcalase và Enzyme Flavourzyme mở ra hướng đi tiềm năng để tận dụng nguồn protein này. Việc tối ưu hóa quy trình thủy phân giúp thu được dịch thủy phân giàu peptide và amino acid có giá trị dinh dưỡng cao và ứng dụng đa dạng. Cần có thêm nhiều nghiên cứu để khám phá các hoạt tính sinh học của peptide và amino acid từ gluten hydrolyzed, cũng như phát triển các ứng dụng thực tế trong ngành thực phẩm và y tế.

6.1. Tóm Tắt Các Kết Quả Chính Về Thủy Phân Gluten Bằng Enzyme

Nghiên cứu đã xác định được các điều kiện tối ưu cho quá trình thủy phân gluten bằng Alcalase và Flavourzyme. Việc sử dụng kết hợp hai enzyme này giúp giảm vị đắng và tăng hàm lượng amino acid tự do. Sản phẩm thủy phân có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong thực phẩm chức năng, dinh dưỡng và chế biến thực phẩm.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Phát Triển Và Ứng Dụng Thủy Phân Gluten

Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc khám phá các hoạt tính sinh học của peptide từ gluten hydrolyzed, đánh giá tính an toàn và hiệu quả của sản phẩm trên người, và phát triển các quy trình sản xuất quy mô lớn. Đồng thời, cần nghiên cứu các ứng dụng mới của dịch thủy phân gluten trong các lĩnh vực khác như mỹ phẩm và dược phẩm.

Tổng quan nghiên cứu

Gluten lúa mì là một loại protein quan trọng chiếm khoảng 75.7% thành phần protein trong bột mì, bao gồm các phân tử glutenin có khối lượng phân tử từ 52-70 kDa và gliadin từ 30-38 kDa. Tuy nhiên, gluten có khả năng hòa tan kém, hạn chế ứng dụng trong ngành thực phẩm, đặc biệt với người mắc bệnh Celiac do phản ứng dị ứng với gluten. Nghiên cứu này tập trung vào quá trình thủy phân gluten lúa mì bằng hai enzyme Alcalase và Flavourzyme nhằm tạo ra dịch thủy phân giàu peptide mạch ngắn và acid amin tự do, cải thiện tính hòa tan và giá trị dinh dưỡng của gluten.

Mục tiêu chính của luận văn là khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân gluten lúa mì bằng enzyme Alcalase và Flavourzyme, xác định điều kiện tối ưu về tỷ lệ enzyme/cơ chất, nhiệt độ, pH và thời gian thủy phân để thu được dịch thủy phân có hàm lượng nitơ tổng, amoniac và acid amin tự do cao nhất. Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh trong năm 2014, sử dụng nguyên liệu gluten lúa mì nhập khẩu từ Pháp.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao giá trị sử dụng gluten lúa mì, mở rộng ứng dụng trong ngành thực phẩm như phụ gia tạo nhũ, tạo bọt, chất chống oxy hóa tự nhiên và gia vị có vị umami tự nhiên. Đồng thời, nghiên cứu góp phần phát triển công nghệ thủy phân enzyme an toàn, hiệu quả, thân thiện với môi trường, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về sản phẩm thực phẩm chức năng và dinh dưỡng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết enzyme chính trong thủy phân protein:

1. Lý thuyết về enzyme Alcalase: Alcalase là một endo-protease thuộc nhóm serine protease, có trung tâm hoạt động gồm ba acid amin serine, histidine và aspartic acid. Enzyme này thủy phân liên kết peptide bên trong chuỗi protein, tạo ra các peptide mạch ngắn. Alcalase hoạt động tối ưu ở nhiệt độ 55-70°C và pH kiềm từ 7 đến 8.

2. Lý thuyết về enzyme Flavourzyme: Flavourzyme là aminopeptidase, xúc tác thủy phân tại vị trí đầu N của peptide, tạo ra acid amin tự do và các peptide ngắn hơn. Enzyme này hoạt động tốt ở nhiệt độ 40-55°C và pH khoảng 5.0-6.5. Flavourzyme giúp giảm vị đắng do Alcalase tạo ra và tăng hàm lượng acid amin tự do trong dịch thủy phân.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Mức độ thủy phân (Degree of Hydrolysis - DH): Tỷ lệ phần trăm liên kết peptide bị phá vỡ trong quá trình thủy phân.
• Tỷ lệ enzyme/cơ chất (E/S): Đơn vị enzyme trên gam cơ chất, ảnh hưởng đến hiệu quả thủy phân.
• Hàm lượng nitơ tổng và amoniac: Chỉ số đánh giá thành phần protein và sản phẩm thủy phân.
• Khối lượng phân tử peptide: Phân tích kích thước peptide để đánh giá chất lượng dịch thủy phân.
• Hàm lượng acid amin tự do: Đánh giá giá trị dinh dưỡng và vị umami của dịch thủy phân.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là gluten lúa mì nhập khẩu từ Pháp, enzyme Alcalase và Flavourzyme do hãng Novozymes cung cấp. Nghiên cứu được thực hiện trong phòng thí nghiệm Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh.

Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Khảo sát thành phần nguyên liệu: Xác định hàm lượng protein, lipid, tinh bột, khối lượng phân tử gluten bằng các phương pháp chuẩn như Kjeldahl, điện di SDS-PAGE.
• Khảo sát hoạt tính enzyme: Đo hoạt tính Alcalase và Flavourzyme theo phương pháp Anson và LAPU.
• Thí nghiệm thủy phân: Thực hiện thủy phân gluten lần lượt bằng Alcalase và Flavourzyme với các biến số: tỷ lệ E/S, nhiệt độ, pH, thời gian. Mỗi thí nghiệm được lặp lại 3 lần.
• Phân tích sản phẩm thủy phân: Xác định mức độ thủy phân (DH) bằng phương pháp pH-stat, hàm lượng protein hòa tan theo phương pháp Lowry, hàm lượng nitơ tổng và amoniac bằng Kjeldahl và phương pháp sấy, hàm lượng acid amin tự do bằng HPLC.
• Phân tích khối lượng phân tử peptide: Sử dụng điện di SDS-PAGE để xác định kích thước peptide trong dịch thủy phân.
• Phân tích thống kê: Dữ liệu được xử lý bằng phương pháp ANOVA với độ tin cậy 95% (P < 0.05) sử dụng phần mềm Statgraphic Centurion.

Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 6 đến tháng 7 năm 2014, tập trung vào việc tối ưu hóa các điều kiện thủy phân nhằm thu được dịch thủy phân gluten có chất lượng cao.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thành phần nguyên liệu gluten lúa mì: Gluten chứa 75.7% protein, trong đó glutenin có khối lượng phân tử 52-70 kDa, gliadin 30-38 kDa, cùng các tiểu đơn vị glutenin 12-15 kDa. Hàm lượng lipid khoảng 6.9%, khả năng hấp thụ nước 165%.

2. Điều kiện tối ưu thủy phân bằng Alcalase: Tỷ lệ enzyme/cơ chất 0.116 AU/g, nhiệt độ 60°C, pH 8.0, thời gian 120 phút. Dịch thủy phân thu được có hàm lượng nitơ tổng 17.202 g/L, amoniac 0.01 g/L, acid amin tự do 30 mg/L. Mức độ thủy phân (DH) đạt cao nhất tại các điều kiện này.

3. Điều kiện tối ưu thủy phân bằng Flavourzyme sau xử lý Alcalase: Tỷ lệ enzyme/cơ chất 0.5 AU/g, nhiệt độ 45°C, pH 6.5, thời gian 210 phút. Dịch thủy phân cuối cùng có hàm lượng nitơ tổng 18.369 g/L, amoniac 0.012 g/L, acid amin tự do tăng lên 102 mg/L, tăng hơn 3 lần so với chỉ dùng Alcalase.

4. Khối lượng phân tử peptide trong dịch thủy phân: Dịch thủy phân cuối cùng chứa các peptide có khối lượng phân tử 35 kDa và dưới 10 kDa, cho thấy quá trình thủy phân hiệu quả tạo ra các peptide mạch ngắn có giá trị dinh dưỡng và chức năng cao.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy Alcalase là enzyme hiệu quả trong việc phá vỡ liên kết peptide bên trong chuỗi protein gluten, tạo ra các peptide mạch ngắn và tăng hàm lượng protein hòa tan. Tuy nhiên, Alcalase tạo ra một số peptide có vị đắng do các peptide ky nước. Việc tiếp tục thủy phân bằng Flavourzyme, một aminopeptidase, giúp thủy phân các peptide này tại vị trí đầu N, giải phóng acid amin tự do và giảm vị đắng, đồng thời tăng hàm lượng acid amin tự do lên gấp hơn 3 lần.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả phù hợp với báo cáo của Xiang và cộng sự (2007) về hiệu quả thủy phân của Alcalase và vai trò của Flavourzyme trong việc cải thiện chất lượng dịch thủy phân. Hàm lượng nitơ tổng và acid amin tự do cao chứng tỏ dịch thủy phân có giá trị dinh dưỡng và tiềm năng ứng dụng trong thực phẩm chức năng, gia vị tự nhiên.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme/cơ chất, nhiệt độ, pH và thời gian đến mức độ thủy phân và hàm lượng acid amin tự do, cũng như bảng phân tích khối lượng phân tử peptide qua các giai đoạn thủy phân.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng quy trình thủy phân kết hợp Alcalase và Flavourzyme trong sản xuất thực phẩm chức năng: Đề xuất sử dụng tỷ lệ enzyme/cơ chất lần lượt 0.116 AU/g và 0.5 AU/g, nhiệt độ 60°C và 45°C, pH 8.0 và 6.5, thời gian 120 và 210 phút để thu dịch thủy phân giàu peptide và acid amin tự do, nâng cao giá trị dinh dưỡng và chức năng sản phẩm. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng, chủ thể: doanh nghiệp sản xuất thực phẩm.

2. Phát triển phụ gia thực phẩm từ dịch thủy phân gluten: Sử dụng dịch thủy phân làm chất tạo nhũ, tạo bọt và gia vị umami tự nhiên trong các sản phẩm bánh mì, xúc xích, nước sốt. Mục tiêu tăng chỉ số tạo nhũ (EAI) và khả năng tạo bọt lên ít nhất 20% so với sản phẩm không sử dụng. Thời gian: 12 tháng, chủ thể: phòng R&D công ty thực phẩm.

3. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng peptide chống oxy hóa và hoạt tính sinh học: Khai thác các peptide có hoạt tính chống oxy hóa, opioid và ức chế ACE trong dịch thủy phân gluten để phát triển sản phẩm thực phẩm chức năng hỗ trợ sức khỏe tim mạch và thần kinh. Thời gian: 18-24 tháng, chủ thể: viện nghiên cứu và doanh nghiệp.

4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ thủy phân enzyme gluten: Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật thủy phân enzyme cho cán bộ kỹ thuật và doanh nghiệp nhằm nâng cao năng lực sản xuất và ứng dụng công nghệ. Thời gian: 6 tháng, chủ thể: trường đại học và trung tâm đào tạo.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Doanh nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng và phụ gia thực phẩm: Nghiên cứu cung cấp quy trình thủy phân enzyme hiệu quả để tạo ra dịch thủy phân gluten giàu peptide và acid amin, giúp phát triển sản phẩm mới có giá trị dinh dưỡng cao và tính năng cải tiến.

2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp thực nghiệm chi tiết về thủy phân protein bằng enzyme, giúp mở rộng kiến thức và ứng dụng trong nghiên cứu protein thực vật.

3. Cơ quan quản lý và phát triển công nghệ thực phẩm: Thông tin về quy trình thủy phân enzyme an toàn, thân thiện môi trường, có thể hỗ trợ xây dựng tiêu chuẩn và chính sách phát triển ngành thực phẩm bền vững.

4. Nhà sản xuất nguyên liệu và enzyme công nghiệp: Hiểu rõ đặc tính hoạt động của Alcalase và Flavourzyme trong thủy phân gluten, từ đó tối ưu hóa sản phẩm enzyme phù hợp với nhu cầu thị trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phải sử dụng hai enzyme Alcalase và Flavourzyme trong thủy phân gluten?
   Alcalase là endo-protease phá vỡ liên kết peptide bên trong chuỗi protein, tạo ra peptide mạch ngắn nhưng có thể gây vị đắng. Flavourzyme là aminopeptidase thủy phân peptide tại đầu N, giải phóng acid amin tự do, giảm vị đắng và tăng giá trị dinh dưỡng. Kết hợp hai enzyme giúp tối ưu hóa chất lượng dịch thủy phân.

2. Điều kiện thủy phân nào là tối ưu để thu được dịch thủy phân giàu acid amin tự do?
   Nghiên cứu xác định điều kiện tối ưu với Alcalase là tỷ lệ enzyme/cơ chất 0.116 AU/g, nhiệt độ 60°C, pH 8.0, thời gian 120 phút; với Flavourzyme là tỷ lệ 0.5 AU/g, nhiệt độ 45°C, pH 6.5, thời gian 210 phút. Các điều kiện này giúp đạt hàm lượng acid amin tự do cao nhất.

3. Dịch thủy phân gluten có thể ứng dụng trong những sản phẩm thực phẩm nào?
   Dịch thủy phân gluten có thể dùng làm phụ gia tạo nhũ, tạo bọt trong bánh mì, xúc xích, nước sốt; làm gia vị umami tự nhiên; chất chống oxy hóa tự nhiên; và nguyên liệu cho thực phẩm chức năng hỗ trợ sức khỏe.

4. Làm thế nào để kiểm soát vị đắng trong dịch thủy phân gluten?
   Vị đắng chủ yếu do peptide ky nước tạo ra khi thủy phân bằng Alcalase. Sử dụng Flavourzyme tiếp tục thủy phân giúp cắt nhỏ peptide tại đầu N, giải phóng acid amin tự do, giảm vị đắng và cải thiện hương vị dịch thủy phân.

5. Phương pháp phân tích nào được sử dụng để đánh giá dịch thủy phân gluten?
   Các phương pháp chính gồm xác định mức độ thủy phân (DH) bằng pH-stat, hàm lượng protein hòa tan bằng phương pháp Lowry, hàm lượng nitơ tổng và amoniac bằng Kjeldahl và sấy, hàm lượng acid amin tự do bằng HPLC, và phân tích khối lượng phân tử peptide bằng điện di SDS-PAGE.

Kết luận

• Gluten lúa mì chứa 75.7% protein với các phân tử glutenin và gliadin có khối lượng phân tử đa dạng, là nguồn nguyên liệu giàu dinh dưỡng nhưng khó hòa tan.
• Thủy phân bằng enzyme Alcalase ở tỷ lệ 0.116 AU/g, 60°C, pH 8.0, 120 phút tạo ra dịch thủy phân giàu peptide mạch ngắn với hàm lượng nitơ tổng 17.202 g/L và acid amin tự do 30 mg/L.
• Tiếp tục thủy phân bằng Flavourzyme ở tỷ lệ 0.5 AU/g, 45°C, pH 6.5, 210 phút tăng hàm lượng acid amin tự do lên 102 mg/L, giảm vị đắng và cải thiện chất lượng dịch thủy phân.
• Dịch thủy phân thu được có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong thực phẩm chức năng, phụ gia tạo nhũ, tạo bọt và gia vị tự nhiên.
• Nghiên cứu đề xuất quy trình thủy phân enzyme an toàn, hiệu quả, phù hợp để phát triển sản phẩm thực phẩm mới, đồng thời khuyến nghị đào tạo và chuyển giao công nghệ cho doanh nghiệp.

Để tiếp tục phát triển, các bên liên quan nên triển khai ứng dụng quy trình trong sản xuất thực tế, nghiên cứu mở rộng các hoạt tính sinh học của peptide và phát triển sản phẩm đa dạng. Hãy liên hệ với nhóm nghiên cứu để nhận tư vấn kỹ thuật và hợp tác phát triển sản phẩm từ dịch thủy phân gluten lúa mì.