Khảo sát quá trình trích ly acid phytic từ đậu phộng và hoạt tính chống oxy hóa

Khảo sát quá trình trích ly acid phytic từ đậu phộng và hoạt tính chống oxy hóa của chế phẩm trong luận văn thạc sĩ công nghệ thực phẩm.

• Tác giả: Nguyễn Quốc Duy
• Người hướng dẫn: PGS. Đống Thị Anh Đào
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG HCM
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm và đồ uống
• Đề tài: Nghiên cứu trích ly acid phytic từ đậu phộng và hoạt tính chống oxy hóa
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: TP Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về acid phytic

Acid phytic, một hợp chất tự nhiên có mặt trong nhiều loại thực vật, đặc biệt là trong đậu phộng, đã được nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh vực dinh dưỡng. Acid phytic không chỉ đóng vai trò là chất kháng dinh dưỡng mà còn có khả năng tạo phức với các khoáng chất như canxi, sắt và kẽm, ảnh hưởng đến khả năng hấp thu dinh dưỡng của cơ thể. Nghiên cứu cho thấy rằng việc loại bỏ acid phytic trong chế biến thực phẩm có thể cải thiện sự hấp thu khoáng, giúp giảm nguy cơ thiếu hụt dinh dưỡng, đặc biệt ở các quốc gia đang phát triển. Hơn nữa, acid phytic còn có tác dụng chống oxy hóa, giúp bảo vệ tế bào khỏi các gốc tự do. Điều này đã dẫn đến nhiều nghiên cứu về tác động tích cực của acid phytic đối với sức khỏe, bao gồm khả năng phòng ngừa bệnh ung thư và các bệnh liên quan đến tim mạch.

II. Quy trình trích ly acid phytic

Quá trình trích ly acid phytic từ đậu phộng được thực hiện qua nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm phương pháp thông thường, phương pháp siêu âm và phương pháp enzyme. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa các điều kiện như nồng độ dung dịch HCl, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu, thời gian và nhiệt độ trích ly có thể nâng cao hiệu suất thu hồi acid phytic. Cụ thể, trong nghiên cứu, điều kiện tối ưu cho phương pháp thông thường là nồng độ HCl 0,61M, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu 22,50 mL/g, thời gian trích ly 3,75 giờ và nhiệt độ 43,46 độ C, cho hiệu suất trích ly đạt 0,98%. Khi áp dụng phương pháp siêu âm, hiệu suất trích ly tăng lên 1,42% nhờ vào việc tối ưu hóa công suất và thời gian siêu âm. Điều này chứng tỏ rằng sự kết hợp giữa các phương pháp khác nhau có thể mang lại hiệu quả cao hơn trong việc trích ly acid phytic.

III. Hoạt tính chống oxy hóa của chế phẩm

Hoạt tính chống oxy hóa của acid phytic được khảo sát và so sánh với một số chất chống oxy hóa phổ biến. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng acid phytic không chỉ có khả năng tạo phức với các ion kim loại mà còn có tác dụng mạnh mẽ trong việc chống lại các gốc tự do, nhờ vào khả năng chelate với ion Fe2+. Điều này khiến cho acid phytic trở thành một ứng viên tiềm năng trong việc phát triển các sản phẩm thực phẩm chức năng. Kết quả cho thấy chế phẩm acid phytic từ đậu phộng có hoạt tính chống oxy hóa cao, vượt trội hơn so với một số chất chống oxy hóa khác như vitamin C và E. Việc sử dụng acid phytic trong các sản phẩm thực phẩm không chỉ cải thiện giá trị dinh dưỡng mà còn có thể góp phần nâng cao sức khỏe cộng đồng.

IV. Tác động của acid phytic đến sức khỏe

Nghiên cứu về acid phytic đã chỉ ra rằng hợp chất này không chỉ có tác dụng kháng dinh dưỡng mà còn mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe. Các nghiên cứu gần đây đã phát hiện ra rằng acid phytic có thể giúp giảm nguy cơ mắc các bệnh như ung thư, bệnh tim mạch và tiểu đường. Tác dụng này được cho là do khả năng chống oxy hóa của acid phytic, giúp bảo vệ tế bào khỏi sự tấn công của các gốc tự do và giảm thiểu tổn thương tế bào. Hơn nữa, việc loại bỏ acid phytic trong chế biến thực phẩm có thể cải thiện sự hấp thu khoáng chất, từ đó nâng cao sức khỏe tổng thể. Tuy nhiên, cần có thêm nhiều nghiên cứu để làm rõ hơn về mối quan hệ giữa acid phytic và sức khỏe con người, nhằm tối ưu hóa lợi ích của nó trong dinh dưỡng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 SDS-PAGE phân tách protein đậu phộng thành 2 phân đoạn có khối lượng phân tử 20. Cả arachin và conarachin đều là glycoprotein chứa đường và dẫn xuất của đường với amine. Conarachin giàu sulfur (1,09%), nghèo phenylalanine và tyrosine trong khi arachin lại nghèo sulfur (0,4%), lysine và methionine nhưng lại giàu threonine và proline. Phân đoạn conarachin chứa lượng serine, cystine, methionine và lysine nhiều gấp đôi arachin.

Giống đậu phộng, vị trí địa lý, mùa vụ, giai đoạn phát triển ảnh hưởng tới hàm lượng amino acid của đậu phộng. Hàm lượng amino acid tự do luôn cao hơn trong quá trình phát triển ban đầu của hạt và sau đó giảm dần theo độ trưởng thành của hạt kèm theo sự tăng hàm lượng protein (Yada, 2004). Protein đậu phộng tương đối giàu các amino acid có tính acid (Bảng 1. Acid aspartic, acid glutamic và arginine chiếm khoảng 45% lượng amino acid.

Hàm lượng amino acid trong protein chiếm khoảng 23÷28%, trong đó thiếu lysine, methionine và threonine. Carbohydrate Tỷ lệ carbohydrate tổng trong nhân đậu phộng dao động từ 1020% trong khi đó, bánh dầu chứa khoảng 38% carbohydrate. Thành phần chiếm hàm lượng cao nhất trong lượng carbohydrate của đậu phộng là sucrose và tinh bột, trong khi đó, lượng đường khử chiếm tỷ lệ thấp nhất (Bảng 1. Sucrose, raffinose, stachyose và verbascose là những loại đường chính trong đậu phộng.

Hàm lượng đường khử trong hạt đậu phộng dao động từ 2,866,35% tùy thuộc vào từng giống khác nhau. Các loại đường có thành phần như sau (mg/g đậu phộng): sucrose 27,837,5; stachyose 3,74,2; raffinose 0,310,38; inositol 0,110,15; fructose 0,190,23 và glucose 0,090,11. Nơi trồng cũng có ảnh hưởng đến hàm lượng các loại đường trong hạt. Glucose, fructose, arabinose và galactose là những phân tử đường đơn chính được tìm thấy trong sản phẩm thủy phân bằng acid của bánh dầu đậu phộng đã tách béo.

Trong bánh dầu đậu phộng tách béo, monosacharide và oligosaccharide chiếm 18% carbohydrate tổng. Sucrose chiếm ưu thế (13,9%), tiếp theo là stachyose (1,56%), raffinose (0,89%), verbascose (0,41%), fructose (0,8%) và glucose (0,41%). Thêm vào đó, sự có mặt của xylose đã hình thành các loại đường hòa tan trong đậu phộng. Các loại carbohydrate khác trong đậu phộng bao gồm tinh bột (12,5%), hemicellulose (4%) và cellulose (4,5%).

Nói chung, đậu phộng chứa ít họ đường raffinose có thể gây đầy hơi khi so sánh với các loại đậu khác. HVTH: NGUYỄN QUỐC DUY 8 GVHD: PGS. ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO CHƯƠNG 1 Bảng 1.5 Thành phần carbohydrate trong bột đậu phộng Carbohydrate Hàm lượng (%) Carbohydrate tổng 38,0 Tinh bột 12,5 Hemicellulose 4,6 Monosaccharide 1,2 Fructose 0,27 Glucose 0,19 Inositol 0,13 Oligosaccharide 18,0 Sucrose 14,2 Raffinose 0,9 Stachyose 1,58 Verbascose 0,41 Nguồn: Mason và cộng sự (1969), Tharanathan và cộng sự (1975). Khoáng Đậu phộng là nguồn cung cấp vitamin khá tốt do chứa các nguyên tố khoáng cần thiết như calci, magie, kali, natri, sắt và một số nguyên tố vi lượng như mangan, đồng, kẽm và bo với lượng thích hợp.

Tổng lượng khoáng trong đậu phộng dao động trong khoảng 1,8÷3,1%. Trong số 26 nguyên tố vô cơ trong nhân đậu phộng, kali, magie, phospho và lưu huỳnh là những nguyên tố có hàm lượng lớn và hầu như không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ (Maria Leonora và cộng sự, 2008). Phân bố lượng calci trong hạt đậu phộng như sau: 36,6% trong vỏ gỗ; 31,6% trong lá mầm; 29,5% trong biểu bì và 2,5% trong phôi trong khi sắt lại phân bố 74% trong lá mầm; 13,1% trong vỏ gỗ; 9,3% trong phôi và 3,6% trong biểu bì. Một số khoáng nhất định liên kết chặt chẽ với acid phytic và do đó có trong protein isolate.

HVTH: NGUYỄN QUỐC DUY 9 GVHD: PGS. ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO CHƯƠNG 1 Bảng 1.6 Hàm lượng khoáng trong nhân đậu phộng Khoáng Derise và cộng sự Gaines và Hammons (mg/100g) (1974) (1981) Ca 74,2÷87,8 50÷90 Mg 165,2÷182,8 200÷250 P 414,9÷470,3 340÷430 K 618,2÷634,0 500÷730 Na 5,79÷6,98 Fe 1,43÷1,76 2,30÷3,20 Cu 1,14÷1,27 0,8÷1,6 Zn 6,09÷6,15 2,3÷4,0 Mn 1,75÷2,01 1,3÷2,0 S 240÷300 B 0,9÷1,8 1. Vitamin Đậu phộng có rất ít hay hầu như không có vitamin A. Ba dạng tocopherol (vitamin E) được tìm thấy trong đậu phộng: α, β và γ, trong đó α-tocopherol có hàm lượng cao nhất còn γ-tocopherol có hàm lượng thấp nhất.

Đậu phộng là nguồn rất giàu vitamin. Trong số các vitamin của đậu phộng, acid nicotinic, thiamine, choline, inositol và acid pantothenic đều có mặt với lượng khá cao. Thiamine đặc biệt tập trung trong lớp vỏ lụa. Vitamin D, K và B12 thực tế không có trong đậu phộng.7 Thành phần vitamin trong bột đậu phộng Vitamin Hàm lượng Tan trong dầu (đv/100g) Vittamin A (I.) 26 Vitamin E (mg) 26,3÷59,4 α-tocopherol 11,9÷25,3 β-tocopherol 10,4÷34,2 γ-tocopherol 0,58÷2,50 HVTH: NGUYỄN QUỐC DUY 10 GVHD: PGS.

ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO CHƯƠNG 1 Tan trong nước (mg/100g) Thiamine 0,99 Riboflavin 0,13 Pyridoxine 0,30 Niacin 12,8÷16,7 Choline 165÷174 Acid folic 0,28 Inositol 180 Biotin 0,33 Acid pantothenic 2,72 Vitamin C 5,80 Nguồn: Cob và Johnson (1973) 1. Các yếu tố kháng dinh dưỡng Lectin Lectin hay hemagglutinin là protein có ái lực với một số phân tử đường nhất định. Chúng có thể liên kết với các gốc đường của màng tế bào và gây trở ngại cho việc hấp thu dinh dưỡng trong ruột. Lectin đậu phộng là một tetramer đặc trưng bởi α-D-galactose và có khối lượng phân tử 110.000 với 4 tiểu phần đồng nhất và không có bất kỳ carbohydrate nào khác.

Bốn tiểu phần của lectin có khối lượng 26.300 khi chạy trên SDS-PAGE. Bã đậu phộng loại béo chứa 144,7 µg/g lectin khi so sánh với 112,2 µg/g trong bã đậu nành tách béo. Lectin có thể bị vô hoạt bằng nhiệt và nhiệt ẩm tỏ ra có hiệu quả hơn là nhiệt khô. Rang đậu phộng ở 177oC, 30 phút hay luộc trong 60 phút bằng dung dịch muối 5% có thể loại được lectin.

Goitrogen Goitrogen là thành phần trong đậu phộng có thể cản trở việc hấp thu idod ở người. Chính sự ức chế này đã dẫn đến sự thiếu iod cho tuyến giáp và gây nên bệnh bướu cổ. Goitrogen có bản chất là phenolic glucoside có mặt trong lớp vỏ lụa của đậu phộng. Glucoside này kết hợp tốt hơn với iod, bằng cách đó, nó đã lấy đi iod vốn rất cần cho tuyến giáp.

Sự tác động đến tuyến giáp của hợp chất này chỉ có thể khắc phục hiệu quả bằng cách bổ sung thêm iod trong khẩu phần ăn chứ không phải bằng cách xử lý nhiệt. HVTH: NGUYỄN QUỐC DUY 11 GVHD: PGS. ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO CHƯƠNG 1 Các hợp chất khác Các hợp chất kháng dinh dưỡng khác trong đậu phộng gồm có các loại đường gây đầy hơi, các hợp chất gây vị đắng và các nhân tố gây dị ứng. Vị đắng trong đậu phộng là do sự hiện diện của saponin.

Lượng này trong phôi hạt cao gấp 20 lần trong lá mầm. Vì thế, tách bỏ phôi trong quá trình chế biến cũng là một cách để loại bỏ vị đắng. Protein trong đậu phộng có tên là “Peanut I” được cho là nguyên nhân gây ra dị ứng đậu phộng ở một số người. Tác động gây dị ứng bao gồm sưng tấy, mẩn đỏ trên da, ngứa và ngạt thở trong vòng 1h sau khi ăn đậu phộng.

Trạng thái này thường cấp tính và có thể kéo dài trong vòng 2 ngày. Loại các protein gây dị ứng này khỏi các giống đậu phộng mới là việc rất quan trọng. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACID PHYTIC 1. Cấu trúc hóa học Acid phytic là ester của rượu mạch vòng myo-inositol chứa 6 nhóm hydroxyl với 6 gốc phosphate (Hình 1.

Acid phytic (còn được gọi là inositol hexaphosphate (IP6) hay phytate ở dạng muối) là dạng dự trữ phosphor chủ yếu trong mô thực vật. Inositol penta (IP5), tetra- (IP4) and triphosphate (IP3) cũng được gọi là phytate. Công thức phân tử là C6H18O24P6 và khối lượng phân tử là 660,04 g/mol. Acid phytic chiếm 60÷90% tổng lượng phosphate, được hình thành trong quá trình trưởng thành của hạt thực vật và trong hạt ở trạng thái ngủ.

Do đó, acid phytic là thành phần thường gặp nhất trong những thực phẩm từ thực vật như ngũ cốc hay các loại đậu vốn là những loại thực phẩm chủ yếu ở những nước đang phát triển. Nó tồn tại chủ yếu dưới dạng muối của những cation đơn hóa trị hoặc hóa trị II và nhanh chóng tích lũy trong các loại hạt hay ngũ cốc đồng thời với các thành phần khác như protein, tinh bột và lipid trong quá trình chín và trưởng thành của hạt (Kumar và cộng sự, 2010). Phân bố Acid phytic tồn tại dưới dạng muối kali-magie trong gạo, lúa mì, mè, các loại đậu và dưới dạng muối calci-magie-kali trong đậu nành. Thông thường, những thực phẩm từ đậu chứa hàm lượng acid phytic cao hơn các thực phẩm từ ngũ cốc.

Ở ngũ cốc, acid phytic được tích lũy chủ yếu trong lớp aleurone của hạt trong khi ở các loại đậu, acid phytic lại tập trung chủ yếu trong hai lá mầm, lớp vỏ chứa rất ít hay hầu như không chứa acid phytic. Trong đậu phộng, acid phytic chiếm hàm lượng khoảng 1,05÷1,76%. Trong số các loại rau, cà chua có hàm lượng acid phytic cao nhất (0,04÷0,31%). Hầu hết các loại trái cây đều chứa acid phytic nhưng với hàm lượng thấp.

Đặc biệt, trong HVTH: NGUYỄN QUỐC DUY 12 GVHD: PGS. ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO CHƯƠNG 1 táo, mơ, chuối, lê, đào, bưởi, hàm lượng này khó có thể xác định được.2 Cấu tạo phân tử acid phytic 1. Ảnh hưởng của acid phytic lên cơ thể người 1. Ảnh hưởng lên hấp thu khoáng Sự có mặt của acid phytic trong thực phẩm có một tác động xấu lên sự hấp thu khoáng của cơ thể bao gồm: kẽm, sắt, calci, magie, mangan và đồng.

Trong đó, sự hấp thu Zn2+ bị ảnh hưởng lớn nhất trong quá trình hấp thu khoáng của con người. Sự có mặt của acid phytic trong những sản phẩm thực phẩm có nguồn gốc từ thực vật là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng lên sự giảm hấp thu Zn2+ và cân bằng Zn2+ trong cơ thể. Khả năng tạo phức của các kim loại với acid phytic được sắp xếp theo thứ tự như sau: Cu2+>Zn2+>Cd2+ ở pH 3÷7. Phức hợp acid phytic với kim loại không tan và không được hấp thu trong hệ tiêu hóa của con người do trong ruột non có hoạt tính enzyme phân hủy acid phytic rất yếu (Canan và cộng sự, 2011).8 Tỷ lệ hấp thu khoáng từ thức ăn khi có và không có acid phytic Khoáng Tỷ lệ hấp thu khi có mặt Tỷ lệ hấp thu khi không acid phytic (%) có acid phytic (%) Zn 23 30 Fe 1 12 Mg 13 30 Độ bền và độ hòa tan của phức hợp acid phytic – kim loại phụ thuộc vào giá trị pH, lượng cation tự do, tỷ lệ acid phytic và cation.

Trong đó, pH là yếu tố quan trọng ảnh hưởng lên tính hòa tan của acid phytic, ở pH thấp hòa tan tốt hơn. Muối của acid phytic HVTH: NGUYỄN QUỐC DUY 13 GVHD: PGS.