MỞ ĐẦU Lý do hình thành đề tài Bột đậu nành là một loại thực phẩm quen thuộc và đang được sử dụng tại nhiều quốc gia trên thế giới. Gần đây y học thế giới còn phát hiện ra nhiều tác dụng của đậu nành và coi đây là loại thực phẩm vạn năng, giàu đạm thực vật và có công dụng rất tốt trong việc ngăn ngừa các bệnh về tim mạch, ngăn chặn các khối u cũng như giảm các loại hormone có hại cho cơ thể. Bên cạnh đó, với những người thừa cân, muốn giảm béo, đậu nành là một lựa chọn tốt để họ có một thực đơn ăn uống lành mạnh và vẫn cung cấp đầy đủ năng lượng. Tuy nhiên ở dạng bột thô thì các chất có hoạt tính sinh học không thể hiện hoạt tính.
Ngày nay, ứng dụng của công nghệ enzyme vào công nghệ thực phẩm là kỹ thuật thông dụng để nâng cao hiệu suất thu hồi chất chiết. Enzyme xúc tác quá trình thủy phân trong điều kiện ôn hòa, ít tạo sản phẩm phụ nên nâng cao giá trị dinh dưỡng của sản phẩm đồng thời đem đến nhiều giá trị có lợi cho sức khỏe của con người do trong quá trình thủy phân bằng enzyme thì các chất có kích thước lớn sẽ được phân giải thành các chất có kích thước nhỏ hơn, dễ tan, dễ hấp thu hoặc tạo thành các chất có hoạt tính sinh học và có chức năng sinh lý của cơ thể. Chính vì vậy, chúng tôi chọn enzyme để thủy phân protein và cacbonhydrate trong đậu nành nhằm thu được bột đậu nành có hàm lượng protein cao, khả năng hòa tan tốt không những nâng cao giá trị dinh dưỡng mà còn mang lại nhiều giá trị có lợi cho sức khỏe con người. Mục đích nghiên cứu Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân đậu nành bằng các loại enzyme sao cho hiệu suất thu hồi protein hòa tan và chất khô hòa tan là cao nhất.
Từ đó chọn quy trình phù hợp để sản xuất bột đậu nành hòa tan. Sản phẩm được kiểm tra một số thành phần, chỉ số peroxide và vi sinh nhằm đảm bảo dinh dưỡng và an toàn người sử dụng. 2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu được thực hiện trong phòng thí nghiệm, đối tượng là hạt đậu nành có nguồn gốc tại Tân Phú, Đồng Nai, Việt Nam. Quá trình thủy phân sử dụng chế phẩm enzyme protease, cellulase và amylase của hãng Novozymes, Đan Mạch.
Tiến hành các khảo sát như trong nội dung nghiên cứu của đề tài. Nội dung nghiên cứu Nội dung luận văn bao gồm các phần: - Tổng quan tài liệu về đậu nành, enzyme dùng trong nghiên cứu và sản phẩm từ đậu nành. - Phân tích một số thành phần hóa học của hạt đậu nành. - Xác định hoạt tính ban đầu của các enzyme sử dụng trong nghiên cứu: protease (Alcalase, Flavourzyme và Protamex), amylase (Termamyl 120L), cellulase (Celluclast 1,5L).
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân đậu nành bằng enzyme cellulase. Sau đó khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein đậu nành bằng protease rồi thực hiện tối ưu hóa quá trình thủy phân bằng protease. Sau đó sẽ khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân đậu nành bằng enzyme amylase. - Xác định chất lượng của bột đậu nành thủy phân sau khi sấy phun: các thành phần dinh dưỡng, chỉ số peroxide, vi sinh, cảm quan.
- Đánh giá cảm quan bột đậu nành thủy phân sau khi sấy phun. Ứng dụng nghiên cứu của đề tài. Bước đầu nghiên cứu các điều kiện thủy phân để sản xuất bột đậu nành hòa tan. Tạo điều kiện cho việc nghiên cứu sản xuất bột đậu nành hòa tan ở nhiều điều kiện sấy khác nhau tạo ra sản phẩm với hàm lượng cao các chất dinh dưỡng, chứa các chất có hoạt tính sinh học có lợi cho sức khỏe con người.
3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về đậu nành 1. Nguồn gốc cây đậu nành Đậu nành có tên khoa học là Glycine Max Merill, theo thống kê FAO (1994) đậu nành được phân loại thực vật học như sau: Giới: Plantae Ngành: Magnoliophyta Lớp: Magnoliopside Bộ: Fabales Họ: Fabaceae Phân họ: Faboideae Giống: glycine Loài: max Các nhà khoa học dựa vào hình thái học, thống nhất các quan điểm rằng đậu nành có nguồn gốc từ Trung Quốc, xuất phát từ một loại đậu nành dại, thân mảnh, dạng dây leo. Từ Trung Quốc, đậu nành lan truyền khắp thế giới [4] [6].
Cấu tạo hạt đậu nành Hạt đậu nành thuộc các giống khác nhau, có kích thước chênh lệch nhau rất lớn. Trọng lượng 1000 hạt của các giống có thể thay đổi từ 140 đến 340g, dung trọng hạt 780 kg/m3. Phần lớn các giống hạt đậu nành dùng phổ biến trong sản xuất thường có kích thước hạt trung bình đến hơi nhỏ, khoảng 120 - 180g/ 1000 hạt. Hạt đậu nành cũng như nhiều họ đậu khác, không có nội nhũ mà chỉ có một lớp vỏ bao quanh một phôi lớn.
Tùy theo giống, hình dạng của hạt có thể biến đổi từ hình cầu, dẹp, dài và hầu hết là có hình ovan. Hạt đậu nành có 3 bộ phận: Vỏ hạt chiếm 8% trọng lượng hạt, có 3 lớp: biểu bì, hạ bì, lớp nhu mô bên trong. Phôi chiếm 2% trọng lượng hạt: gồm 2 lá mầm, 1 chồi mầm, 1 trụ mầm và rễ. Đầu rễ được bảo vệ bởi vỏ hạt.
Ở tiết diện cắt ngang, lá mầm có dạng bán cầu. 4 Tử diệp chiếm 90% trọng lượng hạt: có hình thẳng tới hình ovan. Do vỏ hạt có lớp cutin che phủ, sự trao đổi khí không thể xảy ra, con đường duy nhất cho sự trao đổi khí giữa phôi và môi trường là qua rốn hạt. Vì vậy cấu trúc tử diệp có thể ảnh hưởng tới quá trình trao đổi chất và lượng nước bên trong phôi.
Thành phần hóa học của đậu nành Đậu nành là loại hạt giàu protein, là nguồn thực phẩm quan trọng đối với con người. Nó được nhiều nhà khoa học xem như là chìa khóa để giải quyết nạn thiếu protein trong dinh dưỡng của con người.1: Thành phần hóa học của hạt đậu nành (theo hàm lượng chất khô)[26] Thành phần Hàm lượng (%) Protein 35 – 40 Lipid 15 – 20 Cacbohydrate 35 Tro, khoáng 5 Đậu nành có nhiều màu sắc khác nhau, trong đó đậu nành màu vàng là tốt nhất nên được trồng và sử dụng nhiều. Protein Protein đậu nành và thành phần acid amin - Trong thành phần hóa học của đậu nành, protein chiếm một lượng rất lớn. Về giá trị dinh dưỡng, protein đậu nành đứng hàng đầu về đạm có nguồn gốc thực vật cả về chất lượng lẫn số lượng.
Protein này chứa hầu hết các loại acid amin thiết yếu cần cho dinh dưỡng con người, giúp những sản phẩm từ đậu nành có giá trị tương đương với những sản phẩm có nguồn gốc từ động vật và một số thực phẩm quan trọng như trứng [54]. - Protein đậu nành chứa nhiều acid amin không thay thế như lysine, trytophan trừ methionine và cystein có hàm lượng hơi thấp. Protein đậu nành có giá 5 trị sinh học tương đương khoảng 0,96 trong khi thịt bò khoảng 0,92 và sữa khoảng 1,0 [22].2: Bảng so sánh thành phần acid amin không thay thế trong đậu nành và các loại thực phẩm khác (nguồn FAO/ WHO, 1973) Hàm lượng (g/100g) Acid amin Đậu nành Thịt lợn Trứng Sữa bò FAO Lysine 6,38 7,8 7,2 8,4 5,4 Methionine 1,26 2,5 4,1 2,2 1,6 Trytophane 1,26 1,4 1,5 1,4 1,4 Phenylalanine 5,0 4,1 6,3 4,6 4,2 Threonine 3,86 5,1 4,9 4,8 2,8 Valine 4,8 5 7,3 6,2 4,2 Leucine 7,78 7,5 9,2 11,8 4,8 Isoleucine 4,54 4,9 8 6,5 6,4 Arginine 7,23 6,4 6,4 4,3 - Histidine 2,53 3,2 2,1 2,6 - Hàm lượng protein tổng dao động trong hạt đậu nành từ 35 – 40% hàm lượng chất khô. Các nhóm protein đơn giản (% so với tổng số protein): globulin (85 – 90%), albumin chiếm một lượng nhỏ, glutelin và prolamin không đáng kể.
90% protein trong đậu nành ở dạng dự trữ, còn 10% là các enzyme, protease inhibitor, lectin và một phần tham gia vào cấu trúc màng [55]. Sự phân bố protein ở dạng dự trữ ở bốn dạng như sau: Bảng 1.3: Các dạng protein dự trữ trong hạt đậu nành [56] [14] Phân đoạn protein Khối lượng phân tử (kDa) Thành phần 2S 8-50 Trypsin inhibitor, cytochrome Lipoxygenase, amylase, 7S 60-210 globulins 11S 350 Globulins 15S 600 Polymer - Protein 2S chiếm 8% protein tổng. Trong đó, hầu hết là protease inhibitors ức chế enzyme tiêu hóa protein và enzyme, khá nhạy cảm với nhiệt. Do đó, ta phải ăn đậu nành chín [14][21][22].
- Protein 7S chiếm 35% protein tổng, là 1 glucoprotein, bao gồm enzyme hemagglutenin và protein ở dạng dự trữ là β-conglycinin hay 7S globulin. β-conglycinin có dạng hình cầu chứa 85% phân đoạn protein 7S. Phân tử β- conglycinin cấu tạo từ 3 tiểu phần có tính acid: α (72kDa), α‟ ( 76kDa), β ( 53kDa), các tiểu phần này chứa không tới 1% acid amin, chứa nhóm lưu huỳnh. Các tiểu phần α, α‟ có thành phần acid amin rất giống nhau, thiếu cysteine.
Tiểu phần β chỉ chứa cysteine và không có methionine. Trong đoạn 7S có các hemagglutinin (lectin) tạo thành phức bền với các hợp chất glucid, kiềm hãm protease như antitrypsin Kuntiz. - Glycinin và β-conglycinin chứa khoảng 65 – 80% protein tổng trong đậu nành. - Ngoài ra còn có 15S chiếm khoảng 5% protein tổng, đây là dạng nhị trùng của 2S [14][21].
Lipid Chất béo trong đậu nành chiếm khoảng 19% hàm lượng chất khô. Dầu nành chứa một lượng lớn acid béo không no, khoảng 55% acid linoleic và 8% acid α- linolenic (omega-3). Do đó, dầu nành được tiêu hóa dễ dàng với các thành phần acid béo này, không có cholesterol và trans-fat. Chất béo không no có lợi cho sức khỏe hơn là acid béo no.
Tuy nhiên, các acid béo không no dễ bị oxy hóa và giảm chất lượng [9]. Trong dầu nành có acid linoleic, acid linolenic và acid archidonic….có vai trò sinh học đối với con người. Ngoài ra, chúng còn chứa phosphatide (phosphatidyl choline, phosphatidyl ethanol amin, phosphatidyl inositol) và lecithin. Về mặt sinh học có một số tài liệu cho rằng lecithin có tác dụng làm cơ thể trẻ lâu, tăng trí nhớ, tái sinh mô, cứng xương, tăng sức đề kháng.4: Hàm lượng acid béo trong hạt đậu nành và dầu nành [40] Acid béo no Hạt đậu nành (% của chất khô) Dầu nành (%) Oleic C18:1 3,15 – 8,82 7 – 12 Linoleic C18:2 6,48 – 11,6 2 -5 Palmitic C16:0 1,44 – 2,31 19 – 34 Stearic C18:0 0,54 – 0,91 48 – 60 Arachidic C20:0 0,04 – 0,7 2 – 10 Linolenic C18:3 0,72 – 2,16 <1,0 1.
Cacbohydrate Cacrbohydrate trong đậu nành chiếm khoảng 35% khối lượng khô, trong đó hàm lượng tinh bột không đáng kể, được chia làm hai loại: Loại tan trong nước: chiếm khoảng 10% lượng carbohydrate ( gồm các loại đường không khử như saccharose, rafinose và stachyose).
