Tác giả: Bùi Thanh Bình, Võ Bửu Lợi, Đặng Thị Thanh Hương
Tóm tắt
Từ nguồn nguyên liệu là hạt đậu nành giống OMĐN 29, đề tài đã nghiên cứu công nghệ sản xuất protein isolate bao gồm 3 giai đoạn chính là: chuẩn bị bột đậu nành tách béo, trích ly protein và thu hồi protein. Dựa trên các thông số kỹ thuật tìm được, xây dựng qui trình công nghệ sản xuất protein isolate từ đậu nành qui mô phòng thí nghiệm (2kg/mẻ). Hiệu suất của quá trình sản xuất protein isolate đạt khoảng 72% so với lượng protein trong nguyên liệu và đạt 28,43% so với nguyên liệu hạt ban đầu. Sản phẩm có hàm lượng protein là 89,11%, độ ẩm 4,3%, hàm lượng chất béo 0,11%, hàm lượng tro 3,97%, hàm lượng xơ thô 1,06% và đạt tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm.
1. MỞ ĐẦU
Việt Nam là một nước nông nghiệp, sản lượng đậu nành hàng năm rất cao, chủ yếu phục vụ nhu cầu ăn trực tiếp của người dân và một phần nhỏ để khai thác dầu béo. Tuy nhiên ở nước ta vẫn chưa sản xuất protein concentrate và protein isolate từ đậu nành. Nguồn nguyên liệu protein concentrate và protein isolate sử dụng trong công nghiệp thực phẩm hoàn toàn nhập từ nước ngoài. Việc nghiên cứu tạo ra sản phẩm protein isolate từ đậu nành, với hàm lượng protein lớn hơn 85%, được sử dụng trong ngành công nghệ thực phẩm, bổ sung vào thực phẩm với mục đích gia tăng giá trị dinh dưỡng là rất cần thiết.
2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nguyên liệu
- Hạt đậu nành OMDN 29, Bã của quá trình sản xuất sữa đậu nành
- n- hexan để trích ly dầu trong hạt
- Dung môi pH: KCl, H3BO3, NaOH
- Các hóa chất cho phân tích
2.2. Phương pháp nghiên cứu       
- Phân tích so sánh chất lượng 2 loại nguyên liệu là hạt và bã của quá trình sản xuất sữa đậu nành để lựa chọn nguyên liệu phù hợp cho sản xuất protein isolate.
- Xử lý nguyên liệu: trích ly loại dầu bằng n hexan
- Chiết tách protein: trích ly bằng nước
- Thu hồi và làm sạch protein
- Đánh giá chất lượng sản phẩm: bằng các phương pháp phân tích hóa lý
- Đánh giá chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm: bằng phương pháp kiểm nghiệm vi sinh.
- Số liệu thí nghiệm được xử lý thống kê bằng phương pháp phân tích Anova với sự hỗ trợ của phần mềm Statgraphic và JMP 9.0.
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Lựa chọn nguyên liệu phù hợp
Kết quả phân tích cho thấy, hàm lượng protein và protein hòa tan trong bã đậu nành là 18,51% và 12,61%  chỉ bằng khoảng 54% so với trong hạt đậu nành. Tỷ lệ của hàm lượng protein hòa tan/protein của bã đậu nành (68,12%) thấp hơn so với trong hạt đậu nành (79,32%) do đó chúng ta khó có thể tận dụng bã đậu nành để làm nguyên liệu nghiên cứu sản xuất protein isolate cho mục đích cung cấp dinh dưỡng được.
Tóm lại: Hạt đậu nành OMĐN29 có hàm lượng protein là 35,69% và tỷ lệ protein hòa tan với protein là 79,32%  thích hợp và được đề tài chọn làm nguyên liệu cho nghiên cứu sản xuất protein isolate của mình.
3.2. Nghiên cứu xác định các thông số kỹ thuật (tỉ lệ dịch:bột, pH dịch trích, nhiệt độ, thời gian trích ly và  phương pháp thu  sản phẩm protein isolate)
3.2.1. Giai đoạn 1: Chuẩn bị bột đậu nành tách béo
Kết quả hàm lượng dầu trong bột còn lại 0,64% sau 5 giờ trích ly, đạt với yêu cầu đặt ra ban đầu là phải dưới 1%, thích hợp làm nguyên liệu cho quá trình trích ly protein. Chất lượng của bột sau tách dầu:
- Độ ẩm: 4,93%
- Hàm lượng dầu: 0,64%/KTĐ
- Hàm lượng protein: 43,99%/KTĐ
- Hàm lượng protein hòa tan: 35,61%
- Hydratcarbon: 36,42%
- Kích thước bột: qua lỗ sàng 0,25mm là 96,33%
3.2.2. Giai đoạn 2: Trích ly protein
3.2.2.1. Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ dung môi: bột đến hiệu suất trích ly protein
Bột đậu nành tách béo được đem trích ly bằng dung môi pH 8,5 ở nhiệt độ 60oC trong thời gian 60 phút (trích ly 1 lần) với các tỉ lệ dung môi:bột thay đổi lần lượt là 6:1, 8:1, 10:1, 12:1. Kết quả nghiên cứu cho thấy tỉ lệ 10:1 cho  hiệu suất trích ly là 39,22%, đồng thời tỉ lệ Pht/P đạt được cao nhất (78,11%). Vì vậy chúng tôi lựa chọn tỉ lệ dung môi:bột là 10:1 cho những thí nghiệm tiếp theo, vừa đạt hiệu quả kinh tế (tốn ít dung môi, năng lượng) vừa đảm bảo hiệu suất thu hồi.
3.2.2.2. Khảo sát ảnh hưởng pH dung môi đến hiệu suất trích ly protein
Đề tài tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các pH dung môi từ 7-10 đến hiệu suất trích ly protein và chất lượng protein thu được. Kết quả cho thấy ở dung môi 9,0 cho hiệu suất trích cao nhất (43,17%) và chất lượng protein tốt nhất (Pht/P = 85,56%).
3.2.2.3. Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất trích ly protein
Protein được tiến hành trích trong dung môi pH 9,0, tỉ lệ dung môi: bột là 10:1, thời gian trích ly 60 phút (trích ly 1 lần), nhiệt độ trích lần lượt là 40, 60, 80oC. Nhiệt độ trích ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất trích ly. Nhiệt độ càng tăng, khả năng khuyếch tán và hòa tan của protein tăng, hiệu suất trích ly càng tăng. Khi nhiệt độ tăng lên 80oC, thì hiệu suất trích đạt 45%, tăng chỉ 4,24% so với tại nhiệt độ 60oC. Hiệu suất trích protein tăng, nhưng tỉ lệ Pht/P lại giảm, ở nhiệt độ 400C, tỉ lệ Pht/P là 92,56% nhưng khi nhiệt độ là 60 và 800C thì tỉ lệ này chỉ còn là 85,56 và 65,36%. Mặt khác ở nhiệt độ cao, màu sắc của dịch trích thu được cũng sậm màu hơn làm giảm chất lượng sản phẩm. Để thu được sản phẩm có chất lượng và hiệu suất trích cao, chúng tôi chọn nhiệt độ trích là 600C cho  những thử nghiệm tiếp theo.
3.2.2.4. Khảo sát ảnh hưởng thời gian (số lần trích) đến hiệu suất trích ly protein
Bột đậu nành tách béo được trích ly ở nhiệt độ 600C trong dung môi pH 9,0 với tỉ  lệ dung môi:bột là 10:1 với số lần trích lần lượt là 1, 2, 3, 4 với thời gian tương ứng là 60, 90, 120 và 150 phút.
Kết quả khảo sát khi tăng thời gian trích ly và số lần trích, tạo điều kiện thuận lợi cho sự khuyếch tán và hòa tan protein. Với số lần trích là 3 lần thì hiệu suất trích đạt cao nhất 90,67%, cao hơn gấp đôi so với khi chỉ trích ly một lần. Nhưng nếu kéo dài thêm thời gian trích thì hiệu suất trích lại giảm xuống chỉ còn 86,09%. Tỉ lệ Pht/P cũng đạt được cao nhất là 94,42% khi tiến hành trích ly 3 lần với tổng thời gian trích là 120 phút.
3.2.2.5. Tối ưu hóa điều kiện trích ly protein (pH và nhiệt độ) bằng phương pháp bề mặt đáp ứng.
Kết quả quá trình khảo sát tối ưu hóa hai thông số pH và nhiệt độ trích ly, qua phân tích Anova cho thấy pH và nhiệt độ đều có ảnh hưởng đến quá trình trích protein. Phương trình hồi qui Y= 90,756 + 2,148X1 + 9,7384X2 – 1,475X1X2 – 2,3905X12 – 7,2805X22  có hệ số R2 là 0,987 nên mức độ tương thích của phương trình rất cao.
Hiệu suất trích cao nhất là 94,16% khi thực hiện trích ở pH 9,13 và nhiệt độ 63,22oC.
3.2.3. Giai đoạn 3: Thu hồi protein
3.2.3.1. Khảo sát ảnh hưởng  pH và nhiệt độ đông tụ đến hiệu suất thu hồi protein:
 Dịch trích ly được tiến hành khảo sát ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đông tụ theo các nghiệm thức khác nhau. Điều kiện thích hợp cho quá trình đông tụ là pH từ 4,0 – 4,5 ở nhiệt độ 40oC. Tuy nhiên tại pH 4,0, tỉ lệ Pht/P (89,44%) lại thấp hơn tại pH 4,5 (94,38%), vì thế chúng tôi chọn quá trình đông tụ được thực hiện ở pH 4,5 và nhiệt độ 40oC
3.2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng chế độ rửa tủa đến hiệu suất và chất lượng protein isolate.
Hiệu suất thu hồi đạt được cao nhất là 77,44% khi rửa 2 lần với lượng nước mỗi lần rửa gấp 5 lần lượng tủa. Đồng thời tỉ lệ Pht/P là 94,53% cũng cao nhất so với các nghiệm thức khác. Tuy nhiên pH của tủa thu được lại thấp nhất, sản phẩm vẫn còn mang tính axit. Hiệu suất thu hồi giữa chế độ rửa số 1 và số 2 không có sự khác biệt có ý nghĩa. Tuy nhiên khi rửa 3 lần với lượng nước rửa mỗi lần gấp 5 lần thì pH sản phẩm đã hết tính axit, pH về gần với pH của nước cất.  
3.3. Xây dựng qui trình sản xuất và sản xuất thử nghiệm sản phẩm ở qui mô 500g/mẻ
Hạt đậu nành được làm sạch, sấy đến độ ẩm 5-8%. Nghiền sơ bộ, thổi tách vỏ, nghiền mịn qua rây 0,25mm. Trích ly tách dầu bằng dung môi  n-hexan trong 5 giờ. Sấy đuổi dung môi, thu bột đậu nành tách béo, dầu đậu nành.
Trích ly protein trong dung môi pH = 9,0; tỉ lệ dung môi: bột là 10:1, nhiệt độ trích 650C. Sau 60 phút, lọc thu dịch trích, bã đem trích lần 2 với lượng dịch bằng một nửa lần 1, thời gian trích 30 phút. Tiếp tục như thế cho lần trích thứ 3. Thu được  dịch protein, hàm lượng protein là 2,59%. Hiệu suất trích đạt 93%.
Dịch protein đem ly tâm tách phần tạp chất không tan. Đông tụ dịch trích tại pH  4,5, nhiệt độ 400C. Tủa thu được lắng gạn với nước cất 3 lần, lượng nước sử dụng mỗi lần gấp 5 lần thể tích tủa. Sau cùng ly tâm thu  huyền phù, có độ ẩm khoảng 90%. Sấy phun ở chế độ: nhiệt độ đầu vào 1700C, tốc độ phun 287ml/phút, tốc độ gió 1.85m/s. Thu sản phẩm protein isolate. Hiệu suất thu hồi protein là 77,44%
Hiệu suất của quá trình sản xuất protein isolate đạt khoảng 72% so với lượng protein trong nguyên liệu và đạt 28,43% so với nguyên liệu hạt ban đầu.
3.4. Phân tích chất lượng sản phẩm protein isolate đậu nành
Sản phẩm protein isolate của đề tài được lấy mẫu và đem phân tích tại Công ty Cổ phần DV KHCN Sắc ký Hải Đăng. Kết quả phân tích chất lượng cho thấy sản phẩm Protein Isolate có hàm lượng protein đạt 89,11%, độ ẩm 4,30% và đạt tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm.
3.5. Đánh giá hiệu quả kinh tế:
Với tính toán sơ bộ, lợi nhuận thu được là khoảng 33.658 đồng/kg sản phẩm, (có thể thu thêm từ việc thu hồi bã sau trích protein).
4. KẾT LUẬN
Đề tài đã xây dựng qui trình sản xuất protein isolate bao gồm 3 giai đoạn chính là: chuẩn bị bột đậu nành tách béo, trích ly protein và thu hồi protein. Hiệu suất của quá trình sản xuất protein isolate đạt khoảng 72% so với lượng protein trong nguyên liệu và đạt 28,43% so với nguyên liệu hạt ban đầu. Sản phẩm có hàm lượng protein là 89,11%, độ ẩm 4,3%, hàm lượng chất béo 0,11%, hàm lượng tro 3,97%, hàm lượng xơ thô 1,06% và đạt tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm.