Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Tổng quan về nguyên liệu đậu phộng, kỹ thuật siêu âm và kỹ thuật membrane.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình trích ly protein bằng sóng siêu âm bao
gồm cƣờng độ siêu âm, tỷ lệ bột/nƣớc, pH, nhiệt độ và thời gian. Các yếu tố này
đƣợc khảo sát trên hai nhóm nguyên liệu là sản phẩm bột đậu phộng tách béo công
nghiệp và sản phẩm bột đậu phộng đƣợc tách béo tại phòng thí nghiệm.
- Để tăng hiệu quả của quá trình thu nhận protein concentrate và isolate, chúng tôi sử
dụng kỹ thuật membrane. Trong kỹ thuật này, chúng tôi đã khảo sát các thông số
về kích thƣớc mao quản, áp suất dòng nhập liệu và lƣu lƣợng dòng nhập liệu.
- Thiết lập qui trình công nghệ sản xuất chế phẩm PPC/PPI qui mô phòng thí
nghiệm.
- Xác định tính chất chức năng của chế phẩm protein thu đƣợc.
- Ứng dụng chế phẩm protein thu đƣợc để sản xuất xúc xích tại Công ty TNHH
SX&TM Việt Hƣơng.
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-II-

-
SUMMARY OF RESEARCH CONTENT
- General view about peanut, ultrasound technology and membrane technology.
- Investigating the influence of energy density, powder/liquid ratio, pH, temperature
and time on ultrasound extraction processing. There were two material groups:
industrial defatted peanut flour and lab defatted peanut flour.
- In order to improve the effect of receiving protein concentrate and protein isolate,
the membrane technology was utilised. In particular, some parameters such as
capillary demenssion, feed pressure, etc were studied.
- Estaslishing the processing to receive PPI in labotorary scale.
- Determining funtional properties of PPI.

1.5. Tổng quan về membrane 31
1.5.1. Khái niệm về membrane 31
1.5.2. Phân loại 31
1.5.3. Một số vật liệu chế tạo membrane 32
1.5.4. Hiện tƣợng fouling 32
1.5.5. Các mô hình trong kỹ thuật phân riêng bằng membrane 34
1.5.6. Tổng quan về thiết bị membrane 35
1.5.7. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình phân riêng bằng membrane 37
1.5.8. Ứng dụng của kỹ thuật phân riêng bằng membrane 40
CHƢƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP 46
2.1. Khảo sát thành phần nguyên liệu 46
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-IV-

2.1.1. Nguyên liệu 46
2.1.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 46
2.1.3. Nội dung cần đạt 48
2.2. Khảo sát quá trình trích ly protein sử dụng kỹ thuật siêu âm 48
2.2.1. Nguyên liệu 48
2.2.2. Thiết bị 48
2.2.3. Phƣơng pháp 49
2.3. Khảo sát quá trình thu nhận protein sử dụng kỹthuậtmembrane 55
2.3.1. Nguyên liệu 55
2.3.2. Thiết bị 55
2.3.3. Phƣơng pháp 56
2.4. Thiết lập qui trình công nghệ sản xuất chế phẩm PPC/PPI qui mô phòng thí nghiệm . 59
2.5. Xác định tính chất chức năng của chế phẩm protein thu đƣợc 60
2.5.1. Nguyên liệu 60
2.5.2. Thiết bị 60

3.3.2. Ảnh hƣởng của áp lực vận hành đến quá trình phân riêng protein đậu phộng 90
3.3.3. Ảnh hƣởng của lƣu lƣợng dòng nhập liệu đến quá trình phân riêng protein đậu phộng
……………………………………………………………………………… 92
3.3.4. Ứng dụng kỹ thuật diafiltration để cô đặc, tinh sạch protein đậu phộng 95
3.4. THIẾT LẬP QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHẾ PHẨM PPI QUI MÔ
PHÒNG THÍ NGHIỆM 96
3.5. XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT CHỨC NĂNG CỦA CHẾ PHẨM PROTEIN THU ĐƢỢC .
99
3.5.1. Thành phần hóa học của sản phẩm chế phẩm protein đậu phộng và đậu nành 99
3.5.2. So sánh tính chất chức năng của chế phẩm protein 100
3.6. ỨNG DỤNG CHẾ PHẨM PROTEIN THU ĐƢỢC ĐỂ SẢN XUẤT XÚC XÍCH TẠI
CÔNG TY TNHH SX & TM VIỆT HƢƠNG 107
CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 115
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-VI- DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT

Tên viết tắt
Tên đầy đủ
APC
American Peanut Council
Hiệp hội đậu phộng Hoa Kỳ
USDA
United States Department of Agriculture
Bộ Nông Nghiệp Hoa Kỳ
DPF
Defatted Peanut Flour

nhau.(a), (b), (c), (d) lần lƣợt là các mẫu không xử lý siêu âm, xử lý ở 15, 60, 120s(Karki và cộng
sự, 2010). 29
Hình 1.12: Khả năng hòa tan (%) của các chế phẩm protein đậu nành trƣớc và sau xử lý siêu âm
(Jambrak và cộng sự, 2009). 30
Hình 1.13: Khả năng phân riêng của các quá trình vi lọc, siêu lọc, lọc nano, thẩm thấu ngƣợc
(Munir Cheryan, 2011) 32
Hình 1.14: Mô hình của hiện tƣợng fouling(Mulder, 1991) 33
Hình 1.15: Mô hình phân riêng Dead-End (Dead-End Separation) 34
Hình 1.16: Mô hình phân riêng Cross-Flow (Cross-Flow Separation) 35
Hình 1.17: Mô hình thiết bị membrane dạng ống 35
Hình 1.18: Mô hình của thiết bị membrane dạng khung bản 36
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-VIII-

Hình 1.19: Mô hình của thiết bị membrane dạng cuộn xoắn 37
Hình 2.1: Quy trình chuẩn bị nguyên liệu A 46
Hình 2.2: Quy trình chuẩn bị nguyên liệu B 47
Hình 2.3: Quy trình trích ly protein sử dụng sóng siêu âm 49
Hình 2.4: Sơ đồ nghiên cứu quá trình trích ly protein bằng sóng siêu âm 50
Hình 2.5: ế 56
Hình 2.6: Sơ đồ nghiên cứu quá trình thu nhận protein sử dụng kỹ thuật membrane 57
Hình 2.7: Quy trình thu nhận PI/PC 58
Hình 3.1: Ảnh hƣởng của cƣờng độ siêu âm đến hiệu suất trích ly protein đậu phộng từ nguyên
liệu DPF thƣơng mại 71
Hình 3.2: Ảnh hƣởng của pH trƣớc siêu âm đến hiệu suất trích ly protein 72
Hình 3.3: Ảnh hƣởng của nhiệt độ siêu âm đến hiệu suất trích ly protein 73
Hình 3.4: Ảnh hƣởng của thời gian siêu âm đến hiệu suất trích ly protein 74
Hình 3.5: Ảnh hƣởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến hiệu suất trích ly protein đậu phộng 75
Hình 3.6: Ảnh hƣởng của cƣờng độ siêu âm đến hiệu suất trích ly protein 77

Hình 3.23: Mô tả phép đo cấu trúc xúc xích công ty Việt Hƣơng 113
Hình 3.24: Mô tả phép đo cấu trúc xúc xích sử dụng bột PPI (membrane) 113
Hình 3.25: Mô tả phép đo cấu trúc xúc xích sử dụng bột PPI ( acid) 114
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-X-

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1.1: Phân loại khoa học của đậu phộng 3
Bảng 1.2: Diện tích, năng suất, sản lƣợng đậu phộng trên thế giới từ 2005 – 2010 (USDA
Foreign Agricultural Service) 5
Bảng 1.3: Diện tích, năng suất, sản lƣợng đậu phộng của Việt Nam từ 2005-2010 (USDA
Foreign Agricultural Service) 5
Bảng 1.4: Thành phần hóa học của nhân đậu phộng (Seifert, 2009) 7
Bảng 1.5: Khối lƣợng phân tử của 5 loại tiểu đơn vị protein chính có trong đậu phộng, xác định
bằng phƣơng pháp điện di trên gel sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide (SDS-PAGE)
(Bianchi-Hall và cộng sự, 1993) 8
Bảng 1.6: Thành phần các acid amin trong đậu phộng (Monteiro & Prakash, 1994) 9
Bảng 1.7: Cấu trúc các polysaccharide có trong đậu phộng(Tharanathan và cộng sự, 1979) 10
Bảng 1.8: Năng lƣợng siêu âm ảnh hƣởng tới hiệu suất trích ly protein đậu nành (Karki và cộng
sự, 2010) 29
Bảng 1.9: Kích thƣớc lỗ mao quản của một số loại membrane 32
Bảng 1.10: Một số ứng dụng của kỹ thuật membrane trong công nghệ thực phẩm 41
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của thiết bị siêu âm dạng thanh Sonicator®, model VC750 49
Bảng 2.2: Các thông số của thiế 55
Bảng 3.1: Thành phần hóa học (% w/w) của nguyên liệu bột đậu phộng 69
Bảng 3.2: Ảnh hƣởng của tỷ lệ bột/nƣớc đến hàm lƣợng và hiệu suất trích ly protein 70
Bảng 3.3: Thông số và hiệu quả quá trình trích ly hai nguyên liệu A và B bằng siêu âm 83
Bảng 3.4: Ma trận thiết kế và kết quả thí nghiệm tối ƣu hóa 2 yếu tố nhiệt độ siêu âm và thời gian
siêu âm theo mô hình cấu trúc có tâm bằng phƣơng pháp RSM (Response surface methodology) 85

Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-XII- ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BẢNG KÊ CHỨNG TỪ THANH TOÁN

Mã số đề tài : TP 2010
Đề tài: “Ứng dụng kỹ thuật siêu âm và membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu
phộng"
Hợp đồng : 175/HĐ-SKHCN ngày 30/09/2010
Chủ nhiệm đề tài : ThS. Nguyễn Thị Hiền
Thời gian thực hiện : 18 tháng
Kinh phí toàn bộ : 200 triệu đồng
Kinh phí đợt 1 năm 2010 : 120 triệu đồng

STT
CHỨNG TỪ
SỐ TIỀN (đ)
1
CÔNG CHẤT XÁM
0
2

11,800,000
3
NGUYÊN, NHIÊN VẬT LIỆU, DỤNG CỤ, PHỤ TÙNG…
39,884,000

Hóa chất (ủy nhiệm chi số KB016/01/11)
37,884,000

Nguyên liệu (1 Hóa đơn số 12394 ngày 22/11/2010)
2,000,000
4
THIẾT BỊ
0
5
XÉT DUYỆT
11,316,000
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-XIII- Chi phí xét duyệt đợt 1 ngày 18/05/2010
5,666,000

Chi phí xét duyệt đợt 2 ngày 06/07/2010
5,650,000
6
HỘI NGHỊ, HỘI THẢO
0
7

ThS. Nguyễn Thị Hiền

Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-XIV-
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
BẢNG KÊ CHỨNG TỪ THANH TOÁN Mã số đề tài : TP 2010
Đề tài: “Ứng dụng kỹ thuật siêu âm và membrane để thu nhận protein isolate từ
khô đậu phộng"

III. NGUYÊN, NHIÊN VẬT LIỆU, DỤNG CỤ, PHỤ
TÙNG…
IV. THIẾT BỊ
0 V. XÉT DUYỆT
6,450,000
3
19/04/2012
Chi phí giám định đề tài.
6,450,000 VI. HỘI NGHỊ, HỘI THẢO
0 VIII. ĐÁNH MÁY TÀI LIỆU
2,000,000
4
30/11/2012
Photocopy tài liệu (Hóa đơn số 34007)
2,000,000 VIII. GIAO THÔNG, LIÊN LẠC

ThS. Nguyễn Thị Hiền
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-XV- BẢNG KINH PHÍ ĐỀ NGHỊ CẤP TIẾP STT
MỤC CHI
SỐ TIỀN (đồng)
1
Kinh phí nghiệm thu

2
Quản Lý chung của cơ quan chủ trì

TỔNG CỘNG:
20.000.000
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-2-

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Nguyên liệu đậu phộng
1.1.1. Giới thiệu nguyên liệu đậu phộng
Đậu phộng (hình 1.1) có tên khoa học Arachis hypogaea Linn, là một loài cây
thực phẩm thuộc họ đậu, thu hoạch hàng năm. Đậu phộng có nguồn gốc từ Nam Mỹ và
đƣợc trồng đầu tiên vào thế kỷ 16 (Seifert, 2009).

Hình 1.1:
Cây đ
ậ
u ph
ộ
ng Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-3- Bảng 1.1: Phân loại khoa học của đậu phộng
Giới

các sản phẩm đậu phộng rang.
- Đậu phộng Spanish có kích thƣớc hạt nhỏ hơn và thƣờng sử dụng để sản xuất
các sản phẩm kẹo đậu phộng.
- Đậu phộng Valencia thƣờng có 3 hoặc nhiều hơn 3 hạt trong mỗi quả, là đậu
phộng ngọt và chủ yếu đƣợc tiêu thụ ở dạng đậu phộng rang hoặc luộc.
Dựa vào đặc tính phân cành, căn cứ vào sự xuất hiện của cành sinh sản và cành
dinh dƣỡng, có thể chia đậu phộng thành hai nhóm (Vũ Công Hậu, 1995):
- Nhóm phân cành xen kẽ (Runner và Virginia): cây có dạng bụi, chu kì sinh
trƣởng dài 110-160 ngày.
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-4-

- Nhóm phân cành liên tục (Valencia và Spanish): cây đứng, thời gian sinh
trƣởng dài 85-110 ngày ở vùng nhiệt đới và xích đạo, gồm 2 dòng:
+ Spanish: thân cao ngang cành, lóng ngắn, dạng cây đứng, ít nghiêng ngả; lá
chét bé, màu xanh đậm.
+ Valencia: thân cao hơn cành, thân có màu tím nhạt; quả thƣờng có 2 - 3 hoặc 4
hạt.
 Cấu tạo quả đậu phộng
Quả đậu phộng hình kén, dài từ 1 – 8 cm, rộng từ 0,5 – 2 cm, một đầu có vết dính
với tia, một đầu là mỏ quả, phần giữa thắt lại, ngăn cách 2 hạt. Mỏ quả, độ thắt, kích
thƣớc trọng lƣợng quả và số lƣợng hạt là những đặc điểm để phân loại giống đậu
phộng.
Ngƣời ta chia quả đậu phộng làm 2 loại: loại quả to và loại quả nhỏ. Loại quả to
có chiều dài 12 mm, loại nhỏ bé hơn 12 mm, đƣờng kính 7,5 – 13 mm. Khối lƣợng
1000 hạt nặng khoảng 400 – 750 g.
Hạt đậu phộng có nhiều hình dạng khác nhau: tròn, bầu dục… Về màu sắc cũng
khác nhau nhƣ đỏ tím, đỏ nâu nhạt, nâu… Hạt đậu phộng chứa hai lá mầm và một
phôi, tất cả đƣợc bao bọc bởi vỏ lụa.Vỏ quả chiếm 25 – 28%, vỏ lụa chiếm 3 – 4%

21,11
Năng suất (tấn/ha)
1,56
1,57
1,55
1,63
1,63
1,61
Sản lƣợng (triệu tấn)
33,87
32,30
32,39
34,47
32,98
34,05

1.1.2.2. Diện tích, năng suất và sản lƣợng đậu phộng ở Việt Nam
Trong số 25 nƣớc trồng đậu phộng ở châu Á, Việt Nam đứng hàng thứ năm. Đậu
phộng là một trong các loại nông sản xuất khẩu thu ngoại tệ của nƣớc ta.
Bảng 1.3: Diện tích, năng suất, sản lượng đậu phộng của Việt Nam từ 2005-2010
(USDA Foreign Agricultural Service)
Chỉ tiêu
2005/06
2006/07
2007/08
2008/09
2009/10
2010/11
Diện tích (triệu ha)
0,26

ổn định (bảng 1.3). Với hiệu quả cao từ phƣơng pháp trồng đậu phộng trái vụ, hiện
nay, nhiều địa phƣơng ở một số tỷnh của vùng Đồng bằng sông Cửu Long xác định
cây đậu phộng là một trong những cây chủ lực trong việc thực hiện chuyển dịch cơ cấu
kinh tế nông nghiệp.
1.1.2.3. Các giống đậu phộng ở Việt Nam
Hiện có khoảng 24 giống đậu phộng đã đƣợc Bộ nông nghiệp và phát triển nông
thôn công nhận tạm thời và chính thức từ các công trình nghiên cứu của các Viện và
Trung tâm nghiên cứu trong nƣớc. Các giống này vào nƣớc ta chủ yếu bằng con đƣờng
nhập khẩu từ ICRISAT (International Crops Research Institute for the Semi-Arid-
Tropics), Úc, Trung Quốc. Một số ít giống mới đƣợc thu nhận bằng phƣơng pháp đột
biến phóng xạ và phục tráng giống địa phƣơng. Gần đây, nhiều giống mới đã phát huy
tốt trong sản xuất nhƣ giống VD1, VD2, VD5, VD6, VD7; giống MD7, L14, L08,
L18; giống ĐT1, ĐT2; giống HL25và một số giống đang khảo nghiệm diện rộng gần
đây nhƣ GV3, GV6 và GV7. Tại Sóc Trăng, giống đậu phộng VD6 cho năng suất vƣợt
đối chứng 13 – 32 %.
Khi khảo nghiệm các giống đậu phộng ở nhiều vùng sinh thái qua các vụ trồng
cho thấy: Đông Xuân là vụ trồng lý tƣởng đối với cây đậu phộng tại Đồng bằng sông
Cửu Long, năng suất đậu phộng vụ này đạt 3,5 – 4,5 tấn/ha cao gần gấp đôi so với vụ
Hè Thu và Thu Đông tại Đông Nam Bộ và Tây Nguyên. Các giống VD 01 – 1, VD 99
– 3, VD 99 – 6 thích nghi trồng ở các vùng sinh thái và đặc biệt các giống VD 99 – 19,
MD 7 thích nghi trong điều kiện thâm canh cao ở Đồng bằng sông Cửu Long.
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-7-

1.1.3. Thành phần hóa học và giá trị dinh dƣỡng
1.1.3.1. Lipid
Theo Seifert (2009), thành phần hóa học của nhân đậu phộng trình bày trong
bảng 1.4, trong đó, chất béo chiếm khoảng 36-54%.
Thành phần acid béo của dầu phộng bị ảnh hƣởng bởi giống, mức độ tăng trƣởng

0,2
Disaccharide
1,9 – 5,2
4,5
Tinh bột
1,0 – 5,3
4,0
Pentosan
2,2 – 2,7
2,5
1.1.3.2. Protein
Hạt đậu phộng chứa 21-36% protein với globulin (tan trong nƣớc muối) chiếm
90% và albumin (tan trong nƣớc) chiếm 10% (Daussant và cộng sự, 1969; Cherry và
cộng sự, 1973).
Trong tổng số hàm lƣợng globulin thì khoảng 75% ở dạng arachin và 25% là ở
dạng conarachin.Cả arachin và conarachin đều đƣợc cấu tạo từ các phân tử globulin
với phân tử lƣợng lớn.Sự khác biệt giữa hai nhóm globulin là hàm lƣợng lƣu huỳnh;
Ứng dụng kỹ thuật siêu âm & membrane để thu nhận protein isolate từ khô đậu phộng

-8-

conarachin chứa hàm lƣợng lƣu huỳnh gấp ba lần so với arachin (Tombs, 1965;
Neucere, 1969).

Bảng 1.5: Khối lượng phân tử của 5 loại tiểu đơn vị protein chính có trong đậu
phộng, xác định bằng phương pháp điện di trên gel sodium dodecyl
sulfate-polyacrylamide (SDS-PAGE) (Bianchi-Hall và cộng sự, 1993)
Loại protein trong đậu phộng
Khối lƣợng phân tử (kDa)
Conarachin

Leucine
6,25
Phenylalanine
5,41
Serine
5,22
Glycine
5,15
Proline
5,01
Tyrosine
4,12
Alanine
3,74
Valine
3,65
Lysine
3,12
Isoleucine
2,83
Threonine
2,50
Histitine
2,22
Tryptophan
1,59
Methionine
0,52
Cysteine
0,33

Galactoaraban
–
Mạch thẳng
-1,4- glycoside
Glucan
–
Mạch thẳng
-1,4- glycoside
Glucomannan
0,15
Mạch thẳng
-1,4- glycoside
Xylan
0,25
Mạch nhánh
-1,4- (mạch chính);
-1,2- và -1,3- (mạch
nhánh)
Polysaccharide có
tính acid
1,8
–
–
1.1.3.4. Vitamin và khoáng
Đậu phộng chứa lƣợng đáng kể một số vitamin và khoáng chất. Bên cạnh vitamin
E, đậu phộng cũng là một nguồn cung cấp vitamin B, khoáng K, P và Mg. Đậu phộng
còn chứa một lƣợng nhỏ vitamin C và một lƣợng không đáng kể vitamin A, D và K
(Seifert, 2009).
1.1.3.5. Thành phần có hoạt tính sinh học
- Polyphenol