Nghiên cứu thu nhận sản phẩm giàu protein từ gạo nếp cẩm
- 86 trang
- file .pdf
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Nghiên cứu thu nhận sản phẩm giàu
protein từ gạo nếp cẩm
ĐỖ THỊ THANH HƯỜNG
[email protected]
Ngành Công nghệ thực phẩm
Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Tiến Thành
Viện: Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực
phẩm
HÀ NỘI, 10/2022
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Nghiên cứu thu nhận sản phẩm giàu
protein từ gạo nếp cẩm
ĐỖ THỊ THANH HƯỜNG
[email protected]
Ngành Công nghệ thực phẩm
Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Tiến Thành Chữ ký của GVHD
Viện: Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm
HÀ NỘI, 10/2022
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn : Đỗ Thị Thanh Hường
Đề tài: Nghiên cứu thu nhận sản phẩm giàu protein từ gạo nếp cẩm
Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
Mã số HV: 20202903M
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác
nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày
31/10/2022 với các nội dung sau:
STT Ý kiến của hội đồng Chỉnh sửa
Đã bổ sung phần tổng quan về
Bổ sung tổng quan về
1 anthocyanin và các yếu tố ảnh hưởng đến
anthocyanin
độ bền của anthocyanin (trang 20 – 22)
Đã lược bỏ cách tiến hành của các phương
Rút gọn các phương pháp
2 pháp phân tích cơ bản: độ ẩm, tinh bột, xơ
phân tích cơ bản
thô, tro, chất béo (trang 32 – 35)
Bổ sung tài liệu tham Đã thêm tài liệu tham khảo cho các hình:
3
khảo cho hình ảnh Hình 1-4, 1-5, 1-6 (trang 15, 16, 19)
Đã lược bỏ bớt các tài liệu tham khảo ở
Giảm bớt số lượng tài liệu
4 phần tổng quan (từ 95 xuống 64 tài liệu
tham khảo
tham khảo)
5 Chỉnh sửa các lỗi chính tả Đã rà soát và chỉnh sửa
Ngày tháng năm 2022
Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
Họ và tên học viên: Đỗ Thị Thanh Hường Mã học viên: 20202903M
Khóa: 20B Viện: Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm
Ngành: Công nghệ thực phẩm
1. Đầu đề nghiên cứu:
Nghiên cứu thu nhận sản phẩm giàu protein từ gạo nếp cẩm
2. Nội dung các phần thuyết minh: Bao gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Kết quả và thảo luận
Chương 4: Kết luận và kiến nghị
3. Các bản vẽ, đồ thị: Các hỉnh ảnh, bảng biểu, đồ thị cột, đường.
4. Họ tên cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Tiến Thành
5. Ngày giao nhiệm vụ luận văn: 30/10/2020
6. Ngày hoàn thành luận văn: 30/9/2022
Giáo viên hướng dẫn
Ký và ghi rõ họ tên
Lời cảm ơn
Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Nguyễn Tiến Thành,
người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và động viên tôi trong suốt quá trình học tập,
nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô của Trung tâm Nghiên cứu và Phát
triển Công nghệ Sinh học, Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm,
Viện Đào tạo Sau đại học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giảng dạy, giúp
đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành khoá học thạc sỹ và hoàn thành luận văn.
Vì kiến thức còn hạn chế, tôi rất mong nhận được sự góp ý chân thành của
các thầy cô để tôi có thể hoàn thiện hơn nghiên cứu này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Tóm tắt nội dung luận văn
Protein từ gạo là nguồn protein quan trọng và có nhiều ưu điểm vượt trội
khi so sánh với các protein thực vật khác như giá trị sinh học và độ tiêu hóa cao.
Luận văn này nhằm nghiên cứu công nghệ thủy phân dưới nhiệt hồ hóa bằng chế
phẩm enzyme có khả năng thủy phân tinh bột sống, gián tiếp thu nhận sản phẩm
giàu protein từ gạo nếp cẩm. Để thực hiện mục tiêu đó, các yếu tố ảnh hưởng đến
quá trình thủy phân loại bỏ phi protein (ở đây chủ yếu là tinh bột) như lượng
enzyme amylase thủy phân, nồng độ chất khô, nhiệt độ và thời gian thủy phân, sử
dụng các enzyme bổ trợ, thủy phân hai lần đã được khảo sát. Kết quả của luận văn
đưa ra được quy trình công nghệ thủy phân thành phần phi protein ở nhiệt độ 50℃,
nồng độ chất khô lựa chọn là 30%, với lượng Stargen 002 là 2 ml/kg nguyên liệu,
kết hợp enzyme Viscozyme L (0,05 w/w) và Cellulast 1.5L (0,2 ml/kg nguyên
liệu), sử dụng 2 lần thuỷ phân 72h (lần 1) và 24h (lần 2). Sản phẩm rắn thu được
có hàm lượng protein 58,62%, phổ protein có chứa các băng protein tương tự gạo
nếp cẩm nguyên liệu, khả năng tiêu hoá 22% và tăng lên khi được trích ly kiềm
(>90%), có một số đặc tính công nghệ như khả năng hấp thụ nước (2,09 g/g), khả
năng hấp thụ dầu (2,13 g/g), khả năng tạo bọt tăng theo độ tăng của pH từ 5 đến 9
(1,08 – 38,37%), khả năng tạo nhũ tại pH trung tính là cao nhất (pH 7 là 37,5%).
Học viên thực hiện
Ký và ghi rõ họ tên
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ................................................................. 1
1.1 Tổng quan về protein từ gạo.......................................................................... 1
Giới thiệu .............................................................................................. 1
Ứng dụng của protein gạo .................................................................... 2
Sự phân bố và thành phần của protein trong gạo ................................. 3
Đặc tính chức năng của protein gạo ..................................................... 6
Phương pháp thu nhận protein từ gạo................................................. 10
1.2 Thu nhận protein gạo bằng phương pháp thủy phân thành phần phi
protein……. ......................................................................................................... 13
Cơ sở của phương pháp ...................................................................... 13
Phương pháp thủy phân tinh bột truyền thống ................................... 13
Phương pháp thủy phân tinh bột dưới nhiệt hồ hóa ........................... 14
1.3 Gạo nếp cẩm ................................................................................................ 18
Giới thiệu ............................................................................................ 18
Thành phần dinh dưỡng của gạo cẩm ................................................. 19
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của anthocyanin ........................... 20
Ứng dụng của gạo nếp cẩm ................................................................ 22
1.4 Mục tiêu đề tài ............................................................................................. 24
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 25
2.1 Vật liệu nghiên cứu ..................................................................................... 25
Gạo nếp cẩm ....................................................................................... 25
Enzyme ............................................................................................... 25
Hóa chất và thiết bị ............................................................................. 26
2.2 Bố trí thí nghiệm.......................................................................................... 27
Phân tích thành phần nguyên liệu ....................................................... 27
Khảo sát điều kiện thủy phân bằng enzyme loại tinh bột để thu nhận bã
giàu protein................................................................................................... 28
Đánh giá chất lượng sản phẩm rắn giàu protein ................................. 31
2.3 Phương pháp phân tích ................................................................................ 32
Xác định độ ẩm ................................................................................... 32
Phương pháp xác định đường khử và tinh bột .................................... 32
Phương pháp xác định độ tro .............................................................. 33
i
Phương pháp xác định protein tổng số ............................................... 33
Xác định hàm lượng xơ thô bằng phương pháp Ankom .................... 33
Xác định hoạt độ enzyme glucoamylase trong chế phẩm Stargen
002……….................................................................................................... 33
Xác định hàm lượng anthocyanin bằng phương pháp pH vi sai ........ 34
Xác định hàm lượng chất béo bằng phương pháp Soxhlet................. 35
Xác định đường trong dịch thủy phân bằng phương pháp sắc ký lỏng
hiệu năng cao ............................................................................................... 35
Phân tích phổ protein ................................................................ 36
Phương pháp điện di SDS – PAGE .......................................... 37
Phương pháp xác định một số đặc tính chức năng của protein 38
Đánh giá khả năng tiêu hóa in vitro của sản phẩm giàu protein39
Ứng dụng sơ bộ chế phẩm giàu protein từ gạo nếp cẩm .......... 42
2.4 Phương pháp thống kê và xử lý số liệu ....................................................... 43
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................... 44
3.1 Phân tích thành phần nguyên liệu ............................................................... 44
3.2 Khảo sát các điều kiện ảnh hưởng tới sự thuỷ phân loại tinh bột thu nhận bã
giàu protein.. ........................................................................................................ 45
Lựa chọn lượng chế phẩm enzyme thủy phân.................................... 45
Lựa chọn nồng độ chất khô ................................................................ 48
Lựa chọn nhiệt độ thủy phân .............................................................. 51
Ảnh hưởng của enzyme phụ trợ ......................................................... 54
Thủy phân hai lần ............................................................................... 56
3.3 Đánh giá chất lượng sản phẩm rắn giàu protein ......................................... 58
Phân tích hành phần dinh dưỡng sản phẩm ........................................ 59
Phân tích hợp phần protein trong sản phẩm rắn bằng diện di biến tính
SDS – PAGE ................................................................................................ 60
Đánh giá một số đặc tínhcông nghệ của sản phẩm giàu protein ........ 62
Đánh giá khả năng tiêu hóa sản phẩm ................................................ 66
Ứng dụng sơ bộ sản phẩm giàu protein từ gạo nếp cẩm .................... 67
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................... 70
4.1 Kết luận ....................................................................................................... 70
4.2 Kiến nghị ..................................................................................................... 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 71
ii
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1 Sản lượng ngũ cốc trên toàn thế giới năm 2021 - 2022 [2] .................... 1
Hình 1-2 Phân bố protein gạo trong lớp subaleurone [6]....................................... 3
Hình 1-3 Quy trình thủy phân tinh bột truyền thống ........................................... 13
Hình 1-4 Cơ chế quá trình thủy phân tinh bột không hồ hóa [26] ....................... 15
Hình 1-5 Hình ảnh qua máy hiển vi điện tử quét (SEM, x1000) hạt tinh bột ngô (a,
b), sắn (c, d) trước và sau khi thủy phân ở 24h [28] ............................................ 16
Hình 1-6 Hạt gạo đặc trưng với màu trắng, tím - đen và đỏ [33] ........................ 19
Hình 1-8 Sự phân hủy cyanidin-3-glucoside bởi nhiệt [34] ................................ 21
Hình 1-9 Sự thay đổi cấu trúc của cyanidin-3-glucoside theo pH [38] ............... 22
Hình 2-1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm ......................................................................... 28
Hình 2-2 Đường chuẩn GOPOD .......................................................................... 32
Hình 2-3 Đường chuẩn pNP................................................................................. 34
Hình 2-4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm chiết xuất các hợp phần protein ...................... 36
Hình 2-5 Sơ đồ quy trình phương pháp tiêu hóa INFOGEST 2.0 ....................... 39
Hình 3-1 Hiệu suất tạo glucose theo thời gian thủy phân khi thay đổi lượng
enzyme….. ........................................................................................................... 46
Hình 3-2 Sắc ký đồ dịch đường sau thủy phân 12h (A); 24h (B); 48h (C); 72h
(D)……… ............................................................................................................ 47
Hình 3-3 Hàm lượng protein trong phần rắn sau thủy phân (% chất khô) ở các
lượng enzyme Stargen 002 khác nhau ................................................................. 47
Hình 3-4 Hiệu suất tạo glucose theo thời gian của các nồng độ chất khô khác
nhau…….. ............................................................................................................ 48
Hình 3-5 Hàm lượng protein theo chất khô trong phần rắn sau thủy phân tại các
nồng độ chất khô khác nhau ................................................................................. 50
Hình 3-6 Hiệu suất tạo glucose tạo khi thủy phân tại các nhiệt độ khác nhau .... 51
Hình 3-7 Hàm lượng protein của sản phẩm rắn sau thủy phân tại các nhiệt độ khác
nhau 30℃ (120h), 40℃ (96h), 50℃ (72h).......................................................... 53
Hình 3-8 Biến đổi hàm lượng anthocyanin theo thời gian ở các nhiệt độ thủy phân
khác nhau.. ........................................................................................................... 54
Hình 3-9 Dịch đường sau thủy phân .................................................................... 56
Hình 3-10 Hàm lượng glucose tạo ra theo thời gian khi thuỷ phân lần 2 phần rắn
chứa protein .......................................................................................................... 57
Hình 3-11 Quy trình thu nhận sản phẩm giàu protein từ gạo nếp cẩm bằng phương
pháp thủy phân gián tiếp tinh bột dưới nhiệt hồ hóa............................................ 58
Hình 3-12 Điện di SDS - PAGE chiết xuất gạo và sản phẩm rắn giàu protein bằng
dung môi chiết chứa SDS ..................................................................................... 60
iii
Hình 3-13 Điện di SDS - PAGE chiết xuất các thành phần protein gạo theo quy
trình Osborne ....................................................................................................... 61
Hình 3-14 Xác định khả năng tạo bọt sản phẩm .................................................. 63
Hình 3-15 Độ ổn định nhũ tương theo thời gian ở các pH khác nhau ................. 65
Hình 3-16 Trạng thái tiêu hóa của sản phẩm ....................................................... 66
Hình 3-17 Sản phẩm rắn sau thủy phân ............................................................... 67
Hình 3-18 Bánh mì trước (trái) và sau khi thay thế 5% (phải) sản phầm rắn sau
thủy phân.. ............................................................................................................ 68
iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1 Sự phân bố (%) của protein gạo giữa các phân đoạn xay xát gạo [9] .... 4
Bảng 1-2 So sánh thành phần axit amin thiết yếu (EAA) (g/100 g protein) từ các
nguồn khác nhau [10] ............................................................................................. 4
Bảng 1-3 Thành phần axit amin (g/16,8 g nitơ) của các phần protein gạo [9] ...... 5
Bảng 1-4 Một số kết quả nghiên cứu về công nghệ thủy phân tinh bột sống [29]
.............................................................................................................................. 16
Bảng 1-5 Thành phần hóa học của gạo đen qua một vài nghiên cứu [34] ........... 19
Bảng 1-6 Một số nghiên cứu ứng dụng gạo đen trong sản phẩm thực phẩm [34]23
Bảng 2-1 Thành phần trong dung dịch 5X bufer ................................................. 37
Bảng 2-2 Thành phần hóa chất tạo gel trong SDS - PAGE ................................. 37
Bảng 2-3 Thành phần dung dịch điện giải tiêu hóa ............................................. 41
Bảng 2-4 Công thức bánh mì ............................................................................... 42
Bảng 3-1 Thành phần nguyên liệu gạo nếp cẩm .................................................. 44
Bảng 3-2 Ảnh hưởng của lượng enzyme tới hiệu quả thủy phân tại 120h .......... 46
Bảng 3-3 Nồng độ đường glucose trong dịch nổi khi thủy phân ở các nồng độ chất
khô khác nhau tại 120h ........................................................................................ 49
Bảng 3-4 Thông số dịch sau thủy phân tại các nhiệt độ khác nhau ..................... 52
Bảng 3-5 Hiệu suất thủy phân tại 72h với các phương án bổ sung enzyme hỗ trợ
.............................................................................................................................. 55
Bảng 3-6 Thành phần hóa học của phần rắn sau thủy phân................................. 59
Bảng 3-7 Khả năng hấp thụ nước và dầu của sản phẩm rắn ................................ 62
Bảng 3-8 Khả năng tạo bọt và độ ổn định bọt của sản phẩm rắn ở các pH khác nhau
.............................................................................................................................. 64
Bảng 3-9 Khả năng tạo nhũ tương của sản phẩm rắn ở các pH khác nhau ......... 65
Bảng 3-10 Một số chỉ tiêu của bánh mì thay thế bã rắn sau thủy phân gạo nếp cẩm
.............................................................................................................................. 69
v
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
1. CMA (cow's milk allergy) : Dị ứng sữa bò
2. GMO (genetically modified organism): Sinh vật biến đổi gen
3. EAA (Essential amino acid): Axit amin thiết yếu
4. BV (biological value): Giá trị sinh học
5. AAS (amino acid score) : Điểm axit amin
6. FC (Foaming capacity) : Khả năng tạo bọt
7. FS (foam stability): Độ bền bọt
8. EA (Emulsifying activity): Hoạt tính tạo nhũ
9. ES (emulsion stability) : Độ ổn định nhũ tương
10. WAC (water absorption capacity): Khả năng hấp thụ nước
11. OAC (Oil absorption capacity) : Khả năng thấp thụ dầu
12. DH (degree of hydrolysis): Mức độ thủy phân
13. MW (molecular weight): Khối lượng phân tử
14. SW (subcritical water): Nước cận tới hạn
15. SLSF (simultaneous liquefaction, saccharification, and fermentation):
Dịch hóa, đường hóa và lên men đồng thời
16. VHG (very high gravity): Nồng độ chất khô cao
17. SDS – PAGE: Điện di đứng trên gel poly-acrylamide có sử dụng Sodium
dodecyl sulfate
18. SSF (Simulated salivary fluid): mô phỏng dịch nước bọt
19. SGF (Simulated gastric fluid): mô phỏng dịch dạ dày
20. SIF (Simulated intestinal fluid): mô phỏng dịch đường ruột
vi
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1 Tổng quan về protein từ gạo
Giới thiệu
Lúa gạo (Oryza sativa L.) là một trong những cây lương thực chính trên thế
giới, với sản lượng khoảng khoảng 510 triệu tấn (gạo xay xát) trong năm 2021-
2022 (Hình 1-1) và được trồng tại hơn 100 các quốc gia, trên mọi lục địa ngoại trừ
Nam Cực. Đây là thực phẩm chủ yếu của hơn một nửa dân số thế giới, đặc biệt gạo
là nguồn cung cấp protein đáng kể cho hàng triệu người ở khu vực đói nghèo của
châu Á [1].
Hình 1-1 Sản lượng ngũ cốc trên toàn thế giới năm 2021 - 2022 [2]
Theo tính toán của tổ chức Y tế thế giới, nhu cầu tối thiểu về protein của
mỗi người là 0,5 – 1 g/kg cân nặng/ngày tùy theo nhu cầu dinh dưỡng của từng đối
tượng. Một số đối tượng đặc biệt cần tỷ lệ protein cao hơn như trẻ em, người lớn
tuổi, người sau phẫu thuật, phụ nữ mang thai hay vận động viên (1,5 – 2 g/kg cân
nặng/ngày). Việc sử dụng kết hợp hài hòa giữa protein động vật và protein thực
vật giúp cung cấp đầy đủ các thành phần axit amin thiết yếu cho cơ thể. Hiện nay,
việc sử dụng các nguồn protein thực vật thay thế một phần protein động vật trong
lĩnh vực thực phẩm đang là xu thế chung trên toàn thế giới.
Protein từ gạo là nguồn protein quan trọng và có nhiều ưu điểm vượt trội
khi so sánh với các protein thực vật khác như giá trị sinh học và độ tiêu hóa cao
1
nhất trong các protein ngũ cốc phổ biến (như lúa mì, ngô, lúa mạch), phổ axit amin
cân bằng với hàm lượng lysine và methionine cao nhất trong các protein ngũ cốc,
được coi là ít gây dị ứng, một số nghiên cứu còn cho thấy rằng các peptit thủy phân
từ gạo có khả năng chống oxy hóa, chống tăng huyết áp, chống ung thư và chống
béo phì [3]. Vì vậy, gạo là một nguồn protein tiềm năng để phát triển các thành
phần làm giàu protein phục vụ cho sản xuất các sản phẩm dinh dưỡng.
Ứng dụng của protein gạo
Gạo là thực phẩm ít gây dị ứng, là một trong những thực phẩm rắn đầu tiên
được đưa vào chế độ ăn của trẻ sơ sinh. Do đó, sữa công thức chứa protein từ gạo
là một giải pháp thay thế phù hợp cho trẻ bị dị ứng với sữa bò. Trẻ sơ sinh được
chẩn đoán bị dị ứng sữa bò (CMA) thường được cho ăn các loại sữa công thức sữa
bò đã được thủy phân, sữa công thức dựa trên protein đậu nành hoặc công thức
dựa trên axit amin. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng công thức dựa trên protein
gạo thủy phân đủ dinh dưỡng cho trẻ sơ sinh mắc CMA và do đó nó là lựa chọn
thay thế phù hợp cho các công thức nói trên [4].
Protein từ gạo được sử dụng làm nguyên liệu thay thế nguyên liệu casein
và sữa bột nguyên kem trong sản xuất thực phẩm. Đặc biệt là các ngành sản xuất
bột kem không sữa và thức uống ngũ cốc, sản xuất bánh nướng và kẹo. Là một
nguyên liệu không gây dị ứng và không chứa GMO, protein gạo là sự lựa chọn tối
ưu cho các nhà sản xuất thực phẩm. Bột protein gạo được sử dụng phổ biến cho
người tập thể hình, khi sử dụng protein này giúp cho việc phát triển các khối cơ
nhanh hơn. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng các chế phẩm protein từ gạo có thể
được sử dụng làm thành phần giá trị gia tăng trong sản xuất bánh mì, bánh quy
và màng ăn được với các đặc tính dinh dưỡng và chức năng được cải thiện [5]. Mặt
khác bổ sung protein trong sản xuất bánh kẹo còn làm tăng chất lượng sản phẩm.
Protein được bổ sung như phụ gia dinh dưỡng để duy trì chất lượng dinh dưỡng
của thực phẩm, cải thiện hoặc ngăn ngừa sự thiếu hụt dinh dưỡng của các nhóm
người có nguy cơ bị thiếu hụt một số loại chất dinh dưỡng nhất định (ví dụ, phụ
nữ người cao tuổi, người ăn chay, mang thai, vv); đồng thời để tăng giá trị dinh
dưỡng của một sản phẩm thương mại; và để bổ trợ cho những chức năng công nghệ
nhất định trong chế biến thực phẩm.
2
Sự phân bố và thành phần của protein trong gạo
Trong gạo hàm lượng protein không cao, tùy thuộc giống lúa, điều
kiện canh tác mà hàm lượng protein thay đổi trong một khoảng khá rộng,
thông thường trong khoảng 6 - 10% khối lượng.
Hình 1-2 Phân bố protein gạo trong lớp subaleurone [6]
Protein gạo chủ yếu được quan sát dưới dạng các bào quan dự trữ (protein
bodies - PBs). Hai loại PB khác biệt về hình thái đã được xác định trong nội nhũ
lúa, đó là loại I (PB - I) và loại II (PB - II). PB - I có cấu trúc dạng phiến, hình cầu
và giàu prolamin, trong khi PB - II có cấu trúc tinh thể, có hình dạng không đều và
chứa chủ yếu là glutelin. Protein dự trữ nội nhũ bao gồm 60–65% PB - II, 20–25%
PB - I và 10–15% albumin và globulin trong tế bào chất [7].
Protein gạo được phân loại dựa trên độ hòa tan bao gồm bốn loại chính là:
albumin (tan trong nước), globulin (tan trong muối), glutelin (tan trong kiềm/axit),
và prolamin (tan trong cồn) [8], trong đó glutelin hay còn gọi là
oryzenin chiếm đa số.
Các phân đoạn xay xát gạo khác nhau về thành phần protein (Bảng 1-1). Dữ
liệu được báo cáo trong các tài liệu liên quan đến % các thành phần protein trong
gạo là tương đối khác nhau, tùy thuộc vào giống lúa và quy trình tách
chiết. Albumin, globulin, glutelin và prolamin đã được báo cáo lần lượt chiếm 5–
10, 7–17, 75–81 và 3–6% tổng lượng protein trong gạo lứt, 4–6, 6–13, 79–83 và
2–7% tương ứng trong tổng lượng protein gạo trắng, và 24–43, 13–36, 22–45 và
1–5% tương ứng trong tổng lượng protein cám gạo. Glutelin là phần protein chính
trong gạo lứt và gạo trắng, trong khi prolamin (thành phần chính trong hầu hết các
loại ngũ cốc khác) lại chiếm rất ít.
3
Bảng 1-1 Sự phân bố (%) của protein gạo giữa các phân đoạn xay xát gạo [9]
Gạo lứt Gạo trắng Cám
Albumin 5–10 4–6 24–43
Globulin 7–17 6–13 13–36
Glutelin 75–81 79–83 22–45
Prolamin 3–6 2–7 1–5
Protein nội nhũ gạo và cám gạo có hàm lượng tổng số axit amin thiết
yếu tương tự nhau (41,1 – 41,7 g/100 g protein) xấp xỉ chiết xuất chiết xuất protein
đậu nành (41,2 g/100 g protein), nhưng những giá trị này thấp hơn đáng kể so với
những giá trị quan sát được đối với casein và chiết xuất whey protein (50,6–55,2
g/100 g protein) (Bảng 1-2).
Bảng 1-2 So sánh thành phần axit amin thiết yếu (EAA) (g/100 g protein) từ các
nguồn khác nhau [10]
Axit amin REP RBP SPI Casein WPI
Histidine 2,46 4,48 2,58 2,97 1,97
Isoleucine 3,80 3,61 4.30 4,88 6.24
Leucine 8.15 7.69 7.84 9,73 10,9
Lysine 3,31 4,55 6.14 8.15 9,96
Methionine + Cysteine 3,88 2,70 2,55 2,94 5,36
Phenylalanin+Tyrosine 10.1 8.24 8,65 10,7 5,94
Threonine 3,46 3,68 3,67 4.30 7,52
Tryptophan 0,82 1.17 1,28 1,05 1,72
Valine 5.12 5.53 4,16 5,88 5.57
Tổng số EAA 41.1 41,7 41,2 50,6 55,2
*REP: protein nội nhũ gạo, RBP: protein cám gạo, SPI: chiết xuất protein đậu nành, WPI: chiết
xuất whey protein
4
Phân tích tỷ lệ axit amin của các hợp phần protein gạo (Bảng 1-3) cho thấy
prolamin có hàm lượng lysine thấp nhất, axit amin giới hạn đầu tiên trong số các
protein ngũ cốc. Hàm lượng lysine cao nhất được tìm thấy trong albumin, tiếp theo
là glutelin và globulin. Cám gạo chứa nhiều albumin nên có hàm lượng lysine cao
hơn so với gạo lứt và gạo trắng. Ngoài ra, do có hàm lượng prolamin thấp nên gạo
có lượng lysine cao hơn các loại ngũ cốc khác. Liên quan đến các axit amin thiết
yếu khác, hàm lượng histidine và threonine cao nhất được tìm thấy trong albumin;
isoleucine, leucine, phenylalanin cao nhất trong prolamin. Hơn nữa, các axit amin
chứa lưu huỳnh như cysteine và methionine được tìm thấy nhiều nhất trong
globulin, trong khi prolamin có hàm lượng thấp nhất. Dựa trên thành phần axit
amin, albumin đã được ước tính có giá trị sinh học (biological value - BV) cao nhất
và prolamin có chỉ số BV thấp nhất trong số các phần protein gạo [11].
Bảng 1-3 Thành phần axit amin (g/16,8 g nitơ) của các phần protein gạo [9]
Axit amin Albumin Globulin Glutelin Prolamin
Alanine 7,1–8,5 5,6–6,3 5,6–5,9 6,7–7,6
Arginine 7,9–10 7,2–14 9,0–11 6,1–6,9
Axit aspartic 10–11 7,1–14 10–11 8,3–8,7
Cysteine 1,9–2,3 3,3–4,0 1,2–1,8 0 - 0,8
Axit glutamic 13–18 17–19 19–21 23–33
Glycine 6,3–8,4 5,8–6,4 4,3–5,3 3,0–3,7
Histidine 2,9–3,4 1,7–2,7 2,6–2,7 1,3–2,1
Isoleucine 3,5–3,8 2,4–4,1 4,3–4,7 4,6–5,2
Leucine 6,6–8,0 6,6–6,8 7,3–9,3 13–15
Lysine 5,1–6,4 1,9–3,7 2,7–4,5 0,3–1,2
Methionine 1,9–2,1 3,0–5,4 2,0–3,1 0,5–0,9
Phenylalanin 3,7–4,6 3,3–4,8 5,4–6,0 5,8–6,7
Proline 4,5–7,1 3,8–7,5 4,9–6,2 5,0–6,7
5
Axit amin Albumin Globulin Glutelin Prolamin
Serine 4,2–5,4 5,5–6,5 4,5–6,2 4,2–6,1
Threonine 4,2–5,2 2,5–2,7 2,8–5,1 2,5–2,8
Tryptophan 1,5–1,8 1,4–1,5 1,0–1,6 0,5–2,6
Tyrosine 4,4–5,1 5,5–6,3 5,3–5,5 9,2–9,9
Valine 5,9–7,8 5,4–6,5 6,3–6,9 6,5–7,1
Đặc tính chức năng của protein gạo
1.1.4.1. Độ hòa tan
Độ hòa tan của protein, trong một số điều kiện nhất định, là biểu hiện nhiệt
động học của trạng thái cân bằng giữa tương tác protein - protein và protein - dung
môi, có liên quan trực tiếp đến bản chất hóa lý của bề mặt protein. Các yếu tố như
nhiệt độ, pH, nồng độ muối và hằng số điện môi của dung môi làm thay đổi độ hòa
tan của protein, vì sự thay đổi trong các điều kiện này dẫn đến thay đổi cấu trúc
cấu trúc protein, do đó ảnh hưởng đến chức năng của protein. Protein gạo thể hiện
độ hòa tan tối thiểu trong phạm vi pH 4–5 và tăng lên khi độ kiềm hoặc axit tăng
lên [12]. Độ hòa tan của protein gạo chủ yếu bị ảnh hưởng bởi các đặc tính
của glutelin, vì nó phần protein chiếm ưu thế trong nội nhũ và chiếm một tỷ lệ
đáng kể trong tổng số protein trong cám gạo (Bảng 1-1). Glutelin gạo không có
khả năng hòa tan tốt trong nước chủ yếu là do nó được tạo bởi các polypeptide liên
kết với nhau qua cầu nối disulfide thành các polyme phân tử lượng cao tiếp tục
được liên kết với nhau bởi liên kết disulfide liên chuỗi. Các điều kiện axit và kiềm
thúc đẩy sự phân ly của glutelin và do đó làm tăng khả năng hòa tan của nó.
Trong nghiên cứu của Cao và cộng sự, độ hòa tan của protein cám gạo cao
hơn so với protein từ gạo lứt và gạo trắng trong phạm vi pH 4–7, trong khi protein
gạo trắng có độ hòa tan cao hơn so với protein cám gạo và gạo lứt ở các giá trị pH
dưới 4 và trên 7, đặc biệt là lớn hơn 80% ở pH 10 [12]. Một sản phẩm protein gạo
cô đặc (Leuven-Wijgmaal, Bỉ) chứa chủ yếu glutelin, có khả năng hòa tan kém
(25–55%) trong khoảng pH 2–10, và hoà tan ít nhất ở pH 5. Một nghiên cứu khác
cho thấy, các sản phẩm protein từ nội nhũ gạo và bã gạo có độ hòa tan tối đa lần
lượt là 64 và 73% ở pH 11 và độ hòa tan tối thiểu ở pH 5 (<1%). Protein chiết xuất
6
từ cám gạo bằng phương pháp enzyme cũng được xác định độ hòa tan ở các giá trị
pH khác nhau 2, 4, 6, 8, 10 và 12 tương ứng là 53, 8, 62, 78, 82 và 80% [13].
1.1.4.2. Đặc tính tạo bọt và giữ bọt
Tính chất tạo bọt phụ thuộc vào khả năng của protein (1) hấp thụ nhanh
chóng tại bề mặt phân cách không khí và nước, (2) trải qua sự thay đổi cấu trúc và
sắp xếp lại nhanh chóng tại bề mặt phân cách, và (3) tạo thành một màng nhớt dẻo
dính kết tại bề mặt phân cách thông qua tương tác giữa các phân tử. Một số phương
pháp để chuẩn bị bọt, bao gồm bơm khí, khuấy và siêu bão hòa (dựa trên sự hòa
tan của một chất khí trong chất lỏng dưới áp suất). Khả năng tạo bọt (Foaming
capacity – FC) mô tả diện tích bề mặt mà protein có thể ổn định trên một đơn vị
khối lượng hoặc nồng độ protein, có liên quan đến tính linh hoạt phân tử cao, mật
độ điện tích và tính kỵ nước. Ngược lại, các đặc tính lưu biến của màng protein,
chẳng hạn như độ nhớt và khả năng chống cắt, độ đàn hồi của màng và độ lớn của
áp suất rời rạc giữa các lớp protein, ảnh hưởng đến tính ổn định của bọt (foam
stability - FS), là khả năng của protein trong việc ổn định bọt chống lại lực hấp dẫn
và ứng suất cơ học. Trong nghiên cứu của Cao và cộng sự (2009), FC của protein
gạo lứt, gạo trắng và cám gạo lần lượt cao hơn 3,65 - 5,52 và 4,21 lần ở pH 11 so
với ở pH 5. FC của protein cám gạo được tăng lên đáng kể khi có bổ sung natri
clorua (NaCl) nồng độ từ 0,4 đến 2%, trong khi FC của protein gạo trắng và gạo
lứt chỉ tăng đáng kể trong khoảng nồng độ NaCl 0,4–0,8% còn với nồng độ cao
hơn thì không có tác dụng; FS của ba loại protein gạo này đều tăng lên khi tăng
nồng độ NaCl (0,4–2,0%). Nồng độ sucrose trên 12% làm giảm đáng kể FC của
ba loại protein gạo [12]. Nội nhũ gạo và các protein tách chiết dựa trên bã gạo có
FC tương ứng là 116 và 119%, và FS là khoảng 98% sau 20 phút. Chandi và Sogi
(2007) khi nghiên cứu về protein cám gạo và cho thấy FC thấp hơn nhưng FS cao
so với casein trong các điều kiện khác nhau về nồng độ pH (5 - 9), NaCl (0,5–
1,5%) và sucrose (5–15%) [14].
1.1.4.3. Đặc tính tạo nhũ tương
Các đặc tính tạo nhũ tương của protein bị ảnh hưởng bởi các yếu tố tương
tự như những yếu tố ảnh hưởng đến tính chất tạo bọt của chúng, bao gồm tốc độ
hấp phụ của protein ở mặt phân cách dầu - nước, lượng protein bị hấp phụ, sự sắp
xếp lại cấu trúc ở bề mặt, mức độ giảm sức căng bề mặt. Hoạt tính tạo nhũ
7
(Emulsifying activity - EA), và độ ổn định của nhũ tương (emulsion stability - ES)
là hai chỉ số thường được sử dụng để đánh giá tính chất tạo nhũ của protein. EA
được định nghĩa là lượng dầu tối đa có thể được tạo nhũ bởi một lượng protein cố
định, trong khi FS là khả năng của nhũ tương chống lại những thay đổi cấu trúc
trong một khoảng thời gian xác định. Ngoài ra, các đặc tính tạo nhũ của protein
được đánh giá bằng cách đo sự phân bố kích thước giọt của nhũ tương sau khi
đồng hoá và trong quá trình bảo quản bằng cách sử dụng các phương pháp tán xạ
ánh sáng. Theo Shih và cộng sự (2000), EA của một protein tách chiết từ gạo thu
được bằng cách thủy phân bằng enzym là tương đối thấp, đặc biệt là ở pH < 6,
nhưng được tăng cường đáng kể khi có mặt của xanthan gum (do tăng độ nhớt của
pha liên tục). Cao và cộng sự (2009) báo cáo rằng EA của protein gạo lứt, gạo
trắng và cám gạo là tối thiểu ở pH 5 và tăng đáng kể ở cả giá trị pH thấp hoặc cao
hơn, thể tích nhũ tương tối đa lần lượt là 44, 47 và 43% ở pH 11. Đối với cả ba
protein gạo, tăng NaCl nồng độ trong khoảng 0,4–2% làm giảm khả năng tạo
nhũ. EC đạt cực đại ở 4% sucrose và giảm khi tăng nồng độ sucrose [12].
1.1.4.4. Khả năng hấp thụ nước
Khả năng hấp thụ nước (WAC) của protein là cần thiết để giảm sự thất thoát
độ ẩm trong các sản phẩm bánh mì đóng gói, để duy trì độ tươi và cảm giác mềm
ẩm của thực phẩm nướng [14]. WAC được định nghĩa là tỷ số giữa trọng lượng
nước được hấp thụ vào vật liệu ở trạng thái bão hòa trên trọng lượng của vật liệu
khô (g/g hoặc mL/g). Các phân lập protein từ nội nhũ và bã gạo (sản phẩm phụ của
quá trình sản xuất xiro từ gạo) đã được báo cáo có WAC lần lượt là 2,81 và 3,02
g/g. Cao và cộng sự báo cáo rằng WAC của protein chiết xuất từ cám gạo (3,54
mL/g) cao hơn so với protein chiết xuất từ gạo lứt (1,96 mL/g) và gạo trắng (1,78
mL/g) [12]. Trong nghiên cứu của Chandi và Sogi, sản phẩm giàu protein cám gạo
có WAC dao động từ 3,87 đến 5,60 g/g. WAC trong khoảng 1,49 – 4,72 g/g được
coi là rất quan trọng trong thực phẩm nhớt. Do đó, protein gạo có thể sử dụng để
tăng khả năng hấp thụ nước trong các sản phẩm đó.
1.1.4.5. Khả năng hấp thụ dầu
Khả năng hấp thụ dầu (OAC) của protein là điều cần thiết để cải thiện cảm
giác ngon miệng và khả năng lưu giữ hương vị của một số sản phẩm thực phẩm.
Các protein tách chiết từ nội nhũ và bã gạo có OAC lần lượt là 2,14 và 2,38
8
g/g. OAC của protein gạo lứt, gạo trắng và cám gạo lần lượt là 2,93, 2,56 và 3,83
mL/g [12]. Protein chiết xuất từ cám gạo có OAC trong khoảng 2,4–3,3 mL/g. Các
chế phẩm protein có OAC cao có thể được sử dụng trong công thức của bột nhào
bánh, sốt mayonnaise, nước xốt salad và xúc xích [14].
1.1.4.6. Tăng hoạt tính chức năng protein gạo bằng thủy phân enzym
Các đặc tính chức năng của protein thực phẩm có thể bị thay đổi bằng
cách thủy phân bằng enzym. Tính đặc hiệu của enzym, điều kiện môi trường và
mức độ thủy phân ảnh hưởng đến mức độ tăng cường chức năng của protein. Mức
độ thủy phân vừa phải thường được ưu tiên để cải thiện các đặc tính chức năng,
còn thủy phân sâu hơn thường cải thiện khả năng hòa tan, nhưng có thể làm giảm
các đặc tính chức năng khác, chẳng hạn như tính chất tạo bọt và nhũ hóa, và thể
dẫn đến sản phẩm có vị đắng, do sự tích tụ của các peptide kỵ nước có khối lượng
phân tử thấp.
Thủy phân protein gạo bằng enzyme đã được chứng minh là cải thiện một
số đặc tính chức năng, làm cho các thành phần của quá trình thủy phân này thích
hợp để sử dụng trong nhiều ứng dụng thực phẩm hơn. Trong một nghiên cứu, khả
năng hòa tan của glutelin gạo được cải thiện bằng cách xử lý với enzyme Pronase
(pH 7,5, 37°C). Độ hòa tan tăng từ 16 đến hơn 36% ở pH 2 và từ 30 đến 62% ở
pH 12 trong 60 phút thủy phân; độ hòa tan tối thiểu được báo cáo ở pH 5 (8%) đối
với glutelin gạo và ở pH 4 (19%) đối với glutelin thủy phân. Đặc tính tạo bọt và
tạo nhũ của glutelin gạo cũng được tăng cường bằng cách thủy phân với enzyme
Pronase [15]. Khả năng hòa tan của một sản phẩm protein nội nhũ gạo (tách chiết
bằng trích ly trong kiềm) được cải thiện khi thủy phân với Alcalase (pH 9, 60°C),
Liquipanol (pH 7, 50°C) hoặc pepsin (pH 3, 37°C); độ hòa tan tăng tuyến tính khi
tăng mức độ thủy phân (DH), mặc dù vậy một tỷ lệ lớn protein vẫn không hòa tan
ngay cả ở giá trị DH cao nhất. Nhìn chung, thủy phân bằng Alcalase cho hiệu quả
nhất với độ hòa tan của dịch thủy phân thu được là khoảng 27% ở 13,5% DH. Tùy
thuộc vào loại enzyme được sử dụng, DH tối ưu để thu được các đặc tính tính tạo
nhũ tương (EA và ES) tốt là trong khoảng 6–10% [16]. Quá trình thủy phân bằng
papain đã cải thiện EA của chiết xuất protein từ 109 m 2/g đến 150–185 m 2/g, trong
khi ES tăng từ 37 đến 48 phút khi thủy phân bằng papain trong 60 phút [17].
9
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Nghiên cứu thu nhận sản phẩm giàu
protein từ gạo nếp cẩm
ĐỖ THỊ THANH HƯỜNG
[email protected]
Ngành Công nghệ thực phẩm
Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Tiến Thành
Viện: Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực
phẩm
HÀ NỘI, 10/2022
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Nghiên cứu thu nhận sản phẩm giàu
protein từ gạo nếp cẩm
ĐỖ THỊ THANH HƯỜNG
[email protected]
Ngành Công nghệ thực phẩm
Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Tiến Thành Chữ ký của GVHD
Viện: Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm
HÀ NỘI, 10/2022
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn : Đỗ Thị Thanh Hường
Đề tài: Nghiên cứu thu nhận sản phẩm giàu protein từ gạo nếp cẩm
Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
Mã số HV: 20202903M
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác
nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày
31/10/2022 với các nội dung sau:
STT Ý kiến của hội đồng Chỉnh sửa
Đã bổ sung phần tổng quan về
Bổ sung tổng quan về
1 anthocyanin và các yếu tố ảnh hưởng đến
anthocyanin
độ bền của anthocyanin (trang 20 – 22)
Đã lược bỏ cách tiến hành của các phương
Rút gọn các phương pháp
2 pháp phân tích cơ bản: độ ẩm, tinh bột, xơ
phân tích cơ bản
thô, tro, chất béo (trang 32 – 35)
Bổ sung tài liệu tham Đã thêm tài liệu tham khảo cho các hình:
3
khảo cho hình ảnh Hình 1-4, 1-5, 1-6 (trang 15, 16, 19)
Đã lược bỏ bớt các tài liệu tham khảo ở
Giảm bớt số lượng tài liệu
4 phần tổng quan (từ 95 xuống 64 tài liệu
tham khảo
tham khảo)
5 Chỉnh sửa các lỗi chính tả Đã rà soát và chỉnh sửa
Ngày tháng năm 2022
Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
Họ và tên học viên: Đỗ Thị Thanh Hường Mã học viên: 20202903M
Khóa: 20B Viện: Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm
Ngành: Công nghệ thực phẩm
1. Đầu đề nghiên cứu:
Nghiên cứu thu nhận sản phẩm giàu protein từ gạo nếp cẩm
2. Nội dung các phần thuyết minh: Bao gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Kết quả và thảo luận
Chương 4: Kết luận và kiến nghị
3. Các bản vẽ, đồ thị: Các hỉnh ảnh, bảng biểu, đồ thị cột, đường.
4. Họ tên cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Tiến Thành
5. Ngày giao nhiệm vụ luận văn: 30/10/2020
6. Ngày hoàn thành luận văn: 30/9/2022
Giáo viên hướng dẫn
Ký và ghi rõ họ tên
Lời cảm ơn
Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Nguyễn Tiến Thành,
người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và động viên tôi trong suốt quá trình học tập,
nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô của Trung tâm Nghiên cứu và Phát
triển Công nghệ Sinh học, Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm,
Viện Đào tạo Sau đại học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giảng dạy, giúp
đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành khoá học thạc sỹ và hoàn thành luận văn.
Vì kiến thức còn hạn chế, tôi rất mong nhận được sự góp ý chân thành của
các thầy cô để tôi có thể hoàn thiện hơn nghiên cứu này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Tóm tắt nội dung luận văn
Protein từ gạo là nguồn protein quan trọng và có nhiều ưu điểm vượt trội
khi so sánh với các protein thực vật khác như giá trị sinh học và độ tiêu hóa cao.
Luận văn này nhằm nghiên cứu công nghệ thủy phân dưới nhiệt hồ hóa bằng chế
phẩm enzyme có khả năng thủy phân tinh bột sống, gián tiếp thu nhận sản phẩm
giàu protein từ gạo nếp cẩm. Để thực hiện mục tiêu đó, các yếu tố ảnh hưởng đến
quá trình thủy phân loại bỏ phi protein (ở đây chủ yếu là tinh bột) như lượng
enzyme amylase thủy phân, nồng độ chất khô, nhiệt độ và thời gian thủy phân, sử
dụng các enzyme bổ trợ, thủy phân hai lần đã được khảo sát. Kết quả của luận văn
đưa ra được quy trình công nghệ thủy phân thành phần phi protein ở nhiệt độ 50℃,
nồng độ chất khô lựa chọn là 30%, với lượng Stargen 002 là 2 ml/kg nguyên liệu,
kết hợp enzyme Viscozyme L (0,05 w/w) và Cellulast 1.5L (0,2 ml/kg nguyên
liệu), sử dụng 2 lần thuỷ phân 72h (lần 1) và 24h (lần 2). Sản phẩm rắn thu được
có hàm lượng protein 58,62%, phổ protein có chứa các băng protein tương tự gạo
nếp cẩm nguyên liệu, khả năng tiêu hoá 22% và tăng lên khi được trích ly kiềm
(>90%), có một số đặc tính công nghệ như khả năng hấp thụ nước (2,09 g/g), khả
năng hấp thụ dầu (2,13 g/g), khả năng tạo bọt tăng theo độ tăng của pH từ 5 đến 9
(1,08 – 38,37%), khả năng tạo nhũ tại pH trung tính là cao nhất (pH 7 là 37,5%).
Học viên thực hiện
Ký và ghi rõ họ tên
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ................................................................. 1
1.1 Tổng quan về protein từ gạo.......................................................................... 1
Giới thiệu .............................................................................................. 1
Ứng dụng của protein gạo .................................................................... 2
Sự phân bố và thành phần của protein trong gạo ................................. 3
Đặc tính chức năng của protein gạo ..................................................... 6
Phương pháp thu nhận protein từ gạo................................................. 10
1.2 Thu nhận protein gạo bằng phương pháp thủy phân thành phần phi
protein……. ......................................................................................................... 13
Cơ sở của phương pháp ...................................................................... 13
Phương pháp thủy phân tinh bột truyền thống ................................... 13
Phương pháp thủy phân tinh bột dưới nhiệt hồ hóa ........................... 14
1.3 Gạo nếp cẩm ................................................................................................ 18
Giới thiệu ............................................................................................ 18
Thành phần dinh dưỡng của gạo cẩm ................................................. 19
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của anthocyanin ........................... 20
Ứng dụng của gạo nếp cẩm ................................................................ 22
1.4 Mục tiêu đề tài ............................................................................................. 24
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 25
2.1 Vật liệu nghiên cứu ..................................................................................... 25
Gạo nếp cẩm ....................................................................................... 25
Enzyme ............................................................................................... 25
Hóa chất và thiết bị ............................................................................. 26
2.2 Bố trí thí nghiệm.......................................................................................... 27
Phân tích thành phần nguyên liệu ....................................................... 27
Khảo sát điều kiện thủy phân bằng enzyme loại tinh bột để thu nhận bã
giàu protein................................................................................................... 28
Đánh giá chất lượng sản phẩm rắn giàu protein ................................. 31
2.3 Phương pháp phân tích ................................................................................ 32
Xác định độ ẩm ................................................................................... 32
Phương pháp xác định đường khử và tinh bột .................................... 32
Phương pháp xác định độ tro .............................................................. 33
i
Phương pháp xác định protein tổng số ............................................... 33
Xác định hàm lượng xơ thô bằng phương pháp Ankom .................... 33
Xác định hoạt độ enzyme glucoamylase trong chế phẩm Stargen
002……….................................................................................................... 33
Xác định hàm lượng anthocyanin bằng phương pháp pH vi sai ........ 34
Xác định hàm lượng chất béo bằng phương pháp Soxhlet................. 35
Xác định đường trong dịch thủy phân bằng phương pháp sắc ký lỏng
hiệu năng cao ............................................................................................... 35
Phân tích phổ protein ................................................................ 36
Phương pháp điện di SDS – PAGE .......................................... 37
Phương pháp xác định một số đặc tính chức năng của protein 38
Đánh giá khả năng tiêu hóa in vitro của sản phẩm giàu protein39
Ứng dụng sơ bộ chế phẩm giàu protein từ gạo nếp cẩm .......... 42
2.4 Phương pháp thống kê và xử lý số liệu ....................................................... 43
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................... 44
3.1 Phân tích thành phần nguyên liệu ............................................................... 44
3.2 Khảo sát các điều kiện ảnh hưởng tới sự thuỷ phân loại tinh bột thu nhận bã
giàu protein.. ........................................................................................................ 45
Lựa chọn lượng chế phẩm enzyme thủy phân.................................... 45
Lựa chọn nồng độ chất khô ................................................................ 48
Lựa chọn nhiệt độ thủy phân .............................................................. 51
Ảnh hưởng của enzyme phụ trợ ......................................................... 54
Thủy phân hai lần ............................................................................... 56
3.3 Đánh giá chất lượng sản phẩm rắn giàu protein ......................................... 58
Phân tích hành phần dinh dưỡng sản phẩm ........................................ 59
Phân tích hợp phần protein trong sản phẩm rắn bằng diện di biến tính
SDS – PAGE ................................................................................................ 60
Đánh giá một số đặc tínhcông nghệ của sản phẩm giàu protein ........ 62
Đánh giá khả năng tiêu hóa sản phẩm ................................................ 66
Ứng dụng sơ bộ sản phẩm giàu protein từ gạo nếp cẩm .................... 67
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................... 70
4.1 Kết luận ....................................................................................................... 70
4.2 Kiến nghị ..................................................................................................... 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 71
ii
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1 Sản lượng ngũ cốc trên toàn thế giới năm 2021 - 2022 [2] .................... 1
Hình 1-2 Phân bố protein gạo trong lớp subaleurone [6]....................................... 3
Hình 1-3 Quy trình thủy phân tinh bột truyền thống ........................................... 13
Hình 1-4 Cơ chế quá trình thủy phân tinh bột không hồ hóa [26] ....................... 15
Hình 1-5 Hình ảnh qua máy hiển vi điện tử quét (SEM, x1000) hạt tinh bột ngô (a,
b), sắn (c, d) trước và sau khi thủy phân ở 24h [28] ............................................ 16
Hình 1-6 Hạt gạo đặc trưng với màu trắng, tím - đen và đỏ [33] ........................ 19
Hình 1-8 Sự phân hủy cyanidin-3-glucoside bởi nhiệt [34] ................................ 21
Hình 1-9 Sự thay đổi cấu trúc của cyanidin-3-glucoside theo pH [38] ............... 22
Hình 2-1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm ......................................................................... 28
Hình 2-2 Đường chuẩn GOPOD .......................................................................... 32
Hình 2-3 Đường chuẩn pNP................................................................................. 34
Hình 2-4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm chiết xuất các hợp phần protein ...................... 36
Hình 2-5 Sơ đồ quy trình phương pháp tiêu hóa INFOGEST 2.0 ....................... 39
Hình 3-1 Hiệu suất tạo glucose theo thời gian thủy phân khi thay đổi lượng
enzyme….. ........................................................................................................... 46
Hình 3-2 Sắc ký đồ dịch đường sau thủy phân 12h (A); 24h (B); 48h (C); 72h
(D)……… ............................................................................................................ 47
Hình 3-3 Hàm lượng protein trong phần rắn sau thủy phân (% chất khô) ở các
lượng enzyme Stargen 002 khác nhau ................................................................. 47
Hình 3-4 Hiệu suất tạo glucose theo thời gian của các nồng độ chất khô khác
nhau…….. ............................................................................................................ 48
Hình 3-5 Hàm lượng protein theo chất khô trong phần rắn sau thủy phân tại các
nồng độ chất khô khác nhau ................................................................................. 50
Hình 3-6 Hiệu suất tạo glucose tạo khi thủy phân tại các nhiệt độ khác nhau .... 51
Hình 3-7 Hàm lượng protein của sản phẩm rắn sau thủy phân tại các nhiệt độ khác
nhau 30℃ (120h), 40℃ (96h), 50℃ (72h).......................................................... 53
Hình 3-8 Biến đổi hàm lượng anthocyanin theo thời gian ở các nhiệt độ thủy phân
khác nhau.. ........................................................................................................... 54
Hình 3-9 Dịch đường sau thủy phân .................................................................... 56
Hình 3-10 Hàm lượng glucose tạo ra theo thời gian khi thuỷ phân lần 2 phần rắn
chứa protein .......................................................................................................... 57
Hình 3-11 Quy trình thu nhận sản phẩm giàu protein từ gạo nếp cẩm bằng phương
pháp thủy phân gián tiếp tinh bột dưới nhiệt hồ hóa............................................ 58
Hình 3-12 Điện di SDS - PAGE chiết xuất gạo và sản phẩm rắn giàu protein bằng
dung môi chiết chứa SDS ..................................................................................... 60
iii
Hình 3-13 Điện di SDS - PAGE chiết xuất các thành phần protein gạo theo quy
trình Osborne ....................................................................................................... 61
Hình 3-14 Xác định khả năng tạo bọt sản phẩm .................................................. 63
Hình 3-15 Độ ổn định nhũ tương theo thời gian ở các pH khác nhau ................. 65
Hình 3-16 Trạng thái tiêu hóa của sản phẩm ....................................................... 66
Hình 3-17 Sản phẩm rắn sau thủy phân ............................................................... 67
Hình 3-18 Bánh mì trước (trái) và sau khi thay thế 5% (phải) sản phầm rắn sau
thủy phân.. ............................................................................................................ 68
iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1 Sự phân bố (%) của protein gạo giữa các phân đoạn xay xát gạo [9] .... 4
Bảng 1-2 So sánh thành phần axit amin thiết yếu (EAA) (g/100 g protein) từ các
nguồn khác nhau [10] ............................................................................................. 4
Bảng 1-3 Thành phần axit amin (g/16,8 g nitơ) của các phần protein gạo [9] ...... 5
Bảng 1-4 Một số kết quả nghiên cứu về công nghệ thủy phân tinh bột sống [29]
.............................................................................................................................. 16
Bảng 1-5 Thành phần hóa học của gạo đen qua một vài nghiên cứu [34] ........... 19
Bảng 1-6 Một số nghiên cứu ứng dụng gạo đen trong sản phẩm thực phẩm [34]23
Bảng 2-1 Thành phần trong dung dịch 5X bufer ................................................. 37
Bảng 2-2 Thành phần hóa chất tạo gel trong SDS - PAGE ................................. 37
Bảng 2-3 Thành phần dung dịch điện giải tiêu hóa ............................................. 41
Bảng 2-4 Công thức bánh mì ............................................................................... 42
Bảng 3-1 Thành phần nguyên liệu gạo nếp cẩm .................................................. 44
Bảng 3-2 Ảnh hưởng của lượng enzyme tới hiệu quả thủy phân tại 120h .......... 46
Bảng 3-3 Nồng độ đường glucose trong dịch nổi khi thủy phân ở các nồng độ chất
khô khác nhau tại 120h ........................................................................................ 49
Bảng 3-4 Thông số dịch sau thủy phân tại các nhiệt độ khác nhau ..................... 52
Bảng 3-5 Hiệu suất thủy phân tại 72h với các phương án bổ sung enzyme hỗ trợ
.............................................................................................................................. 55
Bảng 3-6 Thành phần hóa học của phần rắn sau thủy phân................................. 59
Bảng 3-7 Khả năng hấp thụ nước và dầu của sản phẩm rắn ................................ 62
Bảng 3-8 Khả năng tạo bọt và độ ổn định bọt của sản phẩm rắn ở các pH khác nhau
.............................................................................................................................. 64
Bảng 3-9 Khả năng tạo nhũ tương của sản phẩm rắn ở các pH khác nhau ......... 65
Bảng 3-10 Một số chỉ tiêu của bánh mì thay thế bã rắn sau thủy phân gạo nếp cẩm
.............................................................................................................................. 69
v
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
1. CMA (cow's milk allergy) : Dị ứng sữa bò
2. GMO (genetically modified organism): Sinh vật biến đổi gen
3. EAA (Essential amino acid): Axit amin thiết yếu
4. BV (biological value): Giá trị sinh học
5. AAS (amino acid score) : Điểm axit amin
6. FC (Foaming capacity) : Khả năng tạo bọt
7. FS (foam stability): Độ bền bọt
8. EA (Emulsifying activity): Hoạt tính tạo nhũ
9. ES (emulsion stability) : Độ ổn định nhũ tương
10. WAC (water absorption capacity): Khả năng hấp thụ nước
11. OAC (Oil absorption capacity) : Khả năng thấp thụ dầu
12. DH (degree of hydrolysis): Mức độ thủy phân
13. MW (molecular weight): Khối lượng phân tử
14. SW (subcritical water): Nước cận tới hạn
15. SLSF (simultaneous liquefaction, saccharification, and fermentation):
Dịch hóa, đường hóa và lên men đồng thời
16. VHG (very high gravity): Nồng độ chất khô cao
17. SDS – PAGE: Điện di đứng trên gel poly-acrylamide có sử dụng Sodium
dodecyl sulfate
18. SSF (Simulated salivary fluid): mô phỏng dịch nước bọt
19. SGF (Simulated gastric fluid): mô phỏng dịch dạ dày
20. SIF (Simulated intestinal fluid): mô phỏng dịch đường ruột
vi
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1 Tổng quan về protein từ gạo
Giới thiệu
Lúa gạo (Oryza sativa L.) là một trong những cây lương thực chính trên thế
giới, với sản lượng khoảng khoảng 510 triệu tấn (gạo xay xát) trong năm 2021-
2022 (Hình 1-1) và được trồng tại hơn 100 các quốc gia, trên mọi lục địa ngoại trừ
Nam Cực. Đây là thực phẩm chủ yếu của hơn một nửa dân số thế giới, đặc biệt gạo
là nguồn cung cấp protein đáng kể cho hàng triệu người ở khu vực đói nghèo của
châu Á [1].
Hình 1-1 Sản lượng ngũ cốc trên toàn thế giới năm 2021 - 2022 [2]
Theo tính toán của tổ chức Y tế thế giới, nhu cầu tối thiểu về protein của
mỗi người là 0,5 – 1 g/kg cân nặng/ngày tùy theo nhu cầu dinh dưỡng của từng đối
tượng. Một số đối tượng đặc biệt cần tỷ lệ protein cao hơn như trẻ em, người lớn
tuổi, người sau phẫu thuật, phụ nữ mang thai hay vận động viên (1,5 – 2 g/kg cân
nặng/ngày). Việc sử dụng kết hợp hài hòa giữa protein động vật và protein thực
vật giúp cung cấp đầy đủ các thành phần axit amin thiết yếu cho cơ thể. Hiện nay,
việc sử dụng các nguồn protein thực vật thay thế một phần protein động vật trong
lĩnh vực thực phẩm đang là xu thế chung trên toàn thế giới.
Protein từ gạo là nguồn protein quan trọng và có nhiều ưu điểm vượt trội
khi so sánh với các protein thực vật khác như giá trị sinh học và độ tiêu hóa cao
1
nhất trong các protein ngũ cốc phổ biến (như lúa mì, ngô, lúa mạch), phổ axit amin
cân bằng với hàm lượng lysine và methionine cao nhất trong các protein ngũ cốc,
được coi là ít gây dị ứng, một số nghiên cứu còn cho thấy rằng các peptit thủy phân
từ gạo có khả năng chống oxy hóa, chống tăng huyết áp, chống ung thư và chống
béo phì [3]. Vì vậy, gạo là một nguồn protein tiềm năng để phát triển các thành
phần làm giàu protein phục vụ cho sản xuất các sản phẩm dinh dưỡng.
Ứng dụng của protein gạo
Gạo là thực phẩm ít gây dị ứng, là một trong những thực phẩm rắn đầu tiên
được đưa vào chế độ ăn của trẻ sơ sinh. Do đó, sữa công thức chứa protein từ gạo
là một giải pháp thay thế phù hợp cho trẻ bị dị ứng với sữa bò. Trẻ sơ sinh được
chẩn đoán bị dị ứng sữa bò (CMA) thường được cho ăn các loại sữa công thức sữa
bò đã được thủy phân, sữa công thức dựa trên protein đậu nành hoặc công thức
dựa trên axit amin. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng công thức dựa trên protein
gạo thủy phân đủ dinh dưỡng cho trẻ sơ sinh mắc CMA và do đó nó là lựa chọn
thay thế phù hợp cho các công thức nói trên [4].
Protein từ gạo được sử dụng làm nguyên liệu thay thế nguyên liệu casein
và sữa bột nguyên kem trong sản xuất thực phẩm. Đặc biệt là các ngành sản xuất
bột kem không sữa và thức uống ngũ cốc, sản xuất bánh nướng và kẹo. Là một
nguyên liệu không gây dị ứng và không chứa GMO, protein gạo là sự lựa chọn tối
ưu cho các nhà sản xuất thực phẩm. Bột protein gạo được sử dụng phổ biến cho
người tập thể hình, khi sử dụng protein này giúp cho việc phát triển các khối cơ
nhanh hơn. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng các chế phẩm protein từ gạo có thể
được sử dụng làm thành phần giá trị gia tăng trong sản xuất bánh mì, bánh quy
và màng ăn được với các đặc tính dinh dưỡng và chức năng được cải thiện [5]. Mặt
khác bổ sung protein trong sản xuất bánh kẹo còn làm tăng chất lượng sản phẩm.
Protein được bổ sung như phụ gia dinh dưỡng để duy trì chất lượng dinh dưỡng
của thực phẩm, cải thiện hoặc ngăn ngừa sự thiếu hụt dinh dưỡng của các nhóm
người có nguy cơ bị thiếu hụt một số loại chất dinh dưỡng nhất định (ví dụ, phụ
nữ người cao tuổi, người ăn chay, mang thai, vv); đồng thời để tăng giá trị dinh
dưỡng của một sản phẩm thương mại; và để bổ trợ cho những chức năng công nghệ
nhất định trong chế biến thực phẩm.
2
Sự phân bố và thành phần của protein trong gạo
Trong gạo hàm lượng protein không cao, tùy thuộc giống lúa, điều
kiện canh tác mà hàm lượng protein thay đổi trong một khoảng khá rộng,
thông thường trong khoảng 6 - 10% khối lượng.
Hình 1-2 Phân bố protein gạo trong lớp subaleurone [6]
Protein gạo chủ yếu được quan sát dưới dạng các bào quan dự trữ (protein
bodies - PBs). Hai loại PB khác biệt về hình thái đã được xác định trong nội nhũ
lúa, đó là loại I (PB - I) và loại II (PB - II). PB - I có cấu trúc dạng phiến, hình cầu
và giàu prolamin, trong khi PB - II có cấu trúc tinh thể, có hình dạng không đều và
chứa chủ yếu là glutelin. Protein dự trữ nội nhũ bao gồm 60–65% PB - II, 20–25%
PB - I và 10–15% albumin và globulin trong tế bào chất [7].
Protein gạo được phân loại dựa trên độ hòa tan bao gồm bốn loại chính là:
albumin (tan trong nước), globulin (tan trong muối), glutelin (tan trong kiềm/axit),
và prolamin (tan trong cồn) [8], trong đó glutelin hay còn gọi là
oryzenin chiếm đa số.
Các phân đoạn xay xát gạo khác nhau về thành phần protein (Bảng 1-1). Dữ
liệu được báo cáo trong các tài liệu liên quan đến % các thành phần protein trong
gạo là tương đối khác nhau, tùy thuộc vào giống lúa và quy trình tách
chiết. Albumin, globulin, glutelin và prolamin đã được báo cáo lần lượt chiếm 5–
10, 7–17, 75–81 và 3–6% tổng lượng protein trong gạo lứt, 4–6, 6–13, 79–83 và
2–7% tương ứng trong tổng lượng protein gạo trắng, và 24–43, 13–36, 22–45 và
1–5% tương ứng trong tổng lượng protein cám gạo. Glutelin là phần protein chính
trong gạo lứt và gạo trắng, trong khi prolamin (thành phần chính trong hầu hết các
loại ngũ cốc khác) lại chiếm rất ít.
3
Bảng 1-1 Sự phân bố (%) của protein gạo giữa các phân đoạn xay xát gạo [9]
Gạo lứt Gạo trắng Cám
Albumin 5–10 4–6 24–43
Globulin 7–17 6–13 13–36
Glutelin 75–81 79–83 22–45
Prolamin 3–6 2–7 1–5
Protein nội nhũ gạo và cám gạo có hàm lượng tổng số axit amin thiết
yếu tương tự nhau (41,1 – 41,7 g/100 g protein) xấp xỉ chiết xuất chiết xuất protein
đậu nành (41,2 g/100 g protein), nhưng những giá trị này thấp hơn đáng kể so với
những giá trị quan sát được đối với casein và chiết xuất whey protein (50,6–55,2
g/100 g protein) (Bảng 1-2).
Bảng 1-2 So sánh thành phần axit amin thiết yếu (EAA) (g/100 g protein) từ các
nguồn khác nhau [10]
Axit amin REP RBP SPI Casein WPI
Histidine 2,46 4,48 2,58 2,97 1,97
Isoleucine 3,80 3,61 4.30 4,88 6.24
Leucine 8.15 7.69 7.84 9,73 10,9
Lysine 3,31 4,55 6.14 8.15 9,96
Methionine + Cysteine 3,88 2,70 2,55 2,94 5,36
Phenylalanin+Tyrosine 10.1 8.24 8,65 10,7 5,94
Threonine 3,46 3,68 3,67 4.30 7,52
Tryptophan 0,82 1.17 1,28 1,05 1,72
Valine 5.12 5.53 4,16 5,88 5.57
Tổng số EAA 41.1 41,7 41,2 50,6 55,2
*REP: protein nội nhũ gạo, RBP: protein cám gạo, SPI: chiết xuất protein đậu nành, WPI: chiết
xuất whey protein
4
Phân tích tỷ lệ axit amin của các hợp phần protein gạo (Bảng 1-3) cho thấy
prolamin có hàm lượng lysine thấp nhất, axit amin giới hạn đầu tiên trong số các
protein ngũ cốc. Hàm lượng lysine cao nhất được tìm thấy trong albumin, tiếp theo
là glutelin và globulin. Cám gạo chứa nhiều albumin nên có hàm lượng lysine cao
hơn so với gạo lứt và gạo trắng. Ngoài ra, do có hàm lượng prolamin thấp nên gạo
có lượng lysine cao hơn các loại ngũ cốc khác. Liên quan đến các axit amin thiết
yếu khác, hàm lượng histidine và threonine cao nhất được tìm thấy trong albumin;
isoleucine, leucine, phenylalanin cao nhất trong prolamin. Hơn nữa, các axit amin
chứa lưu huỳnh như cysteine và methionine được tìm thấy nhiều nhất trong
globulin, trong khi prolamin có hàm lượng thấp nhất. Dựa trên thành phần axit
amin, albumin đã được ước tính có giá trị sinh học (biological value - BV) cao nhất
và prolamin có chỉ số BV thấp nhất trong số các phần protein gạo [11].
Bảng 1-3 Thành phần axit amin (g/16,8 g nitơ) của các phần protein gạo [9]
Axit amin Albumin Globulin Glutelin Prolamin
Alanine 7,1–8,5 5,6–6,3 5,6–5,9 6,7–7,6
Arginine 7,9–10 7,2–14 9,0–11 6,1–6,9
Axit aspartic 10–11 7,1–14 10–11 8,3–8,7
Cysteine 1,9–2,3 3,3–4,0 1,2–1,8 0 - 0,8
Axit glutamic 13–18 17–19 19–21 23–33
Glycine 6,3–8,4 5,8–6,4 4,3–5,3 3,0–3,7
Histidine 2,9–3,4 1,7–2,7 2,6–2,7 1,3–2,1
Isoleucine 3,5–3,8 2,4–4,1 4,3–4,7 4,6–5,2
Leucine 6,6–8,0 6,6–6,8 7,3–9,3 13–15
Lysine 5,1–6,4 1,9–3,7 2,7–4,5 0,3–1,2
Methionine 1,9–2,1 3,0–5,4 2,0–3,1 0,5–0,9
Phenylalanin 3,7–4,6 3,3–4,8 5,4–6,0 5,8–6,7
Proline 4,5–7,1 3,8–7,5 4,9–6,2 5,0–6,7
5
Axit amin Albumin Globulin Glutelin Prolamin
Serine 4,2–5,4 5,5–6,5 4,5–6,2 4,2–6,1
Threonine 4,2–5,2 2,5–2,7 2,8–5,1 2,5–2,8
Tryptophan 1,5–1,8 1,4–1,5 1,0–1,6 0,5–2,6
Tyrosine 4,4–5,1 5,5–6,3 5,3–5,5 9,2–9,9
Valine 5,9–7,8 5,4–6,5 6,3–6,9 6,5–7,1
Đặc tính chức năng của protein gạo
1.1.4.1. Độ hòa tan
Độ hòa tan của protein, trong một số điều kiện nhất định, là biểu hiện nhiệt
động học của trạng thái cân bằng giữa tương tác protein - protein và protein - dung
môi, có liên quan trực tiếp đến bản chất hóa lý của bề mặt protein. Các yếu tố như
nhiệt độ, pH, nồng độ muối và hằng số điện môi của dung môi làm thay đổi độ hòa
tan của protein, vì sự thay đổi trong các điều kiện này dẫn đến thay đổi cấu trúc
cấu trúc protein, do đó ảnh hưởng đến chức năng của protein. Protein gạo thể hiện
độ hòa tan tối thiểu trong phạm vi pH 4–5 và tăng lên khi độ kiềm hoặc axit tăng
lên [12]. Độ hòa tan của protein gạo chủ yếu bị ảnh hưởng bởi các đặc tính
của glutelin, vì nó phần protein chiếm ưu thế trong nội nhũ và chiếm một tỷ lệ
đáng kể trong tổng số protein trong cám gạo (Bảng 1-1). Glutelin gạo không có
khả năng hòa tan tốt trong nước chủ yếu là do nó được tạo bởi các polypeptide liên
kết với nhau qua cầu nối disulfide thành các polyme phân tử lượng cao tiếp tục
được liên kết với nhau bởi liên kết disulfide liên chuỗi. Các điều kiện axit và kiềm
thúc đẩy sự phân ly của glutelin và do đó làm tăng khả năng hòa tan của nó.
Trong nghiên cứu của Cao và cộng sự, độ hòa tan của protein cám gạo cao
hơn so với protein từ gạo lứt và gạo trắng trong phạm vi pH 4–7, trong khi protein
gạo trắng có độ hòa tan cao hơn so với protein cám gạo và gạo lứt ở các giá trị pH
dưới 4 và trên 7, đặc biệt là lớn hơn 80% ở pH 10 [12]. Một sản phẩm protein gạo
cô đặc (Leuven-Wijgmaal, Bỉ) chứa chủ yếu glutelin, có khả năng hòa tan kém
(25–55%) trong khoảng pH 2–10, và hoà tan ít nhất ở pH 5. Một nghiên cứu khác
cho thấy, các sản phẩm protein từ nội nhũ gạo và bã gạo có độ hòa tan tối đa lần
lượt là 64 và 73% ở pH 11 và độ hòa tan tối thiểu ở pH 5 (<1%). Protein chiết xuất
6
từ cám gạo bằng phương pháp enzyme cũng được xác định độ hòa tan ở các giá trị
pH khác nhau 2, 4, 6, 8, 10 và 12 tương ứng là 53, 8, 62, 78, 82 và 80% [13].
1.1.4.2. Đặc tính tạo bọt và giữ bọt
Tính chất tạo bọt phụ thuộc vào khả năng của protein (1) hấp thụ nhanh
chóng tại bề mặt phân cách không khí và nước, (2) trải qua sự thay đổi cấu trúc và
sắp xếp lại nhanh chóng tại bề mặt phân cách, và (3) tạo thành một màng nhớt dẻo
dính kết tại bề mặt phân cách thông qua tương tác giữa các phân tử. Một số phương
pháp để chuẩn bị bọt, bao gồm bơm khí, khuấy và siêu bão hòa (dựa trên sự hòa
tan của một chất khí trong chất lỏng dưới áp suất). Khả năng tạo bọt (Foaming
capacity – FC) mô tả diện tích bề mặt mà protein có thể ổn định trên một đơn vị
khối lượng hoặc nồng độ protein, có liên quan đến tính linh hoạt phân tử cao, mật
độ điện tích và tính kỵ nước. Ngược lại, các đặc tính lưu biến của màng protein,
chẳng hạn như độ nhớt và khả năng chống cắt, độ đàn hồi của màng và độ lớn của
áp suất rời rạc giữa các lớp protein, ảnh hưởng đến tính ổn định của bọt (foam
stability - FS), là khả năng của protein trong việc ổn định bọt chống lại lực hấp dẫn
và ứng suất cơ học. Trong nghiên cứu của Cao và cộng sự (2009), FC của protein
gạo lứt, gạo trắng và cám gạo lần lượt cao hơn 3,65 - 5,52 và 4,21 lần ở pH 11 so
với ở pH 5. FC của protein cám gạo được tăng lên đáng kể khi có bổ sung natri
clorua (NaCl) nồng độ từ 0,4 đến 2%, trong khi FC của protein gạo trắng và gạo
lứt chỉ tăng đáng kể trong khoảng nồng độ NaCl 0,4–0,8% còn với nồng độ cao
hơn thì không có tác dụng; FS của ba loại protein gạo này đều tăng lên khi tăng
nồng độ NaCl (0,4–2,0%). Nồng độ sucrose trên 12% làm giảm đáng kể FC của
ba loại protein gạo [12]. Nội nhũ gạo và các protein tách chiết dựa trên bã gạo có
FC tương ứng là 116 và 119%, và FS là khoảng 98% sau 20 phút. Chandi và Sogi
(2007) khi nghiên cứu về protein cám gạo và cho thấy FC thấp hơn nhưng FS cao
so với casein trong các điều kiện khác nhau về nồng độ pH (5 - 9), NaCl (0,5–
1,5%) và sucrose (5–15%) [14].
1.1.4.3. Đặc tính tạo nhũ tương
Các đặc tính tạo nhũ tương của protein bị ảnh hưởng bởi các yếu tố tương
tự như những yếu tố ảnh hưởng đến tính chất tạo bọt của chúng, bao gồm tốc độ
hấp phụ của protein ở mặt phân cách dầu - nước, lượng protein bị hấp phụ, sự sắp
xếp lại cấu trúc ở bề mặt, mức độ giảm sức căng bề mặt. Hoạt tính tạo nhũ
7
(Emulsifying activity - EA), và độ ổn định của nhũ tương (emulsion stability - ES)
là hai chỉ số thường được sử dụng để đánh giá tính chất tạo nhũ của protein. EA
được định nghĩa là lượng dầu tối đa có thể được tạo nhũ bởi một lượng protein cố
định, trong khi FS là khả năng của nhũ tương chống lại những thay đổi cấu trúc
trong một khoảng thời gian xác định. Ngoài ra, các đặc tính tạo nhũ của protein
được đánh giá bằng cách đo sự phân bố kích thước giọt của nhũ tương sau khi
đồng hoá và trong quá trình bảo quản bằng cách sử dụng các phương pháp tán xạ
ánh sáng. Theo Shih và cộng sự (2000), EA của một protein tách chiết từ gạo thu
được bằng cách thủy phân bằng enzym là tương đối thấp, đặc biệt là ở pH < 6,
nhưng được tăng cường đáng kể khi có mặt của xanthan gum (do tăng độ nhớt của
pha liên tục). Cao và cộng sự (2009) báo cáo rằng EA của protein gạo lứt, gạo
trắng và cám gạo là tối thiểu ở pH 5 và tăng đáng kể ở cả giá trị pH thấp hoặc cao
hơn, thể tích nhũ tương tối đa lần lượt là 44, 47 và 43% ở pH 11. Đối với cả ba
protein gạo, tăng NaCl nồng độ trong khoảng 0,4–2% làm giảm khả năng tạo
nhũ. EC đạt cực đại ở 4% sucrose và giảm khi tăng nồng độ sucrose [12].
1.1.4.4. Khả năng hấp thụ nước
Khả năng hấp thụ nước (WAC) của protein là cần thiết để giảm sự thất thoát
độ ẩm trong các sản phẩm bánh mì đóng gói, để duy trì độ tươi và cảm giác mềm
ẩm của thực phẩm nướng [14]. WAC được định nghĩa là tỷ số giữa trọng lượng
nước được hấp thụ vào vật liệu ở trạng thái bão hòa trên trọng lượng của vật liệu
khô (g/g hoặc mL/g). Các phân lập protein từ nội nhũ và bã gạo (sản phẩm phụ của
quá trình sản xuất xiro từ gạo) đã được báo cáo có WAC lần lượt là 2,81 và 3,02
g/g. Cao và cộng sự báo cáo rằng WAC của protein chiết xuất từ cám gạo (3,54
mL/g) cao hơn so với protein chiết xuất từ gạo lứt (1,96 mL/g) và gạo trắng (1,78
mL/g) [12]. Trong nghiên cứu của Chandi và Sogi, sản phẩm giàu protein cám gạo
có WAC dao động từ 3,87 đến 5,60 g/g. WAC trong khoảng 1,49 – 4,72 g/g được
coi là rất quan trọng trong thực phẩm nhớt. Do đó, protein gạo có thể sử dụng để
tăng khả năng hấp thụ nước trong các sản phẩm đó.
1.1.4.5. Khả năng hấp thụ dầu
Khả năng hấp thụ dầu (OAC) của protein là điều cần thiết để cải thiện cảm
giác ngon miệng và khả năng lưu giữ hương vị của một số sản phẩm thực phẩm.
Các protein tách chiết từ nội nhũ và bã gạo có OAC lần lượt là 2,14 và 2,38
8
g/g. OAC của protein gạo lứt, gạo trắng và cám gạo lần lượt là 2,93, 2,56 và 3,83
mL/g [12]. Protein chiết xuất từ cám gạo có OAC trong khoảng 2,4–3,3 mL/g. Các
chế phẩm protein có OAC cao có thể được sử dụng trong công thức của bột nhào
bánh, sốt mayonnaise, nước xốt salad và xúc xích [14].
1.1.4.6. Tăng hoạt tính chức năng protein gạo bằng thủy phân enzym
Các đặc tính chức năng của protein thực phẩm có thể bị thay đổi bằng
cách thủy phân bằng enzym. Tính đặc hiệu của enzym, điều kiện môi trường và
mức độ thủy phân ảnh hưởng đến mức độ tăng cường chức năng của protein. Mức
độ thủy phân vừa phải thường được ưu tiên để cải thiện các đặc tính chức năng,
còn thủy phân sâu hơn thường cải thiện khả năng hòa tan, nhưng có thể làm giảm
các đặc tính chức năng khác, chẳng hạn như tính chất tạo bọt và nhũ hóa, và thể
dẫn đến sản phẩm có vị đắng, do sự tích tụ của các peptide kỵ nước có khối lượng
phân tử thấp.
Thủy phân protein gạo bằng enzyme đã được chứng minh là cải thiện một
số đặc tính chức năng, làm cho các thành phần của quá trình thủy phân này thích
hợp để sử dụng trong nhiều ứng dụng thực phẩm hơn. Trong một nghiên cứu, khả
năng hòa tan của glutelin gạo được cải thiện bằng cách xử lý với enzyme Pronase
(pH 7,5, 37°C). Độ hòa tan tăng từ 16 đến hơn 36% ở pH 2 và từ 30 đến 62% ở
pH 12 trong 60 phút thủy phân; độ hòa tan tối thiểu được báo cáo ở pH 5 (8%) đối
với glutelin gạo và ở pH 4 (19%) đối với glutelin thủy phân. Đặc tính tạo bọt và
tạo nhũ của glutelin gạo cũng được tăng cường bằng cách thủy phân với enzyme
Pronase [15]. Khả năng hòa tan của một sản phẩm protein nội nhũ gạo (tách chiết
bằng trích ly trong kiềm) được cải thiện khi thủy phân với Alcalase (pH 9, 60°C),
Liquipanol (pH 7, 50°C) hoặc pepsin (pH 3, 37°C); độ hòa tan tăng tuyến tính khi
tăng mức độ thủy phân (DH), mặc dù vậy một tỷ lệ lớn protein vẫn không hòa tan
ngay cả ở giá trị DH cao nhất. Nhìn chung, thủy phân bằng Alcalase cho hiệu quả
nhất với độ hòa tan của dịch thủy phân thu được là khoảng 27% ở 13,5% DH. Tùy
thuộc vào loại enzyme được sử dụng, DH tối ưu để thu được các đặc tính tính tạo
nhũ tương (EA và ES) tốt là trong khoảng 6–10% [16]. Quá trình thủy phân bằng
papain đã cải thiện EA của chiết xuất protein từ 109 m 2/g đến 150–185 m 2/g, trong
khi ES tăng từ 37 đến 48 phút khi thủy phân bằng papain trong 60 phút [17].
9