Xây dựng quy trình thu nhận protein từ cám gạo làm thực phẩm bổ sung VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài : XÂY DỰNG QUY TRÌNH THU NHẬN PROTEIN TỪ CÁM GẠO LÀM THỰC PHẨM BỔ SUNG Giáo viên hướng dẫn : TS Nguyễn Thị Mai Phương Sinh viên thực : Đỗ Hoàng Hiệp Lớp : CNSH - 1101 Hà Nội - 5/2015 Đỗ Hoàng Hiệp- 1101-K18 Xây dựng quy trình thu nhận protein từ cám gạo làm thực phẩm bổ sung LỜI CÁM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thị Mai Phương, Viện Công nghệ Sinh học - người hướng dẫn, định hướng nghiên cứu tận tình giúp đỡ em suốt trình học tập nghiên cứu Viện Công nghệ sinh học Em xin gửi lời cám ơn tới toàn thể cán phòng Hóa sinh Thực vật, Viện Công nghệ sinh học cán nghiên cứu Trần Thị Nhung tận tình giúp đỡ, chia sẻ, tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt thời gian thực tập Hà nội, ngày 26 tháng 05 năm 2015 Sinh viên Đỗ Hoàng Hiệp Đỗ Hoàng Hiệp- 1101-K18 Xây dựng quy trình thu nhận protein từ cám gạo làm thực phẩm bổ sung DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Tên đầy đủ AUC Axit axetic, urea, cetyltrimethylammonium bromide PBs Protein dự trữ SDS Sodium dodecyl sulfate NL Nguyên liệu kDa Kilo Dalton EtOH Ethanol ESI Khả tạo nhũ tương Đỗ Hoàng Hiệp- 1101-K18 Xây dựng quy trình thu nhận protein từ cám gạo làm thực phẩm bổ sung DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Trang Bảng 1.1 Thành phần axit amin protein cám gạo Bảng 1.2 So sánh thành phần axit amin protein cám gạo, đậu nành casein Bảng 1.3 Phương pháp chiết kiềm để thu nhận protein cám gạo 01 Bảng 1.4 Phương pháp thu nhận protein cám gạo sử dụng enzym 11 Bảng 1.5 Phương pháp thu nhận protein cám gạo sử dụng trình 13 vật lí Bảng 1.6 Phương pháp thu nhận protein cám gạo sử dụng nước điều kiện đặc biệt 14 Bảng 3.1 Các tiêu dinh dưỡng mẫu cám gạo 20 Bảng 3.2 Hàm lượng hiệu suất protein thu từ quy trình 36 Bảng 3.3 Hàm lượng nito hòa tan mẫu protein 37 Bảng 3.4 Khả tạo bọt protein quy trình 3a Bảng 3.5 Khả tạo nhũ tương protein quy trình 3b protein Trung quốc OD500 Đỗ Hoàng Hiệp- 1101-K18 38 39 Xây dựng quy trình thu nhận protein từ cám gạo làm thực phẩm bổ sung DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BIỂU ĐỒ Tên hình Trang Hình 3.1 Ảnh hưởng nồng độ enzym đến khả thủy phân cám 22 gạo Termamyl Hình 3.2 Ảnh hưởng pH đến khả thủy phân cám gạo 22 Termamyl Hình 3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả thủy phân tinh bột 23 Termamyl Hình 3.4 Ảnh hưởng thời gian đến khả thủy phân cám gạo Termamyl 24 Hình 3.5 Sản phẩm protein quy trình 24 Hình 3.6 Quy trình thu nhận protein từ cám gạo (1) 25 Hình 3.7 Sản phẩm protein quy trình 26 Hình 3.8 Quy trình thu nhận protein từ cám gạo (2) 27 Hình 3.9 Sản phẩm protein quy trình 28 Hình 3.10 Quy trình thu nhận protein từ cám gạo (3) 29 Hình 3.11 Sản phẩm protein quy trình 30 Hình 3.12 Quy trình thu nhận protein từ cám gạo (4) 31 Hình 3.13 Sản phẩm protein quy trình 32 Hình 3.14 Quy trình thu nhận protein từ cám gạo (5) 33 Hình 3.15 Sản phẩm protein quy trình 34 Hình 3.16 Quy trình thu nhận protein từ cám gạo (6) 35 Hình 3.17 Thí nghiệm xác định độ tạo bọt protein quy trình 3a 38 Đỗ Hoàng Hiệp- 1101-K18 Xây dựng quy trình thu nhận protein từ cám gạo làm thực phẩm bổ sung MỤC LỤC MỞ ĐẦU PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÁM GẠO 1.2 PROTEIN CÁM GẠO 1.2.1 Thành phần protein cám gạo 1.2.2 Phân loại protein cám gạo 1.2.3 Các tính chất dinh dưỡng 1.2.4 Các tính chất chức 1.2.5 Tính tan protein cám gạo 1.2.6 Khả tạo bọt protein cám gạo 1.2.7 Khả tạo nhũ tương 1.3 TÁCH CHIẾT PROTEIN TỪ CÁM GẠO 1.3.1 Những thách thức việc tách chiết protein từ cám gạo 1.3.2 Phương pháp thu nhận protein cám gạo sử dụng kiềm 1.3.3 Các tác nhân phá hủy liên kết 10 1.3.4 Phương pháp thu nhận protein sử dụng dung môi 11 1.3.5 Phương pháp thu nhận protein sử dụng enzym 11 1.3.6 Phương pháp chiết sử dụng trình vật lí 12 1.3.7 Phương pháp thu nhận protein sử dụng nước điều kiện đặc biệt 13 1.4 ỨNG DỤNG CỦA PROTEIN CÁM GẠO 14 1.5 VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU PROTEIN CÁM GẠO Ở VIỆT NAM 15 PHẦN 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 2.1 NGUYÊN LIỆU 16 2.2 HÓA CHẤT 16 2.3 PHƯƠNG PHÁP 16 2.3.1 Phương pháp xác định độ ẩm 16 2.3.2 Phương pháp xác định gluxit tổng số 16 2.3.3 Phương pháp xác định lipit tổng số 17 2.3.4 Phương pháp loại dầu cám 18 Đỗ Hoàng Hiệp- 1101-K18 Xây dựng quy trình thu nhận protein từ cám gạo làm thực phẩm bổ sung 2.3.5 Phương pháp xác định protein 18 2.3.6 Phương pháp xác định hàm lượng protein 18 2.3.7 Phương pháp xác định hàm lượng nitơ hòa tan chế phẩm thu 18 2.3.8 Phương pháp xác định độ tạo bọt 19 2.3.9 Phương pháp xác định độ tạo nhũ tương 19 PHẦN : KẾT QUẢ 20 3.1 XÁC ĐỊNH MỘT SỐ CHỈ TIÊU DINH DƯỠNG CỦA CÁM GẠO 20 3.2 NGHIÊN CỨU LOẠI BỎ TINH BỘT TRONG CÁM GẠO SỬ DỤNG CÁC ENZYM CÔNG NGHIỆP 20 3.2.1 Nghiên cứu loại bỏ tinh bột sử dụng α-amylase (Termamyl) 21 3.3 XÂY DỰNG QUY TRÌNH THU NHẬN PROTEIN CÓ HIỆU QUẢ TỪ CÁM GẠO Ở QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM 24 3.3.1 Quy trình 24 3.3.2 Quy trình 26 3.3.3 Quy trình 27 3.3.4 Quy trình 30 3.3.5 Quy trình 32 3.3.6 Quy trình 34 3.4 XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG PROTEIN CỦA CHẾ PHẨM THU ĐƯỢC 35 3.5 XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG NITƠ HÒA TAN CỦA CHẾ PHẨM PROTEIN THU ĐƯỢC 36 3.6 XÁC ĐỊNH ĐỘ TẠO BỌT CỦA CHẾ PHẨM PROTEIN THU ĐƯỢC 37 3.7 XÁC ĐỊNH ĐỘ TẠO NHŨ TƯƠNG CỦA CHẾ PHẨM THU ĐƯỢC 38 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 40 Kết luận 40 Đề nghị 40 Đỗ Hoàng Hiệp- 1101-K18 MỞ ĐẦU Cám gạo sản phẩm phụ trình chế biến gạo, sản phẩm phụ nông nghiệp dồi dào, giá thành rẻ có giá trị kinh tế thấp Cám gạo có chứa lượng protein từ 12-20% với chất lượng dinh dưỡng cao, bao gồm 37% tan nước, 31% hòa tan muối, 2% hòa tan cồn 27% hòa tan chất kiềm protein lưu trữ Các nghiên cứu chứng minh protein cám gạo protein thực vật có giá trị dinh dưỡng cao có ứng dụng đặc biệt trong thực phẩm dược phẩm Đặc tính quan trọng protein cám gạo không gây dị ứng có hoạt tính chống ung thư Vì thế, xem protein lương thực cao cấp có ứng dụng hàng loạt lĩnh vực chăn nuôi, thực phẩm chức năng, thực phẩm dinh dưỡng, mỹ phẩm làm đẹp y học Mặc dù có nhiều nghiên cứu thu nhận sử dụng protein cám gạo Tuy nhiên, tính đến protein cám gạo chưa có sẵn thị trường thương mại Lý hạn chế phương pháp tách chiết protein chưa tối ưu Việt Nam nước sản xuất gạo đứng thứ hai giới (số liệu năm 2014) nên nguồn nguyên liệu cám gạo cho mục đích tách chiết dẫn xuất protein vô phong phú Vấn đề đặt việc phải xây dựng quy trình tách chiết protein cám gạo tối ưu đạt hiệu để thu nhận sản phẩm có độ tinh cao, an toàn cho người sử dụng với giá thành hợp lý Đề tài khóa luận: “Xây dựng quy trình thu nhận protein từ cám gạo làm thực phẩm bổ sung ” thực sở đặt hàng nghiên cứu Công ty trách nhiệm hữu hạn Đông Dương nhằm mục đích đưa quy trình thu nhận protein từ cám gạo hiệu quả, có độ ≥ 60% quy mô phòng thí nghiệm, làm sở cho việc sản xuất protein cám gạo quy mô lớn để làm thực phẩm bổ sung Page | Đỗ Hoàng Hiệp – 1101 – K18 PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÁM GẠO Sản lượng gạo giới năm 2008 khoảng 661 triệu tương ứng có 66 triệu cám gạo sản xuất sản phẩm phụ xay xát lúa gạo Cám gạo thường không tiêu thụ thực phẩm có chứa hàm lượng chất xơ cao có lớp vỏ bị nhiễm bẩn Nó bị hạn chế ứng dụng thực phẩm phát triển nhanh chóng vi sinh vật gây ôi hỏng, thông qua kích thích hoạt động lipase cám xay xát thủy phân glycerit thành axit béo [17] Nhờ có phát triển kĩ thuật chế biến, phần trăm nhỏ cám gạo sử dụng sản phẩm thực phẩm thương mại Tuy nhiên, cám gạo phần lớn sử dụng trực tiếp thành phần thức ăn gia súc Cám gạo giàu protein, chất béo, thành phần chất xơ, vitamin, chất khoáng [6] Các thành phần cám gạo 15-22% chất béo, 34,1-52,3% carbonhydrate, 7-11,4% chất xơ, 6,6-9,9% tro, 8-12% độ ẩm, protein 10-16% chất dinh dưỡng Sự phát triển sản phẩm giá trị gia tăng từ cám gạo đòi hỏi phải nắm rõ thông tin, đặc tính, đặc điểm cám gạo để phát triển phương pháp khai thác tốt nhằm đến ứng dụng thực tiễn 1.2 PROTEIN CÁM GẠO Hầu hết protein có hạt lúa tìm thấy thành phần cám [33] Protein cám gạo chủ yếu protein dự trữ albumin, globulin, prolamin glutelin Chúng đánh giá cao giá trị dinh dưỡng có tính tương đương với protein ngũ cốc khác Việc chiết xuất protein cám gạo coi khả thi, đặc biệt nguồn nguyên liệu cung cấp rẻ tiền dồi Các protein đưa vào giúp gia tăng giá trị dinh dưỡng khả ứng dụng thực phẩm Vì thế, nhu cầu sản phẩm ngày tăng Protein cám gạo công nhận có nguồn dinh dưỡng vượt trội so với protein khác, có khả không gây dị ứng chống ung thư Page | Đỗ Hoàng Hiệp – 1101 – K18 Mặc dù tiền dinh dưỡng giá trị dược phẩm protein cám gạo công nhận protein cám gạo tách chiết Vì thế,chúng chưa có sẵn thị trường thương mại [3] Hiện nay, có nhiều phương pháp tách chiết protein cám gạo đưa phần lớn chưa đạt hiệu kinh tế khả thi để sản xuất protein cám gạo thương mại Một số quy trình chiết xuất protein cám gạo với hiệu suất từ 30-50% sử dụng kiềm pH 7-12 đưa [10,23] Tuy nhiên, có kết hợp tách chiết chất NaCl, ethanol 80%, NaOH 0,1M AUC (axit axetic, urea, cetyltrimethylammonium bromide) hiệu suất thu nhận đạt tới 90% [14] 1.2.1 Thành phần protein cám gạo Trong ngũ cốc gạo có loại protein enzym protein dự trữ Cám gạo có chứa số loại lipase có vị trí nhận biết cắt đặc hiệu vị trí 1,3 triacylglycerol Ngoài lipase, cám gạo có chứa amylase, catalase, acid ascorbic oxidase, cytochrome oxidase, lipoxygenases, polyphenol, dehydrogenase esterase Một số số chúng ảnh hưởng đến oxy hóa gây ôi thiu cám Protein dự trữ đóng vai trò nguồn cung cấp nitơ, carbon lưu huỳnh cho hạt Chúng bao bọc lớp tế bào dày đặc gọi thể protein (PBs) Ở lúa, có hai loại thể protein khác hình thái: thể protein hình cầu với tầng lớp đồng tâm thể protein không quan sát thấy trình tích lũy phát triển hạt giống Các thể protein hình cầu mô tả tế bào chất bao bọc lớp màng kép trái ngược với thể protein không tiết vào không bào [23] Rất nhiều số thể protein quan sát thấy, đặc biệt lớp aleurone [38] 1.2.2 Phân loại protein cám gạo Otterburn [27] phân loại cám gạo thành loại sau: albumin, globulin, glutelins prolamins, tương ứng tan dung dịch nước, muối, cồn kiềm Sự phân bổ thành phần protein cám gạo khác tùy theo giống lúa Cagampang et al [7] cho thấy protein cám gạo chứa 37% albumin, Page | Đỗ Hoàng Hiệp – 1101 – K18 Cám loại dầu (50g) hòa nước cất (1:7) Điều chỉnh pH 9.0 với NaOH 1N, khuấy Ly tâm 4000 vòng 20 phút, loại bã thu dịch Dịch thu khử trùng 121oC 30 phút Chỉnh đến pH 6.0 với HCl 1N Bổ sung amylase 1% 90oC, Điều chỉnh pH 4.0 HCl 1N, tạo tủa protein Ly tâm 4000 vòng, 20 phút thu tủa protein Thu tủa protein , sấy 60oC Hình 3.14 Quy trình thu nhận protein từ cám gạo (5) Ở quy trình này, định tăng hàm lượng amylase lên 1% với hy vọng cải thiện độ chế phẩm thu protein thu Kết cho thấy quy trình sau thủy phân 50g cám, hiệu suất (hàm lượng chất khô dịch thủy phân/50g cám gạo) đạt 9%, hàm lượng protein theo TCVN 4328-1:2007 đạt 46% Có thể thấy hàm lượng protein cải thiện không nhiều bước thuc lại nhiều phức tạp quy trình 3a, không kinh tế áp dụng thực tiễn Page | 33 Đỗ Hoàng Hiệp – 1101 – K18 3.3.6 Quy trình Ở quy trình này, thực lặp lại thí nghiệm quy trình có thay đổi số bước nhỏ thay đổi pH bổ sung amylase, tăng nồng độ amylase lên 1% rửa protein EtOH 30% Các bước thực quy trình gồm bước : i) Cám gạo thô hòa nước cất Hình 3.15 Sản phẩm protein theo tỷ lệ 1:7, có quy trình khuấy ii) Điều chỉnh pH 9.0 với NaOH 1N, khuấy nhiệt độ phòng iii) Điều chỉnh pH 6.0, bổ sung amylase 1% iv) Đặt bể ổn nhiệt đạt 90oC v) Ly tâm 4000 vòng 20 phút thu dịch vi) Điều chỉnh pH 4.0 HCl 1N tạo tủa protein vii) Ly tâm 4000 vòng 20 phút thu tủa lắng, rửa tủa protein EtOH 30% viii) Thu cặn protein, sấy khô tính hiệu suất Kết lặp lại cho thấy quy trình sau thủy phân 50g cám thu hiệu suất (hàm lượng chất khô dịch thủy phân/50g cám gạo) đạt 8%, hàm lượng protein theo TCVN 4328-1:2007 đạt khoảng 14,60%, thấp nhiều so với yêu cầu Page | 34 Đỗ Hoàng Hiệp – 1101 – K18 Cám thô (50g) hòa nước cất (1:7) Điều chỉnh pH 9.0 NaOH 1N, khuấy Điều chỉnh pH 6.0, bổ sung amylase 1% Bể ổn nhiệt 90oC, Ly tâm 4000 vòng 20 phút, thu dịch Điều chỉnh pH 4.0 HCl 1N, tạo tủa protein Ly tâm 4000 vòng 20 phút thu tủa lắng, rửa protein EtOH Thu tủa protein, sấy khô tính hiệu suất Hình 3.16 Quy trình thu nhận protein từ cám gạo (6) 3.4 XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG PROTEIN CỦA CHẾ PHẨM THU ĐƯỢC Hàm lượng protein chế phẩm thu từ quy trình thông số quan trọng để đánh giá thành công quy trình sản xuất Ngoài để áp dụng quy trình vào sản xuất phải ý tới thông số hiệu suất thu protein quy trình Để so sánh hàm lượng protein thu từ quy trình thủy phân cám gạo trên, tiến hành gửi mẫu phân tích tới Trung tâm phân tích giám định thực phẩm quốc gia, Viện Công nghiệp thực phẩm để đánh giá sản phẩm Kết kiểm tra trình bày bảng 3.2, thấy hàm lượng protein thu nhận từ quy trình với mẫu cám tách dầu đạt giá trị cao 46%, gồm bước thực hiện, đạt hiệu suất 9,2% Trong đó, quy trình 3a với mẫu cám thô, hàm Page | 35 Đỗ Hoàng Hiệp – 1101 – K18 lượng protein đạt tới 41,77%, lại cho hiệu suất cao 13,41%, với bước thực Vì quy trình có nhiều ưu so với quy trình lại Sản phẩm protein thu từ quy trình 3a sử dụng để kiểm tra tiêu công nghệ cần thiết gồm hàm lượng nitơ hòa tan, độ tạo nhũ tương độ tạo bọt Bảng 3.2 Hàm lượng hiệu suất protein thu từ quy trình Quy trình Mẫu cám Số bước quy trình Hàm lượng (%) Hiệu suất (%) Cám thô 07 26,46 12,9 Cám thô 06 30,60 14 3a Cám thô 08 41,77 13,41 3b Cám tách dầu 08 43,77 10,97 Cám thô 09 32,87 14,62 Cám tách dầu 09 46,0 9,2 Cám thô 08 14,60 8.2 3.5 XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG NITƠ HÒA TAN CỦA CHẾ PHẨM PROTEIN THU ĐƯỢC Kết xác định hàm lượng nitơ hòa tan mẫu protein thu từ quy trình 3a trình bày bảng 3.3 Page | 36 Đỗ Hoàng Hiệp – 1101 – K18 Bảng 3.3 Hàm lượng nito hòa tan mẫu protein Mẫu protein Hàm lượng nito hòa tan ( % ) Mẫu 0,0272 Mẫu 0,0448 Mẫu 0,1216 Giá trị TB 0,0645 ± 0,0501 3.6 XÁC ĐỊNH ĐỘ TẠO BỌT CỦA CHẾ PHẨM PROTEIN THU ĐƯỢC Một tính chất đặc trưng protein khả tạo bọt Sự hình thành bọt liên quan đến khuếch tán protein hòa tan đến bề mặt không khí/nước Các phân tử protein nghèo cấu trúc bậc 2,3 tác dụng cách có hiệu chất hoạt động bề mặt Sự hấp thụ protein lên bọt thực qua vùng kỵ nước Để hệ bọt bền, màng tạo thành xung quanh bọt khí phải dày, có độ dính, dẻo, đàn hồi, liên tục Protein có hoạt tính tạo bọt tốt protein lòng trắng trứng, globin hemoglobin, serumalbumin, gelatin, protein lactoserum, mixen casein casein β, protein lúa mì, protein đậu nành số chế phẩm protein thủy phân Để xác định độ tạo bọt chế phẩm protein thu được, thực thí nghiệm mẫu protein mẫu protein Trung Quốc mẫu protein quy trình 3a Page | 37 Đỗ Hoàng Hiệp – 1101 – K18 Hình 3.17 Thí nghiệm xác định độ tạo bọt protein (3a) Số liệu thu bảng 3.4 cho thấy khả tạo bọt protein cám tách dầu 3a mẫu protein Trung Quốc Bảng 3.4 Kết tạo bọt protein quy trình 3a protein Trung Quốc Mẫu protein Độ tạo bọt (ml) Protein 3a 4±1 Protein Trung quốc Dựa vào số liệu thấy mẫu protein Trung Quốc không cho khả tạo bọt Trong mẫu protein quy trình 3a có khả tạo bọt từ 3-4 ml 15ml thể tích ban đầu 3.7 XÁC ĐỊNH ĐỘ TẠO NHŨ TƯƠNG CỦA CHẾ PHẨM THU ĐƯỢC Hệ nhũ tương hệ phân tán hai chất lỏng không hòa tan vào nhau, dạng giọt nhỏ phân tán, chất lỏng dạng pha phân tán liên tục Trong phần lớn trường hợp, đường kính giọt lỏng phân tán khoảng 0,1-50 µm với mức độ phân tán khác xung quanh giá trị trung bình Sự tạo thành giọt nhũ tương đồng thời đồng thời với việc hình thành bề mặt phân chia hai chất Page | 38 lỏng không tan vào (còn gọi bề mặt liên pha) Diện tích bề mặt phân chia tăng theo hàm số mũ đường kính giọt giảm khối lượng pha phân tán đạt đến 1m2/ml nhũ tương Khả tạo độ nhũ tương protein quy trình 3a protein Trung Quốc trình bày bảng 3.5 Bảng 3.5 Khả tạo nhũ tương protein quy trình 3b protein Trung quốc OD500 Mẫu OD500nm phút OD500nm30 phút ESI Protein 3a 0,710 ±0,070 0,420 ±0,265 73,448 ±6,089 Protein Trung Quốc 0,646 ±0,026 0,355 ±0,029 66,597 ±4,771 Kết trình bày bảng 3.5 cho thấy protein cám gạo quy trình 3a cho khả tạo nhũ tương hóa tốt ổn định so với protein Trung Quốc, chúng có khả ứng dụng nhiều vào sản phẩm thực phẩm hệ nhũ tương sữa bò, sữa đậu nành, kem, nước cốt dừa, bơ, phomai nóng chảy, mayonnaise, xúc xích, thịt cá … Page | 39 Đỗ Hoàng Hiệp – 1101 – K18 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Kết luận Cám gạo Hà Tây có hàm lượng protein đạt 12,7%, tỉ lệ tạp chất đạt 16,4% độ ẩm đạt 10,9%, phù hợp để làm nguyên liệu tách chiết, thu nhận protein Đã xác định điều kiện phù hợp cho amylase Termamyl thủy phân cám gạo nồng độ 0,25%, pH 7.0, nhiệt độ 90oC, thời gian thủy phân 20 phút Đã tìm quy trình thu nhận protein cám gạo tương đối phù hợp cho độ đạt 41,77% hiệu suất đạt 13,41% Quy trình bao gồm bước: i) Cám gạo ban đầu hòa nước cất theo tỷ lệ 1:7, có khuấy; ii) Điều chỉnh pH 9.0 NaOH 1N khuấy giờ; iii) Điều chỉnh pH 7.0 HCl 1N bổ sung enzym Termamyl 0,25% 90oC để thủy phân tinh bột; iv) Ly tâm 4000 vòng 20 phút, thu dịch trong; v) Sử dụng HCl 1N đưa dịch thu sau ly tâm pH 4.0; vi) Ly tâm thu cặn tủa 4000 vòng 20 phút; vii) Ly tâm rửa cặn tủa nước khử trùng; viii) Sấy khô mẫu 50oC, cân tính hiệu suất Protein thu nhận có số nitơ hòa tan đạt 0,0645%, độ tạo bọt đạt 20%, độ tạo nhũ tương đạt 73,448 Đề nghị - Tiếp tục cải tiến quy trình 3a để thu nhận protein cám gạo có chất lượng hiệu suất cao hơn, sản xuất quy mô lớn - Đánh giá đầy đủ chất lượng chế phẩm protein thu để sử dụng sản xuất thực phẩm thực phẩm chức Page | 40 Đỗ Hoàng Hiệp – 1101 – K18 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu nước 1) Abediyi, A.P., Adebiyi, A.O, Yamashita, J., Ogawa, T., and Muramoto, K (2009b) Purification and characterization of antioxidative peptides derived from rice bran protein hydrolysates Eur Food Res Technol 228: 553–563 2) Adebiyi, A.P., Adebiyi, A.O., Hasegawa, Y., Ogawa, T., and Muramoto, K (2009a) Isolation and characterization of protein fractions from deoiled rice bran Eur Food Res Technol 288: 391–401 3) Ansharullah, Hourigan, J.A., and Chesterman, C.F (1997) Application of carbohydrases in extracting protein from rice bran J Sci Food Agric 74: 141–146 4) Barber, S and Benedito de Barber, C (1980) Rice bran: Chemistry and technology In: Rice: Production and Utilization Luh, B.S, Ed., AVI Publishing, CT 5) Bera, M.B and Mukherjee, R.K (1989) Solubility, emulsifying, and foaming properties of rice bran protein concentrates J Food Sci 54: 142– 145 6) Betschart, A.A., Fong, R.Y., and Saunders, R.M (1977) Rice byproducts: Comparative extraction and precipitation of nitrogen from U.S and Spanish bran and germ J Food Sci 42: 1088–1093 7) Cagampang, G.B., Cruz, L.J., Espiritu, S.G., and Juliano, B.O (1966) Studies on the extraction and composition of rice proteins Cereal Chem 43:145–155 8) Chandi, G.K and Sogi, D.S (2007) Functional properties of rice bran protein concentrates J Food Eng 79: 592–597 9) Cheftel, J.C., Cuq, J.L., and Lorient, D (1985) Amino acids, peptides and proteins In: Food Chemistry p 245 Fennema, O.R., Ed., Marcel Dekker, New York 10) Chen, L and Houston, D.F (1970) Solubilization and recovery of proteins from defatted rice bran Cereal Chem 47: 72–791 Page | 41 Đỗ Hoàng Hiệp – 1101 – K18 11) Connor, M.A., Saunders, R.M., and Kohler, G.O (1976) Preparation and properties of protein concentrates obtained by wet alkaline processing of rice bran Cereal Chem 12) Giese, J (1994) Proteins as ingredients: Types, functions, applications Food Technol 48: 50–60 13) Gupta, S., Chandi, G.K., and Sogi, D.S (2008) Effect of extraction temperature on functional properties of rice bran protein concentrates Int J Food Eng 4:2–19 14) Hamada, J.S (1997) Characterization of protein fractions of rice bran to devise effective methods of protein solubilization Cereal Chem 74: 662– 668 15) Helm, R.M and Burks, A.W (1996) Hypoallergenicity of rice bran protein Cereal Foods World 41: 839–843 16) Ivanova, D.I (1974) Cytological investigation of protein deposit formation in the endosperm of rice Soviet Plant Physiol (Engl Transl.) 21: 795–799 17) Juliano, B.O (1985) Rice bran In: Rice Chemistry and Technology, pp 647–680 Juliano, B O., Ed., American Association of Cereal Chemists, St Paul, MN 18) Kawamura, Y and Muramoto, M (1993) Anti-tumorigenic and immunoactive protein and peptide factors in food stuff Antitumorigenic factors in rice bran In: Food and Cancer Prevention Chemical and Biological Aspects, pp 331–401 Waldron K.W., Johnson I.T., and Fenwick L.R., Eds., The Royal Society of Chemistry, Cambridge 19) Kelly, R and Ballew, J.E (1982) Effect of alkaline treatment of soy protein on sulfur amino acid bioavailability J Food Sci 47: 2070–2071 20) Kennedy, J.F and Cabral, M.S (1993) Recovery Processes for Biological Materials John Wiley & Sons, England 21) Kinsella, J.E (1976) Functional properties of proteins in foods: A survey CritRev Food Sci Nutri 7: 219–280 22) Krishnan, H.B., White, J.A., and Pueppke, S.G (1992) Characterization and localization of rice (Oryza sativa L.) seed globulins Plant Sci 81: 1–11 23) Lew, E J-L., Houston, D.F., and Fellers, D.A (1975) A note on protein concentrate from full-fat rice bran Cereal Chem 52: 748–749 Page | 42 Đỗ Hoàng Hiệp – 1101 – K18 24) Matsuda, T., Sugiyama, M., Nakamura R., and Torii, S (1988) Purification and properties of an allergenic protien in rice grain Agric Biol Chem 52: 1465–1470 25) Mawal, Y.R., Mawal M.R., and Ranjekar, P.K (1987) Biochemical and immunological characterization of rice albumin Bioscience Rep 7: 1–9 26) Mitsuda, H., Yasumoto, K., Murakami, K., Kusano, T., and Kishida, H (1967) Studies on the proteinaceous subcellular particles in rice endosperm: electron microscopy and isolation AgricBiolChem 31: 293–296 27) Otterburn,M.S (1989) Protein Crosslinking In: ProteinQuality and the Effects of Processing Phillips, R.D and Finley, J.W., Eds., Marcel Dekker, New York 28) Padhye, V.W and Salunkhe, D.K (1979) Extraction and characterization of rice proteins Cereal Chem 56: 389–393 29) Pan, S.J and Reeck, G.R (1988) Isolation and characterization of rice αglobulin Cereal Chem 65: 316–319 30) Patrick, H.R., Griffith, K., Liotta, C.L., and Eckert, C.A (2001) Near-critical water: a benign medium for catalytic reactions Ind Eng Chem Res 40: 6063–6067 31) Sasaki,M.,Adschiri, T., andArai,K (2003) Fractionation of sugarcane bagasse by hydrothermal treatment Bioresour Technol 86: 301–304 32) Sawai H and Morita, Y (1968) Studies on rice glutelin Part I Isolation and purification ofglutelin from rice endosperm Agric Biol Chem 32: 76–80 33) Schramm, R., Abadie, A., Hua, N., Xu, Z., and Lima, M (2007) Fractionation of the rice bran layer and quantification of vitamin E, oryzanol, protein, and rice bran saccharide JBiolEng 1:9 34) Shewry, P.R., and Casey, R (1999) Seed Proteins Kluwer Academic Publishers, The Netherlands 35) Shih, F.F., Champagne, E.T., Daigle, K., and Zarins, Z (1999) Use of enzyms in the processing of protein products from rice bran and rice flour Nahrung 43: 14–18 36) Shoji Y., Mita, T., Isemaru, M., Mega, T., Hase, S., Isemura S., and Aoyagi, Y (2001) A Fibronectibinding protein from rice bran wit cell adhesion activity for animal tumor cells Biosci Biotechnol Biochem 65:1181–1186 Page | 43 Đỗ Hoàng Hiệp – 1101 – K18 37) Sugimoto,T., Tanaka, K., and Kasai, Z (1986) Improved extraction of rice prolamin Agric Biol Chem 50: 2409–2411 38) Takaiwa, F., Ogawa, M., and Okita, T.W (1999) Rice glutelins In: Seed Proteins, pp 401–425 Shewry, P.R and Casey, R., Eds., Kluwer Academic Publishers, The Netherlands 39) Tang, S., Hettiararchy, N.S., and Shellhammer, T.H (2002) Protein extraction from heat-stabilized defatted rice bran Physical processing and enzym treatments J Agric Food Chem 50: 7444–7448 40) Tang, S., Hettiararchy, N.S., Eswaranandam, S., and Crandall, P (2003) Protein extraction from heat stabilized defatted rice bran II The role of amylase, celluclast, and viscozyme J Food Sci 68: 471–475 41) Wang,M.,Hettiarachchy,N.S.,Qi,M., Burks,W., and Siebenmorgen, T (1999) Preparation and functional properties of rice bran protein isolate J Agric Food Chem 47: 411–416 42) Wei,C.,Nguyen, S.D.,Kim,M.R., and Sok,D (2007).Rice albuminN- terminal (Asp-His-His-Gln) prevents against copper ion-catalyzed oxidations JAgric Food Chem 55: 2149–2154 Tài Liệu nước 43) Phan Tuấn Nghĩa “ Giáo trình Hóa sinh học Thực Nghiệm”, Nhà xuất giáo dục Việt Nam, 2012 44) Nguyễn Quang Vinh, Bùi Phương Thuận, Phan Tuấn Nghĩa “ Thực tập Hóa sinh ”, Nhà xuất giáo dục Việt Nam, 1997 45) Trần Thị Nhung “ Nghiên cứu sản xuất xylooligosaccharide ( XOS ) từ cám gạo” , Viện Đại học Mở Hà Nội, Báo cáo khóa luận tốt nghiệp, 2012 Page | 44 Đỗ Hoàng Hiệp – 1101 – K18 VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC - ĐỀ CƯƠNG TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC (Dùng cho sinh viên bảo vệ khóa luận tốt nghiệp K18) Họ tên sinh viên: Đỗ Hoàng Hiệp Lớp: 1101 Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Tên đề tài: Xây dựng quy trình thu nhận protein từ cám gạo Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Mai Phương Cơ quan công tác: Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam NỘI DUNG ĐỀ CƯƠNG Mục tiêu đề tài: Bước đầu xây dựng quy trình thu nhận protein từ cám gạo PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÁM GẠO 1.2 PROTEIN CÁM GẠO 1.2.1 Thành phần protein cám gạo 1.2.2 Phân loại protein cám gạo 1.2.3 Các tính chất dinh dưỡng 1.2.4 Các tính chất chức 1.2.5 Tính tan protein cám gạo 1.2.6 Khả tạo bọt 1.2.7 Khả tạo nhũ tương 1.3 TÁCH CHIẾT PROTEIN TỪ CÁM GẠO 1.3.1 Những thách thức việc tách chiết protein từ cám gạo 1.3.2 Phương pháp chiết sử dụng kiềm 1.3.3 Các tác nhân phá hủy liên kết 10 1.3.4 Phương pháp chiết xuất sử dụng dung môi 11 1.3.5 Phương pháp chiết sử dụng enzym 11 Page | 45 Đỗ Hoàng Hiệp – 1101 – K18 1.3.6 Phương pháp chiết sử dụng trình vật lí 12 1.3.7 Phương pháp chiết sử dụng nước điều kiện đặc biệt 13 1.4 ỨNG DỤNG CỦA PROTEIN CÁM GẠO 14 1.5 VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU PROTEIN CÁM GẠO Ở VIỆT NAM 15 PHẦN : NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 2.1 NGUYÊN LIỆU 16 2.2 HÓA CHẤT 16 2.3 PHƯƠNG PHÁP 16 2.3.1 Phương pháp xác định độ ẩm 16 2.3.2 Phương pháp xác định gluxit tổng số 16 2.3.3 Phương pháp xác định lipit tổng số 17 2.3.4 Phương pháp loại dầu cám 18 2.3.5 Phương pháp xác định protein 18 2.3.6 Phương pháp xác định hàm lượng protein 18 2.3.7 Phương pháp xác định hàm lượng nitơ hòa tan chế phẩm thu 18 2.3.8 Phương pháp xác định độ tạo bọt chế phẩm thu 19 2.3.9 Phương pháp xác định độ tạo nhũ tương chế phẩm thu 19 PHẦN : KẾT QUẢ 20 3.1 XÁC ĐỊNH MỘT SỐ CHỈ TIÊU DINH DƯỠNG CỦA CÁM GẠO 20 3.2 NGHIÊN CỨU LOẠI BỎ TINH BỘT TRONG CÁM GẠO SỬ DỤNG CÁC ENZYM CÔNG NGHIỆP 20 3.2.1 Nghiên cứu loại bỏ tinh bột sử dụng α-amylase (Termamyl) 21 3.3 XÂY DỰNG QUY TRÌNH THU NHẬN PROTEIN CÓ HIỆU QUẢ TỪ CÁM GẠO Ở QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM 24 3.3.1 Quy trình 24 3.3.2 Quy trình 26 3.3.3 Quy trình 27 3.3.4 Quy trình 30 3.3.5 Quy trình 32 3.3.6 Quy trình 34 3.4 XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG PROTEIN CỦA CHẾ PHẨM THU ĐƯỢC 35 3.5 XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG NITƠ HÒA TAN CỦA CHẾ PHẨM 36 Page | 46 Đỗ Hoàng Hiệp – 1101 – K18 3.6 XÁC ĐỊNH ĐỘ TẠO BỌT CỦA CHẾ PHẨM PROTEIN THU ĐƯỢC 37 3.7 XÁC ĐỊNH ĐỘ TẠO NHŨ TƯƠNG CỦA CHẾ PHẨM THU ĐƯỢC 38 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 40 Kết luận 40 Đề nghị 40 Page | 47 Đỗ Hoàng Hiệp – 1101 – K18 [...]... hưởng của thời gian đến khả năng thủy phân cám gạo của Termamyl 3.3 XÂY DỰNG QUY TRÌNH THU NHẬN PROTEIN CÓ HIỆU QUẢ TỪ CÁM GẠO Ở QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM 3.3.1 Quy trình 1 Ở quy trình này, cám gạo được xử lý theo sơ đồ ở hình 3.6 Quy trình Hình 3.5 Sản phẩm protein quy trình 1 này gồm 7 bước thực hiện: i) Cám gạo ban đầu được hòa trong nước cất (1:7) ii) Cám gạo được thủy phân với Termamyl 0,25% ở 90oC,... tâm thu bã, rửa bã bằng H2O khử trùng 2 lần Thu protein, sấy khô xác định hiệu suất Hình 3.6 Quy trình thu nhận protein từ cám gạo (1) Kết quả thu được cho thấy rằng ở quy trình , sau khi thủy phân 50g cám đã thu được hiệu suất (hàm lượng chất khô trong dịch thủy phân/50g cám gạo) của quy trình đạt khoảng 12,9 % Hàm lượng protein xác định theo TCVN 4328-1:2007 đạt 26,46% (xem phụ lục) Như vậy, protein. .. lần Thu tủa, sấy 40oC và tính hiệu suất Hình 3.8 Quy trình thu nhận protein từ cám gạo (2) 3.3.3 Quy trình 3 Nhằm mục đích tăng độ tinh sạch và tăng hàm lượng protein trong mẫu thu, chúng tôi tiến hành loại bỏ dầu cám gạo trước khi thu nhận protein, bao gồm 4 bước: i) Mẫu cám gạo ban đầu được hòa trong dung môi n-hexane (1:3) ii) Khuấy với tốc độ 250 rpm trong 30 phút ở nhiệt độ phòng iii) Lọc, thu. .. Hình 3.9 Sản phẩm protein quy trình 3 bao gồm cám (3a) và cám tách dầu (3b) Cám thô (3a) Cám tách dầu (3b) Mẫu cám (50g ) hòa trong nước cất (1:7) Page | 28 Điều chỉnh pH 9.0 với NaOH 1N, khuấy 4 giờ nhiệt độ phòng Điều chỉnh pH 7.0 với HCl Chiết kiềm pH 4.0 với HCl 1N Ly tâm 4000 vòng trong 20 phút, rửa tủa protein bằng nước cất Hình 3.10 Quy trình thu nhận protein từ cám gạo (3) Kết quả thu được cho... chung, protein cám gạo đặc có tính chất nhũ hóa tốt và có thể ứng dụng làm chất nhũ hóa béo trong chế biến thực phẩm [5] Nó có thể được so sánh với casein và có tiềm năng trong ứng dụng tốt công nghiệp thực phẩm [8] 1.3 TÁCH CHIẾT PROTEIN TỪ CÁM GẠO Đã có nhiều phương pháp được tiến hành và cải tiến nhằm tách chiết protein cám gạo Phương pháp sử dụng dung môi kiềm để tách chiết protein cám gạo được... thác protein cám gạo dường như có liên quan tới khả năng hòa tan thấp do khả năng tập họp và tạo liên kết chéo disulfide của chúng Hamada [14] cũng nhấn mạnh rằng phức hệ của protein cám gạo phải được nghiên cứu để tìm ra một phương pháp hòa tan tối ưu nhằm thu nhận protein hiệu quả từ cám gạo 1.3.2 Phương pháp thu nhận protein cám gạo sử dụng kiềm Các dung môi thường được sử dụng nhất để chiết xuất protein. .. 26,46% (xem phụ lục) Như vậy, protein quy trình 1 có độ sạch chỉ đạt 26,46%, thấp hơn mục tiêu đặt ra nên cần phải tiếp tục cải tiến Page | 25 Đỗ Hoàng Hiệp – 1101 – K18 3.3.2 Quy trình 2 Ở quy trình này chúng tôi đã bổ sung Termamyl nồng độ 0,25% và rửa tủa Hình 3.7 Sản phẩm protein quy protein sau khi thu được với EtOH 30%, trình 2 như đã trình bày ở hình 3.8 i) Mẫu cám gạo 50g hòa trong nước cất 350ml,... trẻ dị ứng thực phẩm [15] Ngoài ra, khả năng tạo vòng Cu2+ của protein albumin tạo giúp ứng dụng như là một sản phẩm chống oxy hóa cho protein cám gạo [25] Page | 14 Đỗ Hoàng Hiệp – 1101 – K18 Bên cạnh đó, protein cám gạo thủy phân có thể được sử dụng là chất bổ sung dinh dưỡng, thành phần chức năng và chất hỗ trợ hương vị trong thực phẩm, chất tẩy trắng cà phê, mỹ phẩm, chăm sóc cho sản phẩm và bánh... trong protein cám gạo, đậu nành và casein Amino acid Protein cám gạo Đậu nành Casein Lysine 5,1 6,1 8,5 Histidine 3,0 2,5 3,2 Isoleucine 3,8 4,7 5,4 Leucine 7,6 7,9 9,5 Threonine 4,1 3,7 4,2 Tryptophan 1,0 1,2 1,4 Valine 6,2 4,8 6,3 1.2.4 Các tính chất chức năng Việc sử dụng protein cám gạo, đặc biệt là ứng dụng vào thành phần thực phẩm, phụ thu c rất nhiều vào các tính chất dinh dưỡng của protein cám gạo. .. thực phẩm và thực phẩm chức năng Đây cũng chính là bài toán mà các doanh nghiệp trên thị trường Việt Nam mong muốn được các nhà khoa học giải quy t và chuyển giao công nghệ Đề tài của khóa luận này cũng là đề xuất đặt hàng nghiên cứu của Công ty trách nhiệm hữu hạn Đông Dương nhằm mục đích chuyển giao được quy trình thu nhận protein từ cám gạo hiệu quả, có độ sạch ≥ 60% ở quy mô phòng thí nghiệm, làm