Báo cáo Thí nghiệm Công nghệ Thực phẩm - Công nghệ chế biến sữa đậu nành

Nội dung text: Báo cáo Thí nghiệm Công nghệ Thực phẩm - Công nghệ chế biến sữa đậu nành

1. Mục lục I. TỔNG QUAN 1 Mở đầu 1 1. Giới thiệu 1 2. Vật liệu và phương pháp 2 2.1. Chuẩn bị sữa đậu nành 2 2.2. Phân tích ước lượng 2 2.3. Xử lý áp lực cao 2 2.4. pH, tỷ trọng, độ nhớt và pha 3 2.5. Quang phổ vạch phát xạ 3 2.6. DSC 3 2.7. Polyacrylamide gel electrophoresis 4 2.8. Xử lý áp suất cao trên gel đậu hũ 4 2.9. Độ cứng của gel 4 2.10. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 4 2.11. Phân tích thống kê 5 3 . Kết quả và thảo luận 5 3.1. Giá trị pH, mật độ, độ nhớt và giai đoạn 5 3.2. Kỵ nước 6 3.3. Phân tích DSC 8 3.4. Phân tích điện di 9 3.5. Áp suất cao tạo cấu trúc gel cho đậu hũ 10 4. Kết luận 12 II. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 12 1. Qui trình công nghệ 12 2. Thuyết minh qui trình: 13 2.1. Rửa: 13 2.2. Ngâm: 13 2.3. Tách vỏ: 13 2.4. Nghiền ướt: 14
2. I. TỔNG QUAN Hiệu quả của việc xử lý áp suất cao đối với protein sữa đậu nành Mở đầu Hiệu quả của việc xử lý áp suất cao ảnh hưởng đến sự biến đổi protein đậu nành trong sữa đậu nành đã được nghiên cứu bằng các kỹ thuật phân tích khác nhau. Sự biến đổi màu xanh của max có thể được quan sát trong phổ phát xạ huỳnh quang. Phổ huỳnh quang cho thấy protein đậu nành xuất hiện nhiều vùng kỵ nước hơn sau khi xử lý áp suất cao. Phân tích điện di cho thấy sự thay đổi của protein đậu nành rõ ràng và cho thấy protein đậu nành đã được phân tách bởi áp lực cao thành các tiểu đơn vị, một số khác bị kết tụ lại và trở thành không hòa tan. Biến tính áp suất cao xảy ra ở 300 MPa cho -conglycinin (7S) và tại 400 MPa cho glycinin (11S) trong sữa đậu nành. Đậu hũ chế biến bằng áp lực cao có thể hình thành một mạng gel cứng hơn và mạng lưới liên kết chằng chịt. Điều này đã chỉ ra một phương pháp mới để xử lý sữa đậu nành để làm đậu hũ. 1. Giới thiệu Protein đậu nành là nguồn protein giá rẻ nhưng có dinh dưỡng cao do đó nó chiếm ưu thế lớn trong protein thực vật trên thế giới. Thực phẩm làm từ đậu nành là rất phổ biến và truyền thống ở các nước châu Á. Ủy ban thực phẩm và thuốc của Hoa Kỳ nói rằng việc sử dụng 25g protein đậu nành mỗi ngày sẽ giảm nguy cơ bị bệnh tim mạch. Thực phẩm làm từ đậu nành tiếp tục thâm nhập nhanh chóng vào các nền văn hóa phương Tây và các khẩu phần ăn vì thị trường này rất nhạy cảm với các khẳng định về sức khỏe (Fukushima năm 2001; Hermansson, 1978). Sữa đậu nành là một thức uống phổ biến ở các nước châu Á. Nó là một dung dịch keo chiết xuất từ các chất có trong đậu nành, và do đó gần như tất cả các thành phần của nó (protein, lipid, và saccharides) của hạt đậu nành có mặt trong sữa đậu nành (Guo, Tomotada, & Masayuki, 1997). Sữa đậu nành và các sản phẩm của nó được coi là bổ dưỡng và thực phẩm không chứa cholesterol có tiềm năng lớn cho việc sử dụng nhiều hơn trong tương lai. Phương pháp chế biến thông thường của sữa đậu nành và các sản phẩm từ đậu nành đều liên quan đến xử lý nhiệt. Xử lý nhiệt làm phân ly, biến tính và đông tụ protein đậu nành. Biến tính nhiệt và đông tụ của protein đậu nành là đối tượng nghiên cứu của rất nhiều bài báo (Kwok và Niranjan, 1995). Tuy nhiên, xử lý nhiệt có tác động tiêu cực về khả năng hòa tan và đặc tính hấp thụ nước (Kinsella, 1979), nhưng các sản phẩm xử lý nhiệt nhẹ nhàng lại có vấn đề về mùi vị, đây là mối quan tâm chính cho việc phát triển loại thực phẩm từ protein đậu nành (Fukushima, 2000). Vì vậy, điều quan trọng là phát triển câu chuyện về các loại thực phẩm đậu nành hoặc phát triển các công thức mới kết hợp việc cải tiến công nghệ. Áp lực cao làm biến tính protein, lipid đóng rắn, màng sinh học mất ổn định, và làm bất hoạt các vi sinh vật ( Cheftel , 1992). Quá trình này được coi là tiết kiệm năng lượng so với một số quy trình thông thường. Các quan sát trong nhiều trường hợp xử lý áp lực cao không gây ra bất kỳ sự thay đổi trong mùi và hương vị của nguyên liệu thực phẩm, vấn đề được quan tâm đặc
3. Áp lực tích tụ thời gian ít hơn 1 phút và thời gian xả áp ít hơn 30 giây. Thay đổi nhiệt độ trong môi trường thay đổi áp lực được xác định bởi một cặp nhiệt điện loại K (nickel-đồng). Sự thay đổi của nhiệt độ gây ra bằng cách nén và giãn đoạn nhiệt được tìm thấy trong khoảng ±4oC của nhiệt độ bắt đầu xử lý đến khi áp suất tăng lên 300 MPa. 2.4. pH, tỷ trọng, độ nhớt và pha Giá trị pH và tỷ trọng của sữa đậu nành được đo bằng máy đo pH (Model F-23, HORIBA Ltd, Nhật Bản) và máy đo tỷ trọng (Model DA-110, Kyoto Denshi Seizou Ltd, Nhật Bản), sau khi xử lý áp suất cao. Độ nhớt được đo bằng số trục số 2 (21 mm) của nhớt kế (Model NDJ-8S, Nhà máy Shanghai Balance Instrument) ở 60 rpm cho một mẫu 175 ml trong một cốc thủy tinh 200 ml nhiệt độ phòng. Mỗi lần đo đã được cài đặt sẵn trong 5 phút. Tất cả các phép đo được thực hiện trong ba lần. 2.5. Quang phổ vạch phát xạ Takagi , Akashi , và Yasumatsu (1979) thiết kế một phương pháp để xác định khu vực kỵ nước trong globulin đậu nành sử dụng axit sulfonic 8 - anilino -1- naphthalene (ANS). Phương pháp này cũng được sử dụng để phát hiện sự thay đổi của vùng kỵ nước của protein đậu nành trong sữa đậu nành bởi Obata và Matsuura ( 1993). Vì thành phần chính trong sữa đậu nành ngoài protein đậu nành còn có lipid như đã đề cập ở trên, Kajiyama , Isobe , Uemura , và Noguchi (1995) đã so sánh với sự thay đổi tính kỵ nước của protein trong sữa đậu nành và sữa đậu nành tách béo để ước lượng ảnh hưởng của béo lên sự thay đổi tính kỵ nước của protein đậu nành. Họ nhận thấy rằng sữa đậu nành đã tách béo cho thấy tính kỵ nước thay đổi rõ ràng hơn sữa đậu nành không tách béo ; mặc dù sữa đậu nành không tách béo cũng cho thấy sự thay đổi tính kỵ nước. Khu vực kỵ nước trong sữa đậu nành không tách béo được xác định bằng phương pháp này, trong thử nghiệm của chúng tôi, sử dụng ANS . Cường độ huỳnh quang tỷ lệ thuận với khoảng nồng độ protein trong sữa đậu nành 0-0,05 g/100 g; do đó mỗi mẫu sữa đậu nành được pha loãng với 0,1 mol/l đệm phosphate (pH 6.8) để tạo ra một nồng độ cuối cùng 0.05 g/100 g và 4.5 ml dung dịch mẫu pha loãng được trộn với 0,5 ml của dung dịch đệm phosphat ANS nồng độ 1.25x10-3 mol /l. Cường độ huỳnh quang được đo sau khi để im trong 2 giờ ở nhiệt độ phòng, sử dụng quang phổ kế Hitachi- 850 (kích thích ở 375 nm, slit 2.5 nm; phát xạ ở 380–580 nm, slit 2.5 nm; tốc độ quét 200 nm/min) . Các vùng kỵ nước trong sữa đậu nành được thể hiện ờ cường độ huỳnh quang với nồng độ 0.05 g/100 g protein. 2.6. DSC Một mẫu sữa đậu nành 0,75 g được hàn kín vào một ống mẫu của một thiết bị đo nhiệt lượng Micro DSC III ( công ty SETARAM, Pháp ), thích hợp để quan sát sự biến tính của dung dịch protein. Đo nhiệt lượng được thực hiện với tốc độ quét của 1 oC/phút với nitơ tại 2 bar từ 20oC đến 105oC.
4. 2.11 . Phân tích thống kê Tất cả dữ liệu là trung bình của ba nghiệm thức độc lập, ngoại trừ thí nghiệm điện di. Các kết quả xử lý bằng ANOVA và nhiều thử nghiệm của Duncan đã được sử dụng để xác định liệu có hay không sự khác biệt đáng kể tồn tại trong các phương tiện. Tất cả các thí nghiệm có ý nghĩa là ở mức ý nghĩa 0,05. 3 . Kết quả và thảo luận 3.1. Giá trị pH, mật độ, độ nhớt và giai đoạn Hàm lượng protein thô của sữa đậu nành là 4,4 g/100 g . Bảng 1 cho thấy sự thay đổi pha của sữa đậu nành xử lý áp lực. Áp lực xử lý vượt quá 500 MPa trong 30 phút, sản phẩm được chuyển thành sol nhưng dưới mức áp lực này các sản phẩm ở dạng pha lỏng . Không có sự khác biệt rõ ràng trong các giá trị pH và mật độ của sữa đậu nành sau khi xử lý áp suất cao (dữ liệu không hiển thị ở đây ) . Độ nhớt của sữa đậu nành cũng có ảnh hưởng (Hình 1) . Hiện tượng tương tự xảy ra với các mẫu nước nóng. Protein đậu nành phân tán tăng độ nhớt sau khi gia nhiệt và có sự thay đổi bất thuận nghịch trạng thái gel protein (Yamauchi, Yamagishi , & Iwabuchi , 1991). Những thay đổi về độ nhớt và pha của sữa đậu nành sau khi xử lý áp suất cao cho thấy rằng các protein đậu nành trong sữa đậu nành đã bị thay đổi trước khi tạo thành gel. Bảng 1. Ảnh hưởng của xử lý áp suất cao đến pha của sữa đậu nành
5. (Sorgentini , Wagner, và Anon, 1995). Nghiên cứu được tiến hành với protein đậu nành tinh khiết cho thấy rằng nhiệt làm tăng bề mặt kỵ nước của globulin 7S và 11S: sự khác biệt rõ rệt đã được quan sát ở nhiệt độ biến tính tương ứng, khoảng 70 oC (Kato, Osako, Matsudomi, và Kobayashi, 1983) và 85oC (Belyakova, Semenova & Antipova năm 1999). Tương tác kỵ nước cũng có thể bị ảnh hưởng bởi áp suất cao ( Ohmiya , Kajino , Shimizu, và Gekko , 1989). Sự gia tăng bề mặt kỵ nước sau khi xử lý áp suất cao cũng đã được nghiên cứu cho cả globulin 11S và 7S tinh khiết ( Galazka , Dickinson , và Ledward năm 1999; Pedrosa & Ferreira , 1994; Zhang etal , 2003 . ) . ANS đã được sử dụng ở đây với vai trò là thăm dò huỳnh quang để phát hiện các thay đổi ưa nước của protein đậu nành trong sữa đậu nành. Hình 2 cho thấy cường độ huỳnh quang của ANS trong sữa đậu nành xử lý ở các áp suất khác nhau. Cường độ huỳnh quang tăng mạnh với áp lực gia tăng lên đến 300 MPa, nhưng áp lực cao (500 MPa) lại cho thấy giảm phát huỳnh quang. Thay đổi màu xanh của  max với áp lực ngày càng tăng có thể được quan sát cùng một lúc. Hình 3. Phổ huỳnh quang của ANS trong sữa đậu nành sau khi xử lý với các khoảng thời gian khác nhau. (1) Kiểm soát; (2) 5 phút; (3) 10 phút; (4) 15 phút; (5) 20 phút; (6) 25 phút; (7) 30 phút (áp suất 300 MPa, nhiệt độ phòng). Những kết quả này cho thấy rằng 300 MPa là áp suất gây biến đổi protein. Protein đã hoàn toàn biến tính dưới tác dụng của áp lực cũng như vùng kỵ nước bị lộ ra, kết quả là tăng mạnh cường độ huỳnh quang. Sự giảm cường độ huỳnh quang có thể là do số ít các nhóm kỵ nước liên kết với các ANS bởi các tương tác giữa các phân tử ( Hayakawa , Kajihara , Morikawa
6. tương ứng là 58oC và 71oC, và 92oC, trong đó peak B và C là 2 peak rõ nhất. Protein đậu nành trong sữa đậu nành gồm có các tiểu phần 2S, 7S, và 11S với hàm lượng tương ứng 8-22g/100g; 35g/100g; và 31-52g/100g (Yamauchi et al., 1991; Utsumi, Gidamis, Kanamori, Kang, & Kito, 1993). Giả thiết cho rằng 2 peak B và C là của globulin 7S và 11S. Peak A có thể là của Globulin 2S. Những peak thấy rõ có thể qui cho các phản ứng thu nhiệt như phá vỡ liên kết hydro hoặc hình thành các tương tác kị nước trong quá trình quét DSC (Molina et al., 2002) Tất các các peak rõ sẽ nhỏ hơn nếu áp suất tăng lên. Peak A và B đã biến mất khi tăng áp suất từ 200 lên 300 MPa, cho đến khi tăng lên trên 400 MPa thì các peak này hoàn toàn biến mất. Các peak bị biến mất đồng nghĩa với việc protein trong sữa đậu nành đã bị biến tính hoàn toàn dưới áp suất cao. Phần protein 7S bị biến tính sau khi xử lý ở 300 MPa; điều này tưng ứng với tính chất kỵ nước vốn đã ngăn cản sự tăng trưởng đáng kể sau khi xử lý ở 300 MPa. Phần protein 7S khá là nhạy cảm với nhiệt và áp suất. Điều này khá phù hợp với cấu trúc tripeptide không có liên kết disulfide mà chính những liên kết này lại có ảnh hưởng đến các tương tác kị nước (Yamauchi et al., 1991) và do đó sẽ rất nhạy cảm với áp suất. Sự biến tính của phần 11S được thể hiện thông qua sự biến mất của peak C xảy ra ở khoảng áp suất 400MPa. Cơ chế của sự biến tính có thể do đứt các liên kết disulfide. Nguyên nhân là Globulin 11S có 12 tiểu phần nhỏ được liên kết bởi các cầu nối disulfide, có thể là do các liên kết này bị giảm xuống nếu áp suất tăng lên quá cao, trong trường hợp này là trên 400 MPa, dẫn đến sự biến tính. Kajiyam et al. (1995) cho rằng việc tạo thành các sulfhydryl tự do là do giảm lượng các liên kết disulfide sau khi xử lý protein đậu nành dưới áp suất cao. Có thể kết luận rằng các phần protein khác nhau trong sữa đậu nành có những mức độ biến tính do áp suất khác nhau. Các Globulin 7S và 11S bị biến tính trong khoảng 300 và 400 MPa. 3.4 Phân tích điện di Native PAGE (polyacrylamide gel electrophoresis) được dùng mà không cần thêm thuốc thử SDS (Sodium dodecyl sulfate) hay các chất khử khác. Các mẫu không được gia nhiệt trước khi làm thí nghiệm. Khác với SDS PAGE, các vạch của 7S và 11S không thể phân biệt trong bảng native PAGE được. Điện di dưới những điều kiện này có thể cho biết điện tích tương đối của các phân tử với cùng kích thước và hình dạng hoặc cho biết kích thước tương đối của các phân tử với cùng điện tích. Do đó, bảng native PAGE có thể phát hiện áp suất ảnh hưởng đến điện tích của các tiểu phần protein đậu nành mà không cần cho SDS, các chất khử hay xử lý nhiệt thêm. Hình 5 mô tả bảng native PAGE của các protein đậu nành sau khi xử lý với áp suất.
7. được hình thành, nhưng những gel này cũng không được chắc. Áp suất càng cao thì gel tạo thành sẽ càng chắc. Hình 6. Độ cứng gel đậu phụ xử lý áp lực cao kết hợp CaCl2 (0,01 mol / l) (điều áp 10 phút, nhiệt độ phòng) Saio (1981) nhận thấy cấu trúc vi mô của đậu hũ tạo thành do nhiệt sẽ giống như tổ ong với những liên kết ngang như trong hình 7. Hình 7. Ảnh chụp SEM của đậu hũ xử lý áp lực cao (CaCl2 (0,01 mol / l) 500 MPa, 10 phút). Mạng gel đậu hũ có thể được tạo thành bởi sự biến tính của protein đậu nành bằng áp suất cao là chính; sự đông tụ sẽ được điều khiển bởi các cations. Vùng kị nước của các phân tử protein ban đầu được giải phóng ra bên ngoài bởi áp suất cao. Khi protein đậu nành bị biến tính tích điện âm (Kahyama & Nishinari, 1995), các protons được tạo thành bởi ion Calci trung hòa điện tích của protein. Do đó, các tương tác kị nước của các protein trung hòa điện hoặc một số tương tác khác như oxi hóa sulfhydryl (Apichartsrangkoon, 2003) tăng lên vượt trội và tạo ra các
8. II. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 1. Qui trình công nghệ Hạt đậu nành khô Nước Rửa Nước thải Nước Ngâm Nước thải Nước thải, Nước Tách vỏ vỏ Nước Nghiền ướt Lọc bã Syrup Gia nhiệt sacchrose Rót chai Chai, nắp Tiệt trùng Sản phẩm
9. Thực hiện: dùng máy xay nghiền hạt đậu nành sau khi ngâm với 400 ml nước cho đến khi thấy các hạt trong máy mịn ( thời gian khoảng 2’). Cần chú ý đến mức độ nghiền, nếu mức độ nghiền quá thô sẽ không trích ly hiệu quả các chất hòa tan vào dịch ngược lại, nếu nghiền quá mịn thì gây lãng phí năng lượng. Dịch sữa đậu nành là một hệ huyền phù có nhiều saponin có tính dễ tạo bọt nên có thể dùng chất phá bọt trong quá trình nghiền ướt với lượng khoảng 0,05%. 2.5. Lọc: Mục đích: loại bỏ bã lọc ra khỏi dịch sữa sau khi nghiền và cải thiện giá trị cảm quan của sản phẩm. Biến đổi: Một số chất hòa tan có thể bị giữ lại trong bã lọc. Lượng vi khuẩn lactic khoảng 1.5x104 – 2x104 cfu/mL nên nếu để lâu sữa sẽ bị lên men lactic, pH giảm, khối sữa sẽ đông vón lại với những hoa đậu rất nhỏ. CThực hiện: cho toàn bộ dịch huyền phù sữa đậu nành vào túi vải và vắt kiệt. Sau đó dùng 600 mL nước để rửa lại bã nhằm tách kiệt các chất hòa tan và lọc lại nước rửa 1 lần nữa. 2.6. Gia nhiệt: Mục đích: loại bỏ những chất mùi không mong muốn trong sữa đậu nành; vô hoạt các enzyme và tiêu diệt hoặc ức chế các vi sinh vật trong sữa đậu nành. Biến đổi: - Vỏ solvate bị phá vỡ - Phân hủy các chất gây độc (aflatoxin nếu bị lẫn vào nguyên liệu, trypsine, hemaglutinine), khử mùi hăng của đậu. - Phân hủy các chất dinh dưỡng khác như vitamin - Giảm lượng vi sinh vật trong bán thành phẩm. Thực hiện: Cho toàn bộ sữa sau khi lọc vào nồi, nấu đến nhiệt độ 85 OC và giữ trong 2’. Tiến hành khuấy trộn trong lúc nấu để nhiệt độ phân bố đều và nhanh hơn trong sữa. 2.7. Rót chai: Mục đích: phân chia sản phẩm vào bao bì, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình vận chuyển và phân phối, làm giảm tối thiểu lượng oxy hòa tan, giảm sự nhiễm khuẩn từ môi trường vào sản phẩm, tăng giá trị cảm quan. Biến đổi: trong điều kiện vệ sinh tốt thì việc rót chai sẽ ít gây biến đổi chất lượng trong sản phẩm. Thực hiện: dùng phễu và vá để đưa sữa vào trong chai dễ dàng hơn. Tiến hành rót nóng ở 85 OC rồi đem đi đóng nắp có tác dụng bài khí. 2.8. Tiệt trùng: Mục đích: ức chế bất thuận nghịch enzyme và tiêu diệt toàn bộ các hệ vi sinh vật có mặt trong sữa, nhờ vậy mà thời gian bảo quản sản phẩm được kéo dài, chất lượng của sản phẩm ổn định; góp phần loại bỏ những hợp chất gây mùi khó chịu còn sót lại trong sữa. Biến đổi: - Độ nhớt dịch sữa giảm khi nhiệt độ tăng
10. Câu 3: trong quá trình bảo quản sữa đậu nành vẫn có thể xảy ra hiện tượng kết tủa, đông tụ, vón cục trong chai. Nguyên nhân thứ nhất là do quá trình bài khí không tốt dẫn đến một lượng oxi vẫn còn trong chai, là điều kiện cho vi sinh vật phát triển hoặc tạp nhiễm thêm vi sinh vật vào chai cũng có thể gây ra hiện tượng này; thứ hai, quá trình tiệt trùng chưa đạt đến mức độ yêu cầu về nhiệt độ hoặc thời gian, nên không thể tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật trong chai. Sự phát triển của vi sinh vật sẽ làm giảm độ pH sữa đậu nành cho đến điểm đẳng điện pI của protein đậu nành và gây ra hiện tượng kết tủa, đông tụ trong quá trình bảo quản. Hơn nữa, có thể khối đông xuất hiện trong chai sữa đậu nành là sinh khối của vi sinh vật tăng lên chứ không phải do protein kết tủa tạo thành. Do đó, trong quá trình bảo quản sữa đậu nành, hiện tượng đông tụ, kết tủa thường sẽ đi kèm hiện tượng ôi chua sữa và tách thành 2 pha ( pha lỏng là nước chua, pha rắn là khối đông).