Protein đậu nành và khả năng thay thế trứng trong chế biến bánh

Nội dung text: Protein đậu nành và khả năng thay thế trứng trong chế biến bánh

1. PROTEIN ĐẬU NÀNH VÀ KHẢ NĂNG THAY THẾ TRỨNG TRONG CHẾ BIẾN BÁNH Nguyễn Thị Thơ Viện Khoa học Ứng dụng, trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh (HUTECH) TÓM TẮT Trong công nghệ thực phẩm, đậu nành và các sản phẩm từ đậu nành được xem là nguồn protein thực vật hoàn hảo. Với nhiều mục đích sử dụng liên quan đến dinh dưỡng và công nghệ, protein đậu nành ngày càng được nghiên cứu và chiết tách rộng rãi thành các dạng chế phẩm thương mại khác nhau để bổ sung vào các sản phẩm thực phẩm nhằm tăng cường giá trị dinh dưỡng và cải thiện cấu trúc. Hơn nữa, những tiến bộ trong công nghệ chiết tách đã tạo ra các sản phẩm protein đậu nành với nhiều tính chất chức năng quan trọng. Nhiều kết quả nghiên cứu đã chứng minh protein đậu nành có độ hòa tan và tính chất nhũ hóa tương tự như protein trứng, việc thay đổi pH sẽ làm ảnh hưởng đến độ hòa tan và độ bền của nhũ tương. Về khả năng tạo bọt, protein đậu nành tạo bọt có độ bền kém hơn bọt của protein trứng ở cùng nhiệt độ phòng. Protein đậu nành có đặc tính tạo gel tốt như protein trứng nhưng gel tạo thành không bền ở nhiệt độ cao. Do có những tính chất quan trọng như trên nên hiện nay protein đậu nành ngày càng được quan tâm nghiên cứu để thay thế một phần hoặc toàn bộ trứng sử dụng trong công thức bánh nướng. Từ khóa: Protein đậu hành, SPC, SPI, nhũ hóa, tạo bọt. 1. GIỚI THIỆU Protein đậu nành từ lâu đã được sử dụng để chế biến các thực phẩm chay như các sản phẩm giả thịt để cải thiện đặc tính chức năng và giá trị dinh dưỡng. Cùng với sự tiến bộ của công nghệ chiết tách, các chế phẩm protein đậu nành thương mại ngày càng được nghiên cứu sản xuất và quan tâm sử dụng để bổ sung vào nhiều loại sản phẩm thực phẩm khác như sữa, súp, nước sốt, ngũ cốc ăn sáng, bột protein và gần đây chúng được sử dụng như chất thay thế trứng trong bánh nướng và các sản phẩm mà trứng là thành phần quan trọng. Mặc dù trên thực tế sự quan tâm đến việc sử dụng protein đậu nành như là chất thay thế trứng tiềm năng trong ngành công nghiệp thực phẩm đã tăng lên, nhưng các nghiên cứu được công bố về lĩnh vực này chưa nhiều. Vì vậy, bài tổng quan này trình bày về các chế phẩm protein đậu nành có mặt trên thị trường, các tính chất chức năng của chúng như độ hòa tan, tính nhũ hóa, khả năng tạo bọt và tạo gel cũng như so sánh các tính chất chức năng của protein đậu nành với protein trứng, từ đó đánh giá được khả năng thay thế trứng của chúng trong công thức bánh nướng truyền thống. 2. GIỚI THIỆU CÁC CHẾ PHẨM PROTEIN ĐẬU NÀNH Đậu nành cũng như các sản phẩm từ đậu nành được phân loại là thực phẩm tốt cho sức khỏe vì chúng có chứa axit béo omega-3, isoflavones, chất xơ, các axit amin thiết yếu và hàm lượng protein cao. Một nhược điểm liên quan đậu nành là hương vị rất khác biệt của nó rất khó che giấu, và do đó, ứng dụng của đậu nành và protein đậu nành chỉ giới hạn ở một số sản phẩm thực phẩm [8]. Đậu nành hạt chứa khoảng 40% hàm lượng protein, được xay và sau đó sàng lọc để thu dạng bột mịn (Soy Flour). Sau khi tách vỏ, nghiền vỡ và loại béo, người ta thu được những mảnh vụn đậu nành lớn (đậu nành vảy-Soy Flakes) chứa khoảng 50% hàm lượng protein. Chế phẩm protein đậu nành được chia thành 3 nhóm chính dựa vào hàm lượng protein và tất cả 3 loại này đều được sản xuất từ đậu nành mảnh bao gồm: 1) đậu nành vảy (Soy Grits) và bột đậu nành tách béo (Defatted Soy Fours; 2) protein đậu nành cô đặc (SPC-Soy Protein Concentrates) và 3) protein đậu nành phân tách (SPI-Soy Protein Isolates) (xem bảng 1) [1]. 852
2. Defatted Soy Flours and Grits chứa hàm lượng protein từ 56-59% và chưa được tinh chế nên có mùi vị giống như đậu nành nguyên hạt và còn chứa nhiều isoflavone, khoáng chất, chất xơ Chúng được nghiền từ Soy Flakes thành dạng bột mịn và thô (vảy). Các sản phẩm này có thể được bổ sung vào các loại ngũ cốc, bánh mì, súp, thịt viên, thịt hầm nhằm cải thiện cấu trúc và giá trị dinh dưỡng. Soy Protein Concentrates (SPC) chứa khoảng 65-72% protein, được sản xuất từ đậu nành loại vỏ, tách béo (Soy Flakes) bằng việc lọai bỏ các chất hòa tan và các chất không phải là protein theo 3 tiến trình cơ bản: trích ly bằng acid (ở ~ pH 4.5), trích ly bằng alcohol (60-90%) và biến tính protein bằng nhiệt ẩm sau đó trích ly bằng nước. Soy Protein Isolates (SPI) đƣợc tinh chế tốt nhất, chứa từ 90-92% protein, đƣợc chế biến từ Soy Flakes sau khi loại bỏ toàn bộ những chất không phải là protein. SPC và SPI được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp thực phẩm như các sản phẩm sữa, thức uống trái cây, súp và nước sốt, bánh mì và bánh nướng, ngũ cốc ăn sáng và bột protein. Bảng 1. Thành phần hóa học của các chế phẩm protein đậu nành (% tính theo căn bản khô) [2] Deffated Soy Flours SPC SPI and Grits Protein 56 – 59 65 – 72 90 – 92 Chất béo 0,5 – 1.1 0,5 – 1.0 0,5 – 1.0 Chất xơ tổng số 2,7 – 3,8 3,5 – 5,0 0,1 – 0,2 Chất xơ hòa tan 2,1 – 2,2 2,1 – 5,9 <0,2 Chất xơ không hòa tan 17,0 – 17,6 13,5 – 20,2 <0,2 Tro 5,4 – 6,5 4,0 – 6,5 4,0 – 5,0 Độ ẩm 6,0 – 8,0 4-6 4 – 6 Carbohydrate 32 – 34 20 – 22 3 – 4 Hình 1. Các chế phẩm protein đậu nành thương mại 3. CÁC TÍNH CHẤT CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN ĐẬU NÀNH [2] [3] 3.1. Độ hòa tan Cấu trúc phân tử protein đậu nành chứa đồng thời các nhóm ưa béo, phân cực, không phân cực, tích điện dương và tích điện âm giúp cho protein của nó liên kết dễ dàng với nước, chất béo và nhiều thành phần khác. Protein đậu nành có thể liên kết với các phân tử rắn, hoạt động như cầu nối trong dung dịch và là tác nhân gây phân tán. Màng protein có thể bám dính trên bề mặt để các phân tử rắn có thể phân tán và liên kết với nhau trong màng protein. Để đạt được các tính chất này protein cần phải tan tốt trong nước. Quá 853
3. trình xử lý nhiệt độ cao sẽ làm giảm độ hòa tan của protein đậu nành tuy nhiên có thể giúp vô hoạt enzyme và cải thiện mùi vị. Vì vậy để khắc phục nhược điểm này, các chế phẩm protein đậu nành đã được chiết tách bằng dung môi và tinh chế như SPC và SPI có mùi vị tốt và độ hòa tan cao. Độ hòa tan của protein đậu nành bị ảnh hưởng bởi pH theo đường cong hình chữ U: độ hòa tan cao nhất được thể hiện ở cả hai phía của điểm đẳng điện (pI= 4.5), với độ hòa tan cao trên pI và độ hòa tan thấp bên dưới pI. Lee và cộng sự cho thấy rằng SPI thương mại và SPC có mô hình độ hòa tan tương tự, nhưng lượng protein hòa tan trong hai mẫu khác nhau ở cùng một giá trị pH [4]. Thêm vào đó, độ hòa tan của protein đậu nành còn chịu ảnh hưởng của sức mạnh ion (xem hình 2). Hình 2. Ảnh hưởng của sự thay đổi sức mạnh ion đến độ hòa tan của protein tại các điểm pH (Shen, 1976). 3.2. Khả năng nhũ hoá Cùng với độ hòa tan tốt, cấu trúc bậc 3 của phân tử protein với sự phân bố của các nhóm ưa nước, kị nước (ưa béo) đã làm cho protein đậu nành liên kết tốt với các phân tử nước và béo, tăng khả năng nhũ hóa làm bền các hệ nhũ tương nước trong béo (W/O) hay béo trong nước (O/W). Các gel bền được hình thành ở nhiệt độ thấp và nồng độ protein cao. pH cũng có ảnh hưởng đến các đặc tính nhũ hóa của protein đậu nành. Bột đậu nành có thể tạo ra một nhũ tương giống như mayonnaise cực kỳ dày (ở pH 6,5 và pH 8,2) và ở các giá trị pH thấp hơn, nó tạo nhũ tương có dạng giống salad dressing (nước sốt được pha chế dùng trong chế biến món salad). Kamat và các cộng sự, 1978 cho rằng hệ nhũ tương của protein đậu nành tạo thành kém ổn định nhất ở pH đẳng điện (pI) và ổn định tốt nhất ở khoảng pH từ 6-9. Nồng độ protein cũng là một yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành và ổn định của hệ nhũ tương: trong khi khả năng hình thành hệ nhũ tương (Emulsion Capacity)-g dầu được nhũ hóa/g protein giảm tỉ lệ thuận với nồng độ protein thì độ bền của hệ nhũ tương tăng lên (Lin, 1974) 3.3. Tính chất tạo bọt Các chế phẩm protein đậu nành đều có khả năng tạo bọt tốt. Nồng độ protein của chế phẩm đậu nành càng cao thì khả năng tạo bọt và độ ổn định bọt càng tốt. Tuy nhiên sự có mặt của chất béo trong các chế phẩm đậu nành sẽ giảm đặc tính tạo bọt do chúng làm mất ổn định màng protein. Vì thế các chế phẩm tinh chế SPC và SPI đã được xử lý tách béo hoàn toàn giúp cải thiện đặc tính tạo bọt của chúng (Eldridge, 1963). Các thông số quan trọng giúp đánh giá tính tạo bọt của protein bao gồm độ ổn định bọt (FS- Foam stability), khả năng tạo bọt (FC- Foam Capacity) và độ mở rộng của bọt (FE- Foam expansion) hay độ tràn bọt (Foam Overum). FE và FC được đo theo khối lượng (%) khi đánh, FS được đo bằng thể tích bọt theo thời gian (thường là 0-30 phút). Quá trình gia nhiệt dung dịch protein đậu nành ở 75-800C là cần thiết và tối ưu để có giá trị FE và FS cao nhất. FE và FS đạt giá trị cao nhất ở nồng độ protein 3% (Eldridge,1963). pH cũng ảnh hưởng lên FE và FS, chúng đạt giá trị cao nhất ở = 2 và pH = 9 và thấp nhất ở pH =4-6. 854
4. 3.4. Đặc tính tạo gel Gel protein là mạng lưới 3 chiều có khả năng giữ nước. Đặc trưng của gel là có độ nhớt, độ dẻo và độ đàn hồi tương đối cao. Dung dịch protein đậu nành tạo thành gel khi được gia nhiệt và làm nguội. Giai đoạn đầu gia nhiệt trên 600C làm cho phân tử globulin cấu trúc bậc 4 bị phân cắt dẫn đễn duỗi mạch polypeptide và làm tăng độ nhớt. Độ nhớt của protein đậu nành tăng theo cấp số nhân khi nhiệt độ tăng. Đến khi làm nguội, các mạch polypepide liên kết lại nhờ vào các liên kết yếu như liên kết ion, liên kết hydro, liên kết kị nước để hình thành gel (Saio,1975). Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nồng độ protein đậu nành ảnh hưởng đến độ cứng của gel và các đặc tính tạo gel của protein đậu nành phụ thuộc vào nhiệt độ, pH, và sức mạnh ion. Các gel bền được hình thành ở nhiêt độ thấp và nồng độ protein cao. SPC và SPI tạo gel có độ bền khác nhau phụ thuộc vào nồng độ protein và nhiệt độ [4]. 4. SO SÁNH TÍNH CHẤT CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN ĐẬU NÀNH VÀ PROTEIN TRỨNG [8] 4.1. Độ hòa tan Protein trứng cho thấy độ hòa tan khác nhau ở các giá trị pH khác nhau theo đường cong hình chữ U tương tự như trong trường hợp của các sản phẩm protein đậu nành SPC và SPI. Protein trong lòng trắng trứng và lòng đỏ trứng có điểm đẳng điện trung bình (pI) lần lượt là 5,4 và 5,3 trong khi điểm pI của đậu nành ở 4,5. Ở các điểm pI này độ hòa tan của các protein là kém nhất [1]. 4.2. Khả năng nhũ hóa Protein lòng đỏ trứng là chất nhũ hóa tốt vì chúng chứa các protein lipoprotein tỷ trọng thấp (LDL-Low Density Lipoprotein) và lipoprotein tỉ trọng cao (HDL-High Density Lipoprotein). Những protein này không được tìm thấy trong protein đậu nành, tuy nhiên, protein đậu nành vẫn có đặc tính nhũ hoá tốt bởi vì nó chứa các phân tử hoạt động bề mặt, đó là amphiphilic, có tác dụng làm bền hệ nhũ tương. Cũng giống như trong trường hợp độ hòa tan, pH ảnh hưởng đến các đặc tính nhũ hoá của tất cả nghiên cứu protein. Protein trứng và protein đậu nành có khả năng nhũ hóa tốt nhất ở các giá trị pH cao hơn. 4.3. Tính chất tạo bọt Albumin có trong lòng trắng trứng có đặc tính tạo bọt rất tốt. Protein đậu nành không có thành phần protein giống với trứng do đó đặc tính tạo bọt của nó có thể khác với trứng. Tuy nhiên, protein đậu nành cũng là chất tạo bọt tốt và độ dày của bọt phụ thuộc vào độ pH. Protein đậu nành có độ hòa tan cao trong pha lỏng và chúng có thể tạo thành một màng xung quanh bọt khí trong hệ thống thực phẩm. 4.4. Đặc tính tạo gel Cũng giống như trong trường hợp protein trứng, protein đậu nành cũng có thể tạo gel, và việc thay đổi nồng độ protein, pH và nhiệt độ có thể làm thay đổi độ cứng của gel. Tuy nhiên protein đậu nành tạo thành gel mạnh nhất ở nhiệt độ thấp hơn nên protein đậu nành không phải là chất thay thế trứng tốt nếu chỉ xem xét về đặc tính tạo gel. 5. KHẢ NĂNG THAY THẾ TRỨNG CỦA PROTEIN ĐẬU NÀNH TRONG CHẾ BIẾN BÁNH Từ lâu, trứng được sử dụng trong sản xuất bánh nướng vì các tính chất chức năng tuyệt vời như độ hòa tan, tạo bọt, khả năng nhũ hoá và đặc tính tạo gel, chất lượng protein cao và hương vị đặc trưng. Tuy nhiên, đôi khi trứng trở thành yếu tố cản trở tiêu dùng do: 1) người sử dụng không quen với hương vị đặc trưng của nó; 2) trứng chứa hàm lượng cholesterol cao; 3) tôn giáo hay nhu cầu ăn uống (ăn chay); 4) trứng gây dị ứng, đặc biệt là đối với trẻ nhỏ. Với các tính chất chức năng tương tự như protein trứng đã 855
5. trình bày ở phần trước, đậu nành và các chế phẩm protein đậu nành đã được nghiên cứu để sử dụng độc lập hoặc kết hợp với các chất khác nhằm thay thế một phần hoặc toàn bộ trứng trong chế biến bánh để khắc phục các vấn đề từ việc sử dụng trứng. Nhiều kết quả nghiên cứu đã cho thấy protein đậu nành có khả năng nhũ hóa tốt tương tự như protein trứng, nó giúp tăng cường sự liên kết giữa các thành phần khác nhau trong công thức bánh như tăng cường khả năng giữ nước và liên kết với béo của protein và tinh bột có trong bột mì. Gwiazda và cộng sự (1979) trình bày kết quả là SPI và SPC có các đặc tính nhũ hoá tốt và khác nhau. SPI cho thấy độ hoạt động nhũ tương (EA- Emulsion activity) là 96% và độ ổn định nhũ tương (ES- Emulsion stability) là 92% còn SPC có EA là 55,6% và ES là 56,8%. Jideani (2011) cũng cho rằng SPI và SPC là chất nhũ hóa tốt nhưng SPC thể hiện khả năng nhũ hóa thấp hơn SPI [1]. Về khả năng tạo bọt, trong một nghiên cứu được thực hiện bởi Boye cộng sự (2010) SPI cho thấy protein đậu nành có giá trị FE là 41,8% và FS là 93% trong khi protein trứng có giá trị FE là 479% và FS là 52% (Lomakina K., 2006). Mặc dầu FS của protein đậu nành nhỏ hơn trứng rất nhiều nhưng bọt tạo thành lại có độ ổn định cao gần gấp đôi trứng. Nghiên cứu của Nazanin Fatemeh Rahmati & Mostafa Mazaheri Tehrani, 2014 đã kết luận rằng việc thay thế trứng bằng dịch sữa đậu nành (10% protein) ở tỉ lệ 75% không làm thay đổi đáng kể các tính chất của bánh nướng và được người tiêu dùng chấp nhận [6]. Điều này chứng tỏ mặc dầu protein đậu nành với các tính chất chức năng tương tự trứng có thể thay thế hoàn toàn trứng trong chế biến bánh nhưng do hàm lượng protein có trong dịch sữa đậu nành của nghiên cứu này thấp (10%) nên khi thay thế toàn bộ trứng (100%) đã không tạo được chất lượng sản phẩm như mong muốn. Một nghiên cứu khác của Zeidanloo và các cộng sự, 2014 đã khảo sát hiệu quả của việc sử dụng kết hợp bột đậu nành và gum guar thay thế toàn bộ trứng trong công thức bánh nướng. Kết quả nghiên cứu đã xác định hỗn hợp 50% bột đậu nành và 0,3% guar gum cho sản phẩm bánh có độ xốp cao nhất và chất lượng cảm quan tốt [8]. Ở nghiên cứu này, tác giả đã ử dụng bột đậ nành ng ên có hà lượng protein cao, kết hợp với đặc t nh nhũ hóa tốt của guar gum khi sử dụng ở nồng độ thấp đã tha thế được toàn bộ trứng (100%) sử dụng trong cùng công thức bánh gi p đảm bảo chất lượng bánh nướng đạt yêu cầu về độ nở xốp và cho chất lượng cảm quan cao. Muyang Lin và các cộng sự, 2017 cũng đã đánh giá khả năng thay thế trứng (13,93%) trong công thức bánh nướng bằng việc sử dụng riêng lẻ SPI (3,3%) và 5 mẫu kết hợp (SPI + 0.1% xanthan gum; SPI + 1% Mono-, di glyceride; SPI + 1% Soy lecithin; SPI + 0.1% xanthan gum + 1% Mono-, di glycerid và SPI + 0.1% xanthan gum + 1% Soy lecithin). Kết quả đã chứng tỏ rằng với hàm lượng thay thế toàn bộ trứng trong công thức bằng 3,3 % SPI và 1% mono-,diglyceride thì thể tích riêng, tỉ trọng, độ cứng và độ ẩm của mẫu bánh không khác biệt so với mẫu đối chứng. Về mặt cấu trúc, các công thức trên đều chứa nhiều gliadin với kích thước 100-200nm và mạng gluten có ít lỗ rỗng nhưng kích thước lỗ rỗng to hơn [5]. Ở nghiên cứu này các tác giả đã sử dụng kết hợp chế phẩm SPI có hàm lượng protein rất cao (SUPRO 120®; 90% protein) cùng với các chất nhũ hóa như lecithin đậu nành (Soy lecithin) và Mono-,diglycerid và chất tạo gel Xanthan gum ở nồng độ thấp để tăng cường khả năng nhũ hóa. Kết quả là lượng SPI sử dụng chỉ bằng khoảng ¼ lượng trứng kết hợp với đặc tính nhũ hóa tốt của Mono-, di glycerid đã tạo cho bánh nướng đạt độ xốp và chất lượng không khác biệt so với bánh nướng có sử dụng trứng, đồng thời giúp giảm chi phí sản xuất. 6. KẾT LUẬN Các chế phẩm protein đậu nành chứa hàm lượng protein khác nhau tùy vào phương pháp chiết tách. Protein đậu nành có thể được sử ở dạng thô hoặc bổ sung ở các dạng tinh chế với hàm lượng protein rất cao vào thành phần của các sản phẩm thực phẩm để tăng cường dinh dưỡng và cải thiện đặc tính cấu trúc nhờ độ hòa tan tốt, tính chất nhũ hóa, khả năng tạo bọt và tạo gel. Với các tính chất chức năng này, protein 856
6. đậu nành qua nhiều nghiên cứu đã chứng tỏ tiềm năng thay thế trứng của nó trong chế biến bánh giúp khắc phục những yếu tố cản trở tiêu dùng từ việc sử dụng trứng trong công thức bánh nướng và trong các sản phẩm mà trứng là thành phần quan trọng. Bên cạnh đó việc giảm hoặc loại bỏ thành phần trứng trong sản phẩm còn mang lại hiệu quả kinh tế cho nhà sản xuất. Điều này dẫn đến việc sử dụng protein đậu nành như chất thay thế trứng trong thực phẩm ngày càng được quan tâm và ứng dụng rộng rãi. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Jideani, V.A. (2011) Functional Properties of Soybean Food Ingredients in Food Systems. Department of Food Technology, Cape Peninsula University of Technology. [2] Joseph G. Endres, Soy Protein Products: Characteristics, Nutritional Aspects, and Utilization Joseph G. Endres, A Publication of AOCS Press P.O. Box 3489 Champaign, IL 61826-3489 USA [3] Kinsella, J. E. (1979). Functional properties of soy proteins. Journal of the American Oil Chemists‘ Society, 56(3), 242–258. [4] Lee, J. (2011) Soy protein hydrolysate; solubility, thermal stability, bioactivity, and sensory acceptability in tea beverage. Thesis submitted to the faculty of the graduate school of the University of Minnesota, Master of Science. [5] Lin, M., Tay, S. H., Yang, H., Yang, B., & Li, H. (2017). Replacement of eggs with soybean protein isolates and polysaccharides to prepare yellow cakes suitable for vegetarians. Food Chemistry, 229, 663–673. [6] Rahmati, N. F., & Mazaheri Tehrani, M. (2015). Replacement of Egg in Cake: Effect of Soy Milk on Quality and Sensory Characteristics. Journal of Food Processing and Preservation, 39(6), 574– 582. [7] Soderberg, J. (2013). Functional properties of legume proteins compared to egg proteins and their potential as egg replacers in vegan food. Faculty of Natural Resources and Agricultural Sciences, 43p. [8] Zeidanloo, M. H., Ghavidel, R. A., & Afshar, S. E. (2014). The evaluation of egg replacement with soy flour and guar gum in oil cake, 6655, 222–227. 857