Tạo hạt cốm giàu protein từ đậu Chickpeas ứng dụng sản xuất khẩu phần ăn khô cho bộ đội

Hóa học & Kỹ thuật môi trường N. V. Tuấn, L. H. Hoàng, , “Tạo hạt cốm giàu protein khẩu phần ăn khô cho bộ đội.” 148 TẠO HẠT CỐM GIÀU PROTEIN TỪ ĐẬU CHICKPEAS ỨNG DỤNG SẢN XUẤT KHẨU PHẦN ĂN KHÔ CHO BỘ ĐỘI Nguyễn Văn Tuấn*, Lê Huy Hoàng, Nguyễn Huyền Thương, Nguyễn Khánh Hoàng Việt, Phạm Kiên Cường, Nguyễn Thị Tâm Thư Tóm tắt: Bài báo này giới thiệu kết quả chế biến nguyên liệu giàu protein từ đậu chickpeas (Cicer arietinum), tạo hạt cốm từ hỗn hợp bột chứa đậu chickpeas; đánh giá một số chỉ tiêu hạt cốm từ nguyên liệu phù hợp với kĩ thuật tạo thức ăn khô dạng thanh nén. Kết quả nghiên cứu đã xác định được điều kiên ngâm 8h với tỉ lệ nước:nguyên liệu là 5:1; thời gian ủ 72h; nhiệt độ sấy không quá 400C trong 20h sẽ làm giảm 58% chất phản dinh dưỡng axít phytic và gia tăng hàm lượng protein lên 23%. Kết quả thẩm định tính chất hạt cốm thu được cũng xác định được thông số của ép đùn để tạo hạt cốm giàu protein từ đậu chickpeas là: Trộn bột khô 25 vòng/phút; thời gian 15 phút;trộn làm ẩm (tốc độ trộn 17 vòng/phút; thời gian 20 phút); hạt được tạo bằng phương pháp ép đùn với kích thước 1,5mm x 3mm, sấy cốm 500C trong 120 phút. Hạt cốm thu được có hàm lượng protein 63% và đạt tiêu chuẩn để sản xuất thức ăn khô dạng thanh nén và đồ uống tăng lực hòa tan. Từ khóa: Protein, Chickpeas, Ép đùn tạo hạt, Axít phytic. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, Viện Công nghệ mới đã và đang nghiên cứu nhằm kế thừa và phát triển công nghệ thực phẩm chức năng để sản xuất loại thanh nén thế hệ mới có thể dùng dài ngày dạng thức ăn dinh dưỡng cân đối với nguyên lý cơ bản [1,3] là lấy các nguyên liệu ăn liền ép dính có sự trợ giúp của thiết bị chế biến có độ chính xác cao phục vụ công tác chăm sóc sức khỏe cho bộ đội hoạt động trong điều kiện đặc biệt (đặc công, thủy thủ tàu ngầm,.). Trong khẩu phần ăn khô hiện nay việc tăng cường protein nguồn gốc thực vật vào khẩu phần thường sử dụng nguyên liệu là dạng đậu đỗ, đặc biệt là đậu tương nguyên dạng không qua quá trình ngâm ủ [2,4]. Để giảm các chất phản dinh dưỡng, trong đó có axit phytic, kĩ thuật chế biến thường phải rang chín, sấy khô ở nhiệt độ cao (thường là 90-1100C). Tuy nhiên, khi chất lượng bột bị biến đổi ở nhiệt độ cao như vậy sẽ không có lợi về tiêu hóa khi sử dụng liên tục dài ngày. Việc ngâm ủ các hạt đậu đã được chứng minh hiệu quả trong việc giảm hàm lượng của axit phytic không mong muốn. Axit phytic có cấu tạo phân tử là myo- inositol 1,2,3,4,5,6 hexakis dihydro phốt phát (Ins P6), là thành phần chính trong nguồn phốt pho (P) dự trữ của thực vật chiếm khoảng 50-80% phốt pho tổng của hạt (Lott,1984). Ở pH sinh lý phytic axit ở dạng đa ion tích điện âm, kèm giữ chặt các khoáng dinh dưỡng tạo phức chất khó tiêu. Vì vậy, nghiên cứu chọn tạo nguyên liệu có hàm lượng phytic axit thấp là rất có ý nghĩa. Sản phẩm đậu tương ngâm ủ nảy mầm đã được biết đến rộng rãi [2]. Tuy nhiên, việc ứng dụng các sản phẩm này vào chế biến thực phẩm dành cho nam giới sẽ bị hạn chế do việc ngâm đậu tương có hiệu quả giảm được hàm lượng axit phytic nhưng lại gia tăng các nội tiết tố nữ-phytoestrogen. Hạt đậu chickpeas (Cicer arietinum) mới được du nhập vào Việt Nam trong những năm gần đây và cho thấy có nhiều giá trị dinh dưỡng do tính đa dạng về Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 44, 08 - 2016 149 dinh dưỡng và hàm lượng protein cao không thua kém hạt đậu tương [4]. Tuy nhiên, việc ứng dụng nguyên liệu này vào khẩu phần ăn chế biến sẵn còn khá mới. Trong công trình nghiên cứu này, với mục tiêu đã xác định trong nghiên cứu khẩu phần ăn khô dạng thanh nén, chúng tôi tiến hành lựa chọn hạt đậu chickpeas (Cicer arietinum) để ngâm ủ nhằm giảm hàm lượng axit phytic để thay thế việc sử dụng đậu tương nảy mầm. Với mục tiêu là tạo thanh nén qua kĩ thuật nén ép từ khối bột không qua kĩ thuật đổ khuôn thông thường, trong công trình nghiên cứu này chúng tôi sẽ tiến hành khảo sát xác định điều kiện ngâm ủ đậu chickpeas, thực nghiệm điều kiện sấy, tạo hạt và đánh giá các chỉ tiêu hạt cốm thu được từ đậu chickpeas và một số thành phần khác khi bào chế bằng phương pháp ép đùn tạo hạt kích thước 1,5mm x 3mm. 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên liệu - Đậu chickpeas được nhập khẩu từ Đức; đậu xanh nguồn gốc Việt Nam do Công ty Công nghệ Hoàng Đức cung cấp - Whey protein, Trehalose có hàm lượng trên 80%, được nhập khẩu từ Mỹ - Bột rau củ quả phun sấy; curumin, quercetin, piperin, tá dược bao gói do Công ty TNHH Đầu tư và Giải pháp Công nghệ xanh cung cấp. Tất cả các nguyên liệu tinh đạt tiêu chuẩn an toàn vệ sinh thực phẩm và được phép dùng trong chế biến thực phẩm 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp công nghệ [2] a. Phương pháp: nghiền bằng máy nghiền búa, trộn đa cấp, ép đùn tạo hạt và sấy tĩnh b. Quy trình kĩ thuật dự kiến: - Nguyên liệu là đậu chickpeas được ngâm để tạo hạt nảy mầm, kiểm tra hàm lượng axít phytic, hàm lượng protein [4]: Nguyên liệu  ngâm (xác định điều kiện ngâm)-> sơ chế -> sấy -> đánh giá cảm quan  lựa chọn phương pháp sấy phù hợp  tạo bột cốm: - Tạo cốm hỗn hợp bột: bột đậu, trehalose, whey prtotein, bột tạo bột cốm theo phương pháp ép đùn tạo hạt để tạo bột phù hợp cho kỹ thuật nén ép: nghiền > trộn> tạo hạt.> sấy..> sửa hạt. Tiến hành theo 3 lô nghiên cứu để đánh giá [2] c. Thông số quá trình tạo cốm và chỉ tiêu đánh giá - Công thức hỗn hợp bột để tạo cốm: Hôn hợp đậu checkpeas và whey protein (75%); bột rau củ quả phun sấy (2,67%); hỗn hợp trehalose, maltodextrin, gạo (10,83%); hỗn hợp hoạt chất sinh học curcumin, piperin, quercetin (1,67%) PVP/cồn (7,5%); tá dược vừa đủ 3g - Thông số quá trình tạo hạt bằng phương pháp xát hạt ướt: Ttộn bột khô 25 vòng/phút; thời gian 15 phút;trộn làm ẩm (tốc độ trộn 17 vòng/phút; thời gian 20 phút); hạt được tạo bằng phương pháp ép đùn với kích thước 1,5mm x 3mm, sấy cốm 500C trong 120 phút. Kiểm tra theo chỉ tiêu đã nêu trên bảng 1. d. Phương pháp phân tích và đánh giá Hóa học & Kỹ thuật môi trường N. V. Tuấn, L. H. Hoàng, , “Tạo hạt cốm giàu protein khẩu phần ăn khô cho bộ đội.” 150 - Xác định độ ẩm bằng phương pháp sấy 1050C đến khối lượng không đổi, Hàm lượng protein tổng được xác định bằng phương pháp Kjeldahl (AOAC 984.13, 2000) - Xác định hàm lượng axit phytic bằng phương pháp của Wheeler E.L và Ferrel R.E [5] - Thẩm định hạt cốm thu được: Chỉ tiêu kiểm tra hạt cốm sau quá trình tạo hạt từ nguyên liệu nói trên: Với mục tiêu và thông số nén ép đã xác định, chúng tôi tiến hành kiểm tra hạt cốm thu được nhằm đảm bảo thanh nén thu được ổn định về khối lượng, hàm lượng protein và độ cứng. Các chỉ tiêu thể hiện ở bảng 1. Tiến hành nghiên cứu trên 03 lô bào chế. Bảng 1. Chỉ tiêu kiểm tra. 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 3.1. Sự thay đổi hàm lượng chất phản dinh dưỡng axít phytic theo thời gian ủ tối tại nhiệt độ phòng Chúng tôi tiến hành ngâm ủ đậu chickpeas (mỗi thí nghiệm 100g) trong thời gian liên tục 8 tiếng với lượng nước tỉ lệ 1:5 . Sau đó ủ tối trong các khoảng thời gian 24h, 48h, 72h, 96h. Sau thời gian đó, lấy ra rửa sạch, thu lấy nguyên liệu và xác định hàm lượng axít phytic. Kết quả thu được thể hiện ở biểu đồ sau: 1.87 1.65 1.48 0.78 0.67 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 0 24 48 72 96 H àm lư ợ n g ax it p h yt ic ( m g/ g) Thời gian ủ trong tối (h) Hình 1. Sự thay đổi hàm lượng axít phytic theo thời gian ủ. Từ kết quả thu được, cho thấy quá trình ủ ngâm hạt sẽ giúp giảm đáng kể hàm lượng phản dinh dưỡng axít phytic. Tuy nhiên thời gian ủ kéo dài cũng khiến cho tỉ lệ thối hỏng tăng lên. STT Giai đoạn Chỉ tiêu Tiêu chí chấp nhận Phương pháp 1 Nghiền bột Kích thước hạt bột Tỉ lệ kích thước 0,2mm trên 95% Thực nghiệm 2 Sấy cốm Độ ẩm cốm < 5%/ vị trí Thực nghiệm 3 Sàng lọc Sự phân bố cỡ hạt hình trụ Tỉ lệ hạt đạt kích thước 1.5mm x 3mm: ≥ 90% Thực nghiệm Độ đồng nhất hàm lượng protein > 60%/100 g cốm/vị trí Thực nghiệm Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 44, 08 - 2016 151 Trong các khoảng thời gian ngâm hạt thì sau khoảng thời gian ủ 72h và 96h, hàm lượng acid phytic giảm nhiều nhất (trên 50%). Tuy nhiên, về cảm quan cho thấy sau 72 giờ ủ, chất lượng hạt vẫn đảm bảo về cảm quan (không có mùi lạ và chưa có hạt bị thối rữa). Trong khi đó, với thời gian ủ tối trên 72h đã bắt đầu xuất hiện hạt bị hỏng. Đến thời điểm 92h tỉ lệ hư hỏng là trên 10%. Như vậy, dựa vào kết quả phân tích hàm lượng axít phytic và chất lượng cảm quan của hạt khi ủ tối đã cho thấy thời gian hủ 72h là phù hợp và sẽ được lựa chọn cho các nghiên cứu tiếp theo. 3.2. Hàm lượng protein trong đậu chickpeas sau 72h ủ tối Chúng tôi tiến hành ngâm ủ 100g đậu checkpeas với thời gian ủ tối 72h để đánh giá hàm lượng protein sau khi ủ. Kết quả thu được như sau: 0 10 20 30 40 50 60 Hàm lượng axít phytic (mg/g) Hàm lượng protein (g/g) 1.87 16.5 0.78 20.3 giảm 58 % tăng 23 % T ỉ lệ ( % ) Sự thay đổi hàm lượng axít phytic và protein sau thời gian ủ tối 0h ủ tối Sau 72h ủ tối Tỉ lệ so sánh tăng hoặc giảm (%) Hình 2. Sự thay đổi hàm lượng acid phytic và protein sau 8h ngâm và 72h ủ tối. Kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy chế độ ngâm ủ hạt phù hợp là 80h sẽ đảm bảo không có hạt bị thối hỏng, đồng thời giảm đáng kể hàm lượng axít phytic và gia tăng hàm lượng protein. Theo kết quả nghiên cứu này, sau thời gian ủ 72h, hàm lượng protein đã tăng khoảng 23% và hàm lượng axít phytic đã giảm 58% so với đậu nguyên hạt. Kết quả này một lần nữa khẳng định ích lợi của quá trình ngâm ủ trong chế biến các hạt đậu đỗ. 3.3. Kết quả xác định chế độ sấy phù hợp Bảng 2. Kết quả đánh giá chất lượng hạt theo các nhiệt độ sấy khác nhau. Mẫu m (g, mẫu tươi) m (g, mẫu sau sấy) Độ cứng của hạt, độ ẩm Cảm quan khối bột khi nghiền 1 (dưới 400C) 200 115,5 (20h) 16N, 9% Màu trắng 2 (400C- 600C) 200 110,6 (23h) 17,5, 7% Màu trắng ngà 3 (trên 600C) 200 100,5 (26h) 18N, 4,5% Màu vàng Hóa học & Kỹ thuật môi trường N. V. Tuấn, L. H. Hoàng, , “Tạo hạt cốm giàu protein khẩu phần ăn khô cho bộ đội.” 152 Kết quả khảo sát nhiệt độ sấy cho thấy, hạt sấy ở nhiệt độ càng cao thì độ cứng tăng dần, đồng thời màu sắc của khối bột cũng thay đổi. Điều này cho thấy, khối bột của hạt đã bị biến đổi, trong đó có quá trình hồ hóa khi nhiệt độ sấy tăng cao. Tuy nhiên trong các khoảng thời gian đó, thời gian sấy với nhiệt độ không quá 400C là ngắn nhất (20h) đã đạt được độ ẩm phù hợp. Vì vậy, trong nghiên cứu này chúng tôi lựa chọn nhiệt độ không quá 400C để phục vụ cho quá trình nghiên cứu tiếp theo. 3.4. Tạo bột cốm khô từ bột mịn bằng phương pháp ép đùn tạo hạt Hạt đậu chickpeas sau khi ngâm và sấy, tạo bột sẽ là nguyên liệu đầu vào cho hỗn hợp bột cốm ăn liền với công thức dự kiến như đã nêu ở. Việc tạo cốm sẽ tạo cho khối bột có sự phân bố đồng đều về hàm lượng, khối lượng và khả năng nén ép tạo hình tốt hơn dạng bột mịn cũng như khả năng phân tán trong nước. Hạt cốm thu được sẽ tiến hành kiểm tra các chỉ tiêu như đã nêu ở bảng 1 a. Kích thước hạt bột đầu vào của sấy cốm Bảng 3. Khảo sát tính chất hạt bột. Lô nghiên cứu Tỉ lệ kích thước hạt bột 0,2mm (%) Vị trí 1 Vị trí 2 Vị trí 3 Trung bình Lô 01 NC 96,5 96,8 95,6 96,3 Lô 02NC 97,2 95,5 94,7 95,8 Lô 03NC 95,8 96,7 95,8 96,1 Kết luận: Kích thước hạt bột nằm trong giới hạn quy định và đạt yêu cầu về sự đồng nhất trong khối bột b. Hỗn bột cốm sau khi sấy tạo hạt được kiểm tra chỉ tiêu độ ẩm cốm Bảng 4. Khảo sát tính chất cốm giai đoạn sấy cốm. Lô nghiên cứu Độ ẩm cốm (%) Vị trí 1 Vị trí 2 Vị trí 3 Trung bình Lô 01 NC 4,30 4,40 4,32 4,34 Lô 02NC 4,32 4,45 4,37 4,38 Lô 03NC 4,38 4,37 4,44 4,39 Kết luận: Độ ẩm cốm nằm trong giới hạn quy định và đạt yêu cầu về sự đồng nhất trong khối cốm. c. Hỗn hợp cốm sau khi sửa hạt được kiểm tra chỉ tiêu sự phân bố cỡ hạt Bảng 5. Khảo sát tính chất cốm giai đoạn sàng lọc. Số lô nghiên cứu /sự phân bố cỡ hạt Hình trụ 1,5mm x 3mm Đạt 1 trong 2 kích thước (1,5mm hoặc 3,0mm) Không đạt kích thước Lô 01NC 93,5% 3,62 % 2,88% Lô 02NC 93,7% 3,57 % 2,73% Lô 03NC 93,2% 3,61 % 3,19% Trung bình 93,5% 3,6% 2.9% Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 44, 08 - 2016 153 Kết luận: Sự phân bố cỡ hạt 3 lô nằm trong giới hạn quy định, đạt yêu cầu đề ra. Bảng 6. Hàm lượng protein ở giai đoạn sàng lọc. Lô nghiên cứu Hàm lượng Protein Vị trí 1 Vị trí 2 Vị trí 3 Lô 01 NC 63,5 63,2 63,2 Lô 02NC 63,6 63,8 63,9 Lô 03NC 63,7 63,6 63,9 Kết luận: Ở giai đoạn sàng lọc, hàm lượng protein của 3 lô nằm trong giới hạn quy định và đạt yêu cầu về sự đồng nhất. Kết quả phân tích cho thấy hàm lượng protein trong khối cốm khoảng 63% (w/w) Kết luận: Ở giai đoạn sàng lọc, kích thước, hàm lượng protein của 3 lô nằm trong giới hạn quy định và đạt yêu cầu về sự đồng nhất. Hạt cốm thu được sẽ được sử dụng để làm nguyên liệu ép thanh và tạo đồ uống hòa tan. 4. KẾT LUẬN Đã xác định được thông số kĩ thuật phù hợp cho quá trình sơ chế đậu chickpeas, cụ thể như sau: Thời gian ngâm 8h với tỉ lệ nước:nguyên liệu là 5:1; thời gian ủ 72h; nhiệt độ sấy không quá 400C trong 20h . Đã tạo được hạt cốm hình trụ kích thước 1,5mmx3mm với hàm lượng khoảng 63% protein, từ hỗn hợp bột theo công thức có chứa bột đậu chickpeas thu được. Kết quả đánh giá cho thấy hạt cốm thu được đạt tiêu chuẩn cho quá trình nén ép. Qua đó, cũng xác định được thông số tạo bột cốm từ thành phần chính là đậu chickpeas và whey protein là: Xay, rây trên máy xay cỡ lưới 0,2mm; trộn trên máy trộn lập phương (25 vòng/phút; thơi gian 15 phút); làm ẩm (tốc độ trộn 17 vòng/phút; thời gian 20 phút); tạo hạt bằng máy đùn; sấy cốm 500C /120 phút. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Phòng Khoa học Công nghệ - Môi trường/Tổng cục Hậu cần, “Xu hướng phát triển khẩu phần ăn dã chiến của quân đội các nước”, Hậu cần quân đội nước ngoài, Tổng cục Hậu cần, số 3 (37), trg.20-23, 2010. [2]. Nguyễn Bin, “Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm – tập 4”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, năm 2000. [3].Greenwood, Maria Oria, “Use of Dietary Supplements by Military Personnel”, The National Academies Press, Washington, DC, 2008. [4].Khattak A.B., Zeb A., Bibi N., Khalil S.A. and Khattak M.S. “Influence of germination techniques on phytic acid and polyphenols content of chickpea (Cicer arietinum L.) sprouts”. Food Chemistry, 104,1074 - 1079, 2007. [5].Wheeler and Ferrel et al. “A method for phytic acid determination in wheat and wheat fractions”. American association of cereal chemists, Inc (312-320), 1971. Hóa học & Kỹ thuật môi trường N. V. Tuấn, L. H. Hoàng, , “Tạo hạt cốm giàu protein khẩu phần ăn khô cho bộ đội.” 154 ABSTRACT MAKING GRAIN OF RICE INCLUDING PROTEIN-RICH CHICKPEAS APPLICATIONS FOR ARMY FOOD RATION This paper introduces material processing results from the protein-rich chickpeas (Cicer arietinum), granulated crumb from bean flour mixture contains checkpeas and assessment indicators from material cereal grain matching technique created bars compressed dry food. The research results have identified that patient who soak 8 countries: material is 5: 1; 72h incubation period; drying temperature not exceeding 400C during 20h 58% will reduce the nutritional quality of phytic acid reaction and increased to 23% protein content. Evaluation results obtained crumb grain characteristics also define parameters to generate extruded cereal grains are rich in protein from beans checkpea: tton dry powder 25 cycles / min; time 15 minutes; moistened mix (mixing speed of 17 rev / min; duration 20 minutes); particles are generated by means of extrusion with 1.5 mm x 3 mm size, cereal drying 500C for 120 minutes. Cereal seeds obtained 63% protein content and standards to produce compressed dry food bars and energy drinks dissolved Keywords: Protein, Chickpeas, Extrusion granulation. Nhận bài ngày 09 tháng 03 năm 2016 Hoàn thiện ngày 11 tháng 04 năm 2016 Chấp nhận đăng ngày 17 tháng 08 năm 2016 Địa chỉ: Viện Công nghệ mới – Viện KHCN quân sự; *Email: tuancnnl_vcnm@yahoo.com.vn.