Đậu nành từ lâu đã được xem là “vàng xanh” của ngành nông nghiệp nhờ hàm lượng protein cao, trung bình chiếm khoảng 35–40% trọng lượng hạt khô, cùng thành phần acid amin khá cân đối. Đây là nguồn protein thực vật quan trọng, có khả năng thay thế một phần protein động vật trong chế độ ăn của con người và trong công nghiệp thực phẩm. Để khai thác giá trị này, ngành công nghệ thực phẩm thường tiến hành hai bước lớn: sản xuất protein thô từ hạt đậu nành và thủy phân protein thành các amino acid hoặc peptide ngắn. Mỗi giai đoạn đều có ý nghĩa riêng, góp phần hình thành chuỗi sản phẩm đa dạng từ nguyên liệu thô đến thực phẩm chức năng và dược phẩm.
Quy trình sản xuất protein thô từ đậu nành bắt đầu với khâu xử lý nguyên liệu. Hạt đậu nành được làm sạch để loại bỏ tạp chất, bụi bẩn, sau đó tách vỏ để giảm lượng chất xơ không mong muốn. Tiếp theo là bước nghiền, thường ở dạng thô hoặc mịn tùy theo yêu cầu công nghệ. Để tách protein hiệu quả, dầu trong đậu cần được loại bỏ trước thông qua quá trình ép cơ học hoặc chiết dung môi (thường dùng hexane). Sau khi khử béo, bã đậu nành giàu protein còn lại sẽ là nguyên liệu cho bước chiết xuất.
Công đoạn chiết xuất protein thường dựa trên tính chất hòa tan của protein ở môi trường pH kiềm. Protein đậu nành dễ hòa tan ở pH 8–9, trong khi các thành phần không protein như carbohydrate hay chất xơ ít hòa tan hơn. Do đó, bã đậu khử béo được ngâm trong dung dịch kiềm loãng để hòa tan protein, sau đó ly tâm hoặc lọc để thu lấy dịch protein. Dịch chiết này sẽ được điều chỉnh pH về điểm đẳng điện (khoảng 4,5), khiến protein kết tủa và có thể tách ra bằng ly tâm. Sau khi rửa và sấy khô, sản phẩm thu được gọi là protein thô đậu nành (soy protein isolate), với hàm lượng protein có thể đạt 85–90% trọng lượng khô.
Protein thô đậu nành không chỉ dùng trực tiếp trong chế biến thực phẩm – như làm đạm thực vật kết cấu (textured soy protein), xúc xích chay, sữa đậu nành, bột dinh dưỡng – mà còn là nguyên liệu cho quá trình thủy phân tạo amino acid.
Quá trình thủy phân nhằm phá vỡ liên kết peptide trong phân tử protein, giải phóng các chuỗi ngắn hoặc acid amin tự do. Có ba phương pháp chính: thủy phân bằng acid/kiềm, thủy phân bằng enzyme và thủy phân bằng vi sinh vật.
Thủy phân bằng acid (thường là HCl đậm đặc) ở nhiệt độ cao có thể phân giải protein gần như hoàn toàn thành các amino acid. Phương pháp này đơn giản và rẻ, nhưng có nhược điểm là làm mất một số acid amin nhạy cảm như tryptophan và dễ hình thành sản phẩm phụ không mong muốn. Thủy phân bằng kiềm ít được ưa chuộng vì gây phân hủy mạnh, ảnh hưởng đến chất lượng dinh dưỡng.
Trong công nghệ hiện đại, thủy phân bằng enzyme ngày càng được ưu tiên. Các enzyme protease như alcalase, pepsin, trypsin hay papain có khả năng cắt protein một cách chọn lọc, tạo ra hỗn hợp peptide và acid amin có hoạt tính sinh học. Ví dụ, sử dụng alcalase trên protein đậu nành có thể tạo ra các peptide có tác dụng chống oxy hóa hoặc hạ huyết áp. Ngoài ra, thủy phân enzyme diễn ra ở điều kiện nhẹ nhàng (pH trung tính, nhiệt độ vừa phải), ít phá hủy acid amin và an toàn hơn cho sản phẩm thực phẩm.
Một hướng khác là thủy phân bằng vi sinh vật, thông qua quá trình lên men truyền thống hoặc công nghệ lên men hiện đại. Các chủng vi khuẩn lactic hoặc nấm mốc có khả năng tiết enzyme protease, từ đó phân giải protein đậu nành thành amino acid. Các sản phẩm quen thuộc như tương, miso, natto đều dựa trên nguyên lý này. Lên men không chỉ tạo ra acid amin mà còn góp phần hình thành hương vị đặc trưng, tăng khả năng tiêu hóa và bổ sung vi sinh vật có lợi.
Kết quả của quá trình thủy phân là hỗn hợp amino acid và peptide, có giá trị sử dụng rất cao. Trong ngành thực phẩm, các amino acid như glutamic acid được dùng làm chất điều vị (tạo vị umami), lysine được bổ sung vào ngũ cốc để cải thiện cân bằng dinh dưỡng, trong khi peptide sinh học từ đậu nành được ứng dụng trong thực phẩm chức năng nhờ khả năng chống oxy hóa, hạ huyết áp và tăng cường miễn dịch. Trong ngành dược phẩm, amino acid và peptide từ đậu nành được dùng làm nguyên liệu cho thuốc bổ sung, dung dịch truyền hoặc nguyên liệu sinh học. Trong công nghiệp, chúng còn được sử dụng để sản xuất nhựa sinh học, chất hoạt động bề mặt hoặc nguyên liệu lên men tạo vitamin, acid hữu cơ.
Mặc dù có nhiều triển vọng, quy trình sản xuất protein thô và thủy phân tạo amino acid từ đậu nành cũng đối mặt với một số thách thức. Một trong số đó là giá thành sản xuất: quy trình tinh chế và thủy phân enzyme đòi hỏi thiết bị hiện đại và enzyme có chi phí cao. Ngoài ra, chất chống dinh dưỡng tự nhiên trong đậu nành như trypsin inhibitor, phytate có thể ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm nếu không được xử lý triệt để. Bên cạnh đó, việc kiểm soát hương vị cũng là thách thức, bởi một số sản phẩm thủy phân từ đậu nành có thể tạo vị đắng khó chấp nhận nếu không tinh chỉnh quá trình.
Tóm lại, quy trình sản xuất protein thô từ đậu nành và quá trình thủy phân tạo amino acid không chỉ mang ý nghĩa dinh dưỡng mà còn mở ra nhiều ứng dụng trong thực phẩm, y dược và công nghiệp. Với hàm lượng protein cao, khả năng chiết xuất và thủy phân đa dạng, đậu nành xứng đáng là nguồn nguyên liệu chiến lược trong ngành công nghệ thực phẩm hiện đại. Tuy nhiên, để khai thác tối đa tiềm năng, cần có thêm nghiên cứu tối ưu hóa công nghệ, giảm giá thành và cải thiện chất lượng cảm quan. Khi đó, đậu nành không chỉ là loại thực phẩm quen thuộc trên bàn ăn, mà còn là “nhà máy sinh học” sản xuất protein và amino acid cho nhu cầu toàn cầu.