Đề tài ứng dụng protein concentrate

Trang 1

Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hỗ Chí Minh

Trường Đại Học Bách Khoa Khoa Kỹ Thuật Hóa Học

BM CNCB Thịt và Thủy Sản

RREEKREEER

UNGDUNGPROTEIN CONCENTRATE

VAPROTEIN ISOLATE TRONG CNCB TAIT VA CAC SAN PHAM TV THI

GVHD : ThS Nguyén Thi Hién SVTH : HC06TP

Thang 06/2011

Trang 2

Ung dung cua protein concentrate va protein isolate trong CNCPB thịt và các sản phẩm từ thịt

Chuwong 1: TONG QUAN VE PROTEIN ISOLATE va CONCENTRATE

1.1 Dinh nghia

1.2 Soy protein va whey protein 1.3 Tinh chat chirc nang

1.1 Dinh nghia

Protein concentrate (PC): duoc san xuat tir ngu6n nguyén liệu giàu protein, đã loại di

phan lớn các tạp chất phi protein và sản phẩm thông thường chứa tối thiểu từ 65% protein trở lên (tính trên hàm lượng chất khô)

Protein isolate (PI): la san pham protein da qua tinh ché PI cũng được sản xuất từ nguồn nguyên liệu giàu protein, nhưng đã được loại đi gần như toàn bộ các tạp chất phi protein, sản phâm chứa tối thiểu từ 90% protein trở lên

1.2 Soy protein và whey protein Ộ

Nhìn chung, tât cả các nguyên liệu giàu protein déu co the dung de san xuat PI va PC Tuy

nhiên, khi đứng dưới góc độ giá trị dinh dưỡng và kinh tế thì hai nguồn nguyên liệu tốt nhất là :

whey protein (protein huyết thanh sữa) và soy protein (protein đậu nành) Do đó, trên thị trường các loại PI và PC này thường chiếm ưu thế

Đi vào cụ thê từng chế phẩm, mỗi loại chế phẩm lại có một định nghĩa riêng, và có đôi

chỗ không thống nhất giữa các nguồn nguyên liệu khác nhau :

s* Soy protein

Đối với soy protein concentrate (SPC), theo định nghĩa của Association of American Feed

Control Officals, Inc (AAFOC) thi SFC duoc san xuất từ hạt đậu nành đã bóc vỏ, tách gan hết

Trang 3

Soy protein isolate (SPI): là chế phẩm soy protein tỉnh luyện có chất lượng cao nhất trên

thị trường SPI được sản xuất từ hạt đậu nành đã tách vỏ và dầu bằng cách loại bỏ gần như hoàn

toàn các thành phần phi protein Chúng có chứa tối thiểu 90% protein (Nx6.25) tính trên hàm lượng chất khô

Bang 1: Thành phân của các chế phẩm Soy protein

(Nguon: Ioseph G Endres, Soy protein products: Characteristics, Nutritional Aspects, and Utilization, The Endres Group., Inc, Fort Wayne, Indiana, 2001)

Thanh phần Concentrate - Isolate -

?o nguyên liệu % chat kho % nguyén liệu % chat kho Protein 62-69 65-72 86-87 90-92 Chat béo 0.5-1.0 0.5-1.0 0.5-1.0 0.5-1.0 Xo hoa tan 2-5 2.1-5.9 <0.2 <0.2 Xơ không tan 13-18 13.5-20.2 <0.2 <0.2 Tro 3.8-6.2 4.0-6.5 3.8-4.8 4.0-5.0 Độ âm 4-6 0 4-6 0 Carbohydrate 19-21 20-22 3-4 3-4 +* Whey protein

Whey protein là hỗn hợp protein bậc 4 được phân lập từ nước whey, san phẩm phụ của quy trình sản xuất phô mai Các thành phần tiêu biêu của whey protein là beta-lactoglobulin (~ 65%), alpha-lactalbumin (~ 25%) va serum albumin (~ 8%)

Déi voi whey protein concentrate (WPC), sản phẩm lại được cho phép có khoảng nồng độ

protein dao động khá rộng từ 25% - 89% tổng khối lượng chất khô Nó có chứa lactose, chất béo

và một vài loại khoáng Các dạng sản phẩm WPC có trên thị trường như: WPC34, WPC50,

WPCó0, WPC75, WPC80, trong đó hai chữ số cuối dùng để biểu thị giá trị nồng độ protcin

Trang 4

X HỆ i

Hinh 3 :Whey protein concentrate

Whey protein isolate (WPI) là san pham whey protein tinh khiét nhat, cd chứa từ 90-95% protein, nó chứa rất ít chất béo hay đường lactose a ` DYMATIZE whew H 1H viet dể: ye

Hinh 4 :Whey protein isolate 1.3 Tính chất chức năng (tính năng công nghệ)

Trong quá trình sản xuất PC và PI, điều quan trọng nhất là không làm giảm đi các tính chất chức năng của protein trong nguyên liệu ban đầu Do đó các phương pháp sản xuất cũng như

các thông sỐ quá trình cần được chọn lọc và kiểm soát nghiêm ngặt nham hạn chế tối đa việc làm

biến tính protein Nhiều nghiên cứu đã hướng đến việc ứng dụng kĩ thuật mới, hiện đại, điều kiện

vận hành ôn hòa để thu được sản phẩm chất lượng cao Với những tính chất chức năng quan trọng, PC và PI ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, thê hiện những tính năng công nghệ như :

s* Khả năng hòa tan trong nước và giữ nước

Khả năng hòa tan là điều kiện hàng đầu đối với một protein để đóng vai trò là thành phần

chức năng trong thực phâm Tính tan tốt của PC và PI được sử dụng để bô sung vào các loại thức

uống giàu năng lượng cũng như một số thực phâm đạng lỏng

Trang 5

Bên cạnh tính tan, PC và PI có khả năng liên kết với nước và giữ nước Hàm lượng protein cao trong PC và PI cũng đồng nghĩa với khả năng liên kết và giữ nước cao (do chứa nhiều nhóm carboxyl va amino 4i nước), chúng được sử dụng như là các tắc nhân giữ nước, ôn định cấu trúc, ngăn chảy dịch và góp phần làm tăng khối lượng, tăng giá trị kinh tế trong các sản phẩm thịt (xúc xích, jambon, giò lụa .), bánh mì, bánh nướng

v Cơ chê của môi tương tác Protein-Nước

Đặc tính của mỗi tương tác protein-nước và protein-protein sẽ xác định chức năng của

protein trong thực phẩm ở các dạng như: gel, chất kết tủa, hay hệ phân tán keo Để tiên đoán sự liên kết của nước với protein, các nhà nghiên cứu đã cô gắng xác định số lượng các phân tử nước

liên kết với một phân tử protein Sự liên kết này phụ thuộc vào thành phần và cầu tạo của phân tử

protein

Nước tương tác với protein theo một số cách, và một lượng nước đáng kế liên kết với protein được giữ lại qua các liên kết hydro Liên kết giữa nước và protein có liên quan đến các nhóm ái nước có cực như nhóm 1mino, nhóm amrno, carboxyl, hydroxyl, carbonyl, và nhóm sulfhydryl Khả năng giữ âm của protein phụ thuộc vào loại và số lượng của các nhóm có cực trong chuỗi polypeptide protein Sự liên kết của nước phụ thuộc vào tính chất lưỡng cực của nước Protein có chứa nhiều amino acid tích điện sẽ có khuynh hướng liên kết với một lượng lớn

nước Sự liên kết của nước với các loại protein có thể được dự đoán từ thành phần amino acid cua

chung

Những chuỗi protein cấu thành bởi các amino acid không có cực như alanine và valine

liên kết với một phân tử nước Trong khi đó, các chuỗi có cực liên kết với 2 hay 3 phân tử nước,

và các chuỗi ion hóa (aspartic acid, glutamic acid và Iysine) liên kết với 4 >7 phân tử nước/phân

tử amino acid Amino acid được phân loại đựa vào khả năng liên kết với các phân tử nước

1) Các amino acid có cực với khá năng liên kết cao nhất 2) Cac amino acid không ion hóa, khả năng kiên kết trung bình

3) Các nhóm kỊ nước, ít hoặc không liên kêt với nước Y Cac yêu tô ảnh hưởng đên sự liên kết nước của protein

Sự liên kêt nước của protern ảnh hưởng bởi nông độ protein, pH, lire ion, nhiệt độ, sự có mặt của các thành phân khác có trong thực phâm như polysaccharide ưa nước, chât béo và muôi, tôc độ và thời gian xử lý nhiệt, điêu kiện bảo quản

e Nong độ protein

Trang 6

là số lượng các nhóm có cực lộ ra cho các liên kết với nước, cấu trúc của protein, tính không ưa

nước của bề mặt và lịch sử quá trình sản xuất Các điều kiện chế biến thực phâm thúc đây sự

tương tác của protein với các thành phần khác của thực phâm như lipid, carbohydrate và nước

Proteimn động vật có khả năng giữ nước cao hơn so với các protein thực vật, bởi chúng có chứa

một lượng lớn mtơ ammn hơn

e pH

Sự giữ nước bị ánh hưởng lớn bởi pH, thấp nhất trong vùng đắng điện tại đó protein

không tích điện và tương tác protein-protein là lớn nhất Thay đổi pH của dung dịch protein gây ra sự thay đôi các nhóm tích điện trên phân tử protein, tác động đến cấu trúc của nó Do đó, với sự gia tăng tính phân cực của protein, lượng nước liên kết cũng tăng lên Thay đổi pH ảnh hưởng

đến sự ion hóa của các nhóm amino acid e Luc ion

Dac diém truong no cua SI, Na caseinate va WPC 1a hoan toan khác nhau Lực lon có ảnh hưởng lớn đến khả năng trương nở của protein Bố sung muối ảnh hưởng đến khả năng giữ nước của protein bởi vì chúng có ảnh hưởng đến các mối tương tác tĩnh điện Với nồng độ dung dịch muối lớn hơn 2.0M sẽ làm giảm nước liên kết vì ion sẽ cạnh tranh với các nhóm protein để liên kết với nước Ở nồng độ dung dich NaCl cao, quá trình dehydrate hóa protein sẽ xuất hiện do sự

cạnh tranh liên kết với nước của chất tan và protein Kết quả của sự khử lớp vỏ kép có tích điện xung quanh các phân tử protein là làm biến đổi câu trúc của protein, giảm sự hydrat hóa và gây

hiện tượng kết tủa

e Nhiét độ

Nhiệt độ có ảnh hưởng đến sự hydrate hóa protein và khả năng giữ nước của nó trong suốt quá trình sản xuất thực phẩm Khả năng giữ nước của protein thường giảm sút khi tăng nhiệt độ

Các phụ gia protein sản xuất cho mục đích thương mại khó tránh khỏi quá trình sử dụng nhiệt và

biến tính Do đó, sự ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng giữ nước của protein sẽ bị tác động bởi điều kiện của quá trình xử lý và nguồn gốc sản phẩm Các chuỗi polypeptide lộ ra ngoài phụ thuộc vào sự biến tính và sự chuyên tiếp từ cầu trúc hình cầu sang các cầu trúc xoắn ngẫu nhiên

cua protein, két quả làm giảm các nhóm amino acid có thê liên kết với nước s* Khả năng tạo độ nhớt

Khi protein hòa tan vào dung dịch, mỗi loại dung dịch của những protein khác nhau có độ nhớt khác nhau Hệ số độ nhớt của phần lớn các hệ chất lỏng protein tăng theo lũy thừa cũng với

sự tăng nồng độ protein do tăng các phản ứng giữa protcin-protein Do đó việc bô sung các chế

phâm giàu protein như PC hay PI sẽ làm tăng độ nhớt, độ sệt và có ý nghĩa quan trọng đối với các thực phẩm lỏng như đồ uống, canh súp, nước sốt và kem

Trang 7

s* Khả năng tạo gel

Khả năng tạo gel là một tính chất rất quan trọng của nhiều hệ thống protein, đóng vai trò chủ yếu trong việc tạo cấu trúc cho một số sản pham thực pham như giò lụa, xúc xích,

Khả năng tạo gel của protein chắng những được sử dụng để tạo độ cứng, độ đàn hồi cho sản phẩm mà còn để cải thiện khả năng hấp thụ nước, tạo độ đặc, tạo lực liên kết giữa các tiểu

phần cũng như làm bền các hệ nhũ tương và bọt

Quá trình tạo gel phụ thuộc vào sự hình thành mạng lưới protein bậc 3, kết quả của tương

tac protein-protein va protein-dung môi (nước)

Cả hai phân đoạn 7S và 11S đều cực kỳ phức tạp, bao gồm nhiều phân đoạn nhỏ có thê dễ

đàng kết hợp cũng như phân rã phụ thuộc vào những kiều kiện khác nhau về pH, lực ion, và nhiệt

độ xử lý Nhiệt độ biến tính của 7S thấp hơn 115

Gel tạo thành do biến tính nhiệt protein bao gồm 2 bước Bước thứ nhất protein bị mất cấu trúc bậc 2 và 3 bất thuận nghịch Sự tạo thành gel thật sự xuất hiện khi làm lạnh dung dịch

protein phụ thuộc vào sự kết dính các tiêu phân đoạn protein mà từ đó tạo thành cấu trúc 3 chiều

Quá trình này bao gồm cả tương tác giữa các chuỗi protein với dung môi cũng như là giữa các

chuỗi protein với nhau Mạng lưới không gian được hình thành qua liên kết hydro, liên kết ky nước, tương tác tĩnh điện, và liên kết disulphide

(Nguồn : Network formation and viscoelastic properties of commercial soy protein dispersions: effect of heat treatment, pH and calcium ions)

Protein 11S khác 7S ở chỗ nó tạo thành gel cứng hơn và nhạy cảm hơn với tác nhân làm mềm gel là acid phytic do chúng có chứa nhiều liên kết S-S Protein 11S đông tụ nhanh hơn và hình thành được các khối đông lớn hơn Gel 11S có khả năng giữ nước cao hơn gel 7S, sức căng

lớn hơn, cứng hơn và nở ra nhiều hơn dưới tác dụng của nhiệt độ Cũng tương tự như thế, màng

film 118 có độ đàn hồi và sức căng lớn hơn Tính chất chức năng của protein có thể được điều

chỉnh nhờ tác động đồng thời nhiều tác nhân như pH và các phụ gia

(Nguồn : Differences in functional properties of 7S and 11S soybean proteins)

Khả năng tạo gel của globulin 7S và 11S bị ánh hưởng bởi các nhân tố như thành phần các phân đoạn, khả năng bị tắc động cũng như khả năng phản ứng của nhóm —SH, tính ky nước

của các phân tử Cơ chế tạo gel của protein isolate bao gồm cả 7S và 11S phức tạp hơn rất nhiều

so với sự hình thành gel từ một loại protein Khả năng tạo gel cũng như các tính chất chức năng

khác của soy protein thay đổi tùy thuộc vào các thông số công nghệ như nồng độ protein, nhiệt

Trang 8

7S và 11S, đặc biệt là liên kết giữa phân đoạn cơ bản của I1S và phân đoạn B của 7S đẫn đến sự

hình thành các kết tủa tan là nhân tố quan trọng trong sự tạo gel của soy protein Khi đó tý lệ

11S/7S và mức độ biến tính của protein là những thông số công nghệ quan trọng

(Nguồn: Heat induced gelling properties of soy protein isolates prepared from different defatted soybean flours)

s* Các tính chất bề mặt

Khả năng tạo nhũ: Protein thường được sử dụng như các chất hoạt động bề mặt, có khả năng làm bèn hệ nhũ tương thực phâm nhờ được hấp thụ lên bề mặt phân chia giữa các giọt dầu

phân tán và pha nước liên tục, ngăn cản các giọt béo hợp nhất Một số ứng dụng phô biến là sử

dụng PC và PI trong các sản pham thịt nhũ hóa, sốt, xúc xích Các đặc điểm dùng để miêu tả tính chất nhũ hóa của protein

e Khả năng nhũ hóa (EC) : lượng dầu được nhũ hóa bởi 1 Lg protein, phụ thuộc vào — Khá năng tạo lớp mỏng hấp phụ xung quanh giọt cầu

— Khả năng giảm sức căng bề mặt ở bề mặt nước-dâầu e Sự ôn định nhũ tương (ES) : khả năng duy trì sự phân tán

e _ Hoạt tính nhũ hóa (EA) : điện tích bề mặt tối đa (cm?) trên lg protein của hệ nhũ tương ỗn

định

Khả năng ổn định nhũ tương của protein chống lại sự liên kết là kết quả của ít nhất hai quá trình: sự hấp phụ của protein và sự hình thành của những lớp bề mặt chung có tính cơ lý vững chắc Quá trình sau đóng vai trò chủ yếu trong sự ôn định nhũ tương, trong khi đó sự giảm sức căng bề mặt do sự hấp phụ có vẻ chỉ cần thiết cho sự tạo thành nhũ tương Khả năng của những protein tương tác với lớp bề mặt ảnh hướng đến sự tạo thành lớp hấp phụ cơ lý vững chắc,

phụ thuộc vào sự ôn định cấu trúc của phân tử protein

Tính chất nhũ hóa của soy protein được mô tả bởi những điểm chính sau: nồng độ nhũ

hóa tôi thiểu (C,), diện tích mặt phân cách riêng (Ssp), su hấp phụ của protein lên mặt phân cách (A) và chiều dài của lớp hấp phụ bề mặt (ES¿) Trong dung dịch không có muối, C, cho globulin 11S cao hơn giá trị của globulin 7S và phân đoạn 2S Bồ sung lượng nhỏ muối (0.1 mol// NaCl) làm giảm đột ngột Cc của globulin 11S và các phân đoạn protein khác Điều đó có thể suy rằng sự tạo thành nhũ tương dễ dàng hơn khi có mặt một lương muối nhỏ là do lớp màng tích điện của

globulin 11S

Globulin 11S tao lép hap phu yéu hon globulin 7S

Khả năng tạo nhũ và ôn định hệ nhũ tương của 7S nhìn chung cho giá trị cao hơn 115 trong khoảng pH từ 2-10 Hiện tượng tương tự cũng diễn ra với các phân đoạn 7S và 11S được

thủy phân một phần bởi HCI Khá năng nhũ hóa của protein bị đông tụ bởi acid và phân đoạn 7S

Trang 9

cho giá trị thấp nhất quan pH 4.5, điều này có liên quan chặt chẽ tới tính tan của protein Khả năng ôn định nhũ tương của 11S, tuy nhiên, lại cho giá trị thấp nhất tại pH quanh giá trị 7 và không tương ứng với tính tan Lực phá vỡ hệ nhũ tương của 7S và 11S tăng khi tăng thể tích của

pha dầu Tuy nhiên, lực phá vỡ hệ nhũ tương của 7S bị ảnh hưởng rất ít bởi quá trình xử lý nhiệt

protein trong khi lực phá vỡ hệ nhũ tương của 115 lại bị ảnh hưởng đáng kể Lực phá vỡ hệ nhũ tương của 11S tăng đáng kế khi nồng độ protein tăng Quá trình xử lý nhiệt dung dịch protein ở 95°C trong 5 phút làm tăng lực phá vỡ hệ nhũ tương lên gấp từ 2 đến 4 lần so với khi không xử lý

nhiệt

(Nguén : Emulsifying properties of soy protein: characteristics of 7S and 11S proteins] Khả năng cô định mùi: chế pham protein có khả năng liên kết với các hợp chất hương như aldehyde, ketone, rượu, phenol, acid béo được sử dụng để tạo mùi thịt cho các sản pham chay giả thịt, làm tăng hương vị đậm đà cho các món hâm, súp

Khả năng tạo bọt

Với các phân đoạn protein có khối lượng phân tử nhỏ, khả năng hình thành bọt và nhũ tương có thê tăng lên nhờ vào khả năng khuếch tán nhanh đến bề mặt phân chia pha (khí - nước và dầu - nước) Tuy nhiên, các phân đoạn polypeptide quá nhỏ để ôn định được bề mặt phân chia

pha, một điều tối cần thiết để hình thành và ổn định hệ phân tán bởi vì polypeptide tại bề mặt

phân chia pha có khả năng tương tác kém, tạo thành màng bao có độ nhớt và độ đàn hồi thấp Khả năng tạo bọt bị ảnh hưởng bởi sự hấp phụ các tác nhân tạo bọt và khả năng nhanh chóng làm

giảm sức căng bề mặt

(Nguồn: Interfacial and foaming properties of soy protein and their hydrolysates)

Sau qua trình vi lọc, những dòng có khả năng hòa tan, tạo bọt và nhũ hóa cao có chung đặc điểm là giàu phân đoạn 7S Tại pH 7, khả năng tạo bọt và làm bền bọt của P-conglycinin cao hơn so với glycinin

(Nguồn: Some functional properties of fractionated soy protein isolates obtained by microfiltration)

Trang 10

Chương 2 : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SÀN XUẤT

2.1 Xử lý nguyên liệu soy protein, whey protein 2.2 Sản xuất theo phương pháp truyền thống

2.3 Sản xuất theo phương pháp sử dụng membrane

2.1 Xử lý nguyên liệu

Tắt cả các nguyên liệu giàu protein có nguồn sốc từ động vật, thực vật hay vi sinh vật đều

có thê sử dũng để sản xuất các chế phẩm protein Hiện nay các nhà sản xuất tập trung vào việc

tận dụng những nguồn nguyên liệu giàu protein đang bị lãng phí, những nguồn vẫn còn phổ biến ở ngoài kênh tiêu thụ của con người như huyết thanh sữa, phế liệu cá, các loài cá chưa được sử dụng đúng mức, cũng như hướng đến các nguyên liệu giàu protein có nguồn gốc từ thực vật, giá thành thấp như đậu nành, đậu phộng, hoa hướng dương để sản xuất ra các chế pham protein

mang lại hiệu quả kinh tế cao Hiện nay trên thị trường phố biến các chế phẩm protein đi từ ba

nguồn nguyên liệu chính là đậu nành, whey và cá, chính nhờ giá trị dinh đưỡng cao cũng như tính kinh tế trong sản xuất do chỉ phí nguyên liệu thấp

2.1.1 Nguyên liệu soy protein

se - Giới thiệu nguyên liệu đậu nành

Đậu nành có tên khoa hoc 1a Glycine max merill Hat dau nanh chia khoang 40% protein,

20% dau, 15% hemicellulose, con lai là các thành phan khac nhu cellulose, saccharose, raffinose

vitamin và khoáng Con người có thê dễ dàng tiêu hóa được các sản phẩm protein đậu nành Khoảng 92-100% protein đậu nành được tiêu hóa trong cơ thể người

Bảng 2 : Thành phần hóa học của hạt đậu nành

(Nguồn: Liu Shunhu, A study on subunit Groups of Soybean Protein Extracts under SDS-PAGE, J Am Oil Chem Soc, Vol 84, p.793-801)

` A ae Phân trăm khôi lư

Trang 11

Raffinose 1.1 Saccharose 5 Đường khác 41 (arabinose, glucose, verbacose) Vitamin va khoang 6

Thành phân protein tông trong hạt đậu nành dao động từ 29.6-50.5% (trung bình là 36- 40%) Các nhóm protein đơn giản (%so với tổng protein): albumin (6-8%), globulin (25-34%), glutelin (13-14%), prolamin chiếm lượng nhỏ không đáng kẻ

Globulin đậu nành được chỉa thành bốn phân đoạn theo đơn vị lắng Svedberg khi hòa tan

trong dung dịch đệm phosphate ở pH 7.6, bốn phân đoạn này bao gồm: 2S (15%), 7S (34%), 118

(41.9%), 15S (9.1%) Phân đoạn 11S va 15S là những protein tỉnh khiết, chứa glycinin và

polymer của glycinin Phân đoạn 7S thì ít đồng nhất hơn, thành phần chính là -conglycinin,

chiếm tỷ lệ thấp hon 1a y-conglycinin, lipoxygenase, a-amylase va hemagglutenin Phan doan 2S bao gdm chat irc ché trypsin, cytochrome C va a-conglycinin

Glycinin va B-conglycinin 1a nhitng protein quan trong nhat va chiém khoang 87% tong số protein đậu nành Chúng có cấu trúc bậc bốn phực tạp và có xu hướng phân ly, kết hợp Do đó, thành phần và cầu trúc của những protein này phản ánh chứ năng của ccác sản phẩm protein

Bảng 3 : Thành phần protein đậu nành

(Nguon: Liu Shunhu, A study on subunit Groups of Soybean Protein Extracts under SDS-PAGE, J Am Oil Chem Soc, Vol 84, p.793-801)

Phân đoạn (S) | Ham lugng (%) Thành phân Phân tử lượng (Da)

Trang 12

Xét về mặt giá trị dinh dưỡng, protein đậu nành đứng hàng đầu trong cá loại đạm có

nguồn gốc từ thực vật, không những về hàm lượng protein cao mà còn về chất lượng protein Protein đậu nành dễ tan trong nước và chứa nhiều acid amin không thay thế Protein đậu nành giàu các acid amnin cần thiết, trừ methionine và tryptophan; chứa khá nhiều lysine nên thường được dùng để bố sung vào các sản phâm đi từ ngũ cốc

Bảng 4 : Thành phần amino acid trong protein đậu nành (Nguon: FAO corporation document repository) Amino acid Hàm lượng amino acid ø/100g protein Isoleucine 4.54 Leucine 7.78 Lysine 6.38 Methionine 1.26 Cystine 1.33 Phenylalanine 4.94 Tyrosine 3.14 Threonine 3.86 Tryptophan 1.28 Valine 4.80

Dé san xuat soy protein concentrate, soy protein isolate cing nhw soy protein hydrolysate, người ta sử dụng bột đậu nành đã tách béo

Trang 13

Làm sạch e Chuẩn bị bột đậu nành tách béo Nghiền tách vỏ Xử lý Cán Trích ly béo Miscella Tach d.môi ấy Nghiền Rây Bột đậu nành tách béo

Hình 5 : Quy trình sản xuất bột đậu nành tách béo

Bột đậu nành tách béo được sản xuất bằng cách nghiền và rây bánh đậu nành sau khi đã tách béo Lượng protein nằm trong khoảng 40-56% so với tông chất khô

s* Giải thích quy trình

v Làm sạch

Trang 14

Mục đích: tách loại tạp chất vô cơ, hữu cơ, đặc biệt là các tạp chất kim loại ảnh hưởng đến quả trình vận hành thiết bị, đồng thời loại bỏ một số vi sinh vật, côn trùng gây hỏng hạt

Thực hiện: đầu tiên đậu nành được đưa qua thiết bị sàng rung để tách tạp chất cơ học lớn như sỏi, đá ., sau đó qua thiết bị tách từ Cuối cùng đậu nành được làm sạch trên rây, có thôi khí để tách tạp chất nhẹ, bụi

vx Nghiền sơ bộ và tách vỏ

Mục đích: làm vỡ hạt đậu nành để vỏ dễ dàng tách ra khỏi hạt Vỏ chiếm khoảng 7-8% thể tích

hạt đậu

Thực thiện: đậu nành sau khi làm sạch (có thể qua sấy khô) được nghiền đến kích thước thích hợp cho quá trình tách vỏ Sau khi nghiền, dưới tác dụng của dòng khí, vỏ nhẹ được tách ra Quá

trình nghiền sơ bộ phải được thực hiện cân thận, tránh làm vỡ vụn hạt, gây khó khăn cho quá trình tách vỏ

v Xửlý

Mục đích: chuẩn bị, giúp cho quá trình cán dễ dàng, màng tế bào dễ vỡ và dầu dễ thoát ra trong quá trình trích ly

Thực hiện: đậu nành sau khi nghiền sơ bộ và tách vỏ, được đưa vào nồi hơi có nhiệt độ khoảng 70°C Hàm âm đậu tăng lên 11%, lý tưởng cho quá trình cán

wx Cán

Mục đích: phá vỡ cấu trúc tế bào, chuẩn bị cho quá trình chat ly chất béo ra khỏi đậu nành

Thực hiện: đậu nành được đưa vào thiết bị cán trục tạo flakes Bề dày của flakes đi khỏi thiết bị

la 0.25 — 0.35 mm

vx Trích ly

Mục đích: tách loại 99 — 99,5% dầu trong nguyên liệu Thực hiện: sử dụng dung môi hexane

Thiét bi: immersion extractors

Đậu nành sau khi cán được nhúng ngập trong lòng dung môi (sử dụng dung môi hexane

lưu chuyên ngược chiều) Dịch trích bao gồm dung môi và dầu béo thu được ở ngăn đầu tiên của thiết bị được bơm sang ngăn tiếp theo bên trái Theo nguyên tắc như thế đậu nành có hàm lượng béo thấp nhất ở ngăn cuối cùng được tiếp xúc với dung môi hexane vừa vào thiết bị và quá trình

trích ly dầu được thực hiện triệt để hơn Sản phẩm đậu nành sau khi tách béo được gọi là Marc (phần xác), có hàm lượng béo 0.2 — 1%

Trang 15

Đầu nành ) MS Saul can (Flake Dung moi mel ; FLAKE FLOW —+ na! alas Sh) Bod — | Marc Phần dung môi (Phan ba) chứa dịch trích Hình 6 : Nguyên lý hoạt động thiết bị immersion extractor vx Tách dung môi

Mục đích: tách lượng dung môi còn lưu lại trong nguyên liệu đậu nành

Thực hiện: bã đậu nành sau khi tách béo được đưa vào thiết bị flash desolventizer hoac vapor desloventizer

Hé théng flash desolventizer bao gdm ông tách dung mơi, quạt thơi hồn lưu, bộ phận gia nhiệt cho hơi Các bộ phận này được sắp xếp sao cho hơi hexane được gia nhiệt dưới áp suất lên

trạng thái quá nhiệt và tuần hoàn liên tục vào hệ thống, và di chuyên dưới tác dụng của luồng hơi

quá nhiệt (157 — 166°C) chuyển động cùng chiều với vận tốc rất cao Dòng hơi đưa nhiệt độ

flakes lên khoảng 77 — 88”C trong vòng 3 giây, trong khi đó nhiệt độ bay hơi của hexane là 65”C

Bởi vì flakes đi vào thiét bi flash desolventizer v6i ham 4m thap, trong khoảng thời gian ngắn nên hiện tượng protein bị biến tính rất ít xảy ra Khi flakes di chuyển qua ống dài tới buồng bốc, một

lượng lớn dung môi được tách ra Flakes sau khi tách dung môi được thu hồi thông qua cyclone,

va di thang tới thiết bị khử mùi nhăm loại bỏ dấu tích của dung môi

Trang 16

Bộ phận gia nhiệt hơi Bã đệunành „ Lòng hơi tù sau tach béo „em cao áp ị ƒ2 „Dòng hơi đi ra luận phiền | Bộ phần phần tách Ae hơi (buồng bốc)

ĐỘ niên HP sợi (khử mi) wo Deng fake da / Bom cae ap

tach dung moi

Cyclone ~ i fnì „Không khí

thu hoi G Lamlanhsp “ Luan phién tach dung

San pham flake di ” với

raco PDI cao

Hinh 7 : Hé thong flash desolventizer

Hệ thống vapor desloventize: hé théng giédng nhu hé théng flash desolventizer 6 ché hoi hexane cung cấp năng lượng nhiệt cho quá trinh Flakes tiép xúc với hơi nóng hexane trong thiết bị dạng trống năm ngang được trang bị với một băng tải

San phẩm flakes ra khỏi các hệ thống này có khả năng hòa tan cao, PDI (protein dispesibility index) cd thé dat 90 Tuy nhiên chưa ức chế được hoàn toàn hoạt động của một số chất bất lợi

như chất ức ché trypsin, enzyme urease vx Nghiền

Mục đích: chuẩn bị cho quá trình trích ly protein về sau

Thực hiện: dùng thiết bị nghiền búa, sản phẩm của quá trình phãi đặt ít nhất 95% di qua ray U.S

10-mesh, nhiều nhất 3-6% đi qua rây U.S 80 mesh %* Thành phân của bột đậu nành tách béo

Bảng 5 : Thành phần hóa học của bột đậu nành tách béo

Trang 17

Chất xơ hòa tan 2

Chât xơ không hòa tan 16

Tro 5-6

Protein trong bột đậu nành tách béo chiêm khoảng 40-56% so với tông chât khô Bảng 6 : Thành phần các acid amin có trong bột đậu nành tách béo

(Nguôn: FAO corporation document repository) Acid amin Thành phân (mg/100ø bột) Tryptophan 683 Threonine 2042 Isoleucine 2281 Leucine 3828 Lysine 3129 Methionine 634 Cystine 757 Phenylalanine 2453 Tyrosine 1778 Valine 2346 Arginine 3647 Histidine 1268 Alanine 2215 Aspartic acid 5911 Glutamic acid 9106 Glycine 2174 Proline 2750 Serine 2725

Chat béo : dù đã tách béo nhưng thành phần chất béo còn sót lại chiếm từ 0.5 — 1% so với tông chất khô Đây là thành phần không mong muốn trong quá trình cô đặc dung dich protein bằng membrane bởi vì chúng bao bọc bề mặt membrane và làm cho membrane bị tắt nghẽn, dẫn đến hiện tượng fouling (hiện tượng tắc nghẽn membrane trong quá trình vận hành)

Hydrocarbon : chiém khoảng 30 — 32% so với tồng lượng chất khô Hydrocarbon gồm các loại đường (sucrose, glucose, fructose .) chiém khoang 14%, xo khéng tan chiém 16% và xơ hòa tan chiếm 2% Các loại đường và xơ hòa tan sẽ hòa tan vào nước va di qua membrane trong quá trình cô đặc bằng membrane Đối tượng cần quan tâm là xơ không hòa tan Chúng giữ lại trên màng và có thê gây hiện tượng fouling Vì thế, giảm lượng xơ không hòa tan trước khi

thực hiện quá trình cô đặc membrane là cần thiết,

Trang 18

Ứng dụng của protein concentrate và protein isolate trong CNCB thịt và các sản phẩm từ thịt tượng fouling Các loại khống khơng tan được giữ lại trên bề mặt màng và cũng có thê gây hiện tượng fouling

Bang 7 : Thành phần khoáng có trong đậu nành

(Nguon: Clyde E Stauffer, PhD, Soy protein in Banking, Technical Food Consultancy, 2005) Cac loai khoang Thanh phan (mg/g bot) Ca 285 Fe 8.2 Mg 285 P 675 K 2090 Na 9 Zn 4.1 Cu 1.6

2.1.2 Nguyên liệu whey protein se _ Giới thiệu nguyên liệu whey

Whey : chất lỏng màu vàng (greenish-yellow) được tách ra từ quá trình sản xuất phô mai và casein, là một trong những nguồn protein thực phẩm lớn nhất vẫn còn phố biến ngoài kênh tiêu thụ của con người

Có hai loại protein cơ bản là whey ngọt và whey acid Cả hai đêu có nguôn gôc từ quá trình sản xuât phô mai và casern

—_ Whey acid có pH < 5.1, thu được từ quá trình đông tụ casein (bằng phương pháp sử dụng acid) hay trong quá trình sản xuất các loại phô mai như cottage, phô mai cream (bang

cách acid hóa trực tiếp) Người ta bố sung vào whey để hiệu chỉnh đến pH 4.6 (pH dang

điện của protein) Whey acid có thể sử dụng trong thưc ăn nhanh, salad, dressings hay các món ăn khai vi lạnh

— Whey ngot màu vàng nhạt hoặc không màu, đã loại bỏ phần lớn nước từ dịch whey thu được trong quá trình đông tụ casein bằng enzyme rennin Whey ngọt được sử dụng khá

phô biến trong công nghệ thực phẩm Chúng thường có pH trong khoảng 5.8 — 6.3

Ngoài ra còn có whey khoảng (DW), và whey giảm hàm lương lactose (RLW) DW thu được băng cách loại phần lớn khoáng từ dịch whey đã được thanh trùng Có thể loại bằng phường pháp trao đơi ion, thành phần khống còn lại trong DW không vượt quá 7% (USDEC, 2003) Ứng

dụng đầu tiền của DW trong thực phâm là tạo cầu trúc như thức ăn dành cho trẻ, thực phâm dành

Trang 19

và hàm lượng khoáng đóng vai trò quyết định RLW 1a san phẩm có mau cream đến cream tối, được sản xuất bằng cách sấy khô dich whey sau khi loại lactose Thành phần lactose được tách băng phương pháp vật lý như lắng, lọc, thâm tách Dang whey này ngày càng được dùng phố

biến như là một thành phần dinh dưỡng trong cách sản phẩm như thức uống dạng bột, nước sốt, thịt, bánh nướng (USDEC,2003) Cho đến nay, mặc dù lượng protein hồn hảo khơng đủ cung cấp cho thế giới, nhưng một lượng lớn dịch whey bị lãng phí Whey là nguyên liệu để sản xuất whey protein concentrate, whey protein isolate và whey protein hydrolysate Thanh phan

Bang 8 : Thanh phần hóa học của whey

Thành phân Chesese whey (%) Casein whey (%) Tổng chât khô 6.4 6.5 Nước 93.6 93.6 Chât béo 0.05 0.04 Protein thực 0.55 0.55 Nito phi protein 0.18 0.18 Lactose 4.8 4.9 Tro 0.5 0.8 Acid lactic 0.05 0.4 (Nguén: Bylund G., Dairy processing handbook, Tetra-Park processing systems AB pulisher, Lund, 1995)

Whey chiếm khoảng 80 — 90% tông thể tích sữa đưa vào sản xuất và chứa khoảng 50%

chất dinh dưỡng có nguồn gốc từ sữa nguyên chất như: protein hòa tan, lactose, vitamin và

khoáng

Whey thường được pha loãng với nước Bảng 8 cho biết thành phần của whey không pha

loãng

Protein : whey protein là loại protein hoàn hảo có chất lượng cao do chứa một lượng lớn tất cả các acid amin không thay thế, có khả năng hòa tan cao

Trang 20

Ung dung cua protein concentrate va protein isolate trong CNCPB thịt và các sản phẩm từ thịt Bovine serum albumin 5 Lactoferrin <1 Lactoperoxidase <1 Casein macro peptide 10

Whey protein sữa được cấu tạo chủ yếu bởi hai thành phan: ơ-lactalbumin và ÿ-

lactoglobulin B-lactoglobulin là thành phần chính chiếm nhiều nhất trong whey protein, với khối

lượng phân tử là 36000

Hình 8 : Cấu trúc của B-lactoglobulin (trái) và œ-lactalbumin (phải) e _ Xử lý whey trước khi đưa vào sản xuất

6

5

1 Bồn chứa dịch whey

2 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng

3 Thiết bị lọc ly tam Whey

4 Bồn thu hồi casein EEE Casein

5 Thiết bị ly tâm tách cream —— Cream

6 Bồn chứa cream BEEENE Môi trường nhiệt

7 Dich whey thu được để xử lý tiếp

Hình 9 : Quy trình tách casein và tách béo

Trang 21

Trước khi đưa vào sản xuất, người ta phải có các quá trình xử lý như tách béo và casein sót, sau đó làm lạnh hoặc thanh trùng Đáng chú ý là whey cần phải được xử lý ngay sau khi thu nhận vì thành phần hóa học của whey thích hợp cho sự phát triển của vi khuẩn Do đó có thể làm

lạnh nhanh dịch whey xuống 5°C để hạn chế sự phát triển của vi khuẩn

Y Tach béo va casein sét

Casein luén tén tai trong dich whey do quá trình đông tụ chưa hoàn toàn Chúng ảnh hưởng đến quá trình tách béo, do đó phải được tách ra trước Có thê áp dụng nhiều phương pháp tách, chắng

hạn như tách bằng thiết bị ly tâm hoặc lọc

3x liệu

Civa thao pha

Cửa tháo pha nhẹ

nặng

Chong dia hình non

Dia phan phei

Naan chita pha ran

Hinh 10 : Thiét bj ly tam dang dia

Nguyên lý hoạt động

Day là dạng thiết bị hoạt động liên tục

— _ Tốc độ ly tâm: 2000 — 3000 vòng/phút

— Thời gian ly tâm: 10 — 15 phút

Dịch whey được nạp vào máy ly tâm, dưới tác dụng của lực ly tâm, dịch whey bị tách thành 2 phan:

— Phan whey cream va casein (hàm lượng chất béo cao nên có khối lượng riêng nhỏ)

chuyển động về phía tâm của trục thùng quay

— Phần whey đã tách kiệt béo (hàm lượng chất béo rất thấp nên có khối lượng riêng lớn)

chuyên động về phía biên của thùng quay

Tốc độ quay của thiết bị phải Ôn định thì mới tách kiệt béo trong dịch whey

Trang 22

Cuối cùng ta thu được hai dòng sản phẩm: dong whey cream — casein và dòng dịch whey đã tách kiệt béo theo các kênh riêng thoát ra ngoài

vx Làm lạnh hay thanh trùng

Whey dự trữ để chế biến cần được làm lạnh hay thanh trùng ngay khi chất béo được tách ra Quá

trình làm lạnh và thanh trùng đều sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng Để bảo quản whey

trong thời gian ngắn (10-15 giờ), có thể làm lạnh dịch whey về 4°C để ức chế sự phát triển của vi sinh vật Nếu muốn bảo quản whey trong thời gian dài, ta phải thanh trùng dịch whey Whey

được thanh trùng ở 72.8°C trong 15 giây và sau đó được giữ lạnh ở 1.7 - 4.4°C Có thể bảo quản

trong ba ngày

Trang 24

s* Giải thích quy trình e Trích ly protein

— Bột đậu nành đã tách béo được hòa cùng với môi trường trich ly bằng cách khuấy trong

bình nhiệt Môi trường trích ly là nước, chất kiềm như NaOH, vôi, ammoniac hay trisodium

phosphate được thêm vào để điều chỉnh pH lên pH trung tính hay kiềm nhẹ Với những điều kiện

như vậy, phần lớn các protein sẽ hòa tan Đường và các chất tan khác cũng bị hòa tan

— Nếu tăng giá trị pH ta sẽ trích ly được nhiều protein hơn, tuy nhiên trong môi trường kiềm

mạnh, protein được trích ly có thể xảy ra các biến đổi hóa học không mong muốn như sự biến

tính protein và sự thay đôi tính chất hóa học của acid amin pH quá cao cũng hỗ trợ tương tác protein — carbohydrate, làm mất giá trị dinh dưỡng Hơn nữa, protein được kết tủa từ môi trường hơi kiềm có xu hướng giữ lại quá nhiều nước, và không lắng tốt Trong thực tế pH thay đổi trong khoảng 7.5 — 9 là phố biến nhất Trong công nghiệp, thời gian trích ly thường là 1 giờ, nhiệt độ

60°C, hiệu suất trích ly protein tăng đáng kể khi nhiệt độ tăng lên 80°C Tý lệ rắn/lóng thay đổi

trong khoảng 1:10 và 1:20 e Tach và xử lý dịch trích

Sau thời gian trích ly, hỗn hợp được đưa qua thiết bị ly tâm thứ nhất để tách phần dung dịch

hòa tan gồm có protein và oligosaccharides Phần rắn thu được sau ly tâm (chủ yếu là xơ) được loại bỏ Dịch trích chứa một lượng đáng kế các thành phần nhỏ từ bột đem trích ly, chúng cần

phải được loại bỏ trước khi kết tủa, đây là một quá trình cần thiết để thu nhận khối đông từ đòng

tinh sạch thu được

Bảng 10 : Ảnh hưởng của việc gạn lọc dịch trích lên độ tinh sạch của khối đông SPI

Mesh của sàng dùng % protein ( N x 6.25) trong dé tach chat ran khối đông sấy khô 20 83.2 40 83.9 60 84.5 80 85.8 100 88.7 140 89.5 200 91.2 Ly tam 93.3

e Acid hoa va dong tu

Protein được kết tủa từ dịch trích băng cách giảm pH xuống vùng đắng điện Thường

dùng HCI, đưa về pH 4.5 pH và nhiệt độ sử dụng trong quá trình kết tủa không làm ảnh hưởng đến hiệu suất cũng như giá trị dinh dưỡng, tính chất chức năng của sản phẩm

Trang 25

e Phan tách và rửa khối đông

Protein kết tủa được tách ra khỏi phần nồi (whey) bằng lọc hay là ly tâm Khối đông được rửa để loại bỏ các chất cặn của dịch whey Qua trinh nay có thé duoc thuc hién bang cach tao

dung dịch huyền phù khối đông trong nước rồi ly tâm hay lọc thùng quay hay băng tải Việc rửa là qua trọng nhất đề thu SPI tỉnh sạch hơn Sau đó khối đông được đưa về pH 7, qua đồng hóa rồi

đi vào thiết bị sấy phun e Say

Phương pháp thường được sử dụng để sấy khối đông đã rửa là sấy phun Nhiệt độ không

khí nóng đầu vào là 157°C đầu ra 86°C Sản phẩm có hàm 4m 4-6%, lượng protein hòa tan chiếm

trên 90%

Hình 12 : Mô hình thiết bị sản xuất SPI

Hiệu suất SPI là 30-40% dựa trên đơn vị khối lượng bánh hay bột soy tách béo hay 60%

protein trong bánh đậu nành

Trang 26

Ung dung cua protein concentrate va protein isolate trong CNCPB thịt và các sản phẩm từ thịt Gia nhiét Phun hoi Làm nguội Ly tam Dich long Say phun Hinh 13 : Quy trinh san xuat WPC

Gém hai công đoạn chính là thu nhận protein va say dịch thu nhận được

Nhìn chung whey protein không bị kết tủa bởi men dich vị hoặc acid Tuy nhiên có thê

kết tủa chúng với acid nếu làm biến tính chúng trước bởi nhiệt

Whey sau khi xử lý được gia nhiệt bằng thiết bị trao đôi nhiệt dạng bản mỏng, nhằm mục đích biến tính sơ bộ dịch whey, chuẩn bị cho quá trình phun hơi Nhiệt độ dịch whey sau khi ra

khỏi thiết bị gia nhiệt khoảng 40°C

Trang 27

Sau đó dịch whey đi qua thiết bị phun hơi, mục đích của quá trình này là kết hợp với quá trình chỉnh pH về sau, nhằm biến tình hoàn toàn protein trong dịch whey Nhiệt độ dịch whey sau

quá trình phun hơi là 90 — 95°C

Kế đến ta chỉnh pH của dịch whey về 4.6 bằng acid lactic hoặc acid HCI, kết hợp bổ sung

acid trong quá trình giữ nhiệt Dịch whey chứa protein đã bị biến tính sẽ đi qua thiết bị làm nguội

về 40°C, và qua thiết bị ly tâm để tách protein Nồng độ dịch whey protein biến tính thu được

khoảng 45 — 55%

Cuối cùng là quá trinh sấy phun nhằm thu nhận WPC, có độ âm nhỏ hơn 5%

%* Cúc vấn đề của quy trình truyền thong

e Ưu điểm: rẻ tiền, việc dùng HCI có thê ức chế vi sinh vật ở áp suất thấp

e Nhược điểm — Thời gian dài

— Hiệu suất thu hồi protein thấp: do bị tốn thất trong quá trình sản xuất (thông thường tỉ lệ

thu hồi khoảng 60 — 70 % protein nguyên liệu ban đầu)

— Soy Protein Isolate (SP) thu được đôi khi rất nghèo protein hòa tan do đó làm giảm tính chất chức năng do protein có thể bị biến tính trong điều kiện khắc nghiệt (trích ly với cồn hay

kiềm, xử lý nhiệt, kết tủa hay ly tâm)

— Việc điều chỉnh pH về môi trường kiềm có thê làm giảm chất lượng protein vì có thể xảy

ra các phản ứng không mong muốn như: sự racemic hóa các acid amin, hình thành lysinoalamine

bởi phản ứng của lysine với dehydroaliamine được tạo ra bới sự thoái hóa của cysteine và serine,

làm giảm khả năng hấp thu đồng thời làm mất một số acid amin (Liener, 1994) Mặt khác, xử lý acid, kiềm còn gây ra nguy cơ tăng hàm lượng muối trong sản phâm Ngoài ra, một số protein không đông tụ như albumin và môt số protein tan trong acid bị tôn thất (khoảng 10% lượng protein trong dich trích ban đầu) Sự tốn thất này có thể gây bất lợi đến giá trị dinh dưỡng và tính chất chức năng của sản phẩm cuối cùng do đó làm ảnh hưởng đến lượng protein tổng và lượng acid amin

— Hơn nữa, SPI sản xuất bằng phương pháp truyền thống vẫn giữ lại môt lượng lớn acid phytic Do khả năng tạo phức của phytate với protein và khoảng hình thành phức protein-khoáng hoặc phức protein-khoáng-phytate nên sự có mặt của chúng làm giảm khả năng hấp thu khoáng của con người cũng như làm giảm giá trị sinh học của protem

— Một thể tích dòng nước thải được tạo ra làm mất đáng kê protein và các thành phần có giá trị khác Ngoài ra đây còn là nguồn ô nhiễm đáng lo ngại nếu không có biện pháp xử lý thích hợp (Lin và cộng sự, 1974)

Trang 28

2.3 Phương pháp sử dụng membrane

s* Giới thiệu mermbrane

e Dinh nghia membrane

Membrane là loại màng đặc biệt có thê phân riêng một cách chọn lọc các cầu tử có kích thước khác nhau, từ những hợp chất cao phân tử như tỉnh bột, protein cho đến các chất có kích thước phân tử thấp như các 1on hóa trị một

Membrane đóng vai trò vật ngăn để phân riêng các cấu tử, áp suất là động lực đuy nhất trong kỹ thuật phân riêng băng membrane Do sự phân riêng được thực hiện ở mức phân tử hoặc ion nên đối tượng của quá trình thường không phải là hệ huyền phù mà là những dung dịch chứa các câu tử hòa tan có phân tử lượng khác nhau Kết quả của quá trình phân riêng sẽ cho ta hai

dòng sản phẩm:

— Dòng sản phẩm qua membrane được gọi là permeate — Dòng sản phẩm không qua membrane được gọi là retentate

° Các kỹ thuật membrane

Age seat + Nich tiurfte am

Reverse Osmosis (RO) 30-60 10-4 - 10-5

Nano Filtration (MF 20-40 jo 40-2

Trang 29

v« Kỹ thuật vỉ lọc - ME (Microfiltration)

Kỹ thuật vi lọc được áp dụng để loại các chất không tan trong dung dịch như huyền phù, vi sinh vật Dường kính lỗ mao quản của membrane ME trung bình vào khoảng 200 nm Kỹ thuật vi lọc có áp suất làm việc thấp nhất trong các kỹ thuật phân riêng bằng membrane, thường dao động trong khoảng 0.3 — 1 bar Đây là kỹ thuật được áp dụng khá phô biến trong chế biến thực phẩm

như tách vi sinh vật từ sữa, nước trai cay

v« Kỹ thuật siêu lọc — UF (Ultrafiltration)

Kỹ thuật siêu lọc là quá trình phân riêng chọn lọc các hợp chất với áp suất làm việc vào

khoảng 1 — 10 bar Đường kính mao quản trung bình từ 2 đến 50 nm Kỹ thuật siêu lọc được áp

dụng để tách protein, chất nhuộm, và các hợp chất có khối lượng phân tử lớn hơn 10000 Dalton

v Kỹ thuật lọc nano - NF (Nanofiltration)

Trong kỹ thuật lọc nano, mao quản có đường kính trung bình khoảng 2 nm Áp suất làm việc trong quá trình lọc nano cần phải cao, thông thường từ 20 — 40 bar Kỹ thuật này được áp dụng trong quá trình cô đặc đường, các dung dịch chứa muối hóa trị hai, chất màu hay các hợp chất có khối lượng phân tử lớn hơn 1000 Dalton

v Kỹ thuật thẫm thấu ngugc — RO (Reverse Osmosis)

Thâm thấu ngược là quá trình phân riêng có sử dụng áp suất để đây dung môi từ vùng có nông độ chất tan cao qua màng membrane đến vùng có nông độ chất tan thấp bởi việc áp đặt một áp suất lớn hơn áp suất thâm thấu Đây là sự ngược của quá trình thâm thấu — là sự đi chuyển tự nhiên của dung môi từ vùng có nồng độ chất tan thấp qua màng membrane đến vùng có nồng độ chất tan cao khi không có áp suất áp đặt vào Membrane ở đây là màng bán thâm, có nghĩa là nó cho sự đi qua của dung môi nhưng không cho dung dịch đi qua

Kỹ thuật này sử dụng membrane có đường kính lỗ mao quản nhỏ hơn 1nm, nên có khả

năng tách các câu tử có kích thước nhỏ như các ion như Na”, CT ra khỏi dung dịch Vì vậy, áp

suất làm việc trong kỹ thuật này phải đủ lớn (15 — 70 bar), để thắng áp suất thâm thâu trên bề mặt màng

Trang 30

2.3.1 Sản xuất Whey protein isolate

Stage 7: Recovery of Virgin Whey by Microfitration

SUS HPSS RH TERE H TEETH ETE HTT Ee Skit nik ———— pH adjustment Ì Mierofiltratiotf ˆ Acidifiad — 5q.Ø ID a * F « 8 Skim milk a Whey proteins- | Cheasamaking depleted process MF retentate Glucans ———————— é-lactone ` L LH Lˆ Ặ L Peer ete ere eR RRR RSH RTH PREP Heer eee eee ere eee ee Virgin Whey 5.31 20.04% TS Phosphate buffar 0.32 20.01% WP {four diavalumes, (6.03% WP, dry basis) pH = 6.6) Siege 2: Initia/ Ultrafiltration and Disfitration of Virgin Whey | -—————> Reduced lactose ng 311911999101539018150n0 150511509 59679 cxn n3 900 9 91h v61 + coneantrated virgin : comcentrated | i ———— 5 whey _virgin whay =- ae a : het “““*( Diafitration ¡ 3 8.26 + 0.03% TS, 3 ¬ l121#008%TS5, 1 ete | 2 6,3320,02% WP : -*” | 3.81=0.01% WP Lot" | i¢@ V —†-—+ Ultrafitratểr (93 851% WE ch a ae : (667% WP, ary basis) : 45 “GC MOF © 13 ae : : 5, basis) 3 CRESS PERE HERES SHS ESS SRR SKR TSHR TORE SHEET v a Lactose rich Parmeate permeate Stage 3: Final Ultrafitration of Diafiteread Virgin Whey Liquid Virgin —T — : Whey Protein l : : Concentrate : ` Utafitrati on 7 (LVWPC) : 45°C, MOF =5 : 28.14+0.18% T8, | Ys 11 72 *ủ 298% VVPE L- s -ˆ .-ˆ.- - §8se#ttde5°§&§W€£*€ 4s#*“.kœ&*£ (90.78% WP, dry basis) (oH = 6.1) Parrxaata

Hình 15 : Sơ đồ sản xuất LVWPI (Liquid virgin whey protein isolate) Bước 1 : Thu héi whey nguyén bang vi loc

Hệ thống MF la hé thống tuần hoàn, được tạo hình để hoạt động ở một chênh lệch áp suất ồn định (UTMP) và gồm có 38 thành phần membrane ceramic với kích thước lỗ biểu kiến là 0.1m Các thành phần này dài 1.02m, tạo ra một diện tích lọc hiệu quả là 9.2m Quá trình lọc

được bắt đầu bởi sự tuần hoàn của 130kg nước tỉnh sạch bằng RO, lượng nước này tương ứng với lượng tối đa của hệ thống ME Nước được tuần hoàn cho đến khi thiết bị ôn định ở 50°C và đạt

Trang 31

lactfone, được nhập liệu vào hệ thống MF Nước RO pha loãng sữa gầy, tạo dòng permeate với

lưu lượng ban đầu khoảng 115 kg h m” Dòng retentate được cô đặc tới chỉ số cô đặc khối luong (mass concentration factor — MCF) bang 8 Thu duoc khoang 1025 kg whey nguyên, giữ ở 45°C và sau đó được sử dụng cho công đoạn tiếp theo

Membrane dạng ống

Kích thước lễ 0.1 um

Diện tích lọc 9.1 m”

Bước 2 : Siêu lọc lần đầu và lọc DEF whey nguyên

Quá trình cô đặc bằng siêu lọc được thực hiên bởi membrane polysulfone (PS?) dạng cuộn xoắn (SW) với khối lượng phân tử lọc và tông diện tích memebrane lần lượt là 10 kDa và 5.9 nổ Nó được vận hành ở nhiệt độ không đôi 45°C, vận tốc 0.5 m s”, Áp suất vào và ra của dòng retentate được đuy trì ở 475 và 200 kPa tương ứng, tạo ra một chênh lệch áp suất trung bình 275 kPa Quá trình siêu lọc tiếp tục cho tới khi MCF khoảng 13 và nồng độ của whey protein khoảng

3%

Sử dụng cùng hệ thống cuộn xoắn, dòng retentate được qua hệ thống lọc DF sử dụng

dung dịch đệm, để duy trì pH khoảng 5.9 — 7.9 Hệ đệm này được chuẩn bị từ 0.2M NaH;PO¿ và

0.2M Na;HPO¿ với tỉ lệ thé tích 7:1 và được pha loãng bởi 67% (v/v) nước RO Dung dịch đệm giúp duy trì pH của dòng retentate 6.0

Membrane dang cuén xoan Phân tử lượng 10 kDa

Diên tích lọc 5.9 m”

DF là phương pháp pha loãng tiếp phần retentate còn lại ở trên màng sau quá trình siêu lọc rồi cho hỗn hợp đi tiếp qua membrane Phương pháp này giúp loại thêm những chất còn sót lại trên màng (như lactose và tro) mà đáng lẽ chúng phải được loại ra theo dòng permeate, nhờ đó là giảm được những tạp chất không mong muốn và tăng độ protein lên đến 80%

Có hai phương pháp DF

+ Gian doan: discontinuous diafiltration (DDF): nuéc bom vao gidn đoạn để rửa phần

retentate Phương pháp này rất linh động trong việc điều khiển nồng độ tạp chất cần giảm và luong protein mong muon

Trang 32

+ Liên tục: continuous diafiltration (CDF): nudéc duoc bom vào liên tục Tốc độ dòng nước bơm vào bằng tốc độ dòng permeate đi ra | | Permeate Don , & Retentate vao | | Retentate

Nước bơm vào Sản phâm đã

dé loc DF loai tap chat

Hinh 16 : M6 hinh Diafiltration Bước 3 : Siéu loc cudi whey nguyén da loai lactose

Ngay sau khi loc DF, khoang 33 kg của dòng retentate được nhập liệu vào hệ thống

membrane dang soi voi phan tử lượng lọc 10 kDa và tông diện tích lọc 2.9 mí, Quá trình lọc

được thực hiện ở 45”C và vận tốc 2.0 m sˆ” Dòng permeate thông với khí quyền trong khi áp suất vào và ra của dòng retentate được duy trì lần lượt là 300 và 170 kPa Điều này tạo chênh lệch áp suất là 130 kPa Quá trình lọc tiếp tục cho tới khi MCF khoảng 5, tạo ra tông MCF khoảng 65

Membrane dạng sợi Phân tử lượng 10 kDa

Diện tích lọc 2.9 m”

Trang 33

2.3.2 Sản xuất soy protein isolate Bột đậu nành đã tách béo Hòa tan Ly tâm JN Loc RO Loc UF Say phun Hinh 17 : San xuat soy protein isolate e Hoa tan v Mục đích Hòa tan protein trong đậu nành đã tách béo dung dịch Biến đỗi

- Vật lý: sự thay đôi về thê tích, khối lượng tăng

- Hóa học: phần lớn protein trong bã đậu nành sẽ hoà tan vào dung dịch NaOH, tuy nhiên nếu ở

pH cao có thể xảy ra sự racemic hóa, các acid amin chứa lưu huỳnh như cys, cystin bị phá hỏng, arg bị phân hủy một phần thành ornitin và ure, ở pH cao cũng có thể thúc đây phản ứng maillard Xảy Ta

- Sinh học: một số vi sinh vật có thể bị ức chế trong môi trường kiềm

- Hoá sinh: một số enzym bị vô hoạt

Trang 34

* Thực hiện

Cho đậu nành đã tách béo vào bồn hình trụ, trong bồn có lấp cánh khuấy, motor được lấp phía trên và thiết bị duoc thao ra từ của đáy vx Thông số công nghệ -pH=7.7-9 -+= 45 - 60 phút -T=55 - 60C e Ly tam v Mục đích - Khai thác: loại bỏ bã lọc ra khỏ!1 dịch sau khi nghiền, thu nhận dịch chiết, làm sạnh, nâng cao chất lượng dịch chiết v Biến đổi

- Vật lý: sự thay đôi về thể tích, khối lượng giảm

- Hóa học: có tôn thất một ít protein, vitamin, chất màu theo bã lọc - Hóa lý: thay đôi trạng thái từ đung dịch dạng huyền phù sang lỏng - Sinh học: một số vi sinh vật bị loại bỏ theo bã lọc v_ Thiết bị lọc ly tâm Cấu tạo ———= = = 1 Ông cấp dịch ⁄ BH 2 Ống tháo dịch } No 3 Ống tháo bã | i 4 Màng lọc Zz 1 5 Ba 4 5 r “ 6 Trục vít xoăn Hình 18§ : Thiết bị lọc ly {I Nguyên tắc hoạt động

Loại máy ly tâm này dùng để tách pha răn và pha lỏng ra khỏi dung dịch huyền phù sệt

Dịch huyền phù được bơm vào ống nhập liệu đến buồng lọc Trục vis xoắn quay tạo ra lực ly tâm

làm cho các hạt rắn chuyển động ra khỏi tâm buông lọc và va vào thành thiết bị Những hạt rắn

này sẽ được trục vis đây về ống tháo bã Phần lỏng còn lại tiếp tục qua màng lọc theo ống tháo

sản phâm ra ngoài

Trang 35

Yếu tô ảnh hưởng : tính chất bã

e Siêu lọc

vx Mục đích : khai thác v Biến đối

- Hóa học: protein bị giữ lại trên màng siêu lọc

- Hóa lý : protein bỉ giữ lại trên màng vi loc tao ba ran va dung dich di qua mang vi loc - Sinh hoc: vi sinh vật bị giữ lại trên màng vi lọc vx Thiết bi Nguyên tắc hoạt động La | — | — 5 1 Mang loc thé 2 Mang siéu loc 1 6 N 3 Khuay tir 2 e 4 Binh tao ap tT 5 Bộ chọn lọc e = 6 Bình chứa Hình 19 : Thiết bị lọc

Dưới tác dụng của áp suất được tạo ra từ bình tạo áp suất, nguyên liệu được chuyển đến màng lọc

thô, ở đây những tạp chất lớn được giữ lại, dung dịch qua màng lọc thô sẽ đến màng siêu lọc, quá trình lọc được thực hiện ở ap suất là 3 bar, bã lọc được lay ra ngoai

v Thông số công nghệ

- Mao quản có đường kính trung bình khoảng 2 nm

- Áp suất thực hiện quá trình là 3 bar - pH trung tính

Trang 36

e Say phun

vx Mục đích

- Chế biến: tạo ra sản phẩm là soy protein isolate đạng bột mịn

- Bao quan: sau say san pham có hàm âm thấp (<5%), trong thời gian ngắn nhưng tác nhân sẫy ở

nhiệt độ cao, nên vi sinh vật khó phát triển, do đó bảo quản sản phẩm được lâu

v Biến đổi

- Vật lý: có sự giảm về khối lượng do nước bay hơi

- Hoá học: hàm âm giảm nhanh chóng Có thê xảy ra sự phân huỷ các chất mẫn cảm với nhiệt độ

như mùi, hương Nhiệt độ cao cũng có thê gây biến tính một số protein nhưng do thời gian sẵy

ngắn nên sự biến đôi này là không đáng kê - Hóa lý

+ Sự bay hơi nước và các chất dễ bay hơi dưới tác động của nhiệt độ cao

+ Có sự chuyền pha: dung dịch protein sau quá trình sấy phun sẽ có dạng bột

- Hoá sinh: một số enzyme có thể bị vô hoạt hoặc giảm hoạt tính bởi nhiệt độ nên sẽ làm giảm

các phản ứng do enzyme xúc tắc

- Sinh học: một số vi sinh vật bị tiêu điệt hoặc ức chế Tuy nhiên, đo thời gian lưu trong buồng

say la rat ngắn nên các biến đơi về hố sinh và sinh học là không lớn lắm

v_ Thiết bi say phun

Gôm 3 giai đoạn chính

- Phun sương : đây là gia đoạn phân tắn dòng nhập liệu thành những giọt suơng nhỏ hi t1

- Trộn mẫu và tác nhân sấy: khi đó xảy ra quá trình bốc hơi nước trong mẫu - Thu hồi sản phẩm Cấu tạo thiết bị - Quạt, - Bộ lọc khí - Calorifere - Thap say phun - Bom - Voi phun - Bang tai - Cyclon thu héi san pham Nguyên tắc hoạt động

Nguyên liệu từ bồn chứa sẽ được bơm và phun sương vào tháp sấy Trong khi đó, không khí

được quạt hút qua bộ lọc khí vào calorifere rồi vào tháp say Bột protein được làm khô rất nhanh

Trang 37

thành các hạt mịn có kích thước khoảng 150nm Các hạt lớn, nặng hơn rơi xuống đáy tháp và theo băng tải ra ngoài Các hạt mịn bị cuốn theo đòng khí và được tách ra tại một cyclon khác PHS ¬—_ H —- >

Hình 20 : Thiết bị sấy phun

v' Các thông số ảnh hướng đến quá trình sấy phun

- Bản chất vật liệu say: nong độ chất khô, thành phần hóa học, các liên kết hóa học

- Nhiệt độ tác nhân sấy

- Kích thước, số lượng và quỹ đạo chuyên động của các hạt nguyên liệu trong buồng sấy

vx Thông số công nghệ

- Nhiệt độ không khí vào: 170 — 200C - Nhiệt độ không khí ra: 90 — 100C

- Thời gian lưu của các hạt trong buồng sấy: 5s

- Độ âm vật liệu sau khi sấy: 3 — 4%

- Đường kính hat: 95% < 150 um

s* Các van để của quy trình sử dụng mermbrane

e Uudiém

— _ Siêu lọc được nghiên cứu và thừa nhận là một quy trình ôn hòa để cô đặc soy protein, protein dugc thu nhan trong khi cac oligosaccharides va khoang được loại bỏ trong dòng permeate qua membrane

— San pham của quá trình siêu lọc đã cải thiện được những tính chất chức năng hơn so

với phương pháp truyền thống sản suất SPI vì không sử đụng các chất hóa học quá mức

—_ Không tạo ra phế phâm giống whey, đồng thời còn tận dụng được các protein và các

thành phần có giá trị khác nhờ quá trình thâm thâu ngược

Trang 38

— Ham luong tro thấp hơn so với quy trình truyền thống e Nhược điểm

— _ Tốc độ dòng permeate sẽ giám theo thời gian khi các thành phần của nguyên liệu vào chồng chất trong ống mao quản cia membrane ciing nhu bề mặt của membrane Trong một số

trường hợp, việc giảm tốc độ dòng có thể rất quan trọng làm cho quá trình membrane không phù

hợp với sự phân lập protein e Biện pháp cải thiện

Một phương pháp có hiệu quả để tách các oligosaccharides là kết hợp UF va diafiltration

Khi membrane 50kDa được sử dụng, hầu như toàn bộ protein hòa tan được thu nhận

Trang 39

Chương 3 : ỨNG DỤNG PROTEIN CONCENTRATE và ISOLATE 3.1 Khả năng chống oxi hóa

3.2 Sản phẩm thịt

3.3 Bảo vệ muối iod trong quá trình chế biến thịt

3.4 Ứng dụng trong xúc xích hun khói hàm lượng béo thấp 3.5 Sử dụng WPI làm chất bao tinh dầu bạc hà

Trang 40

Trong công nghiệp thịt, soy protein là protein thực vật thường được sử dụng nhất, do giá trị sinh học, tính chất như là chất nhũ hóa, chất Ôn định và tăng khả năng giữ nước và cải thiện cầu trúc của sản phẩm cuối cùng Cụ thể, soy protein tạo cấu trúc được sử dụng để nhũ hóa các sản phâm thịt (xúc xích, pate ), các sản phẩm thịt nghiền thô (xúc xích Italia ) và thịt viên

Hơn nữa, các đặc tính của protein sữa có vai trò quan trọng cho việc hình thành của sản

phẩm thịt liên quan tới khả năng giữ nước, cô định cấu trúc và kiểm sốt tính ơn định, cải thiện

màu sắc và sự gia tăng của các tính chất nhận cảm Đặc biệt quan trọng là đặc điểm tạo gel và

khả năng liên kết béo, liên kết nước cao của nó Whey protein concentrate (WPC) có thuận lợi

hơn sữa khô không béo do không tạo mùi sữa đun cho các sản phẩm thịt chế biến 3.1 Khả năng chống oxi hóa

Oxi hoa chất béo là một trong những yếu tố giới hạn chính cho chất lượng và khả năng chấp nhận của thịt và các sản phâm thịt Quá trình này dẫn tới mất khối lượng, tạo ra màu và mùi không mong muốn, và hình thành các độc tổ tiềm ân R H,O z Ự⁄ + "OH andl ⁄ Lipid radical MH * C Initiation Unsaturated lipid Q; Propagation ( / ⁄ + ff —OOH c 00° \

Lipid peroxide Lipid peroxyl radical

Hinh 21 : Qua trinh oxi héa chat béo

Ngoài ra, các sản phẩm của quá trình oxi hóa chất béo và các gốc tự do có thể gây oxi hóa oxymyoglobin thành metmyoglobin, làm mất màu thịt Các thành phần không phải thịt có khả năng Ôn định màu sắc có thê cải thiện thời gian sử dung cua thịt và sản phẩm thịt

Khi chế biến thịt, quá trình xử lý nhiệt có thể thúc đây sự oxi hóa chất béo băng cách phá

vỡ màng membrane tế bào và giải phóng các chất tiền oxi hóa, do đó gây ra “warmed-over flavor” (WOF) suốt quá trình bảo quản lạnh và xử lý nhiệt sau đó Một trong những cách giảm thiểu quá trình oxi hóa chất béo và WOF trong thịt chế biến là sử dụng các chất chống oxi hóa

Định dạng
Số trang	52
Dung lượng	11,47 MB