Whey protein concentrate and isolate ppsx

CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và isolate MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 1 CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và isolate I. GIỚI THIỆU CHUNG I.1. Whey I.1.1. Định nghĩa Whey – chất lỏng được tách ra từ quá trình sản xuất phô mai và casein – là một trong những nguồn protein thực phẩm lớn nhất vẫn còn phổ biến ở ngoài kênh tiêu thụ của con người. Tổng đầu ra của whey, xấp xỉ 120 triệu tấn vào năm 1990, chứa khoảng 0.7 triệu tấn protein hoàn hảo, bằng với hàm lượng protein hoàn hảo có trong 2 triệu tấn đậu nành. Whey là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất phô mai cứng, bán cứng, phô mai mềm và casein đông tụ – còn gọi là whey ngọt – có pH từ 5.9 – 6.6. Quá trình sản xuất acid khoáng làm kết tủa casein, sinh ra whey acid có pH từ 4.3 – 4.6. Cho đến nay, mặc dù lượng protein hoàn hảo không đủ cung cấp cho thế giới nhưng một lượng lớn dịch whey vẫn bị lãng phí, tỉ lệ lãng phí khoảng 50% trong giai đoạn 1989 – 1990. I.1.2. Thành phần Whey chiếm 80 – 90% tổng thể tích của sữa được 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 1 cho biết thành phần của whey không pha loãng. Bảng 1: Thành phần cấu tạo của whey Mặc dù whey chứa những chất dinh dưỡng có giá trị, nhưng chỉ những năm gần đây các quy trình thương mại mới phát triển để sản xuất sản phẩm whey chất lượng cao. CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 2 CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và isolate I.1.3. Tính chất Whey là 1 phần chất lỏng có trong sữa, được tách ra từ khối sữa đông trong quá trình sản xuất phô mai. Whey có tính ăn mòn. Vật liệu thích hợp cho các vật dụng chứa dịch whey là nhựa, thuỷ tinh, thép không rỉ và gỗ. Whey rất mau hư hỏng. Nếu để trên 36 giờ mà không có phương pháp bảo quản thích hợp, dịch whey trở nên chua (pH giảm) do các phản ứng thuỷ phân tạo nên acid lactic. I.1.4. Các sản phẩm từ whey Bảng 2: Một vài lĩnh vực ứng dụng của whey và sản phẩm từ whey I.2. Whey protein I.2.1. Định nghĩa Whey protein là một protein hoàn hảo với chất lượng rất cao, nó chứa một lượng lớn tất cả các acid amin không thay thế, do đó nó thường được xem là “tiêu chuẩn vàng” (gold standard) trong việc đánh giá chất lượng của protein. CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 3 CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và isolate Whey protein có trong sữa. Sữa có 2 dạng protein là casein và whey protein. Whey protein tự nhiên có dạng hình cầu, khả năng hòa tan cao hơn casein và có chất lượng cao hơn. Thành phần protein trong sữa bò: casein chiếm 80% và whey protein chiếm 20%, được thể hiện ở bảng 3: Bảng 3: Thành phần của protein trong sữa một số loài động vật Whey protein của sữa được cấu tạo chủ yếu bởi 2 thành phần: α-lactalbumin và β-lactoglobulin. β-lactoglobulin có nhiều nhất trong whey protein, với khối lượng phân tử là 36000. CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 4 CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và isolate Hình 1: Cấu trúc của β -lactoglobulin Hình 2: Cấu trúc của α-lactalbumin Ngoài ra, trong whey protein còn có serum albumin và immunoglobulin. CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 5 CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và isolate I.2.2. Whey protein concentrate Whey protein concentrate chứa từ 30 – 80% protein tùy thuộc vào sản phẩm, nó được sản xuất từ whey. Whey protein concentrate sử dụng những phương pháp tiết kiệm hơn (sử dụng thiết bị siêu lọc) để loại bỏ các thành phần không mong muốn của whey như lactose, carbohydrate, natri, cholesterol và chất béo khi so với whey protein isolate. Bảng 4: Hàm lượng một số acid amin có trong whey protein concentrate I.2.3. Whey protein isolate Whey protein isolate là dạng tinh sạch nhất và cô đặc của whey protein sẵn có. Nó chứa hơn 90% hàm lượng protein , trong khi hàm lượng chất béo và lactose lại chiếm rất ít. Whey protein isolate có chất lượng cao hơn whey protein concentrate do sử dụng thiết bị tiên tiến hơn (thiết bị trao đổi ion). CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 6 Acid amin Hàm lượng (g/100g) Lysine 4.9 Histadine 1.1 Arginine 1.7 Acid aspartic 5.6 Threonine 3.6 Serine 3 Acid glutamic 9.2 Proline 3 Glycine 1.1 Alanine 2.7 Valine 2.9 Methionine 1.2 Isoleucine 2.8 Leucine 6.1 Tyrosine 1.9 Phenylalanin 2.1 Tryptophan 0.9 Cystine 1.3 Tổng cộng 55 CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và isolate II. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Hình 3: Các quy trình sản xuất khác nhau đi từ whey cho ra các sản phẩm khác nhau II.1. Xử lý whey trước khi đưa vào sản xuất Trước khi đưa vào quy trình sản xuất để tạo ra các sản phẩm từ whey, ta phải có quá trình xử lý whey trước gồm tách béo và casein sót, sau đó làm lạnh hoặc thanh trùng. II.1.1. Bảo quản whey sau khi thu nhận Whey 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 o C để hạn chế sự phát triển của vi khuẩn. Nếu được cho phép, whey có thể được bảo quản bằng NaH 2 PO 4 , hay SO 2 0.4%, H 2 O 2 0.2% hoặc dung dịch H 2 O 2 30%. II.1.2. Tách béo và casein sót Casein luôn tồn tại trong dịch 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 thể áp dụng nhiều phương pháp tách, chẳng hạn như tách bằng ly tâm hoặc lọc. Chất béo được tách bằng thiết bị ly tâm. Casein thường được nén cùng một cách như phô mai, sau đó có thể sử dụng trong chế biến phô mai, cũng như có thể dùng trong nấu ăn sau khi đã ủ chín. CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 7 CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và isolate Whey cream có hàm lượng chất béo từ 25 – 30 %, có thể tái sử dụng trong quá trình sản xuất phô mai để chuẩn hóa sữa phô mai, điều này làm cho cream tươi có chất lượng phù hợp dùng trong sản phẩm cream đặc biệt. 1. Bồn chứa dịch whey 2. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng 3. Thiết bị lọc ly tâm 4. Bồn thu hồi casein 5. Thiết bị ly tâm tách cream 6. Bồn chứa cream 7. Dịch whey thu được để xử lý tiếp Hình 4: Quy trình tách casein và tách béo trong whey  Mục đích: • Chuẩn bị: Chuẩn bị cho quá trình thu nhận protein. • Chế biến: Thu nhận casein và whey cream trong whey. • Bảo quản: Giảm thiểu các phản ứng oxy hóa chất béo và đông tụ casein trong quá trình bảo quản và chế biến whey nguyên liệu.  Những biến đổi trong quá trình: • Biến đổi vật lý: Thay đổi khối lượng riêng, tỷ trọng. • Biến đổi hóa học: Giảm hàm lượng chất béo, hàm lượng casein. • Biến đổi hóa lý: Dịch whey trở nên đồng nhất. • Các biến đổi khác không đáng kể. CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 8 Whey Casein Cream Môi trường nhiệt CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và isolate  Thiết bị: thiết bị ly tâm dạng đĩa 1. Thùng quay 2. Đĩa quay 3. Cửa nạp nguyên liệu 4. Cửa ra cho sản phẩm tỷ trọng thấp (whey cream và casein) 5. Cửa ra cho sản phẩm tỷ trọng cao (whey đã tách béo) Hình 5: Thiết bị ly tâm dạng đĩa • Nguyên lý hoạt động: Đây là dạng thiết bị hoạt động liên tục. Dịch whey được nạp vào máy ly tâm, dưới tác dụng của lực ly tâm, dịch whey bị tách thành 2 phần: phần whey cream và 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) chuyển động về phía biên của thùng quay. Tốc độ quay của thiết bị phải ổn định thì mới tách kiệt béo trong dịch whey. Cuối cùng, ta thu được 2 dòng sản phẩm: dòng whey cream – casein và dòng dịch whey đã tách kiệt béo theo các kênh riêng thoát ra ngoài. • Ưu điểm: Thiết bị hoạt động liên tục nên năng suất cao. Chất lượng sản phẩm cao do không dùng nhiệt, vì khi dùng nhiệt thì các cấu tử mẫn cảm với nhiệt sẽ bị tổn thất. Tiết kiệm năng lượng do không tốn chi phí cho quá trình xử lý nhiệt. CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 9 1 2 3 4 5 CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và isolate • Nhược điểm: Không tiêu diệt hay ức chế vi sinh vật.  Thông số công nghệ: Hàm lượng casein và whey cream trong dịch tách được: 55%. Tốc độ ly tâm: 2000 – 3000 vòng/phút. Thời gian ly tâm: 10 – 15 phút. II.1.3. Làm lạnh hay thanh trùng Whey được dự trữ để chế biến cần được làm lạnh hay thanh trùng ngay khi chất béo được tách ra. Để bảo quản whey trong thời gian ngắn (10 – 15 giờ), có thể làm lạnh dịch whey để ức chế sự phát triển của vi khuẩn. Để bảo quản whey trong thời gian dài, ta phải thanh trùng dịch whey. Làm lạnh và thanh trùng đều sử dung thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng. Làm lạnh đến 4 0 C để bảo quản. Thanh trùng: Giữ dịch whey ở nhiệt độ 63 – 65 0 C trong 15 phút. II.2. Quy trình sản xuất whey protein concentrate II.2.1. Quy trình 1 CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 10 [...]... uống isolate Sản xuất whey protein concentrate và II.3 Quy trình sản xuất whey protein isolate II.3.1 Quy trình 1 Whey Gia nhiệt Tách cream Thanh trùng Làm nguội Lọc UF lần 1 Dịch lọc Lọc MF Dịch lọc Lọc UF lần 2 Dịch lọc Sấy Whey protein isolate Hình 16: Sơ đồ khối quy trình sản xuất whey protein isolate CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 25 CNCB sữa và đồ uống isolate Sản xuất whey protein concentrate và Whey. .. và tạo gel Người ta thu whey protein tự nhiên bẳng cách lọc qua màng membrane hoặc qua thiết bị trao đổi ion (sản xuất whey protein isolate) Từ whey protein tự nhiên, có thể dễ dàng tạo ra whey protein dạng bột bằng kỹ thuật sấy CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 18 CNCB sữa và đồ uống isolate Sản xuất whey protein concentrate và Whey đã xử lý Lọc UF Dịch lọc Cô đặc Sấy Whey protein concentrate Hình 10: Sơ...CNCB sữa và đồ uống isolate Sản xuất whey protein concentrate và Whey đã xử lý Gia nhiệt Phun hơi Acid Hạ pH Làm nguội Cô đặc Sấy Whey protein concentrate Hình 6: Sơ đồ khối quy trình sản xuất whey protein concentrate Giải thích quy trình: Quy trình trên gồm 2 quá trình chính là thu nhận protein và sấy dịch thu nhận được II.2.1.1 Thu nhận protein Nhìn chung, whey protein không thể bị kết tủa... Sản phẩm Sản xuất whey protein concentrate và Sản phẩm có hàm lượng protein thấp hơn Sản phẩm có hàm lượng protein cao hơn do chứa ít tạp chất hơn IV SẢN PHẨM IV.1 Whey protein concentrate Có 3 dạng whey protein concentrate thương phẩm:  Whey protein concentrate – 34% Được sản xuất từ whey đã khử muối và qua thiết bị sấy phun Các chỉ tiêu chất lượng: • Chỉ tiêu hóa lý: Hàm lượng protein: 34 – 36% Hàm... xuất whey protein concentrate 1 Thiết bị siêu lọc Whey và whey retentate 2 Bồn thu nhận dịch lọc Retentate đã cô đặc 3 Bồn trung gian chứa whey protein Permeate 4 Thiết bị cô đặc Phần ngưng tụ 5 Thiết bị sấy Hơi nước 6 Thiết bị đóng bao bì Hơi thứ Hình 11: Sơ đồ dạng thiết bị quy trình sản xuất whey protein concentrate CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 19 CNCB sữa và đồ uống isolate Sản xuất whey protein concentrate. .. II.3.1.8 Sấy Tương tự phần II.2.1.2 II.3.2 Quy trình 2 Whey Trao đổi ion Lọc UF Sấy Whey protein isolate Hình 20: Sơ đồ khối quy trình sản xuất whey protein isolate CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 31 CNCB sữa và đồ uống isolate Sản xuất whey protein concentrate và Giải thích quy trình: II.3.2.1 Trao đổi ion  Mục đích: • Chế biến: Tăng hàm lượng whey protein tính trên tổng lượng chất khô, tách lactose và... sữa và đồ uống isolate Sản xuất whey protein concentrate và Cô đặc đến nồng độ chất khô: 45 – 55% ۩‫ ﯔ‬Để thu được whey protein concentrate 80 – 85% protein thì trước tiên cô đặc khoảng 20 – 30 lần bằng thiết bị siêu lọc (ultrafiltration) thu được hàm lượng chất rắn khoảng 25%, điều này có ảnh hưởng lớn đến việc sản xuất kinh tế Cần thiết lọc lần 2 nhằm loại bỏ lactose, tro và tăng lượng protein cô đặc... phẩm sau khi sấy: < 4% II.2.2 Quy trình 2 Quy trình 1 tách whey protein bằng các kỹ thuật gây kết tủa, do đó whey protein thu được ở dạng biến tính, đó là phương pháp cổ điển, ngày nay người ta sử dụng phương pháp dùng màng membrane để thu nhận protein Quy trình 2 thu whey protein tự nhiên, quy trình này hiện nay được áp dụng rộng rãi do whey protein tự nhiên có những thuộc tính, chức năng tốt như tan... men dịch vị hoặc acid Tuy nhiên, có thể làm kết tủa whey protein với acid nếu làm biến tính chúng trước bởi nhiệt Quá trình này chia làm 2 giai đoạn: - Kết tủa protein bởi sự kết hợp của xử lý nhiệt và pH hợp lý - Cô đặc protein bằng ly tâm CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 11 CNCB sữa và đồ uống isolate Sản xuất whey protein concentrate và 1 Bồn chứa whey 2 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng 3 Bơm phun... sữa và đồ uống isolate Sản xuất whey protein concentrate và Hình 22: Sơ đồ hệ thống khử khoáng từ bột whey • Nguyên lý hoạt động: Đầu tiên, whey được cho vào cột trao đổi anion dạng HCO3 [resin] Trong suốt quá trình trao đổi anion, anion của whey được trao đổi với ion (HCO3-) Sau đó, whey sẽ đi vào cột trao đổi cation dạng NH4+-[resin] Trong suốt quá trình trao đổi cation, cation của whey được trao . của protein. CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 3 CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và isolate Whey protein có trong sữa. Sữa có 2 dạng protein là casein và whey protein. Whey protein. trong whey protein còn có serum albumin và immunoglobulin. CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 5 CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và isolate I.2.2. Whey protein concentrate Whey protein. của whey như lactose, carbohydrate, natri, cholesterol và chất béo khi so với whey protein isolate. Bảng 4: Hàm lượng một số acid amin có trong whey protein concentrate I.2.3. Whey protein isolate Whey