Hình 15 : Sơ đồ sản xuất LVWPI (Liquid virgin whey protein isolate)
Bước 1 : Thu hồi whey nguyên bằng vi lọc
Hệ thống MF là hệ thống tuần hoàn, được tạo hình để hoạt động ở một chênh lệch áp suất ổn định (UTMP) và gồm có 38 thành phần membrane ceramic với kích thước lỗ biểu kiến là 0.1µm. Các thành phần này dài 1.02m, tạo ra một diện tích lọc hiệu quả là 9.2m2. Quá trình lọc được bắt đầu bởi sự tuần hoàn của 130kg nước tinh sạch bằng RO, lượng nước này tương ứng với lượng tối đa của hệ thống MF. Nước được tuần hoàn cho đến khi thiết bị ổn định ở 500C và đạt được UTMP là 101 kPa. Vào lúc này, 1047 kg sữa gầy, acid hóa tới pH 6.0 bởi glucono - δ - lactone, 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-1 m-2. Dòng retentate được cô đặc tới chỉ số cô đặc khối lượng (mass concentration factor – MCF) bằng 8. Thu được khoảng 1025 kg whey nguyên, giữ ở 450C và sau đó được sử dụng cho công đoạn tiếp theo.
Membrane dạng ống Kích thước lỗ 0.1 µm Diện tích lọc 9.1 m2
Bước 2 : Siêu lọc lần đầu và lọc DF whey nguyên
Quá trình cô đặc bằng siêu lọc được thực hiên bởi membrane polysulfone (PSf) dạng cuộn xoắn (SW) với khối lượng phân tử lọc và tổng diện tích memebrane lần lượt là 10 kDa và 5.9 m2. Nó được vận hành ở nhiệt độ không đổi 450C, vận tốc 0.5 m s-1. Áp suất vào và ra của dòng retentate được duy 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 NaH2PO4 và 0.2M Na2HPO4 với tỉ lệ thể 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 dạng cuộn xoắn Phân tử lượng 10 kDa Diên tích lọc 5.9 m2
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
+ Gián đoạn: discontinuous diafiltration (DDF): nước bơm vào gián đoạn để rửa phần retentate. Phương pháp này rất linh động trong việc điều khiển nồng độ tạp chất cần giảm và lượng protein mong muốn.
+ Liên tục: continuous diafiltration (CDF): nước được bơm vào liên tục. Tốc độ dòng nước bơm vào bằng tốc độ dòng permeate đi ra.
Bước 3 : Siêu lọc cuối whey nguyên đã loại lactose
Ngay sau khi lọc DF, khoảng 33 kg của dòng retentate được nhập liệu vào hệ thống membrane dạng sợi với phân tử lượng lọc 10 kDa và tổng diện tích lọc 2.9 m2. Quá trình lọc được thực hiện ở 450C và vận tốc 2.0 m s-1. Dòng permeate thông với khí quyển 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 tổng MCF khoảng 65.
Membrane dạng sợi Phân tử lượng 10 kDa Diện tích lọc 2.9 m2
Dòng vào
Nước bơm vào để lọc DF Retentate Sản phẩm đã loại tạp chất Permeate Retentate Hình 16 : Mô hình Diafiltration