Sản xuất whey protein concentrate và isolate

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU I. GIỚI THIỆU CHUNG 4 I.1. Whey 4 I.1.1. Định nghĩa 4 I.1.2. Thành phần 4 I.1.3. Tính chất 5 I.1.4. Các sản phẩm từ whey 5 I.2. Whey protein 5 I.2.1. Định nghĩa 5 I.2.2. Whey protein concentrate 8 I.2.3. Whey protein isolate 8 II. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 9 II.1. Xử lý whey trước khi đưa vào sản xuất 9 II.1.1. Bảo quản whey sau khi thu nhận 9 II.1.2. Tách béo và casein sót 9 II.1.3. Làm lạnh hay thanh trùng 12 II.2. Quy trình sản xuất whey protein concentrate 12 II.2.1. Quy trình 1 12 II.2.1.1. Thu nhận protein 13 II.2.1.1.1. Gia nhiệt 13 II.2.1.1.2. Phun hơi 15 II.2.1.1.3. Hạ pH 16 II.2.1.1.4. Làm nguội 16 II.2.1.1.5. Cô đặc 16 II.2.1.2. Sấy 17 II.2.2. Quy trình 2 19 II.2.2.1. Lọc UF 21 II.2.2.2. Cô đặc 22 II.2.2.3. Sấy phun 25 II.3. Quy trình sản xuất whey protein isolate 26 II.3.1. Quy trình 1 26 II.3.1.1. Gia nhiệt 28 II.3.1.2. Tách cream 28 II.3.1.3. Thanh trùng 29 II.3.1.4. Làm nguội 29 II.3.1.5. Lọc UF lần 1 29 II.3.1.6. Lọc MF 30 II.3.1.7. Lọc UF lần 2 32 II.3.1.8. Sấy 32 II.3.2. Quy trình 2 32 II.3.2.1. Trao đổi ion 32 II.3.2.2. Lọc UF 36 II.3.2.3. Sấy 36 III. KẾT LUẬN – NHẬN XÉT 36 III.1. So sánh 2 quy trình sản xuất whey protein concentrate 36 III.2. So sánh 2 quy trình sản xuất whey protein isolate 36 IV. SẢN PHẨM 37 IV.1. Whey protein concentrate 37 IV.2. Whey protein isolate 38

doc41 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 24/01/2013 | Lượt xem: 4250 | Lượt tải: 24download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Sản xuất whey protein concentrate và isolate, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU I. GIỚI THIỆU CHUNG 4 I.1. Whey 4 I.1.1. Định nghĩa 4 I.1.2. Thành phần 4 I.1.3. Tính chất 5 I.1.4. Các sản phẩm từ whey 5 I.2. Whey protein 5 I.2.1. Định nghĩa 5 I.2.2. Whey protein concentrate 8 I.2.3. Whey protein isolate 8 II. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 9 II.1. Xử lý whey trước khi đưa vào sản xuất 9 II.1.1. Bảo quản whey sau khi thu nhận 9 II.1.2. Tách béo và casein sót 9 II.1.3. Làm lạnh hay thanh trùng 12 II.2. Quy trình sản xuất whey protein concentrate 12 II.2.1. Quy trình 1 12 II.2.1.1. Thu nhận protein 13 II.2.1.1.1. Gia nhiệt 13 II.2.1.1.2. Phun hơi 15 II.2.1.1.3. Hạ pH 16 II.2.1.1.4. Làm nguội 16 II.2.1.1.5. Cô đặc 16 II.2.1.2. Sấy 17 II.2.2. Quy trình 2 19 II.2.2.1. Lọc UF 21 II.2.2.2. Cô đặc 22 II.2.2.3. Sấy phun 25 II.3. Quy trình sản xuất whey protein isolate 26 II.3.1. Quy trình 1 26 II.3.1.1. Gia nhiệt 28 II.3.1.2. Tách cream 28 II.3.1.3. Thanh trùng 29 II.3.1.4. Làm nguội 29 II.3.1.5. Lọc UF lần 1 29 II.3.1.6. Lọc MF 30 II.3.1.7. Lọc UF lần 2 32 II.3.1.8. Sấy 32 II.3.2. Quy trình 2 32 II.3.2.1. Trao đổi ion 32 II.3.2.2. Lọc UF 36 II.3.2.3. Sấy 36 III. KẾT LUẬN – NHẬN XÉT 36 III.1. So sánh 2 quy trình sản xuất whey protein concentrate 36 III.2. So sánh 2 quy trình sản xuất whey protein isolate 36 IV. SẢN PHẨM 37 IV.1. Whey protein concentrate 37 IV.2. Whey protein isolate 38 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. 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. 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 (-lactoglobulin. (-lactoglobulin có nhiều nhất trong whey protein, với khối lượng phân tử là 36000.  Hình 1: Cấu trúc của (-lactoglobulin  Hình 2: Cấu trúc của α-lactalbumin Ngoài ra, trong whey protein còn có serum albumin và immunoglobulin. 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 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   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). 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 5oC để hạn chế sự phát triển của vi khuẩn. Nếu được cho phép, whey có thể được bảo quản bằng NaH2PO4, hay SO2 0.4%, H2O2 0.2% hoặc dung dịch H2O2 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. 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.  Bồn chứa dịch whey Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng Thiết bị lọc ly tâm Bồn thu hồi casein Thiết bị ly tâm tách cream Bồn chứa cream 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. Thiết bị: thiết bị ly tâm dạng đĩa  Thùng quay Đĩa quay Cửa nạp nguyên liệu Cửa ra cho sản phẩm tỷ trọng thấp (whey cream và casein) 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. 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 40C để bảo quản. Thanh trùng: Giữ dịch whey ở nhiệt độ 63 – 650C trong 15 phút. II.2. Quy trình sản xuất whey protein concentrate II.2.1. Quy trình 1  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 bởi 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.  Bồn chứa whey Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng Bơm phun hơi nước Hệ thống ống giữ nhiệt Bồn chứa acid Thiết bị lọc Bồn thu nhận whey protein biến tính Hình 7: Quá trình thu nhận whey protein biến tính II.2.1.1.1. Gia nhiệt Mục đích: Chuẩn bị: Tăng nhiệt độ sơ bộ dịch whey để chuẩn bị cho quá trình phun hơi. Những biến đổi trong quá trình: Biến đổi vật lý: Nhiệt độ dịch whey tăng. Biến đổi hóa sinh: Một phần enzyme bị vô hoạt. Thiết bị: thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng Cấu tạo: Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng được cấu tạo bởi nhiều đĩa truyền nhiệt rất mỏng, gấp nếp, làm bằng thép không rỉ gắn chặt vào nhau trong khung. Các nếp gấp giúp cho đĩa chống lại sự chênh lệch áp suất, tăng diện tích truyền nhiệt và tạo nên dòng chảy rối trong đường dẫn. Cứ lần lượt như thế, sự chuyển động của dòng chảy rối mang lại hiệu suất truyển nhiệt cao, đây chính là ưu điểm của thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng so với thiết bị trao đổi nhiệt dạng vỏ ống truyền thống. Nguyên lý hoạt động: Cứ mỗi giây, ống dẫn mở ra cho lưu chất chảy vào. Giữa mỗi cặp đĩa có một miếng đệm cao su, để ngăn cản lưu chất hòa lẫn vào nhau hoặc rỉ ra bên ngoài. Vì thế, nhiệt được truyền từ lưu chất nóng sang lưu chất lạnh qua các đĩa mỏng làm bằng thép không rỉ.   Hình 8: Thiết bị gia nhiệt dạng bản mỏng Ưu điểm: Sử dụng vật liệu mỏng nhất cho bề mặt truyển nhiệt nên quá trình truyền nhiệt đạt tối ưu. Ngoài ra, dòng chảy rối trong môi trường giúp cho quá trình đối lưu diễn ra thuận lợi hơn, dẫn đến tăng hiệu quả truyền nhiệt giữa các môi trường. Hệ quả của hệ số truyền nhiệt cao trên từng khu vực không chỉ đòi hỏi một bề mặt truyền nhiệt nhỏ hơn mà còn mang lại hiệu quả cao trong quá trình chế biến. Sự chảy rối mạnh giúp khả năng tự lau sạch hiệu quả hơn, giảm thiểu sự đóng cặn trên bề mặt truyền nhiệt. Điều này có nghĩa là thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng giữ cho thời gian bảo dưỡng được lâu hơn. Vì thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng được cấu tạo bởi một khung chứa các đĩa, nên ta có thể thêm nhiều đĩa vào khung để tăng năng suất, và có thể tách các đĩa ra dễ dàng khi vệ sinh thiết bị. Nhược điểm: Không làm việc dưới áp suất cao và không thích hợp cho quá trình chế biến các sản phẩm dạng nhão và dạng hạt. Những nếp gấp trên đĩa tạo nên những điểm tiếp xúc mà tại đó đòi hỏi độ cứng, và những điểm “tựa” được tạo nên đã giữ các chất dạng bột nhão và dạng hạt ở lại đó. Vì thế, giữ cho thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng sạch trước khi chạy sản phẩm mới là điều vô cùng khó khăn, thậm chí bất khả thi. Thông số công nghệ: Dòng lạnh là dịch whey cần gia nhiệt. Dòng nóng là dịch whey sau khi ra khỏi bộ phận giữ nhiệt. Nhiệt độ đầu ra của dòng nóng là 400C. Quá trình gia nhiệt được thực hiện đồng thời với quá trình làm nguội để thu hồi nhiệt. II.2.1.1.2. Phun hơi Mục đích: Chuẩn bị: Chuẩn bị cho quá trình kết hợp với chỉnh pH để làm biến tính hoàn toàn protein. Chế biến: Làm biến tính protein.. Những biến đổi trong quá trình: Biến đổi vật lý: Nhiệt độ dịch whey tăng. Biến đổi hóa học: Hàm lượng chất khô tăng lên do độ ẩm giảm. Biến đổi hóa lý: Một phần whey protein bị kết tủa và nước bay hơi. Các cấu tử mẫn cảm với nhiệt bị tổn thất. Biến đổi sinh học: Phần lớn vi sinh vật bị tiêu diệt. Biến đổi hóa sinh: Enzyme bị vô hoạt. Thiết bị: Bơm phun hơi nước Thông số công nghệ: Nhiệt độ của dịch whey sau quá trình phun hơi: 90 – 95oC. II.2.1.1.3. Hạ pH Mục đích: Chế biến: Kết hợp với nhiệt độ cao để làm biến tính toàn bộ whey protein. Những biến đổi trong quá trình: Biến đổi vật lý: pH giảm. Biến đổi hóa lý: Phần lớn whey protein bị kết tủa. Biến đổi sinh học: Vi sinh vật bền nhiệt bị tiêu diệt trong môi trường pH acid. Cách tiến hành: Sử dụng acid là acid hữu cơ (acid lactic) hay acid vô cơ (HCl). Bổ sung acid trong quá trình giữ nhiệt để kết hợp với tác dụng của nhiệt độ. Acid được đưa trực tiếp vào hỗn hợp bằng bơm định lượng. Thiết bị: Bồn chứa acid và bơm định lượng. Thông số công nghệ: pH trong dịch whey: 4.6 Thời gian cho sự kết hợp của nhiệt độ và acid: 3 – 4 phút. II.2.1.1.4. Làm nguội Mục đích: Chuẩn bị: Chuẩn bị cho quá trình lọc. Những biến đổi trong quá trình: Chủ yếu là biến đổi vật lý (nhiệt độ giảm). Thiết bị: thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng Thông số công nghệ: Làm nguội đến nhiệt độ: 40oC. II.2.1.1.5. Cô đặc Bản chất: Tách whey protein biến tính bằng phương pháp ly tâm, loại bỏ hỗn hợp whey và acid. Mục đích: Chuẩn bị: Tăng hàm lượng whey protein biến tính trong hỗn hợp, chuẩn bị cho quá trình sấy. Những biến đổi trong quá trình: Biến đổi vật lý: Khối lượng riêng của hỗn hợp tăng, dịch lỏng giảm, nhiệt độ giảm. Biến đổi hóa học: Hàm lượng whey protein biến tính tăng. Thiết bị: thiết bị ly tâm dạng đĩa Thông số công nghệ: Thời gian lọc: 3 phút Nồng độ whey protein biến tính khi ra khỏi thiết bị: 45 – 55%. II.2.1.2. Sấy Mục đích: Chế biến: Tạo sản phẩm dạng bột. Bảo quản: Quá trình sấy làm giảm hàm ẩm, từ đó ức chế vi sinh vật. Những biến đổi trong quá trình sấy: Biến đổi vật lý: Thay đổi khối lượng riêng, tỷ trọng. Biến đổi hóa học: Độ ẩm giảm, xảy ra các phản ứng oxy hóa… Biến đổi hóa lý: Nước bay hơi, hỗn hợp chuyển sang pha rắn. Thiết bị: Hệ thống sấy phun 2 giai đoạn: sấy phun và sấy tầng sôi.   Whey  Môi trường nhiệt  Bột whey Bộ phận gia nhiệt không khí cho buồng sấy phun. Buồng sấy phun. Buồng sấy tầng sôi. Bộ phận gia nhiệt không khí cho buồng sấy tầng sôi. Quạt cung cấp không khí làm nguội. Quạt cung cấp không khí có độ ẩm thấp để làm nguội. Rây bột sản phẩm. Hình 9: Hệ thống sấy phun 2 giai đoạn Giai đoạn đầu: sấy phun sử dụng đầu phun khí động. Quá trình sấy phun gồm 3 giai đoạn: Giai đoạn 1: phun sương Dịch sau cô đặc – có nồng độ chất khô 45 – 55% – qua cơ cấu phun sương sẽ chuyển thành dạng giọt lỏng với kích thước rất nhỏ (giống như sương mù). Giai đoạn 2: trộn mẫu và tác nhân sấy Làm tăng diện tích tiếp xúc giữa mẫu và tác nhân sấy (không khí nóng), từ đó thúc đẩy quá trình bay hơi nước, đây là giai đoạn chính của quá trình sấy phun. Giai đoạn 3: thu hồi sản phẩm Tách bột sản phẩm ra khỏi dòng khí thoát. Nguyên lý hoạt động: Whey protein concentrate được nạp vào thiết bị thông qua cơ cấu phun sương sử dụng đầu phun khí động, còn gọi là đầu phun 2 dòng (đầu phun này có ưu thế hơn đầu phun 1 dòng và đầu phun ly tâm vì không xảy ra hiện tượng sản phẩm bị tắc nghẽn ở cửa ra). Đầu phun 2 dòng hoạt động dựa trên nguyên tắc: nguyên liệu được bơm vào đầu phun theo ống trung tâm, tác nhân sấy (không khí nén) sẽ theo ống ở phần biên của đầu phun, dòng không khí đi ra tiếp xúc dòng nguyên liệu chảy xuống và tán nhỏ nguyên liệu thành hạt, do đó hỗn hợp sẽ được phân tán dưới dạng sương mù trong buồng sấy. Ở thiết bị này, góc phun nằm trong khoảng từ 20 – 600, phụ thuộc vào cấu tạo của đầu phun và dạng sản phẩm cần tạo thành. Khi dịch ra khỏi đầu phun và đi vào buồng sấy, không khí nóng sẽ tách nước từ dịch đến độ ẩm cần thiết. Sau đó, bột sẽ được tách ra trong cyclone thu hồi sản phẩm bằng phương pháp lắng xoáy tâm. Giai đoạn sau: sấy tầng sôi Sản phẩm whey protein concentrate dạng bột yêu cầu độ ẩm thấp (< 5%), do đó phải sấy phun sử dụng đầu phun khí động trước để độ ẩm của nguyên liệu giảm xuống 10 – 12%, sau đó tiếp tục sấy tầng sôi. Ưu điểm: Quá trình tách ẩm diễn ra nhanh hơn và nhiệt độ tác nhân sấy thấp hơn so với hệ thống sấy phun 1 giai đoạn, do đó giảm 10% năng lượng tiêu hao so với hệ thống sấy phun 1 giai đoạn. Nhược điểm: Tốn tiền mua thêm thiết bị sấy tầng sôi. Tốn nhiều diện tích nhà xưởng nên chỉ áp dụng ở quy mô sản xuất lớn. Thông số kỹ thuật: Nhiệt độ sấy 80oC. Độ ẩm của sản 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 trong nước, có khả năng tạo bọt, hình thành nhũ tương 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.  Hình 10: Sơ đồ khối quy trình sản xuất whey protein concentrate  Thiết bị siêu lọc  Whey và whey retentate Bồn thu nhận dịch lọc  Retentate đã cô đặc Bồn trung gian chứa whey protein  Permeate Thiết bị cô đặc  Phần ngưng tụ Thiết bị sấy Hơi nước Thiết bị đóng bao bì Hơi thứ Hình 11: Sơ đồ dạng thiết bị quy trình sản xuất whey protein concentrate Giải thích quy trình: II.2.2.1. Lọc UF Mục đích: Chế biến: Tăng hàm lượng whey protein tính trên tổng lượng chất khô. Những biến đổi trong quá trình: Biến đổi vật lý: Khối lượng riêng hỗn hợp giảm. Biến đổi hóa học: Thành phần phần trăm whey protein tăng, hàm lượng tro và lactose giảm, hàm lượng chất khô giảm. Thiết bị: thiết bị lọc UF  Hình 12: Thiết bị lọc UF Cấu tạo thiết bị: Thiết bị membrane có dạng hình trụ, bên trong chứa nhiều ống trụ nhỏ đặt song song với nhau. Mỗi ống trụ nhỏ thường được chế tạo bằng thép không rỉ, có đường kính dao động từ 12.5 – 75mm, chiều dài khoảng 0.6 – 6.4m và được đục các lỗ nhỏ trên than. Các membrane cũng có dạng hình trụ được lồng ép sát thành trong của các ống trụ nhỏ trên. Nguyên lý hoạt động:  Nguyên liệu sẽ được bơm vào từ một đầu của thiết bị và được phân phối vào bên trong các ống trụ nhỏ. Dòng ra retentate sẽ tiếp tục đi hết theo chiều dài các ống trụ nhỏ và thoát ra bên ngoài các ống trụ nhỏ, sau đó được tập trung theo cửa ra chung nằm phía trên thân của thiết bị. Bên trong thiết bị membrane có thể được chia thành nhiều khoang, mỗi khoang gồm một số ống trụ nhỏ song song nằm cạnh nhau. Đầu tiên nguyên liệu sẽ được bơm vào một khoang trong thiết bị. Dòng retentate thoát ra khỏi khoang này và đi tiếp vào khoang thứ hai, còn dòng retentate thoát ra từ khoang thứ hai sẽ đi tiếp vào khoang thứ ba, … Như vậy, dòng retentate thoát ra từ khoang cuối cùng sẽ có nồng độ đạt giá trị yêu cầu. Ưu điểm: Dễ tạo ra dòng chảy rối trong quá trình vận hành. Đơn giản khi vệ sinh, thay thế membrane sử dụng và bảo trì thiết bị. Màng membrane từ vật liệu ceramic có rất nhiều ưu điểm: trơ với các hóa chất như acid, kiềm, chlorine, …, khoảng nhiệt độ và pH hoạt động rất rộng (Tmax ≤ 350oC, pH = 0.5 – 13), do đó có thể sử dụng hơi để vô trùng thiết bị. Nhược điểm: Thiết bị cồng kềnh, chiếm nhiều không gian nhà xưởng. Tốn nhiều năng lượng sử dụng do có sự tụt áp của dòng nguyên liệu trong các ống hình trụ nhỏ. Membrane từ vật liệu ceramic dễ vỡ bởi những va chạm cơ học, giá thành cao và đường kính lỗ mao dẫn các membrane ceramic hiện nay không thể nhỏ hơn 10-2µm. Thông số công nghệ: Áp lực thẩm thấu: 6.9 bar. Nhiệt độ phòng. II.2.2.2. Cô đặc Mục đích: Chuẩn bị: Tăng hàm lượng chất khô, chuẩn bị cho quá trình sấy phun. Bảo quản: Giảm hàm ẩm, do đó hạn chế sự phát triển của vi sinh vật. Những biến đổi trong quá trình: Biến đổi vật lý: Nhiệt độ tăng, độ nhớt tăng nhẹ. Biến đổi hóa học: Đổ ẩm giảm, hàm lượng chất khô tăng. Tổn thất các cấu tử mẫn cảm với nhiệt. Biến đổi hóa lý: Sự bay hơi nước Thiết bị: thiết bị cô đặc màng chân không hai hoặc nhiều tầng Trước đây, thường sử dụng thiết bị cô đặc màng hai hoặc nhiều tầng, nhưng vấn đề đặt ra là: việc sử dụng thiết bị này sẽ làm cho các cấu tử dinh dưỡng và cấu tử hương trong sản phẩm bị tổn thất nhiều, để hạn chế sự tổn thất này, người ta sử dụng thêm hệ thống chân không để giảm nhiệt độ bốc hơi của whey protein và thời gian lưu của whey protein trong thiết bị. Cấu tạo thiết bị: Thiết bị cô đặc màng chân không nhiều tầng bao gồm nhiều thiết bị cô đặc màng chân không một tầng, do đó ở đây chỉ trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị cô đặc màng chân không một tầng.  Buồng gia nhiệt sơ bộ nguyên liệu nhờ hơi ngưng tụ Buồng gia nhiệt nguyên liệu đến nhiệt độ sôi Buồng tách hơi thứ và sản phẩm cô đặc Hình 14: Thiết bị cô đặc màng chân không một tầng  Đầu phân phối nguyên liệu  Nguyên liệu Tấm phân phối  Hơi thứ Hơi nước để gia nhiệt  Môi trường nhiệt Hệ thống ống đồng trục tạo màng rơi Bộ phận tạo dòng chảy màng theo thân các ống hình trụ Hơi thứ Hệ thống ống gia nhiệt Hình 15: Mặt cắt phần trên thiết bị Nguyên lý hoạt động: Theo hình 9, whey protein được gia nhiệt sơ bộ rồi đi vào trong thiết bị (2), nạp vào đỉnh của thiết bị và chảy thành màng dọc theo bề mặt truyền nhiệt. Bề mặt truyền nhiệt có dạng thân ống hình trụ đứng hoặc là những bản mỏng được đặt sát lại với nhau, ở đây sử dụng bề mặt truyền nhiệt dạng ống, do đó dịch whey protein hình thành một lớp màng ở bên trong ống, bao quanh là hơi nước. Để tiết kiệm năng lượng, hơi gia nhiệt từ buồng (2) sẽ đi vào buồng (1) ngưng tụ để gia nhiệt sơ bộ cho dịch whey protein, dịch whey protein được đun sôi trong buồng (2) sẽ đi vào buồng (3) tách hơi thứ. Dịch whey protein concentrate thoát ra ngoài qua cửa đáy thiết bị (3). Nhờ sử dụng hệ thống chân không nên nhiệt độ bốc hơi của sản phẩm giảm xuống dưới 100oC. Theo hình 10, nhờ hình dạng đặc biệt của đầu phân phối nguyên liệu (1) mà nguyên liệu phân phối đều vào các tấm phân phối (2), khi đi qua đầu phân phối nguyên liệu, nhiệt độ của nguyên liệu sẽ tăng nhẹ. Bên ngoài ống, hơi nước (3) được bơm vào làm cho một phần nước trong nguyên liệu bay hơi, đồng thời tạo lực đẩy nguyên liệu chảy dọc theo thành trong của các ống. Thông số kỹ thuật: Áp suất: 30 – 60 bar. Kích thước lỗ màng: 10-4 – 10-3 (m. Cô đặc đến nồng độ chất khô: 45 – 55%. ۩ﯔ Để 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 trong chất khô. Khi tiến hành lọc lần 2, nước được cho vào dòng nhập liệu để pha loãng các thành phần phân tử thấp, nó sẽ chảy qua màng membrane, chủ yếu là lactose và khoáng. II.2.2.3. Sấy phun Mục đích: Chế biến: Tạo sản phẩm dạng bột. Bảo quản: Quá trình sấy làm giảm hàm ẩm, từ đó ức chế vi sinh vật. Những biến đổi trong quá trình sấy: Biến đổi vật lý: Thay đổi khối lượng riêng, tỷ trọng. Biến đổi hóa học: Độ ẩm giảm, hàm lượng chất khô tăng. Biến đổi hóa lý: Nước bay hơi, sản phẩm chuyển sang pha rắn. Thiết bị: Thiết bị sấy phun 2 dòng sử dụng đầu phun khí động (xem phần II.2.1.2). Thông số công nghệ: Nhiệt độ sấy 80oC. Độ ẩm của sản phẩm sau khi sấy: < 4%. II.3. Quy trình sản xuất whey protein isolate II.3.1. Quy trình 1  Hình 16: Sơ đồ khối quy trình sản xuất whey protein isolate   Whey / retentate  Cream  Permeate  Protein retentate đã tách béo để sấy  Retentate với hàm lượng béo cao từ thiết b ị vi l ọc  Môi trường lạnh  Môi trường nhiệt Hình 17: Sơ đồ thiết bị quy trình sản xuất whey protein isolate Giải thích quy trình: Sơ đồ trên cho thấy whey được đun nóng (1) trước rồi tách chất béo ra (2) càng nhiều càng tốt ở dạng cream khoảng 25 – 30%. Cream này có thể được tái sử dụng dưới dạng chất béo chuẩn của sữa phô mai. Sau đó, whey này sẽ được thanh trùng ở (1) và làm nguội xuống 55 – 60oC trước khi chuyển qua bồn chứa trung gian (3). Tiếp theo, whey được bơm sang thiết bị UF đầu tiên (4), ở đó nó được cô đặc gấp 3 lần. Dịch thu được này (retentate) được bơm tiếp vào thiết bị MF (5), trong khi dịch lọc (permeate) sẽ được thu hồi vào thùng sau khi làm nguội (1) để tái sinh. Xử lý whey từ thiết bị UF trong thiết bị lọc microfiltration (MF) có thể giảm hàm lượng chất béo có trong 80 – 85 % WPC powder từ 7.2% đến ít hơn 0.4%. Dịch thu được từ quá trình xử lý bằng MF chứa hầu hết chất béo và vi khuẩn được tách ra riêng để loại bỏ và dịch lọc (permeate) tách béo được chuyển qua thiết bị UF với lần lọc thứ 2 (6). Kết quả thu được sản phẩm với khoảng 20 – 25% DM, sau đó được sấy khô giảm hàm ẩm xuống mức thấp nhất 4% trước khi vô bao bì. Giai đoạn gia nhiệt và tách cream có thể bỏ qua nếu sử dụng whey đã được xử lý (tách cream và casein sót trước khi sản xuất hay bảo quản, xem phần II.1.2.). Ở quy trình này nguyên liệu đi từ whey chưa xử lý để tận thu nguồn nhiệt, giảm mất mát nhiệt. Do vậy, yêu cầu whey sau khi thu hoạch phải đưa vào sản xuất ngay, để tránh những biến đổi không có lợi (chủ yếu là sự xâm nhập và phát triển của vi sinh vật). Thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng được chia thành nhiều khu vực để thực hiện nhiều mục đích công nghệ: Gia nhiệt cho dòng whey đầu vào (sử dụng tác nhân là dịch whey sau khi thanh trùng). Thanh trùng dịch whey sau khi tách cream (sử dụng tác nhân là dòng hơi nước). Làm nguội dịch whey sau khi thanh trùng (sử dụng tác nhân là dòng whey đầu vào, dịch whey sau khi tách cream, nước lạnh). Ổn định nhiệt độ cho dịch lọc thu từ các thiết bị lọc UF (sử dụng tác nhân là dòng whey đầu vào). II.3.1.1. Gia nhiệt Mục đích: Chuẩn bị: Chuẩn bị cho quá trình ly tâm tách cream. Những biến đổi trong quá trình: Biến đổi vật lý: Nhiệt độ dịch whey tăng. Biến đổi hóa học: Không đáng kể. Biến đổi sinh học: Ức chế một phần vi sinh vật. Biến đổi hóa sinh: Vô hoạt một phần enzyme. Thiết bị: Thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng. II.3.1.2. Tách cream Mục đích: Chuẩn bị: Tách cream chuẩn bị cho quá trình lọc UF. Chế biến: Giảm hàm lượng chất béo trong dịch whey, thu nhận whey cream. Bảo quản: Giảm các phản ứng oxy hóa xảy ra trong các giai đoạn sau. 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. Thiết bị: Thiết bị ly tâm dạng đĩa II.3.1.3. Thanh trùng Mục đích: Bảo quản: Vô hoạt enzyme, ức chế vi sinh vật. Những biến đổi trong quá trình: Biến đổi vật lý: Thay đổi nhiệt độ. Biến đổi sinh học: Vi sinh vật bị ức chế. Biến đổi hóa sinh: Enzyme bị vô hoạt. Các biến đổi khác không đáng kể. Thiết bị: Thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng. II.3.1.4. Làm nguội Mục đích: Bảo quản: Hạn chế sự xâm nhập của vi sinh vật. Những biến đổi trong quá trình: Biến đổi vật lý: Nhiệt độ giảm. Các biến đổi khác không đáng kể. Thiết bị: Thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng. II.3.1.5. Lọc UF lần 1 Mục đích: Chế biến: Tăng hàm lượng whey protein tính trên tổng lượng chất khô. Những biến đổi trong quá trình: Biến đổi vật lý: Khối lượng riêng hỗn hợp giảm. Biến đổi hóa học: Thành phần phần trăm whey protein tăng, hàm lượng tro và lactose giảm, hàm lượng chất khô giảm. Thiết bị: Thiết bị lọc UF Thông số công nghệ: Nồng độ sản phẩm đầu ra khoảng 10 – 15% nồng độ chất khô. Áp lực thẩm thấu: 6.9 bar. II.3.1.6. Lọc MF Mục đích: Chế biến: Tăng hàm lượng whey protein tính trên tổng lượng chất khô, tách chất béo và vi sinh vật. Những biến đổi trong quá trình: Biến đổi vật lý: Khối lượng riêng hỗn hợp giảm. Biến đổi hóa học: Thành phần phần trăm whey protein tăng, hàm lượng chất béo, tro và lactose giảm, hàm lượng chất khô giảm. Thiết bị: Thiết bị lọc MF  Thiết bị membrane dạng cuộn xoắn Bơm hồi lưu permeate Bơm hồi lưu retentate Hình 18: Thiết bị lọc MF Cấu tạo thiết bị: Thiết bị gồm hai ống hình trụ cùng trục, cùng chiều cao nhưng có đường kính khác nhau và được đặt lồng vào nhau. Cả hai được chế tạo bằng thép không rỉ. Ống hình trụ nhỏ được đục lỗ trên than và là nơi tập trung các cấu tử của dòng permeate. Khoảng không gian được giới hạn bởi mặt ngoài thân trụ nhỏ và mặt trong thân trụ lớn là hai tấm membrane hình chữ nhật cuộn lại theo hình xoắn ốc (bề mặt hoạt động của hai membrane được quay ngược nhau), cách nhau bởi một tấm đệm. Vật liệu phổ biến được dùng làm tấm đệm là polypropylene. Nguyên lý hoạt động: Nguyên liệu sẽ được bơm vào ở một đầu thân trụ và di chuyển dọc theo thân trụ bởi một kênh có cơ cấu tiết diện hình xoắn ốc (phần gạch chéo trong hình 19). Dòng sản phẩm retentate sẽ được tập trung và thoát ra ở đầu kia của thiết bị hình trụ. Các cấu tử permeate sẽ chui qua mao dẫn của hai membrane để vào kênh dẫn dành riêng cho chúng. Kênh này cũng có tiết diện hình xoắn ốc và liên thông với ống hình trụ trung tâm. Từ ống hình trụ trung tâm, dòng permeate sẽ được tập trung thoát ra khỏi thiết bị.  Hình 19: Thiết bị lọc MF theo mô hình cuộn xoắn Ưu điểm: Giá thành thấp hơn so với các mô hình khác Có thể lựa chọn chế độ chảy dòng hoặc chảy rối tùy điều kiện cụ thể. Nhược điểm: Năng suất thấp. Tốn chi phí năng lượng. Thông số công nghệ: Nồng độ sản phẩm đầu ra khoảng 15 – 20% nồng độ chất khô. Áp suất thẩm thấu: 9 bar. II.3.1.7. Lọc UF lần 2 Mục đích: Chế biến: Tăng hàm lượng whey protein tính trên tổng lượng chất khô (thực hiện quá trình cô đặc). Những biến đổi trong quá trình: Biến đổi hóa học: Hàm lượng chất khô tăng. Thiết bị: Thiết bị lọc UF Thông số công nghệ: Nồng độ sản phẩm đầu ra khoảng 20 – 25% nồng độ chất khô. II.3.1.8. Sấy Tương tự phần II.2.1.2. II.3.2. Quy trình 2  Hình 20: Sơ đồ khối quy trình sản xuất whey protein isolate 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 muối. Những biến đổi trong quá trình: Biến đổi hóa học: Hàm lượng chất khô giảm. Thiết bị: Thiết bị trao đổi ion. Cấu tạo thiết bị: Hệ thống trao đổi ion cổ điển tốn nhiều chi phí cho việc tái sinh nhựa trao đổi ion và whey protein bị tổn thất nhiều. Để giảm chi phí cho quá trình tái sinh các chất hóa học, cũng như giảm chi phí cho việc khử khoáng, bộ phận R&D của Swedish Diary Association (SMR) đã phát triển một hệ thống trao đổi ion khác, được thể hiện trong hình sau:  A Nhập liệu whey B Bột whey khử khoáng C Ngưng tụ với NH3 và CO2 D NH4HCO3 E Dung dịch tái sinh đã sử dụng F Nước thải G Bổ sung CO2 và NH3 H MgNH4PO4 Hình 21: Quá trình hoạt động của hệ thống SMR  Whey / bột whey đã khử khoáng A Thiết bị trao đổi anion Hơi nước B Thiết bị trao đổi cation Tác nhân lạnh Hơi Hơi + CO2 + NH3 CO2 NH3 Dung dịch đã sử dụng và dung dịch đã tái sinh MgCl2 NaOH  Cột tái sinh dung dịch Whey được xử lý bởi các thiết bị trao đổi ion Thiết bị ngưng tụ Thiết bị cô đặc Tháp hấp phụ Bồn chứa dung dịch tái sinh Thiết bị trao đổi ion để tái sinh Bồn chứa NH3 và HCl Bồn dung dịch tái sinh đã qua sử dụng Tháp chưng cất Thiết bị sấy phun Thiết bị đóng bao bì 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 đổi với ion (NH4+). Hệ thống trao đổi ion là một cặp, khi bộ phận này hoạt động thì bộ phận kia được tái sinh. Thời gian cho một chu kì là 4 giờ. Sau khi đi qua hệ thống trao đổi ion (1), whey được làm lạnh để thu hồi nhiệt trong cột hấp phụ cũng như tạo môi trường lạnh trong thiết bị ngưng tụ (2), được liên thông với tháp chưng cất (9). Sau đó, whey đi vào thiết bị cô đặc (3) và cuối cùng, whey concentrate – đã được khử khoáng – đi qua thiết bị sấy phun (10). Phần ngưng tụ từ thiết bị cô đặc ở giai đoạn 2, đặc biệt giàu amoniac, được tách từ hơi ngưng khác và tiếp tục đi vào tháp hấp phụ (4), tại đó nó hình thành dịch base cho dung dịch tái sinh mới. Phần ngưng tụ từ thiết bị cô đặc giai đoạn 1 và 2 được sử dụng để vệ sinh nhựa trao đổi ion. Một phần dung dịch tái sinh giàu NH4HCO3 được thu nhận ở bồn (8), tại đó phosphate bị kết tủa bằng việc bổ sung MgCl2 sau khi chỉnh pH với NaOH. Khi kết tủa của MgNH4PO4 được ổn định, lớp chất lỏng bề mặt được bơm lên đỉnh của tháp chưng cất (9) cùng lúc với quá trình tiền xử lý nhiệt trong thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng (không trình bày trong sơ đồ thiết bị trên) sử dụng chất lỏng ở dưới đáy như một môi trường nhiệt. Khoảng 10% chất lỏng được tách ra dưới dạng hơi, lần lượt được ngưng tụ bởi hệ thống xử lý whey bằng thiết bị trao đổi ion. Ưu điểm: Chi phí thấp cho việc tái sinh các chất hóa học. Tổn thất whey chỉ bẳng một nửa so với hệ thống trao đổi ion cổ điển. Việc pH dao động trong khoảng nhỏ (6.5 – 8.2) trong suốt quá trình trao đổi ion làm whey protein ít bị tổn thất. Hiệu suất khử khoáng cao: hơn 90%. Nhiệt độ vận hành thấp gây ức chế vi khuẩn trong sản phẩm cuối cùng. Tối ưu trong việc thu hồi nhiệt. Nhược điểm: Hệ thống thiết bị phức tạp, vì thế giá thành cao hơn so với hệ thống thiết bị cổ điển. Thông số công nghệ: Thời gian: 20 phút. Nhiệt độ: < 200C, nhiệt độ này ức chế sự phát triển của vi sinh vật. II.3.2.2. Lọc UF Mục đích: Chuẩn bị: Cô đặc dịch, chuẩn bị cho quá trình sấy. Chế biến: Tăng hàm lượng whey protein tính trên tổng lượng chất khô, tách chất béo. Những biến đổi trong quá trình: Biến đổi vật lý: Khối lượng riêng hỗn hợp giảm. Biến đổi hóa học: Thành phần phần trăm whey protein tăng, hàm lượng chất khô giảm. Thiết bị: Thiết bị lọc UF Thông số công nghệ: Nồng độ chất khô đầu ra là 45 – 55%. Áp lực thẩm thấu: 6.9 bar. II.3.2.3. Sấy Tương tự phần II.2.1.2. III. KẾT LUẬN – NHẬN XÉT III.1. So sánh 2 quy trình sản xuất whey protein concentrate  Quy trình 1 (kết hợp nhiệt độ và chỉnh pH)  Quy trình 2 (lọc UF)   Năng lượng  Tốn nhiều chi phí năng lượng hơn  Tốn ít chi phí năng lượng hơn.   Thiết bị  Tốn ít diện tích nhà xưởng hơn.  Tốn nhiều diện tích nhà xưởng hơn.   Phương pháp thực hiện  Phương pháp thực hiện phức tạp hơn.  Phương pháp thực hiện đơn giản hơn.   Sản phẩm  Sản phẩm có tính năng công nghệ kém hơn do protein bị biến tính. Sản phẩm có hàm lượng protein thấp (30 – 50 %).  Sản phẩm có tính năng công nghệ tốt hơn. Sản phẩm có hàm lượng protein cao hơn (50 – 85 %)   III.2. So sánh 2 quy trình sản xuất whey protein isolate  Quy trình 1 (lọc UF và lọc MF)  Quy trình 2 (trao đổi ion và lọc UF)   Thiết bị  Giá thành thiết bị thấp hơn.  Giá thành thiết bị cao hơn.   Sản phẩm  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 lượng lactose: 48 – 52% Hàm lượng chất béo: 3 – 4.5% Hàm lượng tro: 6.5 – 8% Độ ẩm: 3 – 4.5% pH > 6 Số lượng hạt: tối đa 15 hạt/mg Chỉ tiêu sinh học: Số lượng Coliform: < 10/g Số lượng nấm men/nấm mốc: <10 cfu/g Số lượng E.coliform: 0 Số lượng Salmonella: 0 Điều kiện bảo quản: Sản phẩm có khả năng hút ẩm và hấp phụ mùi mạnh. Do đó phải bảo quản sản phẩm trong điều kiện nhiệt độ thấp, độ ẩm không khí thấp. Whey protein concentrate – 50% Là sản phẩm của quá trình đặc biệt, từ sự thu nhận protein và chất béo. Chỉ tiêu chất lượng: Chỉ tiêu hóa lý: Hàm lượng protein: 50 – 52% Hàm lượng chất béo: 5 – 6% Hàm lượng lactose: 33 – 37% Hàm lượng tro: 7.5 – 8.5% Độ ẩm: 3.5 – 4.5% pH: 5.5 – 6.6 Số lượng hạt: 15 hạt/mg Chỉ tiêu sinh học: Số lượng Coliform: < 10 cfu/g Số lượng Salmonella: 0 Chỉ tiêu cảm quan: Màu trắng kem Điều kiện bảo quản: Nhiệt độ thấp và độ ẩm không khí thấp. Phạm vi ứng dụng: Chức năng của sản phẩm: hút ẩm, tạo gel, tạo bọt và có thể chuyển thành dạng sữa. Do đó, sản phẩm được sử dụng làm thức ăn dinh dưỡng, sữa trứng, hay sử dụng trong nước chấm salad, trong chế biến thịt và cá, các loại súp, nước sốt, bánh mì, … Whey protein concentrate – 80% Là sản phẩm của quá trình lọc (bằng thiết bị siêu lọc) whey lỏng từ quá trình sản xuất phô mai. Chỉ tiêu chất lượng: Chỉ tiêu hóa lý: Hàm lượng protein: 80 – 82% Hàm lượng chất béo: 4 – 8% Hàm lượng lactose: 4 – 8% Hàm lượng tro: 3 – 4% Độ ẩm: 3.5 – 4.5% pH: 6.5 – 7.5 Chỉ tiêu sinh học: Số lượng Salmonella: 0 Chỉ tiêu cảm quan: Màu từ trắng đến kem nhạt. Điều kiện bảo quản: Cần bảo quản whey protein concentrate tại nhiệt độ dưới 80oF để đảm bảo chất lượng sản phẩm là cao nhất. Phạm vi ứng dụng: Tương tự như whey protein concentrate 50%. IV.2. Whey protein isolate Whey protein isolate – 92% Chỉ tiêu chất lượng: Chỉ tiêu hóa lý: Hàm lượng protein: 92% Hàm lượng chất béo: 0.5 – 1% Tổng hàm lượng đường: < 2.6% Hàm lượng lactose: 0.5 – 1% Hàm lượng tro: 2 – 3% Độ ẩm: 3.5 – 4.5% pH: 6.5 – 7.5 Hàm lượng các acid amin không thay thế (tính trong 100g protein): Alanine           4891mg Arginine          2283mg Acid aspartic  10652mg Cysteine        2500mg Acid glutamic12174mg Glutamine      4674mg Glycine          1848mg Histidine        1957mg Isoleucine        6196mg Leucine        10870mg Lysine           9022mg Methionine      2065mg Phenylalanine  3370mg Proline            5543mg Serine            4674mg Threonine       6413mg Tryptophan     1630mg Tyrosine         2935mg Valine            5870mg Chỉ tiêu sinh học: Số lượng Salmonella: 0 Chỉ tiêu cảm quan: Màu trắng kem. Phạm vi ứng dụng: Tương tự như whey protein concentrate 50%. Whey protein isolate – 95% Chỉ tiêu chất lượng: Chỉ tiêu hóa lý: Hàm lượng protein: 95% Hàm lượng chất béo: 0.5 – 1% Tổng hàm lượng đường: 1.6% Hàm lượng lactose: 0.5 – 1% Hàm lượng tro: 2 – 3% Độ ẩm: 3.5 – 4.5% pH: 6.5 – 7.5 Hàm lượng % các acid amin không thay thế (tính trong 100g protein): Alanine           5.77 Arginine          2.09 Acid aspartic  11.8 Cysteine        2.55 Acid glutamic 19 Glycine         0.81 Histidine        1.88 Isoleucine        6.28 Leucine        9.9 Lysine           8.11 Methionine      2.61 Phenylalanine  3.26 Proline            5.21 Serine            4.79 Threonine       5.54 Tryptophan     1.47 Tyrosine         3.06 Valine            5.94 Chỉ tiêu sinh học: Số lượng Salmonella: 0 Coliform: âm tính E.coli: âm tính Nấm men và nấm mốc: âm tính Chỉ tiêu cảm quan: Màu trắng kem. Phạm vi ứng dụng: Tương tự như whey protein concentrate 50%. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Lê Văn Hoàng, Các quá trình & thiết bị công nghệ sinh học trong công nghiệp, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, 2004. [2]. Lê Văn Hoàng – Lê Thị Liên Thanh, Công nghệ chế biến sữa & các sản phẩm sữa, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, 2005. [3]. Lê Văn Việt Mẫn, Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa và thức uống – tập 1 – Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa, Nhà xuất bản đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2004. [4]. A. S. Grandison and M. J. Lewis, Separation Process in the Food and Biotechnology Industries, published by Woodhead Publishing Limited, Abington Hall, Abington, Cambridge CB1 6AH, England, 1996. [5]. Gosta Bylund, Dairy Processing Handbook, Tetra Pak Processing System AB publisher, Lund, Sweden, 1995. [6]. Mark C. Porter, Handbook of Industrial Membrane Technology, published in the United States of America by Noyes Publications, 1990. [7]. P.F. Fox and P.L.H McSweeney, Dairy Chemistry and Biochemitry, Department of Food Chemistry, University College Cox, Ireland, 1998. [8]. P. walstra, T.J. Geurts. A, Noomen, A. Jellema, M.A. J.S. van Boekel, Dairy Technology, published by Blackie Academic & Professional, an imprint of Thomson Science, 2 – 6 Boudary Row, London SE1 8HN, UK, 1998. [9]. Richard W. Baker, Membrane technology and applications, published by McGraw – Hill, 2000. [10]. R. Y. Yada, Proteins in food processing, published by Woodhead Publishing Limited, Abington Hall, Abington, Cambridge CB1 6AH, England, 2004. [11]. Tiina Mattila – Sandhom and Maria Saarela, Functional Dairy Products, published by Woodhead Publishing Limited, Abington Hall, Abington Cambridge CB1 6AH, England, 2003.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docWhey protein concentrate and isolate.doc