QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT WHEY PROTEIN

MỤC LỤCCHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU71.1.Nguyên liệu81.1.1.Giới thiệu về sữa bò81.1.2.Thành phần hóa học của sữa bò81.2.Whey91.2.1.Định nghĩa91.2.2.Thành phần whey101.2.3.Tính chất101.3.Whey protein111.3.1.Định nghĩa111.3.2.Thành phần whey protein111.3.2.1. α lactalbumin121.3.2.2. β lactoglobulin131.3.2.3. Proteosepeptone141.3.2.4. Immunoglobulin141.3.2.5. Serumalbumin151.3.3.Whey protein concentrate161.3.4.Whey protein isolate17CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ192.1.Xử lý whey trước khi đưa vào sản xuất192.1.1.Bảo quản whey sau khi thu nhận192.1.2.Tách béo và casein sót202.1.3.Làm lạnh hay thanh trùng232.2.Quy trình sản xuất whey protein concentrate232.2.1Quy trình 1232.2.2.Giải thích quy trình 1242.2.2.1. Thu nhận protein242.2.2.2. Gia nhiệt252.2.2.3. Phun hơi282.2.2.4. Hạ pH292.2.2.5. Làm nguội292.2.2.6. Cô đặc302.2.2.7. Sấy302.2.3.Quy trình 2332.2.4.Giải thích quy trình 2352.2.4.1. Lọc UF352.2.4.2. Cô đặc372.2.4.3. Sấy phun402.2.5.So sánh hai quy trình sản xuất whey protein concentrate412.3.Quy trình sản xuất whey protein isolate412.3.1.Quy trình 1412.3.2.Giải thích quy trình442.3.2.1. Gia nhiệt452.3.2.2. Tách cream452.3.2.3. Thanh trùng462.3.2.4. Làm nguội462.3.2.5. Lọc UF lần 1462.3.2.6. Lọc MF472.3.2.7. Lọc UF lần 2492.3.2.8. Sấy502.3.3.Quy trình 2502.3.4.Giải thích quy trình 2512.3.4.1. Trao đổi ion512.3.4.2. Lọc UF542.3.4.3. Sấy552.3.5.So sánh hai quy trình sản xuất whey protein isolate55CHƯƠNG III: SẢN PHẨM WHEY PROTEIN VÀ ỨNG DỤNG563.1.Sản phẩm whey protein concentrate573.1.1.Whey protein concentrate thương phẩm573.1.2.Sản phẩm whey protein isolate603.1.3.Hydrolyzed whey protein643.2.Ứng dụng653.2.1.Chống oxi hóa653.2.2.Whey protein isolate làm chất bao tinh dầu bạc hà653.2.3.Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm66 TÀI LIỆU THAM KHẢO68DANH MỤC BẢNGBảng 1.1: Thành phần hóa học sữa một số động vật và người (% khối lượng)10Bảng 1.2: Sự thay đổi hàm lượng các chất trong sữa bò (% khối lượng)10Bảng 1.3: Thành phần của whey không pha loãng 12Bảng 1.4: Thành phần các protein hòa tan trong sữa bò (Brunner, 1981)13Bảng 1.5: Hàm lượng một số acid amin có trong whey protein concentrate18Bảng 2.1: So sánh hai quy trình sản xuất whey protein concentrate42Bảng 2.2: So sánh hai quy trình sản xuất whey protein isolate56Bảng 3.1: Hàm lượng các acid amin không thay thế (tính trong 100g protein)61Bảng 3.2:Hàm lượng % các acid amin không thay thế (tính trong 100g protein)63Bảng 3.3: Thành phần dinh dưỡng Hydrolyzed whey proteinISO 10064DANH MỤC HÌNHHình 1.1: Cấu trúc của αlactalbumin14Hình 1.2: Cấu trúc của lactoglobulin15Hình 1.3: Bề mặt một phân tử IgG16Hình 1.4: Bề mặt một phân tử IgM17Hình 1.5: Cấu trúc albumin huyết thanh trong sữa bò18Hình 2.1: Quy trình tách casein và tách béo trong whey22Hình 2.2: Thiết bị ly tâm dạng đĩa23Hình 2.3: Sơ đồ khối quy trình sản xuất whey protein concentrate25Hình 2.4: Quá trình thu nhận whey protein biến tính26Hình 2.5: Thiết bị gia nhiệt dạng bản mỏng28Hình 2.6: Hệ thống sấy phun 2 giai đoạn33Hình 2.7: Sơ đồ khối quy trình sản xuất whey protein concentrate35Hình 2.8: Sơ đồ dạng thiết bị quy trình sản xuất whey protein concentrate36Hình 2.9: Thiết bị lọc UF36Hình 2.10: Module phân riêng với membrane ceramic37Hình 2.11: Thiết bị cô đặc màng chân không một tầng39Hình 2.12: Mặt cắt phần trên thiết bị40Hình 2.13: Sơ đồ khối quy trình sản xuất whey protein isolate43Hình 2.14: Sơ đồ thiết bị quy trình sản xuất whey protein isolate44Hình 2.15: Thiết bị lọc MF49Hình 2.16: Thiết bị lọc MF theo mô hình cuộn xoắn50Hình 2.17: Sơ đồ khối quy trình sản xuất whey protein isolate51Hình 2.18: Quá trình hoạt động của hệ thống SMR53Hình 2.19: Sơ đồ hệ thống khử khoáng từ bột whey54Hình 3.1: Whey protein concentrate 35 %59Hình 3.2: Whey protein concentrate 50 %60Hình 3.3: Whey protein concentrate 80 %61Hình 3.4: Whey protein isolate 92 %62Hình 3.5: Whey protein isolate 95 %64Hình 3.6: Hydrolyzed whey protein – ISO 10065Hình 3.7: Công thức cấu tạo glutathione65ĐẶT VẤN ĐỀWhey protein là một thành phần hỗn hợp có nguồn gốc từ sữa. Whey Protein được chiết xuất trong quá trình sản xuất phô mai từ sữa. Whey protein có giá trị cao nhất trong việc cung cấp chuỗi amino acid có kết quả xây dựng và duy trì tế bào cơ, rất tốt cho người tập thể hình. Whey protein thường được bán trên thị trường và tiêu dùng như là chế độ ăn uống bổ sung. Các loại amino acid có trong whey protein được kết hợp tốt để mang đến hoạt động tối ưu cho cơ thể, các phản ứng của hormone và tế bào được nâng cao với sự bổ sung của whey protein. Whey protein đóng vai trò như một chất chống oxi hóa giúp duy trì hệ thống miễn dịch khỏe mạnh, ứng dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm: bánh kẹo, bánh mì, bánh nướng, sản phẩm đồ uống, màng bao sản phẩm…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.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. Chính vì vậy, để tránh lãng phí nguồn sản phẩm phụ từ quá trình sản suất phô mai nhằm tạo ra sản phẩm whey protein chất lượng cao chúng tôi tiến hành tìm hiểu “Quy trình công nghệ sản xuất whey protein”.Mục đích:Tìm hiểu thành phần, cấu tạo, tính chất của whey protein.Tìm hiểu quy trình công nghệ sản xuất whey protein.Tìm hiểu sản phẩm whey protein trên thị trường và ứng dụng.CHƯƠNG I: TỔNG QUANTÀI LIỆU1.1.Nguyên liệu 2,3, 111.1.1. Giới thiệu về sữa bòSữa là một chất lỏng sinh lý được tiết ra từ tuyến vú của động vật và là nguồn thức ăn để nuôi sống động vật non. Từ xưa con người đã biết sử dụng sữa từ các động vật nuôi để chế biến thành nhiều loại thực phẩm quý giá. Hiện nay ngành công nghiệp chế biến sữa trên thế giới tập trung sản xuất trên ba nguồn nguyên liệu chính là sữa bò, sữa dê và sữa cừu. Ở nước ta sữa bò là nguồn nguyên liệu chủ yếu cho ngành công nghiệp thực phẩm.1.1.2.Thành phần hóa học của sữa bòSữa là một hỗn hợp các thành phần chính bao gồm nước, lactose,protein và các chất béo. Ngoài ra, sữa còn chứa một số hợp chất khác với hàm lượng nhỏ như các hợp chất chứa nitơ phi protein, vitamin, hormone, các chất màu và khí.Hàm lượng các chất trong sữa có thể dao động trong một khoảng rộng và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chủng động vật nuôi, tình trạng sinh lý của từng con vật, điều kiện chăn nuôi (thành phần thức ăn gia súc, chế độ cho ăn, thời tiết,…Bảng 1.1: Thành phần hóa học sữa của một số động vật và người (% khối lượng)Động vậtProtein tổngCaseinChất béoCarbonhydrateKhoángBò3.42.83.94.80.8Dê3.62.74.14.70.8Cừu5.84.97.94.50.8Ngựa2.21.31.76.20.5Người1.20.53.87.00.2Bảng 1.2: Sự thay đổi hàm lượng các chất trong sữa bò (% khối lượng)Các thành phần chínhKhoảng biến thiênGiá trị trung bìnhNước 85.5 ÷ 89.587.5Tổng các chất khôLactoseProtein Chất béoKhoáng10.5 ÷ 14.53.6 ÷ 5.52.9 ÷ 5.02.5 ÷ 6.00.6 ÷ 0.913.04.83.43.90.81.2.Whey 21.2.1.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 – 1990.1.2.2.Thành phần wheyWhey 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 1.3: Thành phần của whey không pha loãng. 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.1.2.3.Tính chấtWhey 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.1.3.Whey protein 21.3.1.Định nghĩaWhey 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.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần hóa học sữa một số động vật và người (% khối lượng) 10

Bảng 1.2: Sự thay đổi hàm lượng các chất trong sữa bò (% khối lượng) 10

Bảng 1.3: Thành phần của whey không pha loãng 12

Bảng 1.4: Thành phần các protein hòa tan trong sữa bò (Brunner, 1981) 13

Bảng 1.5: Hàm lượng một số acid amin có trong whey protein concentrate 18

Bảng 2.1: So sánh hai quy trình sản xuất whey protein concentrate 42

Bảng 2.2: So sánh hai quy trình sản xuất whey protein isolate 56

Bảng 3.1: Hàm lượng các acid amin không thay thế (tính trong 100g protein) 61

Bảng 3.2:Hàm lượng % các acid amin không thay thế (tính trong 100g protein) 63

Bảng 3.3: Thành phần dinh dưỡng Hydrolyzed whey protein-ISO 100 64

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Cấu trúc của α-lactalbumin 14

Hình 1.2: Cấu trúc của β-lactoglobulin 15

Hình 1.3: Bề mặt một phân tử IgG 16

Hình 1.4: Bề mặt một phân tử IgM 17

Hình 1.5: Cấu trúc albumin huyết thanh trong sữa bò 18

Hình 2.1: Quy trình tách casein và tách béo trong whey 22

Hình 2.2: Thiết bị ly tâm dạng đĩa 23

Hình 2.3: Sơ đồ khối quy trình sản xuất whey protein concentrate 25

Hình 2.4: Quá trình thu nhận whey protein biến tính 26

Hình 2.5: Thiết bị gia nhiệt dạng bản mỏng 28

Hình 2.6: Hệ thống sấy phun 2 giai đoạn 33

Hình 2.7: Sơ đồ khối quy trình sản xuất whey protein concentrate 35

Hình 2.8: Sơ đồ dạng thiết bị quy trình sản xuất whey protein concentrate 36

Hình 2.9: Thiết bị lọc UF 36

Hình 2.10: Module phân riêng với membrane ceramic 37

Hình 2.11: Thiết bị cô đặc màng chân không một tầng 39

Hình 2.12: Mặt cắt phần trên thiết bị 40

Hình 2.13: Sơ đồ khối quy trình sản xuất whey protein isolate 43

Hình 2.14: Sơ đồ thiết bị quy trình sản xuất whey protein isolate 44

Hình 2.15: Thiết bị lọc MF 49

Hình 2.16: Thiết bị lọc MF theo mô hình cuộn xoắn 50

Hình 2.17: Sơ đồ khối quy trình sản xuất whey protein isolate 51

Hình 2.18: Quá trình hoạt động của hệ thống SMR 53

Hình 2.19: Sơ đồ hệ thống khử khoáng từ bột whey 54

Hình 3.1: Whey protein concentrate 35 % 59

Hình 3.2: Whey protein concentrate 50 % 60

Hình 3.3: Whey protein concentrate 80 % 61

Hình 3.4: Whey protein isolate 92 % 62

Hình 3.5: Whey protein isolate 95 % 64

Hình 3.6: Hydrolyzed whey protein – ISO 100 65

Hình 3.7: Công thức cấu tạo glutathione 65

ĐẶT VẤN ĐỀ

Whey protein là một thành phần hỗn hợp có nguồn gốc từ sữa Whey Protein đượcchiết xuất trong quá trình sản xuất phô mai từ sữa Whey protein có giá trị cao nhất trongviệc cung cấp chuỗi amino acid có kết quả xây dựng và duy trì tế bào cơ, rất tốt chongười tập thể hình Whey protein thường được bán trên thị trường và tiêu dùng như là chế

độ ăn uống bổ sung Các loại amino acid có trong whey protein được kết hợp tốt để mangđến hoạt động tối ưu cho cơ thể, các phản ứng của hormone và tế bào được nâng cao với

sự bổ sung của whey protein Whey protein đóng vai trò như một chất chống oxi hóa giúp

duy trì hệ thống miễn dịch khỏe mạnh, ứng dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm:bánh kẹo, bánh mì, bánh nướng, sản phẩm đồ uống, màng bao sản phẩm…

Tổng đầu ra của whey xấp xỉ 120 triệu tấn vào năm 1990, chứa khoảng 0.7 triệutấn protein hoàn hảo, bằng với hàm lượng protein hoàn hảo có trong 2 triệu tấn đậunành.Cho đến nay, mặc dù lượng protein hoàn hảo không đủ cung cấp cho thế giới nhưngmột lượng lớn dịch whey vẫn bị lãng phí, tỉ lệ lãng phí khoảng 50% trong giai đoạn 1989– 1990 Chính vì vậy, để tránh lãng phí nguồn sản phẩm phụ từ quá trình sản suất phô mai

nhằm tạo ra sản phẩm whey protein chất lượng cao chúng tôi tiến hành tìm hiểu “Quy

trình công nghệ sản xuất whey protein”.

Mục đích:

- Tìm hiểu thành phần, cấu tạo, tính chất của whey protein

- Tìm hiểu quy trình công nghệ sản xuất whey protein

- Tìm hiểu sản phẩm whey protein trên thị trường và ứng dụng

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

TÀI LIỆU

1.1 Nguyên liệu [2,3, 11]

1.1.1 Giới thiệu về sữa bò

Sữa là một chất lỏng sinh lý được tiết ra từ tuyến vú của động vật và là nguồn thức

ăn để nuôi sống động vật non Từ xưa con người đã biết sử dụng sữa từ các động vật nuôi

để chế biến thành nhiều loại thực phẩm quý giá Hiện nay ngành công nghiệp chế biếnsữa trên thế giới tập trung sản xuất trên ba nguồn nguyên liệu chính là sữa bò, sữa dê vàsữa cừu Ở nước ta sữa bò là nguồn nguyên liệu chủ yếu cho ngành công nghiệp thựcphẩm

Sữa là một hỗn hợp các thành phần chính bao gồm nước, lactose,protein và các chấtbéo Ngoài ra, sữa còn chứa một số hợp chất khác với hàm lượng nhỏ như các hợp chấtchứa nitơ phi protein, vitamin, hormone, các chất màu và khí

Hàm lượng các chất trong sữa có thể dao động trong một khoảng rộng và phụ thuộc vàonhiều yếu tố như chủng động vật nuôi, tình trạng sinh lý của từng con vật, điều kiện chănnuôi (thành phần thức ăn gia súc, chế độ cho ăn, thời tiết,…

Bảng 1.1: Thành phần hóa học sữa của một số động vật và người (% khối lượng) Động vật Protein

Bảng 1.2: Sự thay đổi hàm lượng các chất trong sữa bò (% khối lượng)

Các thành phần chính Khoảng biến thiên Giá trị trung bình

13.04.83.43.90.8

1.2 Whey [2]

1.2.1 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 maimềm và casein đông tụ – còn gọi là whey ngọt – có pH từ 5.9 – 6.6 Quá trình sản xuấtacid 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 nhưngmột lượng lớn dịch whey vẫn bị lãng phí, tỉ lệ lãng phí khoảng 50% trong giai đoạn 1989– 1990

Whey chiếm 80 – 90% tổng thể tích của sữa được đưa vào sản xuất và chứa khoảng50% 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 1.3: Thành phần của whey không pha loãng

Mặc dù whey chứa những chất dinh dưỡng có giá trị, nhưng chỉ những năm gần đâycác quy trình thương mại mới phát triển để sản xuất sản phẩm whey chất lượng cao.

1.3 Whey protein [2]

1.3.1 Định nghĩa

Whey protein là một protein hoàn hảo với chất lượng rất cao, nó chứa một lượng lớntất 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 Wheyprotein tự nhiên có dạng hình cầu, khả năng hòa tan cao hơn casein và có chất lượng caohơn

Thành phần protein trong sữa bò: casein chiếm 80% và whey protein chiếm 20%

Bảng 1.4: Thành phần các protein hòa tan trong sữa bò (Brunner, 1981)

Tên protein Hàm lượng

(% tổng khối

Kiểu gen Phân tử lượng

(Da)

Ghi chú

lượng protein trong sữa)

123 gốc acidaminβ-lactoglobulin 7 ÷ 12 A, B, C, D, D1 18.000 Phân tử gồm

162 gốc acidaminProteose-

peptone

thủy phân từβ-caseinImmunoglobuli

n

1.9 ÷ 3.3 IgG1, IgG2

IgAIgM

162.000, 152.000400.000950.000

542 gốc acidamin

1.3.2.1 α- lactalbumin

Protein dạng hình cầu Cấu trúc của nó gần giống như lysozyme α-lactalbumin làmột metalloprotein Trong mỗi phân tử có chứa một nguyên tử calci α-lactalbumin làmột protein có giá trị dinh dưỡng cao Thành phần các acid amin trong phân tử của nó rấtcân đối

Trọng lượng phân tử là 14.200 Da, điểm đẳng điện từ 4.2-4.5 Một trong nhữngkhác biệt về cấu trúc chính với β-lactoglobulin là nó không có bất kỳ nhóm thiol tự do làđiểm khởi đầu cho một phản ứng kết hợp cộng hóa trị Kết quả là, α-lactalbumin tinhkhiết sẽ không tạo dạng gel khi làm biến tính và axit hóa

Protein này được xem là whey protein đặc trưng Nó có trong sữa của mọi động vật

có vú và đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp lactose (đường sữa)

Hình 1.1: Cấu trúc của α-lactalbumin

(https://www.google.com/#q=%CE%B1-lactalbumin)

1.3.2.2 β- lactoglobulin

Cấu trúc bậc hai gồm 10÷50% xoắn α, 20÷30% lá xếp β, 50÷60% vòng cung β vàphần còn lại với cấu trúc không trật tự β-lactoglobulin có dạng hình cầu Các gốc phâncực, không phân cực và các gốc ion hóa được phân bố đều trong phân tử, riêng các gốc

ưa béo tập trung chủ yếu ở phần bên trong của cấu trúc hình cầu nên β-lactoglobulin íttương tác hoặc kết hợp với các phân tử khác

β-lactoglobulin là đạm sữa lớn của sữa bò (~ 3 g/l), và cũng có mặt ở nhiều loàiđộng vật có vú khác

Khi đun nóng đến 800C, bi đông tụ dễ dàng.Sự đông tụ xảy ra theo 2 giai đoạn:

 Giai đoạn 1(65-70 0 C): kèm theo sự thay đổi cấu hình protein liên quan tới sự dãn

ra của các polypeptit của globulin

 Giai đoạn 2: Đông tụ tạo thành gel,xảy ra sự liên hợp tao thành cầu disunfua do

các nhóm tiol tự do trong cùng một phân tử hoặc giữa các phân tử Ở nhiệt độcao ,các hợp chất chứa lưu huỳnh được giải phóng tạo thành mùi nấu cho sữa.Renin không đông tụ β-lactoglobulin ở điều kiện thường nhưng β-lactoglobulin bịbiến tính ở nhiệt độ cao nên khi lên men sau đó β-lactoglobulin sẽ chuyển vàoquện sữa

Hình 1.2: Cấu trúc của β-lactoglobulin(https://www.google.com/#q=%CE%B2-lactoglobulin)

Bao gồm những phân đoạn protein khác nhau Chúng là sản phẩm thủy phân từ casein bởi plasmine Cùng với γ-casein, đến nay người ta đã tìm thấy được ba phân đoạnkhác nhau proteose-peptone từ quá trình thủy phân trên

Đến nay vẫn chưa có nhiều công trình nghiên cứu sâu về nhóm protein này Hầu hếtcác Immunoglobulin được tổng hợp bởi bạch cầu lymphocyte B Người ta đã tìm thấy baloại Immunoglobulin trong sữa bò là IgG, IgA và IgM

Trong số các Immunoglobulin, IgG được tìm thấy với hàm lượng cao nhất Trongsữa non, hàm lượng IgG1 có thể chiếm đến 80 % tổng khối lượng các protein hòa tantrong sữa

Hình 1.3: Bề mặt một phân tử IgG

(https://www.google.com/#q=IgG)

IgM là một glyco-protein Theo Rebadeau-Dumas (1981), cả IgG và IgM đều hoạt động như những kháng thể theo cùng một cơ chế là liên kết với kháng nguyên và tạo ra mạng lưới không gian ba chiều không tan

Hình 1.4: Bề mặt một phân tử IgM

(https://www.google.com/#q=IgM)IgA cũng có thể tìm thấy trong nước mắt và các dịch tiêu hóa Nó có chức năngchống nhiễm trùng đường ruột

Bê khi mới sinh ra không có ba loại immunoglobulin IgG, IgM và IgA Tuy nhiênsữa non của bò rất giàu ba loại kháng thể trên Immunoglobulin được tìm thấy trong máuhoặc chất dịch cơ thể khác của động vật có xương sống, và được sử dụng bởi hệ thốngmiễn dịch để xác định và trung hòa các đối tượng ngoài, chẳng hạn như vi khuẩn vàvirus Immunoglobulin giữ vai trò quan trọng trong việc bảo vệ động vật sơ sinh (kể cảcon người) chống lại vi khuẩn và bênh tật.

Là một protein phân tử lượng lớn có nguồn gốc từ máu và không đặc trưng cho sữa.Thành phần của nó gồm có tất cả 542 gốc acid amin, trong đó 136 acid amin có tính acid

và 52 acid amin có tính kiềm Serum-albumin rất mẫn cảm với nhiệt độ

Hình 1.5: Cấu trúc albumin huyết thanh trong sữa bò

(https://www.google.com/#q=Serum-albumin)

1.3.3 Whey protein concentrate

Whey protein concentrate chứa từ 30 – 80% protein tùy thuộc vào sản phẩm, nóđược 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 1.5: Hàm lượng một số acid amin có trong whey protein concentrate

sạch nhất và cô đặc của whey protein sẵn có Nó chứa hơn 90% hàm lượng protein , trongkhi hàm lượng chất béo và lactose lại chiếm rất ít

Whey protein isolate có chất lượng cao hơn whey protein concentrate do sử dụngthiết bị tiên tiến hơn (thiết bị trao đổi ion)

Acid amin Hàm lượng (g/100g)

CHƯƠNG II: QUY TRÌNH

CÔNG NGHỆ

2.1 Xử lý whey trước khi đưa vào sản xuất [4,5]

Trước khi đưa vào quy trình sản xuất để tạo ra các sản phẩm từ whey, ta phải có quátrình xử lý whey trước gồm tách béo và casein sót, sau đó làm lạnh hoặc thanh trùng

Whey phải được xử lý ngay sau khi thu nhận vì thành phần hóa học của whey thíchhợp 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%

2.1.2 Tách béo và casein sót

Casein luôn tồn tại trong dịch whey do quá trình đông tụ chưa hoàn toàn Chúng ảnhhưởng đến quá trình tách béo, do đó phải được tách ra trước Có thể áp dụng nhiềuphương 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 trongchế 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 trìnhsản xuất phô mai để chuẩn hóa sữa phô mai, điều này làm cho cream tươi có chất lượngphù 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 2.1: Quy trình tách casein và tách béo trong whey

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

Whey Casein Cream Môi trường nhiệt

• Các biến đổi khác không đáng kể.

 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 2.2: 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 bịtách thành 2 phần: phần whey cream và casein (hàm lượng chất béo cao nên có khốilượng riêng nhỏ) chuyển động về phía tâm của trục thùng quay, phần whey đã tách kiệtbéo (hàm lượng chất béo rất thấp nên có khối lượng riêng lớn) chuyển động về phía biêncủa thùng quay Tốc độ quay của thiết bị phải ổn định thì mới tách kiệt béo trong dịchwhey

4

3

5

1 2

Cuối cùng, ta thu được 2 dòng sản phẩm: dòng whey cream – casein và dòngdịch 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 tửmẫn cảm với nhiệt sẽ bị tổn thất

Tiết kiệm năng lượng do không tốn chi phí cho quá trình xử lý nhiệt

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

2.2 Quy trình sản xuất whey protein concentrate [1,5,8]

2.2.1 Quy trình 1

Gia nhiệtPhun hơi

Làm nguội

Cô đặcSấy

Whey protein concentrateWhey đã xử lý

Hình 2.3: Sơ đồ khối quy trình sản xuất whey protein concentrate

2.2.2 Giải thích quy trình 1

Quy trình trên gồm 2 quá trình chính là thu nhận protein và sấy dịch thu nhận được

2.2.2.1 Thu nhận protein

Nhìn chung, whey protein không thể bị kết tủa bởi men dịch vị hoặc acid Tuynhiên, 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

1 Bồn chứa whey

2 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng

3 Bơm phun hơi nước

4 Hệ thống ống giữ nhiệt

5 Bồn chứa acid

6 Thiết bị lọc

7 Bồn thu nhận whey protein biến tính

Hình 2.4: Quá trình thu nhận whey protein biến tính

2.2.2.2 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 rấtmỏng, gấp nếp, làm bằng thép không rỉ gắn chặt vào nhau trong khung Các nếp gấp giúpcho đĩa chống lại sự chênh lệch áp suất, tăng diện tích truyền nhiệt và tạo nên dòng chảyrối trong đường dẫn Cứ lần lượt như thế, sự chuyển động của dòng chảy rối mang lạihiệu 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 mộtmiếng 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 thépkhông rỉ

Hình 2.5: Thiết bị gia nhiệt dạng bản mỏng

Vì thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng được cấu tạo bởi một khung chứa cácđĩa, nên ta có thể thêm nhiều đĩa vào khung để tăng năng suất, và có thể tách các đĩa ra dễdàng khi vệ sinh thiết bị

• Nhược điểm:

Không làm việc dưới áp suất cao và không thích hợp cho quá trình chế biến cácsản 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 Vìthế, giữ cho thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng sạch trước khi chạy sản phẩm mới làđiều 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 thuhồi nhiệt

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

2.2.2.4 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: 4.6Thời gian cho sự kết hợp của nhiệt độ và acid: 3 – 4 phút

 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

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 phútNồng độ whey protein biến tính khi ra khỏi thiết bị: 45 – 55%

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

 Thi ết bị: Hệ thống sấy phun 2 giai đoạn: sấy phun và sấy tầng sôi.

Whey Môi trường nhiệt Bột whey

1 Bộ phận gia nhiệt không khí cho buồng sấy phun

2 Buồng sấy phun

3 Buồng sấy tầng sôi

4 Bộ phận gia nhiệt không khí cho buồng sấy tầng sôi

5 Quạt cung cấp không khí làm nguội.

6 Quạt cung cấp không khí có độ ẩm thấp để làm nguội

7 Rây bột sản phẩm

Hình 2.6: 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 phunsương 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 sửdụng đầu phun khí động, còn gọi là đầu phun 2 dòng (đầu phun này có ưu thế hơn đầuphun 1 dòng và đầu phun ly tâm vì không xảy ra hiện tượng sản phẩm bị tắc nghẽn ở cửara)

Đầu phun 2 dòng hoạt động dựa trên nguyên tắc: nguyên liệu được bơm vào đầuphun theo ống trung tâm, tác nhân sấy (không khí nén) sẽ theo ống ở phần biên của đầuphun, dòng không khí đi ra tiếp xúc dòng nguyên liệu chảy xuống và tán nhỏ nguyên liệuthành 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 vàdạng sản phẩm cần tạo thành

Khi dịch ra khỏi đầu phun và đi vào buồng sấy, không khí nóng sẽ tách nước từdịch đến độ ẩm cần thiết Sau đó, bột sẽ được tách ra trong cyclone thu hồi sản phẩmbằng 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 hệthống sấy phun 1 giai đoạn, do đó giảm 10% năng lượng tiêu hao so với hệ thống sấyphun 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

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 khảnăng tạo bọt, hình thành nhũ tương và tạo gel

Người ta thu whey protein tự nhiên bẳng cách lọc qua màng membrane hoặc quathiết 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 thuậtsấy

Whey đã xử lý

Cô đặcLọc UF

SấyWhey protein concentrate

Dịch lọc

Hình 2.7: Sơ đồ khối quy trình sản xuất whey protein concentrate.

2 Bồn thu nhận dịch lọc Retentate đã cô đặc

3 Bồn trung gian chứa whey protein Permeate

Hình 2.8: Sơ đồ dạng thiết bị quy trình sản xuất whey protein concentrate