Đề tài Sản xuất protein isolate từ đậu nành

nh trùng. Ở pH = 5,5 hay thêm ion Ca2+ làm đông tụ protein thành những khối. Cả glycinin và conglycinin đều bị biến tính khi tiếp xúc với hỗn hợp nước – ethanol có hàm lượng rượu trên 20% theo thể tích. Rượu càng kỵ nước thì sự giãn Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 8 mạch protein càng nhanh và độ cứng của gel càng lớn. I.3 Thành phần dinh dưỡng hạt đậu nành Thành phần dinh dưỡng của sữa đậu thành có nhiều điểm tương tự với sữa bò. o Sữa đậu nành có lượng protein cao gần bằng sữa bò, nhưng ít canxi hơn sữa bò. Sữa đậu nành có ưu điểm là không có lactose, có thể thay thế sữa bò cho những người bị dễ bị đau bụng do lactose. Sữa đậu nành cũng chứa ít chất béo bão hòa hơn sữa bò, có thể có lợi cho tim mạch hơn. o Đậu nành có tỷ lệ protit và lipit vượt xa lượng chất dinh dưỡng có trong thịt, nhiều nhất vẫn là protein. Người ta thấy rằng protein động vật vừa khó hấp thu, vừa để lại những hợp chất cặn xấu cho cơ thể, làm suy thoái nhanh và gây ra nhiều chứng bệnh nan y, ngược lại protein đậu nành có lợi cho cơ thể, không để lại những hợp chất gây bệnh, lại có đặc tính đặc biệt về khả năng kết hợp với các prorein từ ngũ cốc, ở một mức độ nào đó, bổ sung cho nhau để tạo ra nhiều loại dưỡng chất tương ứng với nguồn gốc từ động vật như protein trong trứng, cá và nhiều loại khác. Vì thế mà khi protein đậu nành dùng thay thế protein động vật làm giảm những khiếm khuyết mà protein động vật gây ra, đồng thời nhờ tính kết hợp, cung cấp cho cơ thể nhiều hợp chất phong phú đáp ứng quá trình trao đổi chất trong cơ thể. o Chất béo không bão hoà chiếm 60% so với bão hoà là 15%, trong đó có 2 loại axit linolenic và linolic ảnh hưởng tốt lên hệ tuần hoàn và phòng được ung thư. o Chất xơ của đậu nành gồm hai loại: xơ không tan ở phần vỏ bao (cellulose, lignin) và xơ tan ở phần đậu (pectin, gum). o Nhiều hợp chất khác có trong đậu nành có tính dược lý cao, được các nhà khoa học lần lượt khám phá và họ đã khẳng định chúng có khả năng ngăn chặn hữu hiệu bệnh tim mạch, làm tăng khả năng chịu đựng các hoạt động cơ bắp, giảm khối lượng mỡ, giữ cho cơ thể thon thả và khoẻ mạnh. o Trong hạt đậu nành rất giàu vitamin A, E, K cùng với khoáng chất potassium sắt, kẽm và phốt pho bổ sung đảm bảo cho cơ thể có đầy đủ dưỡng chất. I.4 Chỉ tiêu chất lượng Thông thường, chất lượng của đạm được đánh giá dựa vào thành phần acid amin thiết yếu. Có tất cả 20 loại acid amin, nhưng trong đó chỉ có 8 loại là thiết yếu mà cơ thể không tự tổng hợp được, phải lấy từ nguồn thực phẩm ăn vào. Loại đạm nào có sự phân bố thành phần 8 acid amin thiết yếu giống với đạm của cơ thể thì được xem là đạm có chất lượng tốt. Người ta đã dùng các chỉ số BV (Biochemical Value) hoặc NPU (Net Protein Utilisation) để đo lường chất lượng của đạm. Các chỉ số này càng cao có nghĩa là đạm ăn vào có khả năng được giữ lại cơ thể càng nhiều để tổng hợp thành đạm cơ thể. So với các Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 9 nguồn đạm thực vật khác, đạm đậu nành có chỉ số BV cao hơn cả. Nhưng so với đạm của các nguồn động vật như: trứng, thịt, cá, sữa thì đạm đậu nành có chỉ số BV thấp hơn. Đó là do đạm đậu nành thiếu hụt thành phần methionin. BV của protein isolate là 74. NPU của protein đậu nành là 61. I.5 Các sản phẩm thực phẩm từ đậu nành: Do đậu nành có chứa nhiều thành phần dinh dưỡng, giúp ích cho con người trong việc bổ sung lượng protein và lipid cần thiết cho cơ thể, nên được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau: y dược, nông nghiệp, chăn nuôi, công nghiệp… Tuy nhiên khả năng ứng dụng của đậu nành được sử dụng nhiều nhất là trong thực phẩm. Thực phẩm chế biến từ đậu nành có thể chia làm 2 nhóm lớn: Nhóm thực phẩm không lên men: Sản phẩm sữa đậu nành. Cà phê sữa đậu nành. Đậu phụ. Các loại bánh nướng. Bột dinh dưỡng cho trẻ em. Các sản phẩm giả thịt, lạp xưởng. Nước tương hoá giải. Các chất chiết từ protein đậu nành. Nhóm thực phẩm có lên men: Chao Nước tương lên men. Tương. Miso. Tempeh. Đạm tương. I.6 Tổng quan về sản phẩm Protein Isolate: I.6.1 Định nghĩa : của Association of American Feed Control Officials, Inc. (AAFCO) thì SPI được sản xuất từ bột đậu nành đã tách vỏ, tách béo và loại hết những phần không phải là protein và chứa ít nhất là 90% protein trên hàm lượng chất khô. Hình 1.2: Soy protein isolate dạng bột Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 10 Protein đậu nành là một sản phẩm được chế biến bằng cách trích ly protein từ đậu nành với hàm lượng protein cao (>90%), để cung cấp cho các nhà máy chế biến các sản phẩm thịt. Protein đậu nành có tính năng cải thiện cấu trúc hay tạo cấu trúc trong các dạng sản phẩm khác nhau (dạng gel, nhũ tương...), có khả năng giữ nước, liên kết các thành phần chất béo, protein...nhanh chóng nên được đưa vào trực tiếp trong quá trình tạo nhũ tương. Protein isolate là protein đậu nành có hàm lượng protein cao nhất, được làm từ quá trình trích ly hạt đậu nành, loại bỏ hầu hết chất béo và carbohydrate. Kết quả thu được là sản phẩm chứa trên 90% protein. Vì vậy protein isolate có mùi vị trung tính so với các sản phẩm protein đậu nành khác. Protein isolate từ đậu nành được sử dụng phần lớn trong công nghiệp thực phẩm. I.6.2 Ứng dụng trong công nghiệp của protein islolate Protein isolate được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm với mục đích dinh dưỡng (tăng hàm lượng protein trong sản phẩm), cảm quan (ngon miệng hơn, hợp khẩu vị hơn) và những lý do chức năng (cần thiết cho sự chuyển thành thể sữa, sự hấp thụ nước, chất béo, chất kết dính) Protein isolate được sử dụng trong công nghiệp sản xuất các sản phẩm sau: o Snacks o Thức ăn nhanh từ ngũ cốc o Thực phẩm nướng o Kem, sản phẩm bơ sữa. o Công nghệ sản xuất thịt cá… Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 11 II. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ II.1 Quy trình I Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 12 II. 1.1 Làm sạch II.1.1.1 Mục đích: tách loại tạp chất vô cơ, hữu cơ, đặc biệt là các tạp chất kim loại ảnh hưởng đến quá trình vận hành thiết bị, đồng thời loại bỏ một số vi sinh vật, côn trùng gây hỏng hạt. II.1.1.2 Các biến đổi : o Vật lý : loại tạp chất rắn khỏi nguyên liệu. o Sinh học: loại bỏ được một số vi sinh vật có lẫn trong tạp chất trong nguyên liệu. II.1.1.3 Thực hiện: đầu tiên đậu nành được qua thiết bị sàng rung để tách các tạp chất cơ học lớn như đá, sỏi…, sau đó qua thiết bị tách từ. Cuối cùng đậu nành được làm sạch trên rây, có thổi khí để tách tạp chất nhẹ, bụi. II.1.2 Nghiền, tách vỏ II.1.2.1 Mục đích: làm vỡ hạt đậu nành để vỏ dễ dàng tách ra khỏi hạt. Vỏ chiếm khoảng 7-8% thể tích hạt đậu. II.1.2.2 Biến đổi o Vật lý: giảm kích thước của hạt đậu nành thành những hạt nhỏ, tăng nhiệt độ nguyên liệu do ma sát trong quá trình nghiền. o Hóa học: phân huỷ một số chất mẫn cảm với nhiệt độ như vitB1, vitC và nhiệt độ tăng có thể thúc đẩy phản ứng oxy hóa acid béo tự do có trong đậu nành. o Sinh học: loại một số vi sinh vật có trong vỏ đậu nành, một số vi sinh vật bị tiêu diệt. II.1.2.3 Thực hiện: 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 cẩn thận, tránh làm vỡ vụn hạt, gây khó khăn cho quá trình tách vỏ. II.1.3 Cán tạo bánh (fraking) II.1.3.1 Mục đích: phá vỡ cấu trúc tế bào, chuẩn bị cho quá trình trích ly chất béo ra khỏi đậu nành. II.1.3.2 Biến đổi o Vật lý: giảm kích thước của đậu nành thành những hạt nhỏ, tăng nhiệt độ do ma sát trong quá trình cán. o Hóa học: phá vỡ cấu trúc tế bào. II.1.3.3 Thực hiện: đậu nành được đưa vào thiết bị cán trục tạo flakes. Bề dày của flakes đi khỏi thiết bị là khoảng 0.25 - 0.35 mm. II.1.4 Trích ly lipid bằng hexan II.1.4.1 Mục đích: tách khoảng 99-99.5% dầu trong đậu nành. II.1.4.2 Biến đổi Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 13 o Hóa lý: chất béo được trích ly vào dung môi benzen. II.1.4.3 Thiết bị o Nguyên lý hoạt động: Đậu nành sau khi cán được nhúng ngập trong lòng dung môi (sử dụng dung môi hexane lưu chuyển 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 tách béo được gọi là Marc (phần xác), có hàm lượng béo 0.2 – 1%. Hình 2.1: Thiết bị trích ly chất béo o Để tránh biến tính protein thì quá trình được thực hiện ở 500C, một giải pháp để tăng hiệu suất trích ly là sử dụng hexan bổ sung acid acetic 5% về thể tích, lúc đó quá trình có thể thực hiện được ở nhiệt độ phòng và hiệu suất lúc khi sử dụng kết hợp hexan và acid acetic ở nhiệt độ phòng có hiệu suất trích ly cao hơn cả thực hiện ở 600C mà không có sự có mặt của acid acetic ( Trích từ Journal of the American Oil Chemists' Society, 04/04/1983 ). II.1.5 Tách hexan II.1.5.1 Mục đích: tách hexan khỏi bã đậu nành sau khi tách béo. II.1.5.2 Biến đổi o Hóa lý: hexan được tách khỏi bã đậu nành tại nhiệt độ sôi của hexan. II.1.5.3 Thiết bị o Nguyên lý hoạt động: Bã đậu nành sau khi tách béo được đưa vào thiết bị flash desolventizer. Hệ thống flash desolventizer bao gồm ống tách dung môi, quạt Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 14 thổi hoàn 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. Flakes sau khi ra khỏi thiết bị trích ly được nhập liên tục vào hệ thống, và di chuyển dưới tác dụng của luồng hơi quá nhiệt (157-166oC) chuyển động cùng chiều với vận tốc rất cao. Dòng hơi đưa nhiệt độ flakes lên khoảng 77-88oC trong vòng 3 giây, trong khi đó nhiệt độ bay hơi của hexane là 65oC. Bởi vì flakes đi vào thiết bị flash desolventizer với hàm ẩm thấp, 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, và đi thẳng tới thiết bị khử mùi nhằm loại bỏ dấu tích của dung môi. Hình 2.2: Hệ thống tách hexan II.1.6 Hoà tan protein bằng dung dịch NaOH: II.1.6.1 Mục đích o Khai thác: hòa tan protein trong đậu nành đã tách béo.dung dịch. II.1.6.2 Biến đổi: o Vật lý: sự thay đổi về thể tích, khối lượng tăng. o 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 cystein, cystin bị phá hỏng, Arg bị phân hủy một phần thành ornitin và ure, ở pH cao cũng có thể thúc đẩy phản ứng maillard xảy ra. o Sinh học: một số vi sinh vật có thể bị ức chế trong môi trường kiềm. o Hoá sinh: một số enzym bị vô hoạt. II.1.6.3 Thực hiện: cho đậu nành đã tách béo vào bồn hình trụ, trong bồn có lấp cánh khoáy, motor được lắp phía trên và thiết bị được thóat ra từ của đáy. Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 15 II.1.6.4 Thông số công nghệ o pH: 7.7-9 o Thời gian: 45 phút – 60 phút o Nhiệt độ:550C – 600C Hình 2.3: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của dịch chiết nitrogen, chỉ số khúc xạ và pH theo thời gian II.1.7 Ly tâm II.1.7.1 Mục đích: o Khai thác: loại bỏ bã lọc ra khỏi dịch sau khi nghiền, thu nhận dịch chiết, làm sạch, nâng cao chất lượng dịch chiết. II.1.7.2 Biến đổi: o Vật lý: sự thay đổi về thể tích, khối lượng giảm. o Hóa học: có tổn thất một ít protein, vitamin, chất màu… theo bã lọc. o Hóa lý: thay đổi trạng thái từ dung dịch dạng huyền phù sang lỏng. o Sinh học: một số vi sinh vật bị loại bỏ theo bã lọc. II.1.7.3 Thiết bị lọc ly tâm o Cấu tạo: Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 16 o Nguyên tắc hoạt động: loại máy ly tâm này dùng để tách pha rắn và pha lỏng ra khỏi dung dịch huyền phù sệt. Dịch huyền phù được bơm vào ống nhập liệu đầu buồng lọc. Trục vít xoắn quay tạo ra lực ly tâm làm cho các hạt rắn chuyển động ra khỏi tâm buồng lọc và va vào thành thiết bị. Những hạt rắn này sẽ được trục vít đẩy về ống tháo bã. Phần lỏng còn lại tiếp tục qua màng lọc theo ống tháo sản phẩm ra ngoài. o Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ly tâm là tính chất bã. II.1.8 Kết tủa protein: II.1.8.1 Mục đích: o Khai thác: thu nhận lượng protein hoà tan trong dung dịch. II.1.8.2 Các biến đổi trong quá trình kết tủa protein o Hóa lý: thay đổi trạng thái từ dung dịch, hình thành khối kết tủa. o Sinh học: một số vi sinh vật bị ức chế do pH thấp. II.1.8.3 Thực hiện: dung dịch thu được sau quá trình ly tâm sẽ được bơm vào bồn kết tủa. Bồn kết tủa là bồn hình trụ, làm bằng thép không rỉ, có khả năng chống ăn mòn cao, trong bồn có hệ thống cánh khoáy được nói với motor ở đỉnh bồn.. Nhập liệu vào cửa đỉnh và kết tủa được tháo ra khỏi thiết bị ở của đáy. Phần protein hoà tan sẽ được kết tủa bằng cách chỉnh pH của dung dịch về 4.5 là pH đẳng điện của protein globulin. Để điều chỉnh pH dùng dung dịch HCl đậm đặc. II.1.9 Ly tâm II.1.9.1 Mục đích: nhằm mục đích loại phần dịch có chứa các hợp chất hoà tan như polysaccharide… để thu được phần protein kết tủa. II.1.9.2 Các biến đổi trong quá trình ly tâm o Vật lý: protein qua quá trình kết tủa và tách dịch được kết thành khối chặt hơn, tỷ trọng khối protein tăng. 1. Ống cấp dịch 2. Ống tháo dịch 3. Ống tháo bã 4. Màng lọc 5. Bã 6. Trục vít xoắn Hình 2.4: Thiết bị lọc ly tâm Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 17 o Hoá học: độ tinh khiết của sản phẩm tăng do các phần hoà tan đã theo dịch ra ngoài. o Hóa lý: sau quá trình ly tâm ta thu được 2 phần, là phần nước dịch và phần protein. o Sinh học: một số vi sinh vật bị loại ra theo dịch. Trong nước dịch có chứa đường và các hợp chất dinh dưỡng khác là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển. II.1.9.3 Thiết bị ly tâm: tương tự thiết bị ly tâm ở quy trình một phần II.1.7.3 II.1.10 Rửa tủa II.1.10.1 Mục đích: quá trình rửa tủa nhằm mục đích loại bỏ cặn, một phần dung dịch HCl và các chất hòa tan (whey solubles) còn sót lại trong khối kết tủa. II.1.10.2 Biến đổi Vật lý: có sự tăng lên về khối lượng và thể tích. Hoá học: có sự tổn hao chất khô vào trong nước rửa tủa. II.1.10.3 Thực hiện: : kết tủa thu được sau quá trình ly tâm sẽ được cho vào bồn rủa tủa. Bồn rửa tủa là bồn hình trụ, làm bằng thép không rỉ, trong bồn có hệ thống cánh khuấy được nối với motor ở đỉnh bồn. Nhập liệu vào cửa đỉnh và dịch rửa được tháo ra khỏi thiết bị ở của đáy. Phần protein hoà tan trong bồn sẽ được được trung hòa bằng dung dịch NaOH ở giai đoạn kế tiếp. II.1.11 Trung hòa bằng dung dịch NaOH II.1.11.1 Mục đích: trung hòa hết acid còn dư trong sau quá trình rửa. II.1.11.2 Biến đổi o Vật lý: làm tăng thể tích. o Hóa học: chuyển từ pH acid về pH trung tính. II.1.11.3 Thực hiện: cho từ từ dung dịch NaOH 1N vào bồn cho đến khi pH bằng 7 thì dừng lại. II.1.12 Sấy phun II.1.12.1 Mục đích o Chế biến: tạo ra sản phẩm là SPI dạng bột mịn. o Bảo quản: sau sấy sản phẩm có hàm ẩm thấp (< 5%), trong thời gian ngắn nhưng tác nhân sấy ở nhiệt độ cao, nên vi sinh vật khó phát triển, do đó bảo quản sản phẩm được lâu. II.1.12.2 Các biến đổi o Vật lý: có sự giảm về khối lượng do nước bay hơi. o Hoá học: hàm ẩm giảm nhanh chóng. Có thể xảy ra sự phân huỷ các chất mẫn cảm với nhiệt độ như mùi, hương. Nhiệt độ cao cũng có thể gây biến tính một số Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 18 protein nhưng do thời gian sấy ngắn nên sự biến đổi này là không đáng kể. o Hóa lý : sự bay hơi nước và các chất dễ bay hơi dưới tác động của nhiệt độ cao. Có sự chuyển pha: dung dịch protein sau quá trình sấy phun sẽ có dạng bột. o Hoá sinh: một số enzym có thể bị vô hoạt hoặc giảm hoạt tính bởi nhiệt độ nên sẽ làm giảm các phản ứng do enzym xúc tác. o Sinh học: một số vi sinh vật bị tiêu diệt hoặc ức chế. Tuy nhiên, do thời gian lưu trong buồng sấy là rất ngắn nên các biến đổi về hoá sinh và sinh học là không lớn lắm. II.1.12.3 Thiết bị sấy phun o Quá trình sấy phun gồm 3 giai đoạn chính  Phun sương: đây là giai đoạn phân tán dòng nhập liệu thành những giọt suơng nhỏ li ti.  Trộn mẫu và tác nhân sấy: khi đó xảy ra quá trình bốc hơi nước trong mẫu.  Thu hồi sản phẩm. o Cấu tạo thiết bị:  Quạt.  Bộ lọc khí.  Calorifere.  Tháp sấy phun.  Bơm.  Vòi phun.  Băng tải.  Cyclon thu hồi sản phẩm. o 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 sấy. Bột protein được làm khô rất nhanh 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 dòng khí và được tách ra tại một cyclon khác. Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 19 Hình 2.5: Giản đồ thiết bị sấy phun Hình 2.6: Thiết bị sấy phun II.1.12.4 Các thông số ảnh hưởng đến quá trình sấy phun o Bản chất vật liệu sấy: nồng độ chất khô, thành phần hóa học, các liên kết hóa học. o Nhiệt độ tác nhân sấy. o Kích thước, số lượng và quĩ đạo chuyển động của các hạt nguyên liệu trong buồng sấy. II.1.5.6 Thông số công nghệ o Nhiệt độ không khí vào: 170 – 2000C. o Nhiệt độ không khí ra: 90 – 1000C. o Thời gian lưu của các hạt trong buồng sấy: 5s. o Độ ẩm vật liệu sau khi sấy:3 – 4%. o Đường kính hạt : 95% < 150 m. Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 20 II.2 Quy trình II Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 21 GIỚI THIỆU MEMBRANE o Định nghĩa membrane Membrane là loại màng đặc biệt có thể phân riêng một cách chọn lọc các cấu tử có kích thước khác nhau, từ những hợp chất cao phân tử như tinh bột, protein cho đến các chất có kích thước phân tử thấp như các ion hóa trị một. Membrane đóng vai trò vật ngăn để phân riêng các cấu tử, áp suất là động lực duy nhất trong kỹ thuật phân riêng bằng 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 cấu 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. o Các kỹ thuật membrane Hình 2.7: Kích thước mao quản và áp suất ứng với các kỹ thuật membrane Kỹ thuật vi lọc – MF (Microfiltration) Kỹ thuật vi lọc được áp dụng để loại các chất không tan trong dung dịch như huyền phù, vi sinh vật. Đường kính lỗ mao quản của membrane MF 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 dộng trong khoảng 0.3 – 1 bar. Đây là kỹ thuật được Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 22 áp dụng khá phổ biến trong chế biến thực phẩm như tách vi sinh vật từ sữa, nước trái cây... 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 10.000 Dalton. 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 1.000 Dalton. Kỹ thuật thẩm thấu ngược – RO (Reverse Osmosis) Thẩm thấu ngược là quá trình phân riêng có sử dụng áp suất để đẩy dung môi từ vùng có nồng độ chất tan cao qua màng membrane đến vùng có nồng độ chất tan thấp bởi việc áp đặt một áp suất lớn hơn áp suất thẩm thấu. Đây là sự ngược của quá trình thẩm thấu – là sự di 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 thấm, có nghĩa là nó cho dung môi đi qua 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 cấu tử có kích thước nhỏ như các ion như Na+, Cl-... ra khỏi dung dịch. Vì vậy, áp suất làm việc trong kỹ thuật này phải đủ lớn (15 – 70 bar), để thắng áp suất thẩm thấu trên bề mặt màng. Giải thích quy trình II Ở quy trình II thì quá trình lọc bằng màng siêu lọc được thay thế cho việc kết tủa bằng HCl, sau đó sấy phun, ta sẽ thu được sản phẩm. Ở phần II.2, ta sẽ trình bày thêm biến đổi trong quá trình siêu lọc. II.2.1 Siêu lọc II.2.1.1 Mục đích : khai thác. II.2.1.2 Biến đổi o Hóa học: protein bi giữ lại trên màng siêu lọc. o Hóa lý : protein bi giữ lại trên màng siêu lọc tạo bã rắn và dung dịch đi qua màng siêu lọc. o Sinh học: vi sinh vật bị giữ lại trên màng siêu lọc. II.1.2.3 Thiết bị o Nguyên tắc hoạt động Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 23 Dưới tác dụng của áp suất được tạo ra từ bình tạo áp suất, nguyên liệu được chuyển đến màng lọc 1, ở đây những tạp chất lớn được giữ lại, dung dịch qua màng lọc 1 sẽ đến màng siêu lọc 2, quá trình lọc được thực hiện ở áp suất là 3 bar, bã lọc được lấy ra ngoài. II.2.1.4 Thông số công nghệ o Mao quản có đường kính trung bình khoảng 2 nm. o Áp suất thực hiện quá trình là 3 bar o pH trung tính. 1. filtration cell; 2. ultrafiltration membrane; 3. magnetic stirrer; 4. pressure source; 5. selector; 6. reservoir. Hình 2.8: Giản đồ thiết bị siêu lọc Hình 2.9: Thiết bị siêu lọc Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 24 Hình 2.10: Hệ thống thiết bị siêu lọc quy mô công nghiệp Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 25 III. Ưu và nhược điểm của quá trình tách protein bằng màng siêu lọc và kết tủa protein bằng HCl (phương pháp truyền thống) III.1 Phương pháp truyền thống o Ưu điểm: rẻ tiền, việc dùng HCl có thể ức chế vi sinh vật ở áp suất thấp. o Nhược điểm  Thời gian dài.  Hiệu suất thu hồi protein thấp: do bị tổn thất trong quá trình sản xuất (thông thường tỉ lệ thu hồi khoảng 60 – 70 % protein nguyên liệu ban đầu).  SPI 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 thể 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 dehydroalamine được tạo ra bởi 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 phẩm. Ngoài ra, một số protein không đông tụ như albumin và môt số peorein tan trong acid bị tổn thất (khỏang 10% lượng protein trong dịch trích ban đầu). Sự tổn 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 giữa lại môt lượng lớn acid phytic. Do khả năng tạo phức của phytate với protein và khoáng 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 protein.  Một thể tích dòng nước thải được tạo ra làm mất đáng kể 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). III.2 Phương pháp siêu lọc o Ưu điểm  Siêu lọc được nghiên cứu và thừa nhận là một quy trình ôn hòa để cô đặc soy protein, protein được thu nhận trong khi các oligosaccharide và khoáng được loại bỏ trong dòng permeate qua membrane.  Sản phẩm của quá trình siêu lọc đã cải thiện được những tính chất chức Sản xuất protein isolate từ đậu nành GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn 26