XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG - QUY CÁCH SẢN PHẨM6
Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm[3]
Chất lượng của đạm thường được đánh giá dựa trên thành phần 8 loại acid amin thiết yếu mà cơ thể không thể tự tổng hợp, cần phải lấy từ thực phẩm Trong tổng số 20 loại acid amin, chỉ có 8 loại là thiết yếu Đạm nào có sự phân bố các acid amin này tương tự như đạm trong cơ thể sẽ được coi là đạm chất lượng tốt.
Các chỉ số BV (Biochemical Value) và NPU (Net Protein Utilisation) được sử dụng để đánh giá chất lượng protein, với chỉ số cao cho thấy khả năng giữ lại protein trong cơ thể tốt hơn Đạm đậu nành có chỉ số BV cao nhất trong các nguồn đạm thực vật, nhưng vẫn thấp hơn so với các nguồn đạm động vật như trứng, thịt, cá và sữa, chủ yếu do thiếu hụt methionine trong thành phần của đạm đậu nành.
BV của soy protein isolate là 74
NPU của soy protein isolate là 61
Bảng 1 5 Chỉ tiêu chất lượng chung cho SPI
Hoạt tính urease Âm tính pH 7 0.5
Vi khuẩn Pathogenic Không phát hiện
20 Đếm khuẩn lạc tiêu chuẩn (U/g)
Nguồn: Qingdao Dongxin I&E Trading Co, Ltd
Bảng 1 6 Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của protein đậu nành thành phẩm phân lập của
Anyang Best Complete Machinery Engineering Co., Ltd
Sản lượng SPI ≥44% (tùy theo nguyên liệu ban đầu)
Tiêu thụ năng lượng 1400kwh/tấn SPI
Tiêu thụ hơi bão hòa ≤15 tấn/tấn SPI
Tiêu thụ nước 40 tấn /tấn SPI (bao gồm cả nước làm mát tuần hoàn)
Hạt đậu nành khô, nguyên vẹn và sạch, không lẫn hạt khác loài hay chất ngoại lai, phải tuân thủ thực hành sản xuất tốt Ngoài ra, các sản phẩm protein đậu nành có hàm lượng protein thấp hơn cũng cần đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật theo TCVN 11016:2015.
1.2.2 Các sản phẩm protein đậu tương phải phù hợp với các yêu cầu về thành phần sau đây: a) Độ ẩm: không lớn hơn 10 % khối lượng. b) Protein thô (N x 6,25) phải:
bằng hoặc lớn hơn 50 % và nhỏ hơn 65 % đối với bột protein đậu nành;
bằng hoặc lớn hơn 65 % và nhỏ hơn 90 % đối với protein đậu nành đậm đặc;
bằng hoặc lớn hơn 90 % đối với protein đậu nành tinh chế.
(tính theo khối lượng chất khô không bao gồm các vitamin, khoáng chất, axit amin và phụ gia thực phẩm được bổ sung vào) c) Hàm lượng tro
Lượng tro còn lại sau khi nung không được quá 8 % tính theo chất khô
Hàm lượng chất béo còn lại phải phù hợp với thực hành sản xuất tốt (GMP) e) Hàm lượng xơ thô không được vượt quá:
5% đối với bột protein đậu tương;
6% đối với protein đậu tương đậm đặc;
0,5 % đối với protein đậu tương tinh chế. tính theo khối lượng chất khô.
1.2.3 Các thành phần tùy chọn a) cacbohydrat, bao gồm cả đường. b) dầu và chất béo ăn được. c) các sản phẩm protein khác d) các vitamin và khóang chất e) muối f) gia vị
1.2.4 Các chỉ tiêu dinh dưỡng
Quá trình chế biến thực phẩm cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo hương vị và kiểm soát các yếu tố như chất ức chế trypsin và hemaglutinin Cần xác định mức tối đa cho phép của chất ức chế trypsin trong sản phẩm cuối cùng Để bảo toàn protein hòa tan và hoạt độ enzym, sản phẩm protein đậu nành nên được sản xuất ở nhiệt độ thấp Đối với các sản phẩm protein đậu nành đặc biệt, việc phân tích giá trị dinh dưỡng protein sau xử lý nhiệt là cần thiết, đồng thời đảm bảo rằng quá trình chế biến không làm giảm giá trị dinh dưỡng.
Các sản phẩm protein đậu nành không được chứa kim loại nặng với lượng có thể gây hại cho sức khỏe con người.
Sản phẩm là đối tượng của tiêu chuẩn này nên được chế biến và xử lý phù hợp với các phần tương ứng của TCVN 5603:2008 (CAC/RCP 1-1969, Rev.4-2003) Quy
22 phạm thực hành về những nguyên tắc chung đối với vệ sinh thực phẩm TCVN 11016:2015
Sản phẩm không được có các tạp chất không mong muốn ở mức có thể thực hiện theo Thực hành sản xuất tốt (GMP).
Khi thử nghiệm sản phẩm bằng các phương pháp lấy mẫu và kiểm tra thích hợp, sản phẩm phải đảm bảo không chứa vi sinh vật với số lượng có thể gây hại cho sức khỏe con người, không chứa bất kỳ chất nào có nguồn gốc từ vi sinh vật với mức độ có thể gây hại, và không chứa các chất độc hại khác với lượng có thể ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người.
Quy cách sản phẩm[4][5]
Các sản phẩm protein đậu nành cần được đóng gói trong bao bì hợp vệ sinh để đảm bảo chất lượng trong suốt quá trình bảo quản và vận chuyển, đồng thời cần được giữ trong điều kiện khô ráo và sạch sẽ.
1.3.2 Ghi nhãn Áp dụng các quy định trong TCVN 7087:2013 (CODEX STAN 1-1985, with Amendment 2010) Ghi nhãn thực phẩm bao gói sẵn.
Tên của thực phẩm phải được công bố trên nhãn là:
- "bột protein đậu nành” khi hàm lượng protein bằng hoặc lớn hơn 50% và nhỏ hơn 65%.
- "protein đậu nành đậm đặc” khi hàm lượng protein bằng hoặc lớn hơn 65% và nhỏ hơn 90%.
- “protein đậu nành tinh chế” khi hàm lượng protein bằng hoặc lớn hơn 90%.
Tên có thể bao gồm thuật ngữ mô tả chính xác trạng thái vật lý của sản phẩm, ví dụ “dạng hạt" hoặc "dạng mảnh”.
Khi sản phẩm protein đậu nành được sản xuất bằng phương pháp tạo hình, tên sản phẩm nên bao gồm thuật ngữ "được tạo hình" để phản ánh chính xác quy trình sản xuất.
Danh mục các thành phần trên nhãn sản phẩm phải được công bố theo thứ tự giảm dần về tỷ lệ Tuy nhiên, đối với vitamin và khoáng chất bổ sung, chúng sẽ được phân loại thành các nhóm riêng biệt Trong các nhóm này, các vitamin và khoáng chất không cần phải được liệt kê theo thứ tự giảm dần.
1.3.5 Ghi nhãn đối với bao bì không dùng để bán lẻ
Thông tin trên vật chứa không dùng để bán lẻ phải được ghi rõ ràng, bao gồm tên sản phẩm, thông số lô hàng, tên và địa chỉ của nhà sản xuất hoặc người đóng gói Tuy nhiên, việc nhận diện lô hàng và thông tin về nhà sản xuất có thể được thay thế bằng ký hiệu nhận dạng, miễn là ký hiệu này được thể hiện rõ ràng trong các tài liệu kèm theo.
1.3.6 Quy cách sản phẩm mà nhóm chọn
Tên sản phẩm: Soy Protein Isolate
Công dụng: thực phẩm giúp hỗ trợ và xây dựng cơ bắp, phù hợp cho người ăn chay do không chứa gluten, ít béo
Thành phần dinh dưỡng: Trong 100g cung cấp 387 kcal; protein 90g; chất béo 0,5g; cacbonhydrats 5g; muối 3,8g
Khối lượng:1 kg cho mỗi túi
Chất liệu bao bì: nhựa
Số lần sử dụng: khoảng 33 lần.
- Hòa tan 30g đến 150-250mL nước, dùng buổi sáng và sau khi tập.
- Bảo quản nơi thoáng mát và tránh ánh nắng trực tiếp từ mặt trời
TỔNG QUAN NGUYÊN LIỆU VÀ PHỤ GIA
Nguyên liệu chính – Đậu nành
Đậu nành, hay còn gọi là đậu tương, mang tên khoa học là Glycine max merill, có nguồn gốc từ phương Đông và được thuần hóa lần đầu tiên tại Trung Quốc vào khoảng năm 644 TCN.
Tên thứ hai Glycine max Điều kiện để cây đậu nành phát triển tốt :
- Thời kỳ trồng : cuối mùa xuân, đầu mùa hè.
2.1.1 Tính chất vật lý và hình thái
- Hình dạng: từ tròn tới thon dài và dẹt, hình bầu dục.
- Màu sắc : vàng, xanh, nâu hoặc đen.
- Kích thước : 18 – 20 gram/100 hạt, có kích thước hạt d = 5-8 mm.
- Độ cứng, độ bền hạt : σ≈3 MN/m2
Hạt có cấu trúc bao gồm lớp vỏ áo và hai lá mầm, với trụ dưới lá mầm và chồi mầm Trong đó, lá mầm (tử diệp) chiếm 90% trọng lượng hạt và chứa toàn bộ dầu và protein, trong khi lớp vỏ chỉ chiếm 8% trọng lượng, đóng vai trò bảo vệ cho hai lá mầm Phôi chiếm 2% trọng lượng của hạt.
- 35-45% chất đạm với đủ các loại amino acid cần thiết (valin, pheny lalanin, isoleucin, lysin, methionin, tryptophan).
- 5% chất vô cơ, nhiều khoáng chất Ca, Fe, Mg, P, Na, K, S.
- Các vitamin A, B1, B2, D, E, F, các enzymes, sáp, nhựa.
Bảng 2 1 Thành phần hoá học của hạt đậu nành
Tỷ lệ phần trăm (%) Protein
26Hình 2 2 Cấu trúc hạt đậu nành
Protein từ đậu nành chứa nhiều acid amin, bao gồm methionine và tryptophan, với hàm lượng cao tương đương như trong thịt.
Bảng 2 2 Thành phần amino acid có trong protein đậu nành
Amino acid Hàm lượng aa
Isoleucine Leucine Lysine Methionine Cystine Phenylalanine Tyrosine Threonine Tryptophan Valine
Trong thành phần hoá học của đậu nành, protein chiếm tỷ lệ lớn, với globulin chiếm từ 85 đến 95% trong tổng số Đậu nành còn chứa một lượng nhỏ protein thay thế cho protein động vật, giúp giảm thiểu những khiếm khuyết mà protein động vật có thể gây ra Nhờ vào tính kết hợp của nó, đậu nành cung cấp cho cơ thể nhiều hợp chất phong phú, hỗ trợ quá trình trao đổi chất hiệu quả.
- Protein dự trữ (globulin) có thể bị thủy phân trong thời gian hạt nảy mầm để làm chất dinh dưỡng cho phôi sinh trưởng.
- Protein cấu trúc ( protein chức năng) như enzyme và chất kiềm hãm enzyme thì thường được định vị trong phần còn lại của tế bào.
Bằng phương pháp siêu li tâm, người ta đã tách được bốn đoạn 2,7,11,15 Các globulin 7S và 11S chiếm trên 70% tổng lượng protein của hạt.
Bảng 2 3 Thành phần và tỷ lệ các loại protein trong đậu nành
Protein đậu nành đươc phân ra thành:
- Globulin 2S (gồm chất kiềm hãm trypsin, cytochrome C) chiếm 15% trọng lượng protein của hạt
Globulin 11S, hay còn gọi là glycinin, được cấu tạo từ 12 tiểu phần ưa béo, bao gồm 6 tiểu phần acid A và 6 tiểu phần kiềm B Phân tử glycinin chứa từ 42-46 nguyên tử lưu huỳnh, tạo thành các cầu disulfua liên kết giữa các dưới đơn vị hoặc trong nội bộ của một tiểu phần Glycinin có khả năng phân ly thành các dưới đơn vị khi được gia nhiệt đến 80 độ C trong điều kiện lực ion thấp.
Globulin 7S, hay β conglycinin, là một glucoprotein chiếm 35% trọng lượng protein của hạt, được cấu tạo từ ba tiểu phần acid: α, α’ và β Các tiểu phần α và α’ có thành phần acid amin tương tự nhau, thiếu cysteine và methionine, trong khi tiểu phần β không chứa cysteine và methionine Ngoài ra, đoạn 7S còn chứa hemagglutinin (lectin) có khả năng tạo phức bền với các hợp chất glucid, cùng với các chất kiềm hãm protease như antitrypsin Kunitz.
Khi đun nóng dung dịch β conglycinin loãng ở pH 7-8 và lực ion yếu đến 100°C, các phân tử phân ly thành các tiểu phần mà không xảy ra hiện tượng tập hợp Tuy nhiên, ở pH 7-7.6 và lực ion từ 0.2-0.4, các phân tử cũng phân ly thành các dưới đơn vị nhưng sau đó lại có hiện tượng tập hợp trở lại.
Khi đun dung dịch protein đậu nành 1% ở nhiệt độ 95 độ C và pH=7, quá trình tập hợp diễn ra thuận lợi khi lực ion tăng từ 0 đến 2 Tốc độ tập hợp tăng cao trong khoảng pH từ 4 đến 6, nhưng gần như không xảy ra khi pH ở trạng thái acid hoặc kiềm.
Dung dịch protein đậu nành đậm đặc khi được đun nóng ở pH gần trung tính sẽ tạo gel, bắt đầu từ 70 độ C khi β conglycinin giãn mạch Độ cứng của gel giảm khi nồng độ NaCl tăng, và các gel protein thường không chịu được quá trình thanh trùng Ở pH 5,5, sự có mặt của ion Ca2+ sẽ làm đông tụ protein thành các khối Cả glycinin và β conglycinin đều bị biến tính khi tiếp xúc với hỗn hợp nước-ethanol có hàm lượng rượu trên 20% Rượu càng kỵ nước thì quá trình giãn mạch protein diễn ra nhanh hơn, dẫn đến độ cứng của gel tăng cao.
Carbohydrate trong hạt đậu nành chiếm khoảng 34.4% hàm lượng chất khô, bao gồm stachyose và các loại không tan trong nước như cellulose và hemicellulose Trong đó, carbohydrate tan trong nước chỉ chiếm khoảng 10% tổng số carbohydrate.
Bảng 2 4 Thành phần carbohydrate trong 100g chất khô đậu nành
Các loại carbohydrat Thành phần
Các loại đường khác bao gồm một lượng nhỏ các đường arabinose, glucose và verbascose.
Lipid trong hạt đậu nành chiếm khoảng 20%, bao gồm 96% triglyceride, 2% phospholipids (chất nhũ hoá lecithin), 1.6% các chất chống oxy hoá như tocopherol và sterol, 0.5% acid béo tự do, cùng với một lượng nhỏ carotenoid Trong số các loại chất béo, chất béo không bão hòa chiếm 60%, trong khi chất béo bão hòa chỉ chiếm 15% Hai loại acid béo linolenic và linoleic có trong đậu nành được biết đến với khả năng hỗ trợ hệ tuần hoàn và phòng ngừa ung thư.
Bảng 2 5 Thành phần acid béo trong đậu nành
Acid béo Ký hiệu % khối lượng
Lauric Myristic Palmitic Stearic Oleic Linoleic Linolenic
Thành phần khoáng chiếm khoảng 5% trọng lượng khô của hạt đậu nành Trong đó đáng chú ý nhất là canxi, photpho, mangan, kẽm và sắt…
Bảng 2 6 Hàm lượng các chất khoáng trong 100g chất khô đậu nành
Nguyên tố khoáng Thành phần
Vitamin: Đậu nành có chứa rất nhiều loại vitamin khác nhau, trừ vitamin C và vitamin D.
Bảng 2 7 Hàm lượng các vitamin trong đậu nành
Vitamin Hàm lượng (mg/kg)
Urease là một loại enzyme có khả năng xúc tác cho phản ứng thủy phân urea thành carbon dioxide và ammoniac Enzyme này có tính chất làm giảm khả năng hấp thu các chất đạm qua màng ruột, vì vậy không nên tiêu thụ đậu nành sống.
Lipase: thủy phân glyceride tạo thành glycerine và acid béo.
Phospholipase: enzyme thủy phân phospholipid thành các acid béo và các hợp chất tan trong chất béo khác.
Lipoxygenase: enzyme có chứa sắt, xúc tác cho phản ứng oxy hoá acid béo không no tạo sản phẩm hydroperoxide, gây mùi hôi cho đậu nành.
2.1.3 Tiêu chuẩn hóa nguyên liệu
Các hạt đậu nành khô, già, nguyên vẹn, sạch không chứa các hạt khác loài và các chất ngoại lai phù hợp với thực hành sản xuất tốt.
Tiêu chuẩn hóa phụ gia, phụ liệu trong sản xuất[6][3]
Trong suốt quá trình sản xuất soy protein isolate (SPI) có thể sử dụng các nhóm chất hỗ trợ chế biến sau:
Chức năng: dung môi chiết
Bảng 2 8 Yêu cầu kỹ thuật của dung môi hexan theo QCVN 18-1:2015/BYT Định tính Độ tan Không tan trong nước, tan trong ether, cồn và aceton
Chỉ số khúc xạ n 20 D: 1,381 - 1,384 (n-hexan tinh khiết: khoảng 1,375) Trọng lượng riêng d 20 20: 0,665 - 0,687 (n-hexan tinh khiết: khoảng 0,660) Độ tinh khiết
Khoảng chưng cất 95 % tt/tt cất tại 64 °C đến 70 °C pH Trung tính đối với chỉ thị methyl da cam
Cặn không bay hơi Không được quá 0,0005 % kl/tt
Sulphur Không được quá 5,0 mg/kg
Benzen Không được quá 0,05 % (tt/tt)
Chì Không được quá 1,0 mg/kg
Các hydrocacbon thơm đa vòng
(PAHs) Đạt yêu cầu (mô tả trong phần phương pháp thử)
Chức năng: hòa tan protein trong khô đậu nành.
Bảng 2 9 Yêu cầu kỹ thuật của natri hydroxit theo QCVN 4-11: 2010/BYT
Dạng viên, vảy, hình que hoặc khối của sản phẩm có màu trắng, trắng ngà hoặc các dạng khác Sản phẩm này rất dễ tan trong nước và cũng dễ tan trong ethanol.
Kiềm Dung dịch mẫu thử 1 trong 100 có phản ứng kiềm mạnh.
Natri Phải có phản ứng đặc trưng của natri. Độ tinh khiết
Các hợp chất không tan trong nước Đạt yêu cầu (mô tả trong phần Phương pháp thử).
Carbonat Không được quá 3,0% tính theo natri carbonat.
Mỗi mililít dung dịch acid sulfuric 1 N có khả năng chuẩn độ dung dịch từ điểm tương đương nhận biết bằng chỉ thị phenolphtalein đến điểm tương đương nhận biết bằng chỉ thị da cam methyl, tương đương với 106 mg Na2CO3.
Chì Không được quá 2,0 mg/kg (Xác định bằng kỹ thuật hấp thụ nguyên tử thích hợp cho hàm lượng quy định).
Không được thấp hơn 95,0% tổng lượng kiềm tính theo NaOH.
Các hợp chất không tan trong nước
Hoà tan hoàn toàn 1 g mẫu thử trong 20 ml nước cất sẽ tạo thành một dung dịch trong và không màu.
2 Định lượng Cân 1,5 g mẫu thử, chính xác đến mg, hoà tan trong 40 ml nước vừa mới đun sôi để nguội, làm nguội đến 150C, cho thêm dung dịch phenolphtalein (TS) và chuẩn độ với dung dịch acid sulfuric 1N Khi dung dịch mất màu hồng, ghi lại thể tích acid nếu cần, cho thêm dung dịch da cam methyl (TS) và tiếp tục chuẩn độ cho đến khi có màu hồng Ghi chép lại tổng thể tích dung dịch acid chuẩn độ Mỗi ml dung dịch acid sulfuric 0,1 N tương đương với 40,0 mg tổng lượng kiềm, tính theo NaOH.
- Dung dịch HCl – chất điều chỉnh độ pH
Chức năng: đưa pH của dung dịch về vùng pH đẳng điện của protein để kết tủa protein đậu nành.
Bảng 2 10 Chỉ tiêu và mức của axit clohidric kỹ thuật theo TCVN 1556 : 1997
Tên chỉ tiêu Mức quy định
1 Dạng bên ngoài Chất lỏng trong, không màu hoặc hơi vàng
2 Khối lượng riêng ở 20 o C, g/ml, không nhỏ hơn 1,145
3 Hàm lượng axit clohidric (HCI), không nhỏ hơn 31,0
4 Hàm lượng sắt (Fe), không lớn hơn 0,01
5 Hàm lượng axit sunfuric, chuyển ra sunfat 0,03
6 Hàm lượng asen (As), không lớn hơn 0,0002
7 Hàm lượng kim loại nặng qui ra chì, không lớn hơn
8 Hàm lượng clo tự do (Cl2), không lớn hơn 0,015
9 Hàm lượng cặn sau khi nung, không lớn hơn
Trong quá trình sản xuất protein đậu nành tinh chế (SPI), việc sử dụng phụ gia thực phẩm phải tuân thủ các tiêu chuẩn của TCVN 5660:2010 Chỉ những phụ gia đã được JECFA xác nhận và không gây nguy cơ sức khỏe cho người tiêu dùng mới được coi là an toàn Các phụ gia này cần được đánh giá dựa trên ADI và khả năng tiêu thụ hàng ngày từ tất cả nguồn thực phẩm, đặc biệt là cho nhóm người tiêu dùng đặc biệt như bệnh nhân tiểu đường Hơn nữa, lượng phụ gia bổ sung phải không vượt quá mức tối đa cho phép và phải là mức tối thiểu cần thiết để đạt hiệu quả công nghệ mong muốn, theo quy trình trong Phụ lục A của TCVN 5660:2010.
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Quy trình công nghệ sản xuất SPI theo phương pháp kết tủa protein tại điểm đẳng điện
Quy trình công nghệ sản xuất SPI tập trung vào việc chiết xuất protein từ hạt đậu nành, đồng thời loại bỏ các thành phần dinh dưỡng không mong muốn như lipid, chất xơ, và các loại đường hòa tan, bao gồm cả raffinose và stachyose, để cải thiện chất lượng sản phẩm.
Quy trình sản xuất SPI bắt đầu bằng các bước chuẩn bị sơ bộ, bao gồm nghiền, ép và trích ly để tách lipid khỏi hạt đậu nành, sau đó thu khô đậu nành nhằm chuẩn bị cho các giai đoạn tiếp theo trong quy trình sản xuất SPI.
Quy trình sản xuất SPI thường bắt đầu bằng việc hòa tan protein ở pH trung tính hoặc kiềm nhẹ, sau đó thực hiện quá trình acid hóa để đạt pH đẳng điện khoảng 4.5, tạo ra sản phẩm gọi là SPI đẳng điện Loại protein này có khả năng hòa tan trong nước thấp và tính chất chức năng hạn chế Để sản xuất proteinate, SPI đẳng điện được hòa tan trong nước, sau đó trung hòa bằng các loại base khác nhau và sấy khô Tùy thuộc vào loại base sử dụng, sản phẩm cuối cùng sẽ có thành phần khác nhau.
Proteinate K+, NH4+, và Ca2+ được hình thành, trong đó proteinate Na+ có khả năng tan tốt trong nước, tạo ra dung dịch có độ nhớt cao, khả năng tạo bọt, nhũ và gel Các sản phẩm proteinate dạng Na+ và K+ thường được ưa chuộng hơn do tính dễ dàng trong việc kết hợp với các sản phẩm khác.
Hình 3 1 Quy trình sản xuất SPI theo phương pháp kết tủa protein tại điểm đẳng điện
Giải thích quy trình và các thông số công nghệ:
Mục đích của quá trình này là loại bỏ các tạp chất vô cơ và hữu cơ, đặc biệt là các kim loại có thể ảnh hưởng đến hiệu suất vận hành của thiết bị Đồng thời, quá trình cũng giúp loại bỏ một số loại côn trùng và vi sinh vật gây hại cho hạt.
- Vật lí: loại bỏ tạp chất rắn khỏi nguyên liệu
- Sinh học: loại bỏ được một số vi sinh vật có lẫn trong tạp chất trong nguyên liệu.
Đậu nành được xử lý qua nhiều bước để đảm bảo chất lượng, bắt đầu bằng việc sử dụng thiết bị rung để loại bỏ các tạp chất lớn như đá và sỏi Tiếp theo, đậu nành được tách từ để loại bỏ các hạt không mong muốn Cuối cùng, quy trình làm sạch hoàn thiện bằng cách sử dụng rây có thổi khí để tách các tạp chất nhẹ và bụi, giúp đậu nành đạt tiêu chuẩn cao nhất.
- Cấu tạo:Máy sàng được là chủ yếu bằng 4 vật liệu (thép carbon Q235A, Inox
Máy sàng rung hình chữ nhật, được sản xuất từ các vật liệu như 304, 316 hoặc SUS304, có nhiều kích thước với chiều rộng từ 500 đến 1200 mm và chiều dài từ 2000 đến 3000 mm, mang lại năng suất và hiệu quả cao Lưới sàng được làm từ vật liệu bền bỉ, giúp tăng năng suất và ngăn ngừa tình trạng tắc lưới.
Hình 3 2 Mô hình máy sàng rung chữ nhật
Nguyên tắc hoạt động của sàng phân loại dựa trên việc chia khối vật liệu theo kích thước thông qua bề mặt kim loại có đục lỗ hoặc lưới Vật liệu di chuyển trên mặt sàng, được phân chia thành hai loại: hạt nhỏ hơn kích thước lỗ sàng sẽ lọt qua, trong khi hạt lớn hơn sẽ ở lại trên bề mặt Để nâng cao hiệu quả phân loại, có thể sử dụng hệ thống sàng nhiều lớp, với kích thước lỗ ở lớp trên lớn hơn lớp dưới Việc sàng nghiêng từ 2 – 70 độ giúp hạt di chuyển xuống dưới, tạo cơ hội cho hạt nhỏ lọt qua lỗ sàng, trong khi hạt không qua sàng sẽ được thu gom ở đầu thấp của sàng.
+ Tên máy: Máy sàng chữ nhật TTVM 612
+ Công suất motor: 0.37 HP x2 motor
+ Kích thước mắt lưới: lưới trên 3 mesh, lưới dưới 4 mesh
+ Tốc độ vòng quay: 960 rpm.
Hình 3 3 Máy sàng rung TTVM 612
- Cấu tạo: Đầu vào dòng chảy, vùng không chịu từ, động cơ quay, núm điều chỉnh tốc độ dòng chảy, vòng quay, vùng chịu từ.
Máy hoạt động dựa trên nguyên tắc có một vòng từ 180 độ hình quạt, chia thành hai khu vực: một bên từ hóa và một bên không từ hóa Khi vật liệu rơi xuống bề mặt vùng chịu từ, các chất gây ô nhiễm kim loại sẽ được giữ lại trên bề mặt này, trong khi vật liệu vẫn tiếp tục di chuyển Khi phần quay cố định, các chất gây ô nhiễm sẽ theo quỹ đạo của chúng đến khu vực không bị từ hóa và được thải ra ngoài.
Hình 3 4 Mô hình làm việc máy tách từ
+ Tên máy: máy tách từ Drum Separator
+ Bề mặt hoàn thiện: đánh bóng hoặc phun cát
+ Cường độ lực từ: 1500Gs
C) Máy làm sạch khí thổi:
Hệ thống bao gồm các thành phần chính như cửa nạp nguyên liệu, ống sấy, quạt gió trợ lực, và hệ thống cấp nhiệt trực tiếp caloriphe để gia nhiệt cho không khí Ngoài ra, còn có ống sấy và cyclone dùng để thu hồi sản phẩm hiệu quả.
Hạt đậu được đưa vào ống sấy qua vít tải nhập liệu, trong khi không khí được quạt hút đến caloriphe mà không cần gia nhiệt Không khí sau đó được thổi vào đáy ống sấy với vận tốc từ 7-15m/s, giúp cuốn theo hạt bụi nhỏ như lông tóc và bụi mịn ra ngoài Tại vị trí trên ống sấy, tạp chất sẽ được thổi vào bộ phận giảm tốc và sau đó được đưa vào cyclone chứa.
+ Tên công ty: Công ty Nhật phú thái
+ Thời gian lưu của các hạt trong buồng sấy: 5 -7s.
Mục đích: tách vỏ ra khỏi hạt Vỏ chiếm 7-8% thể tích hạt đậu.
- Vật lí: tăng nhiệt độ nguyên liệu do ma sát trong quá trình tách vỏ, giảm kích thước của hạt đậu nành thành những hạt nhỏ.
Nhiệt độ cao có thể gây phân hủy một số chất nhạy cảm như Vitamin B1, đồng thời cũng thúc đẩy phản ứng oxy hóa của acid béo tự do có trong đậu nành.
- Sinh học: một số vi sinh vật có trong vỏ đậu nành bị loại bỏ.
- Cấu tạo: phểu chứa đậu, thùng chứa đá xay, bộ phận tách vỏ, khu chứa vỏ đậu và cửa thoát sản phẩm.
Máy bóc vỏ đậu nành công nghiệp hoạt động với tỉ lệ thu hồi lên đến 90%, trong đó 10% còn lại bao gồm vỏ đậu và đậu nành Nguyên lý hoạt động của máy dựa trên hai đĩa đá xát vỏ quay ngược chiều nhau, giúp tăng hiệu quả bóc vỏ.
Hình 3 5 Mô hình máy bóc vỏ đậu nành
+ Tên máy : Máy bóc vỏ đậu nành
Mục đích: phá vỡ cấu trúc tế bào, chuẩn bị cho quá trình trích ly chất béo ra khỏi đậu nành
- Vật lí: giảm kích thước của đậu nành thành những hạt nhỏ, diện tích bề mặt riêng tăng lên, tăng nhiệt độ do ma sát.
Hóa học có vai trò quan trọng trong việc phá vỡ cấu trúc tế bào, dẫn đến quá trình oxy hóa chất béo, làm giảm giá trị dinh dưỡng của thực phẩm Bên cạnh đó, phản ứng Maillard cũng có thể xảy ra, ảnh hưởng đến hương vị và chất lượng của sản phẩm.
- Hóa lý: tính chất hút ẩm của vật liệu có thể tăng lên làm độ ẩm sản phẩm tăng lên, nguyên liệu vón cục dính vào thiết bị.
- Hóa sinh: các phản ứng oxi hóa xúc tác bởi enzymes sẽ diễn ra mạnh hơn vì chất tiếp xúc với oxi nhiều hơn.
Trong quá trình nghiền, vi sinh vật có thể bị tiêu diệt nhưng mức độ không đáng kể Tuy nhiên, sau khi nghiền, vi sinh vật hiếu khí có thể gia tăng do được tiếp xúc nhiều hơn với oxy và chất dinh dưỡng.
- Cấu tạo: phểu nạp liệu, rotor, cánh búa, lưới nghiền, ổ trục
Quy trình công nghệ sản xuất SPI bằng kỹ thuật membrane
Màng membrane là một loại màng đặc biệt có khả năng phân tách chọn lọc các cấu tử với kích thước khác nhau, từ hợp chất cao phân tử như tinh bột và protein đến các ion hóa trị một Trong kỹ thuật phân tách bằng membrane, áp suất đóng vai trò là động lực chính để thực hiện quá trình phân riêng Quá trình này thường diễn ra trong các dung dịch chứa các cấu tử hòa tan với phân tử lượng khác nhau, không phải là hệ huyền phù Kết quả của quá trình phân tách sẽ tạo ra hai dòng sản phẩm khác nhau.
- Dòng sản phẩm qua membrane được gọi là permeate
- Dòng sản phẩm không qua membrane được gọi là retentate.
Hình 3 19 Kích thước mao quản và áp suất ứng với các kỹ thuật membrane
Kỹ thuật vi lọc (MF) là phương pháp được sử dụng để loại bỏ các chất không tan trong dung dịch, bao gồm huyền phù và vi sinh vật Membrane vi lọc có đường kính lỗ mao quản trung bình khoảng 200 nm, cho phép loại bỏ các hạt lớn hơn Kỹ thuật này hoạt động với áp suất làm việc thấp nhất trong các phương pháp phân tách bằng membrane, thường dao động trong khoảng nhất định.
Kỹ thuật sản xuất protein isolate từ đậu nành thường được áp dụng trong chế biến thực phẩm, với áp suất khoảng 0.3 – 1 bar, giúp tách vi sinh vật hiệu quả từ sữa, nước trái cây và các sản phẩm khác.
Kỹ thuật siêu lọc (UF - Ultrafiltration) là một phương pháp tách chọn lọc các hợp chất thông qua áp suất từ 1 đến 10 bar, với đường kính mao quản trung bình từ 2 đến 50 nm Phương pháp này hiệu quả trong việc tách biệt protein, chất nhuộm, và các hợp chất có khối lượng phân tử lớn hơn 10.000 Dalton, góp phần quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp và nghiên cứu.
Kỹ thuật lọc nano (Nanofiltration - NF) sử dụng mao quản có đường kính trung bình khoảng 2 nm và yêu cầu áp suất làm việc cao, thường từ 20 đến 40 bar Phương pháp này được ứng dụng trong việc cô đặc đường, tách các dung dịch chứa muối hóa trị hai, chất màu, cũng như các hợp chất có khối lượng phân tử lớn hơn 1.000 Dalton.
Kỹ thuật thẩm thấu ngược (RO) là quá trình phân tách 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, ngược lại với quá trình thẩm thấu tự nhiên Màng sử dụng trong kỹ thuật này là màng bán thấm, cho phép dung môi đi qua nhưng không cho dung dịch đi qua, với đường kính lỗ mao quản nhỏ hơn 1nm, giúp tách các ion như Na+ và Cl- ra khỏi dung dịch Để thực hiện quá trình này, áp suất làm việc cần đủ lớn, thường từ 15 đến 70 bar, nhằm vượt qua áp suất thẩm thấu trên bề mặt màng.
Hình 3 20 Quy trình sản xuất SPI bằng kỹ thuật membrane
Quy trình công nghệ sản xuất SPI bằng kỹ thuật membrane bắt đầu bằng việc làm sạch hạt đậu qua các bước như sàng rung để loại bỏ tạp chất, tách kim loại nặng bằng thiết bị từ, và sử dụng thiết bị sấy khí thổi để loại bỏ bụi mịn và lông động vật Sau khi được làm sạch, hạt đậu sẽ được tách vỏ và nghiền mịn để chuẩn bị cho quá trình trích ly chất béo Bã đậu nành sau khi tách béo sẽ được sấy khí thổi để tách hexan, tiếp theo là nghiền ướt và hòa tan protein bằng NaOH Phần bã sẽ được loại bỏ qua quá trình ly tâm, trong khi phần dịch được lọc UF để giữ lại protein Cuối cùng, sản phẩm sẽ được sấy phun để tạo hạt và sấy khí thổi để loại bỏ độ ẩm còn lại.
Do có sự tương tự như ở quy trình trước nên ở quy trình này chúng tôi chỉ trình bày về kỹ thuật lọc menbrame và quá trình sấy phun.
Mục đích: Khai thác: thu nhận lượng protein hoà tan trong dung dịch.
- Hóa học: protein bị giữ lại lên trên màng siêu lọc.
- Hóa lý: protein bị giữ lại trên màng siêu lọc tạo bã rắn và dung dịch đi qua màng siêu lọc trong suốt.
- Sinh học: vi sinh vật bị giữ lại trên màng siêu lọc.
+ Bộ phận trộn từ tính
Hình 3 21 Mô hình thiết bị siêu lọc
Nguyên lý hoạt động của hệ thống lọc bắt đầu khi áp suất từ bình tạo áp suất đẩy nguyên liệu đến màng lọc 1, nơi giữ lại các tạp chất lớn Sau đó, dung dịch sẽ tiếp tục di chuyển đến màng siêu lọc 2, nơi quá trình lọc diễn ra ở áp suất 3 bar, và bã lọc sẽ được loại bỏ ra ngoài.
+ Mao quản có đường kính trung bình khoảng 2nm
+ Áp suất thực hiện quá trình là 3 bar
Hình 3 22 Thiết bị siêu lọc của công ty POLL
- Chế biến: tạo ra sản phẩm là SPI dạng bột mịn.
Sau khi sấy, sản phẩm có hàm ẩm thấp, nhờ vào việc sử dụng tác nhân sấy ở nhiệt độ cao trong thời gian ngắn, điều này giúp hạn chế sự phát triển của vi sinh vật Do đó, sản phẩm được bảo quản lâu hơn.
- Vật lý: có sự giảm về khối lượng do nước bay hơi.
Hàm ẩm giảm nhanh chóng trong quá trình hoá học, có thể dẫn đến sự phân huỷ của các chất nhạy cảm với nhiệt độ như mùi và hương Nhiệt độ cao có khả năng làm biến tính một số protein, tuy nhiên, do thời gian sấy ngắn nên mức độ biến đổi này là không đáng kể.
Hóa lý là quá trình bay hơi nước và các chất dễ bay hơi khi chịu tác động của nhiệt độ cao Trong quá trình này, dung dịch protein trải qua sự chuyển pha và cuối cùng sẽ chuyển thành dạng bột sau khi được sấy phun.
- 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.
Trong quá trình sấy, một số vi sinh vật có thể bị tiêu diệt hoặc ức chế, nhưng do thời gian lưu trong buồng sấy ngắn, nên các biến đổi về hóa sinh và sinh học không đáng kể.
+ Cyclon thu hồi sản phẩm.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy bao gồm việc bơm nguyên liệu từ bồn chứa và phun sương vào tháp sấy, trong khi không khí được quạt hút qua bộ lọc vào calorifere trước khi vào tháp Quá trình này giúp bột protein được làm khô nhanh chóng thành các hạt mịn khoảng 0.15mm Các hạt lớn hơn sẽ rơi xuống đáy tháp và được vận chuyển ra ngoài qua băng tải, trong khi các hạt mịn sẽ được cuốn theo dòng khí và được tách ra tại một cyclon khác.
Hình 3 23 Mô hình hoạt động tháp sấy phun
+ Tên thiết bị : SDS model 72 spray dryer.
+ Đường kính tháp sấy : 1200mm.
+ Chiều cao tháp sấy : 2500mm.
+ Năng suất thiết bị : 800kg/h.
+ Công suất điện tiêu thụ : 10kW
+ Nhiệt độ không khí vào : 100 - 150 0 C.
+ Nhiệt độ không khí ra : 90 - 100 0 C.
+ Độ ẩm vật liệu sau sấy :3 - 4%.
Hình 3 24 Máy sấy phun của EnvitechCorp
SO SÁNH HAI QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Bảng 4 1 So sánh hai quy trình công nghệ
Phương pháp truyền thống Phương pháp dùng membrane Chi phí Đầu tư ban đầu thấp Đầu tư ban đầu cao
Hiệu suất thu hồi sản phẩm
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).
Cao, tận dụng được nhiểu các loại protein Đặc điểm của quá trình
Việc dùng HCl có thể ức chế vi sinh vật ở áp suất thấp.
SPI thu được có thể chứa lượng protein hòa tan thấp, dẫn đến giảm tính chất chức năng của nó Điều này xảy ra do protein có thể bị biến tính khi trải qua các điều kiện khắc nghiệt như trích ly bằng cồn hoặc kiềm, xử lý nhiệt, kết tủa hoặc 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
Hoạt động ở áp suất cao
Không tạo ra phế phẩm giống whey, đồng thời còn tận dụng được các protein và các thành phần có giá trị khác nhờ quá trình thẩm thấu ngược
Hàm lượng tro thấp hơn so với quy trình truyền thống.
Do chỉ sấy phun đến độ ẩm tương đối rồi sấy khí thổi nên tiết kiệm năng lượng.
Sản phẩm từ quá trình siêu lọc đã nâng cao các tính chất chức năng vượt trội so với phương pháp sản xuất SPI truyền thống, nhờ vào việc loại bỏ hoàn toàn các chất hóa học.
Chất thải nước thải có thể gây mất mát đáng kể protein và các thành phần giá trị khác, đồng thời trở thành nguồn ô nhiễm nghiêm trọng nếu không được xử lý đúng cách.
Lượng nước thải sinh ra trong quá trình ít (vì không trải qua các quá trình kết tủa, trung hòa)
