Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất protein concentrate và isolate từ đậu nành

LÔØI MÔÛ ÑAÀU Ñaäu naønh laø loaïi caây troàng quyù vì chuùng ñem laïi raát nhieàu lôïi ích cho con ngöôøi. Haït ñaäu naønh raát giaøu dinh döôõng, ñaëc bieät laø protein vaø lipid, chính vì vaäy maø chuùng ñem laïi tieàm naêng raát lôùn trong vieäc giaûi quyeát caùc vaán ñeà veà dinh döôõng cho con ngöôøi vaø gia suùc. Beân caïnh ñoù, ñaäu naønh laø moät nguoàn nguyeân lieäu phong phuù vaø tieàm naêng cho saûn xuaát coâng nghieäp. Vaán ñeà cheá bieán ñaäu naønh thaønh nhöõng moùn aên phoå bieán, ngon boå ñaõ trôû thaønh nhu caàu caáp thieát. Töø xöa, taïi caùc nöôùc phöông Ñoâng, ñaäu naønh ñaõ ñöôïc cheá bieán thaønh raát nhieàu loaïi thöùc aên khaùc nhau. Saûn phaåm phoå bieán nhaát ñöôïc cheá bieán töø ñaäu naønh laø ñaäu phuï vaø caùc saûn phaåm leân men khaùc. Trong ñoù moät soá saûn phaåm leân men töø ñaäu naønh coù giaù trò dinh döôõng raát cao nhö: chao, töông, xì daàu… Caùc saûn phaåm naøy chuû yeáu söû duïng thaønh phaàn protein cuûa ñaäu naønh. Caùc phaân tích hoaù sinh cho thaáy: protein trong ñaäu naønh chieám 38 – 40% vaø chöùa nhöõng acid amin caàn thieát nhö cystine, methionine, lysine… vaø caùc vitamin B1, B2, A, D, E, K… Nhaèm muïc ñích boå sung söï thieáu huït protein, ngoaøi vieäc ñaåy maïnh saûn xuaát caùc nguoàn protein truyeàn thoáng nhö thòt, caù, tröùng, söõa… treân theá giôùi ngöôøi ta ñaõ ñaàu tö nghieân cöùu nhaèm taän duïng nhöõng nguoàn protein chöa ñöôïc söû duïng. Trong khi caùc nguoàn protein ñoäng vaät coù soá löôïng khoâng taêng kòp nhu caàu vaø giaù thaønh ñaét thì nguoàn protein thöïc vaät raát phong phuù laïi chöa ñöôïc khai thaùc ñuùng möùc. Nöôùc ta laø moät nöôùc noâng nghieäp, saûn löôïng ñaäu töông haøng naêm raát cao, phuïc vuï cho khai thaùc daàu beùo. Do ñoù, vieäc söû duïng nguoàn pheá lieäu khoâ daàu ñeå thu nhaän protein söû duïng trong cheá bieán thöïc phaåm laø caàn thieát. Töø khoâ daàu, ngöôøi ta coù theå saûn xuaát soy protein concentrate, soy protein isolate… vaø töø ñoù saûn xuaát ra caùc maët haøng thöïc phaåm cao caáp nhö: söõa, pate, xuùc xích, boät dinh döôõng treû em… Toùm laïi, vieäc söû duïng khoâ daàu ñeå saûn xuaát protein nhaèm 3 muïc tieâu: Taän duïng nguoàn pheá lieäu giaøu protein trong coâng ngheä cheá bieán daàu ñeå thu nhaän caùc saûn phaåm coù giaù trò. Saûn xuaát saïch hôn, giaûm gaây oâ nhieãm moâi tröôøng. Taêng hieäu quaû cuûa quaù trình saûn xuaát. Ñoù cuõng laø muïc tieâu cuûa ñeà taøi. Chöông 1: Toång quan Ñaäu naønh: Ñaäu naønh coù teân khoa hoïc laø Glycine max merill. Ñaäu naønh coù nhieàu maøu saéc khaùc nhau. Trong ñoù, ñaäu naønh coù maøu vaøng laø loaïi toát nhaát, neân ñöôïc troàng vaø söû duïng nhieàu. Hình 1.1: Haït ñaäu naønh Ñieàu kieän ñeå caây ñaäu naønh phaùt trieån toát : pH cuûa ñaát troàng : 6.0 – 6.5. Nhieät ñoä : 25 – 30oC. Löôïng möa : 500 – 700 mm. Thôøi kyø troàng : cuoái muøa xuaân, ñaàu muøa heø. 1.1.1. Tính chaát vaät lyù vaø hình thaùi cuûa ñaäu naønh: Hình daïng: töø troøn tôùi thon daøi vaø deït. Maøu saéc : vaøng, xanh, naâu hoaëc ñen. Kích thöôùc : 18 – 20 gram/100 haït. Caáu truùc cuûa haït goàm : lôùp voû aùo vaø hai laù maàm vôùi truï döôùi laù maàm vaø choài maàm. Laù maàm (töû dieäp) chieám 90% troïng löôïng cuûa haït vaø chöùa toaøn boä daàu vaø protein. Lôùp voû chieám 8% troïng löôïng cuûa haït, bao boïc hai laù maàm, ñoùng vai troø laø lôùp baûo veä. Phoâi chieám 2% trong löôïng haït. 1.1.2. Thaønh phaàn hoaù hoïc: Baûng 1.1: Thaønh phaàn hoaù hoïc cuûa haït ñaäu naønh Thaønh phaàn Tyû leä khoái löôïng Tyû leä phaàn traêm (%) Protein Nx6.25 Lipid Cacbohydrate Tro Laù maàm 90 43 23 43 5 Voû 8 9 1 86 4.3 Truï döôùi laù maàm 2 41 11 43 4.4 Nguyeân haït 100 40 20 35 4.9 Protein: Trong thaønh phaàn hoaù hoïc cuûa ñaäu naønh, thaønh phaàn protein chieám moät tyû leä raát lôùn. Thaønh phaàn acid amin trong protein cuûa ñaäu naønh ngoaøi 2 thaønh phaàn methionine vaø tryptophan ra coøn coù caùc acid amin khaùc, coù haøm löôïng khaù cao töông ñöông löôïng acid amin coù trong thòt. Baûng 1.2: Thaønh phaàn protein ñaäu naønh Phaân ñoaïn (S) Haøm löôïng (%) Thaønh phaàn Phaân töû löôïng (Da) 2 15 Chaát öùc cheá trypsin 8000 - 20000 7 35 ß – conglicinine ß – amylase Lipoxygenase Hemagglutinin 150000 62000 102000 110000 11 40 Glycinin 320000 - 350000 15 10 600000 Baûng 1.3: Thaønh phaàn amino acid coù trong protein ñaäu naønh Amino acid Haøm löôïng aa (g/100 g protein) Isoleucine Leucine Lysine Methionine Cystine Phenylalanine Tyrosine Threonine Tryptophan Valine 4.54 7.78 6.38 1.26 1.33 4.94 3.14 3.86 1.28 4.80 Trong protein ñaäu naønh, globulin chieám 85 – 95%. Ngoaøi ra coøn coù moät löôïng nhoû albumin, moät löôïng khoâng ñaùng keå prolamin vaø glutelin. Hydratcacbon: Hydratcacbon chieám khoaûng 34% haøm löôïng chaát khoâ haït ñaäu naønh. Phaàn hydratcacbon coù theå chia laøm 2 loaïi: loaïi tan trong nöôùc (bao goàm caùc loaïi ñöôøng khöû nhö sucrose, raffinose vaø stachyose) vaø loaïi khoâng tan trong nöôùc (cellulose, hemicellulose). Loaïi tan ñöôïc trong nöôùc chæ chieám khoaûng 10% toaøn boä hydratcacbon. Baûng 1.4: Thaønh phaàn hydratcacbon trong ñaäu naønh Cellulose Hemicellulose Stachyose 4.0% 15.4% 3.8% Raffinose Saccharose Caùc loaïi ñöôøng khaùc 1.1% 5.0% 5.1% Caùc loaïi ñöôøng khaùc bao goàm moät löôïng nhoû caùc ñöôøng arabinose, glucose vaø verbascose. Lipid: Lipid chieám khoaûng 20% haït ñaäu naønh, bao goàm: triglyceride (96%), phospholipids - chaát nhuõ hoaù lecithin (2%), caùc chaát choáng oxy hoaùù- tocopherol vaø sterol (1.6%), acid beùo töï do (0.5%), vaø moät löôïng nhoû carotenoid Baûng 1.5: Thaønh phaàn acid beùo trong ñaäu naønh Acid beùo Kyù hieäu % khoái löôïng LauricMyristicPalmiticStearicOleicLinoleicLinolenic 12:014:016:018:018:118:218:3 4.54.511.62.521.152.47.1 Khoaùng: Thaønh phaàn khoaùng chieám khoaûng 5% troïng löôïng khoâ cuûa haït ñaäu naønh. Trong ñoù ñaùng chuù yù nhaát laø canxi, photpho, mangan, keõm vaø saét. Baûng 1.6: Haøm löôïng caùc chaát khoaùng trong ñaäu naønh Canxi Photpho Mangan 0.16-0.47% 0.41-0.82% 0.22-0.24% Keõm Saét 37mg/kg 90-150g/kg Vitamin: Ñaäu naønh coù chöùa raát nhieàu loaïi vitamin khaùc nhau, tröø vitamin C vaø vitamin D. Baûng 1.7: Haøm löôïng caùc vitamin trong ñaäu naønh Thiamin Riboflavin Niacin Pyridocin Biotin Acid tantothenic 11-17.5mg/kg 3.4-3.6 21.4-23 7.1-12.0 0.8 13-21.5 Inoxton Acid folic Vitamin A Vitamin E Vitamin K 1.9 2300 0.18-2.43 1.4 1.9 Enzym: Urease: enzyme xuùc taùc cho phaûn öùng thuyû phaân urea thaønh carbon dioxide vaø ammoniac, coù tính chaát choáng laïi söï haáp thu caùc chaát ñaïm qua maøng ruoät do ñoù khoâng neân aên ñaäu naønh soáng. Lipase: thuûy phaân glyceride taïo thaønh glycerine vaø acid beùo. Phospholipase: enzyme thuûy phaân phospholipid thaønh caùc acid beùo vaø caùc hôïp chaát tan trong chaát beùo khaùc. Lipoxygenase: enzyme coù chöùa saét, xuùc taùc cho phaûn öùng oxy hoaù acid beùo khoâng no taïo saûn phaåm hydroperoxide, gaây muøi hoâi cho ñaäu naønh. Caùc saûn phaåm thöïc phaåm töø ñaäu naønh: Do ñaäu naønh coù chöùa nhieàu thaønh phaàn dinh döôõng, giuùp ích cho con ngöôøi trong vieäc boå sung löôïng protein vaø lipid caàn thieát cho cô theå, neân ñöôïc öùng duïng raát nhieàu trong caùc lónh vöïc khaùc nhau: y döôïc, noâng nghieäp, chaên nuoâi, coâng nghieäp… Tuy nhieân khaû naêng öùng duïng cuûa ñaäu naønh ñöôïc söû duïng nhieàu nhaát laø trong thöïc phaåm. Thöïc phaåm cheá bieán töø ñaäu naønh coù theå chia laøm 2 nhoùm lôùn: Nhoùm thöïc phaåm khoâng leân men: + saûn phaåm söõa ñaäu naønh. + caø pheâ söõa ñaäu naønh. + ñaäu phuï. + caùc loaïi baùnh nöôùng. + boät dinh döôõng cho treû em. + caùc saûn phaåm giaû thòt, laïp xöôûng. + nöôùc töông hoaù giaûi. + caùc chaát chieát töø protein ñaäu naønh. Nhoùm thöïc phaåm coù leân men: + chao + nöôùc töông leân men. + töông. + miso. + tempeh. + ñaïm töông. Baûng 1.8: Thaønh phaàn dinh döôõng cuûa moät soá saûn phaåm töø ñaäu naønh Soyfood Calories Protein (g) Fat (g) Carbohydrate (g) Fiber (g) Calcium (mg) Soybeans, boiled 1/2 cup 149 14.30 7.70 8.50 1.80 88 Soybeans, dry roasted, 1/2 cup 387 34.00 18.60 28.10 4.60 232 Soy flour, full fat, roasted 1/2 cup 185 14.60 9.20 14.10 0.90 79 Soy Flour, defatted, 1/2 cup 165 23.50 0.30 19.20 2.10 120 Soy protein concentrated, 1 oz 93 16.30 0.13 8.70 1.10 102 Soy protein isolate, 1 ounce 95 22.60 0.95 2.10 0.07 50 Soymilk, 1/2 cup 165 3.30 2.30 2.20 0.92 5 Miso, 1/2 cup 284 16.30 8.40 38.60 3.40 92 Natto, 1/2 cup 187 15.60 9.70 12.60 1.40 191 Okara, 1/2 cup 47 2.00 1.10 7.70 2.50 49 Tempeh, 1/2 cup 165 15.70 6.40 14.10 2.50 77 Tofu, firm, raw, 1/4 block 118 12.80 7.10 3.50 0.10 166 Tofu, regular, raw, 1/4 cup 88 9.40 5.60 2.20 0.83 122 Sources: Composition of Foods: Legume and Legume Products. USDA, Human Nutrition Information Service, Agricultural Handbook Number 8-16. Rev. December 1986. Baûng 1.9: Thaønh phaàn dinh döôõng cuûa moät soá saûn phaåm töø ñaäu naønh Soyfood Iron (mg) Zinc (mg) Thiamine (mg) Riboflavin (mg) Niacin (mg) B-6 (mg) Folacin (mg) Soybeans, boiled 1/2 cup 4.40 1.00 0.10 0.30 0.30 0.200 46.20 Soybeans, dry roasted, 1/2 cup 3.40 4.10 0.40 0.70 0.90 0.190 175.90 Soy flour, full fat, roasted 1/2 cup 2.40 1.50 0.20 0.40 1.40 0.150 95.50 Soy Flour, defatted, 1/2 cup 4.60 1.20 0.40 0.10 1.30 0.290 152.70 Soy protein concentrated,1 oz 3.00 1.20 0.90 0.04 0.20 0.040 95.20 Soy protein isolate, 1 ounce 4.00 1.10 0.05 0.03 0.40 NA 49.30 Soymilk, 1/2 cup 0.70 0.10 0.19 0.08 0.18 0.049 1.80 Miso, 1/2 cup 3.80 4.60 0.13 0.35 1.19 0.297 45.50 Natto, 1/2 cup 7.60 2.67 0.14 0.17 0.00 NA NA Okara, 1/2 cup 0.80 NA 0.01 0.01 0.06 NA NA Tempeh, 1/2 cup 1.90 1.50 0.09 0.09 3.80 0.250 43.20 Tofu, firm, raw, 1/4 block 8.50 1.30 0.08 0.08 0.31 0.080 23.70 Tofu, regular, raw, 1/4 cup 6.20 0.93 0.06 0.06 0.23 0.080 0.060 Sources: Composition of Foods: Legume and Legume Products. USDA, Human Nutrition Information Service, Agricultural Handbook Number 8-16. Rev. December 1986.  Soy Protein Concentrate (SPC): Ñònh nghóa : Theo ñònh nghóa cuûa Association of American Feed Control Officials, Inc. (AAFCO) thì soy protein concentrate ñöôïc saûn xuaát töø haït ñaäu naønh ñaõ boùc voû, taùch gaàn heát daàu vaø caùc caáu töû tan trong nöôùc khoâng phaûi laø protein, vaø phaûi chöùa toái thieåu laø 70% protein treân haøm löôïng chaát khoâ. Hình 1.2: Soy protein concentrate daïng boät Döôùi ñaây laø tieâu chuaån cuûa SPC ñöôïc saûn xuaát bôûi coâng ty Solbar Hatzor Ltd : - Protein min 70% - Aåm max 8% - Tro max 7% - Kích thöôùc haït 95% < 150 µm - Beùo max 1% - Xô max 4.5% - Khuaån laïc max 15000cfu/g - Salmonella trong 200g khoâng coù - E.coli trong 1g khoâng coù 1.2.2. ÖÙng duïng : Töông töï boät ñaäu naønh, SPC ñöôïc söû duïng trong thöïc phaåm laø do giaù trò dinh döôõng hay nhöõng tính chaát chöùc naêng cuûa noù hay caø hai. Nhöõng tính chaát chöùc naêng quan troïng cuûa SPC laø khaû naêng haáp thuï nöôùc, khaû naêng lieân keát vôùi beùo vaø tính chaát nhuõ hoaù 1.2.2.1 Trong saûn xuaát baùnh: SPC ñöôïc söû duïng chuû yeáu do haøm löôïng protein cao, ngoaøi ra khoâng coù lí do naøo khaùc. Veà maët dinh döôõng vaø chöùc naêng, boät ñaäu naønh cuõng coù khaû naêng töông töï nhöng kinh teá hôn 1.2.2.2 Trong saûn xuaát caùc saûn phaåm töø thòt: ñaây laø öùng duïng quan troïng nhaát cuûa SPC trong coâng nghieäp thöïc phaåm. SPC phaàn lôùn ñöôïc duøng trong caùc saûn phaåm töø thòt heo, thòt gia caàm vaø caù (chaû, xuùc xích, caù vieân,...) ñeå taêng haøm löôïng nöôùc vaø giöõ beùo. SPC ñoùng vai troø quan troïng trong vieäc giaûm löôïng thòt, taêng löôïng chaát beùo vaø giaûm giaù thaønh saûn phaåm Haøm löôïng SPC trong caùc saûn phaåm thoâng thöôøng nhö sau (theo haøm löôïng chaát khoâ) (Campbel et al. 1985): - chaû 5 - 10% - töông ôùt 2 - 8% - thòt vieân 2 - 12% - xuùc xích max 3.5% - caù vieân 5 - 10% 1.2.2.3 ÖÙng duïng khaùc: SPC ñöôïc duøng laøm chaát laøm beàn heä phaân taùn trong thöùc uoáng” milk-like” vaø giaû caùc saûn phaåm töø söõa töông töï nhö kem chua. Campbel et al.(1985) ñaõ giôùi thieäu moät saûn phaåm thöùc uoáng” milk –like” laøm töø SPC vaø syrup baép nhö sau: - soy protein concentrate 6% - ñöôøng sucrose 0.6% - syrup baép 2.0% - chaát beùo 3.0% - mono vaø di-glycerides 0.1% - muoái 0.05% - nöôùc 88.25% 1.3 . Protein Isolate: 1.3.1 Ñònh nghóa: Theo ñònh nghóa cuûa Association of American Feed Control Officials, Inc. (AAFCO) thì soy protein isolate ñöôïc saûn xuaát töø boät ñaäu naønh ñaõ taùch voû, taùch beùo vaø loaïi heát nhöõng phaàn khoâng phaûi laø protein vaø chöùa ít nhaát laø 90% protein treân haøm löôïng chaát khoâ. Hình 1.3: Soy protein isolate daïng boät Thaønh phaàn tieâu chuaån cuûa SPI(theo haøm löôïng chaát khoâ): - Protein 90% - Beùo 0.5% - Tro 4.5% - Toång carbohydrate 0.3% ( Source: Kolar et al. (1985)) 1.3.2. ÖÙng duïng: 1.3.2.1. Trong caùc saûn phaåm töø thòt: trong xuùc xích daïng nhuõ töông nhö xuùc xích Ñöùc vaø xuùc xích hun khoùi, SPI vaø proteinate ñöôïc söû duïng do coù khaû naêng vöøa lieân keát vôùi nöôùc vöøa lieân keát vôùi beùo, laøm beàn heä nhuõ töông. Haøm löôïng söû duïng laø töø 1-4% (theo haøm löôïng chaát khoâ). Vieäc söû duïng SPI trong caùc saûn phaåm naøy cho pheùp chuùng ta giaûm tyû leä cuûa thòt (ñaét tieàn) khi cheá bieán, maø khoâng laøm giaûm löôïng protein hay chaát löôïng saûn phaåm. 1.3.2.2 Trong caùc saûn phaåm töø thuyû, haûi saûn: SPI ñöôïc söû duïng trong xuùc xích caù vaø surimi do khaû naêng taùi caáu truùc cuûa protein. 1.3.2.3 Trong caùc saûn phaåm töø nguõ coác: SPI ñoâi khi ñöôïc söû duïng thay theá hay keát hôïp vôùi boät ñaäu naønh trong thaønh phaàn cuûa hoãn hôïp thay theá söõa trong saûn xuaát baùnh. SPI coøn ñöôïc söû duïng do khaû naêng cuûng coá caáu truùc protein cuûa mì sôïi vaø ñaëc bieät laø baùnh mì. 1.3.2.4 Trong caùc saûn phaåm töø söõa: saûn phaåm giaû phoâ mai ñöôïc saûn xuaát töø SPI, coù hay khoâng coù huyeát thanh söõa. Nhöõng loaïi phoâ mai ñaõ ñöôïc saûn xuaát bao goàm: phoâ mai meàm, baùn meàm, nuoâi caáy beà maët (giaû Camembert) vaø phoâ mai cöùng uû chín. 1.3.2.5 Trong söõa boät nhaân taïo cho treû em (infant formulas): trong caùc saûn phaåm naøy, SPI ñöôïc duøng thay cho söõa. Ñaây laø saûn phaåm duøng cho nhöõng treû em khoâng haáp thuï ñöôïc ñöôøng lactose trong söõa. 1.3.2.6 Caùc öùng duïng khaùc: Moät phaàn SPI thuyû phaân coù tính chaát taïo boït vaø coù theå ñöôïc söû duïng nhö laø taùc nhaân taïo boït khi keát hôïp vôùi loøng traéng tröùng trong saûn phaåm baùnh keïo vaø traùng mieäng. SPI cuõng laø moät taùc nhaân laøm taêng hieäu quaû cuûa quaù trình saáy phun puree traùi caây. Trong öùng duïng naøy, noù coù theå thay theá maltodextrin, vôùi öu ñieåm laø taêng haøm löôïng protein trong saûn phaåm cuoái. Chöông 2: Quy trình saûn xuaát 2.1. Soy protein concentrate: Nguyeân lieäu cho saûn xuaát SPC laø boät ñaäu naønh ñaõ taùch voû vaø taùch beùo vôùi haøm löôïng protein hoaø tan cao. Noàng ñoä cuûa protein seõ taêng leân baèng caùch loaïi ñi nhöõng phaàn hoaø tan khoâng phaûi laø protein. Nhöõng thaønh phaàn naøy bao goàm carbohydrate (mono, di vaø oligosacchride), nhöõng hôïp chaát chöùa nitô coù phaân töû löôïng thaáp vaø khoaùng. Thoâng thöôøng moät taán boät ñaäu naønh ñaõ taùch beùo coù theå saûn xuaát ñöôïc 750kg SPC. Boät thoâ ñaõ khöû beùo (Defatted Meal) coù theå xöû lyù baèng moät trong 3 quaù trình: xöû lyù vôùi alcohol (methanol, ethanol, isopropyl alcohol), acid loaõng ôû pH=4.5 hoaëc gia nhieät aåm, hôi nöôùc. ÔÛ quaù trình thöù nhaát, nhöõng thaønh phaàn khoâng phaûi protein ñöôïc chieát cuøng vôùi alcohol, coøn laïi protein vaø polysaccharides. Chuùng ñöôïc desovat hoaù vaø saáy khoâ thaønh concentrate protein. Alcohol sau khi chieát ñöôøng seõ taùi söû duïng laïi. ÔÛ quaù trình thöù hai, protein laø thaønh phaàn chính ñöôïc taùch chieát vôùi acid loaõng ôû pH = 4.2 - 4.5 (ñieåm ñaúng ñieän cuûa protein). Do coù moät vaøi protein tan trong pH =4.2 -4.5 neân seõ coù thaát thoaùt protein trong quaù trình naøy. Nhöõng phaàn khoâng tan nhö polysaccharides, protein ñöôïc trung hoaø vaø saáy khoâ thaønh concentrate protein. ÔÛ quaù trình thöù ba, boät ñaäu naønh ñöôïc xöû lyù vôùi nhieät aåm, laøm bieán tính protein. Nhöõng thaønh phaàn coù khoái löôïng phaân töû nheï ñöôïc chieát vôùi nöôùc noùng. Phöông phaùp naøy cho saûn phaåm coù haøm löôïng protein laø 70%, 20% laø carbohydrates, 6% laø tro vaø 1% laø daàu. Trong caùc phöông phaùp treân, phöông phaùp keát tuûa protein (phöông phaùp 2) laø phöông phaùp ñöôïc öùng duïng nhieàu nhaát trong coâng nghieäp ñeå thu nhaän caùc cheá phaåm protein töø dung dòch. Nguyeân taéc cuûa phöông phaùp naøy laø döôùi taùc ñoäng cuûa caùc yeáu toá beân ngoaøi, töông taùc giöõa protein vôùi nöôùc, giöõa protein vôùi protein vaø giöõa protein vôùi caùc thaønh phaàn khaùc bò thay ñoåi. Keát quaû laø laøm thay ñoåi tính chaát ban ñaàu cuûa phaân töû protein (söï bieán tính), maø tieâu bieåu laø giaûm khaû naêng hoaø tan cuûa protein trong dung dòch, daãn ñeán söï taäp hôïp caùc phaân töû protein taïo thaønh khoái keát tuûa vaø taùch ra khoûi dung dòch. Tuyø theo möùc ñoä thay ñoåi maø söï bieán tính protein ñöôïc chia thaønh 2 daïng: Bieán tính thuaän nghòch: haàu nhö khoâng coù söï phaân huyû caùc lieân keát beàn trong phaân töû (lieân keát caàu disunfua), hay neáu coù thì chæ ôû möùc ñoä khoâng ñaùng keå. Chính vì theá maø khi taùc nhaân gaây bieán tính ñöôïc loaïi ra khoûi moâi tröôøng thì caùc caáu truùc ban ñaàu cuûa phaân töû protein coù theå ñöôïc phuïc hoài trôû laïi, daãn ñeán caùc tính chaát ban ñaàu cuõng ñöôïc phuïc hoài. Tröôøng hôïp naøy thöôøng ñöôïc öùng duïng khi muoán thu nhaän caùc cheá phaåm protein maø vaãn giöõ ñöôïc hoaït tính sinh hoïc (chuû yeáu laø caùc enzym, khaùng theå). Bieán tính khoâng thuaän nghòch: laø daïng bieán tính gaây ra nhöõng bieán ñoåi saâu saéc, daãn ñeán maát khaû naêng phuïc hoài trôû laïi caáu truùc ban ñaàu cuûa phaân töû protein. Khi ñoù, haàu heát caùc lieân keát yeáu trong phaân töû vaø caû moät soá lieân keát maïnh nhö caàu disunfua cuõng bò phaù huyû. Vaø trong tröôøng hôïp naøy do maát ñi caùc lieân keát beàn ban ñaàu maø phaân töû protein khoâng coøn khaû naêng phuïc hoài laïi caáu truùc töï nhieân khi taùc nhaân gaây bieán tính ñöôïc loaïi boû, ñieàu naøy cuõng ñoàng nghóa vôùi vieäc caùc phaân töû protein maát ñi caùc tính chaát ban ñaàu. Treân cô sôû ñoù, phöông phaùp keát tuûa gaây bieán tính khoâng thuaän nghòch ñöôïc öùng duïng raát nhieàu ñeå thu nhaän protein vôùi muïc ñích giöõ laïi caùc giaù trò dinh döôõng cuûa saûn phaåm. Caùc phöông phaùp keát tuûa protein: Keát tuûa baèng pH: baèng caùc taùc nhaân acid, base, dung dòch ñeäm… coù theå ñöa pH cuûa dung dòch veà giaù trò maø taïi ñoù ñieän tích cuûa caùc phaân töû protein bò trung hoaø, khieán cho löïc ñaåy tónh ñieän giöõa caùc phaân töû maát ñi, ñoàng thôøi töông taùc giöõa phaân töû protein vôùi caùc phaân töû nöôùc cuõng giaûm ñi, daãn ñeán lôùp voû hydrat bao quanh beà maët bò phaù vôõ, taïo ñieàu kieän cho caùc phaân töû taäp hôïp laïi vôùi nhau hình thaønh keát tuûa. ÔÛ ñaây do khoâng coù söï thay ñoåi caáu truùc phaân töû neân sau khi loaïi taùc nhaân ra khoûi dung dòch, protein coù theå hoaø tan trôû laïi trong moâi tröôøng coù pH thích hôïp. Sau khi loïc hay ly taâm ñeå thu keát tuûa thì taùc nhaân seõ ñöôïc loaïi ra. Keát tuûa baèng nhieät ñoä: döôùi taùc duïng cuûa nhieät ñoä cao, caùc lieân keát trong caáu truùc phaân töû protein seõ bò phaù huyû. Caùc caáu truùc baäc 2, 3, 4 bò duoãi maïch, xuaát hieän caùc nhoùm kî nöôùc treân beà maët phaân töû protein, laøm giaûm töông taùc giöõa protein vôùi nöôùc neân gaây keát tuûa protein. Taát caû caùc tröôøng hôïp bieán tính do nhieät ñoä cao ñeàu laø bieán tính khoâng thuaän nghòch do khi ñoù caùc caàu disunfua haàu nhö bò phaù huyû hoaøn toaøn. Thoâng thöôøng haàu heát caùc loaïi protein baét ñaàu bò bieán tính ôû nhieät ñoä khoaûng 45- 50oC, nhieät ñoä caøng taêng, möùc ñoä bieán tính caøng saâu saéc. Keát tuûa baèng dung moâi höõu cô: caùc dung moâi höõu cô tan trong nöôùc nhö ethanol, acetone, methanol, isopropanol… khi ñöôïc boå sung vaøo dung dòch protein seõ laøm cho töông taùc giöõa caùc phaân töû protein taêng. Maët khaùc, do tính haùo nöôùc neân khi cho vaøo dung dòch protein, caùc phaân töû dung moâi höõu cô seõ huùt nöôùc, laøm giaûm töông taùc giöõa protein vaø nöôùc, laøm phaù vôõ lôùp voû hydrat gaây keát tuûa protein. Neáu ñieàu chænh pH cuûa dung dòch veà giaù trò pI cuûa protein thì söï keát tuûa seõ xaûy ra nhanh hôn vaø noàng ñoä dung moâi höõu cô caàn cuõng thaáp hôn. ÔÛ ñaây ta söû duïng phöông phaùp keát tuûa protein baèng pH, do phöông phaùp naøy coù öu ñieåm laø protein vaãn giöõ ñöôïc caùc tính chaát cuûa mình, vaø trong quaù trình saûn xuaát thì khoâng söû duïng caùc dung moâi deã chaùy nhö acetone, ethanol… Röûa tuûa Ly taâm Saáy phun Protein Concentrate Nöôùc röûa Nöôùc Khoâ ñaäu naønh Nghieàn öôùt Keát tuûa Ly taâm Dòch Loïc Nöôùc Baõ Dd HCl Nghieàn öôùt: Muïc ñích: khai thaùc. Giaûm kích thöôùc cuûa haït khoâ ñaäu naønh. Trích ly caùc chaát trong khoâ ñaäu naønh vaøo nöôùc. Caùc bieán ñoåi trong quaù trình nghieàn öôùt: Vaät lyù : giaûm kích thöôùc cuûa haït khoâ ñaäu naønh thaønh nhöõng haït mòn, dòch loûng taêng nhieät ñoä do ma saùt trong quaù trình nghieàn. Hoùa hoïc : phaân huyû moät soá chaát maãn caûm vôùi nhieät ñoä. Hoùa lyù : trích ly caùc chaát dinh döôõng trong khoâ ñaäu naønh vaøo dòch söõa. Sinh hoïc : moät soá vi sinh vaät bò tieâu dieät. Hoùa sinh : voâ hoaït enzyme lipoxygenase neân phaûn öùng taïo muøi khoâng dieãn ra. Phöông phaùp thöïc hieän: Quaù trình nghieàn öôùt ñöôïc thöïc hieän bôûi thieát bò nghieàn ñóa truïc quay. Tæ leä nöôùc : ñaäu = 4 : 1 (w/w). 2..1.2. Loïc: Muïc ñích : Khai thaùc: loaïi boû baõ loïc ra khoûi dòch söõa sau khi nghieàn, thu nhaän dòch chieát, laøm saïch, naâng cao chaát löôïng dòch chieát. Chuaån bò: cho quaù trình keát tuûa protein tieáp theo. Caùc bieán ñoåi trong quaù trình loïc: Vaät lyù : söï thay ñoåi veà theå tích, khoái löôïng => giaûm. Hoùa hoïc : haàu nhö khoâng thay ñoåi veà thaønh phaàn hoùa hoïc, tuy nhieân coù toån thaát moät ít protein, vitamin, chaát maøu… theo baõ loïc. Hoùa lyù : thay ñoåi traïng thaùi töø dung dòch daïng huyeàn phuø sang loûng. Sinh hoïc : moät soá vi sinh vaät bò loaïi boû theo baõ loïc. Hoaù sinh : haàu nhö khoâng thay ñoåi. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán quaù trình loïc: Tính chaát cuûa baõ loïc. Nhieät ñoä loïc. Vieäc söû duïng caùc chaát trôï loïc. Keát tuûa protein: Muïc ñích: Khai thaùc: thu nhaän löôïng protein hoaø tan trong dung dòch. Caùc bieán ñoåi trong quaù trình keát tuûa protein: Hoùa lyù : thay ñoåi traïng thaùi töø dung dòch, hình thaønh khoái keát tuûa. Sinh hoïc : moät soá vi sinh vaät bò öùc cheá do pH thaáp. Hoaù sinh : haàu nhö khoâng thay ñoåi. Thöïc hieän: phaàn protein hoaø tan seõ ñöôïc keát tuûa baèng caùch chænh pH cuûa dung dòch veà 4.5 laø pH ñaúng ñieän cuûa protein globulin. Ñeå ñieàu chænh pH duøng dung dòch HCl ñaäm ñaëc. Ly taâm: Muïc ñích: Chuaån bò: quaù trình ly taâm nhaèm muïc ñích loaïi phaàn dòch coù chöùa caùc hôïp chaát hoaø tan nhö polysaccharide… ñeå thu ñöôïc phaàn protein keát tuûa, chuaån bò cho quaù trình röûa tuûa. Caùc bieán ñoåi trong quaù trình ly taâm: Vaät lyù: protein qua quaù trình keát tuûa vaø taùch dòch ñöôïc keát thaønh khoái chaët hôn, tyû troïng khoái protein taêng. Hoaù hoïc: ñoä tinh khieát cuûa saûn phaåm taêng do caùc phaàn hoaø tan ñaõ theo dòch ra ngoaøi. Hoùa lyù : sau quaù trình ly taâm ta thu ñöôïc 2 phaàn, laø phaàn nöôùc dòch vaø phaàn protein. Sinh hoïc : moät soá vi sinh vaät bò loaïi ra theo dòch. Trong nöôùc dòch coù chöùa ñöôøng vaø caùc hôïp chaát dinh döôõng khaùc laø moâi tröôøng thuaän lôïi cho vi sinh vaät phaùt trieån. Röûa tuûa: Muïc ñích: Quaù trình röûa tuûa nhaèm muïc ñích loaïi boû phaàn dung dòch HCl coøn soùt laïi trong khoái keát tuûa. Caùc bieán ñoåi trong quaù trình röûa tuûa: Vaät lyù: coù söï taêng leân veà khoái löôïng vaø theå tích. Hoaù hoïc: coù söï toån hao chaát khoâ vaøo trong nöôùc röûa tuûa. Ly taâm: Muïc ñích: Chuaån bò: cho quaù trình saáy tieáp theo. Khai thaùc: loaïi boû phaàn nöôùc röûa, ñeå thu ñöôïc protein tinh khieát. Caùc bieán ñoåi trong quaù trình ly taâm: Vaät lyù: coù söï giaûm veà khoái löôïng. Hoaù hoïc: ñoä tinh khieát cuûa saûn phaåm taêng do loaïi boû phaàn nöôùc röûa. Hoùa lyù : sau quaù trình ly taâm ta thu ñöôïc 2 phaàn, laø phaàn nöôùc röûa vaø phaàn protein. 2.1.7. Saáy phun: Muïc ñích: Cheá bieán: taïo ra saûn phaåm laø SPC daïng boät mòn. Baûo quaûn: sau saáy saûn phaåm coù haøm aåm thaáp (<5%), taùc nhaân saáy ôû nhieät ñoä cao, trong thôøi gian ngaén neân vi sinh vaät khoù phaùt trieån, do ñoù baûo quaûn saûn phaåm ñöôïc laâu. Caùc bieán ñoåi trong quaù trình saáy phun: Vaät lyù: coù söï giaûm veà khoái löôïng do nöôùc bay hôi. Hoaù hoïc: haøm aåm giaûm nhanh choùng. Coù theå xaûy ra söï phaân huyû caùc chaát maãn caûm vôùi nhieät ñoä nhö muøi, höông. Nhieät ñoä cao cuõng coù theå gaây bieán tính moät soá protein nhöng do thôøi gian saáy ngaén neân söï bieán ñoåi naøy laø khoâng ñaùng keå. Hoùa lyù : söï bay hôi nöôùc vaø caùc chaát deã bay hôi döôùi taùc ñoäng cuûa nhieät ñoä cao. Coù söï chuyeån pha: dung dòch protein sau quaù trình saáy phun seõ coù daïng boät. Hoaù sinh: moät soá enzym coù theå bò voâ hoaït hoaëc giaûm hoaït tính bôûi nhieät ñoä neân seõ laøm giaûm caùc phaûn öùng do enzym xuùc taùc. Sinh hoïc: moät soá vi sinh vaät bò tieâu dieät hoaëc öùc cheá. Tuy nhieân, do thôøi gian löu trong buoàng saáy laø raát ngaén neân caùc bieán ñoåi veà hoaù sinh vaø sinh hoïc laø khoâng lôùn laém. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán quaù trình saáy phun: Baûn chaát vaät lieäu saáy: noàng ñoä chaát khoâ, thaønh phaàn hoùa hoïc, caùc lieân keát hoùa hoïc. Nhieät ñoä taùc nhaân saáy. Kích thöôùc, soá löôïng vaø quó ñaïo chuyeån ñoäng cuûa caùc haït nguyeân lieäu trong buoàng saáy. Öu ñieåm cuûa saáy phun: Thôøi gian saáy: ngaén, thôøi gian löu cuûa nguyeân lieäu trong thieát bò khoaûng 3 – 5s. Tính cô giôùi hoaù. Nhöôïc ñieåm cuûa saáy phun: Ñoái töôïng cuûa nguyeân lieäu vaø saûn phaåm: nguyeân lieäu khoâng ñöôïc coù ñoä nhôùt quaù cao vì seõ khoù phun söông. Voán ñaàu tö cao. Thoâng soá coâng ngheä: Nhieät ñoä khoâng khí vaøo: 170 - 2000C. Nhieät ñoä khoâng khí ra: 90 - 1000C. Thôøi gian löu cuûa caùc haït trong buoàng saáy: 5s. Ñoä aåm vaät lieäu sau khi saáy:3 - 4%. Ñöôøng kính haït : 95% < 150 mm. 2.2. Soy protein isolate: Quy trình thoâng thöôøng ñeå saûn xuaát SPI döïa treân söï hoaø tan cuûa protein ôû pH trung tính hay kieàm nheï, vaø ñöôïc keát tuûa baèng quaù trình acid hoaù tôùi vuøng pH ñaúng ñieän, khoaûng 4.5. Saûn phaåm thu ñöôïc goïi laø SPI ñaúng ñieän (“isoelectric SPI”). Loaïi protein naøy khaû naêng hoaø tan trong nöôùc khoâng cao vaø tính chaát chöùc naêng giôùi haïn. Proteinate ñöôïc saûn xuaát baèng caùch hoaø tan SPI ñaúng ñieän trong nöôùc, sau ñoù trung hoaø vôùi caùc loaïi base khaùc nhau vaø saáy khoâ. Tuyø vaøo loaïi base söû duïng maø Na+, K+, NH4+, Ca2+ proteinate ñöôïc taïo thaønh. Proteinate Na+ tan raát toát trong nöôùc, taïo dung dòch coù ñoä nhôùt cao, coù khaû naêng taïo boït, taïo nhuõ vaø taïo gel. Proteinate Ca2+ khaû naêng hoaø tan khoâng cao. Boät khoâ ñaõ khöû beùo (Defatted Meal) ñöôïc chieát vôùi kieàm loaõng ôû pH = 7 – 9, nhieät ñoä 50 - 55oC, ñöôïc dòch chieát vaø phaàn coøn laïi khoâng tan. Dòch chieát ñöa veà pH = 4.2 - 4.5, protein seõ ñoâng tuï vaø thu ñöôïc dòch söõa (whey). Protein ñoâng tuï coù theå röûa vaø saáy khoâ ñeå thaønh protein ñaúng ñieän (Isoelectric Protein) hoaëc röûa, trung hoaø sau ñoù saáy khoâ ñeå thaønh saûn phaåm proteinate (döôùi daïng Na+, K+) thöôøng ñöôïc söû duïng nhieàu hôn vì tính deã ñöa vaøo caùc saûn phaåm khaùc. Caùc quaù trình trong quy trình saûn xuaát SPI cuõng töông töï nhö khi saûn xuaát SPC, chæ khaùc laø coù theâm quaù trình hoaø tan protein baèng dung dòch NaOH. Hoaø tan protein: Muïc ñích : Khai thaùc: thu nhaän protein trong khoâ ñaäu naønh. Chuaån bò: cho quaù trình keát tuûa protein tieáp theo. Caùc bieán ñoåi trong quaù trình hoaø tan protein: Vaät lyù : söï thay ñoåi veà theå tích, khoái löôïng => taêng. Hoùa hoïc : phaàn lôùn protein trong khoâ ñaäu naønh seõ hoaø tan vaøo dung dòch NaOH. Sinh hoïc : moät soá vi sinh vaät coù theå bò öùc cheá trong moâi tröôøng kieàm. Hoaù sinh : moät soá enzym bò voâ hoaït. Khoâ ñaäu naønh Nghieàn öôùt Ly taâm Keát tuûa Baõ Hoaø tan Nöôùc Dd HCl Dd NaOH Ly taâm Röûa tuûa Ly taâm Protein Isolate Nöôùc röûa Nöôùc Dòch Saáy phun Chöông 3: Caân baèng vaät chaát Naêng suaát thieát keá tính theo saûn phaåm: - Soy protein concentrate : 200kg thaønh phaåm/ngaøy. - Soy protein isolate : 200kg thaønh phaåm/ngaøy. 3.1. Choïn thaønh phaàn cuûa nguyeân lieäu – saûn phaåm: 3.1.1. Nguyeân lieäu: Baõ ñaäu naønh laø phaàn baõ sau khi eùp laáy daàu, coøn goïi laø khoâ ñaäu naønh. Ñaây laø nguoàn nguyeân lieäu coù saün vaø reû tieàn. Baûng3.1: Thaønh phaàn hoaù hoïc cuûa baõ ñaäu naønh (%) Thaønh phaàn % chaát khoâ AÅm 12 Protid 48 Lipid 1 Glucid 25 Cellulose 5.8 Tro 5.5 ( Theo coâng ty Solbar Hatzor Ltd.) Tieâu chí ñeå löïa choïn nguyeân lieäu: khoâ ñaäu naønh toát, khoâng hoâi, khoâng bò moác, haéng daàu, khoâng laãn caùc taïp chaát nhö caùt, ñaù, raùc…, ñoä aåm khoâng quaù 12%, haøm löôïng chaát beùo khoâng quaù 2%. Neáu coù nhieàu chaát beùo trong baõ ñaäu naønh thì trong quaù trình cheá bieán, moät phaàn chaát beùo naøy chuyeån thaønh acid beùo töï do, glycerine, vaø caùc saûn phaåm thuyû phaân khaùc nhö monoglyceride, diglyceride. Caùc chaát naøy laøm aûnh höôûng ñeán muøi, vò vaø chaát löôïng cuûa saûn phaåm. 3.1.2. Saûn phaåm: 3.1.2.1. Soy protein concentrate: - Haøm aåm : 5% - Protein : 70% haøm löôïng chaát khoâ - Tro : 7% haøm löôïng chaát khoâ - Lipid : 1% haøm löôïng chaát khoâ - Taïp chaát voâ cô : 4.5% haøm löôïng chaát khoâ - Carbohydrate : 20% haøm löôïng chaát khoâ - Kích thöôùc haït : 95% < 150μm 3.1.2.2. Soy protein isolate: - Haøm aåm : 5% - Protein : 90% haøm löôïng chaát khoâ - Tro : 4.5% haøm löôïng chaát khoâ - Lipid : 0.5% haøm löôïng chaát khoâ - Carbohydrate : 0.3% haøm löôïng chaát khoâ - Kích thöôùc haït : 95% < 150μm 3.2. Tính caân baèng vaät chaát: 3.2.1. Soy protein concentrate: Tính cho 100kg nguyeân lieäu khoâ ñaäu naønh: Trong 100kg nguyeân lieäu khoâ ñaäu naønh coù: + aåm : 12kg + chaát khoâ : 88kg Tyû leä nguyeân lieäu/ nöôùc khi nghieàn öôùt laø 1:4 Khoái löôïng nguyeân lieäu sau khi nghieàn öôùt: Gnö = Gñn + Gn Trong ñoù: Gñn = 100(kg) : khoái löôïng khoâ ñaäu naønh. Gn= 400(kg): khoái löôïng nöôùc cho vaøo. Gnö = 100 + 400 = 500(kg) - Giaû söû trong quaù trình nghieàn öôùt coù khoaûng 70% chaát khoâ hoaø vaøo dung dòch vaø löôïng nöôùc toån thaát theo baõ khoaûng 10%. - Löôïng chaát khoâ trong dòch huyeàn phuø: Gckhp= Gckx70% = 88 x 0.7 = 61.6(kg) Löôïng baõ thu ñöôïc sau quaù trình loïc: Gb= 100 - Gckhp + 10%Gn = 100 – 61.6 + 0.1x400 = 78.4 (kg) Löôïng dòch loïc thu ñöôïc: Gdl= Gnö - Gb = 500 - 78.4 = 421.6 (kg) Dòch loïc coù pH = 6.5. Theå tích dung dòch HCl ñaäm ñaëc caàn theâm vaøo ñeå pH cuûa heä ñaït 4.5 laø khoâng ñaùng keå so vôùi löôïng dòch loïc neân coù theå xem gaàn ñuùng khoái löôïng cuûa heä thu ñöôïc sau khi cho dung dòch HCl vaøo laø: Gh = Gdl + GHCl 421.6 (kg) Sau ly taâm, ta thu ñöôïc khoái raén chöùa 30% chaát khoâ. Giaû söû coù khoaûng 95% löôïng chaát khoâ trong dòch huyeàn phuø bò keát tuûa. ð Löôïng chaát khoâ coù trong khoái raén sau ly taâm laø: Gckkt = 95%Gckhp = 0.95 x 61.6 = 58.52 (kg) Löôïng raén thu ñöôïc sau ly taâm laø: (kg) Löôïng dòch thu ñöôïc sau ly taâm laø: Gdlt1 = Gh - Gr = 421.6 - 195.07 = 226.53 (kg) Vaäy khoái raén ñem röûa tuûa coù khoái löôïng laø 195.07kg. Löôïng nöôùc söû duïng laø 5lít nöôùc cho 1 kg keát tuûa. ð Löôïng nöôùc röûa söû duïng laø: Gnr = 5 x 195.07 = 975.35 (lít) Löôïng hoãn hôïp thu ñöôïc sau khi röûa tuûa: Ghh = Gr + Gnr = 195.07 + 975.35 = 1170.42 (kg) - Giaû söû trong quaù trình ly taâm, löôïng toån hao chaát khoâ trong nöôùc röûa laø khoâng ñaùng keå vaø baõ sau ly taâm chöùa 30% chaát khoâ. ð Sau ly taâm, löôïng nguyeân lieäu thu ñöôïc laø 195.07kg. Sau khi saáy, saûn phaåm coù ñoä aåm laø 5%. Löôïng saûn phaåm thu ñöôïc sau khi saáy: (kg) Trong ñoù: Wr = 70%: haøm aåm cuûa khoái raén thu ñöôïc sau ly taâm. Wsp = 5%: haøm aåm cuûa saûn phaåm. Hao huït trong quaù trình bao goùi saûn phaåm laø 0.5%. Löôïng saûn phaåm thu ñöôïc laø: Gbg= Gs x (1 – 0.005) = 61.6 x (1 – 0.005)= 61.29 (kg) Cho toån thaát qua caùc khaâu trong quaù trình laø 3% Löôïng SPC thu ñöôïc laø: GSPC = Gbg x (1 – 0.03) = 61.29 x (1 – 0.03) 60 (kg) Tính cho 200kg saûn phaåm soy protein concentrate: Löôïng khoâ ñaäu naønh söû duïng laø: (kg) Löôïng nöôùc söû duïng cho quaù trình nghieàn öôùt laø: (lít) Löôïng nöôùc röûa tuûa söû duïng laø: (lít) Baûng 3.2: Khoái löôïng nguyeân lieäu ñeå saûn xuaát 200kg soy protein concentrate. Nguyeân lieäu Soá löôïng Khoâ ñaäu naønh 334 (kg) Nöôùc ñeå nghieàn öôùt 1336 (l) Nöôùc ñeå röûa tuûa 3251 (l) Baûng 3.3: Löôïng nguyeân lieäu ñi vaøo töøng thieát bò trong quy trình saûn xuaát. Thieát bò Khoái löôïng Maùy nghieàn öôùt 1668 (kg) Maùy loïc 1668 (kg) Thieát bò keát tuûa 1410 (kg) Maùy ly taâm 1410 (kg) Thieát bò röûa tuûa 3901 (kg) Maùy ly taâm 3901 (kg) Thieát bò saáy 650.23 (kg) 3.2.2. Soy protein isolate: Tính cho 100kg nguyeân lieäu khoâ ñaäu naønh: Trong 100kg nguyeân lieäu khoâ ñaäu naønh coù: + aåm : 12kg + chaát khoâ : 88kg + protein: 42.24kg Tyû leä nguyeân lieäu/ nöôùc khi nghieàn öôùt laø 1:4 Khoái löôïng nguyeân lieäu sau khi nghieàn öôùt: Gnö = Gñn + Gn Trong ñoù: Gñn = 100(kg) : khoái löôïng khoâ ñaäu naønh. Gn= 400(kg): khoái löôïng nöôùc cho vaøo. Gnö = 100 + 400 = 500(kg) Dòch huyeàn phuø coù pH = 6.5. - Do löôïng dung dòch NaOH söû duïng khoâng nhieàu neân coù theå xem khoái löôïng dung dòch sau khi hoaø tan vaãn laø 500kg. Sau ly taâm, ta thu ñöôïc khoái raén chöùa 30% chaát khoâ. Giaû söû coù khoaûng 80% löôïng chaát khoâ hoaø tan vaøo dung dòch NaOH. ð Löôïng chaát khoâ hoaø tan laø: Gckht = ˆ80%Gck = 0.8 x 88 = 70.4 (kg) Löôïng chaát khoâ khoâng hoaø tan laø: Gckkht = Gck - Gckht = 88 - 70.4 = 17.6 (kg) Löôïng raén thu ñöôïc sau ly taâm laø: (kg) Löôïng dòch thu ñöôïc sau ly taâm laø: Gd1 = Gnö - Gr1 = 500 - 58.67 = 441.33 (kg) Dòch thu ñöôïc sau ly taâm coù pH = 8. Theå tích dung dòch HCl caàn theâm vaøo ñeå pH cuûa heä ñaït 4.5 laø khoâng ñaùng keå so vôùi khoái löôïng dòch loïc neân coù theå xem gaàn ñuùng khoái löôïng cuûa heä thu ñöôïc sau khi cho dung dòch HCl vaøo laø: Gh = Gd + GHCl 441.33 (kg) Sau ly taâm, ta thu ñöôïc khoái raén chöùa 30% chaát khoâ. Giaû söû coù khoaûng 95% löôïng protein trong dòch huyeàn phuø bò keát tuûa. ð Löôïng chaát khoâ coù trong khoái raén sau ly taâm laø: Gckkt = 95%GP = 0.95 x 42.24 = 40.128 (kg) Löôïng raén thu ñöôïc sau ly taâm laø: (kg) Löôïng dòch thu ñöôïc sau ly taâm laø: Gd2 = Gh - Gr2 = 441.33 - 133.76 = 307.57 (kg) Vaäy khoái raén ñem röûa tuûa coù khoái löôïng laø 133.76 kg. Löôïng nöôùc söû duïng laø 5lít nöôùc cho 1 kg keát tuûa. ð Löôïng nöôùc röûa söû duïng laø: Gnr = 5 x 133.76 = 668.8 (lít) Löôïng hoãn hôïp thu ñöôïc sau khi röûa tuûa: Ghh = Gr2 + Gnr = 133.76 + 668.8 = 802.56 (kg) - Giaû söû trong quaù trình ly taâm, löôïng toån hao chaát khoâ trong nöôùc röûa laø khoâng ñaùng keå vaø baõ sau ly taâm chöùa 30% chaát khoâ. ð Sau ly taâm, löôïng nguyeân lieäu thu ñöôïc laø 133.76 kg. Sau khi saáy, saûn phaåm coù ñoä aåm laø 5%. Löôïng saûn phaåm thu ñöôïc sau khi saáy: (kg) Trong ñoù: Wr2 = 70%: haøm aåm cuûa khoái raén thu ñöôïc sau ly taâm. Wsp = 5%: haøm aåm cuûa saûn phaåm. Hao huït trong quaù trình bao goùi saûn phaåm laø 0.5%. Löôïng saûn phaåm thu ñöôïc laø: Gbg= Gs x (1 – 0.005) = 42.24 x (1 – 0.005)= 42 (kg) Cho toån thaát qua caùc khaâu trong quaù trình laø 3% Löôïng SPI thu ñöôïc laø: GSPI = Gbg x (1 – 0.03) = 42 x (1 – 0.03) 40 (kg) Tính cho 200kg saûn phaåm soy protein isolate: Löôïng khoâ ñaäu naønh söû duïng laø: (kg) Löôïng nöôùc söû duïng cho quaù trình nghieàn öôùt laø: (lít) Löôïng nöôùc röûa tuûa söû duïng laø: (lít) Baûng 3.4: Khoái löôïng nguyeân lieäu ñeå saûn xuaát 200kg soy protein isolate. Nguyeân lieäu Soá löôïng Khoâ ñaäu naønh 500 (kg) Nöôùc ñeå nghieàn öôùt 2000 (l) Nöôùc ñeå röûa tuûa 3344 (l) Baûng 3.5: Löôïng nguyeân lieäu ñi vaøo töøng thieát bò trong quy trình saûn xuaát. Thieát bò Khoái löôïng Maùy nghieàn öôùt 2500 (kg) Boàn hoaø tan baèng dung dòch NaOH 2500 (kg) Maùy ly taâm 2500 (kg) Boàn keát tuûa protein 2213.6 (kg) Maùy ly taâm 2213.6 (kg) Thieát bò röûa tuûa 4012.8 (kg) Maùy ly taâm 4012.8 (kg) Thieát bò saáy 668.8 (kg) Chöông 4: Caân baèng naêng löôïng Do trong quy trình coâng ngheä coù söû duïng thieát bò saáy neân ôû phaàn naøy ta seõ tính caân baèng naêng löôïng trong quaù trình saáy. Caùc thoâng soá cuûa khoâng khí trong quaù trình saáy: nhieät ñoä khoâng khí tröôùc khi vaøo calorifere to = 30oC. nhieät ñoä khoâng khí sau khi qua calorifere t1 = 180oC. nhieät ñoä khoâng khí khi ra khoûi thieát bò saáy t2 = 95oC. ñoä aåm töông ñoái cuûa khoâng khí φo = 77%. Löôïng nhieät caàn thieát ñeå bay hôi 1 kg aåm (löôïng nhieät tieâu hao rieâng): Trong ñoù: Io, I1 : nhieät löôïng rieâng cuûa khoâng khí tröôùc vaø sau calorifere, J/kg khoâng khí khoâ. xo, x2 : haøm aåm cuûa khoâng khí tröôùc vaø sau khi saáy, kgaåm/kg khoâng khí khoâ. Io = t + ( 2493 + 1.97t).xo , kJ/kg khoâng khí khoâ. Döïa vaøo ñoà thò I –x cuûa khoâng khí aåm, ta coù: xo = x1 = 0.022 kg aåm/ kg khoâng khí khoâ. x2 = 0.065 kg aåm/ kg khoâng khí khoâ. → Io = 30 + ( 2493 + 1.97x30) x 0.022 = 86.1462 kJ/ kg khoâng khí khoâ. I1 = t1 + ( 2493 + 1.97t). x1 = 180 + ( 2493 + 1.97x180)x 0.022 = 242.6472 kJ/ kg khoâng khí khoâ. → kJ/kg aåm bay hôi Löôïng aåm bay hôi trong quaù trình saáy: U = G1 - G2 Trong ñoù: G1, G2 : khoái löôïng vaät lieäu tröôùc vaø sau khi saáy, kg/h. U: löôïng aåm bay hôi trong quaù trình saáy, kg/h. G1 = 668.8 kg/h G2 = 200 kg/h → U = 468.8 kg/h. Löôïng khoâng khí khoâ caàn thieát ñeå boác hôi 1 kg aåm ( löôïng khoâng khí tieâu hao rieâng): kg khoâng khí khoâ/kg aåm bay hôi. Toång löôïng khoâng khí khoâ caàn thieát trong quaù trình saáy: L = U. l = 468.8 x 23.25 = 10899.6 kg kkk/h = 3.027 kg kkk/s. Toång löôïng nhieät caàn thieát trong quaù trình saáy: Q = L ( I1 - Io ) = 3.027 x ( 242.6472 - 86.1462) = 473.83 (kW) Chöông 5: Choïn thieát bò Thieát bò chính: 5.1.1. Thieát bò nghieàn öôùt: Caáu taïo: Boä phaän nhaäp lieäu. Vít xoaén: ñaåy nguyeân lieäu vaøo ñóa nghieàn. Caàn ñieàu chænh khe hôû nghieàn. Ñóa nghieàn nguyeân lieäu (2 ñóa ñöùng, 2 ñóa quay). Puli daãn ñoäng vaø ñai truyeàn ñoäng. Cô caáu thaùo saûn phaåm. Nguyeân taéc hoaït ñoäng: Nguyeân lieäu töø boä phaän nhaäp lieäu rôi xuoáng vít xoaén. Vít xoaén coù nhieäm vuï ñaåy haït vaøo khoang nghieàn. Hai ñóa nghieàn coá ñònh, hai ñóa khaùc ñöôïc puli daãn ñoäng, nhôø vaäy nguyeân lieäu ñöôïc ñóa nghieàn thaønh boät theo yeâu caàu. Saûn phaåm sau khi ra khoûi ñóa nghieàn ñöôïc ñaåy vaøo cöûa thaùo lieäu. Khe nghieàn coù theå ñöôïc ñieàu chænh nhôø caàn gaït ñeå ñaït kích thöôùc haït theo yeâu caàu. Trong quaù trình nghieàn, nöôùc noùng ñöôïc boå sung vaøo cuøng vôùi nguyeân lieäu nhaèm trích ly caùc chaát trong nguyeân lieäu vaøo nöôùc. Thoâng soá kyõ thuaät: Teân maùy : Wet soybean grinding machine Chieàu daøi maùy : 1600mm. Chieàu roäng maùy : 1200mm. Chieàu cao maùy : 2000mm. Naêng suaát maùy : 1500kg/h. Coâng suaát maùy : 6kW Haõng saûn xuaát :Charoenchai Company Ltd. (7-9 Yaowarat near. Panuphon bridge Bangkok) Wet soybean grinding machine 5.1.2. Thieát bò ly taâm loïc: Caáu taïo: Thieát bò loïc ly taâm OÁng caáp dòch OÁng thaùo dòch OÁng thaùo baõ Maøng loïc Baõ Truïc vít xoaén Nguyeân taéc hoaït ñoäng : Loaïi maùy ly taâm naøy duøng ñeå taùch pha raén vaø pha loûng ra khoûi dung dòch huyeàn phuø seät. Dòch huyeàn phuø ñöôïc bôm vaøo oáng nhaäp lieäu ñeàn buoàng loïc. Truïc vít xoaén quay taïo ra löïc ly taâm laøm cho caùc haït raén chuyeån ñoäng ra khoûi taâm buoàng loïc vaø va vaøo thaønh thieát bò. Nhöõng haït raén naøy seõ ñöôïc truïc vít ñaåy veà oáng thaùo baõ. Phaàn loûng coøn laïi tieáp tuïc qua maøng loïc theo oáng thaùo saûn phaåm ra ngoaøi. Thoâng soá kyõ thuaät (maùy ly taâm thu khoái keát tuûa protein): Chieàu cao maùy : 850mm. Chieàu roäng maùy : 1200mm. Chieàu daøi maùy : 1200mm. Naêng suaát maùy : 4500 kg/h. Coâng suaát maùy : 42kW Maùy ly taâm taùch baõ nghieàn: Chieàu cao maùy : 600mm. Chieàu roäng maùy : 800mm. Chieàu daøi maùy : 1000mm. Naêng suaát maùy : 1000 kg/h. Coâng suaát maùy : 10kW. Maùy ly taâm taùch nöôùc röûa tuûa: Chieàu cao maùy : 1300mm. Chieàu roäng maùy : 1800mm. Chieàu daøi maùy : 2000mm. Naêng suaát maùy : 7500 kg/h. Coâng suaát ñieän tieâu thuï : 70kW. Thieát bò saáây phun: Ba giai ñoaïn cô baûn trong quaù trình saáy phun: Phun söông : ñaây laø gia ñoaïn phaân taùn doøng nhaäp lieäu thaønh nhöõng gioït suông nhoû li ti Troän maãu vaø taùc nhaân saáy: khi ñoù xaûy ra quaù trình boác hôi nöôùc trong maãu Thu hoài saûn phaåm Caáu taïo thieát bò: Quaït. Boä loïc khí. Calorifere. Thaùp saáy phun. Bôm. Voøi phun. Baêng taûi. Cyclon thu hoài saûn phaåm. Nguyeân taéc hoaït ñoäng: nguyeân lieäu töø boàn chöùa seõ ñöôïc bôm bôm vaø phun söông vaøo thaùp saáy. Trong khi ñoù, khoâng khí ñöôïc quaït huùt qua boä loïc khí vaøo calorifere roài vaøo thaùp saáy. Boät protein ñöôïc laøm khoâ raát nhanh thaønh caùc haït mòn coù kích thöôùc khoaûng 150μm. Caùc haït lôùn, naëng hôn rôi xuoáng ñaùy thaùp vaø theo baêng taûi ra ngoaøi. Caùc haït mòn bò cuoán theo doøng khí vaø ñöôïc taùch ra taïi moät cyclon khaùc. Thoâng soá kyõ thuaät: Teân thieát bò : SDS model 72 spray dryer. Ñöôøng kính thaùp saáy : 1200mm. Chieàu cao thaùp saáy : 2500mm. Naêng suaát thieát bò : 800kg/h. Coâng suaát ñieän tieâu thuï : 10kW Thieát bò phuï: Boàn hoøa tan protein baèng dung dòch NaOH: Ñöôøng kính boàn : 1100mm. Chieàu cao boàn : 2000mm. Vaät lieäu : theùp khoâng ræ. Boàn coù motor khuaáy 1kW. Boàn keát tuûa protein: Ñöôøng kính boàn : 1100mm. Chieàu cao boàn : 2000mm. Vaät lieäu : theùp khoâng ræ. Boán coù motor khuaáy 1kW. Boàn röûa tuûa: Ñöôøng kính boàn : 1300mm. Chieàu cao boàn : 2000mm. Vaät lieäu : theùp khoâng ræ. Boàn coù motor khuaáy 2kW. Chöông 6: Tính ñieän – nöôùc Tính nöôùc vaø choïn heä thoáng cung caáp nöôùc: Nöôùc söû duïng trong nhaø maùy goàm 2 khaâu chính: Nöôùc duøng cho quy trình coâng ngheä: duøng ñeå nghieàn khoâ ñaäu naønh, röûa tuûa protein. Nöôùc phuïc vuï veä sinh thieát bò, nöôùc sinh hoaït cuûa coâng nhaân. 6.1.1. Tính nöôùc: Töø tính toaùn caân baèng vaät chaát, ta coù: Nöôùc söû duïng cho quaù trình nghieàn öôùt: N1 = 2m3. Nöôùc söû duïng cho röûa tuûa: N2 = 3.34m3. Nöôùc duøng cho caùc coâng ñoaïn khaùc vaø sinh hoaït cuûa coâng nhaân: N3 = 30% ( N1 + N2 ) = 1.6m3. Toång löôïng nöôùc söû duïng trong nhaø maùy trong moät ngaøy: N = N1 + N2 + N3 = 7m3/ngaøy. 6.1.2. Choïn heä thoáng cung caáp nöôùc: Nguoàn nöôùc trong nhaø maùy ñöôïc cung caáp töø heä thoáng nöôùc thuûy cuïc cuûa thaønh phoá. Choïn heä thoáng cung caáp nöôùc coù naêng suaát: 1.3x1.2xN = 11m3/ngaøy. Trong ñoù: 1.3 : heä soá söû duïng nöôùc ñoàng thôøi. 1.2 : heä soá döï tröõ cuûa heä thoáng cung caáp nöôùc. 6.1.3. Choïn beå nöôùc: Theå tích beå phaûi chöùa ñuû nöôùc trong moät ngaøy saûn xuaát. Löôïng nöôùc nhaø maùy söû duïng trong moät ngaøy laø 11m3. Choïn beå nöôùc coù kích thöôùc: daøi x roäng x cao =3mx3mx1.5m= 13.5m3. Choïn ñaøi nöôùc: Ñaøi nöôùc ñöôïc ñaët ôû vò trí cao nhaát trong nhaø maùy ñeå taïo aùp löïc nöôùc treân ñöôøng oáng. Choïn ñaøi nöôùc chöùa ñuû löôïng nöôùc söû duïng trong 1 giôø. Löu löôïng nöôùc nhaø maùy söû duïng trong moät giôø: 1.375m3/h. Choïn ñaøi nöôùc vôùi theå tích laø 1.5m3, ñaët treân ñaøi cao 10m. 6.2. Tính ñieän: Ñieän söû duïng trong nhaø maùy nhaèm 2 muïc ñích: Ñeå vaän haønh thieát bò goïi laø ñieän ñoäng löïc. Ñeå thaép saùng vaø caùc hoaït ñoäng khaùc goïi laø ñieän daân duïng. Coâng suaát ñieän ñoäng löïc cuûa nhaø maùy: Pdl = 1.2 x 74 = 88.8 kW. Ñaây chính laø coâng suaát laép ñaët cuûa nhaø maùy. Ñieän thaép saùng ñöôïc tính moät caùch töông ñoái baèng 10% ñieän ñoäng löïc: Pts = 0.1 x Pdl = 8.88 kW. Vaäy coâng suaát ñieän söû duïng trong nhaø maùy laø: P = Pdl + Pts 98 kW. Chöông 7: Maët baèng nhaø maùy Döïa vaøo kích thöôùc thieát bò cuõng nhö nhöõng tieâu chuaån veà myõ quan, coâng ngheä vaø kinh teá, ta choïn moät caùch töông ñoái dieän tích cho phaân xöôûng saûn xuaát nhö sau: Chieàu daøi phaân xöôûng: L = 25m. Chieàu roäng phaân xöôûng: B = 15m. Toång dieän tích cuûa phaân xöôûng: S = 375m2. Phoøng chöùa nguyeân lieäu coù kích thöôùc nhö sau: Chieàu daøi: L = 5m. Chieàu roäng: B = 5m. Dieän tích: S = 25m2. Phoøng chöùa saûn phaåm coù kích thöôùc nhö sau: Chieàu daøi: L = 5m. Chieàu roäng: B = 5m. Dieän tích: S = 25m2. Keát luaän Ñeà taøi thieát keá nhaø maùy ñoøi hoûi ngöôøi thöïc hieän phaûi coù kieán thöùc toång hôïp, coù taàm nhìn bao quaùt, bieát phoái hôïp ñoàng boä giöõa caùc chuyeân ngaønh ñeå hoaøn thieän moät baûn thieát keá coù giaù trò cao, gaén lieàn thöïc teá vaø coù tính khaû thi. Ñoái vôùi vieäc thieát keá vaø xaây döïng moät phaân xöôûng chuyeân saûn xuaát protein ñaäu naønh taïi Vieät Nam hieän nay seõ coøn nhieàu vaán ñeà phaûi ñöôïc phaân tích kyõ caøng, töø khaâu tìm hieåu thò tröôøng, löïa choïn saûn phaåm, nghieân cöùu coâng ngheä, löïa choïn thieát bò…. cho ñeán khaû naêng tieâu thuï saûn phaåm trong nöôùc vaø ngay caû khaû naêng xuaát khaåu. Ñeà taøi ñaõ hoaøn thaønh nhöng do kieán thöùc laãn kinh nghieäm thöïc teá coøn haïn cheá neân khoù traùnh khoûi coù nhöõng sai soùt hoaëc coù ñieåm chöa hôïp lyù. Phaàn tính toaùn xaây döïng chuû yeáu chæ tham khaûo phaàn lyù thuyeát neân coù theå coù nhieàu choã, nhieàu soá lieäu khoâng phuø hôïp trong thöïc teá. Sau khi hoaøn thaønh ñoà aùn naøy, veà cô baûn em ñaõ coù ñöôïc moät caùi nhìn roõ hôn veà coâng vieäc thieát keá, ñoàng thôøi quaù trình tìm hieåu, thu thaäp, phaân tích, toång hôïp taøi lieäu trong thôøi gian thöïc hieän ñoà aùn cuõng laø moät caùch höõu hieäu ñeå em reøn luyeän vaø taêng cöôøng kyõ naêng cho mình.