Đồ án tốt nghiệp ứng dụng protein concentrate và protein isolate trong công nghệ chế biến thịt và các sản phẩm từ thịt

Ứng dụng của protein concentrate và protein isolate trong CNCB thịt và các sản phẩm từ thịt

Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh
Trường Đại Học Bách Khoa
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học
BM CNCB Thịt và Thủy Sản
*********

GVHD : ThS. Nguyễn Thị Hiền
SVTH : HC06TP

Tháng 06/2011

Trang 1


Ứng dụng của protein concentrate và protein isolate trong CNCB thịt và các sản phẩm từ thịt

Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ PROTEIN ISOLATE và CONCENTRATE
1.1 Định nghĩa
1.2 Soy protein và whey protein
1.3 Tính chất chức năng
1.1 Định nghĩa

Protein concentrate (PC): được sản xuất từ nguồn nguyên liệu giàu protein, đã loại đi
phần lớn các tạp chất phi protein và sản phẩm thông thường chứa tối thiểu từ 65% protein trở lên
(tính trên hàm lượng chất khơ).
Protein isolate (PI): là sản phẩm protein đã qua tinh chế. PI cũng được sản xuất từ nguồn
nguyên liệu giàu protein, nhưng đã được loại đi gần như toàn bộ các tạp chất phi protein, sản
phẩm chứa tối thiểu từ 90% protein trở lên.

1.2 Soy protein và whey protein

Nhìn chung, tất cả các nguyên liệu giàu protein đều có thể dúng để sản xuất PI và PC. Tuy
nhiên, khi đứng dưới góc độ giá trị dinh dưỡng và kinh tế thì hai nguồn nguyên liệu tốt nhất là :
whey protein (protein huyết thanh sữa) và soy protein (protein đậu nành). Do đó, trên thị trường
các loại PI và PC này thường chiếm ưu thế.
Đi vào cụ thể từng chế phẩm, mỗi loại chế phẩm lại có một định nghĩa riêng, và có đơi
chỗ khơng thống nhất giữa các nguồn nguyên liệu khác nhau :
 Soy protein
Đối với soy protein concentrate (SPC), theo định nghĩa của Association of American Feed
Control Officals, Inc. (AAFOC) thì SFC được sản xuất từ hạt đậu nành đã bóc vỏ, tách gần hết
dầu và các cấu tử tan trong nước phi protein, và phải chứa tối thiểu 65% protein (N×6.25) trên
hàm lượng chất khô.

Trang 2


Ứng dụng của protein concentrate và protein isolate trong CNCB thịt và các sản phẩm từ thịt

Hình 1 : Soy protein concentrate
Soy protein isolate (SPI): là chế phẩm soy protein tinh luyện có chất lượng cao nhất trên
thị trường. SPI được sản xuất từ hạt đậu nành đã tách vỏ và dầu bằng cách loại bỏ gần như hoàn
toàn các thành phần phi protein. Chúng có chứa tối thiểu 90% protein (N×6.25) tính trên hàm
lượng chất khơ.

Hình 2 : Soy protein isolate
Bảng 1: Thành phần của các chế phẩm Soy protein
(Nguồn: Ioseph G. Endres, Soy protein products: Characteristics, Nutritional Aspects,
and Utilization, The Endres Group., Inc, Fort Wayne, Indiana, 2001)
Thành phần

Protein
Chất béo
Xơ hịa tan
Xơ khơng tan
Tro
Độ ẩm
Carbohydrate

Concentrate
% ngun liệu
% chất khơ
62-69
65-72
0.5-1.0
0.5-1.0
2-5
2.1-5.9
13-18
13.5-20.2
3.8-6.2
4.0-6.5
4-6
0
19-21
20-22

Isolate
% nguyên liệu
% chất khô
86-87

90-92
0.5-1.0
0.5-1.0
<0.2
<0.2
<0.2
<0.2
3.8-4.8
4.0-5.0
4-6
0
3-4
3-4

 Whey protein
Trang 3


Ứng dụng của protein concentrate và protein isolate trong CNCB thịt và các sản phẩm từ thịt

Whey protein là hỗn hợp protein bậc 4 được phân lập từ nước whey, sản phẩm phụ của
quy trình sản xuất phơ mai. Các thành phần tiêu biểu của whey protein là beta-lactoglobulin (~
65%), alpha-lactalbumin (~ 25%) và serum albumin (~ 8%).
Đối với whey protein concentrate (WPC), sản phẩm lại được cho phép có khoảng nồng độ
protein dao động khá rộng từ 25% - 89% tổng khối lượng chất khơ. Nó có chứa lactose, chất béo
và một vài loại khoáng. Các dạng sản phẩm WPC có trên thị trường như: WPC34, WPC50,
WPC60, WPC75, WPC80, trong đó hai chữ số cuối dùng để biểu thị giá trị nồng độ protein.

Hình 3 :Whey protein concentrate
Whey protein isolate (WPI) là sản phẩm whey protein tinh khiết nhất, có chứa từ 90-95%

protein, nó chứa rất ít chất béo hay đường lactose.

Hình 4 :Whey protein isolate

1.3 Tính chất chức năng (tính năng cơng nghệ)
Trong q trình sản xuất PC và PI, điều quan trọng nhất là không làm giảm đi các tính
chất chức năng của protein trong nguyên liệu ban đầu. Do đó các phương pháp sản xuất cũng như
các thơng số q trình cần được chọn lọc và kiểm soát nghiêm ngặt nhằm hạn chế tối đa việc làm
Trang 4


Ứng dụng của protein concentrate và protein isolate trong CNCB thịt và các sản phẩm từ thịt
biến tính protein. Nhiều nghiên cứu đã hướng đến việc ứng dụng kĩ thuật mới, hiện đại, điều kiện
vận hành ơn hịa để thu được sản phẩm chất lượng cao. Với những tính chất chức năng quan
trọng, PC và PI ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, thể hiện những
tính năng cơng nghệ như :
 Khả năng hịa tan trong nước và giữ nước
Khả năng hòa tan là điều kiện hàng đầu đối với một protein để đóng vai trị là thành phần
chức năng trong thực phẩm. Tính tan tốt của PC và PI được sử dụng để bổ sung vào các loại thức
uống giàu năng lượng cũng như một số thực phẩm dạng lỏng.
Bên cạnh tính tan, PC và PI có khả năng liên kết với nước và giữ nước. Hàm lượng
protein cao trong PC và PI cũng đồng nghĩa với khả năng liên kết và giữ nước cao (do chứa nhiều
nhóm carboxyl và amino ái nước), chúng được sử dụng như là các tác nhân giữ nước, ổn định cấu
trúc, ngăn chảy dịch và góp phần làm tăng khối lượng, tăng giá trị kinh tế trong các sản phẩm thịt
(xúc xích, jambon, giị lụa ...), bánh mì, bánh nướng ...
 Cơ chế của mối tương tác Protein-Nước
Đặc tính của mối tương tác protein-nước và protein-protein sẽ xác định chức năng của
protein trong thực phẩm ở các dạng như: gel, chất kết tủa, hay hệ phân tán keo. Để tiên đoán sự
liên kết của nước với protein, các nhà nghiên cứu đã cố gắng xác định số lượng các phân tử nước
liên kết với một phân tử protein. Sự liên kết này phụ thuộc vào thành phần và cấu tạo của phân tử

protein.
Nước tương tác với protein theo một số cách, và một lượng nước đáng kể liên kết với
protein được giữ lại qua các liên kết hydro. Liên kết giữa nước và protein có liên quan đến các
nhóm ái nước có cực như nhóm imino, nhóm amino, carboxyl, hydroxyl, carbonyl, và nhóm
sulfhydryl. Khả năng giữ ẩm của protein phụ thuộc vào loại và số lượng của các nhóm có cực
trong chuỗi polypeptide protein. Sự liên kết của nước phụ thuộc vào tính chất lưỡng cực của
nước. Protein có chứa nhiều amino acid tích điện sẽ có khuynh hướng liên kết với một lượng lớn
nước. Sự liên kết của nước với các loại protein có thể được dự đốn từ thành phần amino acid của
chúng.
Những chuỗi protein cấu thành bởi các amino acid khơng có cực như alanine và valine
liên kết với một phân tử nước. Trong khi đó, các chuỗi có cực liên kết với 2 hay 3 phân tử nước,
và các chuỗi ion hóa (aspartic acid, glutamic acid và lysine) liên kết với 4 7 phân tử nước/phân
tử amino acid. Amino acid được phân loại dựa vào khả năng liên kết với các phân tử nước
1) Các amino acid có cực với khả năng liên kết cao nhất
2) Các amino acid khơng ion hóa, khả năng kiến kết trung bình
3) Các nhóm kị nước, ít hoặc khơng liên kết với nước.
 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự liên kết nước của protein
Trang 5


Ứng dụng của protein concentrate và protein isolate trong CNCB thịt và các sản phẩm từ thịt

Sự liên kết nước của protein ảnh hưởng bởi nồng độ protein, pH, lực ion, nhiệt độ, sự có
mặt của các thành phần khác có trong thực phẩm như polysaccharide ưa nước, chất béo và muối,
tốc độ và thời gian xử lý nhiệt, điều kiện bảo quản.


Nồng độ protein

Sự hấp phụ nước có thể được quy cho thành phần protein của sản phẩm và độ nhớt, gia

tăng theo hàm mũ khi nồng độ protein tăng lên. Sự hấp phụ nước của protein gia tăng khi nồng
độ protein tăng. Lượng nước được protein giữ lại phụ thuộc vào thành phần amino acid, đặc biệt
là số lượng các nhóm có cực lộ ra cho các liên kết với nước, cấu trúc của protein, tính khơng ưa
nước của bề mặt và lịch sử quá trình sản xuất. Các điều kiện chế biến thực phẩm thúc đẩy sự
tương tác của protein với các thành phần khác của thực phẩm như lipid, carbohydrate và nước.
Protein động vật có khả năng giữ nước cao hơn so với các protein thực vật, bởi chúng có chứa
một lượng lớn nitơ amin hơn.


pH

Sự giữ nước bị ảnh hưởng lớn bởi pH, thấp nhất trong vùng đẳng điện tại đó protein
khơng tích điện và tương tác protein-protein là lớn nhất. Thay đổi pH của dung dịch protein gây
ra sự thay đổi các nhóm tích điện trên phân tử protein, tác động đến cấu trúc của nó. Do đó, với
sự gia tăng tính phân cực của protein, lượng nước liên kết cũng tăng lên. Thay đổi pH ảnh hưởng
đến sự ion hóa của các nhóm amino acid.


Lực ion

Đặc điểm trương nở của SI, Na caseinate và WPC là hồn tồn khác nhau. Lực ion có ảnh
hưởng lớn đến khả năng trương nở của protein. Bổ sung muối ảnh hưởng đến khả năng giữ nước
của protein bởi vì chúng có ảnh hưởng đến các mối tương tác tĩnh điện. Với nồng độ dung dịch
muối lớn hơn 2.0M sẽ làm giảm nước liên kết vì ion sẽ cạnh tranh với các nhóm protein để liên
kết với nước. Ở nồng độ dung dịch NaCl cao, quá trình dehydrate hóa protein sẽ xuất hiện do sự
cạnh tranh liên kết với nước của chất tan và protein. Kết quả của sự khử lớp vỏ kép có tích điện
xung quanh các phân tử protein là làm biến đổi cấu trúc của protein, giảm sự hydrat hóa và gây
hiện tượng kết tủa.


Nhiệt độ

Nhiệt độ có ảnh hưởng đến sự hydrate hóa protein và khả năng giữ nước của nó trong suốt
q trình sản xuất thực phẩm. Khả năng giữ nước của protein thường giảm sút khi tăng nhiệt độ.
Các phụ gia protein sản xuất cho mục đích thương mại khó tránh khỏi q trình sử dụng nhiệt và
biến tính. Do đó, sự ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng giữ nước của protein sẽ bị tác động bởi
điều kiện của quá trình xử lý và nguồn gốc sản phẩm. Các chuỗi polypeptide lộ ra ngoài phụ
Trang 6


Ứng dụng của protein concentrate và protein isolate trong CNCB thịt và các sản phẩm từ thịt
thuộc vào sự biến tính và sự chuyển tiếp từ cấu trúc hình cầu sang các cấu trúc xoắn ngẫu nhiên
của protein, kết quả làm giảm các nhóm amino acid có thể liên kết với nước.
 Khả năng tạo độ nhớt
Khi protein hòa tan vào dung dịch, mỗi loại dung dịch của những protein khác nhau có độ
nhớt khác nhau. Hệ số độ nhớt của phần lớn các hệ chất lỏng protein tăng theo lũy thừa cũng với
sự tăng nồng độ protein do tăng các phản ứng giữa protein-protein. Do đó việc bổ sung các chế
phẩm giàu protein như PC hay PI sẽ làm tăng độ nhớt, độ sệt và có ý nghĩa quan trọng đối với các
thực phẩm lỏng như đồ uống, canh súp, nước sốt và kem.
 Khả năng tạo gel 
Khả năng tạo gel là một tính chất rất quan trọng của nhiều hệ thống protein, đóng vai trị
chủ yếu trong việc tạo cấu trúc cho một số sản phẩm thực phẩm như giị lụa, xúc xích, ...
Khả năng tạo gel của protein chẳng những được sử dụng để tạo độ cứng, độ đàn hồi cho
sản phẩm mà còn để cải thiện khả năng hấp thụ nước, tạo độ đặc, tạo lực liên kết giữa các tiểu
phần cũng như làm bền các hệ nhũ tương và bọt.
Quá trình tạo gel phụ thuộc vào sự hình thành mạng lưới protein bậc 3, kết quả của tương
tác protein-protein và protein-dung môi (nước).
Cả hai phân đoạn 7S và 11S đều cực kỳ phức tạp, bao gồm nhiều phân đoạn nhỏ có thể dễ
dàng kết hợp cũng như phân rã phụ thuộc vào những kiều kiện khác nhau về pH, lực ion, và nhiệt
độ xử lý. Nhiệt độ biến tính của 7S thấp hơn 11S.

Gel tạo thành do biến tính nhiệt protein bao gồm 2 bước. Bước thứ nhất protein bị mất
cấu trúc bậc 2 và 3 bất thuận nghịch. Sự tạo thành gel thật sự xuất hiện khi làm lạnh dung dịch
protein phụ thuộc vào sự kết dính các tiểu phân đoạn protein mà từ đó tạo thành cấu trúc 3 chiều.
Q trình này bao gồm cả tương tác giữa các chuỗi protein với dung môi cũng như là giữa các
chuỗi protein với nhau. Mạng lưới khơng gian được hình thành qua liên kết hydro, liên kết kỵ
nước, tương tác tĩnh điện, và liên kết disulphide.
(Nguồn : Network formation and viscoelastic properties of commercial soy protein
dispersions: effect of heat treatment, pH and calcium ions)
Protein 11S khác 7S ở chỗ nó tạo thành gel cứng hơn và nhạy cảm hơn với tác nhân làm
mềm gel là acid phytic do chúng có chứa nhiều liên kết S-S. Protein 11S đơng tụ nhanh hơn và
hình thành được các khối đơng lớn hơn. Gel 11S có khả năng giữ nước cao hơn gel 7S, sức căng
lớn hơn, cứng hơn và nở ra nhiều hơn dưới tác dụng của nhiệt độ. Cũng tương tự như thế, màng
Trang 7


Ứng dụng của protein concentrate và protein isolate trong CNCB thịt và các sản phẩm từ thịt
film 11S có độ đàn hồi và sức căng lớn hơn. Tính chất chức năng của protein có thể được điều
chỉnh nhờ tác động đồng thời nhiều tác nhân như pH và các phụ gia.
(Nguồn : Differences in functional properties of 7S and 11S soybean proteins)
Khả năng tạo gel của globulin 7S và 11S bị ảnh hưởng bởi các nhân tố như thành phần
các phân đoạn, khả năng bị tác động cũng như khả năng phản ứng của nhóm –SH, tính kỵ nước
của các phân tử. Cơ chế tạo gel của protein isolate bao gồm cả 7S và 11S phức tạp hơn rất nhiều
so với sự hình thành gel từ một loại protein. Khả năng tạo gel cũng như các tính chất chức năng
khác của soy protein thay đổi tùy thuộc vào các thông số công nghệ như nồng độ protein, nhiệt
độ và thời gian gia nhiệt, lực ion, pH, sự có mặt và nồng độ của các tác nhân khử. Phản ứng giữa
7S và 11S, đặc biệt là liên kết giữa phân đoạn cơ bản của 11S và phân đoạn β của 7S đẫn đến sự
hình thành các kết tủa tan là nhân tố quan trọng trong sự tạo gel của soy protein. Khi đó tỷ lệ
11S/7S và mức độ biến tính của protein là những thông số công nghệ quan trọng.
(Nguồn: Heat induced gelling properties of soy protein isolates prepared from different
defatted soybean flours)



Các tính chất bề mặt

Khả năng tạo nhũ: Protein thường được sử dụng như các chất hoạt động bề mặt, có khả
năng làm bền hệ nhũ tương thực phẩm nhờ được hấp thụ lên bề mặt phân chia giữa các giọt dầu
phân tán và pha nước liên tục, ngăn cản các giọt béo hợp nhất. Một số ứng dụng phổ biến là sử
dụng PC và PI trong các sản phẩm thịt nhũ hóa, sốt, xúc xích...
Các đặc điểm dùng để miêu tả tính chất nhũ hóa của protein




Khả năng nhũ hóa (EC) : lượng dầu được nhũ hóa bởi 1g protein, phụ thuộc vào
 Khả năng tạo lớp mỏng hấp phụ xung quanh giọt cầu.
 Khả năng giảm sức căng bề mặt ở bề mặt nước-dầu.
Sự ổn định nhũ tương (ES) : khả năng duy trì sự phân tán
Hoạt tính nhũ hóa (EA) : diện tích bề mặt tối đa (cm 2) trên 1g protein của hệ nhũ tương ổn
định.

Khả năng ổn định nhũ tương của protein chống lại sự liên kết là kết quả của ít nhất hai
quá trình: sự hấp phụ của protein và sự hình thành của những lớp bề mặt chung có tính cơ lý
vững chắc. Q trình sau đóng vai trị chủ yếu trong sự ổn định nhũ tương, trong khi đó sự giảm
sức căng bề mặt do sự hấp phụ có vẻ chỉ cần thiết cho sự tạo thành nhũ tương. Khả năng của
những protein tương tác với lớp bề mặt ảnh hưởng đến sự tạo thành lớp hấp phụ cơ lý vững chắc,
phụ thuộc vào sự ổn định cấu trúc của phân tử protein.

Trang 8

Ứng dụng của protein concentrate và protein isolate trong CNCB thịt và các sản phẩm từ thịt
Tính chất nhũ hóa của soy protein được mơ tả bởi những điểm chính sau: nồng độ nhũ
hóa tối thiểu (Cc), diện tích mặt phân cách riêng (Ssp), sự hấp phụ của protein lên mặt phân cách
(A) và chiều dài của lớp hấp phụ bề mặt (

). Trong dung dịch khơng có muối, C c cho globulin

11S cao hơn giá trị của globulin 7S và phân đoạn 2S. Bổ sung lượng nhỏ muối (0.1 mol/l NaCl)
làm giảm đột ngột Cc của globulin 11S và các phân đoạn protein khác. Điều đó có thể suy rằng sự
tạo thành nhũ tương dễ dàng hơn khi có mặt một lương muối nhỏ là do lớp màng tích điện của
globulin 11S.
Globulin 11S tạo lớp hấp phụ yếu hơn globulin 7S.
Khả năng tạo nhũ và ổn định hệ nhũ tương của 7S nhìn chung cho giá trị cao hơn 11S
trong khoảng pH từ 2-10. Hiện tượng tương tự cũng diễn ra với các phân đoạn 7S và 11S được
thủy phân một phần bởi HCl. Khả năng nhũ hóa của protein bị đông tụ bởi acid và phân đoạn 7S
cho giá trị thấp nhất quan pH 4.5, điều này có liên quan chặt chẽ tới tính tan của protein. Khả
năng ổn định nhũ tương của 11S, tuy nhiên, lại cho giá trị thấp nhất tại pH quanh giá trị 7 và
khơng tương ứng với tính tan. Lực phá vỡ hệ nhũ tương của 7S và 11S tăng khi tăng thể tích của
pha dầu. Tuy nhiên, lực phá vỡ hệ nhũ tương của 7S bị ảnh hưởng rất ít bởi quá trình xử lý nhiệt
protein trong khi lực phá vỡ hệ nhũ tương của 11S lại bị ảnh hưởng đáng kể. Lực phá vỡ hệ nhũ
tương của 11S tăng đáng kể khi nồng độ protein tăng. Quá trình xử lý nhiệt dung dịch protein ở
950C trong 5 phút làm tăng lực phá vỡ hệ nhũ tương lên gấp từ 2 đến 4 lần so với khi không xử lý
nhiệt.
(Nguồn : Emulsifying properties of soy protein: characteristics of 7S and 11S proteins]
Khả năng cố định mùi: chế phẩm protein có khả năng liên kết với các hợp chất hương
như aldehyde, ketone, rượu, phenol, acid béo... được sử dụng để tạo mùi thịt cho các sản phẩm
chay giả thịt, làm tăng hương vị đậm đà cho các món hầm, súp ...
Khả năng tạo bọt
Với các phân đoạn protein có khối lượng phân tử nhỏ, khả năng hình thành bọt và nhũ
tương có thể tăng lên nhờ vào khả năng khuếch tán nhanh đến bề mặt phân chia pha (khí – nước

và dầu – nước). Tuy nhiên, các phân đoạn polypeptide quá nhỏ để ổn định được bề mặt phân chia
pha, một điều tối cần thiết để hình thành và ổn định hệ phân tán bởi vì polypeptide tại bề mặt
phân chia pha có khả năng tương tác kém, tạo thành màng bao có độ nhớt và độ đàn hồi thấp.
Khả năng tạo bọt bị ảnh hưởng bởi sự hấp phụ các tác nhân tạo bọt và khả năng nhanh chóng làm
giảm sức căng bề mặt.
(Nguồn: Interfacial and foaming properties of soy protein and their hydrolysates)

Trang 9


Ứng dụng của protein concentrate và protein isolate trong CNCB thịt và các sản phẩm từ thịt
Sau quá trình vi lọc, những dịng có khả năng hịa tan, tạo bọt và nhũ hóa cao có chung
đặc điểm là giàu phân đoạn 7S. Tại pH 7, khả năng tạo bọt và làm bền bọt của β-conglycinin cao
hơn so với glycinin.
(Nguồn: Some functional properties of fractionated soy protein isolates obtained by
microfiltration)

Chương 2 : QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT
2.1 Xử lý ngun liệu soy protein, whey protein
2.2 Sản xuất theo phương pháp truyền thống
2.3 Sản xuất theo phương pháp sử dụng membrane
2.1 Xử lý nguyên liệu
Tất cả các nguyên liệu giàu protein có nguồn gốc từ động vật, thực vật hay vi sinh vật đều
có thê sử dũng để sản xuất các chế phẩm protein. Hiện nay các nhà sản xuất tập trung vào việc
tận dụng những nguồn nguyên liệu giàu protein đang bị lãng phí, những nguồn vẫn cịn phổ biến
ở ngoài kênh tiêu thụ của con người như huyết thanh sữa, phế liệu cá, các loài cá chưa được sử
dụng đúng mức, cũng như hướng đến các nguyên liệu giàu protein có nguồn gốc từ thực vật, giá
thành thấp như đậu nành, đậu phộng, hoa hướng dương… để sản xuất ra các chế phẩm protein
mang lại hiệu quả kinh tế cao. Hiện nay trên thị trường phổ biến các chế phẩm protein đi từ ba
nguồn nguyên liệu chính là đậu nành, whey và cá, chính nhờ giá trị dinh dưỡng cao cũng như tính

kinh tế trong sản xuất do chi phí nguyên liệu thấp.
2.1.1 Nguyên liệu soy protein


Giới thiệu nguyên liệu đậu nành

Đậu nành có tên khoa học là Glycine max merill. Hạt đậu nành chứa khoảng 40% protein,
20% dầu, 15% hemicellulose, còn lại là các thành phần khác như cellulose, saccharose, raffinose
… vitamin và khống. Con người có thể dễ dàng tiêu hóa được các sản phẩm protein đậu nành.
Khoảng 92-100% protein đậu nành được tiêu hóa trong cơ thể người.
Bảng 2 : Thành phần hóa học của hạt đậu nành
Trang 10


Ứng dụng của protein concentrate và protein isolate trong CNCB thịt và các sản phẩm từ thịt
(Nguồn: Liu Shunhu, A study on subunit Groups of Soybean Protein Extracts under SDS-PAGE,
J Am Oil Chem Soc, Vol 84, p.793-801)
Thành phần hóa học
Protein
Chất béo
Cellulose
Hemicellulose
Stachyose
Raffinose
Saccharose
Đường khác
(arabinose, glucose, verbacose)
Vitamin và khống

Phần trăm khối lượng

(tính trên hàm lượng chất khô)
40
20
4
15
3.8
1.1
5
4.1
6

Thành phần protein tổng trong hạt đậu nành dao động từ 29.6-50.5% (trung bình là 3640%). Các nhóm protein đơn giản (%so với tổng protein): albumin (6-8%), globulin (25-34%),
glutelin (13-14%), prolamin chiếm lượng nhỏ không đáng kể.
Globulin đậu nành được chia thành bốn phân đoạn theo đơn vị lắng Svedberg khi hòa tan
trong dung dịch đệm phosphate ở pH 7.6, bốn phân đoạn này bao gồm: 2S (15%), 7S (34%), 11S
(41.9%), 15S (9.1%). Phân đoạn 11S và 15S là những protein tinh khiết, chứa glycinin và
polymer của glycinin. Phân đoạn 7S thì ít đồng nhất hơn, thành phần chính là β-conglycinin,
chiếm tỷ lệ thấp hơn là γ-conglycinin, lipoxygenase, α-amylase và hemagglutenin. Phân đoạn 2S
bao gồm chất ức chế trypsin, cytochrome C và α-conglycinin.
Glycinin và β-conglycinin là những protein quan trọng nhất và chiếm khoang 87% tổng
số protein đậu nành. Chúng có cấu trúc bậc bốn phực tạp và có xu hướng phân ly, kết hợp. Do đó,
thành phần và cấu trúc của những protein này phản ánh chứ năng của ccác sản phẩm protein.
Bảng 3 : Thành phần protein đậu nành
(Nguồn: Liu Shunhu, A study on subunit Groups of Soybean Protein Extracts under SDS-PAGE,
J Am Oil Chem Soc, Vol 84, p.793-801)
Phân đoạn (S)
2

Hàm lượng (%)
15

7

35

11
15

40
10

Thành phần
Chất ức chế trypsin
β-conglycinin
β-amylase
Lipoxygenase
Hemagglutenin
Glycinin
Polymerglicin

Phân tử lượng (Da)
8000-20000
150000
62000
102000
110000
320000-350000
600000
Trang 11

Ứng dụng của protein concentrate và protein isolate trong CNCB thịt và các sản phẩm từ thịt

Xét về mặt giá trị dinh dưỡng, protein đậu nành đứng hàng đầu trong cá loại đạm có
nguồn gốc từ thực vật, khơng những về hàm lượng protein cao mà còn về chất lượng protein.
Protein đậu nành dễ tan trong nước và chứa nhiều acid amin không thay thế. Protein đậu nành
giàu các acid amnin cần thiết, trừ methionine và tryptophan; chứa khá nhiều lysine nên thường
được dùng để bổ sung vào các sản phẩm đi từ ngũ cốc.
Bảng 4 : Thành phần amino acid trong protein đậu nành
(Nguồn: FAO corporation document repository)
Amino acid
Isoleucine
Leucine
Lysine
Methionine
Cystine
Phenylalanine
Tyrosine
Threonine
Tryptophan
Valine

Hàm lượng amino acid
g/100g protein
4.54
7.78
6.38
1.26
1.33
4.94

3.14
3.86
1.28
4.80

Để sản xuất soy protein concentrate, soy protein isolate cũng như soy protein hydrolysate,
người ta sử dụng bột đậu nành đã tách béo.

Trang 12


Ứng dụng của protein concentrate và protein isolate trong CNCB thịt và các sản phẩm từ thịt



Chuẩn bị bột đậu nành tách béo
Đậu

nành

Làm sạch

Nghiền, tách vỏ

Xử lý
Cán
Hexan

Trích ly béo
Tách d.môi

Miscell
a
Dung
môi

Nghiền

Rây

Bột đậu nành
tách béo
Hình 5 : Quy trình sản xuất bột đậu nành tách béo
Bột đậu nành tách béo được sản xuất bằng cách nghiền và rây bánh đậu nành sau khi đã
tách béo. Lượng protein nằm trong khoảng 40-56% so với tổng chất khơ.

 Giải thích quy trình
Trang 13


Ứng dụng của protein concentrate và protein isolate trong CNCB thịt và các sản phẩm từ thịt
 Làm sạch
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.
Thực hiện: đầu tiên đậu nành được đưa qua thiết bị sàng rung để tách tạp chất cơ học lớn như sỏi,
đá …, 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.
 Nghiền sơ bộ và tách vỏ
Mục đích: làm vỡ hạt đậu nành để vỏ dễ dàng tách ra khỏi hạt. Vỏ chiếm khoảng 7-8% thể tích
hạt đậu.

Thực thiện: đậu nành sau khi làm sạch (có thể qua sấy khơ) được nghiền đến kích thước thích
hợp cho quá trình tách vỏ. Sau khi nghiền, dưới tác dụng của dịng khí, vỏ nhẹ được tách ra. Q
trình nghiền sơ bộ phải được thực hiện cẩn thận, tránh làm vỡ vụn hạt, gây khó khăn cho q
trình tách vỏ.
 Xử lý
Mục đích: chuẩn bị, giúp cho q trình cán dễ dàng, màng tế bào dễ vỡ và dầu dễ thốt ra trong
q trình trích ly.
Thực hiện: đậu nành sau khi nghiền sơ bộ và tách vỏ, được đưa vào nồi hơi có nhiệt độ khoảng
70oC. Hàm ẩm đậu tăng lên 11%, lý tưởng cho q trình cán.
 Cán
Mục đích: phá vỡ cấu trúc tế bào, chuẩn bị cho quá trình chất ly chất béo ra khỏi đậu nành.
Thực hiện: đậu nành được đưa vào thiết bị cán trục tạo flakes. Bề dày của flakes đi khỏi thiết bị
là 0.25 – 0.35 mm.
 Trích ly
Mục đích: tách loại 99 – 99.5% dầu trong nguyên liệu.
Thực hiện: sử dụng dung môi hexane.
Thiết bị: immersion extractors.
Đậu nành sau khi cán được nhúng ngập trong lịng dung mơi (sử dụng dung mơi hexane
lưu chuyển ngược chiều). Dịch trích bao gồm dung mơi 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
Trang 14


Ứng dụng của protein concentrate và protein isolate trong CNCB thịt và các sản phẩm từ thịt
trích ly dầu được thực hiện triệt để hơn. Sản phẩm đậu nành sau khi tách béo được gọi là Marc
(phần xác), có hàm lượng béo 0.2 – 1%.

Hình 6 : Nguyên lý hoạt đợng thiết bị immersion extractor
 Tách dung mơi

Mục đích: tách lượng dung mơi cịn lưu lại trong ngun liệu đậu nành.
Thực hiện: bã đậu nành sau khi tách béo được đưa vào thiết bị flash desolventizer hoặc vapor
desloventizer.
Hệ thống flash desolventizer bao gồm ống tách dung mơi, quạt thổi hồn 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 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 65 oC.
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 mơi.

Trang 15


Ứng dụng của protein concentrate và protein isolate trong CNCB thịt và các sản phẩm từ thịt

Hình 7 : Hệ thống flash desolventizer
Hệ thống vapor desloventize: hệ thống giống như hệ thống flash desolventizer ở chỗ hơi
hexane cung cấp năng lượng nhiệt cho quá trình. Flakes tiếp xúc với hơi nóng hexane trong thiết
bị dạng trống nằm ngang được trang bị với một băng tải.
Sản phẩm flakes ra khỏi các hệ thống này có khả năng hịa tan cao, PDI (protein dispesibility
index) có thể đạt 90. Tuy nhiên chưa ức chế được hoàn toàn hoạt động của một số chất bất lợi
như chất ức chế trypsin, enzyme urease …
 Nghiền
Mục đích: chuẩn bị cho q trình trích ly protein về sau.
Thực hiện: dùng thiết bị nghiền búa, sản phẩm của q trình phãi đặt ít nhất 95% đi qua rây U.S
10-mesh, nhiều nhất 3-6% đi qua rây U.S 80 mesh.

 Thành phần của bột đậu nành tách béo
Bảng 5 : Thành phần hóa học của bột đậu nành tách béo
(Ng̀n: Clyde E. Stauffer, PhD, Soy protein in Banking, Technical Food Consultancy, 2005)
Thành phần

Độ ẩm
Protein tổng (N × 6.25)
Chất béo
Hydrocarbon

Tỷ lệ phần trăm %
6-8
40-56
0.5-1
30-32
Trang 16


Ứng dụng của protein concentrate và protein isolate trong CNCB thịt và các sản phẩm từ thịt
Chất xơ hòa tan
2
Chất xơ khơng hịa tan
16
Tro
5-6
Protein trong bột đậu nành tách béo chiếm khoảng 40-56% so với tổng chất khô.
Bảng 6 : Thành phần các acid amin có trong bột đậu nành tách béo
(Nguồn: FAO corporation document repository)
Acid amin
Tryptophan

Threonine
Isoleucine
Leucine
Lysine
Methionine
Cystine
Phenylalanine
Tyrosine
Valine
Arginine
Histidine
Alanine
Aspartic acid
Glutamic acid
Glycine
Proline
Serine

Thành phần (mg/100g bột)
683
2042
2281
3828
3129
634
757
2453
1778
2346
3647

1268
2215
5911
9106
2174
2750
2725

Chất béo : dù đã tách béo nhưng thành phần chất béo cịn sót lại chiếm từ 0.5 – 1% so với
tổng chất khô. Đây là thành phần không mong muốn trong q trình cơ đặc dung dịch protein
bằng membrane bởi vì chúng bao bọc bề mặt membrane và làm cho membrane bị tắt nghẽn, dẫn
đến hiện tượng fouling (hiện tượng tắc nghẽn membrane trong quá trình vận hành).
Hydrocarbon : chiếm khoảng 30 – 32% so với tồng lượng chất khô. Hydrocarbon gồm
các loại đường (sucrose, glucose, fructose …) chiếm khoảng 14%, xơ khơng tan chiếm 16% và
xơ hịa tan chiếm 2%. Các loại đường và xơ hòa tan sẽ hòa tan vào nước và đi qua membrane
trong quá trình cơ đặc bằng membrane. Đối tượng cần quan tâm là xơ khơng hịa tan. Chúng giữ
lại trên màng và có thể gây hiện tượng fouling. Vì thế, giảm lượng xơ khơng hịa tan trước khi
thực hiện q trình cơ đặc membrane là cần thiết.
Khống : là thành phần khơng mong muốn trong q trình cơ đặc protein bằng membrane.
Các loại khống tan có thể qua màng nhưng chúng cũng có thể kết hợp với protein gây hiện
Trang 17


Ứng dụng của protein concentrate và protein isolate trong CNCB thịt và các sản phẩm từ thịt
tượng fouling. Các loại khống khơng tan được giữ lại trên bề mặt màng và cũng có thể gây hiện
tượng fouling.
Bảng 7 : Thành phần khống có trong đậu nành
(Ng̀n: Clyde E. Stauffer, PhD, Soy protein in Banking, Technical Food Consultancy, 2005)
Các loại khoáng
Ca

Fe
Mg
P
K
Na
Zn
Cu

Thành phần (mg/g bột)
285
8.2
285
675
2090
9
4.1
1.6

2.1.2 Nguyên liệu whey protein


Giới thiệu nguyên liệu whey

Whey : chất lỏng màu vàng (greenish-yellow) được tách ra từ q trình sản xuất phơ mai và
casein, là một trong những nguồn protein thực phẩm lớn nhất vẫn còn phổ biến ngồi kênh tiêu
thụ của con người.
Có hai loại protein cơ bản là whey ngọt và whey acid. Cả hai đều có nguồn gốc từ q trình
sản xuất phơ mai và casein.


Whey acid có pH ≤ 5.1, thu được từ q trình đơng tụ casein (bằng phương pháp sử dụng
acid) hay trong q trình sản xuất các loại phơ mai như cottage, phơ mai cream (bằng
cách acid hóa trực tiếp). Người ta bổ sung vào whey để hiệu chỉnh đến pH 4.6 (pH đẳng
điện của protein). Whey acid có thể sử dụng trong thưc ăn nhanh, salad, dressings hay các
món ăn khai vị lạnh.



Whey ngọt màu vàng nhạt hoặc không màu, đã loại bỏ phần lớn nước từ dịch whey thu
được trong q trình đơng tụ casein bằng enzyme rennin. Whey ngọt được sử dụng khá
phổ biến trong công nghệ thực phẩm. Chúng thường có pH trong khoảng 5.8 – 6.3

Ngồi ra cịn có whey khống (DW), và whey giảm hàm lương lactose (RLW). DW thu được
bằng cách loại phần lớn khoáng từ dịch whey đã được thanh trùng. Có thể loại bằng phường pháp
trao đổi ion, thành phần khống cịn lại trong DW khơng vượt q 7% (USDEC, 2003). Ứng
dụng đầu tiền của DW trong thực phẩm là tạo cấu trúc như thức ăn dành cho trẻ, thực phẩm dành
cho người ăn kiêng và các dạng thức ăn hỗn hợp, trong đó thành phần và hàm lượng thành phần
Trang 18


Ứng dụng của protein concentrate và protein isolate trong CNCB thịt và các sản phẩm từ thịt
và hàm lượng khoáng đóng vai trị quyết định. RLW là sản phẩm có màu cream đến cream tối,
được sản xuất bằng cách sấy khô dịch whey sau khi loại lactose. Thành phần lactose được tách
bằng phương pháp vật lý như lắng, lọc, thẩm tách … Dạng whey này ngày càng được dùng phổ
biến như là một thành phần dinh dưỡng trong cách sản phẩm như thức uống dạng bột, nước sốt,
thịt, bánh nướng (USDEC,2003).
Cho đến nay, mặc dù lượng protein hồn hảo khơng đủ cung cấp cho thế giới, nhưng một
lượng lớn dịch whey bị lãng phí.
Whey là nguyên liệu để sản xuất whey protein concentrate, whey protein isolate và whey
protein hydrolysate.

Thành phần
Bảng 8 : Thành phần hóa học của whey
Thành phần
Chesese whey (%)
Casein whey (%)
Tổng chất khô
6.4
6.5
Nước
93.6
93.6
Chất béo
0.05
0.04
Protein thực
0.55
0.55
Nitơ phi protein
0.18
0.18
Lactose
4.8
4.9
Tro
0.5
0.8
Acid lactic
0.05
0.4
(Nguồn: Bylund G., Dairy processing handbook, Tetra-Park processing systems AB pulisher,

Lund, 1995)
Whey chiếm khoảng 80 – 90% tổng thể tích sữa đưa vào sản xuất và chứa khoảng 50%
chất dinh dưỡng có nguồn gốc từ sữa ngun chất như: protein hịa tan, lactose, vitamin và
khống.
Whey thường được pha lỗng với nước. Bảng 8 cho biết thành phần của whey không pha
loãng.
Protein : whey protein là loại protein hồn hảo có chất lượng cao do chứa một lượng lớn tất cả
các acid amin khơng thay thế, có khả năng hịa tan cao.
Bảng 9 : Thành phần protein của whey
Loại
Beta lactoglobulin
Alpha lactalbumin
Immunoglobulins
Bovine serum albumin

Thành phần (%)
55
15
15
5
Trang 19


Ứng dụng của protein concentrate và protein isolate trong CNCB thịt và các sản phẩm từ thịt
Lactoferrin
Lactoperoxidase
Casein macro peptide

<1
<1

10

Whey protein sữa được cấu tạo chủ yếu bởi hai thành phần: α-lactalbumin và βlactoglobulin. β-lactoglobulin là thành phần chính chiếm nhiều nhất trong whey protein, với khối
lượng phân tử là 36000.

Hình 8 : Cấu trúc của –lactoglobulin (trái) và –lactalbumin (phải)


Xử lý whey trước khi đưa vào sản xuất

Hình 9 : Quy trình tách casein và tách béo

Trang 20