Whey protein concentrate and isolate ppsx

CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và
isolate
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 1
CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và
isolate
I. GIỚI THIỆU CHUNG
I.1. Whey
I.1.1. Định nghĩa
Whey – chất lỏng được tách ra từ quá trình sản xuất phô mai và casein – là
một trong những nguồn protein thực phẩm lớn nhất vẫn còn phổ biến ở ngoài kênh tiêu
thụ của con người. Tổng đầu ra của whey, xấp xỉ 120 triệu tấn vào năm 1990, chứa
khoảng 0.7 triệu tấn protein hoàn hảo, bằng với hàm lượng protein hoàn hảo có trong 2
triệu tấn đậu nành.
Whey là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất phô mai cứng, bán cứng, phô
mai mềm và casein đông tụ – còn gọi là whey ngọt – có pH từ 5.9 – 6.6. Quá trình sản
xuất acid khoáng làm kết tủa casein, sinh ra whey acid có pH từ 4.3 – 4.6.
Cho đến nay, mặc dù lượng protein hoàn hảo không đủ cung cấp cho thế giới
nhưng một lượng lớn dịch whey vẫn bị lãng phí, tỉ lệ lãng phí khoảng 50% trong giai
đoạn 1989 – 1990.
I.1.2. Thành phần
Whey chiếm 80 – 90% tổng thể tích của sữa được đưa vào sản xuất và chứa
khoảng 50% chất dinh dưỡng có nguồn gốc từ sữa nguyên chất như: protein hòa tan,
lactose, vitamin và khoáng.
Whey thường được pha loãng với nước. Bảng 1 cho biết thành phần của whey
không pha loãng.
Bảng 1: Thành phần cấu tạo của whey
Mặc dù whey chứa những chất dinh dưỡng có giá trị, nhưng chỉ những năm
gần đây các quy trình thương mại mới phát triển để sản xuất sản phẩm whey chất lượng
cao.

CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 2
CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và
isolate
I.1.3. Tính chất
Whey là 1 phần chất lỏng có trong sữa, được tách ra từ khối sữa đông trong
quá trình sản xuất phô mai.
Whey có tính ăn mòn. Vật liệu thích hợp cho các vật dụng chứa dịch whey là
nhựa, thuỷ tinh, thép không rỉ và gỗ.
Whey rất mau hư hỏng. Nếu để trên 36 giờ mà không có phương pháp bảo
quản thích hợp, dịch whey trở nên chua (pH giảm) do các phản ứng thuỷ phân tạo nên
acid lactic.
I.1.4. Các sản phẩm từ whey
Bảng 2: Một vài lĩnh vực ứng dụng của whey và sản phẩm từ whey
I.2. Whey protein
I.2.1. Định nghĩa
Whey protein là một protein hoàn hảo với chất lượng rất cao, nó chứa một
lượng lớn tất cả các acid amin không thay thế, do đó nó thường được xem là “tiêu chuẩn
vàng” (gold standard) trong việc đánh giá chất lượng của protein.
CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 3
CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và
isolate
Whey protein có trong sữa. Sữa có 2 dạng protein là casein và whey protein.
Whey protein tự nhiên có dạng hình cầu, khả năng hòa tan cao hơn casein và có chất
lượng cao hơn.
Thành phần protein trong sữa bò: casein chiếm 80% và whey protein chiếm
20%, được thể hiện ở bảng 3:
Bảng 3: Thành phần của protein trong sữa một số loài động vật
Whey protein của sữa được cấu tạo chủ yếu bởi 2 thành phần: α-lactalbumin
và β-lactoglobulin. β-lactoglobulin có nhiều nhất trong whey protein, với khối lượng phân
tử là 36000.

CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 4
CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và
isolate
Hình 1: Cấu trúc của
β
-lactoglobulin
Hình 2: Cấu trúc của α-lactalbumin
Ngoài ra, trong whey protein còn có serum albumin và immunoglobulin.
CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 5
CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và
isolate
I.2.2. Whey protein concentrate
Whey protein concentrate chứa từ 30 – 80% protein tùy thuộc vào sản phẩm,
nó được sản xuất từ whey.
Whey protein concentrate sử dụng những phương pháp tiết kiệm hơn (sử dụng
thiết bị siêu lọc) để loại bỏ các thành phần không mong muốn của whey như lactose,
carbohydrate, natri, cholesterol và chất béo khi so với whey protein isolate.
Bảng 4: Hàm lượng một số acid amin có trong whey protein concentrate
I.2.3. Whey protein isolate
Whey protein isolate là dạng tinh sạch nhất và cô đặc của whey protein sẵn có.
Nó chứa hơn 90% hàm lượng protein , trong khi hàm lượng chất béo và lactose lại chiếm
rất ít.
Whey protein isolate có chất lượng cao hơn whey protein concentrate do sử
dụng thiết bị tiên tiến hơn (thiết bị trao đổi ion).
CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 6
Acid amin Hàm lượng (g/100g)
Lysine 4.9
Histadine 1.1
Arginine 1.7
Acid aspartic 5.6

Threonine 3.6
Serine 3
Acid glutamic 9.2
Proline 3
Glycine 1.1
Alanine 2.7
Valine 2.9
Methionine 1.2
Isoleucine 2.8
Leucine 6.1
Tyrosine 1.9
Phenylalanin 2.1
Tryptophan 0.9
Cystine 1.3
Tổng cộng 55
CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và
isolate
II. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Hình 3: Các quy trình sản xuất khác nhau đi từ whey cho ra các sản phẩm khác nhau
II.1. Xử lý whey trước khi đưa vào sản xuất
Trước khi đưa vào quy trình sản xuất để tạo ra các sản phẩm từ whey, ta phải
có quá trình xử lý whey trước gồm tách béo và casein sót, sau đó làm lạnh hoặc thanh
trùng.
II.1.1. Bảo quản whey sau khi thu nhận
Whey phải được xử lý ngay sau khi thu nhận vì thành phần hóa học của whey
thích hợp cho sự phát triển của vi khuẩn. Do đó, có thể làm lạnh nhanh dịch whey xuống
5
o
C để hạn chế sự phát triển của vi khuẩn.
Nếu được cho phép, whey có thể được bảo quản bằng NaH

2
PO
4
, hay SO
2
0.4%, H
2
O
2
0.2% hoặc dung dịch H
2
O
2
30%.
II.1.2. Tách béo và casein sót
Casein luôn tồn tại trong dịch whey do quá trình đông tụ chưa hoàn toàn.
Chúng ảnh hưởng đến quá trình tách béo, do đó phải được tách ra trước. Có thể áp dụng
nhiều phương pháp tách, chẳng hạn như tách bằng ly tâm hoặc lọc.
Chất béo được tách bằng thiết bị ly tâm.
Casein thường được nén cùng một cách như phô mai, sau đó có thể sử dụng
trong chế biến phô mai, cũng như có thể dùng trong nấu ăn sau khi đã ủ chín.
CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 7
CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và
isolate
Whey cream có hàm lượng chất béo từ 25 – 30 %, có thể tái sử dụng trong
quá trình sản xuất phô mai để chuẩn hóa sữa phô mai, điều này làm cho cream tươi có
chất lượng phù hợp dùng trong sản phẩm cream đặc biệt.
1. Bồn chứa dịch whey
2. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng
3. Thiết bị lọc ly tâm

4. Bồn thu hồi casein
5. Thiết bị ly tâm tách cream
6. Bồn chứa cream
7. Dịch whey thu được để xử lý tiếp
Hình 4: Quy trình tách casein và tách béo trong whey
 Mục đích:
• Chuẩn bị:
Chuẩn bị cho quá trình thu nhận protein.
• Chế biến:
Thu nhận casein và whey cream trong whey.
• Bảo quản:
Giảm thiểu các phản ứng oxy hóa chất béo và đông tụ casein trong quá trình bảo
quản và chế biến whey nguyên liệu.
 Những biến đổi trong quá trình:
• Biến đổi vật lý:
Thay đổi khối lượng riêng, tỷ trọng.
• Biến đổi hóa học:
Giảm hàm lượng chất béo, hàm lượng casein.
• Biến đổi hóa lý:
Dịch whey trở nên đồng nhất.
• Các biến đổi khác không đáng kể.
CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 8
Whey
Casein
Cream
Môi trường nhiệt
CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và
isolate
 Thiết bị: thiết bị ly tâm dạng đĩa
1. Thùng quay

2. Đĩa quay
3. Cửa nạp nguyên liệu
4. Cửa ra cho sản phẩm tỷ trọng thấp (whey cream và casein)
5. Cửa ra cho sản phẩm tỷ trọng cao (whey đã tách béo)
Hình 5: Thiết bị ly tâm dạng đĩa
• Nguyên lý hoạt động:
Đây là dạng thiết bị hoạt động liên tục.
Dịch whey được nạp vào máy ly tâm, dưới tác dụng của lực ly tâm, dịch whey bị
tách thành 2 phần: phần whey cream và casein (hàm lượng chất béo cao nên có khối
lượng riêng nhỏ) chuyển động về phía tâm của trục thùng quay, phần whey đã tách kiệt
béo (hàm lượng chất béo rất thấp nên có khối lượng riêng lớn) chuyển động về phía biên
của thùng quay. Tốc độ quay của thiết bị phải ổn định thì mới tách kiệt béo trong dịch
whey.
Cuối cùng, ta thu được 2 dòng sản phẩm: dòng whey cream – casein và dòng
dịch whey đã tách kiệt béo theo các kênh riêng thoát ra ngoài.
• Ưu điểm:
Thiết bị hoạt động liên tục nên năng suất cao.
Chất lượng sản phẩm cao do không dùng nhiệt, vì khi dùng nhiệt thì các cấu tử
mẫn cảm với nhiệt sẽ bị tổn thất.
Tiết kiệm năng lượng do không tốn chi phí cho quá trình xử lý nhiệt.
CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 9
1
2
3
4
5
CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và
isolate
• Nhược điểm:
Không tiêu diệt hay ức chế vi sinh vật.

 Thông số công nghệ:
Hàm lượng casein và whey cream trong dịch tách được: 55%.
Tốc độ ly tâm: 2000 – 3000 vòng/phút.
Thời gian ly tâm: 10 – 15 phút.
II.1.3. Làm lạnh hay thanh trùng
Whey được dự trữ để chế biến cần được làm lạnh hay thanh trùng ngay khi
chất béo được tách ra.
Để bảo quản whey trong thời gian ngắn (10 – 15 giờ), có thể làm lạnh dịch
whey để ức chế sự phát triển của vi khuẩn.
Để bảo quản whey trong thời gian dài, ta phải thanh trùng dịch whey.
Làm lạnh và thanh trùng đều sử dung thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng.
Làm lạnh đến 4
0
C để bảo quản.
Thanh trùng: Giữ dịch whey ở nhiệt độ 63 – 65
0
C trong 15 phút.
II.2. Quy trình sản xuất whey protein concentrate
II.2.1. Quy trình 1
CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 10
CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và
isolate
Hình 6: Sơ đồ khối quy trình sản xuất whey protein concentrate
Giải thích quy trình:
Quy trình trên gồm 2 quá trình chính là thu nhận protein và sấy dịch thu nhận
được.
II.2.1.1. Thu nhận protein
Nhìn chung, whey protein không thể bị kết tủa bởi men dịch vị hoặc acid.
Tuy nhiên, có thể làm kết tủa whey protein với acid nếu làm biến tính chúng trước bởi
nhiệt. Quá trình này chia làm 2 giai đoạn:

- Kết tủa protein bởi sự kết hợp của xử lý nhiệt và pH hợp lý.
- Cô đặc protein bằng ly tâm.
CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 11
Gia nhiệt
Phun hơi
Acid
Hạ pH
Làm nguội
Cô đặc
Sấy
Whey
protein
concentrate
Whey đã xử lý
CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và
isolate
1. Bồn chứa whey
2. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng
3. Bơm phun hơi nước
4. Hệ thống ống giữ nhiệt
5. Bồn chứa acid
6. Thiết bị lọc
7. Bồn thu nhận whey protein biến tính
Hình 7: Quá trình thu nhận whey protein biến tính
II.2.1.1.1. Gia nhiệt
 Mục đích:
• Chuẩn bị:
Tăng nhiệt độ sơ bộ dịch whey để chuẩn bị cho quá trình phun hơi.
 Những biến đổi trong quá trình:
• Biến đổi vật lý:

Nhiệt độ dịch whey tăng.
• Biến đổi hóa sinh:
Một phần enzyme bị vô hoạt.
 Thiết bị: thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng
• Cấu tạo:
Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng được cấu tạo bởi nhiều đĩa truyền nhiệt rất
mỏng, gấp nếp, làm bằng thép không rỉ gắn chặt vào nhau trong khung. Các nếp gấp giúp
cho đĩa chống lại sự chênh lệch áp suất, tăng diện tích truyền nhiệt và tạo nên dòng chảy
rối trong đường dẫn. Cứ lần lượt như thế, sự chuyển động của dòng chảy rối mang lại
CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 12
CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và
isolate
hiệu suất truyển nhiệt cao, đây chính là ưu điểm của thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng
so với thiết bị trao đổi nhiệt dạng vỏ ống truyền thống.
• Nguyên lý hoạt động:
Cứ mỗi giây, ống dẫn mở ra cho lưu chất chảy vào. Giữa mỗi cặp đĩa có một
miếng đệm cao su, để ngăn cản lưu chất hòa lẫn vào nhau hoặc rỉ ra bên ngoài. Vì thế,
nhiệt được truyền từ lưu chất nóng sang lưu chất lạnh qua các đĩa mỏng làm bằng thép
không rỉ.
Hình 8: Thiết bị gia nhiệt dạng bản mỏng
• Ưu điểm:
Sử dụng vật liệu mỏng nhất cho bề mặt truyển nhiệt nên quá trình truyền nhiệt
đạt tối ưu.
Ngoài ra, dòng chảy rối trong môi trường giúp cho quá trình đối lưu diễn ra thuận
lợi hơn, dẫn đến tăng hiệu quả truyền nhiệt giữa các môi trường.
Hệ quả của hệ số truyền nhiệt cao trên từng khu vực không chỉ đòi hỏi một bề
mặt truyền nhiệt nhỏ hơn mà còn mang lại hiệu quả cao trong quá trình chế biến.
CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 13
CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và
isolate

Sự chảy rối mạnh giúp khả năng tự lau sạch hiệu quả hơn, giảm thiểu sự đóng
cặn trên bề mặt truyền nhiệt. Điều này có nghĩa là thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng
giữ cho thời gian bảo dưỡng được lâu hơn.
Vì thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng được cấu tạo bởi một khung chứa các
đĩa, nên ta có thể thêm nhiều đĩa vào khung để tăng năng suất, và có thể tách các đĩa ra dễ
dàng khi vệ sinh thiết bị.
• Nhược điểm:
Không làm việc dưới áp suất cao và không thích hợp cho quá trình chế biến các
sản phẩm dạng nhão và dạng hạt.
Những nếp gấp trên đĩa tạo nên những điểm tiếp xúc mà tại đó đòi hỏi độ cứng,
và những điểm “tựa” được tạo nên đã giữ các chất dạng bột nhão và dạng hạt ở lại đó. Vì
thế, giữ cho thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng sạch trước khi chạy sản phẩm mới là
điều vô cùng khó khăn, thậm chí bất khả thi.
 Thông số công nghệ:
Dòng lạnh là dịch whey cần gia nhiệt.
Dòng nóng là dịch whey sau khi ra khỏi bộ phận giữ nhiệt.
Nhiệt độ đầu ra của dòng nóng là 40
0
C.
Quá trình gia nhiệt được thực hiện đồng thời với quá trình làm nguội để thu
hồi nhiệt.
II.2.1.1.2. Phun hơi
 Mục đích:
• Chuẩn bị:
Chuẩn bị cho quá trình kết hợp với chỉnh pH để làm biến tính hoàn toàn protein.
• Chế biến:
Làm biến tính protein
 Những biến đổi trong quá trình:
• Biến đổi vật lý:
Nhiệt độ dịch whey tăng.

• Biến đổi hóa học:
Hàm lượng chất khô tăng lên do độ ẩm giảm.
• Biến đổi hóa lý:
Một phần whey protein bị kết tủa và nước bay hơi.
Các cấu tử mẫn cảm với nhiệt bị tổn thất.
• Biến đổi sinh học:
Phần lớn vi sinh vật bị tiêu diệt.
• Biến đổi hóa sinh:
Enzyme bị vô hoạt.
 Thiết bị: Bơm phun hơi nước
 Thông số công nghệ:
CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 14
CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và
isolate
Nhiệt độ của dịch whey sau quá trình phun hơi: 90 – 95
o
C.
II.2.1.1.3. Hạ pH
 Mục đích:
• Chế biến:
Kết hợp với nhiệt độ cao để làm biến tính toàn bộ whey protein.
 Những biến đổi trong quá trình:
• Biến đổi vật lý:
pH giảm.
• Biến đổi hóa lý:
Phần lớn whey protein bị kết tủa.
• Biến đổi sinh học:
Vi sinh vật bền nhiệt bị tiêu diệt trong môi trường pH acid.
 Cách tiến hành:
• Sử dụng acid là acid hữu cơ (acid lactic) hay acid vô cơ (HCl).

• Bổ sung acid trong quá trình giữ nhiệt để kết hợp với tác dụng của nhiệt độ.
• Acid được đưa trực tiếp vào hỗn hợp bằng bơm định lượng.
 Thiết bị: Bồn chứa acid và bơm định lượng.
 Thông số công nghệ:
pH trong dịch whey: 4.6
Thời gian cho sự kết hợp của nhiệt độ và acid: 3 – 4 phút.
II.2.1.1.4. Làm nguội
 Mục đích:
• Chuẩn bị:
Chuẩn bị cho quá trình lọc.
 Những biến đổi trong quá trình:
Chủ yếu là biến đổi vật lý (nhiệt độ giảm).
 Thiết bị: thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng
 Thông số công nghệ:
Làm nguội đến nhiệt độ: 40
o
C.
II.2.1.1.5. Cô đặc
 Bản chất: Tách whey protein biến tính bằng phương pháp ly tâm, loại bỏ
hỗn hợp whey và acid.
 Mục đích:
• Chuẩn bị:
Tăng hàm lượng whey protein biến tính trong hỗn hợp, chuẩn bị cho quá trình
sấy.
 Những biến đổi trong quá trình:
CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 15
CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và
isolate
• Biến đổi vật lý:
Khối lượng riêng của hỗn hợp tăng, dịch lỏng giảm, nhiệt độ giảm.

• Biến đổi hóa học:
Hàm lượng whey protein biến tính tăng.
 Thiết bị: thiết bị ly tâm dạng đĩa
 Thông số công nghệ:
Thời gian lọc: 3 phút
Nồng độ whey protein biến tính khi ra khỏi thiết bị: 45 – 55%.
II.2.1.2. Sấy
 Mục đích:
• Chế biến:
Tạo sản phẩm dạng bột.
• Bảo quản:
Quá trình sấy làm giảm hàm ẩm, từ đó ức chế vi sinh vật.
 Những biến đổi trong quá trình sấy:
• Biến đổi vật lý:
Thay đổi khối lượng riêng, tỷ trọng.
• Biến đổi hóa học:
Độ ẩm giảm, xảy ra các phản ứng oxy hóa…
• Biến đổi hóa lý:
Nước bay hơi, hỗn hợp chuyển sang pha rắn.
 Thi ết bị: Hệ thống sấy phun 2 giai đoạn: sấy phun và sấy tầng sôi.
CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 16
CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và
isolate
Whey
Môi trường nhiệt
Bột whey
1. Bộ phận gia nhiệt không khí cho buồng sấy phun.
2. Buồng sấy phun.
3. Buồng sấy tầng sôi.
4. Bộ phận gia nhiệt không khí cho buồng sấy tầng sôi.

5. Quạt cung cấp không khí làm nguội.
6. Quạt cung cấp không khí có độ ẩm thấp để làm nguội.
7. Rây bột sản phẩm.
Hình 9: Hệ thống sấy phun 2 giai đoạn
 Giai đoạn đầu: sấy phun sử dụng đầu phun khí động.
Quá trình sấy phun gồm 3 giai đoạn:
 Giai đoạn 1: phun sương
Dịch sau cô đặc – có nồng độ chất khô 45 – 55% – qua cơ cấu phun sương
sẽ chuyển thành dạng giọt lỏng với kích thước rất nhỏ (giống như sương mù).
 Giai đoạn 2: trộn mẫu và tác nhân sấy
Làm tăng diện tích tiếp xúc giữa mẫu và tác nhân sấy (không khí nóng), từ
đó thúc đẩy quá trình bay hơi nước, đây là giai đoạn chính của quá trình sấy phun.
 Giai đoạn 3: thu hồi sản phẩm
CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 17
CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và
isolate
Tách bột sản phẩm ra khỏi dòng khí thoát.
• Nguyên lý hoạt động:
Whey protein concentrate được nạp vào thiết bị thông qua cơ cấu phun sương sử
dụng đầu phun khí động, còn gọi là đầu phun 2 dòng (đầu phun này có ưu thế hơn đầu
phun 1 dòng và đầu phun ly tâm vì không xảy ra hiện tượng sản phẩm bị tắc nghẽn ở cửa
ra).
Đầu phun 2 dòng hoạt động dựa trên nguyên tắc: nguyên liệu được bơm vào đầu
phun theo ống trung tâm, tác nhân sấy (không khí nén) sẽ theo ống ở phần biên của đầu
phun, dòng không khí đi ra tiếp xúc dòng nguyên liệu chảy xuống và tán nhỏ nguyên liệu
thành hạt, do đó hỗn hợp sẽ được phân tán dưới dạng sương mù trong buồng sấy. Ở thiết
bị này, góc phun nằm trong khoảng từ 20 – 60
0
, phụ thuộc vào cấu tạo của đầu phun và
dạng sản phẩm cần tạo thành.

Khi dịch ra khỏi đầu phun và đi vào buồng sấy, không khí nóng sẽ tách nước từ
dịch đến độ ẩm cần thiết. Sau đó, bột sẽ được tách ra trong cyclone thu hồi sản phẩm bằng
phương pháp lắng xoáy tâm.
 Giai đoạn sau: sấy tầng sôi
Sản phẩm whey protein concentrate dạng bột yêu cầu độ ẩm thấp (< 5%), do đó
phải sấy phun sử dụng đầu phun khí động trước để độ ẩm của nguyên liệu giảm xuống 10
– 12%, sau đó tiếp tục sấy tầng sôi.
• Ưu điểm:
Quá trình tách ẩm diễn ra nhanh hơn và nhiệt độ tác nhân sấy thấp hơn so với hệ
thống sấy phun 1 giai đoạn, do đó giảm 10% năng lượng tiêu hao so với hệ thống sấy
phun 1 giai đoạn.
• Nhược điểm:
Tốn tiền mua thêm thiết bị sấy tầng sôi.
Tốn nhiều diện tích nhà xưởng nên chỉ áp dụng ở quy mô sản xuất lớn.
 Thông số kỹ thuật:
Nhiệt độ sấy 80
o
C.
Độ ẩm của sản phẩm sau khi sấy: < 4%.
II.2.2. Quy trình 2
Quy trình 1 tách whey protein bằng các kỹ thuật gây kết tủa, do đó whey
protein thu được ở dạng biến tính, đó là phương pháp cổ điển, ngày nay người ta sử dụng
phương pháp dùng màng membrane để thu nhận protein.
Quy trình 2 thu whey protein tự nhiên, quy trình này hiện nay được áp dụng
rộng rãi do whey protein tự nhiên có những thuộc tính, chức năng tốt như tan trong nước,
có khả năng tạo bọt, hình thành nhũ tương và tạo gel.
Người ta thu whey protein tự nhiên bẳng cách lọc qua màng membrane hoặc
qua thiết bị trao đổi ion (sản xuất whey protein isolate).
Từ whey protein tự nhiên, có thể dễ dàng tạo ra whey protein dạng bột bằng
kỹ thuật sấy.

CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 18
CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và
isolate
Hình 10: Sơ đồ khối quy trình sản xuất whey protein concentrate
1. Thiết bị siêu lọc Whey và whey retentate
2. Bồn thu nhận dịch lọc Retentate đã cô đặc
3. Bồn trung gian chứa whey protein Permeate
4. Thiết bị cô đặc Phần ngưng tụ
5. Thiết bị sấy Hơi nước
6. Thiết bị đóng bao bì Hơi thứ
Hình 11: Sơ đồ dạng thiết bị quy trình sản xuất whey protein concentrate
CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 19
Whey đã xử
lý
Cô đặc
Lọc UF
Sấy
Whey
protein
concentrate
Dịch lọc
CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và
isolate
Giải thích quy trình:
II.2.2.1. Lọc UF
 Mục đích:
• Chế biến:
Tăng hàm lượng whey protein tính trên tổng lượng chất khô.
 Những biến đổi trong quá trình:
• Biến đổi vật lý:

Khối lượng riêng hỗn hợp giảm.
• Biến đổi hóa học:
Thành phần phần trăm whey protein tăng, hàm lượng tro và lactose giảm, hàm
lượng chất khô giảm.
 Thiết bị: thiết bị lọc UF
Hình 12: Thiết bị lọc UF
• Cấu tạo thiết bị:
Thiết bị membrane có dạng hình trụ, bên trong chứa nhiều ống trụ nhỏ đặt song
song với nhau. Mỗi ống trụ nhỏ thường được chế tạo bằng thép không rỉ, có đường kính
dao động từ 12.5 – 75mm, chiều dài khoảng 0.6 – 6.4m và được đục các lỗ nhỏ trên than.
Các membrane cũng có dạng hình trụ được lồng ép sát thành trong của các ống trụ nhỏ
trên.
CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 20
CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và
isolate
• Nguyên lý hoạt động:
Nguyên liệu sẽ được bơm vào từ một đầu của thiết bị và được phân phối vào bên
trong các ống trụ nhỏ. Dòng ra retentate sẽ tiếp tục đi hết theo chiều dài các ống trụ nhỏ
và thoát ra bên ngoài các ống trụ nhỏ, sau đó được tập trung theo cửa ra chung nằm phía
trên thân của thiết bị.
Bên trong thiết bị membrane có thể được chia thành nhiều khoang, mỗi khoang
gồm một số ống trụ nhỏ song song nằm cạnh nhau. Đầu tiên nguyên liệu sẽ được bơm vào
một khoang trong thiết bị. Dòng retentate thoát ra khỏi khoang này và đi tiếp vào khoang
thứ hai, còn dòng retentate thoát ra từ khoang thứ hai sẽ đi tiếp vào khoang thứ ba, …
Như vậy, dòng retentate thoát ra từ khoang cuối cùng sẽ có nồng độ đạt giá trị yêu cầu.
• Ưu điểm:
Dễ tạo ra dòng chảy rối trong quá trình vận hành.
Đơn giản khi vệ sinh, thay thế membrane sử dụng và bảo trì thiết bị.
Màng membrane từ vật liệu ceramic có rất nhiều ưu điểm: trơ với các hóa chất
như acid, kiềm, chlorine, …, khoảng nhiệt độ và pH hoạt động rất rộng (T

max
≤ 350
o
C, pH
= 0.5 – 13), do đó có thể sử dụng hơi để vô trùng thiết bị.
• Nhược điểm:
Thiết bị cồng kềnh, chiếm nhiều không gian nhà xưởng.
Tốn nhiều năng lượng sử dụng do có sự tụt áp của dòng nguyên liệu trong các
ống hình trụ nhỏ.
Membrane từ vật liệu ceramic dễ vỡ bởi những va chạm cơ học, giá thành cao và
đường kính lỗ mao dẫn các membrane ceramic hiện nay không thể nhỏ hơn 10
-2
µm.
• Thông số công nghệ:
Áp lực thẩm thấu: 6.9 bar.
Nhiệt độ phòng.
II.2.2.2. Cô đặc
CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 21
Hình 13: Module phân riêng với membrane ceramic
CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và
isolate
 Mục đích:
• Chuẩn bị:
Tăng hàm lượng chất khô, chuẩn bị cho quá trình sấy phun.
• Bảo quản:
Giảm hàm ẩm, do đó hạn chế sự phát triển của vi sinh vật.
 Những biến đổi trong quá trình:
• Biến đổi vật lý:
Nhiệt độ tăng, độ nhớt tăng nhẹ.
• Biến đổi hóa học:

Đổ ẩm giảm, hàm lượng chất khô tăng.
Tổn thất các cấu tử mẫn cảm với nhiệt.
• Biến đổi hóa lý:
Sự bay hơi nước
 Thiết bị: thiết bị cô đặc màng chân không hai hoặc nhiều tầng
Trước đây, thường sử dụng thiết bị cô đặc màng hai hoặc nhiều tầng, nhưng
vấn đề đặt ra là: việc sử dụng thiết bị này sẽ làm cho các cấu tử dinh dưỡng và cấu tử
hương trong sản phẩm bị tổn thất nhiều, để hạn chế sự tổn thất này, người ta sử dụng
thêm hệ thống chân không để giảm nhiệt độ bốc hơi của whey protein và thời gian lưu của
whey protein trong thiết bị.
• Cấu tạo thiết bị:
Thiết bị cô đặc màng chân không nhiều tầng bao gồm nhiều thiết bị cô đặc màng
chân không một tầng, do đó ở đây chỉ trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết
bị cô đặc màng chân không một tầng.
1. Buồng gia nhiệt sơ bộ nguyên liệu nhờ hơi ngưng tụ
2. Buồng gia nhiệt nguyên liệu đến nhiệt độ sôi
CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 22
1
3
2
CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và
isolate
3. Buồng tách hơi thứ và sản phẩm cô đặc
Hình 14: Thiết bị cô đặc màng chân không một tầng
1. Đầu phân phối nguyên liệu Nguyên liệu
2. Tấm phân phối Hơi thứ
3. Hơi nước để gia nhiệt Môi trường nhiệt
4. Hệ thống ống đồng trục tạo màng rơi
5. Bộ phận tạo dòng chảy màng theo thân các ống hình trụ
6. Hơi thứ

7. Hệ thống ống gia nhiệt
Hình 15: M ặt cắt phần trên thiết bị
• Nguyên lý hoạt động:
Theo hình 9, whey protein được gia nhiệt sơ bộ rồi đi vào trong thiết bị (2), nạp
vào đỉnh của thiết bị và chảy thành màng dọc theo bề mặt truyền nhiệt. Bề mặt truyền
nhiệt có dạng thân ống hình trụ đứng hoặc là những bản mỏng được đặt sát lại với nhau, ở
đây sử dụng bề mặt truyền nhiệt dạng ống, do đó dịch whey protein hình thành một lớp
màng ở bên trong ống, bao quanh là hơi nước. Để tiết kiệm năng lượng, hơi gia nhiệt từ
buồng (2) sẽ đi vào buồng (1) ngưng tụ để gia nhiệt sơ bộ cho dịch whey protein, dịch
whey protein được đun sôi trong buồng (2) sẽ đi vào buồng (3) tách hơi thứ. Dịch whey
protein concentrate thoát ra ngoài qua cửa đáy thiết bị (3). Nhờ sử dụng hệ thống chân
không nên nhiệt độ bốc hơi của sản phẩm giảm xuống dưới 100
o
C.
Theo hình 10, nhờ hình dạng đặc biệt của đầu phân phối nguyên liệu (1) mà
nguyên liệu phân phối đều vào các tấm phân phối (2), khi đi qua đầu phân phối nguyên
liệu, nhiệt độ của nguyên liệu sẽ tăng nhẹ. Bên ngoài ống, hơi nước (3) được bơm vào
làm cho một phần nước trong nguyên liệu bay hơi, đồng thời tạo lực đẩy nguyên liệu chảy
dọc theo thành trong của các ống.
 Thông số kỹ thuật:
Áp suất: 30 – 60 bar.
Kích thước lỗ màng: 10
-4
– 10
-3
m.
CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 23
Hình 3: Thiết bị cô đặc
màng chân không 1 tầng
CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và

isolate
Cô đặc đến nồng độ chất khô: 45 – 55%.
۩ﯔ Để thu được whey protein concentrate 80 – 85% protein thì trước tiên cô
đặc khoảng 20 – 30 lần bằng thiết bị siêu lọc (ultrafiltration) thu được hàm lượng chất rắn
khoảng 25%, điều này có ảnh hưởng lớn đến việc sản xuất kinh tế. Cần thiết lọc lần 2
nhằm loại bỏ lactose, tro và tăng lượng protein cô đặc trong chất khô. Khi tiến hành lọc
lần 2, nước được cho vào dòng nhập liệu để pha loãng các thành phần phân tử thấp, nó sẽ
chảy qua màng membrane, chủ yếu là lactose và khoáng.
II.2.2.3. Sấy phun
 Mục đích:
• Chế biến:
Tạo sản phẩm dạng bột.
• Bảo quản:
Quá trình sấy làm giảm hàm ẩm, từ đó ức chế vi sinh vật.
 Những biến đổi trong quá trình sấy:
• Biến đổi vật lý:
Thay đổi khối lượng riêng, tỷ trọng.
• Biến đổi hóa học:
Độ ẩm giảm, hàm lượng chất khô tăng.
• Biến đổi hóa lý:
Nước bay hơi, sản phẩm chuyển sang pha rắn.
 Thiết bị: Thiết bị sấy phun 2 dòng sử dụng đầu phun khí động (xem phần
II.2.1.2).
 Thông số công nghệ:
Nhiệt độ sấy 80
o
C.
Độ ẩm của sản phẩm sau khi sấy: < 4%.
CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 24
CNCB sữa và đồ uống Sản xuất whey protein concentrate và

isolate
II.3. Quy trình sản xuất whey protein isolate
II.3.1. Quy trình 1

Hình 16: Sơ đồ khối quy trình sản xuất whey protein isolate
CBHD: LÊ VĂN VIỆT MẪN Trang 25
Whey
Gia nhiệt
Tách cream
Lọc UF lần 1
Lọc MF
Lọc UF lần 2
Sấy
Whey
protein
isolate
Thanh trùng
Làm nguội
Dịch lọc
Dịch lọc
Dịch lọc