Thiết kế phân xưởng sản xuất protein concentrate và ISolate từ đậu nành

Đồ án môn học
LỜI MỞ ĐẦU
Đậu nành là loại cây trồng quý vì chúng đem lại rất nhiều lợi ích cho
con người. Hạt đậu nành rất giàu dinh dưỡng, đặc biệt là protein và lipid,
chính vì vậy mà chúng đem lại tiềm năng rất lớn trong việc giải quyết các
vấn đề về dinh dưỡng cho con người và gia súc. Bên cạnh đó, đậu nành là
một nguồn nguyên liệu phong phú và tiềm năng cho sản xuất công nghiệp.
Vấn đề chế biến đậu nành thành những món ăn phổ biến, ngon bổ đã trở
thành nhu cầu cấp thiết.
Từ xưa, tại các nước phương Đông, đậu nành đã được chế biến thành
rất nhiều loại thức ăn khác nhau. Sản phẩm phổ biến nhất được chế biến từ
đậu nành là đậu phụ và các sản phẩm lên men khác. Trong đó một số sản
phẩm lên men từ đậu nành có giá trò dinh dưỡng rất cao như: chao, tương, xì
dầu… Các sản phẩm này chủ yếu sử dụng thành phần protein của đậu nành.
Các phân tích hoá sinh cho thấy: protein trong đậu nành chiếm 38 – 40% và
chứa những acid amin cần thiết như cystine, methionine, lysine… và các
vitamin B1, B2, A, D, E, K…
Nhằm mục đích bổ sung sự thiếu hụt protein, ngoài việc đẩy mạnh
sản xuất các nguồn protein truyền thống như thòt, cá, trứng, sữa… trên thế
giới người ta đã đầu tư nghiên cứu nhằm tận dụng những nguồn protein chưa
được sử dụng. Trong khi các nguồn protein động vật có số lượng không tăng
kòp nhu cầu và giá thành đắt thì nguồn protein thực vật rất phong phú lại
chưa được khai thác đúng mức. Nước ta là một nước nông nghiệp, sản lượng
đậu tương hàng năm rất cao, phục vụ cho khai thác dầu béo. Do đó, việc sử
dụng nguồn phế liệu khô dầu để thu nhận protein sử dụng trong chế biến
thực phẩm là cần thiết. Từ khô dầu, người ta có thể sản xuất soy protein
concentrate, soy protein isolate… và từ đó sản xuất ra các mặt hàng thực
phẩm cao cấp như: sữa, pate, xúc xích, bột dinh dưỡng trẻ em…
Tóm lại, việc sử dụng khô dầu để sản xuất protein nhằm 3 mục tiêu:
- Tận dụng nguồn phế liệu giàu protein trong công nghệ chế
biến dầu để thu nhận các sản phẩm có giá trò.

- Sản xuất sạch hơn, giảm gây ô nhiễm môi trường.
- Tăng hiệu quả của quá trình sản xuất.
Đó cũng là mục tiêu của đề tài.
SVTH: Võ Thò Diệu Hiền Trang 1
Đồ án môn học
Chương 1:
Tổng quan
1.1. Đậu nành:
Đậu nành có tên khoa học là Glycine max merill. Đậu nành có nhiều
màu sắc khác nhau. Trong đó, đậu nành có màu vàng là loại tốt nhất, nên
được trồng và sử dụng nhiều.
Hình 1.1: Hạt đậu nành
Điều kiện để cây đậu nành phát triển tốt :
 pH của đất trồng : 6.0 – 6.5.
 Nhiệt độ : 25 – 30
o
C.
 Lượng mưa : 500 – 700 mm.
 Thời kỳ trồng : cuối mùa xuân, đầu mùa hè.
1.1.1. Tính chất vật lý và hình thái của đậu nành:
 Hình dạng: từ tròn tới thon dài và dẹt.
 Màu sắc : vàng, xanh, nâu hoặc đen.
 Kích thước : 18 – 20 gram/100 hạt.
 Cấu trúc của hạt gồm : lớp vỏ áo và hai lá
mầm với trụ dưới lá mầm và chồi mầm. Lá mầm (tử diệp) chiếm 90% trọng
lượng của hạt và chứa toàn bộ dầu và protein. Lớp vỏ chiếm 8% trọng lượng
của hạt, bao bọc hai lá mầm, đóng vai trò là lớp bảo vệ. Phôi chiếm 2%
trong lượng hạt.
1.1.2. Thành phần hoá học:
Bảng 1.1: Thành phần hoá học của hạt đậu nành

Thành phần
Tỷ lệ
khối
Tỷ lệ phần trăm (%)
Protein Lipid Cacbohydrate Tro
SVTH: Võ Thò Diệu Hiền Trang 2
Đồ án môn học
Nx6.25
Lá mầm 90 43 23 43 5
Vỏ 8 9 1 86 4.3
Trụ dưới lá
mầm
2 41 11 43 4.4
Nguyên hạt 100 40 20 35 4.9
 Protein:
Trong thành phần hoá học của đậu nành, thành phần protein chiếm
một tỷ lệ rất lớn. Thành phần acid amin trong protein của đậu nành ngoài 2
thành phần methionine và tryptophan ra còn có các acid amin khác, có hàm
lượng khá cao tương đương lượng acid amin có trong thòt.
Bảng 1.2: Thành phần protein đậu nành
Phân đoạn (S) Hàm lượng (%) Thành phần
Phân tử lượng
(Da)
2 15 Chất ức chế trypsin 8000 - 20000
7 35
ß – conglicinine
ß – amylase
Lipoxygenase
Hemagglutinin
150000

62000
102000
110000
11 40 Glycinin 320000 - 350000
15 10 600000
Bảng 1.3: Thành phần amino acid có trong protein đậu nành
Amino acid
Hàm lượng aa
(g/100 g protein)
Isoleucine
Leucine
Lysine
Methionine
Cystine
Phenylalanine
Tyrosine
4.54
7.78
6.38
1.26
1.33
4.94
3.14
SVTH: Võ Thò Diệu Hiền Trang 3
Đồ án môn học
Threonine
Tryptophan
Valine
3.86
1.28

4.80
Trong protein đậu nành, globulin chiếm 85 – 95%. Ngoài ra còn có
một lượng nhỏ albumin, một lượng không đáng kể prolamin và glutelin.
 Hydratcacbon:
Hydratcacbon chiếm khoảng 34% hàm lượng chất khô hạt đậu nành.
Phần hydratcacbon có thể chia làm 2 loại: loại tan trong nước (bao gồm các
loại đường khử như sucrose, raffinose và stachyose) và loại không tan trong
nước (cellulose, hemicellulose). Loại tan được trong nước chỉ chiếm khoảng
10% toàn bộ hydratcacbon.
Bảng 1.4: Thành phần hydratcacbon trong đậu nành
Cellulose
Hemicellulose
Stachyose
4.0%
15.4%
3.8%
Raffinose
Saccharose
Các loại đường khác
1.1%
5.0%
5.1%
Các loại đường khác bao gồm một lượng nhỏ các đường arabinose,
glucose và verbascose.
 Lipid:
Lipid chiếm khoảng 20% hạt đậu nành, bao gồm: triglyceride (96%),
phospholipids - chất nhũ hoá lecithin (2%), các chất chống oxy hoáù-
tocopherol và sterol (1.6%), acid béo tự do (0.5%), và một lượng nhỏ
carotenoid
Bảng 1.5: Thành phần acid béo trong đậu nành

Acid béo Ký hiệu % khối lượng
Lauric
Myristic
Palmitic
Stearic
Oleic
Linoleic
Linolenic
12:0
14:0
16:0
18:0
18:1
18:2
18:3
4.5
4.5
11.6
2.5
21.1
52.4
7.1
SVTH: Võ Thò Diệu Hiền Trang 4
Đồ án môn học
 Khoáng:
Thành phần khoáng chiếm khoảng 5% trọng lượng khô của hạt đậu
nành. Trong đó đáng chú ý nhất là canxi, photpho, mangan, kẽm và sắt.
Bảng 1.6: Hàm lượng các chất khoáng trong đậu nành
Canxi
Photpho

Mangan
0.16-0.47%
0.41-0.82%
0.22-0.24%
Kẽm
Sắt
37mg/kg
90-150g/kg
 Vitamin:
Đậu nành có chứa rất nhiều loại vitamin khác nhau, trừ vitamin C và
vitamin D.
Bảng 1.7: Hàm lượng các vitamin trong đậu nành
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 xúc tác cho phản ứng thuỷ phân urea thành carbon
dioxide và ammoniac, có tính chất chống lại sự hấp thu các chất đạm qua
màng ruột do đó không nên ăn đậu nành sống.
Lipase: thủy phân glyceride tạo thành glycerine và acid béo.
Phospholipase: enzyme thủy phân phospholipid thành các acid béo và
các hợp chất tan trong chất béo khác.
Lipoxygenase: enzyme có chứa sắt, xúc tác cho phản ứng oxy hoá
acid béo không no tạo sản phẩm hydroperoxide, gây mùi hôi cho đậu nành.
1.1.3. Các sản phẩm thực phẩm từ đậu nành:
Do đậu nành có chứa nhiều thành phần dinh dưỡng, giúp ích cho con
người trong việc bổ sung lượng protein và lipid cần thiết cho cơ thể, nên
SVTH: Võ Thò Diệu Hiền Trang 5
Đồ án môn học
được ứng dụng rất nhiều trong các lónh vực khác nhau: y dược, nông nghiệp,
chăn nuôi, công nghiệp…
Tuy nhiên khả năng ứng dụng của đậu nành được sử dụng nhiều nhất
là trong thực phẩm. Thực phẩm chế biến từ đậu nành có thể chia làm 2
nhóm lớn:
 Nhóm thực phẩm không lên men:
+ sản phẩm sữa đậu nành.
+ cà phê sữa đậu nành.
+ đậu phụ.
+ các loại bánh nướng.
+ bột dinh dưỡng cho trẻ em.
+ các sản phẩm giả thòt, lạp xưởng.

+ nước tương hoá giải.
+ các chất chiết từ protein đậu nành.
 Nhóm thực phẩm có lên men:
+ chao
+ nước tương lên men.
+ tương.
+ miso.
+ tempeh.
+ đạm tương.
SVTH: Võ Thò Diệu Hiền Trang 6
Đồ án môn học
Bảng 1. 8 : Thành phần dinh dưỡng của một số sản phẩm từ đậu nành
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.
SVTH: Võ Thò Diệu Hiền Trang 7
Đồ án môn học
Bảng 1. 9 : Thành phần dinh dưỡng của một số sản phẩm từ đậu nành
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.
SVTH: Võ Thò Diệu Hiền Trang 8
Đồ án môn học
1.2. Soy Protein Concentrate (SPC):
1.2.1 Đònh nghóa :
Theo đònh nghóa của Association of American Feed Control Officials,
Inc. (AAFCO) thì soy protein concentrate được sản xuất từ hạt đậu nành đã
bóc vỏ, tách gần hết dầu và các cấu tử tan trong nước không phải là protein,
và phải chứa tối thiểu là 70% protein trên hàm lượng chất khô.
Hình 1.2: Soy protein concentrate dạng bột
Dưới đây là tiêu chuẩn của SPC được sản xuất bởi công ty Solbar
Hatzor Ltd :
- Protein min 70%
- m max 8%
- Tro max 7%
- Kích thước hạt 95% < 150 µm
- Béo max 1%
- Xơ max 4.5%
- Khuẩn lạc max 15000cfu/g
- Salmonella trong 200g không có
- E.coli trong 1g không có
1.2.2. Ứng dụng :
Tương tự bột đậu nành, SPC được sử dụng trong thực phẩm là do giá
trò dinh dưỡng hay những tính chất chức năng của nó hay cà hai. Những tính
chất chức năng quan trọng của SPC là khả năng hấp thụ nước, khả năng liên
kết với béo và tính chất nhũ hoá
1.2.2.1 Trong sản xuất bánh: SPC được sử dụng chủ yếu do hàm
lượng protein cao, ngoài ra không có lí do nào khác. Về mặt dinh dưỡng và

chức năng, bột đậu nành cũng có khả năng tương tự nhưng kinh tế hơn
SVTH: Võ Thò Diệu Hiền Trang 9
Đồ án môn học
1.2.2.2 Trong sản xuất các sản phẩm từ thòt: đây là ứng dụng quan
trọng nhất của SPC trong công nghiệp thực phẩm. SPC phần lớn được dùng
trong các sản phẩm từ thòt heo, thòt gia cầm và cá (chả, xúc xích, cá viên, )
để tăng hàm lượng nước và giữ béo. SPC đóng vai trò quan trọng trong việc
giảm lượng thòt, tăng lượng chất béo và giảm giá thành sản phẩm
Hàm lượng SPC trong các sản phẩm thông thường như sau (theo hàm
lượng chất khô) (Campbel et al. 1985):
- chả 5 - 10%
- tương ớt 2 - 8%
- thòt viên 2 - 12%
- xúc xích max 3.5%
- cá viên 5 - 10%
1.2.2.3 Ứng dụng khác: SPC được dùng làm chất làm bền hệ phân
tán trong thức uống” milk-like” và giả các sản phẩm từ sữa tương tự như
kem chua. Campbel et al.(1985) đã giới thiệu một sản phẩm thức uống” milk
–like” làm từ SPC và syrup bắp như sau:
- soy protein concentrate 6%
- đường sucrose 0.6%
- syrup bắp 2.0%
- chất béo 3.0%
- mono và di-glycerides 0.1%
- muối 0.05%
- nước 88.25%
1.3 . Protein Isolate:
1.3.1 Đònh nghóa:
Theo đònh nghóa của Association of American Feed Control Officials,
Inc. (AAFCO) thì soy protein isolate được sản xuất từ bột đậu nành đã tách

vỏ, tách béo và loại hết những phần không phải là protein và chứa ít nhất là
90% protein trên hàm lượng chất khô.
SVTH: Võ Thò Diệu Hiền Trang 10
Đồ án môn học
Hình 1.3: Soy protein isolate dạng bột
Thành phần tiêu chuẩn của SPI(theo hàm lượng chất khô):
- Protein 90%
- Béo 0.5%
- Tro 4.5%
- Tổng carbohydrate 0.3%
( Source: Kolar et al. (1985))
1.3.2. Ứng dụng:
1.3.2.1. Trong các sản phẩm từ thòt: trong xúc xích dạng nhũ
tương như xúc xích Đức và xúc xích hun khói, SPI và proteinate được sử
dụng do có khả năng vừa liên kết với nước vừa liên kết với béo, làm bền hệ
nhũ tương. Hàm lượng sử dụng là từ 1-4% (theo hàm lượng chất khô). Việc
sử dụng SPI trong các sản phẩm này cho phép chúng ta giảm tỷ lệ của thòt
(đắt tiền) khi chế biến, mà không làm giảm lượng protein hay chất lượng
sản phẩm.
1.3.2.2 Trong các sản phẩm từ thuỷ, hải sản: SPI được sử dụng
trong xúc xích cá và surimi do khả năng tái cấu trúc của protein.
1.3.2.3 Trong các sản phẩm từ ngũ cốc: SPI đôi khi được sử
dụng thay thế hay kết hợp với bột đậu nành trong thành phần của hỗn hợp
thay thế sữa trong sản xuất bánh. SPI còn được sử dụng do khả năng củng
cố cấu trúc protein của mì sợi và đặc biệt là bánh mì.
1.3.2.4 Trong các sản phẩm từ sữa: sản phẩm giả phô mai được
sản xuất từ SPI, có hay không có huyết thanh sữa. Những loại phô mai đã
được sản xuất bao gồm: phô mai mềm, bán mềm, nuôi cấy bề mặt (giả
Camembert) và phô mai cứng ủ chín.
SVTH: Võ Thò Diệu Hiền Trang 11

Đồ án môn học
1.3.2.5 Trong sữa bột nhân tạo cho trẻ em (infant formulas):
trong các sản phẩm này, SPI được dùng thay cho sữa. Đây là sản phẩm dùng
cho những trẻ em không hấp thụ được đường lactose trong sữa.
1.3.2.6 Các ứng dụng khác:
Một phần SPI thuỷ phân có tính chất tạo bọt và có thể được sử dụng
như là tác nhân tạo bọt khi kết hợp với lòng trắng trứng trong sản phẩm
bánh kẹo và tráng miệng.
SPI cũng là một tác nhân làm tăng hiệu quả của quá trình sấy phun
puree trái cây. Trong ứng dụng này, nó có thể thay thế maltodextrin, với ưu
điểm là tăng hàm lượng protein trong sản phẩm cuối.
SVTH: Võ Thò Diệu Hiền Trang 12
Đồ án môn học
Chương 2:
Quy trình sản xuất
2.1. Soy protein concentrate:
Nguyên liệu cho sản xuất SPC là bột đậu nành đã tách vỏ và tách
béo với hàm lượng protein hoà tan cao. Nồng độ của protein sẽ tăng lên
bằng cách loại đi những phần hoà tan không phải là protein. Những thành
phần này bao gồm carbohydrate (mono, di và oligosacchride), những hợp
chất chứa nitơ có phân tử lượng thấp và khoáng. Thông thường một tấn bột
đậu nành đã tách béo có thể sản xuất được 750kg SPC.
Bột thô đã khử béo (Defatted Meal) có thể xử lý bằng một trong 3
quá trình: xử lý với alcohol (methanol, ethanol, isopropyl alcohol), acid
loãng ở pH=4.5 hoặc gia nhiệt ẩm, hơi nước.
Ở quá trình thứ nhất, những thành phần không phải protein được chiết
cùng với alcohol, còn lại protein và polysaccharides. Chúng được desovat
hoá và sấy khô thành concentrate protein. Alcohol sau khi chiết đường sẽ tái
sử dụng lại.
Ở quá trình thứ hai, protein là thành phần chính được tách chiết với

acid loãng ở pH = 4.2 - 4.5 (điểm đẳng điện của protein). Do có một vài
protein tan trong pH =4.2 -4.5 nên sẽ có thất thoát protein trong quá trình
này. Những phần không tan như polysaccharides, protein được trung hoà và
sấy khô thành concentrate protein.
Ở quá trình thứ ba, bột đậu nành được xử lý với nhiệt ẩm, làm biến
tính protein. Những thành phần có khối lượng phân tử nhẹ được chiết với
nước nóng. Phương pháp này cho sản phẩm có hàm lượng protein là 70%,
20% là carbohydrates, 6% là tro và 1% là dầu.
Trong các phương pháp trên, phương pháp kết tủa protein (phương
pháp 2) là phương pháp được ứng dụng nhiều nhất trong công nghiệp để thu
nhận các chế phẩm protein từ dung dòch. Nguyên tắc của phương pháp này
là dưới tác động của các yếu tố bên ngoài, tương tác giữa protein với nước,
giữa protein với protein và giữa protein với các thành phần khác bò thay đổi.
Kết quả là làm thay đổi tính chất ban đầu của phân tử protein (sự biến tính),
mà tiêu biểu là giảm khả năng hoà tan của protein trong dung dòch, dẫn đến
sự tập hợp các phân tử protein tạo thành khối kết tủa và tách ra khỏi dung
SVTH: Võ Thò Diệu Hiền Trang 13
Đồ án môn học
dòch. Tuỳ theo mức độ thay đổi mà sự biến tính protein được chia thành 2
dạng:
 Biến tính thuận nghòch: hầu như không có sự phân huỷ các liên
kết bền trong phân tử (liên kết cầu disunfua), hay nếu có thì chỉ ở mức độ
không đáng kể. Chính vì thế mà khi tác nhân gây biến tính được loại ra khỏi
môi trường thì các cấu trúc ban đầu của phân tử protein có thể được phục
hồi trở lại, dẫn đến các tính chất ban đầu cũng được phục hồi. Trường hợp
này thường được ứng dụng khi muốn thu nhận các chế phẩm protein mà vẫn
giữ được hoạt tính sinh học (chủ yếu là các enzym, kháng thể).
 Biến tính không thuận nghòch: là dạng biến tính gây ra những
biến đổi sâu sắc, dẫn đến mất khả năng phục hồi trở lại cấu trúc ban đầu
của phân tử protein. Khi đó, hầu hết các liên kết yếu trong phân tử và cả

một số liên kết mạnh như cầu disunfua cũng bò phá huỷ. Và trong trường
hợp này do mất đi các liên kết bền ban đầu mà phân tử protein không còn
khả năng phục hồi lại cấu trúc tự nhiên khi tác nhân gây biến tính được loại
bỏ, điều này cũng đồng nghóa với việc các phân tử protein mất đi các tính
chất ban đầu. Trên cơ sở đó, phương pháp kết tủa gây biến tính không thuận
nghòch được ứng dụng rất nhiều để thu nhận protein với mục đích giữ lại các
giá trò dinh dưỡng của sản phẩm.
 Các phương pháp kết tủa protein:
 Kết tủa bằng pH: bằng các tác nhân acid, base, dung dòch
đệm… có thể đưa pH của dung dòch về giá trò mà tại đó điện tích của các
phân tử protein bò trung hoà, khiến cho lực đẩy tónh điện giữa các phân tử
mất đi, đồng thời tương tác giữa phân tử protein với các phân tử nước cũng
giảm đi, dẫn đến lớp vỏ hydrat bao quanh bề mặt bò phá vỡ, tạo điều kiện
cho các phân tử tập hợp lại với nhau hình thành kết tủa. Ở đây do không có
sự thay đổi cấu trúc phân tử nên sau khi loại tác nhân ra khỏi dung dòch,
protein có thể hoà tan trở lại trong môi trường có pH thích hợp. Sau khi lọc
hay ly tâm để thu kết tủa thì tác nhân sẽ được loại ra.
 Kết tủa bằng nhiệt độ: dưới tác dụng của nhiệt độ cao, các liên
kết trong cấu trúc phân tử protein sẽ bò phá huỷ. Các cấu trúc bậc 2, 3, 4 bò
duỗi mạch, xuất hiện các nhóm kỵ nước trên bề mặt phân tử protein, làm
giảm tương tác giữa protein với nước nên gây kết tủa protein. Tất cả các
trường hợp biến tính do nhiệt độ cao đều là biến tính không thuận nghòch do
SVTH: Võ Thò Diệu Hiền Trang 14
Đồ án môn học
khi đó các cầu disunfua hầu như bò phá huỷ hoàn toàn. Thông thường hầu
hết các loại protein bắt đầu bò biến tính ở nhiệt độ khoảng 45- 50
o
C, nhiệt
độ càng tăng, mức độ biến tính càng sâu sắc.
 Kết tủa bằng dung môi hữu cơ: các dung môi hữu cơ tan trong

nước như ethanol, acetone, methanol, isopropanol… khi được bổ sung vào
dung dòch protein sẽ làm cho tương tác giữa các phân tử protein tăng. Mặt
khác, do tính háo nước nên khi cho vào dung dòch protein, các phân tử dung
môi hữu cơ sẽ hút nước, làm giảm tương tác giữa protein và nước, làm phá
vỡ lớp vỏ hydrat gây kết tủa protein. Nếu điều chỉnh pH của dung dòch về
giá trò pI của protein thì sự kết tủa sẽ xảy ra nhanh hơn và nồng độ dung môi
hữu cơ cần cũng thấp hơn.
Ở đây ta sử dụng phương pháp kết tủa protein bằng pH, do phương
pháp này có ưu điểm là protein vẫn giữ được các tính chất của mình, và
trong quá trình sản xuất thì không sử dụng các dung môi dễ cháy như
acetone, ethanol…
SVTH: Võ Thò Diệu Hiền Trang 15
Đồ án môn học
2.1.1. Nghiền ướt:
 Mục đích: khai thác.
 Giảm kích thước của hạt khô đậu nành.
 Trích ly các chất trong khô đậu nành vào nước.
 Các biến đổi trong quá trình nghiền ướt:
 Vật lý : giảm kích thước của hạt khô đậu nành thành những hạt
mòn, dòch lỏng tăng nhiệt độ do ma sát trong quá trình nghiền.
 Hóa học : phân huỷ một số chất mẫn cảm với nhiệt độ.
SVTH: Võ Thò Diệu Hiền Trang 16
Rửa tủa
Ly tâm
Sấy phun
Protein
Concentrate
Nước
rửa
Nước

Khô đậu nành
Nghiền ướt
Kết tủa
Ly tâm
Dòc
h
Lọc
Nước
Bã
Dd HCl
Đồ án môn học
 Hóa lý : trích ly các chất dinh dưỡng trong khô đậu nành vào
dòch sữa.
 Sinh học : một số vi sinh vật bò tiêu diệt.
 Hóa sinh : vô hoạt enzyme lipoxygenase nên phản ứng tạo mùi
không diễn ra.
 Phương pháp thực hiện:
 Quá trình nghiền ướt được thực hiện bởi thiết bò nghiền đóa trục
quay.
 Tỉ lệ nước : đậu = 4 : 1 (w/w).
2 1.2. Lọc:
 Mục đích :
 Khai thác: loại bỏ bã lọc ra khỏi dòch sữa sau khi nghiền, thu
nhận dòch chiết, làm sạch, nâng cao chất lượng dòch chiết.
 Chuẩn bò: cho quá trình kết tủa protein tiếp theo.
 Các biến đổi trong quá trình lọc:
 Vật lý : sự thay đổi về thể tích, khối lượng => giảm.
 Hóa học : hầu như không thay đổi về thành phần hóa học, tuy
nhiên có tổn thất một ít protein, vitamin, chất màu… theo bã lọc.
 Hóa lý : thay đổi trạng thái từ dung dòch dạng huyền phù sang

lỏng.
 Sinh học : một số vi sinh vật bò loại bỏ theo bã lọc.
 Hoá sinh : hầu như không thay đổi.
 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lọc:
 Tính chất của bã lọc.
 Nhiệt độ lọc.
 Việc sử dụng các chất trợ lọc.
2.1.3. Kết tủa protein:
 Mục đích:
 Khai thác: thu nhận lượng protein hoà tan trong dung dòch.
 Các biến đổi trong quá trình kết tủa protein:
 Hóa lý : thay đổi trạng thái từ dung dòch, hình thành khối kết
tủa.
 Sinh học : một số vi sinh vật bò ức chế do pH thấp.
 Hoá sinh : hầu như không thay đổi.
SVTH: Võ Thò Diệu Hiền Trang 17
Đồ án môn học
 Thực hiện: phần protein hoà tan sẽ được kết tủa bằng cách
chỉnh pH của dung dòch về 4.5 là pH đẳng điện của protein globulin.
Để điều chỉnh pH dùng dung dòch HCl đậm đặc.
2.1.4. Ly tâm:
 Mục đích:
 Chuẩn bò: quá trình ly tâm nhằm mục đích loại phần dòch có
chứa các hợp chất hoà tan như polysaccharide… để thu được phần
protein kết tủa, chuẩn bò cho quá trình rửa tủa.
 Các biến đổi trong quá trình ly tâm:
 Vật lý: protein qua quá trình kết tủa và tách dòch được kết
thành khối chặt hơn, tỷ trọng khối protein tăng.
 Hoá học: độ tinh khiết của sản phẩm tăng do các phần hoà tan
đã theo dòch ra ngoài.

 Hóa lý : sau quá trình ly tâm ta thu được 2 phần, là phần nước
dòch và phần protein.
 Sinh học : một số vi sinh vật bò loại ra theo dòch. Trong nước
dòch có chứa đường và các hợp chất dinh dưỡng khác là môi trường
thuận lợi cho vi sinh vật phát triển.
2.1.5. Rửa tủa:
 Mục đích:
 Quá trình rửa tủa nhằm mục đích loại bỏ phần dung dòch HCl
còn sót lại trong khối kết tủa.
 Các biến đổi trong quá trình rửa tủa:
 Vật lý: có sự tăng lên về khối lượng và thể tích.
 Hoá học: có sự tổn hao chất khô vào trong nước rửa tủa.
2.1.6. Ly tâm:
 Mục đích:
 Chuẩn bò: cho quá trình sấy tiếp theo.
 Khai thác: loại bỏ phần nước rửa, để thu được protein tinh
khiết.
 Các biến đổi trong quá trình ly tâm:
 Vật lý: có sự giảm về khối lượng.
 Hoá học: độ tinh khiết của sản phẩm tăng do loại bỏ phần
nước rửa.
SVTH: Võ Thò Diệu Hiền Trang 18
Đồ án môn học
 Hóa lý : sau quá trình ly tâm ta thu được 2 phần, là phần nước
rửa và phần protein.
2.1.7. Sấy phun:
 Mục đích:
 Chế biến: tạo ra sản phẩm là SPC dạng bột mòn.
 Bảo quản: sau sấy sản phẩm có hàm ẩm thấp (<5%), tác nhân
sấy ở nhiệt độ cao, trong thời gian ngắn nên vi sinh vật khó phát

triển, do đó bảo quản sản phẩm được lâu.
 Các biến đổi trong quá trình sấy phun:
 Vật lý: có sự giảm về khối lượng do nước bay hơi.
 Hoá học: hàm ẩm giảm nhanh chóng. Có thể xảy ra sự phân
huỷ các chất mẫn cảm với nhiệt độ như mùi, hương. Nhiệt độ cao
cũng có thể gây biến tính một số protein nhưng do thời gian sấy ngắn
nên sự biến đổi này là không đáng kể.
 Hóa lý : sự bay hơi nước và các chất dễ bay hơi dưới tác động
của nhiệt độ cao. Có sự chuyển pha: dung dòch protein sau quá trình
sấy phun sẽ có dạng bột.
 Hoá sinh: một số enzym có thể bò vô hoạt hoặc giảm hoạt tính
bởi nhiệt độ nên sẽ làm giảm các phản ứng do enzym xúc tác.
 Sinh học: một số vi sinh vật bò tiêu diệt hoặc ức chế. Tuy
nhiên, do thời gian lưu trong buồng sấy là rất ngắn nên các biến đổi
về hoá sinh và sinh học là không lớn lắm.
 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy phun:
 Bản chất vật liệu sấy: nồng độ chất khô, thành phần hóa học,
các liên kết hóa học.
 Nhiệt độ tác nhân sấy.
 Kích thước, số lượng và q đạo chuyển động của các hạt
nguyên liệu trong buồng sấy.
 Ưu điểm của sấy phun:
 Thời gian sấy: ngắn, thời gian lưu của nguyên liệu trong thiết
bò khoảng 3 – 5s.
 Tính cơ giới hoá.
 Nhược điểm của sấy phun:
SVTH: Võ Thò Diệu Hiền Trang 19
Đồ án môn học
 Đối tượng của nguyên liệu và sản phẩm: nguyên liệu không
được có độ nhớt quá cao vì sẽ khó phun sương.

 Vốn đầu tư cao.
 Thông số công nghệ:
 Nhiệt độ không khí vào: 170 - 200
0
C.
 Nhiệt độ không khí ra: 90 - 100
0
C.
 Thời gian lưu của các hạt trong buồng sấy: 5s.
 Độ ẩm vật liệu sau khi sấy:3 - 4%.
 Đường kính hạt : 95% < 150 µm.
2.2. Soy protein isolate:
Quy trình thông thường để sản xuất SPI dựa trên sự hoà tan của
protein ở pH trung tính hay kiềm nhẹ, và được kết tủa bằng quá trình acid
hoá tới vùng pH đẳng điện, khoảng 4.5. Sản phẩm thu được gọi là SPI đẳng
điện (“isoelectric SPI”). Loại protein này khả năng hoà tan trong nước
không cao và tính chất chức năng giới hạn. Proteinate được sản xuất bằng
cách hoà tan SPI đẳng điện trong nước, sau đó trung hoà với các loại base
khác nhau và sấy khô. Tuỳ vào loại base sử dụng mà Na
+
, K
+
, NH
4
+
, Ca
2+
proteinate được tạo thành. Proteinate Na
+
tan rất tốt trong nước, tạo dung

dòch có độ nhớt cao, có khả năng tạo bọt, tạo nhũ và tạo gel. Proteinate Ca
2+
khả năng hoà tan không cao.
Bột khô đã khử béo (Defatted Meal) được chiết với kiềm loãng ở pH
= 7 – 9, nhiệt độ 50 - 55
o
C, được dòch chiết và phần còn lại không tan. Dòch
chiết đưa về pH = 4.2 - 4.5, protein sẽ đông tụ và thu được dòch sữa (whey).
Protein đông tụ có thể rửa và sấy khô để thành protein đẳng điện
(Isoelectric Protein) hoặc rửa, trung hoà sau đó sấy khô để thành sản phẩm
proteinate (dưới dạng Na
+
, K
+
) thường được sử dụng nhiều hơn vì tính dễ
đưa vào các sản phẩm khác.
Các quá trình trong quy trình sản xuất SPI cũng tương tự như khi sản
xuất SPC, chỉ khác là có thêm quá trình hoà tan protein bằng dung dòch
NaOH.
Hoà tan protein:
 Mục đích :
 Khai thác: thu nhận protein trong khô đậu nành.
 Chuẩn bò: cho quá trình kết tủa protein tiếp theo.
SVTH: Võ Thò Diệu Hiền Trang 20
Đồ án môn học
 Các biến đổi trong quá trình hoà tan protein:
 Vật lý : sự thay đổi về thể tích, khối lượng => tăng.
 Hóa học : phần lớn protein trong khô đậu nành sẽ hoà tan vào
dung dòch NaOH.
 Sinh học : một số vi sinh vật có thể bò ức chế trong môi trường

kiềm.
 Hoá sinh : một số enzym bò vô hoạt.
SVTH: Võ Thò Diệu Hiền Trang 21
Đồ án môn học
SVTH: Võ Thò Diệu Hiền Trang 22
Khô đậu nành
Nghiền ướt
Ly tâm
Kết tủa
Bã
Hoà tan
Nước
Dd HCl
Dd NaOH
Ly tâm
Rửa tủa
Ly tâm
Protein Isolate
Nước
rửa
Nước
Dòc
h
Sấy phun
Đồ án môn học
Chương 3:
Cân bằng vật chất
Năng suất thiết kế tính theo sản phẩm:
- Soy protein concentrate : 200kg thành phẩm/ngày.
- Soy protein isolate : 200kg thành phẩm/ngày.

3.1. Chọn thành phần của nguyên liệu – sản phẩm:
3.1.1. Nguyên liệu:
Bã đậu nành là phần bã sau khi ép lấy dầu, còn gọi là khô đậu nành.
Đây là nguồn nguyên liệu có sẵn và rẻ tiền.
Bảng3.1: Thành phần hoá học của bã đậu nành (%)
Thành phần % chất khô
Ẩm 12
Protid 48
Lipid 1
Glucid 25
Cellulose 5.8
Tro 5.5
( Theo công ty Solbar Hatzor Ltd.)
Tiêu chí để lựa chọn nguyên liệu: khô đậu nành tốt, không hôi,
không bò mốc, hắng dầu, không lẫn các tạp chất như cát, đá, rác…, độ ẩm
không quá 12%, hàm lượng chất béo không quá 2%. Nếu có nhiều chất béo
trong bã đậu nành thì trong quá trình chế biến, một phần chất béo này
chuyển thành acid béo tự do, glycerine, và các sản phẩm thuỷ phân khác
như monoglyceride, diglyceride. Các chất này làm ảnh hưởng đến mùi, vò
và chất lượng của sản phẩm.
3.1.2. Sản phẩm:
3.1.2.1. Soy protein concentrate:
- Hàm ẩm : 5%
- Protein : 70% hàm lượng chất khô
- Tro : 7% hàm lượng chất khô
- Lipid : 1% hàm lượng chất khô
- Tạp chất vô cơ : 4.5% hàm lượng chất khô
- Carbohydrate : 20% hàm lượng chất khô
SVTH: Võ Thò Diệu Hiền Trang 23
Đồ án môn học

- Kích thước hạt : 95% < 150μm
3.1.2.2. Soy protein isolate:
- Hàm ẩm : 5%
- Protein : 90% hàm lượng chất khô
- Tro : 4.5% hàm lượng chất khô
- Lipid : 0.5% hàm lượng chất khô
- Carbohydrate : 0.3% hàm lượng chất khô
- Kích thước hạt : 95% < 150μm
3.2. Tính cân bằng vật chất:
3.2.1. Soy protein concentrate:
• Tính cho 100kg nguyên liệu khô đậu nành:
- Trong 100kg nguyên liệu khô đậu nành có:
+ ẩm : 12kg
+ chất khô : 88kg
- Tỷ lệ nguyên liệu/ nước khi nghiền ướt là 1:4
- Khối lượng nguyên liệu sau khi nghiền ướt:
G
nư
= G
đn
+ G
n
Trong đó:
G
đn
= 100(kg) : khối lượng khô đậu nành.
G
n
= 400(kg): khối lượng nước cho vào.
 G

nư
= 100 + 400 = 500(kg)
- Giả sử trong quá trình nghiền ướt có khoảng 70% chất khô hoà vào
dung dòch và lượng nước tổn thất theo bã khoảng 10%.
- Lượng chất khô trong dòch huyền phù:
G
ckhp
= G
ck
x70% = 88 x 0.7 = 61.6(kg)
- Lượng bã thu được sau quá trình lọc:
G
b
= 100 - G
ckhp
+ 10%G
n
= 100 – 61.6 + 0.1x400 = 78.4 (kg)
- Lượng dòch lọc thu được:
G
dl
= G
nư
- G
b
= 500 - 78.4 = 421.6 (kg)
- Dòch lọc có pH = 6.5.
- Thể tích dung dòch HCl đậm đặc cần thêm vào để pH của hệ đạt 4.5
là không đáng kể so với lượng dòch lọc nên có thể xem gần đúng
khối lượng của hệ thu được sau khi cho dung dòch HCl vào là:

G
h
= G
dl
+ G
HCl

≈
421.6 (kg)
SVTH: Võ Thò Diệu Hiền Trang 24
Đồ án môn học
- Sau ly tâm, ta thu được khối rắn chứa 30% chất khô.
- Giả sử có khoảng 95% lượng chất khô trong dòch huyền phù bò kết
tủa.
 Lượng chất khô có trong khối rắn sau ly tâm là:
G
ckkt
= 95%G
ckhp
= 0.95 x 61.6 = 58.52 (kg)
- Lượng rắn thu được sau ly tâm là:
07.195
30
10052.58
30
100
=
×
=
×

=
ckkt
r
G
G
(kg)
- Lượng dòch thu được sau ly tâm là:
G
dlt1
= G
h
- G
r
= 421.6 - 195.07 = 226.53 (kg)
- Vậy khối rắn đem rửa tủa có khối lượng là 195.07kg.
- Lượng nước sử dụng là 5lít nước cho 1 kg kết tủa.
 Lượng nước rửa sử dụng là:
G
nr
= 5 x 195.07 = 975.35 (lít)
- Lượng hỗn hợp thu được sau khi rửa tủa:
G
hh
= G
r
+ G
nr
= 195.07 + 975.35 = 1170.42 (kg)
- Giả sử trong quá trình ly tâm, lượng tổn hao chất khô trong nước rửa
là không đáng kể và bã sau ly tâm chứa 30% chất khô.

 Sau ly tâm, lượng nguyên liệu thu được là 195.07kg.
- Sau khi sấy, sản phẩm có độ ẩm là 5%.
- Lượng sản phẩm thu được sau khi sấy:
6.61
5100
)70100(07.195
100
100(
)
=
−
−×
=
−
−×
=
sp
rr
s
W
WG
G
(kg)
Trong đó:
W
r
= 70%: hàm ẩm của khối rắn thu được sau ly tâm.
W
sp
= 5%: hàm ẩm của sản phẩm.

- Hao hụt trong quá trình bao gói sản phẩm là 0.5%.
- Lượng sản phẩm thu được là:
G
bg
= G
s
x (1 – 0.005) = 61.6 x (1 – 0.005)= 61.29 (kg)
- Cho tổn thất qua các khâu trong quá trình là 3%
- Lượng SPC thu được là:
G
SPC
= G
bg
x (1 – 0.03) = 61.29 x (1 – 0.03)
≈
60 (kg)
• Tính cho 200kg sản phẩm soy protein concentrate:
- Lượng khô đậu nành sử dụng là:
SVTH: Võ Thò Diệu Hiền Trang 25