大豆蛋白浓缩加工工艺

1、醇法大豆浓缩蛋白是在低温脱脂大豆粕(白豆片)基础上,使用含水食用酒精脱除可溶性碳水化合物,获得的蛋白干基含量在65%以上的商业化产品。在此基础上,如果再将所得到的醇法大豆浓缩蛋白通过均质、热处理等手段加以物理改性,就可以获得醇法功能性大豆浓缩蛋白的商品化污染小,价位低,功能性强,豆腥味低等诸多优点。本文结合实际工作经验以及以色列Hayes公司的技术说明,对醇法功能性大豆浓缩蛋白的加工工艺、操作要点、主要设备、产品性能做一简要介绍。1 醇法大豆浓缩蛋白制备工艺1.1 工艺流程1.1.1 浸出系统白豆片筛选环型浸出器浸出 挤压预脱溶碎末酒精浸出液混合溶剂系统湿粕脱溶干燥、磨粉大豆浓缩蛋白粉溶剂气体

2、回收系统1.1.2 混合溶剂系统酒精浸出液薄膜蒸发 糖蜜提取大豆异黄酮甙 喷雾干燥饲料级糖蜜粉1.1.3 溶剂气体回收系统环型浸出器平衡罐冷水冷凝器 冷冻液冷凝器 低压风机薄膜蒸发器 冷水冷凝器 冷冻盐水冷凝器 真空泵湿粕脱溶罐 节能器 水冷凝器 冷冻盐水冷凝器 真空泵1.2 工艺说明该工艺流程与溶剂法提取植物油十分相似。但酒精与水的共沸点(常压下共沸点为78.15)高于正己烷(69),酒精的蒸发潜热是正己烷传热系数,通常所需的加热面积更小,而冷却面积会更大一些。同时,由于豆粕在含水酒精溶液中会吸水溶胀并且浸出速率相对较低,因此对于同样的浸出能力,用醇洗豆粕方法制备浓缩蛋白所需的浸出器体积要比

3、传统油脂工业用的正己烷萃取豆坯的浸出器大很多倍,造成设备投资相对较大。在溶剂消耗方面,先进的酒精浸出系统可以使溶剂消耗在30kg/t物料以下,结合较紧密是造成消耗偏高的主要原因。1.3 主要设备1.3.1 浸出器 由于使用含水酒精浸出,浸出器最好采用不锈钢制造,碳钢设备内部加涂层也可以有效防锈。采用Hayes专有技术可以在美国皇冠钢铁公司生产的环形拖链式浸出器技术上稍作改动就可以达到较好的浸出效果。1.3.2 预脱溶挤压机预脱溶挤压机可以采用Hayes专有技术生产的双螺杆挤压机,通过压榨可将湿粕含溶量由60%70%降低到45%50% 段负荷,缩短脱溶时间,减少溶剂损耗和热变性。1.3.3 湿粕

4、脱溶罐此设备为关键设备,关系到后续蛋白产品的品质和溶剂回收效率。Hayes专有技术生产的脱溶罐系立式多层结构,罐上部设计成特殊结构,含溶湿粕进入脱溶罐后在罐下半部分上升溶剂蒸汽和夹套加热共同作用下快速脱除湿粕表面的自由溶剂;罐下部还要通入少量过热水蒸汽,以便脱除残留在豆粕微孔和毛细管中的酒精溶剂,保证豆粕成品的溶剂残留达到规定要求的同时又不至于过度受热变性。脱溶操作在负压下进行,可以降低酒精溶剂的沸点,避免豆粕热变性。1.3.4 薄膜蒸发器糖蜜浓度较高因而比较黏稠,对设备性能要求较高。1.4 操作要点1.4.1 选料低温脱脂豆粕的质量直接影响浓缩大豆蛋白成品的蛋白含量及功能应选取无霉变,含皮量

5、低,杂质少,蛋白质含量高(干基含量50%),氮溶溶剂渗滤性不好,堵塞浸出器筛板。残油不能太高,否则影响酒精溶剂的渗透性。1.4.2 浸出根据成品蛋白含量及最终混合溶剂的浓度,调节料溶比在1(58),浸出温度保持在55左右,浸出时间24h。1.4.3 湿粕脱溶根据出口干粕的脱溶情况和热变性情况调整真空度、干燥温度及罐内的停留时间。1.4.4 薄膜蒸发含水酒精浸出液的成分十分复杂3在进入薄膜蒸发器前必须将大,量的粕末及浓缩析出物过滤干净。1.5 产品质量浓缩蛋白产品要求风味清淡,色泽黄白,重金属含量符合国家相关标准,其主要指标如表1所示。表 1 大豆浓缩蛋白成品主要质量指标68%72%16%20%

6、菌落总数沙门氏菌大肠杆菌粗脂肪粗纤维灰分0.5%1%酵母及霉菌 100/g2 醇法大豆浓缩蛋白功能改性工艺2.1 工艺流程大豆浓缩蛋白粉与碱液均匀混合高压均质盘管瞬时加热改性并灭菌真空冷却喷雾干燥不同批次产品混合喷涂磷脂过筛包装2.2 工艺说明该工艺流程与大豆分离蛋白的部分生产工艺相似,在实际生产中改性浓缩蛋白和大豆分离蛋白确实可以共线生产。浓缩蛋白的功能改性(或称“复性”)并非真正意义上的恢复蛋白分子的天然状态,而是通过高压均 ,使醇变性蛋白的次级键断开; 再经过60,与分离蛋白(PDI80)相比有不小的差距; 但通过采用在蛋白粉产品表面上喷涂磷脂的方法,可以有效改善产品的润湿性及分散性,在

7、一定程度上克服这一缺陷,并且能起到抑制粉尘,方便使用的目的。2.3 主要设备2.3.1 混合器该设备保证蛋白粉在稀碱液中按比例均匀混合,有利于后续的均质、热处理及喷雾干燥。2.3.2 高压均质机 要求均质压力不低于300MPa,设备稳定可靠。2.3.3 瞬时加热盘管该设备直接影响最终产品的性能,是决定改性项目成败的最关键因素,加热时间控制在1min内,应配备自控装置。2.3.4 喷雾干燥采用压力式喷雾干燥器生产能力大,塔顶及塔壁不易粘附,但是喷嘴容易堵塞及磨损。2.4 操作要点2.4.1 混合定期检查蛋白溶液的pH及分散情况,调整固液比和加碱量。2.4.2 均质 定期检查均质机的压力及有无漏液

8、情况。2.4.3 喷雾运行中监控高压泵压力,保证雾化效果,定期检查喷嘴有无堵塞,清扫塔体。2.4.4 CIP定期用碱液及洗涤剂对所有管线进行CIP清洗,以保证微生物指标不超标。2.5 产品质量2.5.1 功能性检测由于大豆蛋白功能性检测方法在行业内尚未形成统一标准,因此各个公司的功能检测结果一般只用于内部控制,不对外公开,用户可以根据实际用途判断其功能性好坏。在这里推荐一种国外大豆蛋白行业普遍采用的简易功能性检测方法5。该方法可以综合衡量蛋白产品的持水、持油、乳化、凝胶强度以及 1份测试蛋白粉,57份的精炼油(如玉米油)以及57份的水,将全部的精炼油和一半的水以最高转速在真空混合器中混合5mi

9、n,而后加入测试蛋白粉以及另一半水,持续混合10min,将所得的蛋白乳化胶迅速加热到90,取出后置05冰箱中冷藏过夜,出,即可判定该蛋白粉具有高功能性(蛋白/水/油为155) 或非常高的功能性(蛋白/水/油为177) 。2.5.2 其他质量指标功能性浓缩蛋白产品同样要求风味清淡,色泽黄白,重金属含量符合国家相关标准,表1理化及微生物指标同样适用,添加磷脂的产品油脂含量可能要比表1所列的指标略微偏高 。3 生产工艺改进5以上生产工艺基础上适当调整工艺路线或参数,可以进一步提高产品的溶解性、溶液黏度、可分散性、乳化性、吸水性以及持水、持油性等功一步脱除非蛋白可溶物以进一步提高蛋白质含量;高温蒸汽处

10、理;增加喷一步加工成为特殊“功能”的浓缩蛋白产品(如完全可溶或超高黏度等产品。)4 结束语醇法能性大豆浓缩蛋白及改性工艺从20世纪60年代投入商业化运行以来,经过多年的工艺改进,目前已经相当成熟。但该工艺设备复杂,投资大，使用易燃易爆的乙醇溶剂,工艺及产品质量不易控制。在目前国内大豆分离蛋白产品产能严重过剩的情况下,如何掌握此项技术并且利用国内大量闲置的油脂浸出设备及大豆分离蛋白生产设备转为大豆浓缩蛋白的生产,是大豆加工行业迫切需要解决的课题。醇法制备大豆浓缩蛋白工艺大豆蛋白作为一种天然的食品添加剂 目前仅有秦皇岛于培育阶段。2006年,全球大豆浓缩蛋白产量约43万t,在欧洲,大豆浓缩蛋白年销

11、售量达1215万t,其中大约70%的大豆浓缩蛋白作为食品加工原料添加到各种食品中,其余的作为幼畜代乳品和宠物饲料,另有少量用于其他领域。我国大豆浓缩蛋白2006年需求量为6万t,产出约2万t,产品供不应求,大豆浓缩蛋白缺口很大,市场前景广阔。1 工艺简介醇法大豆浓缩蛋白生产工艺主要分为低温粕筛分、低温粕浸出、湿粕干燥、产品粉碎、糖浆蒸发、乙醇冷凝、乙醇精馏、乙醇除臭等8个得率高、生产成本低、无“三废”排放。1.1 低温粕筛分低温豆粕经过计量后送至分级筛,分离出细粉,然后送至浸出车间。1.2 低温粕浸出逆向运动,豆粕出浸出器前用一定比例的95%的新鲜乙醇水溶液进行喷淋 ,然后用料溶比为1(35)

12、的粕中醇溶性成分和水溶性糖浆溶于液体中,液体向豆粕进料方向流动;通过浓度梯度不断增大的液体的浸泡和喷淋,尽可能多的溶解出可溶性糖类 ,形成稀糖浆流出浸出器,进入安全罐储存。1.3 湿粕干燥浸出后的湿粕通过埋刮板进入挤压机,通过挤压作用分离出部分液体。挤压后的湿粕进入真空脱醇器,物料在脱醇器内不断地被翻动,均匀受热,在微负压状态下脱除粕中的乙醇,并调整水分至合适范围即为成品粕。从真空脱醇器抽出来的气体,经过捕集器捕集粕末,再去冷凝器冷凝,不凝气体去尾气回收系统。1.4 成品粉碎成品粕输送至粕库内,用超微粉碎机粉碎成100目细粉,风运至打包间计量打包;粉碎系统采用布袋除尘器捕集粉尘,确保环境清洁。

13、1.5 稀糖浆蒸发浸出和挤压出的稀糖浆经过过滤,除去粉末,然后经过3个蒸发器进行蒸发,使稀糖浆浓缩至65%,回收乙醇;蒸发在0.060.08MPa真空下进行,蒸发温度90。蒸发的乙醇和水蒸汽经分离器进入冷凝器。蒸发出来的糖蜜可以提取低聚糖和异黄酮等有效成分,或者进行发酵处理生产乙醇,补充车间消耗。1.6 蒸汽冷凝来自蒸发器的蒸汽进入冷凝器,大部分乙醇和水被冷凝,少部分尾气经真空泵抽入平衡塔,再进入尾气回收系统。冷凝器内通入循环冷水 ,进水温度28,出水温度35。从冷凝器出来的水进入凉水塔进行冷却 ,再泵入车间循环使用;冷凝后的液体进入暂存罐,然后依据不同用途用泵打出循环使用。1.7 乙醇精馏冷

14、凝后的低浓度乙醇打入精馏系统,首先通过乙醇加热器,加热到78,然后进入精馏塔,回流比为31,乙醇蒸汽出塔温度78,此温度下乙醇和水共沸蒸馏,乙醇浓度95.57%。出来的蒸汽进入冷凝器冷凝,冷凝后的乙醇进入暂存罐,然后打入浸出器循环使用;精馏过程中在精馏塔1/3的位置定期放出一定液体,把由于长期循环进入产生的臭味物质除掉。1.8 尾气回收冷凝器出来的不凝气体进入最后冷凝器,冷凝器使用低温盐水冷却 ,把尾气中的乙醇全部冷凝下来,不凝气体用风机排出室外。1.9 自动控制在大豆浓缩蛋白生产过程中,需要控制的参数较多,各种因素相 ,则会影响产品质量,增加各项消耗。为了稳定产品质量,降低消耗,本工艺采用全

15、电脑自控,所有操作均可在电脑上完成,各种参数自动调节,产品质量稳定,降低了各项消耗。2 项目投资所有设备均为国产设备,因此投资较少。一套生产10 000 t / a的大豆浓缩蛋白生产线,设备和土建总造价不超过2 000万元,总装机容量为600800 kW,车间大小为: 26 m 19 m13 m。3 大豆浓缩蛋白与大豆分离蛋白主要消耗指标比较 1)4 大豆浓缩蛋白与大豆分离蛋白主要指标比较(见表2)表 1 大豆浓缩蛋白与大豆分离蛋白消耗指标比较乙醇消耗/ ( kg/ t)18蒸汽消耗电 耗水耗烧碱和酸样品/(t/t) /(kWh/t) / ( t/t)/ ( kg/ t)大豆浓缩蛋白大豆分离蛋

16、白33200.519201100300表 2 大豆浓缩蛋白与大豆分离蛋白主要指标比较得率 粗蛋白 水分残油/%粒度PD I/%灰分/%样品致病菌(100目 )/%/%/%大豆浓缩蛋白 70 6875大豆分离蛋白 40 8590660 . 6 980 . 6 9010 4 . 5 未检出90 4 . 5 未检出5 结束语通过以上论述和比较,该工艺具有投资少、见效快、得率高、节约能源、离蛋白的功用,同时可以生产饲料级大豆浓缩蛋白,满足饲料行业对高端原料的需求。该工艺及设备在山东三维集团和山东万得福集团的实际应用中取得了良好的经济效益和社会效益,推荐各厂家优先选用。年产5000 t功能性大豆浓缩蛋白

17、投资分析大豆是我国种植最早的农作物之一,是我国人民重要的食物蛋白来源。目前, 全球大豆产量在2亿t左右, 我国大豆产量约1700万t, 位居第四。大豆含有丰富的蛋白、油脂和低聚糖,广泛应用于生产食用油、豆制20%以上的速度发展,大豆分离蛋白和大豆浓缩蛋白在市场上供不应求。大豆浓缩蛋白产品是一种较高纯度的优良大豆蛋白产品,它是以低温豆粕为原料,并通过酒精溶液沥洗法脱去其中的可溶性糖分而得到的一种产品。浓缩蛋白含有丰富的蛋白质和膳食纤维,具有很高的营养价值和附加值,能给消费者提供高质量营养成分和给厂家带来可观效益。大豆低聚糖是大豆浓缩蛋白生产中的附产物,以前都被当废水排放了,不被人体直接消化、吸收

18、。但是,大豆低聚糖可被体内肠道中有益细菌所利用,可促进双歧杆菌繁殖,具有防治便秘,提高人体免疫力,分解致癌物我国大豆浓缩蛋白发展较慢,年产量在5000t以下,并且多为功能性较差的中低端产品,与之相比,分离蛋白在我国则相对发展较快,年产量在6是以分离蛋白代替浓缩蛋白使用,或高价从美国和欧洲进口大豆功能性浓缩蛋白,长此以往,不但大大提高了生产成本,而且在激烈竞争的市场中处于劣势。所以,大力发展我国大豆浓缩蛋白产业非常迫切。导致我国大豆浓缩蛋白发展缓慢的关键原因是大豆浓缩蛋白生产的功能化技术,长期以来该项技术被美国ADM等公司垄断。国内大豆蛋白行业的研究机构和生产企业也研制出了大豆功能性浓缩蛋白生产

19、技术,并申请了专利,目前正在产业化阶段。水分8%;蛋白质(NX6.25,干基)70;脂肪1%; 粗纤维5%;灰分6% ;菌落总数30000个/g ;大肠菌群120个/100g) 菌:无; 酵母菌和霉菌300g/个 。图 1 大豆浓缩蛋白生产工艺流程2 大豆浓缩蛋白市场前景在国外,大豆浓缩蛋白产品主要应用于肉制品、饲料行业、面制品等行业,作为肉食加工业中肉的替代品和填充剂以及喂养幼小动物的代乳品(特别是牛犊和乳猪),需求量在30万t/a以上。在我国,由于浓缩蛋白产量很少,肉制品中主要以分离蛋白代替浓缩蛋白,如果有一半公司采用浓缩蛋白,则需求量可达30000t/a以上。饲料行业浓缩蛋白的应用潜力更

20、大,再加上在乳制品、面制品和保健品等行业, 我国大豆浓缩蛋白的需求量保守估计也在50000t/a上。目前,全世界约有低聚糖产品10余种。随着对低聚糖产品的开发,人们对其功能性也有了越来越多的认识。除乳酮糖外,1991年低聚糖的产量约3.5万t, 2000年则超过10万t。我国功能性低聚糖的工业化生产始于1996年,经过多年的发展,目前已具有一定规模,产品大部分作为食品配料使用,少量用于饲料,市场潜力巨大。同其它低聚糖相比,大豆低聚糖的纯天然性使其在竞争中更具优势。3 生产规模及投资估算3.1 建设规模(1) 生产能力:建设年处理11000t大豆综合处理项目,每年可得大豆功能性浓缩蛋白5000t,大豆低聚糖1000t,大豆油1700t。(2) 占地面积:6000m,厂房20003000m;223.2 主要设备及投资估算(1) 主要设备投资共计:3500万元。见表1 12345套套套1116套套套套套套套套套2422214789 套 套1套1套套套套12（2）成本估算：见表2. (3) 总投资概算总投资概算为6280万元,其中设备费:3500万元;运输费:35万元;安装、调试费:30万元;设计费:35万元;土地费、厂房建设和公用设施1000万元;流动资金1000万元;技术转让费:380万元;其他不可预见费用300万元。4 经济效益评估4.1 毛利估算(1)