大豆分离蛋白工艺样本

资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除。大豆分离蛋白工艺摘要:作为一种食品添加剂,大豆分离蛋白广泛应用于各种各样的食品体系中。大豆分离蛋白的成功应用在于它具有多种样的功能性质,功能性质是大豆分离蛋白最为重要的理化性质,如凝胶性、乳化性、起护色注、粘度等。本文主要大豆分蛋白的一种制取工艺。关键字:大豆分离蛋白、分离工艺、影响因素、设备前言大豆分离蛋白是重要的植物蛋白产品,除了营养价值外,它还具有许多重要的功能性质,这些功能性质对于大豆蛋白在食品中的应用具有重要的价值。大豆蛋白的功能性质可归为三类一是蛋白质的水合性质(取决于蛋白质-水相互作用),二是与蛋白质-蛋白质相互作用有关的性质,三是表面性质[1]。水合性质包括:水吸收及保留能力、湿润性、肿胀性、粘着性、分散性、溶解度和粘度。而蛋白分子间的相互作用在大豆蛋白发生沉淀作用、凝胶作用和形成各种其它结构(例如面筋)时才有实际的意义。表面性质主要是指乳化性能和起泡性能[2]。1.功能特性1.1乳化性乳化性是指将油和水混合在一起形成乳状液的性能。大豆分离蛋白是表面活性剂,它既能降低水和油的表面张力,又能降低水和空气的表面张力。易于形成稳定的乳状液。乳化的油滴被聚集在油滴表面的蛋白质所稳定,形成一种保护层。这个保护层能够防止油滴聚集和乳化状态的破坏,促使乳化性能稳定。在烤制食品、冷冻食品及汤类食品的制作中,加入大豆分离蛋白作乳化剂可使制品状态稳定。1.2水合性大豆分离蛋白沿着它的肽链骨架,含有很多极性基,因此具有吸水性、保水性和膨胀性。1.2.1吸水性一般是指蛋白质对水分的吸附能力,它与即水份活度、pH、深度、蛋白质的颗粒大小、颗粒结构、颗粒表面活性等都是密切相关的。随水份活度的增强,其吸水性发生快——慢——快的变化。1.2.2保水性除了对水的吸附作用外,大豆蛋白质在加工时还有保持水份的能力,其保水性与粘度、pH、电离强度和温度有关。盐类能增强蛋白质吸水性却削弱分离蛋白的保水性。最高水分保持能力在pH=7,温度35～55℃时,为14g水/g蛋白质。1.2.3膨胀性膨胀性即蛋白质的扩张作用,是指蛋白质吸收水分后会膨胀起来。它受温度、pH和盐类的影响显著,加热处理增加大豆蛋白的膨胀性,80℃时为最好,70～100℃之间膨胀基本接近[3]。1.3吸油性1.3.1促进脂肪吸收作用分离蛋白吸收脂肪的作用是另一种形式的乳化作用。分离蛋白加入肉制品中,能形成乳状液和凝胶基质,防止脂肪向表面移动,因而起着促进脂肪吸收或脂肪结合的作用,能够减少肉制品加工过程中脂肪和汁液的损失,有助于维持外形的稳定。吸油性随蛋白质含量增加而增加,随pH增大而减少。1.3.2控制脂肪吸收作用分离蛋白在不同的加工条件下也能够起到控制脂肪吸收的作用,如能防止在煎炸时过多的吸收油脂,这是因为蛋白质遇热变性,在油炸面食的表面形成油层。1.4胶凝性(又称凝胶性)是指蛋白质形成胶体状结构的性能。它使分离蛋白具有较高的粘度、可塑性和弹性,既可做水的载体,也可做风味剂、糖及其它配合物的载体,这对食品加工极为有利。大豆蛋白质的分散物质经加热、冷却、渗析和碱处理,可得到凝胶。其形成受固形物浓度、速度、温度和加热时间、制冷情况、有无盐类巯基化合物、亚硫酸盐或脂类的影响,蛋白含量愈高,愈易制成结实强韧性的、有弹性的硬质凝胶,而蛋白含量小于70%的,只能制成软质脆弱的凝胶[4]。1.5溶解性溶解性是指蛋白质在水溶液或食盐溶液中溶解的性能。其溶解的程度称为溶解度。平时所说的溶解性一般指水溶性。溶解性好的蛋白质其功能性必然好,具有良好的凝胶性、乳化性、发泡性和脂肪氧化酶活性,易于食品的加工利用,掺和到食品中就比较容易。大豆蛋白质的溶解性受原料的加热处理、溶出时加水量、pH、共存盐类等条件的影响很大。1.6发泡性发泡性是指大豆蛋白质在加工中体积的增加率,可起到酥松作用。泡沫是空气分散在液相或半固相而成,由许多空气小滴为一层液态表面活化的可溶性蛋白薄膜所包裹着的群体所组成,降低了空气和水的表面张力,气泡是由于弹性的液态膜或半固体膜分开防止气泡的合并。1.7粘性蛋白质的粘性是指液体流动时表现出来的内摩擦,又称流动性。它在调整食品的物性方面是重要的。蛋白质溶液的粘度受蛋白质的分子量、摩擦系数、温度、pH、离子强度、处理条件等因素的影响,这些因素可改变蛋白质分子的形态结构、缔结状态、水合度、膨润度及粘度。大豆分离蛋白经碱、酸或热处理后,其膨润度升高,而且粘度增加。大豆蛋白溶液的表观粘度随蛋白浓度增加而指数升高,并与试样的膨润度相关。1.8结团性是指大豆分离蛋白与一定数量的水混合时,能够制成生面团似的物质。这一性质可应用于面粉制品中如面包、糕点等的加工制作中,以提高制品的蛋白含量并改进其性能。1.9组织性是指大豆蛋白经加工处理后,其蛋白分子重新排列组合,具有方向组织结构,凝固后形成类似肉的纤维状蛋白的过程。1.10结膜性是指大豆蛋白与水形成面团后,经高压蒸煮,其表面形成一层薄膜。这层膜是水与含水剂的一个屏障,这是大豆蛋白适合肠类加工需要的一个特征。当肉切碎后,用分离蛋白与鸡蛋蛋白的混合物涂在其纤维表面,形成薄膜,易于干燥,能够防止气味散失,有利于再水化过程,并对再水化产品提供合理的结构。1.11调色性是指大豆分离蛋白对制品的漂白作用和增色作用。2.生产工艺2.1酸沉碱提法这是一种传统的分离提取方法。该法是利用大豆中大多数蛋白质在等电点(pH4~5)时沉淀的特性,与其它成分分离,沉淀的蛋白质经调节pH后溶解,因此称之为酸沉碱提法。其工艺流程见图1。酸沉碱提的缺陷是:耗酸、耗碱量大,废水处理费用高,产品收率低。该分离提取方法有待改进。但当前依然是工业化生产的基本方法[5]。2.2膜分离法根据大豆蛋白的分子量大小、形状及膜与大豆蛋白的适应性,选择膜材料和不同截留分子量的膜对大豆蛋白提取液超滤分离,超滤净化,使非截留组分排除,达到符合标准的分离大豆蛋白液,接着将净化后的大豆蛋白提取液超滤浓缩到所需的浓度后出料,喷雾干燥成粉状大豆分离蛋白[6]。2.3反胶束萃取分离法反胶束是表面活性剂在有机溶剂中形成的一种聚集体,其中表面活性剂的非极性尾在外,与有机溶剂接触,极性头在内,形成极性核,该核具有包含水溶液和溶解蛋白质的能力,因而能够用此含有反胶束的有机溶剂从水相中萃取蛋白质。影响反胶束萃取过程的主要因素有表面活性剂的种类及浓度、水相的pH值、离子强度、温度等。反胶束萃取技术的优点是:选择性高、操作方便、放大容易、萃取剂(反胶束)相可循环利用、分离和浓缩同步进行。其缺点是:蛋白质在现有反胶束体系中稳定性不高,导致萃取前后蛋白质的活性损失较大,因而制约其工业化应用[7]。2.4反相高效液相色谱法这是对大豆蛋白中7S和11S球蛋白进行快速分离的一种方法。在分离条件为40℃、流速1mL/min的条件下,9min可完成相应球蛋白的分离[8]。3.工艺技术方案本方案采用碱溶酸沉法制取分离蛋白。3.1大豆预处理工艺3.1.1工艺说明:作为食用级豆粕的生产工艺,首先要求除杂应干净,既要除去油料中有机杂质(如根、茎、叶)、无机杂质(如泥块、石子、金属粒等)外,还应除去油料中的瘪粒、病虫害、霉变颗粒,保证以低温粕达到食用级卫生标准。为保证以上的要求,工艺组合应合理,清理应按照油料和非油料的物理性质的差异,加以区分,将非油料的物质尽可能的除去为保证产品质量和产品得率,在前处理过程中还应除去部分豆皮,豆皮含胶质及色素物质较多,它的存在将造成产品(如豆油、分离蛋白)的色泽及非产品物质含量超标。有效的除去豆皮对工艺和产品质量都有积极作用。作为生产低温豆粕的大豆预处理工艺,更重要的一条还在于将大豆颗粒状制成片状的豆坯的同时,不能用高温加热,不能使大豆坯片中的水溶性蛋白变性,因此本工艺的设计及工艺参数的选取是极为重要的,本工艺在设计中充分考虑到水溶性蛋白的保存率问题,又能制得合理的大豆生坯坯片。3.1.2主要工艺性能指标:脱皮率:97%生坯厚度:0.3mm生坯含水:<9%生坯粉末度:通20目筛小于8%3.2浸出工艺当前纵观各种油脂制取手段,利用六号溶剂(主要成份为乙烷)浸出油脂是一种比较先进的制油工艺,已在国际上普遍采用。但相对于浸出之后粕和油的综合利用而言,当前的油脂浸出工艺,在提取油脂的同时,为了从粕中脱除回收溶剂,需要进行高温加热,不但消耗大量的蒸汽和冷凝用水,而且致使粕中珍贵的植物蛋白高度变性,自身的生物活性物质破坏,利用价值降低(仅能做饲料和肥料)。同时,毛油品质下降,蒸汽和水消耗较大。四号溶剂是由液化石油气提纯而成,其主要成份为丁烷和丙烷。利用4号溶剂浸出油脂是一种全新的油脂浸出技术。该工艺技术的最大优势是低温脱溶,为此所得粕中的植物蛋白几乎不变性。3.3工艺说明3.3.1工艺过程大豆→初清→计量→清理→烘干→二级比重去石→除铁→擦灰→除瘪粒→破碎→振动筛分→风选→软化→除铁→轧坯→干燥→生坯→至浸出经过前道工序处理后的植物油料料坯(0.25mm~0.3mm)经过输送设备输送到各个浸出罐,脱除其中的空气后,用混合油和新鲜4号溶剂逆流浸出料坯中的油脂,高浓度的混合油打入混合油罐,然后对粕进行脱溶处理,即将粕中的溶剂气体减压气化,从粕中分离,合格的粕由浸出器内排出,经输送设备送至粕库。气化了的溶剂气体由压缩机压缩,在经过冷凝器冷凝液化后回收到溶剂罐循环利用。利用溶剂的沸点低,将混合油蒸发,把溶济蒸发出来,已达到油和溶剂分离的目的。混合油罐中的混合油打入蒸发器(升膜式)。在此过程中不断受热,从混合油中气化出溶剂气体,也由压缩机压缩、在此过程中不断受热,从混合油中气化出溶剂气体,也由压缩机压缩,再经过冷凝器冷凝液化后回收到溶剂罐循环利用。工艺过程如下图:油料料坯→浸出罐→豆粕脱溶→压缩机冷凝液化低温粕成品混合油罐→蒸发系统→压缩机毛油溶剂罐(循环使用)3.4分离蛋白工艺分离蛋白又名等电点蛋白粉,它是脱皮脱脂的大豆进一步去除所含非蛋白质成分后,所得到的一种精制大豆蛋白产品。与浓缩蛋白相比,分离蛋白中不但去除了可溶性糖类,而且要求除去不溶性多聚糖,因而蛋白质含量高(不低于90%),但其得率必然也低些。3.4.1 生产原理低温脱脂豆粕中的蛋白质大部分能溶于稀碱溶液。将低温脱脂豆粕用稀碱液浸提后,用离心分离能够除去豆粕中的不溶性物质(主要是多糖和一些残留蛋白质),然后用酸把浸出液的PH值调至4.5左右时,蛋白质由于处于等电点状态而凝聚沉淀下来,经分离可行到蛋白沉淀物,再经洗涤、中和、干燥即得分离大豆蛋白。3.4.2 生产工艺将低温脱脂的豆粕粉(豆粉要求无霉变、含皮量低、含杂少、蛋白质含量在45%以上,蛋白质分散指数高于80%)加入抽提缸内进行溶解,加入重量15倍的水溶解,溶解温度一般控制在55~80度。溶解时间控制在120分钟以内,在抽提缸内加NaOH溶液,将抽提液的PH值调至7~9.5之间,抽提过程需不断搅拌,搅拌速度以30~35转/分为宜。在抽提缸中溶解后,将蛋白质溶解液送入离心分离机中,分离除去不溶性残渣。为增强离心分离机分离残渣的效果,可先将溶解液经过振动筛除去粗渣。经分离后的蛋白质溶解液流入酸化缸内,加入盐酸溶液,调节PH值为4.5,这时在等电点大量蛋白质沉析出来,加酸时,需要不断搅拌,同时要不断抽测PH值,当全部溶液都达到等电点时,应立即停止搅拌,静止20~30分钟,使蛋白质能形成较大颗粒而沉淀下来,沉淀速度越快越好,一般搅拌速度为30~40转/分,用离心机将酸沉下来的沉淀物离心脱水,弃去清液,固体部分流入水洗缸中,用水进行洗涤,水洗后的蛋白质溶液PH值在6左右,经洗涤的蛋白质浆状物送入离心机中除去多余的废液,固体部分流入分散罐内,加碱进行溶解,控制PH在6.5-7.0,将分离大豆蛋白浆液在90度加热10分钟或80度加热15分钟,这样不但能够起到杀菌作用,而且可明显提高产品的凝胶性。将蛋白液用高压泵打入喷雾干燥器中进行干燥,浓度一般控制在12~20%之间,因浓度过高,粘度过大,易阻塞喷嘴,喷雾塔工作不稳定;浓度过低,产品颗粒小,比容过大,不利应用和运输,另外,使喷雾时间加长,增加能量消耗。上述碱提酸沉工艺能够有效提纯蛋白质至90%以上,而且产品质量好,色泽也浅。该工艺简单易行,生产操作容易,是当前国内外非常成熟的分离蛋白生产工艺。豆粕的质量直接影响分离蛋白的质量及得率,只有高质量的豆粕才能获得高质量和高得率的分离蛋白,豆粉要求无霉变,含皮量低,含残溶低,蛋白质含量高(特别是低变性蛋白质),脂肪含量低,豆粕应进行粉碎,过40~60目筛。加水量越多,蛋白质的溶出率和浸提效率越高,但如果加水量过多,则需加大设备投资,且分离时间长,酸沉有困难,从经济角度考虑不适用,一般控制用水量12~20倍。抽提大豆蛋白质温度的提高,只能提高抽提速率,对大豆蛋白得率影响甚小,温度过高时,粘度增加、分离困难,且蛋白质易变性,影响产品的工艺性能,同时耗能太多,一般温度控制在55~80度。浸提时间主要影响蛋白质溶出率,在一定条件下,时间越长,其溶出率越高,一般溶解时间从氮溶解度来看最初30分钟分离比较平稳增加,最后45分钟达到平直稳定状态,因此综合各项指标,一般溶解时间从氮溶解度来看最初30分钟分离比较平稳增加,最后45分钟达到平直稳定状态,因此综合各项指标,一般浸提时间不超过120分钟。PH大于7时,未变性蛋白质的溶出率随PH增高而增加,但PH值不宜太高,据资料介绍,由于大豆蛋白质长时间在强碱条件下作用,会引起”胱赖反应”,使有用的氨基酸转变为有毒的化合物,产生质量较次且丧失食用价值的产品。因而PH值一般控制在7.0~9.5之间。3.5精炼工艺3.5.1工艺说明就生产的工艺而言,当前普遍采用的是瑞典阿尔发一拉伐公司的连续生产工艺亦有部分采用西德韦斯特一伐利亚来或意大利CIB公司的生产工艺,但上述几家公司的生产工艺基本上相同,只在某些细节上保持各自的技术特点。本工艺采用国际上先进的工艺技术,经过近几年的改进已经成熟,其具备以下优点:A、脱胶工艺采有蝶式离心机进行连续水化脱胶,连续脱溶干燥。B、脱色工段将采用当前最先进的管道连续脱色工艺(系消化吸收项目),该工艺使脱色剂与油脂的混合脱色时间基本保持一致,整个脱色过程在正压下工作,杜绝空气中氧气与热油的接触,一泵到位。C、连续脱溶干燥和脱臭工段采用德国FH公司的薄膜式填料式脱臭塔,该塔具有明显的物理精炼特点,可适应于酸价在10以下的无胶杂油脂的直接精炼为高级烹调油。3.5.2工艺优点A、精炼率高由于毛油的质量比较好,且采用连续精炼和填料式真空干燥,从毛油到二级油的精炼率可达98%;脱色工艺效率高,操作简单方便,油品的质量好(酸值回升少,过氧化值低),与罐式或塔式脱色相比,可节约白土达40%,相应脱色炼耗低;脱臭采用的物理精炼工艺分离出的产品直接为高烹油的脂肪酸,相应减少了炼耗,相对于中和法每一个酸价提高精炼率0.5%B、油品质量好连续精炼是在密封设备内完成,与空气接触的机会减少,油脂中的氧化物大为降低,且色泽也大为改进。C、节能由于采用填料式干燥器和填料式脱臭塔,仅此两部分则可节约蒸汽40%。D、工艺简练3.5.3工艺指标:精炼损耗:脱胶损耗=含胶量%×1.4脱酸损耗=脂肪酸含量%×1.3脱色损耗=白土量%×0.4脱臭损耗=油量×0.15%大豆蛋白废水的特点是有机物浓度高,可生化性较好,故采用厌氧——好氧生物处理为主的工艺方案。工艺原理流程框图详见图1。来自生产车间的废水经管道或渠道收集至污水处理站,首先经自动格栅拦截大颗粒杂质及悬浮物,然后流入调节池均衡废水的水质和水量,保证生化处理的稳定性。调节池内设大孔鼓风管进行曝气搅拌,防止悬浮物沉积。调节池出水由污水泵提升至厌氧反应池,池内设组合式生物填料,其上生长厌氧微生物。污水在池中折流式行进,在中温(30~35度)条件下经过厌氧发酵作用去除大部分有机物,去除负荷可达10kgCOD/(m3/d)以上,去除率可达90%以上。厌氧反应池顶部设有三相分离器,实现污水、沼气与污泥的分离。沼气由管道收集,可引至锅炉房燃烧。厌氧反应出水自流入竖流式沉淀池,进一步进行泥水分离,污水中携带的厌氧污泥经沉降后可由污泥泵抽回厌氧反应池或去污泥浓缩池处理。竖流式沉淀池上清液流入接触氧化池,池中设有组合式填料,其上生长好氧微生物,鼓风机经过池底曝气装置提供好氧菌生长所需的氧气。污水在接触氧化池中去除剩