大豆分离蛋白生产工艺探讨_肇立春
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油脂工程
粮油加工与食品机械 MACHINERY FOR CEREALS OIL AND FOOD PROCESSING
大豆分离蛋白生产工艺探讨
肇立春 ( 沈阳师范大学职业技术学院)
摘 要 通过wenku.baidu.com大豆分离蛋白的生产工艺进行试验研究 , 从工艺过程 、 参数控制 、 工艺操作 、 原
料质量等多方面论述了生产高质量分离蛋白的关键 。 介绍了大豆分离 蛋白的最佳生产工 艺条件和生产 过程中应注意的问题 。 关键词 大豆分离蛋白 ; 生产工艺 ; 质量控制 文献标识码 : A 文章编号: 1009- 1807 ( 2006) 01- 0051- 02 中图分类号 : TS201 2
蛋白质是人类生命活动最基本的物质之一, 人们饮食 中蛋白质的来源主要是动物蛋白和植物蛋白。据调查, 目 前我国人民平均每天蛋白质摄取量比标准低 10% ~ 15% , 即平均每天缺少蛋白质 10g 左右。特别值得注意的是, 目 前食用蛋白质的营养价值偏低, 因此, 开发食用植物蛋白 资源, 提高人民蛋白质摄取的数量和质量, 是一项十分紧 迫的任务。 大豆分离蛋白是植物蛋白中的佼佼者, 尤其我国东北 地区, 大豆资源丰富 , 大豆蛋白营养价值很高, 做好大豆 分离蛋白的开发、生产工作有着深远的意义。但是 , 大豆 分离蛋白的高分子结构及生化特性极其复杂, 对环境因素 的影响极为敏感, 生产过程中的任何差异都可以导致蛋白 质的结构变化, 从而改变其功能性、营养性、生物化学特 性等。因此, 生产出高质量的大豆分离蛋白是一项复杂的 系统工程, 需从工艺中的各个生产点加以控制。下面就东 北地区几个大豆分离蛋白生产企业的生产实际及我们对大 豆分离蛋白生产工艺的试验研究结果, 谈谈大豆分离蛋白 的生产工艺问题。
2 试验材料
低变性大豆粕、氢氧化钠、盐酸、磷酸、双氧水、消 泡剂、亚硫酸钠等。其中 , 酸、碱为食品级 , 消泡剂经过 毒理试验。
3 工艺控制
3 1 原料 加工分离蛋白的主要原料是豆粕, 豆粕质量的好坏将 直接影响到分离蛋白的的产率与质量。首先, 原料大豆应 是经过清选、全面除杂、去皮, 采用溶剂脱脂 , 经过低温 闪蒸脱溶的低变性大豆粕。这样的豆粕含杂少 , 变性程度 低, 蛋白质营养与结构基本上不被破坏, 蛋白质含量在 45% 左右, 其中水溶性蛋白含量在 80% 左右。目前闪蒸脱 溶设备较先进的是日本、美国、西德引进的成套低温闪蒸 脱溶设备。而国内多数油脂生产企业均采用高温脱溶器 ( DT 蒸脱机、DTDC 蒸脱机等 ) , 脱溶后的豆粕蛋白变性程 度高, 营养价值大大降低 , 这样的豆粕不能做蛋白质生产 的原料。因此, 要发展蛋白质的生产, 必须解决低变性豆 粕的原料供应问题。学习国外的技术, 研究闪蒸脱溶的设 备与工艺 , 这是摆在我们油脂工作者面前的一个课题。 此外, 分离蛋白的产率还取决于原料大豆中蛋白质的 含量。近年来我国农科部门已经开发培育出不少高蛋白的 大豆品种 : 中豆 8 号, 绥农 9 号 , 黑农 35, 东农 42 等 , 这 些大豆中的蛋白质含量均可达到 45% 以上。 3 2 碱萃取 碱萃取是利用蛋白质溶解于碱性溶液的性质而用碱溶
1 工艺流程
原料 ( 低温脱溶豆粕) 清液 酸沉淀 干燥 成品 先进的工艺即是从碱萃取到喷雾干燥整个过程中对工 艺参数与生产操作过程的科学控制。 | 离心分离 碱萃取 离心分离 萃取液 | 豆渣 水洗 中和 改质
蛋白凝聚物
粮油加工与食品机械 2006 年第 1 期
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粮油加工与食品机械 MACHINERY FOR CEREALS OIL AND FOOD PROCESSING 液将蛋白质从豆粕中萃取出来的过程。这是整个工艺中的 关键工序, 如果萃取不好 , 造成蛋白质流失, 产率就不会 高。这一工段的关键是萃取温度、碱液 pH 值与水量 3 项工 艺参数的控制。 适宜的温度为 30~ 55 , 适宜的 pH 值为 7 0~ 8 5。若 采用二次萃取, 则一次萃取的 pH 值为 8 0~ 8 5, 二次 pH 值为 7 2~ 7 4。 pH 值如果超过这个范围 , 对蛋白质的风 味、营养价值与功能性质均会产生影响。同时会使蛋白质 中的聚集体发生解聚, 甚至导致肽键的断裂。使蛋白质分 子中分子量大的组分含量减少, 这也是国产大豆分离蛋白 分子量较国外产品低的原因。pH 值最低不可低于 6 8, 否 则得率太低; 温度一般在 30~ 55 , 由于这个温度很适合 某些细菌、微生物的繁殖, 因此应十分注意生产环境的卫 生条件, 并在生产的初期添加一些杀菌、抗菌剂, 这些添 加剂在后续凝乳处理过程中可以被除去, 不会影响产品的 质量; 水量的控制与原料的含水及原料的粒度有关 , 当原 料含水在 10% ~ 12% 时 , 水与料的比例为8 1~ 16 1 之间。 料在润湿前应该进行脱气处理, 以便于原料与水充分混合, 缩短萃取的时间。 3 3 分离 分离是提高产品得率与质量的关键工序, 此工序中设 备的选择是关键。在整个生产工艺中, 涉及分离的工序有 3 个: 豆渣与萃取液的分离, 蛋白凝聚物与清液的分离, 蛋白凝乳与洗液之间的分离。设备的选择应针对分离物质 的特点进行。通常有卧螺式与叠片式两种。卧螺式因能自 动根据物料浓度的不同调节速度, 适用于豆渣与萃取液及 蛋白凝乳与洗液的分离; 叠片式适用于初级凝聚物的分离。 3 4 酸沉淀 酸沉淀是用酸调节萃取液的 pH 值, 使蛋白质凝聚沉 淀的过程。通常可采用盐酸或磷酸来调节 pH 值至蛋白质 的等电点 ( pH= 4 2~ 4 6) , 这时蛋白质方可凝聚。 实际生产中, 当用盐酸调节 pH 值时, 如果控制不好, 超越等电点的 pH 值, 则会导致蛋白质的再溶解 , 从而使 产品得率降低; 此外, 酸沉时常使对酸敏感的蛋白质形成 一种不溶性蛋白质复合物, 降低等电点附近蛋白质的稳定 性; 且由于加酸过程中造成的局部酸浓度过大, 会导致蛋 白质的变性。针对上述问题, 生产中应采用连续酸沉和程 序自动控制 , 效果会好得多。 3 5 水洗 酸沉液经分离机分离后, 凝乳固体物质量份数一般在 12% ~ 13% , 凝乳中残留着大量的氢离子、盐类和部分可 溶性的糖类等非蛋白类物质, 须经水洗除去。水洗采用 48
作者简介 : 肇立春 ( 1966- ) , 女 , 辽宁丹东人 , 沈阳师范大学职业技 术学院副教授 , 从事植物油料综合利用产品的研究与教学工作 。 通讯地址 : ( 110036) 沈阳市皇姑区
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粮油加工与食品机械 2006 年第 1 期
收稿日期 : 2005- 08- 08 1
油脂工程
~ 52 的温水冲洗后分离, 水料比为 ( 1 5~ 2) 1。 分离蛋白生产中酸沉水洗的方法使蛋白质发生流失 , 对蛋白质得率影响很大。近几年发展起来的膜分离技术 , 即超过滤技术 (UF 技术) 可以大大改善得率问题。即先用 酸浸法除掉乳清, 再将经 2 次碱提后的蛋白提取液做超滤 处理, 回收溶解于碱液的大豆蛋白, 最后调浆、中和、喷 雾干燥即得分离蛋白成品。超滤效果主要取决于超滤膜的 材质及其形式和超滤方法。这样不仅提高了蛋白质产品的 得率, 减少废水排放, 节约能源, 还能有效地改善产品质 量, 使产品风味好, 色泽浅, 溶解度高。 3 6 喷雾干燥 干燥前, 凝乳必须经过中和、液化、改质, 然后再根 据产品的用途适当地向料液中添加些有效成分 , 以突出某 些功能特性 : 溶解性、胶凝性、乳化性等。喷雾干燥前的 料液处理与成分调整是获得高功能性大豆蛋白的关键步骤。 干燥前料液固形物含量应调整至 12% ~ 20% , 料液还需加 热、杀菌处理, 加热至 104~ 140 , 时间 10~ 15s, 再送至 真空闪蒸室除去豆腥味, 降温到 50~ 55 后由高压泵进行 均质处理。喷雾干燥时的进风温度 205~ 218 , 出风温度 80~ 92 。干燥器送出的蛋白要继续冷却, 且冷空气需去 湿处理, 以免蛋白质变性。
4 结束语
目前, 大豆分离蛋白已在全世界 50 多个国家被广泛应 用于肉制品、奶制品、烘烤食品、儿童食品、保健食品、 调味食品、冷饮食品、快餐食品、特需食品等。据统计 , 我国大豆分离蛋白的年需要量约 20 000t, 而年产量为 3 000 ~ 4 000t, 市场满足率仅为 15% ~ 20% , 因此 , 必须大力发 展大豆蛋白生产工业。
参考文献
金涛 , 朱秀 清 , 王喜 泉. 大豆分 离蛋 白生 产中 几个问 题的 探讨 J . 大豆通报 , 1996, ( 3) : 24~ 25 2 陈莹 , 刘燕 . 大豆 分离 蛋白的 制取 工艺 与应 用 1996, ( 6) : 32~ 33 3 王尔惠 . 大豆分离蛋白生产新技术 社 , 1999 4 谢良 , 王玮 , 菜宝玉 . 大豆分离蛋白的组成与功能特性 粮油学报 , 2000, ( 12) : 6~ 10 J . 中国 M . 北京 : 中国 轻工业出版 J . 加 工技艺 ,
粮油加工与食品机械 MACHINERY FOR CEREALS OIL AND FOOD PROCESSING
大豆分离蛋白生产工艺探讨
肇立春 ( 沈阳师范大学职业技术学院)
摘 要 通过wenku.baidu.com大豆分离蛋白的生产工艺进行试验研究 , 从工艺过程 、 参数控制 、 工艺操作 、 原
料质量等多方面论述了生产高质量分离蛋白的关键 。 介绍了大豆分离 蛋白的最佳生产工 艺条件和生产 过程中应注意的问题 。 关键词 大豆分离蛋白 ; 生产工艺 ; 质量控制 文献标识码 : A 文章编号: 1009- 1807 ( 2006) 01- 0051- 02 中图分类号 : TS201 2
蛋白质是人类生命活动最基本的物质之一, 人们饮食 中蛋白质的来源主要是动物蛋白和植物蛋白。据调查, 目 前我国人民平均每天蛋白质摄取量比标准低 10% ~ 15% , 即平均每天缺少蛋白质 10g 左右。特别值得注意的是, 目 前食用蛋白质的营养价值偏低, 因此, 开发食用植物蛋白 资源, 提高人民蛋白质摄取的数量和质量, 是一项十分紧 迫的任务。 大豆分离蛋白是植物蛋白中的佼佼者, 尤其我国东北 地区, 大豆资源丰富 , 大豆蛋白营养价值很高, 做好大豆 分离蛋白的开发、生产工作有着深远的意义。但是 , 大豆 分离蛋白的高分子结构及生化特性极其复杂, 对环境因素 的影响极为敏感, 生产过程中的任何差异都可以导致蛋白 质的结构变化, 从而改变其功能性、营养性、生物化学特 性等。因此, 生产出高质量的大豆分离蛋白是一项复杂的 系统工程, 需从工艺中的各个生产点加以控制。下面就东 北地区几个大豆分离蛋白生产企业的生产实际及我们对大 豆分离蛋白生产工艺的试验研究结果, 谈谈大豆分离蛋白 的生产工艺问题。
2 试验材料
低变性大豆粕、氢氧化钠、盐酸、磷酸、双氧水、消 泡剂、亚硫酸钠等。其中 , 酸、碱为食品级 , 消泡剂经过 毒理试验。
3 工艺控制
3 1 原料 加工分离蛋白的主要原料是豆粕, 豆粕质量的好坏将 直接影响到分离蛋白的的产率与质量。首先, 原料大豆应 是经过清选、全面除杂、去皮, 采用溶剂脱脂 , 经过低温 闪蒸脱溶的低变性大豆粕。这样的豆粕含杂少 , 变性程度 低, 蛋白质营养与结构基本上不被破坏, 蛋白质含量在 45% 左右, 其中水溶性蛋白含量在 80% 左右。目前闪蒸脱 溶设备较先进的是日本、美国、西德引进的成套低温闪蒸 脱溶设备。而国内多数油脂生产企业均采用高温脱溶器 ( DT 蒸脱机、DTDC 蒸脱机等 ) , 脱溶后的豆粕蛋白变性程 度高, 营养价值大大降低 , 这样的豆粕不能做蛋白质生产 的原料。因此, 要发展蛋白质的生产, 必须解决低变性豆 粕的原料供应问题。学习国外的技术, 研究闪蒸脱溶的设 备与工艺 , 这是摆在我们油脂工作者面前的一个课题。 此外, 分离蛋白的产率还取决于原料大豆中蛋白质的 含量。近年来我国农科部门已经开发培育出不少高蛋白的 大豆品种 : 中豆 8 号, 绥农 9 号 , 黑农 35, 东农 42 等 , 这 些大豆中的蛋白质含量均可达到 45% 以上。 3 2 碱萃取 碱萃取是利用蛋白质溶解于碱性溶液的性质而用碱溶
1 工艺流程
原料 ( 低温脱溶豆粕) 清液 酸沉淀 干燥 成品 先进的工艺即是从碱萃取到喷雾干燥整个过程中对工 艺参数与生产操作过程的科学控制。 | 离心分离 碱萃取 离心分离 萃取液 | 豆渣 水洗 中和 改质
蛋白凝聚物
粮油加工与食品机械 2006 年第 1 期
51
粮油加工与食品机械 MACHINERY FOR CEREALS OIL AND FOOD PROCESSING 液将蛋白质从豆粕中萃取出来的过程。这是整个工艺中的 关键工序, 如果萃取不好 , 造成蛋白质流失, 产率就不会 高。这一工段的关键是萃取温度、碱液 pH 值与水量 3 项工 艺参数的控制。 适宜的温度为 30~ 55 , 适宜的 pH 值为 7 0~ 8 5。若 采用二次萃取, 则一次萃取的 pH 值为 8 0~ 8 5, 二次 pH 值为 7 2~ 7 4。 pH 值如果超过这个范围 , 对蛋白质的风 味、营养价值与功能性质均会产生影响。同时会使蛋白质 中的聚集体发生解聚, 甚至导致肽键的断裂。使蛋白质分 子中分子量大的组分含量减少, 这也是国产大豆分离蛋白 分子量较国外产品低的原因。pH 值最低不可低于 6 8, 否 则得率太低; 温度一般在 30~ 55 , 由于这个温度很适合 某些细菌、微生物的繁殖, 因此应十分注意生产环境的卫 生条件, 并在生产的初期添加一些杀菌、抗菌剂, 这些添 加剂在后续凝乳处理过程中可以被除去, 不会影响产品的 质量; 水量的控制与原料的含水及原料的粒度有关 , 当原 料含水在 10% ~ 12% 时 , 水与料的比例为8 1~ 16 1 之间。 料在润湿前应该进行脱气处理, 以便于原料与水充分混合, 缩短萃取的时间。 3 3 分离 分离是提高产品得率与质量的关键工序, 此工序中设 备的选择是关键。在整个生产工艺中, 涉及分离的工序有 3 个: 豆渣与萃取液的分离, 蛋白凝聚物与清液的分离, 蛋白凝乳与洗液之间的分离。设备的选择应针对分离物质 的特点进行。通常有卧螺式与叠片式两种。卧螺式因能自 动根据物料浓度的不同调节速度, 适用于豆渣与萃取液及 蛋白凝乳与洗液的分离; 叠片式适用于初级凝聚物的分离。 3 4 酸沉淀 酸沉淀是用酸调节萃取液的 pH 值, 使蛋白质凝聚沉 淀的过程。通常可采用盐酸或磷酸来调节 pH 值至蛋白质 的等电点 ( pH= 4 2~ 4 6) , 这时蛋白质方可凝聚。 实际生产中, 当用盐酸调节 pH 值时, 如果控制不好, 超越等电点的 pH 值, 则会导致蛋白质的再溶解 , 从而使 产品得率降低; 此外, 酸沉时常使对酸敏感的蛋白质形成 一种不溶性蛋白质复合物, 降低等电点附近蛋白质的稳定 性; 且由于加酸过程中造成的局部酸浓度过大, 会导致蛋 白质的变性。针对上述问题, 生产中应采用连续酸沉和程 序自动控制 , 效果会好得多。 3 5 水洗 酸沉液经分离机分离后, 凝乳固体物质量份数一般在 12% ~ 13% , 凝乳中残留着大量的氢离子、盐类和部分可 溶性的糖类等非蛋白类物质, 须经水洗除去。水洗采用 48
作者简介 : 肇立春 ( 1966- ) , 女 , 辽宁丹东人 , 沈阳师范大学职业技 术学院副教授 , 从事植物油料综合利用产品的研究与教学工作 。 通讯地址 : ( 110036) 沈阳市皇姑区
52
粮油加工与食品机械 2006 年第 1 期
收稿日期 : 2005- 08- 08 1
油脂工程
~ 52 的温水冲洗后分离, 水料比为 ( 1 5~ 2) 1。 分离蛋白生产中酸沉水洗的方法使蛋白质发生流失 , 对蛋白质得率影响很大。近几年发展起来的膜分离技术 , 即超过滤技术 (UF 技术) 可以大大改善得率问题。即先用 酸浸法除掉乳清, 再将经 2 次碱提后的蛋白提取液做超滤 处理, 回收溶解于碱液的大豆蛋白, 最后调浆、中和、喷 雾干燥即得分离蛋白成品。超滤效果主要取决于超滤膜的 材质及其形式和超滤方法。这样不仅提高了蛋白质产品的 得率, 减少废水排放, 节约能源, 还能有效地改善产品质 量, 使产品风味好, 色泽浅, 溶解度高。 3 6 喷雾干燥 干燥前, 凝乳必须经过中和、液化、改质, 然后再根 据产品的用途适当地向料液中添加些有效成分 , 以突出某 些功能特性 : 溶解性、胶凝性、乳化性等。喷雾干燥前的 料液处理与成分调整是获得高功能性大豆蛋白的关键步骤。 干燥前料液固形物含量应调整至 12% ~ 20% , 料液还需加 热、杀菌处理, 加热至 104~ 140 , 时间 10~ 15s, 再送至 真空闪蒸室除去豆腥味, 降温到 50~ 55 后由高压泵进行 均质处理。喷雾干燥时的进风温度 205~ 218 , 出风温度 80~ 92 。干燥器送出的蛋白要继续冷却, 且冷空气需去 湿处理, 以免蛋白质变性。
4 结束语
目前, 大豆分离蛋白已在全世界 50 多个国家被广泛应 用于肉制品、奶制品、烘烤食品、儿童食品、保健食品、 调味食品、冷饮食品、快餐食品、特需食品等。据统计 , 我国大豆分离蛋白的年需要量约 20 000t, 而年产量为 3 000 ~ 4 000t, 市场满足率仅为 15% ~ 20% , 因此 , 必须大力发 展大豆蛋白生产工业。
参考文献
金涛 , 朱秀 清 , 王喜 泉. 大豆分 离蛋 白生 产中 几个问 题的 探讨 J . 大豆通报 , 1996, ( 3) : 24~ 25 2 陈莹 , 刘燕 . 大豆 分离 蛋白的 制取 工艺 与应 用 1996, ( 6) : 32~ 33 3 王尔惠 . 大豆分离蛋白生产新技术 社 , 1999 4 谢良 , 王玮 , 菜宝玉 . 大豆分离蛋白的组成与功能特性 粮油学报 , 2000, ( 12) : 6~ 10 J . 中国 M . 北京 : 中国 轻工业出版 J . 加 工技艺 ,