醇法大豆浓缩蛋白加工工艺及实践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产品。
它与传统的大豆分离蛋白及酸洗法大豆浓缩蛋白相比具有生产过程污染小,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、皂甙→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→冷水冷凝器→冷冻液冷凝器→低压风机平衡罐薄膜蒸发器→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的近2.5倍,因此酒精溶剂气体的回收会消耗更大的能量。
考虑到换热器的传热系数,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,仍高于6号溶剂浸出油脂系统的2kg/t物料以下。
酒精浸出湿粕和含水酒精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H ayes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% ,从而减轻后道脱溶工段负荷,缩短脱溶时间,减少溶剂损耗和热变性。
1.3.3 湿粕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 薄膜蒸发器酒精浸出液在薄膜蒸发器内低温真空回收酒精。
在浓缩的最后阶段,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特性,只有高质量的豆粕才能得到高质量和高蛋白含量的浓缩蛋白。
所以应选取无霉变,含皮量低,杂质少,蛋白质含量高 (干基含量≥50%),氮溶解指数50%～70%的豆粕作原料。
原料进浸出器前必须筛选除去碎末,以免溶剂渗滤性不好,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∶(5～8),浸出温度保持在55℃左右,浸出时间2～4h。
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项目指标项目指标粗蛋白 68%～72% 碳水化合物 16%～20%(N×6.25,干基 )水分 6%～10% 菌落总数 < 5000/g粗脂肪 0.5%～1% 沙门氏菌阴性/25g粗纤维 3%～5% 大肠杆菌阴性/25g灰分 4%～6% 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 ,而是通过高压均质使物料经历多次剪切、空化作用 ,使醇变性蛋白的次级键断开; 再经过高温短时热处理,使蛋白质分子重排、缔合,转变为大分子量的蛋白质分子聚集物[4]。
目前改性浓缩大豆蛋白粉的蛋白质分散指数(PDI)一般为40～60,与分离蛋白(PD I≥80)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、凝胶强度以及蛋白乳化胶对加热、冷却加工的稳定性: 1份测试蛋白粉,5～7份的精炼油(如玉米油)以及5～7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5min,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0～5℃冰箱中冷藏过夜,如果能形成坚硬的乳化胶(凝胶强度可用质构仪检测)并且表面无油、水析出,即可判定该蛋白粉具有高功能性(蛋白/水/油为1∶5∶5) 或非常高的功能性(蛋白/水/油为1∶7∶7) 。
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、持油性等功能特性。
近年来,基于以上工艺的革新包括以下几个方面:改性之前用水进一步脱除非蛋白可溶物以进一步提高蛋白质含量;高温蒸汽处理;增加喷雾干燥前的滞留时间等。
普通功能性大豆浓缩蛋白粉通过适当加工可以进一步加工成为特殊“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 ,越来越受到人们的重视。
大豆蛋白质中人体必需氨基酸含量充足,成分齐全,属于优质蛋白质。
醇法生产的浓缩蛋白具有高蛋白、低脂肪、高纤维,不污染环境的优点,因此用大豆浓缩蛋白替代动物蛋白成为国际趋势。
世界发达国家和地区对大豆蛋白产业十分重视,在加工和应用方面投入了大量的人力、物力,在应用上处于领先、技术上处于垄断地位。
我国大豆蛋白产业起步较晚, 目前仅有秦皇岛金海、山东三维、山东万得福3条生产线建成并投产,大豆浓缩蛋白市场处于培育阶段。
2006年,全球大豆浓缩蛋白产量约43万t,在欧洲,大豆浓缩蛋白年销售量达12～15万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个工段。
这8个工段有机结合,能够生产出高品质的大豆浓缩蛋白,同时产品得率高、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 低温粕浸出送入浸出车间的低温豆粕在浸出器内用乙醇溶液浸出。
豆粕和乙醇逆向运动 ,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∶ (3～5)的 65%的新鲜乙醇水溶液进行喷淋。
豆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。