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低變性濃縮大豆蛋白生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)原理
發(fā)布時(shí)間:2017-12-29濃縮蛋白質(zhì)的生產(chǎn)主要是以低溫脫脂豆粕為原料,通過(guò)不同的加工方法,除去低溫粕中的可溶性糖分、灰分以及其他可溶性的微量成分,從而使蛋白質(zhì)的含量從45%-50%提高到70%左右。所采用的酒精洗滌法工藝原理是:一定濃度的酒精溶液,可使大豆蛋白質(zhì)變性,失去可溶性。根據(jù)這一特性,利用含水酒精對(duì)豆粕中的非蛋白質(zhì)可溶性物質(zhì)進(jìn)行浸出、洗滌,剩下的不溶物經(jīng)脫溶、干燥即可獲得濃縮蛋白。醇法大豆?jié)饪s蛋白的特點(diǎn)在于產(chǎn)品的風(fēng)味、色澤好,蛋白質(zhì)得率高,生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)污水排放,避免了環(huán)境污染,且更有利于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行綜合利用。
由于加工工藝中過(guò)高的溫度造成其中水溶性蛋白的變性,或高溫下蛋白與糖結(jié)合等反應(yīng)使得蛋白難以被利用。為解決這一問(wèn)題,國(guó)內(nèi)外目前已經(jīng)有一些工藝,可以在低溫下加工植物油料,使提取油脂后的餅粕中蛋白質(zhì)保持原有性能狀態(tài),為植物蛋白的進(jìn)一步利用提供良好的條件。目前使用較多的工藝是已烷浸出工藝。
蛋白質(zhì)是生命的基礎(chǔ),生命的本質(zhì)在于以蛋白質(zhì)為中心不斷的新陳代謝,若人體長(zhǎng)期蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不良,必然損害健康,甚至導(dǎo)致疾病。合理營(yíng)養(yǎng)是身體健康的先決條件,而在諸多營(yíng)養(yǎng)成分中以蛋白質(zhì)zui為重要,它在蛋白質(zhì)、脂肪、葡萄糖、維生素人體四大營(yíng)養(yǎng)要素中列于*。但根據(jù)1997年相關(guān)部門(mén)頒發(fā)的《中國(guó)營(yíng)養(yǎng)改善行動(dòng)計(jì)劃》,我國(guó)人均熱能日攝入量目前為974kJ,其中蛋白質(zhì)為68g,到2000年我國(guó)人均熱能日供給量應(yīng)達(dá)到10886kJ,蛋白質(zhì)攝取量應(yīng)達(dá)到72g。按此計(jì)算,我國(guó)人均日缺少蛋白質(zhì)4g,全國(guó)日缺少蛋白質(zhì)4800t,年缺少蛋白質(zhì)175.2萬(wàn)噸。要在短時(shí)間內(nèi)彌補(bǔ)上蛋白質(zhì)的供應(yīng)缺口,僅靠動(dòng)物蛋白質(zhì)來(lái)提供不現(xiàn)實(shí),且不經(jīng)濟(jì)合理,開(kāi)發(fā)植物蛋白更為經(jīng)濟(jì)合理。另外植物蛋白還有自身特殊的優(yōu)點(diǎn),如不會(huì)引起心腦血管、肥胖等疾病。在主要的蛋白質(zhì)資源中,大豆是數(shù)量zui大的食用和飼用蛋白資源。所以大豆分離蛋白、濃縮蛋白、組織蛋白的生產(chǎn)越來(lái)越引起人們的關(guān)注。
大豆蛋白制品主要包括大豆粉、大豆?jié)饪s蛋白和大豆分離蛋白。前者價(jià)格較低,但功能性較差,使用范圍和使用量都受到限制;后者具有較強(qiáng)功能特性和良好感官性能,但價(jià)格較貴。大豆?jié)饪s蛋白是一種價(jià)格介于大豆粉和大豆分離蛋白之間的大豆制品,大豆?jié)饪s蛋白相對(duì)另外兩種有自身特點(diǎn):蛋白質(zhì)含量大于70%,成本僅是分離蛋白的一半,并且得率高,平均1-6噸白豆片就能生產(chǎn)出1噸濃縮蛋白,并且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值僅次于分離蛋白,但要高于組織蛋白等其它大豆蛋白產(chǎn)品。然而由于大豆?jié)饪s蛋白溶解度或分散性較低,導(dǎo)致它的某些功能不如大豆分離蛋白。醇浸出法大豆?jié)饪s蛋白生產(chǎn)過(guò)程中幾乎無(wú)污水排放,避免環(huán)境污染,有利于副產(chǎn)品進(jìn)一步利用,提取液的濃縮物可進(jìn)一步加工成大豆低聚糖、異黃酮、皂甙等產(chǎn)品。另外醇法SPC 的蛋白質(zhì)含量為70%,且為蛋白,碳水化合物含量為21%,其中90%為不溶性多糖,10%為可溶性糖。過(guò)敏原、抗?fàn)I養(yǎng)因子以及蛋白酶抑制因子等成分在醇浸出時(shí)被去除。
目前大豆?jié)饪s蛋白的生產(chǎn)工藝一般有三種,即濕熱浸提法、稀酸浸提法和含水乙醇浸提法。此外,國(guó)外開(kāi)始探求用超濾法生產(chǎn)大豆?jié)饪s蛋白。濕熱浸提法目前已基本被淘汰,原因是產(chǎn)品風(fēng)味、色澤和功能性質(zhì)都極差。稀酸浸提法制得的大豆?jié)饪s蛋白雖然具有較好的功能特性,但蛋白質(zhì)的得率較低,污水排放造成的環(huán)境污染較為嚴(yán)重,經(jīng)濟(jì)效益差。超濾法制備的產(chǎn)品功能特性好,蛋白質(zhì)的率較高,不足之處在于產(chǎn)品無(wú)法干燥處理。醇法大豆?jié)饪s蛋白的特點(diǎn)在于產(chǎn)品的風(fēng)味、色澤好,蛋白質(zhì)得率高,生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)污水排放,避免了環(huán)境污染,且更有利于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行綜合利用。
大豆?jié)饪s蛋白是從脫脂豆粉中除去低分子可溶性非蛋白成分,主要可溶性糖、灰分和各種氣味成分等,制得的大豆蛋白制品。目前大豆?jié)饪s蛋白的生產(chǎn)工藝一般有三種,即濕熱浸提法、稀酸浸提法和含水乙醇浸提法。此外開(kāi)始探求用超濾法生產(chǎn)大豆?jié)饪s蛋白。濕熱浸提法目前已基本被淘汰,原因是產(chǎn)品風(fēng)味、色澤和功能性質(zhì)都極差。稀酸浸提法制得的大豆?jié)饪s蛋白雖然具有較好的功能特性,但蛋白質(zhì)的得率較低,污水排放造成的環(huán)境污染較為嚴(yán)重,綜合效益差。超濾法制備的產(chǎn)品功能特性好,蛋白質(zhì)得率較高,不足之處在于產(chǎn)品無(wú)法干燥處理。醇法大豆?jié)饪s蛋白的特點(diǎn)在于:產(chǎn)品的風(fēng)味、色澤好、蛋白質(zhì)得率高;生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)污水排放,避免了環(huán)境污染;且更有利于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行綜合利用。但醇法大豆?jié)饪s蛋白由于使用了60 %左右的乙醇溶液,蛋白質(zhì)變性較為劇烈,功能性較差,且目前醇法大豆?jié)饪s蛋白酒精消耗高達(dá)200 kg/ t —300 kg/ t濃縮蛋白(上一般為40 kg/ t濃縮蛋白) 。
以低變性脫脂大豆粕為原料,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)醇法大豆?jié)饪s蛋白的工廠常采用間歇式浸出,不僅生產(chǎn)量低,而且原料和乙醇水溶液比之大, 每噸醇法大豆?jié)饪s蛋白的乙醇消耗量高達(dá)300 kg ,且需蒸餾回收的乙醇量也很大、能耗高。因此,生產(chǎn)成本高、效益差。若采用連續(xù)式工藝則可以大幅度降低乙醇消耗量,改善大豆?jié)饪s蛋白的功能性質(zhì),降低生產(chǎn)成本。在浸提工序中,影響蛋白質(zhì)溶出率和蛋白質(zhì)分散指數(shù)的因素,除了乙醇濃度和浸提溫度外,還有原料的粒度、固液比、浸提時(shí)間、pH值以及攪拌強(qiáng)度等。
浸提時(shí)間主要影響蛋白質(zhì)的溶出率,但在兩個(gè)指標(biāo)中均處zui后一位,在一定條件下,浸提時(shí)間越長(zhǎng),蛋白溶出率越高,蛋白質(zhì)分散指數(shù)也有增加的趨勢(shì),但兩個(gè)指標(biāo)增加的幅度均很小。較長(zhǎng)的浸提時(shí)間,在較高的乙醇濃度下,會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)的變性程度發(fā)生變化,這種變化可能直接影響到大豆?jié)饪s蛋白的蛋白質(zhì)分散指數(shù),且當(dāng)達(dá)到一定時(shí)間后,蛋白質(zhì)的溶出率也趨于恒定。因此,綜合兩項(xiàng)指標(biāo),浸提時(shí)間以30 min為宜。固液比在兩個(gè)指標(biāo)中均處于第三位,低濃度溶劑浸出時(shí)1∶7 的固液比有利于大豆?jié)饪s蛋白PDI 的提高。高濃度乙醇溶液浸出時(shí)1:4的固液比既可以浸出除去豆粕中與蛋白質(zhì)結(jié)合的脂類(lèi)物質(zhì)、風(fēng)味前體及色素類(lèi),又經(jīng)濟(jì)適用。
浸提溫度提高,有利于蛋白質(zhì)溶出率的增加,但當(dāng)溫度提高時(shí),在較高的乙醇濃度下,蛋白質(zhì)的變性程度增加,從而使大豆?jié)饪s蛋白的PDI 降低,影響產(chǎn)品的工藝性能。另外高溫浸提耗能較多,因而浸提溫度建議采用30 ℃。
乙醇濃度在四個(gè)因素中處于*,屬主要因素。從目前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,提高乙醇濃度不利于豆粕中小分子有機(jī)物如低聚糖、皂甙等的浸出,從而使大豆?jié)饪s蛋白中的蛋白含量降低。如使用95 %的乙醇時(shí),蒸餾回收酒精幾乎不產(chǎn)生泡沫,說(shuō)明皂甙基本上沒(méi)有被浸出,仍留在大豆?jié)饪s蛋白中。但乙醇濃度的提高,可除去豆粕中與蛋白質(zhì)結(jié)合的脂類(lèi)物質(zhì)、風(fēng)味前體及色素類(lèi),使其在醇法大豆?jié)饪s蛋白中的含量明顯降低(因?yàn)榇祟?lèi)物質(zhì)可溶于乙醇) ,因而醇洗豆粕可去除異味及其色澤變淺,卻是很明顯的。另外研究發(fā)現(xiàn),乙醇使蛋白質(zhì)變性的機(jī)理不同于熱變性,熱變性使蛋白質(zhì)松散、無(wú)序,而醇變性則使蛋白質(zhì)分子重新構(gòu)造,形成了比天然大豆蛋白更加有序的結(jié)構(gòu),在熵變驅(qū)動(dòng)下伴隨自聚集循環(huán)形成了蛋白聚集微粒,蛋白聚集微粒的剛性較大、構(gòu)象力大、構(gòu)象更緊密,維持這種緊密構(gòu)象的作用力是鍵能較低的次級(jí)鍵。綜合實(shí)踐和理論分析,我們提出稀濃乙醇兩次浸出方案:首先用60 %的乙醇溶液浸提,然后用90 %的乙醇溶液二次浸提(工作時(shí)間30 min ,溫度50 ℃,固液比分別為1∶7,1:4) ,從而得到具有較好的氣味、色澤、蛋白質(zhì)分散指數(shù)和蛋白含量的大豆?jié)饪s蛋白。
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