大豆蛋白濃縮加工工藝

1、醇法大豆?jié)饪s蛋白是在低溫脫脂大豆粕(白豆片)基礎(chǔ)上,使用含水食用酒精脫除可溶性碳水化合物,獲得的蛋白干基含量在65%以上的商業(yè)化產(chǎn)品。在此基礎(chǔ)上,如果再將所得到的醇法大豆?jié)饪s蛋白通過均質(zhì)、熱處理等手段加以物理改性,就可以獲得醇法功能性大豆?jié)饪s蛋白的商品化污染小,價(jià)位低,功能性強(qiáng),豆腥味低等諸多優(yōu)點(diǎn)。本文結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)以及以色列Hayes公司的技術(shù)說明,對(duì)醇法功能性大豆?jié)饪s蛋白的加工工藝、操作要點(diǎn)、主要設(shè)備、產(chǎn)品性能做一簡要介紹。1 醇法大豆?jié)饪s蛋白制備工藝1.1 工藝流程1.1.1 浸出系統(tǒng)白豆片篩選環(huán)型浸出器浸出 擠壓預(yù)脫溶碎末酒精浸出液混合溶劑系統(tǒng)濕粕脫溶干燥、磨粉大豆?jié)饪s蛋白粉溶劑氣體

2、回收系統(tǒng)1.1.2 混合溶劑系統(tǒng)酒精浸出液薄膜蒸發(fā) 糖蜜提取大豆異黃酮甙 噴霧干燥飼料級(jí)糖蜜粉1.1.3 溶劑氣體回收系統(tǒng)環(huán)型浸出器平衡罐冷水冷凝器 冷凍液冷凝器 低壓風(fēng)機(jī)薄膜蒸發(fā)器 冷水冷凝器 冷凍鹽水冷凝器 真空泵濕粕脫溶罐 節(jié)能器 水冷凝器 冷凍鹽水冷凝器 真空泵1.2 工藝說明該工藝流程與溶劑法提取植物油十分相似。但酒精與水的共沸點(diǎn)(常壓下共沸點(diǎn)為78.15)高于正己烷(69),酒精的蒸發(fā)潛熱是正己烷傳熱系數(shù),通常所需的加熱面積更小,而冷卻面積會(huì)更大一些。同時(shí),由于豆粕在含水酒精溶液中會(huì)吸水溶脹并且浸出速率相對(duì)較低,因此對(duì)于同樣的浸出能力,用醇洗豆粕方法制備濃縮蛋白所需的浸出器體積要比

3、傳統(tǒng)油脂工業(yè)用的正己烷萃取豆坯的浸出器大很多倍,造成設(shè)備投資相對(duì)較大。在溶劑消耗方面,先進(jìn)的酒精浸出系統(tǒng)可以使溶劑消耗在30kg/t物料以下,結(jié)合較緊密是造成消耗偏高的主要原因。1.3 主要設(shè)備1.3.1 浸出器 由于使用含水酒精浸出,浸出器最好采用不銹鋼制造,碳鋼設(shè)備內(nèi)部加涂層也可以有效防銹。采用Hayes專有技術(shù)可以在美國皇冠鋼鐵公司生產(chǎn)的環(huán)形拖鏈?zhǔn)浇銎骷夹g(shù)上稍作改動(dòng)就可以達(dá)到較好的浸出效果。1.3.2 預(yù)脫溶擠壓機(jī)預(yù)脫溶擠壓機(jī)可以采用Hayes專有技術(shù)生產(chǎn)的雙螺桿擠壓機(jī),通過壓榨可將濕粕含溶量由60%70%降低到45%50% 段負(fù)荷,縮短脫溶時(shí)間,減少溶劑損耗和熱變性。1.3.3 濕粕

4、脫溶罐此設(shè)備為關(guān)鍵設(shè)備,關(guān)系到后續(xù)蛋白產(chǎn)品的品質(zhì)和溶劑回收效率。Hayes專有技術(shù)生產(chǎn)的脫溶罐系立式多層結(jié)構(gòu),罐上部設(shè)計(jì)成特殊結(jié)構(gòu),含溶濕粕進(jìn)入脫溶罐后在罐下半部分上升溶劑蒸汽和夾套加熱共同作用下快速脫除濕粕表面的自由溶劑;罐下部還要通入少量過熱水蒸汽,以便脫除殘留在豆粕微孔和毛細(xì)管中的酒精溶劑,保證豆粕成品的溶劑殘留達(dá)到規(guī)定要求的同時(shí)又不至于過度受熱變性。脫溶操作在負(fù)壓下進(jìn)行,可以降低酒精溶劑的沸點(diǎn),避免豆粕熱變性。1.3.4 薄膜蒸發(fā)器糖蜜濃度較高因而比較黏稠,對(duì)設(shè)備性能要求較高。1.4 操作要點(diǎn)1.4.1 選料低溫脫脂豆粕的質(zhì)量直接影響濃縮大豆蛋白成品的蛋白含量及功能應(yīng)選取無霉變,含皮量

5、低,雜質(zhì)少,蛋白質(zhì)含量高(干基含量50%),氮溶溶劑滲濾性不好,堵塞浸出器篩板。殘油不能太高,否則影響酒精溶劑的滲透性。1.4.2 浸出根據(jù)成品蛋白含量及最終混合溶劑的濃度,調(diào)節(jié)料溶比在1(58),浸出溫度保持在55左右,浸出時(shí)間24h。1.4.3 濕粕脫溶根據(jù)出口干粕的脫溶情況和熱變性情況調(diào)整真空度、干燥溫度及罐內(nèi)的停留時(shí)間。1.4.4 薄膜蒸發(fā)含水酒精浸出液的成分十分復(fù)雜3在進(jìn)入薄膜蒸發(fā)器前必須將大,量的粕末及濃縮析出物過濾干凈。1.5 產(chǎn)品質(zhì)量濃縮蛋白產(chǎn)品要求風(fēng)味清淡,色澤黃白,重金屬含量符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),其主要指標(biāo)如表1所示。表 1 大豆?jié)饪s蛋白成品主要質(zhì)量指標(biāo)68%72%16%20%

6、菌落總數(shù)沙門氏菌大腸桿菌粗脂肪粗纖維灰分0.5%1%酵母及霉菌 100/g2 醇法大豆?jié)饪s蛋白功能改性工藝2.1 工藝流程大豆?jié)饪s蛋白粉與堿液均勻混合高壓均質(zhì)盤管瞬時(shí)加熱改性并滅菌真空冷卻噴霧干燥不同批次產(chǎn)品混合噴涂磷脂過篩包裝2.2 工藝說明該工藝流程與大豆分離蛋白的部分生產(chǎn)工藝相似,在實(shí)際生產(chǎn)中改性濃縮蛋白和大豆分離蛋白確實(shí)可以共線生產(chǎn)。濃縮蛋白的功能改性(或稱“復(fù)性”)并非真正意義上的恢復(fù)蛋白分子的天然狀態(tài),而是通過高壓均 ,使醇變性蛋白的次級(jí)鍵斷開; 再經(jīng)過60,與分離蛋白(PDI80)相比有不小的差距; 但通過采用在蛋白粉產(chǎn)品表面上噴涂磷脂的方法,可以有效改善產(chǎn)品的潤濕性及分散性,在

7、一定程度上克服這一缺陷,并且能起到抑制粉塵,方便使用的目的。2.3 主要設(shè)備2.3.1 混合器該設(shè)備保證蛋白粉在稀堿液中按比例均勻混合,有利于后續(xù)的均質(zhì)、熱處理及噴霧干燥。2.3.2 高壓均質(zhì)機(jī) 要求均質(zhì)壓力不低于300MPa,設(shè)備穩(wěn)定可靠。2.3.3 瞬時(shí)加熱盤管該設(shè)備直接影響最終產(chǎn)品的性能,是決定改性項(xiàng)目成敗的最關(guān)鍵因素,加熱時(shí)間控制在1min內(nèi),應(yīng)配備自控裝置。2.3.4 噴霧干燥采用壓力式噴霧干燥器生產(chǎn)能力大,塔頂及塔壁不易粘附,但是噴嘴容易堵塞及磨損。2.4 操作要點(diǎn)2.4.1 混合定期檢查蛋白溶液的pH及分散情況,調(diào)整固液比和加堿量。2.4.2 均質(zhì) 定期檢查均質(zhì)機(jī)的壓力及有無漏液

8、情況。2.4.3 噴霧運(yùn)行中監(jiān)控高壓泵壓力,保證霧化效果,定期檢查噴嘴有無堵塞,清掃塔體。2.4.4 CIP定期用堿液及洗滌劑對(duì)所有管線進(jìn)行CIP清洗,以保證微生物指標(biāo)不超標(biāo)。2.5 產(chǎn)品質(zhì)量2.5.1 功能性檢測(cè)由于大豆蛋白功能性檢測(cè)方法在行業(yè)內(nèi)尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),因此各個(gè)公司的功能檢測(cè)結(jié)果一般只用于內(nèi)部控制,不對(duì)外公開,用戶可以根據(jù)實(shí)際用途判斷其功能性好壞。在這里推薦一種國外大豆蛋白行業(yè)普遍采用的簡易功能性檢測(cè)方法5。該方法可以綜合衡量蛋白產(chǎn)品的持水、持油、乳化、凝膠強(qiáng)度以及 1份測(cè)試蛋白粉,57份的精煉油(如玉米油)以及57份的水,將全部的精煉油和一半的水以最高轉(zhuǎn)速在真空混合器中混合5mi

9、n,而后加入測(cè)試蛋白粉以及另一半水,持續(xù)混合10min,將所得的蛋白乳化膠迅速加熱到90,取出后置05冰箱中冷藏過夜,出,即可判定該蛋白粉具有高功能性(蛋白/水/油為155) 或非常高的功能性(蛋白/水/油為177) 。2.5.2 其他質(zhì)量指標(biāo)功能性濃縮蛋白產(chǎn)品同樣要求風(fēng)味清淡,色澤黃白,重金屬含量符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),表1理化及微生物指標(biāo)同樣適用,添加磷脂的產(chǎn)品油脂含量可能要比表1所列的指標(biāo)略微偏高 。3 生產(chǎn)工藝改進(jìn)5以上生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上適當(dāng)調(diào)整工藝路線或參數(shù),可以進(jìn)一步提高產(chǎn)品的溶解性、溶液黏度、可分散性、乳化性、吸水性以及持水、持油性等功一步脫除非蛋白可溶物以進(jìn)一步提高蛋白質(zhì)含量;高溫蒸汽處

10、理;增加噴一步加工成為特殊“功能”的濃縮蛋白產(chǎn)品(如完全可溶或超高黏度等產(chǎn)品。)4 結(jié)束語醇法能性大豆?jié)饪s蛋白及改性工藝從20世紀(jì)60年代投入商業(yè)化運(yùn)行以來,經(jīng)過多年的工藝改進(jìn),目前已經(jīng)相當(dāng)成熟。但該工藝設(shè)備復(fù)雜,投資大，使用易燃易爆的乙醇溶劑,工藝及產(chǎn)品質(zhì)量不易控制。在目前國內(nèi)大豆分離蛋白產(chǎn)品產(chǎn)能嚴(yán)重過剩的情況下,如何掌握此項(xiàng)技術(shù)并且利用國內(nèi)大量閑置的油脂浸出設(shè)備及大豆分離蛋白生產(chǎn)設(shè)備轉(zhuǎn)為大豆?jié)饪s蛋白的生產(chǎn),是大豆加工行業(yè)迫切需要解決的課題。醇法制備大豆?jié)饪s蛋白工藝大豆蛋白作為一種天然的食品添加劑 目前僅有秦皇島于培育階段。2006年,全球大豆?jié)饪s蛋白產(chǎn)量約43萬t,在歐洲,大豆?jié)饪s蛋白年銷

11、售量達(dá)1215萬t,其中大約70%的大豆?jié)饪s蛋白作為食品加工原料添加到各種食品中,其余的作為幼畜代乳品和寵物飼料,另有少量用于其他領(lǐng)域。我國大豆?jié)饪s蛋白2006年需求量為6萬t,產(chǎn)出約2萬t,產(chǎn)品供不應(yīng)求,大豆?jié)饪s蛋白缺口很大,市場(chǎng)前景廣闊。1 工藝簡介醇法大豆?jié)饪s蛋白生產(chǎn)工藝主要分為低溫粕篩分、低溫粕浸出、濕粕干燥、產(chǎn)品粉碎、糖漿蒸發(fā)、乙醇冷凝、乙醇精餾、乙醇除臭等8個(gè)得率高、生產(chǎn)成本低、無“三廢”排放。1.1 低溫粕篩分低溫豆粕經(jīng)過計(jì)量后送至分級(jí)篩,分離出細(xì)粉,然后送至浸出車間。1.2 低溫粕浸出逆向運(yùn)動(dòng),豆粕出浸出器前用一定比例的95%的新鮮乙醇水溶液進(jìn)行噴淋 ,然后用料溶比為1(35)

12、的粕中醇溶性成分和水溶性糖漿溶于液體中,液體向豆粕進(jìn)料方向流動(dòng);通過濃度梯度不斷增大的液體的浸泡和噴淋,盡可能多的溶解出可溶性糖類 ,形成稀糖漿流出浸出器,進(jìn)入安全罐儲(chǔ)存。1.3 濕粕干燥浸出后的濕粕通過埋刮板進(jìn)入擠壓機(jī),通過擠壓作用分離出部分液體。擠壓后的濕粕進(jìn)入真空脫醇器,物料在脫醇器內(nèi)不斷地被翻動(dòng),均勻受熱,在微負(fù)壓狀態(tài)下脫除粕中的乙醇,并調(diào)整水分至合適范圍即為成品粕。從真空脫醇器抽出來的氣體,經(jīng)過捕集器捕集粕末,再去冷凝器冷凝,不凝氣體去尾氣回收系統(tǒng)。1.4 成品粉碎成品粕輸送至粕庫內(nèi),用超微粉碎機(jī)粉碎成100目細(xì)粉,風(fēng)運(yùn)至打包間計(jì)量打包;粉碎系統(tǒng)采用布袋除塵器捕集粉塵,確保環(huán)境清潔。

13、1.5 稀糖漿蒸發(fā)浸出和擠壓出的稀糖漿經(jīng)過過濾,除去粉末,然后經(jīng)過3個(gè)蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā),使稀糖漿濃縮至65%,回收乙醇;蒸發(fā)在0.060.08MPa真空下進(jìn)行,蒸發(fā)溫度90。蒸發(fā)的乙醇和水蒸汽經(jīng)分離器進(jìn)入冷凝器。蒸發(fā)出來的糖蜜可以提取低聚糖和異黃酮等有效成分,或者進(jìn)行發(fā)酵處理生產(chǎn)乙醇,補(bǔ)充車間消耗。1.6 蒸汽冷凝來自蒸發(fā)器的蒸汽進(jìn)入冷凝器,大部分乙醇和水被冷凝,少部分尾氣經(jīng)真空泵抽入平衡塔,再進(jìn)入尾氣回收系統(tǒng)。冷凝器內(nèi)通入循環(huán)冷水 ,進(jìn)水溫度28,出水溫度35。從冷凝器出來的水進(jìn)入涼水塔進(jìn)行冷卻 ,再泵入車間循環(huán)使用;冷凝后的液體進(jìn)入暫存罐,然后依據(jù)不同用途用泵打出循環(huán)使用。1.7 乙醇精餾冷

14、凝后的低濃度乙醇打入精餾系統(tǒng),首先通過乙醇加熱器,加熱到78,然后進(jìn)入精餾塔,回流比為31,乙醇蒸汽出塔溫度78,此溫度下乙醇和水共沸蒸餾,乙醇濃度95.57%。出來的蒸汽進(jìn)入冷凝器冷凝,冷凝后的乙醇進(jìn)入暫存罐,然后打入浸出器循環(huán)使用;精餾過程中在精餾塔1/3的位置定期放出一定液體,把由于長期循環(huán)進(jìn)入產(chǎn)生的臭味物質(zhì)除掉。1.8 尾氣回收冷凝器出來的不凝氣體進(jìn)入最后冷凝器,冷凝器使用低溫鹽水冷卻 ,把尾氣中的乙醇全部冷凝下來,不凝氣體用風(fēng)機(jī)排出室外。1.9 自動(dòng)控制在大豆?jié)饪s蛋白生產(chǎn)過程中,需要控制的參數(shù)較多,各種因素相 ,則會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量,增加各項(xiàng)消耗。為了穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量,降低消耗,本工藝采用全

15、電腦自控,所有操作均可在電腦上完成,各種參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié),產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,降低了各項(xiàng)消耗。2 項(xiàng)目投資所有設(shè)備均為國產(chǎn)設(shè)備,因此投資較少。一套生產(chǎn)10 000 t / a的大豆?jié)饪s蛋白生產(chǎn)線,設(shè)備和土建總造價(jià)不超過2 000萬元,總裝機(jī)容量為600800 kW,車間大小為: 26 m 19 m13 m。3 大豆?jié)饪s蛋白與大豆分離蛋白主要消耗指標(biāo)比較 1)4 大豆?jié)饪s蛋白與大豆分離蛋白主要指標(biāo)比較(見表2)表 1 大豆?jié)饪s蛋白與大豆分離蛋白消耗指標(biāo)比較乙醇消耗/ ( kg/ t)18蒸汽消耗電 耗水耗燒堿和酸樣品/(t/t) /(kWh/t) / ( t/t)/ ( kg/ t)大豆?jié)饪s蛋白大豆分離蛋

16、白33200.519201100300表 2 大豆?jié)饪s蛋白與大豆分離蛋白主要指標(biāo)比較得率 粗蛋白 水分殘油/%粒度PD I/%灰分/%樣品致病菌(100目 )/%/%/%大豆?jié)饪s蛋白 70 6875大豆分離蛋白 40 8590660 . 6 980 . 6 9010 4 . 5 未檢出90 4 . 5 未檢出5 結(jié)束語通過以上論述和比較,該工藝具有投資少、見效快、得率高、節(jié)約能源、離蛋白的功用,同時(shí)可以生產(chǎn)飼料級(jí)大豆?jié)饪s蛋白,滿足飼料行業(yè)對(duì)高端原料的需求。該工藝及設(shè)備在山東三維集團(tuán)和山東萬得福集團(tuán)的實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,推薦各廠家優(yōu)先選用。年產(chǎn)5000 t功能性大豆?jié)饪s蛋白

17、投資分析大豆是我國種植最早的農(nóng)作物之一,是我國人民重要的食物蛋白來源。目前, 全球大豆產(chǎn)量在2億t左右, 我國大豆產(chǎn)量約1700萬t, 位居第四。大豆含有豐富的蛋白、油脂和低聚糖,廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)食用油、豆制20%以上的速度發(fā)展,大豆分離蛋白和大豆?jié)饪s蛋白在市場(chǎng)上供不應(yīng)求。大豆?jié)饪s蛋白產(chǎn)品是一種較高純度的優(yōu)良大豆蛋白產(chǎn)品,它是以低溫豆粕為原料,并通過酒精溶液瀝洗法脫去其中的可溶性糖分而得到的一種產(chǎn)品。濃縮蛋白含有豐富的蛋白質(zhì)和膳食纖維,具有很高的營養(yǎng)價(jià)值和附加值,能給消費(fèi)者提供高質(zhì)量營養(yǎng)成分和給廠家?guī)砜捎^效益。大豆低聚糖是大豆?jié)饪s蛋白生產(chǎn)中的附產(chǎn)物,以前都被當(dāng)廢水排放了,不被人體直接消化、吸收

18、。但是,大豆低聚糖可被體內(nèi)腸道中有益細(xì)菌所利用,可促進(jìn)雙歧桿菌繁殖,具有防治便秘,提高人體免疫力,分解致癌物我國大豆?jié)饪s蛋白發(fā)展較慢,年產(chǎn)量在5000t以下,并且多為功能性較差的中低端產(chǎn)品,與之相比,分離蛋白在我國則相對(duì)發(fā)展較快,年產(chǎn)量在6是以分離蛋白代替濃縮蛋白使用,或高價(jià)從美國和歐洲進(jìn)口大豆功能性濃縮蛋白,長此以往,不但大大提高了生產(chǎn)成本,而且在激烈競爭的市場(chǎng)中處于劣勢(shì)。所以,大力發(fā)展我國大豆?jié)饪s蛋白產(chǎn)業(yè)非常迫切。導(dǎo)致我國大豆?jié)饪s蛋白發(fā)展緩慢的關(guān)鍵原因是大豆?jié)饪s蛋白生產(chǎn)的功能化技術(shù),長期以來該項(xiàng)技術(shù)被美國ADM等公司壟斷。國內(nèi)大豆蛋白行業(yè)的研究機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)也研制出了大豆功能性濃縮蛋白生產(chǎn)

19、技術(shù),并申請(qǐng)了專利,目前正在產(chǎn)業(yè)化階段。水分8%;蛋白質(zhì)(NX6.25,干基)70;脂肪1%; 粗纖維5%;灰分6% ;菌落總數(shù)30000個(gè)/g ;大腸菌群120個(gè)/100g) 菌:無; 酵母菌和霉菌300g/個(gè) 。圖 1 大豆?jié)饪s蛋白生產(chǎn)工藝流程2 大豆?jié)饪s蛋白市場(chǎng)前景在國外,大豆?jié)饪s蛋白產(chǎn)品主要應(yīng)用于肉制品、飼料行業(yè)、面制品等行業(yè),作為肉食加工業(yè)中肉的替代品和填充劑以及喂養(yǎng)幼小動(dòng)物的代乳品(特別是牛犢和乳豬),需求量在30萬t/a以上。在我國,由于濃縮蛋白產(chǎn)量很少,肉制品中主要以分離蛋白代替濃縮蛋白,如果有一半公司采用濃縮蛋白,則需求量可達(dá)30000t/a以上。飼料行業(yè)濃縮蛋白的應(yīng)用潛力更

20、大,再加上在乳制品、面制品和保健品等行業(yè), 我國大豆?jié)饪s蛋白的需求量保守估計(jì)也在50000t/a上。目前,全世界約有低聚糖產(chǎn)品10余種。隨著對(duì)低聚糖產(chǎn)品的開發(fā),人們對(duì)其功能性也有了越來越多的認(rèn)識(shí)。除乳酮糖外,1991年低聚糖的產(chǎn)量約3.5萬t, 2000年則超過10萬t。我國功能性低聚糖的工業(yè)化生產(chǎn)始于1996年,經(jīng)過多年的發(fā)展,目前已具有一定規(guī)模,產(chǎn)品大部分作為食品配料使用,少量用于飼料,市場(chǎng)潛力巨大。同其它低聚糖相比,大豆低聚糖的純天然性使其在競爭中更具優(yōu)勢(shì)。3 生產(chǎn)規(guī)模及投資估算3.1 建設(shè)規(guī)模(1) 生產(chǎn)能力:建設(shè)年處理11000t大豆綜合處理項(xiàng)目,每年可得大豆功能性濃縮蛋白5000t,大豆低聚糖1000t,大豆油1700t。(2) 占地面積:6000m,廠房20003000m;223.2 主要設(shè)備及投資估算(1) 主要設(shè)備投資共計(jì):3500萬元。見表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：見表2. (3) 總投資概算總投資概算為6280萬元,其中設(shè)備費(fèi):3500萬元;運(yùn)輸費(fèi):35萬元;安裝、調(diào)試費(fèi):30萬元;設(shè)計(jì)費(fèi):35萬元;土地費(fèi)、廠房建設(shè)和公用設(shè)施1000萬元;流動(dòng)資金1000萬元;技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi):380萬元;其他不可預(yù)見費(fèi)用300萬元。4 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估4.1 毛利估算(1)