大豆分离蛋白主要生产工艺,设备参数的选择
Food and Fermentation Industries Vo1.23
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No.4 t
大豆分离蛋白主要生产工艺、设备参数的选择
(黑龙江省佳木斯多多保健食品厂,佳木斯,154007)
重量盟
(黑龙江省佳木斯三江食品公司,佳木斯,154007)
摘 要 从生产实践和实验角度出发,重点阐进了大豆分离蛋白生过程中主要工艺、设备参
数的选择以及各参数对产品质量、经济性的影响
关量词 盟 兰 墨 壁型 .豆萤白
大豆分离蛋 白(soybean prote...
Food and Fermentation Industries Vo1.23
.. .一 /
fs 乎.2-
No.4 t
大豆分离蛋白主要生产工艺、设备参数的选择
(黑龙江省佳木斯多多保健食品厂,佳木斯,154007)
重量盟
(黑龙江省佳木斯三江食品公司,佳木斯,154007)
摘 要 从生产实践和实验角度出发,重点阐进了大豆分离蛋白生过程中主要工艺、设备参
数的选择以及各参数对产品质量、经济性的影响
关量词 盟 兰 墨 壁型 .豆萤白
大豆分离蛋 白(soybean protein isolate
简称SPI)应同时具备营养和功能两个特性。
SPI的主要组分是 7S、llS和 15S,三组蛋白
之和约占全豆蛋白含量的78 。为使SPI产
品具有营养和功能特性,应选择合适的生产
设备和工艺参数,根据我们的经验将其归纳
如下,供同仁参考。
1 工艺流程和主要工艺参数的选择
1.1 酸沉法生产SPI产品工艺流程
酸沉法生产SPI主要有:粉碎、萃取、分
离渣乳、酸沉、凝乳分离、中和老化、杀菌干
燥、检验包装等工序。该工艺旒程中的超级分
离和二次萃取工序部分可根据产品工艺要求
选用,详见工艺流程图1。
收稿时间:1997一o4—23
图 1 SP1生产工艺流程图
业
工
酵
发
与
品
良
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,
“
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第 23卷 第4期 褚弘斌等t大豆分离蛋白主要生产工艺、设备参数的选择
1.2 主要工艺参数的选择
(1)原料(脱脂豆片)要符合质量要求。外
观呈黄(乳)白色、粉(片)状,具有大豆粕固有
的气昧,元霉变和杂质,蛋白质(干基)含量大
于或等于 50 ,脂肪小于或等于 l%,水分
小于或等于 8 ,粗纤维小于或等于 4 ,
NS1>70%,卫生指标要符合
。
(2)蛋白质的萃取率主要受pH值、豆液
比和温度三个重要参数影响。萃取液的pH
值综合考虑在pH7.3~8.5之间较为合适,
萃取率随pH值的变化关系曲线[ 见图2。
瓣
褂
.Ⅲ
嘲
pH 值
图2 不同pH值对脱脂豆粉萃取率的影响
由图2可知,萃取率随pH值降低而降
低,但pH值增高萃取率却增加不大i在中和
后灰分值增大。豆液比一般在1:10~l:20
之间,豆液比越大,蛋白萃取率越高,但是受
分离 设备造价和能耗等经济指标制约。采用
二次萃取工艺,第一次豆液比在 1 10左右,
第二次豆液比在1:6左右,这样既经济,萃
取率又可提高10 左右。水豆比萃取率曲线
见图 3。
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鬟
、 ,
褂
盛
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豆 :水
图3 豆水比对萃取率的影响
萃取液温度一般在28~50℃之间为宜
液温低刚降低萃取率,液 温高于 55℃,蛋白
逐步开始变性也影响萃取率 除上述因素外
豆片粒度、萃取时间和萃取液溶质等也影响
萃取率。.实验结果(图4)
明,豆片浸泡后,
加工到 100日以上粒度时,有利于萃取。从实
验结果看,萃取时间不宜短于10rain,也不宜
超过40rain。浸泡时问短萃取率降低,时间长
则易受微生物污染.卫生指标受影响。
时 同 (rain)
图I 萃取时间对萃取率的影响
(3)渣液分离是 SPI生产的关键工序,直
接影响蛋白收率。分离机分离因素F 不宜低
于 3500,一般渣液分离后的豆渣含水率应控
制在81 之内 二次萃取工艺,第二次分离
后豆渣含水率应低于 78 。每次分离后液相
中的非溶性固形物应小于0.66 。
(4)蛋白酸凝的目的就是在蛋白液中加
入 HCI使酸沉蛋白在pH4.1~4.6之间的等
电点处酸沉 凝乳,与乳清、碳水化合物、盐类
等可溶性成分分离,为 SPI生产分离提纯创
造条件 此工序加酸时要搅拌均匀,等电点要
准确,防止在分离工序流失蛋白。
(5)凝乳分离工序的主要目的是将凝乳
混合料液中的乳清、碳水化合物、盐类等可溶
性部分分离除去,提纯SPI。分离机分离因素
F ,不能低于 3500,进料量要求均衡稳定.不
能超负荷运行。分离后固相中的固形物不宜
低于 23 ,液相中的非溶性固形物(沉淀物)
不宜超过 0.33 。对于分离出来的凝乳块要
及时加水用解碎机破碎.使其混合液固形物
达到 13 ~l4 。
(6)凝乳水洗 工序的目的是为了把残留
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46 食品与发酵工业 Food and Fermentation Industries Vo1.23 No.
在凝乳中的碳水化台物、盐类等可溶物进一
步分离出去,保证 SPI产品达到质量要求 根
据纯度要求通常加两倍的水量即可达到质量
标准。水洗工序用水的pH值和水温要与酸
凝工序参数一样,否则在分离时会流失蛋白,
降低得率。此道工序要根据产品综合指标决
定是否采用。
(7)老化和中和工序主要目的是用化学
提高产品品位,调整产品的功能性。此工
序添加剂的投放量、老化时间、pH值的调
整,离子强度的改变,均可使蛋白质结构组分
发生变化,改变产品的功能特性。
(8)杀菌和闪蒸工序主要是提高产品的
营养和功能特性,消除抗营养因素,除去异味
等。工艺参数依产品功能特性要求而定。例
如某种添加到肉制品中的SPI产品的工艺参
数为:杀菌温度 136"C,时间不短于 13s,闪蒸
后料温低于 65"C,闪蒸罐内真空度不低于
0.067M Pa。
(9)SPI产品宜选用压力式喷雾干燥法
干燥。产品粒度要求9o 通过100目。在液
料供料均衡的情况下,用喷雾压力和喷嘴板
孔直径可以调整产品粒度。产品水分正常控
制在5 之内,可根据不同季节中空气的湿
度来调整干燥塔进排风的温度而实现。正常
进风温度不宜低于 170U,排风温度不宜低
于 70℃。经喷雾干燥出来的SPI粉要及时冷
却和筛检,防止产品包装后结块。
2 主要生产设备参数的选择
2,1 分离机工作、工况参数的选择
根据SPI生产特点,从用途上考虑应选
用固相浓缩(脱水)、液相澄清的分离机。从机
型上考虑应选用卧式螺旋卸料式离心机。从
操作方法上考虑应选用自动连续式分离机。
从排渣结构上考虑应选用差动式螺旋卸料
机 进料固形物能适应3~/~20 的浓度,分
离物料粒度能达到 0.01ram,能对固液比重
差大于0.05的物料进行分离。分离因数F,
一 ( :转鼓角速度,rad/s 转鼓半径,
岩
mig:重力加速度,m/s )不应低于3500。分
离机的生产能力要根据工艺要求而定 ,要注
意使进料量(不可溶固形物量)与排渣量匹
配。
2.2 分离机相关结构参数的选择
分离机脱水机理如图5所示。
分
离
灌
图5 沉渣分离机转鼓各个区域示意图
从沉渣脱水分离到两侧分为三个区域。
转鼓部分为沉降区,锥角部分为脱水(澄清)
区,两区结合部分为过渡区。实际运行工艺效
果与离心机的转鼓尺寸、锥角等结构参数,离
心机的处理量,转鼓的转速,卸料螺旋器的相
对转速,进料浓度与条件等工况参数以及被
分离物料的粒度,液相的特性等物料性质有
关。卧式螺旋分离机转鼓分为锥形和柱锥形
两种,在两台分离机转鼓长度、直径尺寸相同
的情况下,柱锥形的“当量沉降面积值三”大
于圆锥形L ,即 三 t>三 对于圆锥形转鼓
(图 6):
/
图 6 圆锥形转鼓
一 m-L[i+詈争+吉( ) ]m2
对于柱锥形转鼓(图7)
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l
●
第23卷 第4期 椿弘斌等:大豆分离蛋白主要生产工艺、设备参数的选择 47
三柱惟一 F, r工{1
Llr 1 h
L 2 r
式中:
工——螺旋卸料沉降离心机转鼓沉降区
总长,m;
工 ——圆筒段的沉降区长度,m;
— — 圆锥段的沉降区长度,m;
—^—转鼓中沉降液层的深度,m;
F ——分离因数;
r— — 转鼓半径,m
图 7 柱锥形转鼓
由三值可以看出,柱锥形转鼓可以得到
更好的运行工艺效果。API生产应选择柱锥
形分离机,转鼓锥角一般选择在 8 ~13。。在
其它参数不变的情况下,锥角每增加 2。,分
离后固相含水率约降低 1 ,见图8。
*
蔷
抽
粤
厦‘
■
彘
图8 分离后固相古水率与转鼓半锥角关系
转鼓直径通常宜在 350~500ram,转鼓
长度宜在 lO00~2000mm 转鼓长,直径大,
转速高,工艺效果好,但制造难度大,造价高。
2.3 豆渣和凝乳分离机的选择
豆渣分离工序的分离机应适应 3 ~
2O 非可溶性固形物物料的进料 分离后固
相物料的含水率应低于80 ,液相中的非可
溶性固形物应低于0.66 。若采用偏心切口
式螺旋叶片可使固相物料含水率降低2 ~
3 嘲
。 分离机应维修清洗 方便,具有自控、
无级调速、过载保护、加压循环润滑系统。分
离因数是关键参数,不宜低于 3500。此外螺
旋卸料器叶片外径与转鼓内壁之间的分离卸
料间隙一定要均匀,限制在最小尺寸(约0.5
ram)上,该间隙直接影响分离效果 转鼓和
卸料器动平衡也必须在标准值,否则也影响
分离效果,降低轴承等部件寿命,甚至使设备
无法运行。
凝乳分离机分离要求标准比豆渣分离机
要高,该道工序分离机除分离因数不能低于
3500外,转鼓长度要比豆渣分离机转鼓长
400~500mm。该机分离后固相物料含固形
物不应低于22%,液相物料含非可溶性固形
物不超过 0.33%。
2.4 杀菌闲蒸器主要参数的选择
SPI主要成分是球朊,粘度较大。在长时
间超高温杀菌过程中,板式或管式杀菌器易
挂壁和焦管,用蒸汽直接加热杀菌较适宜。为
了保证杀菌效果,一般在超高温杀菌前进行
一 次预热,预热物科温度到7o~c左右,然后
再用蒸汽直接加热到 l30~14o~c进行杀菌。
由于产品功能性要求不同,杀菌温度和时间
也不同。根据产品工艺要求不同,杀菌恒温保
持管要设成分段式的(可设成 los、15s、30s),
以便满足不同品种的工艺要求。闪蒸室容积
要根据产量而定,一般可按每小时产量的
60 ~95 确定。闪蒸室的真空度不宜低于
0.067MPa。闪蒸室应将杀菌后的液料瞬间降
到65~C以下,否则要用冷却装置冷却。详见
超高温杀菌闪蒸器原理简图(图9)。
一r
+
R
3—2 l一3
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48 食品与发酵工业 Food and Fermentation Industries Vo1.23 No.4
图 9 超高温(UHT)杀菌闪蒸器原理图
l一贮料缸;2 援热器l 3一平衡槽l4一杀菌器l 5一保持管l6一内蒸室{7一蒸汽管l8 回料管
9一真空管Ilo一出料管I
A一供料泵 B一高扬程料泵lC一高扬程料泵
2.5 干燥塔主要参数的选择
喷雾干燥塔是以一个单元操作就可以将
料液变为干燥制品的装置。通常需经过四个
过程:a.料液雾化;b.雾化料与热风混触;c.
蒸发干燥;d.干燥制品与热风的分离及收集。
料液雾化是喷雾干燥的关键问题,SPI料液
由于牯度大,宜采用单组压力喷雾法,其干燥
曲线r 如图10。
干燥 时 间 25~ 50*
图 10 干燥曲线图
SPI产品有粒度的要求,故喷雾压力比
较高,一般在 20~40MPa。喷头的数量、板孔
直径及结构与生产能力、喷雾压力及干燥塔
的结构尺寸有关。喷头板孔直径一般在 1.6
~ 3.8mm 范围之内,三个喷头的板孔直径一
般在 1.6~2.5ram之间,单头的板孔直径在
1.8~3.8 mm之间。雾化料与热风混触一般
均为顺流式,进风温度 170~190℃,排风温
度根据空气湿度及水分 的要求可在 70~
87C范围内进行调整。
干燥制品的收集也是喷雾干燥塔的关键
技术,SPI产品粒度小,收集的难度较乳制品
大。立式干燥塔采用单一旋风器集粉方式,结
构比较简单,造价较低。它的缺点是集粉率略
低。采用组合旋风式(加捕粉袋)集粉器结构
较复杂,造价较高,但集粉率高。干燥塔的蒸
发强度一般可以设在 6~9kg/m。,蒸发强度
高,热效率高,设备体积减小,造价降低。
SPI干燥塔须设有 CIP系统和干燥杀菌
装置,除此之外,还要考虑到系统的自动化控
制、灭火装置、粉爆安全门、振动落料和捕粉
滤袋室染菌问题。喷雾干燥系统的原理见图
11
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第 23卷 ‘第 4期 堵弘斌等:大豆分离蛋白主要生产工艺、设备参数的选择 49
图 Ll 喷雾干燥系统原理图
1一喷浆管l 2一加热器l 3一节能器 4一干燥塔{5一美封器l 6一集粉器r7一捕粉室r8--收粉器;9-空气滤器l
A一鼓风机IB一引风机{C一砖却风机
册,北京 机械工业出版社,1982.14,78~12
参 考 文 _ 3 广州轻工业设计院译
. 离心机.通用机械研
L 骆承庠等编译.大豆与大豆食品 北京:轻工 ,究所,化工与通用机械参考资料,1974,82~109 -
业出版社,1983,23~25 4 杨桂馥译.食品工业科技,1991,1·48~53
2 机械电机工程手册编辑委员会.机械工程手
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