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生物提取蛋白肽

 具体的流程图请参照《大豆分离蛋白生产及在生产中的副产品和废水废渣的处理新工艺流程》,下面就流程做具体说明。
 
1、原料
豆粕质量的好坏直接影响分离蛋白的提取率和功能特性。用于分离蛋白生产的原料豆粕应是清选、去皮、溶剂脱脂,低温或闪蒸脱溶后的低变性豆粕。这种豆粕含杂质少,蛋白含量较高,蛋白变性程度低,适于大豆分离蛋白生产。豆粕中的蛋白变性程度,亦即氮溶解指数(NSI)的高低与大豆分离蛋白的提取率有很大关系。当原料豆粕的NSI值为74.25%时,大豆分离蛋白的得率为37%;NSI值为80.3%时,得率为40%;当NSI值为83%时,得率为43%。分离蛋白的提取率除与豆粕的变性程度有关外,还与用于浸油的原料大豆的蛋白含量组分有密切关系。大豆分离蛋白的主要构成为大豆球蛋白中的7S和11S组分。这两种组分在含盐溶液中的粘度和溶解度也大不相同。大豆球蛋白中的2S组分,分子量小,提取分离蛋白时分散于乳清液中。因此,大豆原料中2S蛋白组分过高,即使蛋白含量和NSI值都很高,蛋白提取率也不会很高。从此得知,用于分离蛋白生产的原料大豆必须进行检测,要采用7S和11S含量较高的大豆品种,这对稳定大豆分离蛋白的提取率和功能性是十分必要的。
 
2、浸提工艺

从豆粕中萃取蛋白质时,加水量、pH、温度、浸提时间对分离蛋白的得率有很大影响。 浸泡:很多企业都是先将豆粕干法粉碎后再与水混合浸提。干法粉碎不利于提高蛋白质的提取率,而且容易使蛋白质发生热变性,降低蛋白质的NSI值。若将脱脂豆粕加水先浸泡一段时间再磨浆,这样可以有效的提高蛋白质的提取率。先浸泡后磨浆的方法,比干法粉碎再浸泡更有符合大豆蛋白质的溶解机理。经测定,先浸泡后磨浆比干法粉碎再浸泡的蛋白质提取率高2~4个百分点。
用水浸提大豆蛋白时,加水量越多,蛋白质的提取率就越高,但是加水太多,酸沉时乳清液中的球蛋白量增加,蛋白的损失量也就增高,成品得率反而下降;若加水太少,大豆蛋白的溶出率大大下降,成品的得率也会下降。还会增加后续各工序的难度。同时在磨浆阶段,浆料粒度越细则蛋白得率和浸提效果越高。其实不然,当浆料粒度太细反而会使蛋白得率和浸提效果下降,同时有增教了过滤分离的难度。 蛋白质的溶解度与浸提PH有很大的关系,pH太低的时候,11s蛋白组分能解离成2s组分,这种解离作用造pH3.75时开始至PH2时达到最高峰,当pH小于2时,又会发上聚合作用,形成聚合物。如果ph太高时,因碱性太强会引起脱氨脱羧肽键断裂,又会发生“胱赖反应”,把氨基酸转化成有毒的化合物。所以浸提蛋白的PH必须要有合适的控制范围。
用碱性溶液提取豆粕中的蛋白时,温度的高低对蛋白的NSI有很大的影响。一般来说,随着提取温度的升高,NSI降低。当温度超过55℃时,蛋白开始变性,温度大于80℃时,蛋白会形成凝胶。所以浸提温度过高,不仅会使蛋白变性,影响其功能性,而且粘度增加,分离困难,分离耗能提高。
浸提时间的选择,主要是看蛋白的溶出率。一般来说,在一定的浸提条件下,浸提时间越长,蛋白的容出率就越高。但是当浸提达到一定的时间后,蛋白得率随浸提时间的延长而无显著的变化。我们要综合考虑能源消耗、设备周转、生产周期、工艺成本等各种因素来确定合理的时间。

 
3、分离工艺
采用碱溶酸沉法生产分离蛋白工艺过程中,有2个分离工序,一是用碱液提取大豆蛋白后,离心分离蛋白萃取液和豆渣;二是酸沉后离心分离蛋白凝乳和乳清。分离机是大豆分离蛋白生产中的关键设备,一定要充分了解分离机自身性能和对物料的适应性,否则大大影响分离效果,降低蛋白的提取率和纯度。,在设备选购上,我们有国内外最先进离心机生产厂家合作,精通各种离心机的性能、操作方法和保养。可为您在生产过程中最大限度的发挥使用效率。还可根据您本身有的设备采取辅助设施。
 
4、酸沉、水洗、中和工艺

大豆蛋白的酸沉工艺是主要利用大豆蛋白在等电pH条件下溶解度最小的原理,使之凝聚沉淀。大豆蛋白不是在所有酸性条件下都能凝聚沉淀的,只有pH到大豆球蛋白的等电点附近时才能凝聚沉淀。因此只有严格掌握酸沉所需的pH,才能收到满意的效果。要想做到这点必须做到工艺参数的自动控制。影响等电沉淀的因素较多,在蛋白提取液中有大量的含磷化合物的存在是其中的一个较大因素。酸沉工艺操作中加酸速度和搅拌速度也影响蛋白质的沉淀,控制不好很容易出现pH值虽然到了等电点,但蛋白质凝集下沉缓慢,上清液混浊。

 
5、杀菌、均质、干燥工艺

经打浆中和后的蛋白浆液需经热处理。不同温度的热处理对蛋白产品的粘度、凝胶强度、NSI值、风味等都有不同的影响。高压均质处理对分离蛋白产品的功能性影响较大。经高压均质处理过的蛋白浆液,粘度明显下降,高剪切力作用能打破蛋白分子的交联和凝聚,蛋白液对热的敏感性减弱,产品NSI值随着均质压力的提高有所提高,但过度均质会破坏蛋白产品的凝胶性。分离蛋白的干燥一般都采用喷雾干燥法,喷雾干燥有压力喷雾、离心喷雾、二流体喷雾等几种形式,生产分离蛋白以采用压力式喷雾干燥为最好,经压力式喷雾干燥生产的分离蛋白产品虽颗粒小,但具有较高的容重。离心喷雾干燥的产品容重低,产品水合后带入大量的气泡,会降低蛋白胶凝强度,低容重的产品保质期也不理想。蛋白液在喷雾干燥时,把进风温度、排风温度、喷雾温度控制不好都会影响NSI,蛋白粉在喷雾塔内停留时间过长,也会使凝胶性和NSI值下降。

 

具体实施方式如下图所示:

 
 
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第一步 将大豆精选后去皮、去胚后低温浸出,得到大豆皮、胚、混合油和低温豆粕,大豆皮用于生产膳食纤维,豆胚用于提取胚芽油、大豆皂甙和大豆蛋白,大豆混合油分离出溶剂和大豆毛油,溶剂回用于浸出工艺,毛油提炼出大豆油和磷脂。
第二步 将低温豆粕经“碱溶和酸沉”工序后,分离后得到豆渣、蛋白泥和大豆废水。豆渣用于生产膳食纤维,废水进行直接多效真空浓缩,得到浓缩液和冷凝水,将冷凝水回到豆粕碱溶用水,实现水循环利用,再将浓缩液用大分子絮凝剂絮凝分离乳清蛋白或用分子量载留范围在1500-3000的膜分离乳清蛋白,真空浓缩液结晶分离大豆低聚糖,用乙醇等有机溶剂提取异黄酮,得到高副价值的大豆低聚糖、乳清蛋白和大豆异黄酮等产品,或将浓缩液直接喷雾干燥得到含有大豆低聚糖、乳清蛋白和异黄酮的混合功能性原料。
第三步 将大豆蛋白泥经过调pH值后喷雾干燥,生产普通分离蛋白或加入蛋白酶等生物制剂处理生产注射蛋白、大豆多肽、植物水解蛋白、水溶性蛋白等产品。

应用市场日益扩大, 目前我国食品行业用于替代植物性SPI每年需求量5万吨左右,虽然国内SPI加工能提供6万吨左右,但每年需要出口3万吨左右。我国的大豆分离蛋白生产有一定的物质和技术基础,但是从整体来看,我国现在对SPI技术开发能力较低,在产品质量,生产技术等方面存在很多的问题。主要原因是不了解生产大豆分离蛋白的各项参数对产品的不同影响, 目前国内生产SPI 主要以碱溶酸沉法为主,但是存在着许多难以克服的不足。如可溶性成分去处不彻底,耗酸耗碱太多,产品纯度低,灰分高,色泽深,蛋白纯度低等缺点。由于我国目前生产SPI的技术等相对死亡落后,国内一些相关客户需要从国外进口高质量的SPI填补空缺。它的加工条件要求很苛刻,原料、设备、工艺、管理那个环节不严谨,都会影响产品的质量。并且蛋白质得率的高低,直接影响了企业的经济效益和我国蛋白制造业的兴衰。国内有很多家企业因为得率低,经济效益差,不得不停产。我公司在传统的碱溶酸沉分离蛋白生产技术的基础上,经多年的试验研究与生产实践,总结出一套提高大豆分离蛋白得率的途径。并按照产品的应用领域,产品的性能不同,开发出了多功能,多品种,高质量的大豆分离蛋白生产技术,以适应国内相关分离蛋白生产厂家对技术及工艺不足的需求,提高国内分离蛋白生产的整体水平。
关于大豆分离蛋白生产行业,属于高新技术行业,90年代中期以来,我国的大豆分离蛋白工业发展迅速,相继建成了30多条不同规模的大豆分离蛋白生产线,设计产量已超过8万吨,但每生产1吨分离蛋白会产生20多吨COD超过20000mg/l,BOD超过10000mg/l的高浓有机废水,和5-6吨废渣。目前的分离蛋白生产工艺的一般处理方法是都将废水直接排放或交进废水处理站处理,废渣(豆渣、豆皮、豆胚和油渣等)卖给饲料厂家。造成了严重的环境污染、资源浪费。导致生产成本的增加,在激烈的市场竞争中出于劣势,据我们调查,我国分离蛋白厂中,正常生产的还不到一半,若采取清洁生产工艺,不仅能控制污染、节约水资源,而且大豆的有价值成分一点没有损失,产品增值十倍以上。

     
工厂设计图,物料计算    
生产方法
按附图1步骤,在日处理10吨的大豆蛋白生产线上处理大豆1吨:
1. 低温浸出:大豆精选、烘干、破碎脱皮、脱胚,得豆皮102公斤,豆胚26公斤,豆瓣经软化、轧胚后加入6号溶剂浸出,得到湿粕和混合油,混合油真空脱除溶剂,得到毛油154公斤和溶剂(回收循环用于浸出),湿粕经140℃高温闪蒸脱溶和70℃真空二次脱溶,得低温豆粕712公斤,蛋白含量52.5%,氮溶性指数(NSI)86.5%;
2. 碱溶酸沉工艺提取蛋白:将步骤1的低温豆粕加入10倍50-55℃的热水,调pH7.0-7.5,搅拌萃取15分钟,4000转以上离心分离,豆渣重萃一次,得到含水份80.2%豆渣1200公斤和豆乳液,豆乳液用盐酸调pH4.4-4.5,搅拌均匀,离心分离,得到含固形物1.2%的乳清废水8吨和大豆凝乳蛋白泥;
3. 生产蛋白产品:将步骤2的蛋白泥调pH8.0,加入木瓜蛋白酶水解,用NaOH调pH,维持pH在8.0,控制水解度在5%左右生产注射蛋白(若控制水解度在25左右,可生产大豆多肽,水解度在90%左右,可生产植物水解蛋白),调pH7.0,升温灭140±5℃,闪蒸灭酶杀菌,最后喷雾干燥,得水溶性和分散性优良的大豆注射蛋白312公斤;
4. 废水利用:将步骤2的乳清废水五效降膜浓缩,第一效温度115-120℃,每效温差12-15℃,浓缩到固形物15-20%,喷雾干燥,得到含乳清蛋白40%,大豆低聚糖52%,大豆异黄酮0.8%功能性混合物,同时得到冷凝水7.2吨(温度50-60℃,COD<150mg/l,可用于下一批碱溶用水或它用);
5. 生产膳食纤维:将步骤1的豆皮和步骤2.的豆渣加入碱性纤维素酶水解30分钟,升温75℃,加入0.5%双氧水脱色30分钟,再升温140±5℃,闪蒸灭酶杀菌脱腥,最后喷雾干燥,得蛋白含量18.5%,膳食纤维含量70.6%的膳食纤维398公斤;
6. 胚芽的利用:将步骤1的大豆胚芽加入6号溶剂31公斤,溶剂比1:1.2,浸出温度在53℃左右,浸出后真空回首溶剂得到胚芽油和胚芽粕, 胚芽粕加入75%的乙醇水溶液,在温度为75℃下进行连续3次浸提3小时 , 分离,真空回收乙醇,得到蛋白含量72.3%胚芽蛋白和大豆皂甙混合物4.5公斤,其中大豆皂甙2.9%,大豆异黄酮1.3%。
7. 油渣的利用:将步骤1的毛油水化脱胶,分离得到油脚和油,油脚真空浓缩脱水、脱色得到大豆浓缩磷脂,其中丙酮不溶物63.2%;将油脱水、精炼得到大豆二级油,再精炼可得到大豆色拉油。
   
大豆蛋白的提取  
从大豆中同时分离出油脂和蛋白从而获得大豆蛋白。采用这种方法所获得的大豆蛋白其含量以干固形物为基准,最低不少于55%,豆油含量以蛋白重量为准为2~32%。提取方法将洗净和去皮的大豆研磨,然后在过氧化物和水中将研磨产品制成浆状。通过离心,从浆液中获得提取的蛋白。把浆液pH值调到8,以溶解蛋白,去掉不溶成分和游离油脂,再把pH值降到4.5,从浆液中即可获得沉淀蛋白,其蛋白质含量不低于85%。上述方法稍加更改,提取物中的蛋白和油脂含量可能发生变化,生产出含油提取物,其蛋白含量55%。实例洗净的大豆70℃预先加热处理,使其水分含量达6%。然后破碎脱皮,将去皮大豆经Contraplex Pin磨研磨。用美制的70目筛子筛出99%的细粉,用100目的筛子筛出85%的细粉。再将大豆粉放进60℃的水里,水中约含有0.03的过氧化氢,豆粉与水的比例为1∶12。然后添加氢氧化钠水溶液,并不断搅拌,添加到pH值为8~9即可,静置30分钟。水状浆液即可分离成水状“A”、固态“B”和油状或乳状“C”。将“B”与水以5∶1的比例混合搅拌,按上述方法还可分出离出水状“D”,将“A”和“D”混合,用盐酸将pH调到4.5,蛋白固形物则沉淀。离心即得固态“G”和乳清状“H”,将“G”喷粉干燥生产出分离蛋白。上述工序重复多次生产出蛋白提取物,以整个干固形物为基准,其蛋白含量为81~85%,油脂含量为7~9%。用这种方法所获得提取物比用传统有机溶剂提取的含油的蛋白质延长了货架期。特别是提取的蛋白,油脂尽管含量不低于2%,其货架期却延长。
   
豆粕加工高蛋白粉工艺流程图  
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