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1、第二部分植物蛋白工艺学第一章植物蛋白制取第一节制取工艺工艺概述蛋白质的种类很多，性质上的差别也很大，又处于不同的体系中，尤其是分别的目的和用途也不同。因此，不能够有一个固定工艺适用于各类蛋白质的提取和分别。例如大豆、花生、小麦蛋白质的制取工艺就有很大的差别。但是，大多数提取、分别蛋白的主要工序根本上是一样的。为了坚持天然蛋白质的固有性质，并防止蛋白质的变性，必需采用稳妥的方法，在蛋白质提取、分别时，应思索下述主要要素：1即在运用于食品工业中不失去所要求的功能特性，如风味、口感。不产生不良影响。2不损失营养价值，保证食品的平安性，符合经济效益等。提取、分别植物蛋白的普通工艺可表示如下：制取植物蛋
2、白的主要产品有浓缩蛋白和分别蛋白产品两大类，其工艺可表示为如下几种：一、浓缩蛋白工艺(一)不溶性浓缩蛋白产品浓缩蛋白质的消费，主要是以低温脱溶粕为原料，经过不同的加工方法，除去低温粕中的可溶性糖分、灰分以及其他可溶性的微量成分，从而使蛋白质的含量提高到65-70。工艺主要有三种:稀酸洗涤法、含水酒精洗涤法、湿热洗涤法。1.稀酸洗涤法本工艺特点是根据蛋白质溶解度曲线，利用蛋白质在等电点时，其溶解度最低,用稀酸溶液调理pH值，将原料中低分子可溶性非蛋白质成分浸洗出来。工艺流程意图如下：原料酸洗固液分别一次水洗固液分别中和枯燥浓缩蛋白废水废水2.酒精洗涤法本工艺特点是用一定浓度的酒精溶液，可使大豆蛋
3、白量变性，失去可溶性。根据这一特性，利用含水酒精对豆粕中的非蛋白质可溶性物质进展浸出、洗涤，剩下的不溶物经脱溶、枯燥即可获得浓缩蛋白。工艺流程表示如下：乙醇回收乙醇原料一次醇洗固液分别二次醇洗固液分别枯燥浓缩蛋白乙醇溶液3.湿热浸提法本工艺特点是利用蛋白质对热敏感的特性，将原料用蒸汽加热或与水一同加热，蛋白质因受热变性而成为不溶性物质，然后用水把低分子物质浸洗出来，分别除去。工艺流程表示如下：水原料粉碎热处置水洗固液分别枯燥浓缩蛋白废水二可溶性产品利用淀粉和纤维素不溶于水使其与蛋白质分别，从而得到可溶性浓缩蛋白质产品。工艺流程表示如下：水，碱原料碾磨浸取固液分别蛋白液灭菌浓缩枯燥产品残渣枯燥饲
4、料废水二、分别蛋白工艺主要是传统的碱溶酸沉法，首先将脱脂粕用稀碱液浸提后，用离心分别除去粕中的不溶性物质(主要是多糖)，然后用酸把浸出液的pH值调至蛋白质的等电点，蛋白质由于处于等电点形状而凝集沉淀下来，经分别可得到蛋白沉淀物,再经洗涤、中和、枯燥即得分别大豆蛋白。工艺流程表示如下脱脂粕浸取固液分别酸沉分别水洗分别中和灭菌饲料枯燥残渣乳清废水冷却产品枯燥此外，分别大豆蛋白产品还可以超滤法消费。关于各种蛋白质产品消费的详细工艺与参数，我们将在有关章节引见。第二节植物蛋白制取主要工序提取、分别蛋白的原料，不外乎是细胞内含物和外分泌物。假设蛋白质是以可溶性方式存在于液体血浆、消化液、奶等中，可以不用
5、经过提取直接进展分别提取。这里要讲的是普通蛋白质和球蛋白的提取分别的主要工序。一、原料的破碎一破碎方法大多数的植物蛋白质都存在于细胞内，结合于细胞壁上，所以必需先使细胞破碎，才干提取、分别出蛋白质，不同的原料要采用不同的破碎方法，根据机理不同可以分为三类：1.化学法(1)碱或去垢剂破碎法；2酶解法；(3)有机溶剂法；2.物理法：(1)热处置破碎法；(2)冰冻复融法；(3)增压减压法；(4)挤压法；3.机械法：(1)碾磨法；(2)挤压法；(3)与磨料颗粒一同搅动的方法；二主要设备1.机械破碎原理物料在破碎过程中遭到的作用力，主要有：挤压力；剪切力；撞击力等机械作用力。在多数情况下，几种力往往同时
6、作用于物料上。有时以挤压力为主，其它力为辅，有以摩擦力为主，其它力为辅。2.通用设备1砂轮磨砂轮磨任务原理：利用固定磨片和转动磨片之间产生的剪切力作用力将物料磨碎。构造：由电机；机架；主轴；分别网；固定与动磨片；料斗及调理机构组成；特点：占地面积小；产量大；能耗低；操作和调理方便；适用于湿法碾磨；自动分渣。2CW-250超微磨机原理：与砂轮磨一样；构造：由特制电机；机架；动、静磨片；料斗；强迫喂料机构和微调理机构组成；特点：A.进料均匀；B.占地小、产量大；C.能耗低；D.微量调理、超细碾磨；E.适用于干法和湿法碾磨。3.三辊碾磨机(1)原理：利用两辊之间挤压将物料破碎。(2)构造：电机；减速
7、器；碾辊；刮刀；(3)特点：占地面积大；能耗高；物料需预粉碎；温升慢；干碾法；4.胶体磨(1)原理：经过不同几何外形的定齿与动齿在高速旋转下的相对运动，使物料在自重、离心力等复合力的作用下，经过可变环状间隙时，遭到强大的剪切力、磨擦力和高频振动，而将物料破碎、均质，从而得到理想的精细力加工产品。(2)构造：喂料器；拨料器；凸凹磨齿；机架及电机。(3)特点：一切材质均为不锈钢资料；细度250um；操作简单、噪音小；用途广均质、乳化；冷却水夹套。二、浸取浸出就是从破碎后的细胞组织中溶解蛋白质的过程。1.溶剂选择1清蛋白类：普通直接用水就可以抽提出来。2球蛋白类：通常在弱碱性溶液条件下，溶液pH7.
8、59.0；也可以在盐溶液条件下进展；直接用水抽提。3脂蛋白类：普通用稀的去垢剂溶液(十二烷基硫酸钠)或有机溶液来抽提。4其它蛋白：不溶于水的蛋白质通常用稀碱溶液。留意：pH值的变化：植物胞里的液泡中含有酸性物质(如草酸)。颜色变化：酚系物质的着色，参与5mMol的杭坏血酸防止变化。2.浸取的根本原那么根本原那么是“少量多次，即对于等量的用于浸取的溶剂，分多次浸取比一次浸取效果好得多。其中：k溶质在固相和液相中的分配系数；W原料的体积；L每次浸取溶剂的体积；X0原先结合在固相中所需浸取的溶质分量；Xn浸取n次以后仍保管在固相中的溶质分量；显然，浸取次数越多，残留的溶质就越少。例如：10升固体物，
9、用20升缓冲溶液分二次浸取，假设K=1那么有3.主要设备(1)浸取罐(2)延续浸取槽构造特点：立式搅拌器、减速电机、不锈钢三、分别分别就是将蛋白质浸取液中固体物质分别出去的过程。一分别方法在食品工业上主要有如下几种方法。1.沉降法(1)重力沉降法：利用固体颗粒的重度大于液体重度。(2)离心沉降法：离心沉降就是把悬浮液体置于高速离心机的转鼓中，由于固体颗粒之间的反复不同，固体颗粒在离心的作用下，迅速的沉降出来。2.过滤法离心过滤法：离心过滤法就是把悬浮液置于旋转滤网之中，固体颗粒被截留在沉网上，而液体由于离心力的作用透过滤网，从而实现固-液物体的分别。振动过滤法：将悬浮液置于高频振动的筛面上，由
10、于产生径向或纵向的振动力，从而使液体和固体颗粒在筛面上实现分别。压力过滤法：利用泵体产生的压力把悬浮液送到滤布(滤网)所围成的滤框中，由于压力的作用经过滤布而实现固-液分别。(二)主要设备1.离心分别设备离心分别原理：利用分别机中分别筒的高速旋转，使悬浮混合液中具有不同重度的轻液、重液及固体颗粒，在离心力场中获得不同的离心力，快速分层，从而到达分别的目的。重力沉降与离心沉降表示图如下：G=mgF=ma=mR2=42mRn2由此可见，离心力(F)与分别筒的半径(R)和转速2成正比。半径越大，转速越高，那么离心力(F)越大。通常离心力可达重力的数千倍。因此能实现快速分别。分别要素：我们把离心力与重
11、力之比的倍数称为分别要素(C)。在数字上等于离心力速度与重力加速度之比。C=F/G=ma/mg=a/g=R2/g=42mRn2/g(1)碟片式(离心)分别机任务原理：对于碟片式分别机,实践的分别是发生在分别盘间混合液从中心进入分酸孔D，再进到锥形分别盘组件的空间，重级由F排出，轻液G排出(见图)。A.分别要素:在60008000不等。B.颗粒运动轨道：外表=0,极短时间到到内外表，沿锥面滑到容渣腔。C.碟片数量：80150片；间距：0.51.3mm构造：传动机构；分别筒；进出液安装；配水安装和机架等部分组成。操作要点：A.分别机到达转速后，先注水进展水封。但固液分别时，不需“水封，而直接进料。
12、B.定期排渣，保证分别效果。C.检查光滑由液位线高度。分别效果控制：A控制进料量；B.选择比重环经过控制进料量和调整比重环，使之到达最正确分别效果。普通将分别线控制在分配孔外缘1/3处最好(油与水)，而单从净化和廓清效果来说处置量越小越好。但实践消费中，在满足效果的前题下，越大越好，充分发扬机器的效能。主要型号：DBP-50型、DPM-30型、DZD-20、DBD-400型/26(2)卧式沉降离心机(以LW355系列为例)任务原理：物料从进料管进入螺旋推进器的锥端后，因高速旋转、物料经双S面流向转鼓壁。组成物料的轻、重相，由于遭到不同的离心力，重相快速堆积到转鼓壁上，而轻相那么较慢地贴附到重相
13、外表，轻相和重相之间构成了一个明显的分界面，随着重相堆积增多，进入到螺旋叶片顶端重相堆积层，这时转鼓与螺旋推进器同向高速旋转，具有一定转速差，这种转速差使重相颗粒向转鼓小端出料口挪动，而轻相那么经螺旋形通道，流向液相出口。02.过滤设备(1)振动过滤机任务原理：物料从进料口进到筛面上后，由振动电机产生的纵向和径向跳动(振幅5mm),使物料颗粒在筛面上进展曲线运动而到达出口，液体那么穿过筛网进展二次、三次过滤，直到符合要求为止。构造：A.振动电机；B.机架；C.底筛；D.层筛；E.筛盖；F.弹簧；H.弹跳球。筛分控制：A.进料量；B.物料停留时间(调理偏重块角度)。特点：A.构造紧凑，精巧耐用，
14、筛分效率高；B.换网容易，操作简单，清洗方便；C.网眼永不阻塞，全封锁；D.自动出料，延续化操作；E.出料方面可恣意调整，调理方便；F.筛网可达五层。任务原理：物料经过中心进料管进入到旋转的离过滤网上，由于离心力作用，液体穿过滤网，滤渣沿斜面挪动到出料口。构造：A.电机；B.皮带减速轮；C.机座；D.进料安装；E.离心转鼓。特点：A.由于转速相对较低，离心半径较大；B.滤渣含水相对较小；C.处置量大，操作简单。(2)离心过滤机任务原理：悬浮液用泵加压并输入到压滤机的每个滤室，在压力下经过渣层(滤饼)及滤布进展各种悬浮液的固-液分别。构造：A.尾板；B.滤板；C.滤框；D.主梁；E.头板；F.压
15、紧安装等。(3)板框压滤机特点：A.滤液：明流和暗流；B.压紧方式：手动、机械和液压；C.面积：2150m2。D.材质：铸铁和塑料。四、沉淀沉淀就是除去糖类物质的过程(可溶性糖)。一沉淀方法1.等电点沉淀法(酸沉)调理蛋白质溶液的pH值，使蛋白质处于等电点形状，蛋白质颗粒由于相互碰撞而聚集为更大颗粒从溶液中沉淀出来。2.加热沉淀法使蛋白量变性而成为不溶于水的蛋白质，使其与水溶性糖类物质分别。3.凝固沉淀法蛋白质在一定温度下变性后，再凝集成为固体颗粒而与可溶性糖类物质分别。4.乙醇沉淀法常用5070%乙醇溶液来沉淀蛋白质，而后除去糖类物质。作为特例，小麦面筋代表了小麦蛋白质的8595%，由于不溶
16、水并经过机械搅拌，蛋白质具有粘弹性结块性质，所以经过搅拌水处置，除去糖类。纤维素和木质素等纤维成分很难经过浸出洗除。二主要设备略五、浓缩浓缩就是除去浸出液或液体中溶剂的过程。一浓缩方法1.常压法：在一个大气压下1atm,高温下(100)，长时间蒸发水分到达浓缩的目的。如炼乳。2.真空浓缩法：在低压(0.0180.008MPa)和低温(5060)条件下，较短时间蒸发脱除水分。3.超滤浓缩法：利用蛋白质分子不能经过半透膜的性质(分子级过滤)，使蛋白质与其它小分子物质如无机盐、单糖、低聚糖和水分开的方法。超滤膜分子量截留值膜称号XM-300XM-50UM-20PM-10UM-12分子量截留值300，
17、00050，00020，00010，0001，000孔直径(A)14030181512超滤法不仅有浓缩作用，而且还有除盐、分级纯化作用。超滤压力通常是35kg/cm2(0.30.5MPa)。二主要设备1.真空浓缩安装2.超滤安装六、均质均质就是用高压、离心、气流等机械作用，使液一液混合液到达超细乳化效果(油-水型)；或者使固一液悬浮物到达超细分散，最终构成稳定液，一均质方法1.高压均质法；2.离心均质法；3.超声波均质法；4.碾磨均质法二主要设备1.高压均质机1任务原理：1任务原理：物料在高压下进入调理间隙的阀件时，物料获得极高的流速(200300m/s)，从而构成一个宏大的压力下跌，在空穴效
18、应湍流和剪切等多种作用力下把原先比较粗糙的乳浊液或悬浮液加工成极细的分散、均匀、稳定的乳化液或极细的液一固分散物。2构造：均质头(均质阀)；三缸柱塞泵；传动安装；电机；压力表。3特点：占地面积小、效能高、能量大、运转费用低；零部件资料都具有极高耐磨性和良好的耐腐蚀性；乳化液粒度平均在1um以下；固体分散粒度平均在2um以下。构造：A.两个电机(主电机带动转鼓和差速器外壳；辅助电机带动螺旋推进器和差速器)；B.弹性根底破带轮；C.差速器；D.转鼓和螺旋推进器。分别效果控制：A调理差速器(差速比)；B.进料量；C.液体出口位置。主要型号：LW-355-1460；LW-355-1160； LW-35
19、5-860；LW-420-1680；LW-420-1290LW-420-900。七、灭菌灭菌就是杀死产品中的微生物使其满足(到达)商品长久保管的目的，又称商业灭菌。一灭菌方法1.低温灭菌法：温度8085，时间510分钟列管或15秒板式。2.高温短时灭菌法：温度120125，时间510秒。3.超高温瞬时灭菌法：温度140，时间24秒。选择杀菌条件和设备与枯燥方法有关。二主要设备1.列管式杀菌器2.板式杀菌器3.超高温瞬时杀菌设备八、枯燥枯燥是为了减少最终产品中的水分，便于产品的储存和长途远输，同时可防止微生物的繁衍。在枯燥过程中，有两点值得留意：必需尽量坚持蛋白质的天然性质；尽量降低本钱。因此根
20、据产品最终用途，选用不同方法。一枯燥方法1.喷雾枯燥法此技术是近代枯燥技术之一。它过机械的作用，将需求枯燥的物料分散成很细的像雾一样的微滴(以添加水分蒸发面积，加速枯燥过程)，与热空气接触，瞬间将大部分水分除去，而使物料枯燥成粉末状。1压力喷雾枯燥法采用高压泵，以720MPa的压力，将浓缩后的蛋白质液，经过雾化器(喷枪)使之抑制液体的外表张力，而雾化成直径为10200um的微粒，与热空气直接接触，水分迅速蒸发，在极短时间内被枯燥成球状颗粒，沉降于塔底。2离心喷雾枯燥法利用在程度方向高速旋转的圆盘给予溶液以离心力，使物料高速甩出，构成薄膜，进而构成细滴或微滴，在枯燥室迅速枯燥后沉降于室底。3汽流
21、喷雾枯燥法利用高速流动的紧缩空气或过热蒸汽(0.20.5MPa)将料液从喷嘴中喷出，由于高速气流对液膜产生的摩擦，振动和撕裂作用而将料液雾化。2.真空枯燥法(减压枯燥法，低压枯燥法)所谓真空枯燥是将被枯燥物料处于真空(低压0.00780.0026MPa)条件下，降低水的沸点温度，在较低温度5060形状下，快速枯燥物料。它是利用真空泵进展抽气湿，使任务室内构成真空形状。3.冷冻枯燥法(升华枯燥法)此法是将物料快速冻结到-30-45温度下(1.52.0h),在真空条件下(压力1Pa下)，缓慢升华枯燥，除去大部分水分然后升温至零度以上，再进展低温真空枯燥。4.沸腾枯燥法气流(流化枯燥法)此法是将颗粒
22、状物料(或浓缩液；液体必需参与晶核方可进展流化枯燥)，由流化床一侧(如顶部)加料器参与，热空气经过多孔分布板与物料层接触，只需气流速度坚持在颗粒的临界流化速度与带出速度之间，颗粒即能在床内流化，颗粒在热气流中上下翻腾，相互混合与碰撞，与热气流进展传质和传热而到达枯燥目的。5.振动流化枯燥法在振动力作用下，物料自进料口进入沿程度流化床抛掷向前延续运动，热风穿过流化床向上同物料进传热和传质，枯燥物料由排料口排出。二主要设备1.喷雾枯燥机组1任务原理：将含湿量40%90%的溶液、乳浊液、悬浮液或膏状物，送到枯燥室顶部的雾化器(离心、压力式)雾化成直径为10200um的微滴；空气经过空气过滤器，加热器
23、转化为热空气(120180)进入枯燥室顶部的热风分配器均匀地并呈螺旋式运动进入枯燥室，与液滴接触(并流)进展传热和传质，从而使物料在极短时间内得到枯燥。2主要组件：空气过滤器；加热器；枯燥塔体；雾化器；粉末搜集器；风机；贮罐、泵(高压泵、普通泵)电塔安装。3特点：物料枯燥比外表积大(添加五、六千倍)，枯燥速度快(十几秒数非常钟)所得产品为球状颗粒、粒度均匀、流动性好，溶解性好操作简单，调理控制方便，容易实现自动化作业。运用范围广，特别适用于热敏性物料的枯燥。2.真空枯燥安装1任务原理：利用泵体对枯燥箱实施真空操作(减压)，物料置于枯燥箱内的烘盘上，在5060温度，0.00780.0026MPa
24、压力下，静态枯燥24hr后得到枯燥物料。2主要组件：冷凝器枯燥箱机械真空泵(或水放射泵)泵和水池。3特点：真空下物料沸点降低，传热推进力添加，耗量降低，热损失小；热源可以采用低压蒸汽或废热蒸汽；适用于在高温下易分解，聚合和蜕变的热敏性物料的枯燥；属于静态式真空枯燥，故枯燥物料的形体不会损坏。3.冷冻枯燥机组1任务原理：物料置于枯燥机箱内先快速冷结至-4530，然后在高真空下(1Pa)进展升华枯燥。待大部分水分蒸发后，再在低温下进展真空枯燥。使产品水分到达要求为上。水的三相图枯燥曲线图枯燥流程图2主要组件：枯燥箱体制冷机冷凝器真空系统热源(电、导热油、蒸汽)。3特点：物料在极低温度下枯燥，能完好保管原有的生物活性物质(酶、激素等；。产品呈多孔状物质，速溶性好，甚至能恢复原来的物性；枯燥时间长，能耗较大，产品出价钱高。
