大豆蛋白浓缩加工工艺.docx

1、大豆蛋白浓缩加工工艺醇法大豆浓缩蛋白加工工艺及实践醇法大豆浓缩蛋白是在低温脱脂大豆粕 (白豆片 )基础上,使用含水食用酒精脱除可溶性碳水化合物,获得的蛋白干基含量在65%以上的商业化产品。在此基础上,如果再将所得到的醇法大豆浓缩蛋白通过均质、热处理等手段加以物理改性,就可以获得醇法功能性大豆浓缩蛋白的商品化产品。它与传统的大豆分离蛋白及酸洗法大豆浓缩蛋白相比具有生产过程污染小,价位低,功能性强,豆腥味低等诸多优点。本文结合实际工作经验以及以色列Hayes公司的技术说明,对醇法功能性大豆浓缩蛋白的加工工艺、操作要点、主要设备、产品性能做一简要介绍。1醇法大豆浓缩蛋白制备工艺1.1 工艺流程1.1

2、.1 浸出系统白豆片 筛选环型浸出器浸出 挤压预脱溶 碎末 酒精浸出液 混合溶剂系统湿粕脱溶 干燥 、磨粉 大豆浓缩蛋白粉溶剂气体回收系统1.1.2 混合溶剂系统酒精浸出液 薄膜蒸发 糖蜜 提取大豆异黄酮 、皂甙 喷雾干燥 饲料级糖蜜粉1.1.3溶剂气体回收系统环型浸出器冷水冷凝器 冷冻液冷凝器 低压风机平衡罐薄膜蒸发器 冷水冷凝器 冷冻盐水冷凝器 真空泵湿粕脱溶罐 节能器 水冷凝器 冷冻盐水冷凝器 真空泵1.2工艺说明该工艺流程与溶剂法提取植物油十分相似。但酒精与水的共沸点 (常压下共沸点为78.15)高于正己烷(69),酒精的蒸发潜热是正己烷的近2.5倍,因此酒精溶剂气体的回收会消耗更大的

3、能量。考虑到换热器的传热系数,通常所需的加热面积更小,而冷却面积会更大一些。同时,由于豆粕在含水酒精溶液中会吸水溶胀并且浸出速率相对较低,因此对于同样的浸出能力,用醇洗豆粕方法制备浓缩蛋白所需的浸出器体积要比传统油脂工业用的正己烷萃取豆坯的浸出器大很多倍,造成设备投资相对较大。在溶剂消耗方面,先进的酒精浸出系统可以使溶剂消耗在30kg/t物料以下,仍高于6号溶剂浸出油脂系统的2kg/t物料以下。酒精浸出湿粕和含水酒精结合较紧密是造成消耗偏高的主要原因。1.3主要设备1.3.1浸出器 由于使用含水酒精浸出,浸出器最好采用不锈钢制造,碳钢设备内部加涂层也可以有效防锈。采用 Hayes专有技术可以在

4、美国皇冠钢铁公司生产的环形拖链式浸出器技术上稍作改动就可以达到较好的浸出效果。1.3.2 预脱溶挤压机 预脱溶挤压机可以采用Hayes专有技术生产的双螺杆挤压机,通过压榨可将湿粕含溶量由60%70%降低到45%50% ,从而减轻后道脱溶工段负荷,缩短脱溶时间,减少溶剂损耗和热变性。1.3.3湿粕脱溶罐 此设备为关键设备,关系到后续蛋白产品的品质和溶剂回收效率。Hayes专有技术生产的脱溶罐系立式多层结构,罐上部设计成特殊结构,含溶湿粕进入脱溶罐后在罐下半部分上升溶剂蒸汽和夹套加热共同作用下快速脱除湿粕表面的自由溶剂;罐下部还要通入少量过热水蒸汽,以便脱除残留在豆粕微孔和毛细管中的酒精溶剂,保证

5、豆粕成品的溶剂残留达到规定要求的同时又不至于过度受热变性。脱溶操作在负压下进行,可以降低酒精溶剂的沸点,避免豆粕热变性。1.3.4 薄膜蒸发器 酒精浸出液在薄膜蒸发器内低温真空回收酒精。在浓缩的最后阶段,糖蜜浓度较高因而比较黏稠,对设备性能要求较高。1.4操作要点1.4.1选料 低温脱脂豆粕的质量直接影响浓缩大豆蛋白成品的蛋白含量及功能特性,只有高质量的豆粕才能得到高质量和高蛋白含量的浓缩蛋白。所以应选取无霉变,含皮量低,杂质少,蛋白质含量高 (干基含量50%),氮溶解指数50%70%的豆粕作原料。原料进浸出器前必须筛选除去碎末,以免溶剂渗滤性不好,堵塞浸出器筛板。残油不能太高,否则影响酒精溶

6、剂的渗透性。1.4.2浸出 根据成品蛋白含量及最终混合溶剂的浓度,调节料溶比在1(58),浸出温度保持在55左右,浸出时间24h。1.4.3 湿粕脱溶 根据出口干粕的脱溶情况和热变性情况调整真空度、干燥温度及罐内的停留时间。1.4.4 薄膜蒸发 含水酒精浸出液的成分十分复杂3,在进入薄膜蒸发器前必须将大量的粕末及浓缩析出物过滤干净。1.5产品质量浓缩蛋白产品要求风味清淡,色泽黄白,重金属含量符合国家相关标准,其主要指标如表1所示。表 1 大豆浓缩蛋白成品主要质量指标项 目 指 标 项 目 指 标粗蛋白 68%72% 碳水化合物 16%20%(N6.25,干基 )水分 6%10% 菌落总数 50

7、00/g粗脂肪 0.5%1% 沙门氏菌 阴性/25g粗纤维 3%5% 大肠杆菌 阴性/25g灰分 4%6% 酵母及霉菌 100/g2醇法大豆浓缩蛋白功能改性工艺2.1工艺流程大豆浓缩蛋白粉 与碱液均匀混合 高压均质 盘管瞬时加热改性并灭菌 真空冷却 喷雾干燥 不同批次产品混合 喷涂磷脂 过筛 包装2.2工艺说明该工艺流程与大豆分离蛋白的部分生产工艺相似,在实际生产中改性浓缩蛋白和大豆分离蛋白确实可以共线生产。浓缩蛋白的功能改性(或称“复性”)并非真正意义上的恢复蛋白分子的天然状态 ,而是通过高压均质使物料经历多次剪切、空化作用 ,使醇变性蛋白的次级键断开; 再经过高温短时热处理,使蛋白质分子重

8、排、缔合,转变为大分子量的蛋白质分子聚集物4。目前改性浓缩大豆蛋白粉的蛋白质分散指数(PDI)一般为4060,与分离蛋白(PDI80)相比有不小的差距; 但通过采用在蛋白粉产品表面上喷涂磷脂的方法,可以有效改善产品的润湿性及分散性,在一定程度上克服这一缺陷,并且能起到抑制粉尘,方便使用的目的。2.3主要设备2.3.1混合器 该设备保证蛋白粉在稀碱液中按比例均匀混合,有利于后续的均质、热处理及喷雾干燥。2.3.2 高压均质机 要求均质压力不低于300MPa,设备稳定可靠。2.3.3瞬时加热盘管 该设备直接影响最终产品的性能,是决定改性项目成败的最关键因素,加热时间控制在1min内,应配备自控装置

9、。2.3.4喷雾干燥 采用压力式喷雾干燥器生产能力大,塔顶及塔壁不易粘附,但是喷嘴容易堵塞及磨损。2.4操作要点2.4.1混合 定期检查蛋白溶液的pH及分散情况,调整固液比和加碱量。2.4.2均质 定期检查均质机的压力及有无漏液情况。2.4.3喷雾 运行中监控高压泵压力,保证雾化效果,定期检查喷嘴有无堵塞,清扫塔体。2.4.4CIP定期用碱液及洗涤剂对所有管线进行CIP清洗,以保证微生物指标不超标。2.5产品质量2.5.1功能性检测 由于大豆蛋白功能性检测方法在行业内尚未形成统一标准,因此各个公司的功能检测结果一般只用于内部控制,不对外公开,用户可以根据实际用途判断其功能性好坏。在这里推荐一种

10、国外大豆蛋白行业普遍采用的简易功能性检测方法 5。该方法可以综合衡量蛋白产品的持水、持油、乳化、凝胶强度以及蛋白乳化胶对加热、冷却加工的稳定性: 1份测试蛋白粉,57份的精炼油 (如玉米油)以及57份的水,将全部的精炼油和一半的水以最高转速在真空混合器中混合5min,而后加入测试蛋白粉以及另一半水,持续混合10min, 将所得的蛋白乳化胶迅速加热到90,取出后置05冰箱中冷藏过夜,如果能形成坚硬的乳化胶(凝胶强度可用质构仪检测)并且表面无油、水析出,即可判定该蛋白粉具有高功能性(蛋白/水/油为155) 或非常高的功能性(蛋白/水/油为177) 。2.5.2 其他质量指标 功能性浓缩蛋白产品同样

11、要求风味清淡,色泽黄白,重金属含量符合国家相关标准,表1理化及微生物指标同样适用,添加磷脂的产品油脂含量可能要比表1所列的指标略微偏高 。3生产工艺改进5以上生产工艺基础上适当调整工艺路线或参数,可以进一步提高产品的溶解性、溶液黏度、可分散性、乳化性、吸水性以及持水、持油性等功能特性。近年来,基于以上工艺的革新包括以下几个方面:改性之前用水进一步脱除非蛋白可溶物以进一步提高蛋白质含量;高温蒸汽处理;增加喷雾干燥前的滞留时间等。普通功能性大豆浓缩蛋白粉通过适当加工可以进一步加工成为特殊“功能”的浓缩蛋白产品(如完全可溶或超高黏度等产品。)4结束语醇法能性大豆浓缩蛋白及改性工艺从20世纪60年代投

12、入商业化运行以来,经过多年的工艺改进,目前已经相当成熟。但该工艺设备复杂,投资大，使用易燃易爆的乙醇溶剂,工艺及产品质量不易控制。在目前国内大豆分离蛋白产品产能严重过剩的情况下,如何掌握此项技术并且利用国内大量闲置的油脂浸出设备及大豆分离蛋白生产设备转为大豆浓缩蛋白的生产,是大豆加工行业迫切需要解决的课题。醇法制备大豆浓缩蛋白工艺大豆蛋白作为一种天然的食品添加剂 ,越来越受到人们的重视。大豆蛋白质中人体必需氨基酸含量充足,成分齐全,属于优质蛋白质。醇法生产的浓缩蛋白具有高蛋白、低脂肪、高纤维,不污染环境的优点,因此用大豆浓缩蛋白替代动物蛋白成为国际趋势。世界发达国家和地区对大豆蛋白产业十分重视

13、,在加工和应用方面投入了大量的人力、物力,在应用上处于领先、技术上处于垄断地位。我国大豆蛋白产业起步较晚, 目前仅有秦皇岛金海、山东三维、山东万得福3条生产线建成并投产,大豆浓缩蛋白市场处于培育阶段。2006年,全球大豆浓缩蛋白产量约43万t,在欧洲,大豆浓缩蛋白年销售量达1215万t,其中大约70%的大豆浓缩蛋白作为食品加工原料添加到各种食品中,其余的作为幼畜代乳品和宠物饲料,另有少量用于其他领域。我国大豆浓缩蛋白2006年需求量为6万t,产出约2万t,产品供不应求,大豆浓缩蛋白缺口很大,市场前景广阔。1工艺简介醇法大豆浓缩蛋白生产工艺主要分为低温粕筛分、低温粕浸出、湿粕干燥、产品粉碎、糖浆

14、蒸发、乙醇冷凝、乙醇精馏、乙醇除臭等 8个工段。这8个工段有机结合,能够生产出高品质的大豆浓缩蛋白,同时产品得率高、生产成本低、无“三废”排放。1.1 低温粕筛分低温豆粕经过计量后送至分级筛,分离出细粉,然后送至浸出车间。1.2 低温粕浸出 送入浸出车间的低温豆粕在浸出器内用乙醇溶液浸出。豆粕和乙醇逆向运动 ,豆粕出浸出器前用一定比例的 95%的新鲜乙醇水溶液进行喷淋 ,然后用料溶比为 1 (35)的 65%的新鲜乙醇水溶液进行喷淋。豆粕中醇溶性成分和水溶性糖浆溶于液体中 ,液体向豆粕进料方向流动;通过浓度梯度不断增大的液体的浸泡和喷淋 ,尽可能多的溶解出可溶性糖类 ,形成稀糖浆流出浸出器 ,

15、进入安全罐储存。1.3 湿粕干燥 浸出后的湿粕通过埋刮板进入挤压机 ,通过挤压作用分离出部分液体。挤压后的湿粕进入真空脱醇器 ,物料在脱醇器内不断地被翻动 ,均匀受热 ,在微负压状态下脱除粕中的乙醇 ,并调整水分至合适范围即为成品粕。从真空脱醇器抽出来的气体 ,经过捕集器捕集粕末 ,再去冷凝器冷凝 ,不凝气体去尾气回收系统。1.4 成品粉碎成品粕输送至粕库内 ,用超微粉碎机粉碎成100目细粉 ,风运至打包间计量打包;粉碎系统采用布袋除尘器捕集粉尘 ,确保环境清洁。1.5 稀糖浆蒸发 浸出和挤压出的稀糖浆经过过滤 ,除去粉末 ,然后经过 3个蒸发器进行蒸发 ,使稀糖浆浓缩至 65% ,回收乙醇;

16、蒸发在 0 . 060 .08MPa真空下进行 ,蒸发温度 90。蒸发的乙醇和水蒸汽经分离器进入冷凝器。蒸发出来的糖蜜可以提取低聚糖和异黄酮等有效成分 ,或者进行发酵处理生产乙醇 ,补充车间消耗。1.6 蒸汽冷凝 来自蒸发器的蒸汽进入冷凝器 ,大部分乙醇和水被冷凝 ,少部分尾气经真空泵抽入平衡塔 ,再进入尾气回收系统。冷凝器内通入循环冷水 ,进水温度28,出水温度 35。从冷凝器出来的水进入凉水塔进行冷却 ,再泵入车间循环使用;冷凝后的液体进入暂存罐 ,然后依据不同用途用泵打出循环使用。1.7 乙醇精馏冷凝后的低浓度乙醇打入精馏系统,首先通过乙醇加热器,加热到 78,然后进入精馏塔,回流比为3

17、 1,乙醇蒸汽出塔温度 78,此温度下乙醇和水共沸蒸馏,乙醇浓度 95 . 57%。出来的蒸汽进入冷凝器冷凝,冷凝后的乙醇进入暂存罐,然后打入浸出器循环使用;精馏过程中在精馏塔 1 /3的位置定期放出一定液体,把由于长期循环进入产生的臭味物质除掉。1.8 尾气回收 冷凝器出来的不凝气体进入最后冷凝器 ,冷凝器使用低温盐水冷却 ,把尾气中的乙醇全部冷凝下来 ,不凝气体用风机排出室外。1.9 自动控制 在大豆浓缩蛋白生产过程中 ,需要控制的参数较多 ,各种因素相互影响。如果某一个参数控制不当 ,则会影响产品质量 ,增加各项消耗。为了稳定产品质量 ,降低消耗 ,本工艺采用全电脑自控,所有操作均可在电

18、脑上完成 ,各种参数自动调节 ,产品质量稳定 ,降低了各项消耗。2 项目投资 所有设备均为国产设备 ,因此投资较少。一套生产 10 000 t / a的大豆浓缩蛋白生产线 ,设备和土建总造价不超过 2 000万元 ,总装机容量为 600800 kW,车间大小为: 26 m 19 m 13 m。3 大豆浓缩蛋白与大豆分离蛋白主要消耗指标比较 (见表 1)4大豆浓缩蛋白与大豆分离蛋白主要指标比较(见表 2)表 1 大豆浓缩蛋白与大豆分离蛋白消耗指标比较样 品乙醇消耗蒸汽消耗电 耗水 耗烧碱和酸/ ( kg/ t) / ( t / t) / ( kWh / t) / ( t / t) / ( kg/

19、 t)大豆浓缩蛋白1833200.5 大豆分离蛋白 20110019300表 2 大豆浓缩蛋白与大豆分离蛋白主要指标比较样 品得率粗蛋白水分残油粒度PD I灰分致病菌/%/%/%/%(100目 )/%/%大豆浓缩蛋白70687560 . 698104 . 5未检出大豆分离蛋白40859060 . 690904 . 5未检出5 结束语 通过以上论述和比较 ,该工艺具有投资少、 见效快、 得率高、 节约能源、 不污染环境的优点。生产的大豆浓缩蛋白可以部分替代大豆分离蛋白的功用,同时可以生产饲料级大豆浓缩蛋白 ,满足饲料行业对高端原料的需求。该工艺及设备在山东三维集团和山东万得福集团的实际应用中取得

20、了良好的经济效益和社会效益 ,推荐各厂家优先选用。年产 5000 t 功能性大豆浓缩蛋白投资分析大豆是我国种植最早的农作物之一,是我国人民重要的食物蛋白来源。目前, 全球大豆产量在2亿t左右, 我国大豆产量约1700万t, 位居第四。大豆含有丰富的蛋白、油脂和低聚糖,广泛应用于生产食用油、豆制品、工业饲料等方面。大豆被加工成几千种产品,深加工产品每年以15%20%以上的速度发展,大豆分离蛋白和大豆浓缩蛋白在市场上供不应求。大豆浓缩蛋白产品是一种较高纯度的优良大豆蛋白产品,它是以低温豆粕为原料,并通过酒精溶液沥洗法脱去其中的可溶性糖分而得到的一种产品。浓缩蛋白含有丰富的蛋白质和膳食纤维,具有很高

21、的营养价值和附加值,能给消费者提供高质量营养成分和给厂家带来可观效益。大豆低聚糖是大豆浓缩蛋白生产中的附产物,以前都被当废水排放了,实际上大豆低聚糖是一种优异功能性糖源,由水苏糖、棉子糖和蔗糖组成,不被人体直接消化、吸收。但是,大豆低聚糖可被体内肠道中有益细菌所利用,可促进双歧杆菌繁殖,具有防治便秘,提高人体免疫力,分解致癌物质等生理功能,是一种优质的膳食纤维。大豆低聚糖具有低热值、低甜度、无胆固醇、耐热、耐酸等特性,可广泛应用于各种食品、保健品和饲料中。我国大豆浓缩蛋白发展较慢,年产量在5000t以下,并且多为功能性较差的中低端产品,与之相比,分离蛋白在我国则相对发展较快,年产量在6万t以上

22、。国外市场则刚好相反,据统计,2002年,全球分离蛋白年产量在20万t左右,而浓缩蛋白则高达38万t以上。目前,我国大豆蛋白使用厂家大都是以分离蛋白代替浓缩蛋白使用,或高价从美国和欧洲进口大豆功能性浓缩蛋白,长此以往,不但大大提高了生产成本,而且在激烈竞争的市场中处于劣势。所以,大力发展我国大豆浓缩蛋白产业非常迫切。导致我国大豆浓缩蛋白发展缓慢的关键原因是大豆浓缩蛋白生产的功能化技术,长期以来该项技术被美国ADM等公司垄断。国内大豆蛋白行业的研究机构和生产企业也研制出了大豆功能性浓缩蛋白生产技术,并申请了专利,目前正在产业化阶段。1 大豆浓缩蛋白介绍1.1 大豆浓缩蛋白常规成分水分8%;蛋白质

23、(NX6.25,干基)70;脂肪1 % ; 粗纤维5 % ; 灰分6% ; 菌落总数30000个/g ;大肠菌群 120个/100g) ;致病菌:无; 酵母菌和霉菌300g/个 。1. 2 大豆浓缩蛋白生产工艺见图 1 。图 1 大豆浓缩蛋白生产工艺流程2 大豆浓缩蛋白市场前景在国外,大豆浓缩蛋白产品主要应用于肉制品、饲料行业、面制品等行业,作为肉食加工业中肉的替代品和填充剂以及喂养幼小动物的代乳品(特别是牛犊和乳猪),需求量在30万t/a以上。在我国,由于浓缩蛋白产量很少,肉制品中主要以分离蛋白代替浓缩蛋白,如果有一半公司采用浓缩蛋白,则需求量可达30000t/a以上。饲料行业浓缩蛋白的应用

24、潜力更大,再加上在乳制品、面制品和保健品等行业, 我国大豆浓缩蛋白的需求量保守估计也在50000t/a上。目前,全世界约有低聚糖产品10余种。随着对低聚糖产品的开发,人们对其功能性也有了越来越多的认识。除乳酮糖外,1991年低聚糖的产量约3.5万t, 2000年则超过10万t。我国功能性低聚糖的工业化生产始于1996年,经过多年的发展,目前已具有一定规模,产品大部分作为食品配料使用,少量用于饲料,市场潜力巨大。同其它低聚糖相比,大豆低聚糖的纯天然性使其在竞争中更具优势。3 生产规模及投资估算3.1 建设规模(1) 生产能力:建设年处理11000t大豆综合处理项目,每年可得大豆功能性浓缩蛋白50

25、00t,大豆低聚糖1000t,大豆油1700t。(2) 占地面积:6000m2,厂房20003000m2;3.2 主要设备及投资估算(1) 主要设备投资共计:3500万元。见表1表1 设备投资估算序号 设备名称 单位 数量 金额/万元 （一）浸油部分 8501 流化振动床 套 1 1042 平转式浸出器 套 1 2063 毛油精制设备 套 1 2054 配套管道、阀门 685 其他附属设备 267 （二）大豆浓缩蛋白生产部分 17906 萃取缸 套 2 487 洗涤缸 套 4 608 离心机 套 2 1209 萃取分离机 套 2 18610 功能化反应器 套 2 64511 喷雾干燥器 套 1

26、 32012 物料输送系统 套 4 18213 配套管道、阀门 套 7814 其他附属设备 套 151 （三）大豆低聚糖设备 8615 过滤机、脱色罐、分离机 套 各2 7216 四效浓缩设备 套 1 31217 空气过滤系统、灭菌设备 套 1 6218 干燥器 套 1 28019 物料运输系统 套 2 6220 配套管道、阀门 套 3621 其他附属设备 套 36设备总计 3500 （2）成本估算：见表2.表2 成本估算名称 价格/（元/t） 用量/（t/t）产品 成本/（元/t产品）大豆 3800 2.2 8360辅料 850能耗 2050人工 150 200设备折旧 240管理费 200

27、研发费 150共计生产成本 12050 浓缩蛋白5000t,豆油1700t产品 低聚糖1000t. 浓缩蛋白15500元/t销售价 豆油6500元/t，低聚糖6万元/t。 注：材料随市场价格而定 (3) 总投资概算 总投资概算为6280万元,其中设备费:3500万元;运输费:35万元;安装、调试费:30万元;设计费:35万元;土地费、厂房建设和公用设施 1000万元;流动资金1000万元;技术转让费:380万元;其他不可预见费用300万元。4 经济效益评估4.1 毛利估算(1) 投入: 年加工大豆11000t, 累计产出产品7700t, 每吨平均成 本12050元,成本投入120507700=

28、9278.5万元(2) 产出: 功能性浓缩蛋白: 年产5000t ,每吨15500元,计7750万元;豆油:年产1700t ,每吨6500元,计1105万元; 大豆低聚糖:年产1000t, 每吨60000元,计6000万元。共计产出:14855万元。(3) 毛利:14855-9278.5=5576.5万元4.2 利税分析产品缴纳增值税按17%计算,城市维护建设税按增值税额5%计算,教育附加税按增值税额的3.5%计算。农副产品深加工的综合税赋一般约为8%10%。按现行财会制度,产品销售收入扣除总成本费用和增值税金及附加费用后作为利润总额,提取33%所得税后为税后利润。即:利润总额=毛利-应交税=

29、5576.5-1178=4398.5万元税后利润=4398.5(1-0.33)=2497万元4. 3 效益评价(1)投资利润率=(利润总额/投资总额)=(4398.5/6280)100%=70.04%;(2)投资回收期=(投资总额/利润总额)=(6280/4398.5)=1.43年;(3)投资产值率=(销售总额/投资总额)100%=14855/6280=236.54%;(4) 盈亏平衡点(以十年计):BEP=年固定成本/(单价-单位变动成本)= 628万元/(19292元-14950元)=1446.3t。即当产量达到设计能力的18.8%时 ,企业达到盈亏平衡点。5 结论从以上分析可以看出,大豆浓缩蛋白和大豆低聚糖项目具有良好的经济效益,年毛利可达5576.5万元,投资利润率可高达70.04%。同时没有废水污染,具有良好的环境效益和社会效益,达到了经济效益、环境效益和社会效益的统一。符合国家的促进“大豆行动计划”和大力“发展农产品深加工”的产业政策,是当今较有发展前景的项目之一 。