低变性浓缩大豆蛋白生产工艺设计原理浅析

　　刘向东

　　摘 要：浓缩蛋白质的生产主要是以低温脱脂豆粕为原料，通过不同的加工方法，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从45%-50%提高到70%左右。所采用的酒精洗涤法工艺原理是：一定浓度的酒精溶液，可使大豆蛋白质变性，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行浸出、洗涤，剩下的不溶物经脱溶、干燥即可获得浓缩蛋白。醇法大豆浓缩蛋白的特点在于产品的风味、色泽好，蛋白质得率高，生产过程中无污水排放，避免了环境污染，且更有利于对产品进行综合利用。

　　由于加工工艺中过高的温度造成其中水溶性蛋白的变性，或高温下蛋白与糖结合等反应使得蛋白难以被利用。为解决这一问题，国内外目前已经有一些工艺，可以在低温下加工植物油料，使提取油脂后的饼粕中蛋白质保持原有性能状态，为植物蛋白的进一步利用提供良好的条件。目前使用较多的工艺是已烷浸出工艺。

　　蛋白质是生命的基础，生命的本质在于以蛋白质为中心不断的新陈代谢，若人体长期蛋白质营养不良，必然损害健康，甚至导致疾病。合理营养是身体健康的先决条件，而在诸多营养成分中以蛋白质最为重要，它在蛋白质、脂肪、葡萄糖、维生素人体四大营养要素中列于首位。但根据1997年国务院颁发的《中国营养改善行动计划》，我国人均热能日摄入量目前为974kJ，其中蛋白质为68g，到2000年我国人均热能日供给量应达到10886kJ，蛋白质摄取量应达到72g。按此计算，我国人均日缺少蛋白质4g，全国日缺少蛋白质4800t，年缺少蛋白质175.2万吨。要在短时间内弥补上蛋白质的供应缺口，仅靠动物蛋白质来提供不现实，且不经济合理，开发植物蛋白更为经济合理。另外植物蛋白还有自身特殊的优点，如不会引起心脑血管、肥胖等疾病。在主要的蛋白质资源中，大豆是数量最大的食用和饲用蛋白资源。所以大豆分离蛋白、浓缩蛋白、组织蛋白的生产越来越引起人们的关注。

　　大豆蛋白制品主要包括大豆粉、大豆浓缩蛋白和大豆分离蛋白。前者价格较低，但功能性较差，使用范围和使用量都受到限制;后者具有较强功能特性和良好感官性能，但价格较贵。大豆浓缩蛋白是一种价格介于大豆粉和大豆分离蛋白之间的大豆制品，大豆浓缩蛋白相对另外两种有自身特点：蛋白质含量大于70%，成本仅是分离蛋白的一半，并且得率高，平均1-6吨白豆片就能生产出1吨浓缩蛋白，并且营养价值仅次于分离蛋白，但要高于组织蛋白等其它大豆蛋白产品。然而由于大豆浓缩蛋白溶解度或分散性较低，导致它的某些功能不如大豆分离蛋白。醇浸出法大豆浓缩蛋白生产过程中几乎无污水排放，避免环境污染，有利于副产品进一步利用，提取液的浓缩物可进一步加工成大豆低聚糖、异黄酮、皂甙等产品。另外醇法SPC 的蛋白质含量为70%，且为优质蛋白，碳水化合物含量为21%，其中90%为不溶性多糖，10%为可溶性糖。过敏原、抗营养因子以及蛋白酶抑制因子等成分在醇浸出时被去除。

　　目前大豆浓缩蛋白的生产工艺一般有三种，即湿热浸提法、稀酸浸提法和含水乙醇浸提法。此外，国外开始探求用超滤法生产大豆浓缩蛋白。湿热浸提法目前已基本被淘汰，原因是产品风味、色泽和功能性质都极差。稀酸浸提法制得的大豆浓缩蛋白虽然具有较好的功能特性，但蛋白质的得率较低，污水排放造成的环境污染较为严重，经济效益差。超滤法制备的产品功能特性好，蛋白质的率较高，不足之处在于产品无法干燥处理。醇法大豆浓缩蛋白的特点在于产品的风味、色泽好，蛋白质得率高，生产过程中无污水排放，避免了环境污染，且更有利于对产品进行综合利用。

　　大豆浓缩蛋白是从脱脂豆粉中除去低分子可溶性非蛋白成分,主要可溶性糖、灰分和各种气味成分等,制得的大豆蛋白制品。目前大豆浓缩蛋白的生产工艺一般有三种,即湿热浸提法、稀酸浸提法和含水乙醇浸提法。此外开始探求用超滤法生产大豆浓缩蛋白。湿热浸提法目前已基本被淘汰,原因是产品风味、色泽和功能性质都极差。稀酸浸提法制得的大豆浓缩蛋白虽然具有较好的功能特性,但蛋白质的得率较低,污水排放造成的环境污染较为严重,综合效益差。超滤法制备的产品功能特性好,蛋白质得率较高,不足之处在于产品无法干燥处理。醇法大豆浓缩蛋白的特点在于:产品的风味、色泽好、蛋白质得率高;生产过程中无污水排放,避免了环境污染;且更有利于对产品进行综合利用。但醇法大豆浓缩蛋白由于使用了60 %左右的乙醇溶液,蛋白质变性较为剧烈,功能性较差,且目前醇法大豆浓缩蛋白酒精消耗高达200 kg/ t —300 kg/ t浓缩蛋白(国际上一般为40 kg/ t浓缩蛋白) 。

　　以低变性脱脂大豆粕为原料,国内生产醇法大豆浓缩蛋白的工厂常采用间歇式浸出,不仅生产量低,而且原料和乙醇水溶液比之大, 每吨醇法大豆浓缩蛋白的乙醇消耗量高达300 kg ,且需蒸馏回收的乙醇量也很大、能耗高。因此,生产成本高、效益差。若采用连续式工艺则可以大幅度降低乙醇消耗量,改善大豆浓缩蛋白的功能性质,降低生产成本。在浸提工序中,影响蛋白质溶出率和蛋白质分散指数的因素,除了乙醇浓度和浸提温度外,还有原料的粒度、固液比、浸提时间、pH值以及搅拌强度等。

　　浸提时间主要影响蛋白质的溶出率,但在两个指标中均处最后一位,在一定条件下,浸提时间越长,蛋白溶出率越高,蛋白质分散指数也有增加的趋势,但两个指标增加的幅度均很小。较长的浸提时间,在较高的乙醇浓度下,会导致蛋白质的变性程度发生变化,这种变化可能直接影响到大豆浓缩蛋白的蛋白质分散指数,且当达到一定时间后,蛋白质的溶出率也趋于恒定。因此,综合两项指标,浸提时间以30 min为宜。固液比在两个指标中均处于第三位,低浓度溶剂浸出时1∶7 的固液比有利于大豆浓缩蛋白PDI 的提高。高浓度乙醇溶液浸出时1：4的固液比既可以浸出除去豆粕中与蛋白质结合的脂类物质、风味前体及色素类,又经济适用。

　　浸提温度提高,有利于蛋白质溶出率的增加,但当温度提高时,在较高的乙醇浓度下,蛋白质的变性程度增加,从而使大豆浓缩蛋白的PDI 降低,影响产品的工艺性能。另外高温浸提耗能较多,因而浸提温度建议采用30 ℃。

　　乙醇浓度在四个因素中处于首位,属主要因素。从目前的实验结果来看,提高乙醇浓度不利于豆粕中小分子有机物如低聚糖、皂甙等的浸出,从而使大豆浓缩蛋白中的蛋白含量降低。如使用95 %的乙醇时,蒸馏回收酒精几乎不产生泡沫,说明皂甙基本上没有被浸出,仍留在大豆浓缩蛋白中。但乙醇浓度的提高,可除去豆粕中与蛋白质结合的脂类物质、风味前体及色素类,使其在醇法大豆浓缩蛋白中的含量明显降低(因为此类物质可溶于乙醇) ,因而醇洗豆粕可去除异味及其色泽变浅,却是很明显的。另外研究发现,乙醇使蛋白质变性的机理不同于热变性,热变性使蛋白质松散、无序,而醇变性则使蛋白质分子重新构造,形成了比天然大豆蛋白更加有序的结构,在熵变驱动下伴随自聚集循环形成了蛋白聚集微粒,蛋白聚集微粒的刚性较大、构象力大、构象更紧密,维持这种紧密构象的作用力是键能较低的次级键。综合实践和理论分析,我们提出稀浓乙醇两次浸出方案:首先用60 %的乙醇溶液浸提,然后用90 %的乙醇溶液二次浸提(工作时间30 min ,温度50 ℃,固液比分别为1∶7，1：4) ,从而得到具有较好的气味、色泽、蛋白质分散指数和蛋白含量的大豆浓缩蛋白。