前 言

畢業(yè)設(shè)計(jì)是高等院校畢業(yè)生在學(xué)校學(xué)習(xí)的最后一次大型作業(yè)，是教學(xué)的基本環(huán)節(jié)之一。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)使我的理論知識融會貫通，并使之系統(tǒng)化、理論化，而且培養(yǎng)我們運(yùn)用所學(xué)知識，獨(dú)立解決本專業(yè)的工程技術(shù)問題，學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)趨向?qū)嶋H的設(shè)計(jì)思想，進(jìn)一步鍛煉學(xué)生查閱文獻(xiàn)、收集資料、設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖及與人合作的綜合能力。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)可以檢驗(yàn)學(xué)生獨(dú)立工作、分析、解決問題的能力水平。本次設(shè)計(jì)是在查閱大量參考資料的前期準(zhǔn)備下，得到李丹丹老師的悉心指導(dǎo)，并經(jīng)過在承德怡達(dá)食品有限公司實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)上，歷時(shí)近四個(gè)月的刻苦努力完成的。本設(shè)計(jì)結(jié)合目前我國生產(chǎn)實(shí)際，綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本與先進(jìn)技術(shù)、設(shè)備的效價(jià)后，本著盡可能使用先進(jìn)技術(shù)、設(shè)備而且節(jié)約成本的原則，針對原料及產(chǎn)品銷售等特點(diǎn)，創(chuàng)造性的加入所學(xué)理論知識及目前該事例的設(shè)計(jì)思想，使得設(shè)計(jì)基本滿足了預(yù)期的要求。但限于個(gè)人知識水平有限，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)欠缺，不可避免會出現(xiàn)不妥和錯(cuò)誤之處，敬請各位老師和同學(xué)批評、指正。

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1 緒論

1.1 大豆分離蛋白簡介

1.1.1 大豆分離蛋白的營養(yǎng)成分

大豆分離蛋白(soybean protein isolated, SPI)是一種重要的植物蛋白產(chǎn)品，已廣泛應(yīng)

[1]用在食品及其它行業(yè)中。大豆分離蛋白蛋白質(zhì)含量高達(dá)90 %以上，消化利用率較高，

[2][3]可達(dá)93 % ~97 % ，它主要由11S和7S球蛋白組成。大豆分離蛋白含有八種人體必需氨基酸，尤以賴氨酸最高。同時(shí)它還含有大量對人體健康有益的必需脂肪酸、磷脂和豐富的鈣、磷等礦物質(zhì)且不含膽固醇，具有較高的食品的營養(yǎng)價(jià)值。 1.1.2 大豆分離蛋白的功能特性

a) 保水性

大豆分離蛋白除了對水有吸附作用外，在加工時(shí)還有保持水分的能力。其保水性與黏度、pH、電離強(qiáng)度和溫度有關(guān)。鹽類能增強(qiáng)蛋白質(zhì)的吸水性，但它卻削弱了分離蛋白

[4]的保水性。最高水分保持能力在pH為7，溫度35 ?,55 ?時(shí)為4 g水/g蛋白質(zhì)。

b) 乳化性

乳化性是指將油和水混合在一起形成乳狀液的性能。大豆分離蛋白是表面活性劑，它既能降低水和油的表面張力，又能降低水和空氣的表面張力，易于形成穩(wěn)定的乳狀液[5]。許多因素影響著乳狀液的特性和乳化試驗(yàn)的結(jié)果:設(shè)備的類型及幾何形狀、輸入量的強(qiáng)度、加入油的速度、油相體積、溫度、pH、離子強(qiáng)度、糖的存在、低分子量表面活

[6]性劑的存在等。

c) 吸油性

大豆蛋白的吸油性表現(xiàn)在促進(jìn)脂肪吸收，促進(jìn)脂肪結(jié)合，從而減少蒸煮時(shí)脂肪的損失。大豆蛋白制品的吸油性與蛋白含量有密切關(guān)系，大豆粉、濃縮蛋白和分離蛋白的吸油率分別為84 %、133 %、154 %，組織大豆粉的吸油率在60 %,130 %之間，并在15 min,20 min 內(nèi)達(dá)到吸收最大值，而且粉越細(xì)吸油率越高。大豆蛋白制品的吸油率主要受到pH值的影響，吸油率隨pH值的增大而減少。

d) 凝膠性

凝膠性是指蛋白質(zhì)形成枝體狀結(jié)構(gòu)的性能。它使大豆分離蛋白具有較高的黏度、可塑性和彈性，既可做水的載體也可做風(fēng)味物、糖及其它配合物的載體，這對食品加工極

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為有利。大豆蛋白質(zhì)的分散物質(zhì)經(jīng)加熱、冷卻、滲析和堿處理可得到凝膠。其形成受固形物濃度、溫度和加熱時(shí)間、制冷情況、有無鹽類、巰基化合物、亞硫酸鹽或脂類的影響，蛋白含量愈高，愈易制成結(jié)實(shí)強(qiáng)韌性的、有彈性的硬質(zhì)凝膠，而蛋白含量小于7 %的，只能制成軟質(zhì)脆弱的凝膠。蛋白質(zhì)分散物至少高于8 %才能形成凝膠。11S球蛋白制成的凝膠比7S球蛋白制成的凝膠更為堅(jiān)實(shí)，更易恢復(fù)原狀，這是因?yàn)樗鼈兊那螂脤訜?/span>變性的敏感度不同。

e) 起泡性

起泡性是指大豆蛋白在加工中體積的增加率，可起到酥松作用。起泡性要求蛋白分子能達(dá)到內(nèi)表面并快速展開。大豆蛋白的起泡能力受粘度、疏水性和溶解性從大到小的

[7]順序影響。

f) 黏性

蛋白質(zhì)的黏性是指液體流動(dòng)時(shí)表現(xiàn)出來的內(nèi)摩擦，又稱流動(dòng)性。在調(diào)整食品的物性方面是重要的。蛋白質(zhì)溶液的黏度受蛋白質(zhì)的分子量、摩擦系數(shù)、溫度、pH、離子強(qiáng)度、處理?xiàng)l件等各種因素的綜合影響，這些因素可改變蛋白質(zhì)分子的形態(tài)結(jié)構(gòu)、締結(jié)狀態(tài)、水合度、膨潤度及黏度。大豆分離蛋白經(jīng)堿、酸或熱處理后，其膨潤度升高，而且黏度增加。大豆蛋白溶液的表觀黏度隨蛋白濃度增加而指數(shù)升高，并與試樣的膨潤度相關(guān)。加熱蛋白到80 ?，蛋白質(zhì)發(fā)生離解或析解，分子比容增大，黏度增加，超過90 ?以上黏度反而減小。pH在6,8時(shí)，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定，黏度最大;超過1l時(shí)黏度急劇減小，這是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)締合遭到破壞。

g) 其他功能特性

在食品加工中，大豆分離蛋白作為食品添加劑。可起到氨基酸互補(bǔ)作用，是一種功能性食品，可提高人們健康水平，具有很高的可消化性。與其他食品混合時(shí)，可顯著改善提高原有食品的營養(yǎng)價(jià)值完全可以替代動(dòng)物性蛋白質(zhì)，其八種必需氨基酸的含量與人體需要比較，僅蛋氨酸略顯不足，與肉、魚、蛋、奶相近，屬全價(jià)蛋白，而且沒有動(dòng)物蛋白的副作用，如引起肥胖癥、心血管病、高膽固醇癥等疾病，是減少骨鈣損失的良好蛋白來源。大豆分離蛋白的保水性、乳化性、彈性和黏結(jié)性，起泡性較強(qiáng)，可用于肉制品、糕點(diǎn)、面包、糖果、飲料等食品中，而且其組織具有類似肉的性質(zhì)。它既可單獨(dú)制成食品，又可以用蔬菜或肉等配制成各種各樣食品而且食品具有良好的色、香、味, 并能按消費(fèi)者口味進(jìn)行調(diào)節(jié)、營養(yǎng)成分能根據(jù)不同的消費(fèi)人群進(jìn)行強(qiáng)化等優(yōu)點(diǎn)，能提供比

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傳統(tǒng)食品營養(yǎng)及口感等方面更加符臺消費(fèi)需要的新型食品。

1.1.3 大豆分離蛋白的發(fā)展敘述

大豆分離蛋白是大豆深加工中最有潛力、最有前景的產(chǎn)業(yè)。大豆分離蛋白起源于發(fā)

其研究是在二戰(zhàn)后展開的，美國、日本、巴西發(fā)展最快。1954達(dá)國家(美國、日本)，對

年美國開發(fā)出大豆分離蛋白，20世紀(jì)60年代日本引進(jìn)技術(shù)開始生產(chǎn)大豆分離蛋白，直到20世紀(jì)70年代大豆分離蛋白生產(chǎn)技術(shù)才趨于成熟穩(wěn)定。早在20世紀(jì)50年代我國就開始了對大豆蛋白的研究開發(fā)，但由于歷史條件限制，發(fā)展極其緩慢。直到20世紀(jì)70年代末才逐漸認(rèn)識到大豆蛋白的重要性，許多研究單位、大專院校、生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行了研究開發(fā)與生產(chǎn)，取得了很大的成果。

我國最早的大豆分離蛋白生產(chǎn)線建成于1982年，日本不二制油公司和我國吉林省松原市在前郭旗引進(jìn)日本技術(shù)和設(shè)備建成年產(chǎn)1 000噸大豆分離蛋白的生產(chǎn)線，產(chǎn)品全部返銷日本。20世紀(jì)80年代隨著我國火腿腸生產(chǎn)量的增加，大豆分離蛋白的需求量也在增加。20世紀(jì)80年代中期，春都、雙匯、鄭榮等企業(yè)引進(jìn)了上百條火腿腸生產(chǎn)線，形成了對大豆分離蛋白的極大需求市場。大豆分離蛋白由于價(jià)格好，市場好，全國形成了“大豆分離蛋白熱”，許多企業(yè)紛紛上馬。我國大豆分離蛋白生產(chǎn)主要集中在我國北方地區(qū)大豆種植的主要區(qū)域，如黑龍江、山東、河南等省。近幾年，我國大豆分離蛋白產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，平均年產(chǎn)量在3 000噸以上。有些廠家積極采用國外先進(jìn)技術(shù)，不僅提高了生產(chǎn)效率，而且使大豆分離蛋白更加優(yōu)質(zhì)。

1.2 大豆分離蛋白的提取方法

1.2.1 堿提酸沉法

低溫脫脂豆粕中的蛋白質(zhì)大部分能溶于稀堿溶液。將低溫脫脂豆粕用稀堿液浸提后，用離心分離去除豆粕中的不溶性物，然后用酸把浸出液的pH值調(diào)至4.5左右時(shí)，使蛋白質(zhì)處于等電點(diǎn)狀態(tài)而凝集沉淀下來，經(jīng)分離得到的蛋白質(zhì)沉淀物，再經(jīng)洗滌、中

[8]和、干燥即得分離大豆蛋白。

1.2.2 膜分離方法

[2]聶幼華等研究了用膜分離技術(shù)制取大豆分離蛋白。先用Ca(OH)的稀溶液浸提脫2脂大豆粕，蛋白浸出率可達(dá)80 %左右。將浸提液進(jìn)行循環(huán)超濾分離，截留液的濃度可達(dá)13 %左右。把截留液噴霧或冷凍干燥，即得大豆分離蛋白產(chǎn)品，其蛋白含量可達(dá)95 %

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以上。與傳統(tǒng)的堿提酸沉法比較，產(chǎn)物得率高，質(zhì)量好，能耗少，廢水排放污染也一定程度上得到解決。

1.2.3 雙極膜電解法(Bipolar Membrane Electroacidification)

這種方法是在電滲析的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。雙極膜由三層組成:陰離子交換膜和陽離子交換膜以及陰陽離子交換膜中間的親水層。在電流作用下，水分子在雙極膜上電離

,+為H和OH，由于膜選擇透過陰離子或陽離子，導(dǎo)致溶液的pH值降低，達(dá)到大豆蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)而使蛋白質(zhì)沉淀。這種方法不需要加入酸或堿調(diào)整蛋白質(zhì)溶液的pH值，避

[9,10]免分離得到的大豆蛋白質(zhì)中混入鹽離子，并且可保護(hù)大豆蛋白質(zhì)的功能性。 1.2.4 起泡法

泡沫分離技術(shù)是近十年發(fā)展起來的一項(xiàng)新的分離技術(shù)。它是根據(jù)表面活性的差異，來分離和純化物質(zhì)的手段，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)、生物工程、冶金工業(yè)及醫(yī)藥工業(yè)等許多領(lǐng)域，該技術(shù)也是分離和濃縮蛋白質(zhì)及酶的一條有效途徑。謝繼宏等研究了豆制品廠排放的黃漿水中大豆蛋白質(zhì)的分離。這種方法中，大豆蛋白質(zhì)的分離在一連續(xù)操作的泡沫精餾塔中完成，氮?dú)庥伤淄ㄈ氤匾?，原料液由泡沫界面處進(jìn)入塔內(nèi)，泡沫由塔頂

[2]導(dǎo)出并被破碎成泡沫液，泡沫液即為分離出的大豆蛋白質(zhì)。

1.3 大豆分離蛋白的開發(fā)利用及市場需求

1.3.1 大豆分離蛋白的開發(fā)利用

我國是大豆的故鄉(xiāng)，資源豐富，至今已有近五千年的栽培歷史。豆腐、豆?jié){、豆醬等所謂的“東方式”大豆蛋白制品早就是我國人民最普遍的家常食品。近年來人們發(fā)現(xiàn)除上述傳統(tǒng)的大豆蛋白制品外，大豆蛋白產(chǎn)品，如低變性脫脂豆粉、大豆?jié)饪s蛋白、大豆分離蛋白、大豆蛋白發(fā)泡粉以及豆奶粉等不僅具有很好的營養(yǎng)價(jià)值，而且具有乳化、凝膠、吸油、吸水、對水分散性等，既可以單獨(dú)制成食品，也可以與蔬菜或肉類等配制成多種多樣的食品。在食品加工過程中，由于其具有保水性和保型性，所以在機(jī)械成型、加熱調(diào)理后，不再產(chǎn)生收縮變化，制品質(zhì)地均勻，利于長期保存。

a) 大豆分離蛋白在肉類制品中的應(yīng)用

在檔次較高的肉制品中加入大豆分離蛋白，不但改善肉制品的質(zhì)構(gòu)和增加風(fēng)味，而且提高了蛋白含量。由于其功能性較強(qiáng)，用量在2 %,5 %之間就可以起到保水、保脂、防止肉汁離析、提高品質(zhì)、改善口感的作用。利用大豆分離蛋白的功能特性，制造各種仿真肉制品，這些產(chǎn)品中沒有肉或用其他肉代替，但卻具有天然肉制品的風(fēng)味和口感，