CN103113459A - 从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法，包括以下步骤：先将大豆乳清水调节pH值至5.0～10.0，再采用分离机去除不溶性悬浮物，获得澄清的大豆乳清水，使大豆乳清水满足进入超滤膜或纳滤膜的要求，保证超滤膜或纳滤膜分离系统的正常运行；将所述澄清的大豆乳清水采用超滤膜或纳滤膜进行浓缩，获得膜浓缩液；将所述膜浓缩液加热至80～155℃进行杀菌，然后喷雾干燥，获得大豆乳清蛋白粉。本发明提供的方法能耗低；产品收率高；避免了料液的批式长时间沉淀，能够连续化预处理料液，不仅有效预防了料液酸败和膜污染，而且缩短了生产周期，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种食用蛋白的生产方法，具体地，涉及一种从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法。
背景技术
大豆乳清水是使用低温脱脂大豆豆粕通过碱溶酸沉法生产大豆分离蛋白时产生的副产物。每生产1吨大豆分离蛋白产品，会产生大约30吨的大豆乳清水。年产1万吨大豆分离蛋白的生产厂，每天要排放大豆乳清水1000吨以上（COD在2万以上，固含量2%左右），其主要成分是占总固含量20%的大豆乳清蛋白（4吨/天）和占总固含量62%的大豆低聚糖（12吨/天）。
大豆乳清水中的有机物含量很高，污染很大，目前多采用污水处理系统（厌氧－好氧生化法）处理，使之达到国家有关废水排放标准后排放。由于大豆乳清水的COD高、氨氮指标高、水量大，导致污水处理系统的初期投资大、运行成本高，很多厂家的污水处理成本超过10元/吨。
目前国内的大豆分离蛋白产能超过50万吨/年，产生大豆乳清水约1500万吨/年，污水处理费用达1.5亿元/年。被当作污水处理掉的大豆乳清蛋白有6万吨/年，保守估计价值30亿元；大豆低聚糖有18万吨/年，保守估计价值36亿元。
因此，如何从大豆乳清水中提取大豆乳清蛋白和大豆低聚糖，将大豆乳清水变废为宝，实现废水资源化、甚至实现零排放，是提高企业效益的重大课题，同时也是解决能源、资源和环境污染等问题的重大课题。
中国发明专利申请文献CN 1364765A（公开日2002年8月21日）公开了一种超滤提取大豆乳清蛋白的方法，该方法包括膜前预处理、超滤膜分离、常规减压浓缩和常规喷雾干燥，其中的膜前预处理包含沉淀3小时、过滤和100℃杀菌处理。
该方法的缺点和不足为：
膜前预处理中的100℃高温杀菌处理是一个能耗极高的步骤，因为此时的大豆乳清水没有经过浓缩，料液量体积很大，所以加热到高温时的能耗高，在进入超滤膜前还需要冷却降温以适应超滤膜对温度的要求，所以制冷又进一步提高了能耗；而且膜前预处理中的高温杀菌处理，会导致很多大豆乳清蛋白变性沉淀并被去除，导致大豆乳清蛋白的最终得率降低；膜前预处理pH值没有调节，而是由4.6±0.2长菌酸败到pH值为2～4，容易导致膜污染并影响最终产品品质；另外，膜前预处理中的沉淀环节为批式处理，每批料液沉淀耗时3小时，容易导致严重的料液酸败，影响了最终产品的品质和收率，也会造成后续环节的膜污染，而且导致膜前预处理的周期长。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法，本发明提供的方法能耗低；产品收率高；避免了料液的批式长时间沉淀，能够连续化预处理料液，不仅有效预防了料液酸败和膜污染，而且缩短了生产周期，提高了生产效率。
本发明是通过以下技术方案来实现的，一种从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法，包括以下步骤：
步骤一，膜前预处理：将大豆乳清水调节pH值至5.0～10.0，再采用分离机去除不溶性悬浮物，获得澄清的大豆乳清水，使得处理后的大豆乳清水满足进入超滤膜或纳滤膜的要求，保证超滤膜分离系统或纳滤膜分离系统的正常运行；
步骤二，超滤膜浓缩或纳滤膜浓缩：将所述澄清的大豆乳清水采用超滤膜或纳滤膜进行浓缩，获得膜浓缩液；
步骤三，膜后处理：将所述膜浓缩液加热至80～155℃进行杀菌，然后喷雾干燥，获得大豆乳清蛋白粉。
优选的，所述大豆乳清水调节pH值至 6.0～8.0，所述膜浓缩液加热至120～148℃进行杀菌；更优选的，在步骤一中，所述大豆乳清水调节pH值之前对所述大豆乳清水进行去除泡沫处理，或在所述调节pH值和所述采用分离机去除不溶性悬浮物之间对大豆乳清水进行去除泡沫处理；最优选的，所述去除泡沫采用溢流方式、真空方式或者添加消泡剂的方式，所述分离机为卧螺分离机、蝶式分离机或者管式分离机。
优选的，所述澄清的大豆乳清水进行所述超滤膜浓缩或纳滤膜浓缩之前，先冷却调温至20～55℃；更优选的，所述冷却调温采用板式热交换器或管式热交换器。
优选的，在步骤二中，所述澄清的大豆乳清水的体积浓缩倍数为2～20倍。
优选的，所述超滤膜的截留分子量为1000～20000，膜材质为聚醚砜、聚砜、聚酰胺复合膜或聚偏氟乙烯，其形式为卷式膜、中空纤维膜、管式膜或板式膜；所述纳滤膜的截留分子量为300～1000，膜材质为聚丙烯腈、聚酰胺复合膜或纤维素膜，其形式为卷式膜、中空纤维膜、管式膜或板式膜。
优选的，在所述超滤膜浓缩或纳滤膜浓缩步骤和所述膜后处理步骤之间还包括以下步骤：将所述膜浓缩液稀释后，再次进行超滤或纳滤。
优选的，在所述步骤三中，在加热杀菌之前进行常规减压浓缩，在加热杀菌和喷雾干燥之间进行闪蒸；进一步优选的，在所述常规减压浓缩和所述加热杀菌之间还包括以下步骤：采用分离机分离去除不溶性悬浮物。
优选的，所述超滤膜浓缩或纳滤膜浓缩采用两套超滤或纳滤设备进行交替使用和清洗，以实现生产线不间断运行。
同样的工艺也能够应用到从牛奶乳清水中提取牛奶乳清蛋白。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：（1）本发明将大豆乳清水经超滤膜浓缩或纳滤膜浓缩后，再进行加热高温杀菌，由于体积大幅缩小，进行加热高温杀菌时的能耗也会大幅降低；（2）由于在膜前预处理中没有100℃高温的处理步骤，避免了大量大豆乳清蛋白的变性沉淀而被去除，提高了产品的最终收率；（3）本发明在膜前预处理步骤中调节pH值至5.0～10.0，一方面使大豆乳清水中的大豆乳清蛋白远离其等电点4.6±0.2，另一方面使大豆乳清水中的多价金属离子和细菌形成絮凝沉淀，经分离机去除絮凝沉淀后获得澄清的大豆乳清水，有利于减少超滤膜浓缩或纳滤膜浓缩过程中的膜污染；（4）本发明的膜前预处理环节避免了料液的批式长时间沉淀，能够连续化预处理料液，不仅有效预防了料液酸败和膜污染，而且缩短了生产周期，提高了生产效率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本发明提供的具体实施方式中，大豆乳清蛋白粉中的大豆乳清蛋白含量采用常规方法进行测定。
实施例1、超滤膜法从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法
一种超滤膜法从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法，包括以下步骤：
步骤一，膜前预处理：将大豆乳清水采用溢流方式去除泡沫，调节pH值至5.0，采用卧螺分离机去除不溶性悬浮物，采用板式热交换器冷却调温至55℃，获得澄清的大豆乳清水；
步骤二，超滤膜浓缩：将所述澄清的大豆乳清水采用截留分子量为1000～20000、膜材质为聚醚砜、形式为卷式膜的物料分离膜进行连续浓缩，使大豆乳清水的体积浓缩倍数为20倍，获得超滤膜浓缩液；
步骤三，膜后处理：对所述超滤膜浓缩液依次进行常规减压浓缩、加热80℃杀菌、闪蒸和喷雾干燥，获得大豆乳清蛋白含量为90%（w/w）的大豆乳清蛋白粉。
实施例2、超滤膜法从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法
一种超滤膜法从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法，包括以下步骤：
步骤一，膜前预处理：将大豆乳清水采用抽真空方式去除泡沫，调节pH值至10.0，采用蝶式分离机去除不溶性悬浮物，采用板式热交换器冷却调温至20℃，获得澄清的大豆乳清水；
步骤二，超滤膜浓缩：将所述澄清的大豆乳清水采用截留分子量为1000～20000、膜材质为聚砜、形式为中空纤维膜的物料分离膜进行连续浓缩，使大豆乳清水的体积浓缩倍数为2倍，获得超滤膜浓缩液；
步骤三，膜后处理：对所述超滤膜浓缩液依次进行常规减压浓缩、采用分离机分离去除不溶性悬浮物、加热155℃杀菌、闪蒸和喷雾干燥，获得大豆乳清蛋白含量为25%（w/w）的大豆乳清蛋白粉。
实施例3、超滤膜法从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法
一种超滤膜法从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法，包括以下步骤：
步骤一，膜前预处理：将大豆乳清水采用添加消泡剂的方式去除泡沫，调节pH值至8.0，采用管式分离机去除不溶性悬浮物，采用管式热交换器冷却调温至40℃，获得澄清的大豆乳清水；
步骤二，超滤膜浓缩：将所述澄清的大豆乳清水采用截留分子量为1000～20000、膜材质为聚酰胺复合膜、形式为管式膜的物料分离膜进行连续浓缩，使大豆乳清水的体积浓缩倍数为10倍，获得超滤膜浓缩液；
步骤三，膜后处理：对所述超滤膜浓缩液依次进行常规减压浓缩、采用分离机分离去除不溶性悬浮物、加热120℃杀菌、闪蒸和喷雾干燥，获得大豆乳清蛋白含量为60%（w/w）的大豆乳清蛋白粉。
实施例4、超滤膜法从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法
一种超滤膜法从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法，包括以下步骤：
步骤一，膜前预处理：将大豆乳清水采用溢流方式去除泡沫，调节pH值至7.0，采用卧螺分离机去除不溶性悬浮物，采用板式热交换器冷却调温至35℃，获得澄清的大豆乳清水；
步骤二，超滤膜浓缩：将所述澄清的大豆乳清水采用截留分子量为1000～20000、膜材质为聚偏氟乙烯、形式为卷式膜的物料分离膜进行连续浓缩，使大豆乳清水的体积浓缩倍数为15倍，获得超滤膜浓缩液；
步骤三，二次超滤膜浓缩：将所述超滤膜浓缩液稀释后，再次进行超滤，获得二次超滤膜浓缩液；
步骤四，膜后处理：将所述二次超滤膜浓缩液依次进行常规减压浓缩、加热148℃杀菌、闪蒸和喷雾干燥，获得大豆乳清蛋白含量为95%（w/w）的大豆乳清蛋白粉。
实施例5、超滤膜法从牛奶乳清水中连续化生产牛奶乳清蛋白的方法
一种超滤膜法从牛奶乳清水中连续化生产牛奶乳清蛋白的方法，包括以下步骤：
步骤一，膜前预处理：将牛奶乳清水采用溢流方式去除泡沫，调节pH值至6.0，采用卧螺分离机去除不溶性悬浮物，采用板式热交换器冷却调温至30℃，获得澄清的牛奶乳清水；
步骤二，超滤膜浓缩：将所述澄清的牛奶乳清水采用截留分子量为1000～20000、膜材质为聚醚砜、形式为中空纤维膜的物料分离膜进行连续浓缩，使牛奶乳清水的体积浓缩倍数为5倍，获得超滤膜浓缩液；
步骤三，膜后处理：对所述超滤膜浓缩液依次进行常规减压浓缩、加热100℃杀菌、闪蒸和喷雾干燥，获得牛奶乳清蛋白含量为33%（w/w）的牛奶乳清蛋白粉。
实施例6、纳滤膜法从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法
一种纳滤膜法从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法，包括以下步骤：
步骤一，膜前预处理：将大豆乳清水采用溢流方式去除泡沫，调节pH值至10.0，采用卧螺分离机去除不溶性悬浮物，采用板式热交换器冷却调温至20℃，获得澄清的大豆乳清水；
步骤二，纳滤膜浓缩：将所述澄清的大豆乳清水采用截留分子量为300～1000、膜材质为聚丙烯腈、形式为卷式膜的物料分离膜进行连续浓缩，使大豆乳清水的体积浓缩倍数为4倍，获得纳滤膜浓缩液；
步骤三，膜后处理：对所述纳滤膜浓缩液依次进行常规减压浓缩、采用分离机分离去除不溶性悬浮物、加热90℃杀菌、闪蒸和喷雾干燥，获得大豆乳清蛋白含量为23%（w/w）的大豆乳清蛋白粉。
实施例7、纳滤膜法从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法
一种纳滤膜法从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法，包括以下步骤：
步骤一，膜前预处理：将大豆乳清水采用溢流方式去除泡沫，调节pH值至5.0，采用卧螺分离机去除不溶性悬浮物，采用板式热交换器冷却调温至35℃，获得澄清的大豆乳清水；
步骤二，纳滤膜浓缩：将所述澄清的大豆乳清水采用截留分子量为300～1000、膜材质为聚酰胺复合膜、形式为中空纤维膜的物料分离膜进行连续浓缩，使大豆乳清水的体积浓缩倍数为10倍，获得纳滤膜浓缩液；
步骤三、二次纳滤膜浓缩：将所述纳滤膜浓缩液稀释后，再次进行纳滤，获得二次纳滤膜浓缩液；
步骤四，膜后处理：对所述二次纳滤膜浓缩液依次进行常规减压浓缩、加热140℃杀菌、闪蒸和喷雾干燥，获得大豆乳清蛋白含量为26%（w/w）的大豆乳清蛋白粉。
实施例8、纳滤膜法从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法
一种纳滤膜法从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法，包括以下步骤：
步骤一，膜前预处理：将大豆乳清水采用溢流方式去除泡沫，调节pH值至8.0，采用卧螺分离机去除不溶性悬浮物，采用板式热交换器冷却调温至55℃，获得澄清的大豆乳清水；
步骤二，纳滤膜浓缩：将所述澄清的大豆乳清水采用截留分子量为300～1000、膜材质为纤维素膜、形式为板式膜的物料分离膜进行连续浓缩，使大豆乳清水的体积浓缩倍数为20倍，获得纳滤膜浓缩液；
步骤三，膜后处理：对所述纳滤膜浓缩液依次进行常规减压浓缩、采用分离机分离去除不溶性悬浮物、加热130℃杀菌、闪蒸和喷雾干燥，获得大豆乳清蛋白含量为28%（w/w）的大豆乳清蛋白粉。
实施例9、纳滤膜法从牛奶乳清水中连续化生产牛奶乳清蛋白的方法
一种纳滤膜法从牛奶乳清水中连续化生产牛奶乳清蛋白的方法，包括以下步骤：
步骤一，膜前预处理：将牛奶乳清水采用溢流方式去除泡沫，调节pH值至9.0，采用卧螺分离机去除不溶性悬浮物，采用板式热交换器冷却调温至45℃，获得澄清的牛奶乳清水；
步骤二，纳滤膜浓缩：将所述澄清的牛奶乳清水采用截留分子量为300～1000、膜材质为聚丙烯腈、形式为卷式膜的物料分离膜进行连续浓缩，使牛奶乳清水的体积浓缩倍数为2倍，获得纳滤膜浓缩液；
步骤三，膜后处理：对所述纳滤膜浓缩液依次进行常规减压浓缩、加热110℃杀菌、闪蒸和喷雾干燥，获得牛奶乳清蛋白含量为11%（w/w）的牛奶乳清蛋白粉。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，膜前预处理：将大豆乳清水调节pH值至5.0～10.0，再采用分离机去除不溶性悬浮物，获得澄清的大豆乳清水；
步骤二，超滤膜浓缩或纳滤膜浓缩：将所述澄清的大豆乳清水采用超滤膜或纳滤膜进行浓缩，获得膜浓缩液；
步骤三，膜后处理：将所述膜浓缩液加热至80～155℃进行杀菌，然后喷雾干燥，获得大豆乳清蛋白粉。
2.根据权利要求1所述的从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法，其特征在于，所述大豆乳清水调节pH值至 6.0～8.0，所述膜浓缩液加热至120～148℃进行杀菌。
3.根据权利要求2所述的从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法，其特征在于，在步骤一中，所述大豆乳清水调节pH值之前对所述大豆乳清水进行去除泡沫处理，或在所述调节pH值和所述采用分离机去除不溶性悬浮物之间对大豆乳清水进行去除泡沫处理。
4.根据权利要求3所述的从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法，其特征在于，所述去除泡沫采用溢流方式、真空方式或者添加消泡剂的方式；所述分离机为卧螺分离机、蝶式分离机或者管式分离机。
5.根据权利要求1所述的从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法，其特征在于，所述澄清的大豆乳清水进行所述超滤膜浓缩或纳滤膜浓缩之前，先冷却调温至20～55℃。
6.根据权利要求1所述的从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法，其特征在于，在步骤二中，所述澄清的大豆乳清水的体积浓缩倍数为2～20倍。
7.根据权利要求1所述的从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法，其特征在于，所述超滤膜的截留分子量为1000～20000，膜材质为聚醚砜、聚砜、聚酰胺复合膜或聚偏氟乙烯，其形式为卷式膜、中空纤维膜、管式膜或板式膜；所述纳滤膜的截留分子量为300～1000，膜材质为聚丙烯腈、聚酰胺复合膜或纤维素膜，其形式为卷式膜、中空纤维膜、管式膜或板式膜。
8.根据权利要求1所述的从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法，其特征在于，在所述超滤膜浓缩或纳滤膜浓缩步骤和所述膜后处理步骤之间还包括以下步骤：将所述膜浓缩液稀释后，再次进行超滤或纳滤。
9.根据权利要求1所述的从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法，其特征在于，在所述步骤三中，在加热杀菌之前进行常规减压浓缩，在加热杀菌和喷雾干燥之间进行闪蒸。
10.根据权利要求9所述的从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法，其特征在于，在所述常规减压浓缩和所述加热杀菌之间还包括以下步骤：采用分离机分离去除不溶性悬浮物。
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