CN105192245A - 一种植物蛋白原料处理装置及其处理方法 - Google Patents

Abstract

一种植物蛋白原料处理装置及其处理方法，属于农产品加工和食品加工领域。其包括前置罐、固相物料定量喂料器、磨浆机以及磨糊流量控制器；所述前置罐的底部出口与固相物料定量喂料器的进口连接，固相物料定量喂料器的出口与磨浆机的进口连接，磨浆机的出口连接磨糊流量控制器。其通过强制将磨糊动能转化为机械运动，然后再将机械运动的动能转化为热量耗散到环境中的方法控制磨糊出口流量。通过本发明提供的装置对植物蛋白原料进行处理能有效抑制酶促氧化反应，从而改善蛋白质浆液的风味和色泽；不需要对植物蛋白原料进行加热钝化，有利于增加蛋白质提取率；磨浆过程不产生泡沫，无需添加消泡剂。

Description

一种植物蛋白原料处理装置及其处理方法

技术领域

本发明涉及一种植物蛋白原料处理装置及其处理方法，具体涉及利用植物蛋白原料制取植物蛋白产品的加工装置及其使用方法，属于农产品加工和食品加工领域。

背景技术

植物蛋白存在于各种植物原料中，包括油料种子及果实，脱脂油料种子及果实粕，谷物种子，以及各种植物叶中。大豆含有丰富的优质植物蛋白，是一种典型的植物蛋白原料。大豆在食品加工中，特别是豆制品和植物蛋白饮料中的应用非常普遍。

在大多数情况下，进行食品加工时，需要将蛋白质从植物蛋白原料提取出来。提取植物蛋白一般是利用水或其他含盐水溶液作为液相介质溶解蛋白质和其他水溶性成分，从而将植物蛋白与原料中其他不溶性成分加以分离。为了加快提取过程尽量提高植物蛋白提取率，需要将植物组织加以破碎，降低细胞壁对可溶性成分向外扩散的阻力。磨浆具有组织破碎和剧烈搅拌两方面功能，是一种常用、高效的植物蛋白提取方法。

植物蛋白原料中存在多种能够催化氧化反应的酶，其中最主要的是脂肪氧合酶（LOX）和多酚氧化酶（PPO）。当植物蛋白原料保持完整时，氧化酶与内囊体膜结合在一起的，氧化酶与底物被细胞组织分隔在不同的区域，因此在天然状态下不发生酶反应。但将组织匀浆或损伤后酶与底物接触，如果空气在磨浆时裹挟到悬浮液中，则立即发生酶促氧化反应。

多不饱和脂肪酸氧化产物使植物蛋白带有豆腥味或青草味；另外脂质氧化产生的自由基和不饱和醛类化合物还会进一步与蛋白质反应，降低蛋白质的营养价值和功能性质。多酚氧化产生褐变，从而使植物蛋白产品的色泽变深。因此，磨浆过程中的酶促氧化反应对产品质量有不利影响。

为了减少氧化的不利影响，提取植物蛋白时一般需要采取措施抑制酶活性。最常见的方法是通过加热使酶钝化；此外也可以调节pH至酶的最适pH范围之外；还可以通过添加螯合剂或者还原剂的方式降低酶活。

加热钝化法最主要的问题是蛋白质变性，从而导致提取率降低。这是因为加热钝化必须在植物蛋白原料破碎前进行，否则酶促氧化反应会在破碎后的很短时间内发生。破碎前加热时的传热速率很低，需要较长时间才能将酶钝化。另外，蛋白质在植物细胞内以高度浓缩的形式存在，在这种条件下加热更加容易导致蛋白质聚集。干法磨浆是将未浸泡软化的植物蛋白原料直接加热水磨浆。这种方法虽然不影响蛋白质提取率，但是需要采用强力粉碎，产生的纤维碎末不容易与蛋白质浆液分离。通过调节pH或加入螯合剂等方法抑制酶活性通常或导致蛋白质产品的风味改变。而添加亚硫酸盐等还原剂目前已经不符合食品安全法的规定。

采用传统方法进行磨浆时，固相的植物蛋白原料与作为提取液的液相介质是通过不同的装置分别进入磨浆机，浆液则直接被甩出磨室流入储浆槽。由于浆液流出速率远远大于固相物料与液相介质进料速率之和，因而在磨浆机进口处产生明显的负压，造成大量空气被吸入磨浆区，空气中氧气与植物蛋白原料中的酶共同作用，催化各种氧化反应。空气被吸入还会产生大量泡沫，不便于操作，而且需要加入消泡剂。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足之处，提供一种植物蛋白原料处理装置及其处理方法。

本发明的技术方案，利用在液相介质始终充满磨浆装置内部空间的情况下进行磨浆，可以防止空气被吸入磨浆区的特点，通过增加出料管的流动阻力，从而将动能转化为热量耗散到环境中的控制磨糊出口流量；或通过将磨糊的动能转化为势能的方法控制磨糊出口流量：或通过强制将磨糊动能转化为机械运动，然后再将机械运动的动能转化为热量耗散到环境中的方法控制磨糊出口流量。

具体方案如下：

一种植物蛋白原料处理装置，包括前置罐、固相物料定量喂料器、磨浆机以及磨糊流量控制器；所述前置罐的底部出口与固相物料定量喂料器的进口连接，固相物料定量喂料器的出口与磨浆机的进口连接，磨浆机的出口连接磨糊流量控制器。

所述接口连接处均采取密封措施防止泄漏。所述磨浆机内设置有磨室，磨室内设置有定磨盘和动磨盘。所述磨糊流量控制器与磨浆机出口之间还设有一个压力表或压力传感器。

采用所述植物蛋白原料处理装置的处理方法，步骤为：将来自前道工序的植物蛋白原料即固相物料以及来自辅助工段的提取液即液相介质输送入前置罐中；通过料位控制器和液位控制器保持固相物料的料位始终低于液相介质的液位，从而实现磨浆机的液封；利用在液相介质始终充满磨浆装置内部空间的情况下进行磨浆，可以防止空气被吸入磨浆区的特点；启动磨浆机，待转速稳定后启动固相物料定量喂料器控制固相物料输送，使得固相物料连续通过磨浆机；设定磨糊流量控制器的运行参数，启动磨糊流量控制器，通过磨糊流量控制器控制磨糊流量；即：通过增加出料管的流动阻力，从而将动能转化为热量耗散到环境中的控制磨糊出口流量；或通过将磨糊的动能转化为势能的方法控制磨糊出口流量：或通过强制将磨糊动能转化为机械运动，然后再将机械运动的动能转化为热量耗散到环境中的方法控制磨糊出口流量。

在磨浆过程中液相介质始终充满磨浆机的磨室和固相物料定量喂料器的内部空间。固相物料定量喂料器出口处外观破损的固相物料占固相物料的比例与在固相物料定量喂料器进口处外观破损的固相物料占固相物料的比例两者之间的差值小于一给定值。在磨浆过程中，磨室内靠近磨浆机出口一侧的压力高于环境压力（压力表或压力传感器的读数大于零）。所得到的磨糊的密度大于液相介质的密度。

本发明中所涉及的植物蛋白原料可以选自油料种子及果实，脱脂油料种子及果实粕，谷物种子，以及各种富含植物蛋白的植物叶、根、茎；优选的植物蛋白原料是油料种子及果实，更进一步优选的植物蛋白原料是大豆。本发明所用提取液为对植物蛋白具有较高溶解度的极性溶剂；优选的提取液是符合食品安全规定的水或水溶液。

当大豆作为植物蛋白原料时，磨浆之前需要经过清洗和浸泡。一般情况下，大豆需要在20℃下浸泡12小时，如果提高浸泡温度则可以缩短浸泡时间。

当固相物料进料速率确定后，磨浆机出口磨糊的流量决定了磨糊的固形物含量。当可溶性组分的提取率不变时，固形物含量越高则蛋白质浆液浓度越高。本领域有经验的技术人员可以首先通过实验确定磨糊固形物含量与固相物料进料速率及磨浆机出口流量三者之间的关系，以此为依据对固相物料进料速率及磨浆机出口流量进行控制。

磨浆机出口处磨糊的动能主要取决于磨盘直径（D）和转速（n）。从理论计算可知，离开磨浆区物料的动能（M）正比于（D²×n²）；与此同时，磨浆机处理能力（P）正比于（D²×n），磨盘的磨浆能耗（E_g）以及摩擦损耗（E_f）都正比于（D⁵×n³）。对于给定的磨浆机产能和能耗目标，选择增加磨盘直径D更加有利于磨浆机能量利用效率的提高。但是不论是增加D还是n，M都会快速增加。由此可见，磨糊的动能随着磨浆机处理能力的增加而增大。

磨浆机出口的磨糊流量控制器使得磨浆能够稳定运行。磨糊流量控制是通过在磨浆机出口对磨糊施加背压，从而抵消磨糊所具有的动能。施加背压的方式有多种，第一种方式是增加出料管的流动阻力，从而将动能转化为热量耗散到环境中；第二种方式是将磨糊输送到高位槽，从而将动能转化为重力势能；第三种方式是采用特殊的流体机械设备，利用磨糊的动能强制推动机械运动，然后再将机械能转化为热量耗散到环境中。本领域有经验的技术人员将根据具体情况通过合适的方式进行控制。

在所述磨浆装置上采用所述磨浆方法所得磨糊，可以通过测定以下几方面性质评价其有益效果：磨糊的密度；磨糊经过热处理后分离出浆液，测定浆液的己醛含量，对浆液的风味进行感官评定。

本发明的有益效果：通过本发明提供的装置对植物蛋白原料进行处理能有效抑制酶促氧化反应，从而改善蛋白质浆液的风味和色泽；不需要对植物蛋白原料进行加热钝化，有利于增加蛋白质提取率；磨浆过程不产生泡沫，无需添加消泡剂。

附图说明

图1是本发明植物蛋白原料处理装置（竖磨式）结构示意图。

图2是本发明植物蛋白原料处理装置（横磨式）结构示意图。

附图标记说明：1、前置罐；2、固相物料定量喂料器；3、磨浆机；3-1、磨室；3-2、定磨盘；3-3、动磨盘；4、磨糊流量控制器；5、压力表。

具体实施方式

实施例1一种植物蛋白原料处理装置

包括前置罐1、固相物料定量喂料器2、磨浆机3以及磨糊流量控制器4；所述前置罐1的底部出口与固相物料定量喂料器2的进口连接，固相物料定量喂料器2的出口与磨浆机3的进口连接，磨浆机3的出口连接磨糊流量控制器4。

所述接口连接处均采取密封措施防止泄漏。所述磨浆机3内设置有磨室3-1，磨室3-1内还设有定磨盘3-2和动磨盘3-3。所述磨糊流量控制器4与磨浆机出口之间还设有一个压力表或压力传感器5。

应用实施例1

植物蛋白原料为2014年收获东北产大豆；提取液为离子交换软化-反渗透去离子水，电导率6.75μs/cm，溶氧量7.60mg/L。磨浆装置中与物料接触部分均采用304或316L不锈钢制造。固相物料定量喂料器可变频调节转速；磨浆机出口处安装磨糊流量控制器4。该设备可以把磨糊的动能转化为机械动能，再进一步转化为热能耗散到环境中。在磨糊流量控制器前端安装了压力表5。磨浆机3的动磨盘3-3和定磨盘3-2均加工有为谷物磨浆而进行优化的磨纹。前置罐1的液位和料位分别通过高、低液位显示器和高、低料位显示器所显示数值手动控制进水和进料速率。

大豆用自来水清洗3遍，随后用去离子水在25℃浸泡10小时。外观破损浸泡豆占浸泡豆的比例小于0.5%。磨浆在室温下进行。前置罐中的液位在磨浆过程中始终比料位高200mm。喂料器进豆速率（折算为干豆）分别为44.99，56.90，70.62，91.24kg/h。固相物料定量喂料器对浸泡豆没有造成进一步的外观破损。在固相物料定量喂料器出口处，外观破损浸泡豆占浸泡豆的比例仍然小于0.5%。磨糊流出质量流量分别426，555，672，857kg/h。尽管进豆速率和磨糊流量不同，磨浆过程中压力表读数均大于0.1MPa。

本实施例说明，通过控制喂料速率和磨糊流量，可以保持豆水比基本不变，从而在不同处理量下维持浆液浓度基本恒定。

应用实施例2

本实施例所用植物蛋白原料，提取液，以及磨浆装置与应用实施例1相同。大豆用自来水清洗3遍，随后用去离子水在25℃浸泡10小时。磨浆在室温下进行。前置罐1中的水位在磨浆过程中始终比料位高200mm。固相物料定量喂料器2进豆速率（折算为干豆）分别为44.99，56.90，70.62，91.24kg/h。固相物料定量喂料器对浸泡豆没有造成进一步的外观破损。在固相物料定量喂料器出口处，外观破损浸泡豆占浸泡豆的比例仍然小于0.5%。磨糊流出质量流量分别426，555，672，857kg/h。磨浆过程中压力表读数均大于0.1MPa。磨糊进入暂存罐，为了防止空气带入磨糊，出料管的管口尽量靠近罐底。

测定磨糊密度时，首先用带有刻度容器承接去离子水后称重，然后在尽量不带入空气的情况下承接磨糊后称重。将水的密度设为1.00kg/L，由此测得磨糊密度分别为1.03，1.02，1.06，1.04，1.05kg/L。结果说明磨糊密度大于水的密度。

应用实施例3

本实施例所用植物蛋白原料，提取液，以及磨浆装置与应用实施例1相同。大豆用自来水清洗3遍，随后用去离子水在25℃浸泡10小时。磨浆在室温下进行。前置罐1中的水位在磨浆过程中始终比料位高200mm。固相物料定量喂料器2的进豆速率（折算为干豆）为44.99kg/h。固相物料定量喂料器对浸泡豆没有造成进一步的外观破损。在固相物料定量喂料器出口处，外观破损浸泡豆占浸泡豆的比例仍然小于0.5%。磨糊流出质量流量分别426kg/h。磨浆过程中压力表读数大于0.1MPa。磨糊直接进入蒸汽喷射器，用0.4MPa饱和蒸汽加热至120℃，维持100秒后进入闪蒸罐，冷却至55℃。用120目尼龙纱网过滤得豆浆。

豆浆中己醛含量按照以下方法测定：

5.0mL豆浆加入10mL萃取瓶中，再加入1μL的内标物（2-甲基-3-庚酮，250μg·mL^-1），迅速旋紧盖子，置于已经预先设定好温度的40℃水浴中，将老化的固相微萃取针插入样品瓶，边搅拌边顶空吸附，萃取时间30min，搅拌速度600r·min^-1。气相色谱条件为：DB-WAX色谱柱（30m×0.25mm，0.25μm）；柱温：起始40℃，保持3min；6℃·min^-1升温至100℃；再以10℃·min^-1升温至230℃，保持7min；内标法进行定量，利用2-甲基-3-庚酮作为内标标准物质，根据被测化合物和内标物的色谱峰面积之比，按照μg·L^-1计算被测组分的含量。样品中挥发性物质的萃取和测定均重复3次。测定结果显示豆浆中己醛含量为237μg·L^-1。

对比实施例

植物蛋白原料为2014年收获东北产大豆；提取液为离子交换软化-反渗透去离子水，电导率6.75μs/cm，溶氧量7.60mg/L。采用传统的砂轮磨浆机磨浆。手动控制大豆进料速率和磨浆水添加速率，豆水比也控制在1︰9.5左右。

磨糊直接进入料筒中，测得磨糊的密度为0.85kg/L。传统方法磨浆所得磨糊密度低于水的密度，说明磨糊中有气泡。

该磨糊用柱塞泵打入蒸汽喷射器，用0.4MPa饱和蒸汽加热至120℃，维持100秒后进入闪蒸罐，冷却至55℃。用120目尼龙纱网过滤得豆浆。测定结果显示豆浆中己醛含量为750μg·L^-1。与实施例3对比，发现传统磨浆方法所得豆浆中的己醛含量高得多，说明酶促氧化反应更加剧烈。

豆浆感官评定对比

将应用实施例3以及对照例中所制备豆浆随机编号，分别在95℃水浴中加热15min，冷却至35℃后，由5名经过培训的感官评价员分别对样品的豆香味、豆腥味、苦涩味以及整体接受性进行评分，按5分制进行打分。豆香味、豆腥味、苦涩味的分值越高强度越强；整体接受性的分值越高则接受度越大。然后将测试样品的编号随机改变，重复进行3次评价，平均得到最终评分。

应用实施例3豆浆评定结果：

豆香味4.5，豆腥味2.5，苦涩味3.0，整体接受性4.8；

对比实施例豆浆评定结果：

豆香味3.0，豆腥味3.5，苦涩味4.0，整体接受性3.5。

感官评定结果显示，采用本发明所用装置和方法进行磨浆所得豆浆在豆香味和整体接受性方面得分较高；而用传统方法磨浆所得豆浆具有更加明显的豆腥味和苦涩味。

Claims (9)

1.一种植物蛋白原料处理装置，其特征在于：包括前置罐（1）、固相物料定量喂料器（2）、磨浆机（3）以及磨糊流量控制器（4）；所述前置罐（1）的底部出口与固相物料定量喂料器（2）的进口连接，固相物料定量喂料器（2）的出口与磨浆机（3）的进口连接，磨浆机（3）的出口连接磨糊流量控制器（4）。

2.根据权利要求1所述植物蛋白原料处理装置，其特征在于：所述接口连接处均采取密封措施防止泄漏。

3.根据权利要求1所述植物蛋白原料处理装置，其特征在于：所述磨浆机（3）内设置有磨室（3-1），磨室（3-1）内设有定磨盘（3-2）和动磨盘（3-3）。

4.根据权利要求1所述植物蛋白原料处理装置，其特征在于：所述磨糊流量控制器（4）与磨浆机（3）出口之间设有一个压力表或压力传感器（5）。

5.采用权利要求1所述植物蛋白原料处理装置的处理方法，其特征在于步骤为：

（a）将来自前道工序的植物蛋白原料即固相物料，及来自辅助工段的提取液即液相介质输送入前置罐（1）中，通过料位控制器和液位控制器保持固相物料的料位始终低于液相介质的液位，从而实现磨浆机（3）的液封；

在液相介质始终充满磨浆机（3）内部空间的情况下进行磨浆，防止空气被吸入磨浆区；

（b）启动磨浆机（3），待转速稳定后启动固相物料定量喂料器（2）控制固相物料输送，使得物料连续通过磨浆机（3）；

（c）设定磨糊流量控制器（4）的运行参数，启动磨糊流量控制器（4），通过磨糊流量控制器（4）控制磨糊即流出物料的流量；即：

ⅰ、通过增加出料管的流动阻力，从而将动能转化为热量耗散到环境中的控制磨糊出口流量；

或ⅱ、通过将磨糊的动能转化为势能的方法控制磨糊出口流量：

或ⅲ、通过强制将磨糊动能转化为机械运动，然后再将机械运动的动能转化为热量耗散到环境中的方法控制磨糊出口流量。

6.根据权利要求5所述植物蛋白原料处理装置的处理方法，其特征在于：在磨浆过程中液相介质始终充满磨浆机（3）的磨室（3-1）和固相物料定量喂料器（2）的内部空间。

7.根据权利要求5所述植物蛋白原料处理装置的处理方法，其特征在于：在磨浆过程中，磨室（3-1）内靠近磨浆机（3）出口一侧的压力高于环境压力，即压力表或压力传感器（5）的读数大于零。

8.根据权利要求5所述植物蛋白原料处理装置的处理方法，其特征在于：所得到的磨糊的密度大于液相介质的密度。

9.根据权利要求5所述植物蛋白原料处理装置的处理方法，其特征在于：所述植物蛋白原料为油料种子及果实，脱脂油料种子及果实粕，谷物种子，以及各种富含植物蛋白的植物叶、根、茎；所述提取液为符合食品安全规定的水或水溶液。