CN107744048A - 一种能提高蛋白萃取效果的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能提高蛋白萃取效果的系统及方法，该系统包括搅拌罐和粉碎设备a；搅拌罐下端通过管道与粉碎设备a上端的进料口相连通；所述管道上设置有阀门；所述搅拌罐内设置有搅拌装置，搅拌罐上部设置有进料口；所述粉碎设备a设置有出料口。采用本发明的系统和方法能够有效减小蛋白的颗粒粒径，提高蛋白溶解、萃取效率，缩短蛋白萃取时间，降低豆渣中蛋白的残余量，提高蛋白颗粒的稳定性，同时降低萃取蛋白时的用水量。
Description
技术领域
本发明涉及一种能提高蛋白萃取效果的系统及方法，属于蛋白加工技术领域。
背景技术
大豆蛋白是一种植物性蛋白质，富含多种人体必需的氨基酸成分，有着独特的营养价值。大豆分离蛋白是以低温脱溶大豆粕为原料生产的一种全价蛋白类食品添加剂。大豆分离蛋白加工过程中一般采用的是碱溶酸沉工艺，蛋白萃取工序主要是碱溶原理，通过控制一定的pH值、温度等条件来萃取蛋白。
大豆分离蛋白萃取工序加工通常采用常规的装置和工艺，工艺方法为：豆粕原料与经过蒸汽加温后的45度左右的萃取用水混合进行萃取，萃取一定时间后经离心泵输送到分离机进行分离得豆乳和固相豆渣，经过一二萃的豆乳进入混合豆乳罐进入酸沉工序，固相豆渣输出进行外卖等处理；向混合豆乳中加入盐酸后进行沉析分离得凝乳，所得凝乳经解碎机绞刀解碎后进入中和工序。上述常规方法的萃取效果受萃取时间的影响，萃取时间较长，一般在30分钟左右，并且萃取效果欠佳，蛋白溶解效率较低，蛋白颗粒稳定性差，且萃取过程中对水的消耗用量较多。
中国专利文献CN106720920A公开了一种提高溶解性、消除豆腥味的大豆分离蛋白制备方法，该方法将豆粕与水混合，然后加入抗氧化剂异VC钠或L-半胱氨酸进行萃取，经分离，酸沉，凝乳分离，中和，酶解，一次杀菌闪蒸，二次杀菌闪蒸，二次闪蒸液经高压均质，然后进行喷雾干燥，得到大豆分离蛋白产品；但该方法同样采用传统的碱溶酸沉的装置及方法，同样也存在传统装置和方法所存在的缺点。
因此，为解决上述问题，提出本发明。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种能提高蛋白萃取效果的系统及方法。采用本发明的系统和方法能够提高蛋白溶解、萃取效率，缩短蛋白萃取时间，降低豆渣中蛋白的残余量，提高蛋白颗粒的稳定性，同时降低萃取蛋白时的用水量。
本发明的技术方案如下：
一种能提高蛋白萃取效果的系统，包括搅拌罐和粉碎设备a；搅拌罐下端通过管道与粉碎设备a上端的进料口相连通；所述管道上设置有阀门；
所述搅拌罐内设置有搅拌装置，搅拌罐上部设置有进料口；
所述粉碎设备a设置有出料口。
根据本发明优选的，所述搅拌罐为两台，粉碎设备a为两台；每台粉碎设备a的上端的进料口分别与管道相连并汇合连接至两台搅拌罐的下端。
优选的，所述分别连接两台粉碎设备a的管道上分别设置有阀门。通过控制阀门实现物料向不同粉碎设备的流向切换。
根据本发明优选的，所述阀门为球阀，并与控制室相连接。以实现远程操控。
优选的，所述球阀为气动球阀或手动球阀。
根据本发明优选的，所述搅拌装置为快速搅拌装置，搅拌速率为0-5000r/min。所述搅拌装置为现有技术，可市购获得，并按现有技术安装于搅拌罐中即可。
根据本发明优选的，所述粉碎设备a为超细粉碎设备。所述超细粉碎设备为现有技术，可市购获得。
优选的，所述超细粉碎设备中的刀片上设置有锯齿，为80-200目齿隙的超细粉碎设备。
优选的，所述超细粉碎设备为HOP-L55型切割型湿法粉碎机。上述粉碎机为现有技术，可市购获得。
根据本发明优选的，所述能提高蛋白萃取效果的系统还包括分离机a、分离机b，粉碎设备b和酸沉罐，粉碎设备a的出料口和分离机a的进料口相连，分离机a的出料口与酸沉罐的进料口相连，酸沉罐的出料口与粉碎设备b的进料口相连，粉碎设备b的出料口与分离机b的进料口相连。
利用上述能提高蛋白萃取效果的系统进行萃取蛋白的方法，包括步骤：
将含蛋白的原材料、水和消泡剂通过搅拌罐的进料口加入到搅拌罐中，在搅拌装置搅拌下，28-35℃浸泡5-30分钟，得混合液；然后调节阀门，使混合液通过管道进入粉碎设备a中进行剪切粉碎；然后由粉碎设备a的出料口流出得萃取液，经分离机a分离得蛋白乳和滤渣。
根据本发明优选的，所述含蛋白的原材料为能通过传统的碱溶酸沉方法萃取材料中蛋白的原材料。
优选的，所述含蛋白的原材料为豆粕。
根据本发明优选的，所述含蛋白的原材料与水的质量比为1:4-10。
优选的，所述含蛋白的原材料与水的质量比为1:8。
根据本发明优选的，所述消泡剂为食品级消泡剂，所述消泡剂是含蛋白的原材料的质量的1-2‰。
根据本发明优选的，所述搅拌速率为4000-5000r/min；优选为4500r/min。
根据本发明优选的，所述剪切粉碎转速为2000-4000r/min，剪切粉碎效率为0.2-0.4m3/min，剪切粉碎时间为2-10min。
根据本发明优选的，所述萃取蛋白的方法还包括：得到的蛋白乳进入酸沉罐中进行酸沉，得到酸沉液；酸沉液经酸沉罐出料口进入粉碎设备b中进行剪切粉碎，最后经分离机b分离得到蛋白凝乳。
优选的，酸沉所用酸为食品级盐酸，用量为每吨蛋白乳对应120-150kg食品级盐酸，使酸沉液的pH在4.4-4.6。
优选的，所述剪切粉碎转速为2000-4000r/min，剪切粉碎效率为0.2-0.4m3/min，剪切粉碎时间为2-10min。
根据本发明，所述酸沉工艺为现有技术，常规工艺。
本发明的技术特点及有益效果如下：
1、本发明搅拌罐内设置有快速搅拌装置，能保证含蛋白的原材料和水等物料短时间内充分混合、快速反应的同时，能够让含蛋白的原材料均匀的悬浮在罐体内，不会产生水和含蛋白的原材料上下分层的现象，并且能够有效保证出料的均一性及稳定的固液比。
2、含蛋白的原材料在搅拌罐中经浸提后进入粉碎设备中，在高转速下形成高强度的剪切力，经剪切粉碎后的萃取液过100目筛可实现100％过筛。经本发明的粉碎工艺，蛋白的粒径明显变小，提高了蛋白的溶解，蛋白分离效果有明显改善，同时蛋白颗粒稳定性增加，有利于后续中和等工艺的进行；所得萃取液过筛后，筛上残留物相比不进行本发明粉碎工艺降低约32wt％，分离得到的蛋白乳CP(蛋白含量)提高约5.3％，蛋白分离效果得到改善。
3、当水与含蛋白的原材料质量比为8:1时，经过本发明的方法所得到的萃取液糖度可达到11.2，分离出滤渣，然后经手工挤压分离得到的蛋白乳的CP比常规工艺降低4.5个百分点；由此可见，高速搅拌浸提以及剪切粉碎效果的提高有利于蛋白的溶解和加速纤维的溶涨，并且能够缩短萃取时间；
当水与含蛋白的原材料质量比为5:1时，在搅拌下浸泡5min后进行粉碎，仍能够有效促进蛋白溶解和纤维溶胀；由此可知，本发明的工艺即使在较小的水料比，较短时间的搅拌浸泡条件下，仍能有效促进蛋白溶解和纤维溶胀，并且没有液体升温导致蛋白变性的情况。
4、同时，利用本发明的方法制备得到的蛋白凝乳具有较小的颗粒细度，对后续中和后蛋白的吸水老化有促进作用，可缩短老化时间。
附图说明
图1为本发明实施例1中能提高蛋白溶解效果的系统图；
其中，1、搅拌罐，2、管道，3、气动球阀，4、超细粉碎设备a，5、出料口，6、控制室,7、快速搅拌装置。
图2为本发明实施例2中能提高蛋白溶解效果的系统图；
其中，8、分离机a，9、酸沉罐，10、超细粉碎设备b，11、分离机b。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步描述，但本发明保护范围不限于此。
同时下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂、材料和设备，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
一种能提高蛋白萃取效果的系统，包括两台搅拌罐1和两台超细粉碎设备a4；每台超细粉碎设备a4上端的进料口分别与管道2相连并汇合连接至两台搅拌罐1的下端。所述分别连接两台超细粉碎设备a4的管道2上分别设置有气动球阀3。通过控制气动球阀3实现物料向不同超细粉碎设备a4的流向切换；
所述搅拌罐1内设置有快速搅拌装置7，搅拌速率为0-5000r/min；所述搅拌罐1的上部设置有进料口。所述快速搅拌装置7为现有技术，可市购获得；并按现有技术安装于搅拌罐1中即可。
所述超细粉碎设备a4设置有出料口5，超细粉碎设备a4为HOP-L55型切割型湿法粉碎机，可市购获得，无锡赫普轻工设备技术有限公司有售。
所述气动球阀3与控制室6相连接。以实现远程操控。
实施例2
一种能提高蛋白萃取效果的系统，包括两台搅拌罐1和两台超细粉碎设备a4；每台超细粉碎设备a4上端的进料口分别与管道2相连并汇合连接至两台搅拌罐1的下端。所述分别连接两台超细粉碎设备a4的管道2上分别设置有气动球阀3。通过控制气动球阀3实现物料向不同超细粉碎设备a4的流向切换；
所述搅拌罐1内设置有快速搅拌装置7，搅拌速率为0-5000r/min；所述搅拌罐1的上部设置有进料口。所述快速搅拌装置7为现有技术，可市购获得；并按现有技术安装于搅拌罐1中即可。
所述超细粉碎设备a4设置有出料口5，超细粉碎设备a4为HOP-L55型切割型湿法粉碎机，可市购获得。
所述气动球阀3与控制室6相连接。以实现远程操控。
所述系统还包括分离机a8、分离机b11，超细粉碎设备b10和酸沉罐9，两台超细粉碎设备a4的出料口通过管道汇合连接至分离机a8，分离机a8与酸沉罐9的进料口相连，酸沉罐9的出料口与超细粉碎设备b10上端的进料口相连，超细粉碎设备b10的出料口与分离机b11相连；所述分离机a8、分离机b11、超细粉碎设备b10、酸沉罐9均为现有技术，可市购获得；其中，超细粉碎设备b10为HOP-L55型切割型湿法粉碎机，可市购获得，无锡赫普轻工设备技术有限公司有售。
实施例3
利用实施例1所述系统进行萃取蛋白的方法，包括步骤：
将1000g豆粕、8L水和2g食品级消泡剂加入到搅拌罐1中，在快速搅拌装置7的搅拌下(搅拌速率为4500r/min)，30℃浸泡25分钟；然后远程控制气动球阀3，使混合液通过管道2进入超细粉碎设备a4中，在80目齿隙的超细粉碎设备中，于3000转速下剪切粉碎3分钟，剪切粉碎效率为0.3m3/min，得萃取液1；然后于200目齿隙的超细粉碎设备中，于3000转速下剪切粉碎3分钟，剪切粉碎效率为0.3m3/min，得萃取液2，测其糖度为11.2BX。萃取液2经分离机a分离得豆乳和豆渣。
取萃取液1、萃取液2样品分别过100目筛，萃取液1筛上有少量纤维残留物，萃取液2筛上无纤维残留物。
实施例4
利用实施例1所述系统进行萃取蛋白的方法，包括步骤：
将1000g豆粕、5L水和2g食品级消泡剂加入到搅拌罐1中，在快速搅拌装置7的搅拌下(搅拌速率为4500r/min)，30℃浸泡5分钟；然后远程控制气动球阀3，使混合液通过管道2进入超细粉碎设备a4中，在80目齿隙的超细粉碎设备中，于3000转速下剪切粉碎3分钟，剪切粉碎效率为0.3m3/min，得萃取液1；然后于200目齿隙的超细粉碎设备中，于3000转速下剪切粉碎3分钟，剪切粉碎效率为0.3m3/min，得萃取液2，测其糖度为16.5BX。萃取液2经分离机a分离得豆乳和豆渣。
实施例5
利用实施例2所述系统进行萃取蛋白的方法，包括步骤：
将实施例3得到的豆乳和食品级盐酸加入酸沉罐9中进行酸沉，得酸沉液；所述酸沉工艺为现有技术，常规工艺，酸沉温度为室温，食品级盐酸的用量为使酸沉液的pH为4.5；所得到的酸沉液经酸沉罐9出料口进入80目齿隙的超细粉碎设备b10中，在转速为3000r/min，剪切粉碎3分钟，剪切粉碎效率为0.3m3/min，得混合液；将所得混合液经分离机b11分离得到凝乳。
实施例6
萃取蛋白的方法如实施例5所述，所不同的是，超细粉碎设备b为200目齿隙，其它条件步骤与实施例5一致。
对比例1
将1000g豆粕与经过蒸汽加温后的45度的8L水混合进行萃取，萃取25min后得萃取液；萃取液经离心泵输送到分离机进行分离得豆乳和豆渣。
对比例2
将1000g豆粕与经过蒸汽加温后的45度的5L水混合进行萃取，萃取25min后得萃取液；萃取液经离心泵输送到分离机进行分离得豆乳和豆渣。
试验例1
取实施例3中的萃取液1、萃取液2样品，分别用200目纱布过滤后取豆渣和豆乳，测试豆渣、豆乳和萃取液2中水分、CP(粗蛋白质量含量)和NSI(氮溶解度指数，常用来表示大豆分离蛋白溶解度及其所含功能性大豆蛋白的质量含量)；并同时测试对比例1得到的豆渣和豆乳中水分、CP和NSI的含量，结果数据如表1所示：
表1豆乳的指标测试
| 样品 | 水分 | CP | NSI |
| 萃取液1得到的豆乳 | 91.2 | 65.6 | 17.3 |
| 萃取液2得到的豆乳 | 91.5 | 69.3 | 47.3 |
| 萃取液2 | 89.9 | 59.7 | 16 |
| 对比例1得到的豆乳 | 91.1 | 64 | / |
表2豆渣的指标测试
| 样品 | 水分 | CP |
| 萃取液1得到的豆渣 | 80.6 | 27.2 |
| 萃取液2得到的豆渣 | 81 | 25.9 |
| 对比例1得到的豆渣 | 85.2 | 30.4 |
由本试验例可知，经过超细粉碎机粉碎后，分离得到的豆乳的CP相比对比例1提高5.3％，蛋白分离效果得到改善；得到的豆渣中的CP比常规工艺(对比例1)降低4.5个百分点；由此可见，高速搅拌浸提以及剪切粉碎效果的提高有利于蛋白的溶解和加速纤维的溶胀。
试验例2
对实施例4步骤中的萃取液1和萃取液2进行相关指标测试，测试方法如下：
取实施例4中的萃取液1、萃取液2样品分别过100目筛，分别测试萃取液1、2筛上纤维残留量占萃取液1或2质量的比例，简称筛上物质量比例。
取萃取液1、萃取液2和对比例2得到的萃取液样品，测试其中水分、CP、NSI和糖度，结果如下表所示：
表3萃取液的指标测试
由本试验例可知，即使在较小的水料比，较短时间的搅拌浸泡条件下，本发明的方法仍能有效促进蛋白溶解和纤维溶胀，并且剪切粉碎程度越大，萃取液中大豆分离蛋白含量越高。
试验例3
对实施例5、6中的混合液取样，分别经100目筛过滤，测试筛上残留物的质量占混合液质量的比例，简称筛上物质量比例；实施例5得到的混合液的筛上物质量比例为10％，实施例6得到的混合液经100目筛过滤后，筛上无残留物。
对实施例5、6得到的凝乳进行水分、CP和NSI测试，测试结果如表4所示；
表4凝乳的指标测试
| 样品 | 水分 | CP | NSI |
| 实施例5得到的凝乳 | 78.9 | 87.4 | 5.9 |
| 实施例6得到的凝乳 | 86.8 | 84.9 | 8 |
由本试验例可知，本发明的方法制备得到的凝乳中蛋白含量较高，经过200目齿隙的超细粉碎机粉碎使得蛋白有更小的颗粒粒径，更利于大豆分离蛋白的分离，蛋白分离效果较好。
Claims (10)
1.一种能提高蛋白萃取效果的系统，其特征在于，包括搅拌罐和粉碎设备a；搅拌罐下端通过管道与粉碎设备a上端的进料口相连通；所述管道上设置有阀门；
所述搅拌罐内设置有搅拌装置，搅拌罐上部设置有进料口；
所述粉碎设备a设置有出料口。
2.根据权利要求1所述的能提高蛋白萃取效果的系统，其特征在于，所述搅拌罐为两台，粉碎设备a为两台；每台粉碎设备a的上端的进料口分别与管道相连并汇合连接至两台搅拌罐的下端；
优选的，所述分别连接两台粉碎设备a的管道上分别设置有阀门。
3.根据权利要求1所述的能提高蛋白萃取效果的系统，其特征在于，所述阀门为球阀，并与控制室相连接；优选的，所述球阀为气动球阀或手动球阀；
优选的，所述搅拌装置为快速搅拌装置，搅拌速率为0-5000r/min。
4.根据权利要求1所述的能提高蛋白萃取效果的系统，其特征在于，所述粉碎设备a为超细粉碎设备；
优选的，所述超细粉碎设备中的刀片上设置有锯齿，为80-200目齿隙的超细粉碎设备；
优选的，所述超细粉碎设备为HOP-L55型切割型湿法粉碎机。
5.根据权利要求1所述的能提高蛋白萃取效果的系统，其特征在于，所述能提高蛋白萃取效果的系统还包括分离机a、分离机b，粉碎设备b和酸沉罐，粉碎设备a的出料口和分离机a的进料口相连，分离机a的出料口与酸沉罐的进料口相连，酸沉罐的出料口与粉碎设备b的进料口相连，粉碎设备b的出料口与分离机b的进料口相连。
6.利用如权利要求1-5任一项所述的能提高蛋白萃取效果的系统进行萃取蛋白的方法，包括步骤：
将含蛋白的原材料、水和消泡剂通过搅拌罐的进料口加入到搅拌罐中，在搅拌装置搅拌下，28-35℃浸泡5-30分钟，得混合液；然后调节阀门，使混合液通过管道进入粉碎设备a中进行剪切粉碎；然后由粉碎设备a的出料口流出得萃取液，经分离机a分离得蛋白乳和滤渣。
7.根据权利要求6所述的萃取蛋白的方法，其特征在于，所述含蛋白的原材料为能通过传统的碱溶酸沉方法萃取材料中蛋白的原材料；
优选的，所述含蛋白的原材料为豆粕。
8.根据权利要求6所述的萃取蛋白的方法，其特征在于，所述含蛋白的原材料与水的质量比为1:4-10；
所述消泡剂为食品级消泡剂，所述消泡剂是含蛋白的原材料的质量的1-2‰；
优选的，所述搅拌速率为4000-5000r/min；进一步优选为4500r/min。
9.根据权利要求6所述的萃取蛋白的方法，其特征在于，所述剪切粉碎转速为2000-4000r/min，剪切粉碎效率为0.2-0.4m3/min，剪切粉碎时间为2-10min。
10.根据权利要求6所述的萃取蛋白的方法，其特征在于，所述萃取蛋白的方法还包括：得到的蛋白乳进入酸沉罐中进行酸沉，得到酸沉液；酸沉液经酸沉罐出料口进入粉碎设备b中进行剪切粉碎，最后经分离机b分离得到蛋白凝乳；
优选的，酸沉所用酸为食品级盐酸，用量为每吨蛋白乳对应120-150kg食品级盐酸，使酸沉液的pH在4.4-4.6；
优选的，所述剪切粉碎转速为2000-4000r/min，剪切粉碎效率为0.2-0.4m3/min，剪切粉碎时间为2-10min。
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