CN112806469A - 一种提高蛋白凝胶性的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于大豆加工技术领域，具体涉及一种提高蛋白凝胶性的生产工艺。本发明的工艺包括：萃取、酸沉、中和、加热、管束处理、杀菌、闪蒸、喷雾干燥。采用蒸汽加热，加热至物料的温度为65～75℃，加热处理15～25min。本发明的有益效果在于：（1）本发明通过在中和之后进行加热处理，使得大豆蛋白的结构发生变化，增加了蛋白的疏水性，加强了蛋白分子之间的相互作用，使得蛋白内部可以形成网格结构，从而使凝胶强度增大；（2）本发明所采用的加热和管束处理，结构简单，并且在本发明所提供的管束结构，可以同时串联多根管束，在使用过程中，可以任意的选择一根管束或两根或多根，或其中的任意几根，灵活性强，有利于生产工艺的控制。
Description
技术领域
本发明属于大豆加工技术领域，具体涉及一种提高蛋白凝胶性的生产工艺。
背景技术
在大豆分离蛋白的生产工艺中普遍采用碱溶酸沉的生产工艺，上述工艺的主要步骤是：萃取、酸沉、中和、杀菌、闪蒸、喷雾干燥、包装等工序。目前传统的生产工艺在中和工序之后仅单纯的将物料通过管道输送至杀菌器，然后再进行杀菌、闪蒸、喷雾干燥、包装等操作。在中和和杀菌这两个工序之间没有对蛋白进行任何处理。其缺点是，没有对蛋白进行二次变性，无法从根本上改变蛋白的结构组成，即也无法增加蛋白的凝胶性，从而导致产品的胶凝性能不能满足后续加工或生产的需要。
为了改变上述的现状，增加大豆分离蛋白的凝胶性，有的厂家会添加一些乳化剂，增稠剂。例如黄原胶，瓜尔豆胶等。但加入增稠剂却并没有从根本上提高或改善大豆分离蛋白的凝胶性。
还有一些厂家采用了管束技术作为酶反应的设备，往内部加酶，生产酶解产品，比如蛋白质粉，但是其作用在于将大豆蛋白转化为一种新的产品，也并未从根本上提高蛋白的胶凝性能。
CN109770040A一种冷等离子体增强大豆蛋白凝胶性质的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将大豆蛋白溶于去离子水中，得到大豆蛋白溶液；(2)利用冷等离子体处理步骤(1)的大豆蛋白溶液；(3)对步骤(2)处理后的大豆蛋白溶液进行第一阶段的水浴加热处理；(4)将步骤(3)处理后的大豆蛋白溶液冷却至室温，加入促凝剂搅拌均匀；(5)将步骤(4)的大豆蛋白溶液进行第二阶段的水浴加热处理；(6)将步骤(5)所得凝胶经冷藏充分成胶，得到大豆蛋白凝胶。上述的工艺中，首先其适应性较窄，仅适用于将大豆分离蛋白作为原料的厂家；此外，其生产过程中需要升温再冷却，再升温，再冷却，生产工艺较为复杂，在大规模的工业化生产中成本较高、生产效率并不高，并且若是大批量生产，不具有生产的连续性。
鉴于上述的现状，需要发明一种能从根本上改善大豆胶凝性能的生产工艺。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种通过管束加热对大豆分离蛋白进行二次变性从而来提高大豆分离蛋白的凝胶性的工艺，以及与该工艺所配合使用的系统。
本发明的原理是，通过热处理来改变大豆分离蛋白的结构组成，经过加热可增加蛋白的疏水性，增加蛋白分子之间的相互作用，使得蛋白内部可以形成网格结构，使凝胶强度增大。本发明与背景技术中所提到的管束法最大的区别是，背景技术中是利用管束作为酶反应的设备将大豆转化为一种酶解产品，而本发明采用管束的作用是利用其加热处理改变大豆分离蛋白的结构，从而从根本上提高大豆蛋白产品的胶凝性能。
本发明所提供的一种提高蛋白凝胶性的生产工艺，包括：萃取、酸沉、中和、加热、管束处理、杀菌、闪蒸、喷雾干燥。
采用蒸汽加热，蒸汽的温度为140～160℃。
采用蒸汽加热至物料的温度为65～75℃。
加热处理15～25min。
加热和管束处理中，所述的加热和管束结构如下：自中和装置所输出的加热管道进入加热器中，在加热器中的管道其上部有多个蒸汽孔，蒸汽通过蒸汽孔进入到管道中，从而对管道中的物料加热；加热管道从加热器中输出之后分成第一支路管道和第二支路管道两条支路，第一支路管道进入第一管束的下部，第二支路管道通向杀菌装置；第一管束上部的管道与第二支路管道汇合，然后再分成两条支路，分别通向下一管束和杀菌装置……直至最后一级管束上部的管道通向杀菌装置，第2N支路管道通向杀菌装置；N为大于等于2的正整数。
在上述的管道上设置有提升泵或物料输送泵，该结构为常见结构，因此在图中并不作体现。
优选的，上述的一种提高蛋白凝胶性的生产工艺，包括以下的步骤：
S1:萃取:按照大豆粕与水的质量比为1：8～10比例加水，萃取水温为45～55℃，加入碱液使萃取pH保持在7.2～7.8；
S2：酸沉：将S1中的物料调节pH至4.2～4.8，再离心分离；
S3：中和：将酸沉后的物料加碱加水调节pH至7.5～8.0中和处理，且使中和时物料的糖度为12～14；
S4：S3中的物料经过加热器加热，然后再进入多根相串联的管束中，在管束中经过高温处理之后再通向杀菌装置；
S5:杀菌、闪蒸、喷雾干燥。
S1中，所述的大豆分离蛋白与水的质量比为1：9；
优选的，所述的萃取水温为50℃；
优选的，所述的萃取pH为7.5；
优选的，所述的大豆分离蛋白与水的质量比为1：9，萃取水温为50℃，萃取pH为7.5。
S2中酸沉步骤中，将S1中的物料调节pH至4.5。
S3中和步骤中，将酸沉后的物料加碱调节pH至7.8中和处理，且使中和时物料的糖度为13.0。
S4中和步骤中，离心分离时采用卧螺式离心分离机；
优选的，S4中，蒸汽加热时蒸汽的温度为140～160℃；
优选的，S4中，采用蒸汽加热至物料的温度为65～75℃；
优选的，S4中，加热处理15～25min；
优选的，S4中，蒸汽加热时蒸汽的温度为140～160℃，蒸汽加热至物料的温度为65～75℃，加热处理15～25min。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过在中和之后进行加热处理，使得大豆蛋白的结构发生变化，增加了蛋白的疏水性，加强了蛋白分子之间的相互作用，使得蛋白内部可以形成网格结构，从而使凝胶强度增大；
(2)本发明所采用的加热和管束处理，结构简单，并且在本发明所提供的管束结构，可以同时串联多根管束，在使用过程中，可以任意的选择一根管束或两根或多根，或其中的任意几根，灵活性强，有利于生产工艺的控制。
附图说明
图1A为本发明实施例1A的结构示意图；
图1B为本发明实施例1B的结构示意图；
图1C为实施例1A、1B中加热器的俯视图；
图2为对比例实验1中①搅拌过程的图片，从左至右依次为：
不加管束、50℃+10分钟、50℃+20分钟、50℃+30分钟的实验效果；
图3为对比例实验1中②冷凝胶粘手情况的图片，从左至右依次为：
不加管束、50℃+10分钟、50℃+20分钟、50℃+30分钟的实验效果；
图4为对比例实验1中③冷凝胶成球情况的图片，从左至右依次为：
不加管束、50℃+10分钟、50℃+20分钟、50℃+30分钟的实验效果；
图5为对比例实验2中①搅拌过程的图片，从左至右依次为：
不加管束、60℃+10分钟、60℃+20分钟、60℃+30分钟的实验效果；
图6为对比例实验2中②冷凝胶粘手情况的图片，从左至右依次为：
不加管束、60℃+10分钟、60℃+20分钟、60℃+30分钟的实验效果；
图7为对比例实验2中③冷凝凝成球情况的图片，从左至右依次为：不加管束、60℃+10分钟、60℃+20分钟、60℃+30分钟的实验效果；
图8为对比例实验2中①搅拌过程的图片，从左至右依次为：
不加管束、70℃+10分钟、70℃+20分钟、70℃+30分钟的实验效果；
图9为对比例实验2中②冷凝胶粘手情况的图片，从左至右依次为：
不加管束、70℃+10分钟、70℃+20分钟、70℃+30分钟的实验效果；
图10为对比例实验2中冷凝胶成球情况的图片，从左至右依次为：
不加管束、70℃+10分钟、70℃+20分钟、70℃+30分钟的实验效果；
图中，1-加热器，101-中和装置输出的管道，201-第一管束，202-第二管束，203-第三管束，204-第四管束，3-杀菌装置，4-蒸汽孔，501-第一支路管道，502-第二支路管道，503-第三支路管道，504-第四支路管道，505-第五支路管道，506-第六支路管道，507-第七支路管道，508-第八支路管道。
具体实施方式
为了能使本领域技术人员更好的理解本发明，现结合具体实施方式对本发明进行更进一步的阐述。
实施例1A
本发明所用的系统结构如下：加热器1，与加热器1通过管道依次串联连接的N个管束；
加热器1为管状结构，其上部有多个蒸汽孔4，蒸汽通过蒸汽孔进入到加热器1中，从而对加热器1中的物料进行加热；加热器1的左端通过管道与中和装置相连接，加热器1的右端通向第一管束201；
加热器1右端的管道分成第一支路管道501和第二支路管道502两条支路，第一支路管道501进入第一管束201的下部，第二支路管道502通向第四支路管道504(最终通向杀菌装置3)；
第一管束201上部的管道与第二支路管道502汇合，然后再分成第三支路管道503和第四支路管道504这两条支路，第三支路管道503通向第二管束202的下部，第四支路管道504通向杀菌装置3；
自第二管束202上端所输出的管道与第四支路管道504汇合，再分成第五支路管道505和第六支路管道506，第五支路管道505通向第三管束203的下部，第六支路管道506通向杀菌装置3；
自第三管束203上端所输出的管道与第六支路管道506汇合，再分成第七支路管道507和第八支路管道508，第七支路管道507通向第三管束203的下部，第八支路管道508通向杀菌装置3；
自第四管束204上端所输出的管道直接通向杀菌装置3。
在以上所有的管道包括支路管道上均设置有单向阀，单向阀设置在靠近管道的交汇处。
物料自中和装置输出的管道101进入加热器1中后，蒸汽自加热器1上部的蒸汽孔4中进入，从而对物料加热处理，物料经加热后在输送泵的作用下被输送至第一管束201，然后再进一步被输送至第二管束202、第三管束203、第四管束204，然后再保持一定时间之后进入杀菌装置3中进行灭菌处理；
或者是物料直接被依次输送至第二管束202、第三管束203、第四管束204，经处理后再进入杀菌装置3进行灭菌处理。本发明中所提供的结构，较为灵活，可以选择进入全部的管束或者是其中的某几根管束处理。
实施例1B
如附图1B所示：加热器1，与加热器1通过管道依次串联连接的N个管束；
加热器1为管状结构，其上部有多个蒸汽孔，蒸汽通过蒸汽孔进入到加热器1中，从而对加热器1中的物料进行加热；加热器1的左端通过管道与中和装置相连接，加热器1的右端通向第一管束201；
加热器1右端的管道分成第一支路管道501和第二支路管道502两条支路，第一支路管道501进入第一管束201的下部，第二支路管道502通向杀菌装置3；第一管束201上部的管道分成两条支路后分别通向第三支路管道503、第二支路管道502和第四支路管道504的交汇处；第三支路管道503通向第三管束的下部，第四支路管道504通向第六支路管道506(或者是说最终通向杀菌装置3)，自第二管束202输出的管道又分成两条支路分别通向第五支路管道505、第四支路管道504和第六支路管道506的交汇处……，自第四管束204输出的管道分成两条支路，一条通向杀菌装置3，另一条通向污水处理装置；自第三管束203上部输出的管道分成两条支路，一条通向第七支路管道507，另一条通向第七支路管道507和第八支路管道508的交汇处。
实施例2
一种提高蛋白凝胶性的生产工艺，包括以下的步骤：
S1:萃取:按照大豆粕与水的质量比为1：9比例加水，萃取水温为50℃，加入碱液使萃取pH保持在7.5；
S2：酸沉：将S1中的物料调节pH至4.5，再离心分离；
S3：中和：将酸沉后的物料加碱加水调节pH至7.8中和处理，且使中和时物料的糖度为13；
S4：S3中的物料经过加热器加热，然后再进入多根相串联的管束中，在管束中经过高温处理之后再通向杀菌装置3；蒸汽加热时蒸汽的温度为145℃左右，蒸汽加热至物料的温度为70℃，加热处理20min；加热后再进入杀菌装置3进行杀菌处理；
S5：杀菌、闪蒸、喷雾干燥，包装，获得成品。
实施例3
一种提高蛋白凝胶性的生产工艺，包括以下的步骤：
S1:萃取:按照大豆粕与水的质量比为1：8.5比例加水，萃取水温为50℃，加入碱液使萃取pH保持在7.6；
S2：酸沉：将S1中的物料调节pH至4.45，再离心分离；
S3：中和：将酸沉后的物料加碱加水调节pH至7.7中和处理，且使中和时物料的糖度为12.5左右；
S4：S3中的物料经过加热器加热，然后再进入多根相串联的管束中，在管束中经过高温处理之后再通向杀菌装置3；蒸汽加热时蒸汽的温度为145℃左右，蒸汽加热至物料的温度为70℃左右，加热处理20min；加热后再进入杀菌装置3进行杀菌处理；
S5：杀菌、闪蒸、喷雾干燥，包装，获得成品。
实施例4
一种提高蛋白凝胶性的生产工艺，包括以下的步骤：
S1:萃取:按照大豆粕与水的质量比为1：9.5比例加水，萃取水温为52℃，加入碱液使萃取pH保持在7.6；
S2：酸沉：将S1中的物料调节pH至4.5，再离心分离；
S3：中和：将酸沉后的物料加碱加水调节pH至7.8中和处理，且使中和时物料的糖度为13；
S4：S3中的物料经过加热器加热，然后再进入多根相串联的管束中，在管束中经过高温处理之后再通向杀菌装置3；蒸汽加热时蒸汽的温度为145℃左右，蒸汽加热至物料的温度为70℃，加热处理20min；加热后再进入杀菌装置3进行杀菌处理；
S5：杀菌、闪蒸、喷雾干燥，包装，获得成品。
对比例
在获得本发明的最佳参数条件的过程中，本发明人还进行了如下的实验：
考察蒸汽加热的温度与加热的时间，此处的蒸汽加热的温度是指物料被加热的温度，而并非是蒸汽的进入温度；
实验1：
管束温度保持50℃，时间按照10min，20min，30min三次实验与不使用管束进行对比。
成品按照1:4搓球(20g水5g蛋白粉搅拌一min成球情况)对比发现，三次不同条件下的凝胶效果，与不用管束的凝胶效果没有明显的差别。图片如下
①搅拌过程图片如附图2所示；均搅拌比较稀；
②冷凝胶粘手情况如附图3所示：从附图3中可以看出，产品均比较粘手；这说明产品的胶凝性能并不理想；
③冷凝胶成球情况如附图4所示；从附图中可以看出，成球效果比不加管束要好，且冷凝胶的胶性较好。
实验2：
管束温度保持60℃，时间按照10min，20min，30min三次实验与不使用管束进行对比。
成品按照1:4搓球(20g水5g蛋白粉搅拌一min成球情况)对比发现，三次不同条件下的凝胶效果，与不用管束的凝胶效果没有明显的差别。
①搅拌过程如附图5所示；搅拌逐渐变的稍微干一点，也不是特别的明显
②冷凝胶粘手情况如附图6所示；冷凝胶粘手情况比不使用管束要好
③冷凝凝成球情如附图7所示；冷凝胶成球一般，胶性稍差。
实验3：
管束温度保持70℃，时间按照10min，20min，30min三次实验与不使用管束进行对比。
①搅拌过程图片如附图8所示；搅拌越来越干，70℃+20分钟和30分钟变化不大
②冷凝胶粘手情况如附图9所示；冷凝胶粘手情况比不使用管束要好，且效果明显
③冷凝胶成球情况如附图10所示；成球效果比不加管束要好，且冷凝胶的胶性较好
对比发现，冷凝胶的凝胶情况70℃+20min的要比70℃+10min的好，70℃+10min的要比不采用管束的好，70℃+30min的和20min的凝胶情况几乎一致；而时间越长，则会导致成本增加，因此，当时间达到20min时，即可获得胶凝性能优良的产品。
最终产品凝胶性最好的条件是70℃+20min。此时凝胶效果最好，且考虑经济成本，此时成本最低。
实验4
实验例4中通过仪器检测不同加热条件下产品的凝胶值(仪器的名称、生产厂家和型号等信息如下：Stable Micro Systems Texture Analyser即物性测试仪，型号TA-XTplus,电压：100-240V，英国的Stable Micro Systems Ltd公司生产)，如下表1所示：
表1 50℃下不同处理时间蛋白的凝胶值检测结果对比
从以上的结果可以看出，蛋白产品在50℃时凝胶值变化不明显。这说明加热至50℃对于大豆蛋白的胶凝性能并没有什么作用。
表2 60℃下不同处理时间蛋白的凝胶值检测结果对比
从上表2的结果可以看出，当大豆蛋白被加热至60℃时凝胶值变化也不是很明显。
表3 70℃下不同处理时间蛋白的凝胶值检测结果对比
从上表可以看出，70℃时凝胶值变化比较明显，且20分钟和30分钟时间数值差距不大，这说明在物料被加热至70℃的条件下，大豆蛋白的胶凝性能改变显著，加热至该温度下对于大豆蛋白的结构影响较大。而进一步的延长加温的时间，并不能显著的增加产品的胶凝性能，若时间再延长，则会增加成本。因此，在70℃时处理20分钟即可。
Claims (10)
1.一种提高蛋白凝胶性的生产工艺，其特征在于，所述的工艺包括：萃取、酸沉、中和、加热、管束处理、杀菌、闪蒸、喷雾干燥。
2.如权利要求1所述的一种提高蛋白凝胶性的生产工艺，其特征在于，采用蒸汽加热，蒸汽的温度为140～160℃；
优选的，采用蒸汽加热至物料的温度为65～75℃。
3.如权利要求1所述的一种提高蛋白凝胶性的生产工艺，其特征在于，加热处理15～25min。
4.如权利要求1所述的一种提高蛋白凝胶性的生产工艺，包括以下的步骤：
S1: 萃取: 按照大豆粕与水的质量比为1：8～10比例加水，萃取水温为45～55℃，加入碱液使萃取pH保持在7.2～7.8；
S2：酸沉：将S1中的物料调节pH至4.2～4.8，再离心分离；
S3：中和：将酸沉后的物料加碱加水调节pH至7.5～8.0中和处理，且使中和时物料的糖度为12～14；
S4：S3中的物料经过加热器加热，然后再进入多根相串联的管束中，在管束中经过高温处理之后再通向杀菌装置；
S5:杀菌、闪蒸、喷雾干燥。
5.如权利要求1所述的一种提高蛋白凝胶性的生产工艺，其特征在于，S1中，所述的大豆分离蛋白与水的质量比为1：9；
优选的，所述的萃取水温为50℃；
优选的，所述的萃取pH为7.5；
优选的，所述的大豆分离蛋白与水的质量比为1：9，萃取水温为50℃，萃取pH为7.5。
6.如权利要求1所述的一种提高蛋白凝胶性的生产工艺，其特征在于，S2中酸沉步骤中，将S1中的物料调节pH至4.5。
7.如权利要求1所述的一种提高蛋白凝胶性的生产工艺，其特征在于，
S3中和步骤中，将酸沉后的物料加碱调节pH至7.8中和处理，且使中和时物料的糖度为13.0。
8.如权利要求1所述的一种提高蛋白凝胶性的生产工艺，其特征在于，
S4中和步骤中，离心分离时采用卧螺式离心分离机；
优选的，S4中，蒸汽加热时蒸汽的温度为140～160℃；
优选的，S4中，采用蒸汽加热至物料的温度为65～75℃；
优选的，S4中，加热处理15～25min；
优选的，S4中，蒸汽加热时蒸汽的温度为140～160℃，蒸汽加热至物料的温度为65～75℃，加热处理15～25min。
9.如权利要求1所述的一种提高蛋白凝胶性的生产工艺，其特征在于，上述的工艺中所用的系统包括：加热器，与加热器通过管道依次串联连接的N个管束；
加热器为管状结构，其上部有多个蒸汽孔，蒸汽通过蒸汽孔进入到加热器中，从而对加热器中的物料进行加热；加热器的左端通过管道与中和装置相连接，加热器的右端通向第一管束；
加热器右端的管道分成第一支路管道和第二支路管道两条支路，第一支路管道进入第一管束的下部，第二支路管道通向杀菌装置；第一管束上部的管道与第二支路管道汇合，然后再分成两条支路，分别通向下一管束和杀菌装置……直至最后一级管束上部的管道通向杀菌装置，第2N支路管道通向杀菌装置；N为大于等于2的正整数，所有的管道上均设置有阀门。
10.如权利要求1所述的一种提高蛋白凝胶性的生产工艺，其特征在于，上述的工艺中所用的系统包括：加热器，与加热器通过管道依次串联连接的N个管束；
加热器为管状结构，其上部有多个蒸汽孔，蒸汽通过蒸汽孔进入到加热器中，从而对加热器中的物料进行加热；加热器的左端通过管道与中和装置相连接，加热器的右端通向第一管束；
所述的系统包括：加热器，与加热器通过管道依次串联连接的N个管束；
加热器为管状结构，其上部有多个蒸汽孔，蒸汽通过蒸汽孔进入到加热器中，从而对加热器中的物料进行加热；加热器的左端通过管道与中和装置相连接，加热器的右端通向第一管束；
分成第一支路管道和第二支路管道两条支路，第一支路管道进入第一管束的下部，第二支路管道通向杀菌装置；第一管束上部的管道分成两条支路后分别通向第三支路管道和第二支路管道，……直至最后一级管束上部的管道通向杀菌装置，第2N支路管道通向杀菌装置；N为大于等于2的正整数，所有的管道上均设置有三通阀。
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