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前 言
畢業設計是高等院校畢業生在學校學習的最后一次大型作業，是教學的基本環節之一。通過畢業設計使我的理論知識融會貫通，并使之系統化、理論化，而且培養我們運用所學知識，獨立解決本專業的工程技術問題，學習設計方法，培養趨向實際的設計思想，進一步鍛煉學生查閱文獻、收集資料、設計計算、繪圖及與人合作的綜合能力。通過畢業設計可以檢驗學生獨立工作、分析、解決問題的能力水平。本次設計是在查閱大量參考資料的前期準備下，得到李丹丹老師的悉心指導，并經過在承德怡達食品有限公司實習的基礎上，歷時近四個月的刻苦努力完成的。本設計結合目前我國生產實際，綜合考慮經濟成本與先進技術、設備的效價后，本著盡可能使用先進技術、設備而且節約成本的原則，針對原料及產品銷售等特點，創造性的加入所學理論知識及目前該事例的設計思想，使得設計基本滿足了預期的要求。但限于個人知識水平有限，實踐經驗欠缺，不可避免會出現不妥和錯誤之處，敬請各位老師和同學批評、指正。
1/48頁 第 1 頁 共 46 頁 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成分 大豆分離蛋白(soybean protein isolated, SPI)是一種重要的植物蛋白產品，已廣泛應 [1]用在食品及其它行業中。大豆分離蛋白蛋白質含量高達90 %以上，消化利用率較高， [2][3]可達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、磷等礦物質且不含膽固醇，具有較高的食品的營養價值。 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，在加工時還有保持水分的能力。其保水性與黏度、pH、電離強度和溫度有關。鹽類能增強蛋白質的吸水性，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 ?時為4 g水/g蛋白質。 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，易于形成穩定的乳狀液[5]。許多因素影響著乳狀液的特性和乳化試驗的結果:設備的類型及幾何形狀、輸入量的強度、加入油的速度、油相體積、溫度、pH、離子強度、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在促進脂肪吸收，促進脂肪結合，從而減少蒸煮時脂肪的損失。大豆蛋白制品的吸油性與蛋白含量有密切關系，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 內達到吸收最大值，而且粉越細吸油率越高。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 凝膠性是指蛋白質形成枝體狀結構的性能。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味物、糖及其它配合物的載體，這對食品加工極
2/48頁 第 2 頁 共 46 頁 為有利。大豆蛋白質的分散物質經加熱、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，愈易制成結實強韌性的、有彈性的硬質凝膠，而蛋白含量小于7 %的，只能制成軟質脆弱的凝膠。蛋白質分散物至少高于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實，更易恢復原狀，這是因為它們的球朊對加熱變性的敏感度不同。 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到內表面并快速展開。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 蛋白質的黏性是指液體流動時表現出來的內摩擦，又稱流動性。在調整食品的物性方面是重要的。蛋白質溶液的黏度受蛋白質的分子量、摩擦系數、溫度、pH、離子強度、處理條件等各種因素的綜合影響，這些因素可改變蛋白質分子的形態結構、締結狀態、水合度、膨潤度及黏度。大豆分離蛋白經堿、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升高，并與試樣的膨潤度相關。加熱蛋白到80 ?，蛋白質發生離解或析解，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，蛋白質結構最穩定，黏度最大;超過1l時黏度急劇減小，這是因為蛋白質締合遭到破壞。 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，可顯著改善提高原有食品的營養價值完全可以替代動物性蛋白質，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，屬全價蛋白，而且沒有動物蛋白的副作用，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、彈性和黏結性，起泡性較強，可用于肉制品、糕點、面包、糖果、飲料等食品中，而且其組織具有類似肉的性質。它既可單獨制成食品，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, 并能按消費者口味進行調節、營養成分能根據不同的消費人群進行強化等優點，能提供比
3/48頁 第 3 頁 共 46 頁 傳統食品營養及口感等方面更加符臺消費需要的新型食品。 1.1.3 大豆分離蛋白的發展敘述 大豆分離蛋白是大豆深加工中最有潛力、最有前景的產業。大豆分離蛋白起源于發 其研究是在二戰后展開的，美國、日本、巴西發展最快。1954達國家(美國、日本)，對 年美國開發出大豆分離蛋白，20世紀60年代日本引進技術開始生產大豆分離蛋白，直到20世紀70年代大豆分離蛋白生產技術才趨于成熟穩定。早在20世紀50年代我國就開始了對大豆蛋白的研究開發，但由于歷史條件限制，發展極其緩慢。直到20世紀70年代末才逐漸認識到大豆蛋白的重要性，許多研究單位、大專院校、生產企業進行了研究開發與生產，取得了很大的成果。 我國最早的大豆分離蛋白生產線建成于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日本技術和設備建成年產1 000噸大豆分離蛋白的生產線，產品全部返銷日本。20世紀80年代隨著我國火腿腸生產量的增加，大豆分離蛋白的需求量也在增加。20世紀80年代中期，春都、雙匯、鄭榮等企業引進了上百條火腿腸生產線，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格好，市場好，全國形成了“大豆分離蛋白熱”，許多企業紛紛上馬。我國大豆分離蛋白生產主要集中在我國北方地區大豆種植的主要區域，如黑龍江、山東、河南等省。近幾年，我國大豆分離蛋白產業飛速發展，平均年產量在3 000噸以上。有些廠家積極采用國外先進技術，不僅提高了生產效率，而且使大豆分離蛋白更加優質。 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值調至4.5左右時，使蛋白質處于等電點狀態而凝集沉淀下來，經分離得到的蛋白質沉淀物，再經洗滌、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80 %左右。將浸提液進行循環超濾分離，截留液的濃度可達13 %左右。把截留液噴霧或冷凍干燥，即得大豆分離蛋白產品，其蛋白含量可達95 %
4/48頁 第 4 頁 共 46 頁 以上。與傳統的堿提酸沉法比較，產物得率高，質量好，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上發展而來的。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，導致溶液的pH值降低，達到大豆蛋白質的等電點而使蛋白質沉淀。這種方法不需要加入酸或堿調整蛋白質溶液的pH值，避 [9,10]免分離得到的大豆蛋白質中混入鹽離子，并且可保護大豆蛋白質的功能性。 1.2.4 起泡法 泡沫分離技術是近十年發展起來的一項新的分離技術。它是根據表面活性的差異，來分離和純化物質的手段，被廣泛應用于環境保護、生物工程、冶金工業及醫藥工業等許多領域，該技術也是分離和濃縮蛋白質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的分離。這種方法中，大豆蛋白質的分離在一連續操作的泡沫精餾塔中完成，氮氣由塔底通入池液，原料液由泡沫界面處進入塔內，泡沫由塔頂 [2]導出并被破碎成泡沫液，泡沫液即為分離出的大豆蛋白質。 1.3 大豆分離蛋白的開發利用及市場需求 1.3.1 大豆分離蛋白的開發利用 我國是大豆的故鄉，資源豐富，至今已有近五千年的栽培歷史。豆腐、豆漿、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。近年來人們發現除上述傳統的大豆蛋白制品外，大豆蛋白產品，如低變性脫脂豆粉、大豆濃縮蛋白、大豆分離蛋白、大豆蛋白發泡粉以及豆奶粉等不僅具有很好的營養價值，而且具有乳化、凝膠、吸油、吸水、對水分散性等，既可以單獨制成食品，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，所以在機械成型、加熱調理后，不再產生收縮變化，制品質地均勻，利于長期保存。 a) 大豆分離蛋白在肉類制品中的應用 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構和增加風味，而且提高了蛋白含量。由于其功能性較強，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、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，這些產品中沒有肉或用其他肉代替，但卻具有天然肉制品的風味和口感，
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