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前 言
毕业设计是高等院校毕业生在学校学习的最后一次大型作业，是教学的基本环节之一。通过毕业设计使我的理论知识融会贯通，并使之系统化、理论化，而且培养我们运用所学知识，独立解决本专业的工程技术问题，学习设计方法，培养趋向实际的设计思想，进一步锻炼学生查阅文献、收集资料、设计计算、绘图及与人合作的综合能力。通过毕业设计可以检验学生独立工作、分析、解决问题的能力水平。本次设计是在查阅大量参考资料的前期准备下，得到李丹丹老师的悉心指导，并经过在承德怡达食品有限公司实习的基础上，历时近四个月的刻苦努力完成的。本设计结合目前我国生产实际，综合考虑经济成本与先进技术、设备的效价后，本着尽可能使用先进技术、设备而且节约成本的原则，针对原料及产品销售等特点，创造性的加入所学理论知识及目前该事例的设计思想，使得设计基本满足了预期的要求。但限于个人知识水平有限，实践经验欠缺，不可避免会出现不妥和错误之处，敬请各位老师和同学批评、指正。
1/48页 第 1 页 共 46 页 1 绪论 1.1 大豆分离蛋白简介 1.1.1 大豆分离蛋白的营养成分 大豆分离蛋白(soybean protein isolated, SPI)是一种重要的植物蛋白产品，已广泛应 [1]用在食品及其它行业中。大豆分离蛋白蛋白质含量高达90 %以上，消化利用率较高， [2][3]可达93 % ~97 % ，它主要由11S和7S球蛋白组成。大豆分离蛋白含有八种人体必需氨基酸，尤以赖氨酸最高。同时它还含有大量对人体健康有益的必需脂肪酸、磷脂和丰富的钙、磷等矿物质且不含胆固醇，具有较高的食品的营养价值。 1.1.2 大豆分离蛋白的功能特性 a) 保水性 大豆分离蛋白除了对水有吸附作用外，在加工时还有保持水分的能力。其保水性与黏度、pH、电离强度和温度有关。盐类能增强蛋白质的吸水性，但它却削弱了分离蛋白 [4]的保水性。最高水分保持能力在pH为7，温度35 ?,55 ?时为4 g水/g蛋白质。 b) 乳化性 乳化性是指将油和水混合在一起形成乳状液的性能。大豆分离蛋白是表面活性剂，它既能降低水和油的表面张力，又能降低水和空气的表面张力，易于形成稳定的乳状液[5]。许多因素影响着乳状液的特性和乳化试验的结果:设备的类型及几何形状、输入量的强度、加入油的速度、油相体积、温度、pH、离子强度、糖的存在、低分子量表面活 [6]性剂的存在等。 c) 吸油性 大豆蛋白的吸油性表现在促进脂肪吸收，促进脂肪结合，从而减少蒸煮时脂肪的损失。大豆蛋白制品的吸油性与蛋白含量有密切关系，大豆粉、浓缩蛋白和分离蛋白的吸油率分别为84 %、133 %、154 %，组织大豆粉的吸油率在60 %,130 %之间，并在15 min,20 min 内达到吸收最大值，而且粉越细吸油率越高。大豆蛋白制品的吸油率主要受到pH值的影响，吸油率随pH值的增大而减少。 d) 凝胶性 凝胶性是指蛋白质形成枝体状结构的性能。它使大豆分离蛋白具有较高的黏度、可塑性和弹性，既可做水的载体也可做风味物、糖及其它配合物的载体，这对食品加工极
2/48页 第 2 页 共 46 页 为有利。大豆蛋白质的分散物质经加热、冷却、渗析和碱处理可得到凝胶。其形成受固形物浓度、温度和加热时间、制冷情况、有无盐类、巯基化合物、亚硫酸盐或脂类的影响，蛋白含量愈高，愈易制成结实强韧性的、有弹性的硬质凝胶，而蛋白含量小于7 %的，只能制成软质脆弱的凝胶。蛋白质分散物至少高于8 %才能形成凝胶。11S球蛋白制成的凝胶比7S球蛋白制成的凝胶更为坚实，更易恢复原状，这是因为它们的球朊对加热变性的敏感度不同。 e) 起泡性 起泡性是指大豆蛋白在加工中体积的增加率，可起到酥松作用。起泡性要求蛋白分子能达到内表面并快速展开。大豆蛋白的起泡能力受粘度、疏水性和溶解性从大到小的 [7]顺序影响。 f) 黏性 蛋白质的黏性是指液体流动时表现出来的内摩擦，又称流动性。在调整食品的物性方面是重要的。蛋白质溶液的黏度受蛋白质的分子量、摩擦系数、温度、pH、离子强度、处理条件等各种因素的综合影响，这些因素可改变蛋白质分子的形态结构、缔结状态、水合度、膨润度及黏度。大豆分离蛋白经碱、酸或热处理后，其膨润度升高，而且黏度增加。大豆蛋白溶液的表观黏度随蛋白浓度增加而指数升高，并与试样的膨润度相关。加热蛋白到80 ?，蛋白质发生离解或析解，分子比容增大，黏度增加，超过90 ?以上黏度反而减小。pH在6,8时，蛋白质结构最稳定，黏度最大;超过1l时黏度急剧减小，这是因为蛋白质缔合遭到破坏。 g) 其他功能特性 在食品加工中，大豆分离蛋白作为食品添加剂。可起到氨基酸互补作用，是一种功能性食品，可提高人们健康水平，具有很高的可消化性。与其他食品混合时，可显著改善提高原有食品的营养价值完全可以替代动物性蛋白质，其八种必需氨基酸的含量与人体需要比较，仅蛋氨酸略显不足，与肉、鱼、蛋、奶相近，属全价蛋白，而且没有动物蛋白的副作用，如引起肥胖症、心血管病、高胆固醇症等疾病，是减少骨钙损失的良好蛋白来源。大豆分离蛋白的保水性、乳化性、弹性和黏结性，起泡性较强，可用于肉制品、糕点、面包、糖果、饮料等食品中，而且其组织具有类似肉的性质。它既可单独制成食品，又可以用蔬菜或肉等配制成各种各样食品而且食品具有良好的色、香、味, 并能按消费者口味进行调节、营养成分能根据不同的消费人群进行强化等优点，能提供比
3/48页 第 3 页 共 46 页 传统食品营养及口感等方面更加符台消费需要的新型食品。 1.1.3 大豆分离蛋白的发展叙述 大豆分离蛋白是大豆深加工中最有潜力、最有前景的产业。大豆分离蛋白起源于发 其研究是在二战后展开的，美国、日本、巴西发展最快。1954达国家(美国、日本)，对 年美国开发出大豆分离蛋白，20世纪60年代日本引进技术开始生产大豆分离蛋白，直到20世纪70年代大豆分离蛋白生产技术才趋于成熟稳定。早在20世纪50年代我国就开始了对大豆蛋白的研究开发，但由于历史条件限制，发展极其缓慢。直到20世纪70年代末才逐渐认识到大豆蛋白的重要性，许多研究单位、大专院校、生产企业进行了研究开发与生产，取得了很大的成果。 我国最早的大豆分离蛋白生产线建成于1982年，日本不二制油公司和我国吉林省松原市在前郭旗引进日本技术和设备建成年产1 000吨大豆分离蛋白的生产线，产品全部返销日本。20世纪80年代随着我国火腿肠生产量的增加，大豆分离蛋白的需求量也在增加。20世纪80年代中期，春都、双汇、郑荣等企业引进了上百条火腿肠生产线，形成了对大豆分离蛋白的极大需求市场。大豆分离蛋白由于价格好，市场好，全国形成了“大豆分离蛋白热”，许多企业纷纷上马。我国大豆分离蛋白生产主要集中在我国北方地区大豆种植的主要区域，如黑龙江、山东、河南等省。近几年，我国大豆分离蛋白产业飞速发展，平均年产量在3 000吨以上。有些厂家积极采用国外先进技术，不仅提高了生产效率，而且使大豆分离蛋白更加优质。 1.2 大豆分离蛋白的提取方法 1.2.1 碱提酸沉法 低温脱脂豆粕中的蛋白质大部分能溶于稀碱溶液。将低温脱脂豆粕用稀碱液浸提后，用离心分离去除豆粕中的不溶性物，然后用酸把浸出液的pH值调至4.5左右时，使蛋白质处于等电点状态而凝集沉淀下来，经分离得到的蛋白质沉淀物，再经洗涤、中 [8]和、干燥即得分离大豆蛋白。 1.2.2 膜分离方法 [2]聂幼华等研究了用膜分离技术制取大豆分离蛋白。先用Ca(OH)的稀溶液浸提脱2脂大豆粕，蛋白浸出率可达80 %左右。将浸提液进行循环超滤分离，截留液的浓度可达13 %左右。把截留液喷雾或冷冻干燥，即得大豆分离蛋白产品，其蛋白含量可达95 %
4/48页 第 4 页 共 46 页 以上。与传统的碱提酸沉法比较，产物得率高，质量好，能耗少，废水排放污染也一定程度上得到解决。 1.2.3 双极膜电解法(Bipolar Membrane Electroacidification) 这种方法是在电渗析的基础上发展而来的。双极膜由三层组成:阴离子交换膜和阳离子交换膜以及阴阳离子交换膜中间的亲水层。在电流作用下，水分子在双极膜上电离 ,+为H和OH，由于膜选择透过阴离子或阳离子，导致溶液的pH值降低，达到大豆蛋白质的等电点而使蛋白质沉淀。这种方法不需要加入酸或碱调整蛋白质溶液的pH值，避 [9,10]免分离得到的大豆蛋白质中混入盐离子，并且可保护大豆蛋白质的功能性。 1.2.4 起泡法 泡沫分离技术是近十年发展起来的一项新的分离技术。它是根据表面活性的差异，来分离和纯化物质的手段，被广泛应用于环境保护、生物工程、冶金工业及医药工业等许多领域，该技术也是分离和浓缩蛋白质及酶的一条有效途径。谢继宏等研究了豆制品厂排放的黄浆水中大豆蛋白质的分离。这种方法中，大豆蛋白质的分离在一连续操作的泡沫精馏塔中完成，氮气由塔底通入池液，原料液由泡沫界面处进入塔内，泡沫由塔顶 [2]导出并被破碎成泡沫液，泡沫液即为分离出的大豆蛋白质。 1.3 大豆分离蛋白的开发利用及市场需求 1.3.1 大豆分离蛋白的开发利用 我国是大豆的故乡，资源丰富，至今已有近五千年的栽培历史。豆腐、豆浆、豆酱等所谓的“东方式”大豆蛋白制品早就是我国人民最普遍的家常食品。近年来人们发现除上述传统的大豆蛋白制品外，大豆蛋白产品，如低变性脱脂豆粉、大豆浓缩蛋白、大豆分离蛋白、大豆蛋白发泡粉以及豆奶粉等不仅具有很好的营养价值，而且具有乳化、凝胶、吸油、吸水、对水分散性等，既可以单独制成食品，也可以与蔬菜或肉类等配制成多种多样的食品。在食品加工过程中，由于其具有保水性和保型性，所以在机械成型、加热调理后，不再产生收缩变化，制品质地均匀，利于长期保存。 a) 大豆分离蛋白在肉类制品中的应用 在档次较高的肉制品中加入大豆分离蛋白，不但改善肉制品的质构和增加风味，而且提高了蛋白含量。由于其功能性较强，用量在2 %,5 %之间就可以起到保水、保脂、防止肉汁离析、提高品质、改善口感的作用。利用大豆分离蛋白的功能特性，制造各种仿真肉制品，这些产品中没有肉或用其他肉代替，但却具有天然肉制品的风味和口感，
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