燕山大學課程設(shè)計說明書大豆分離蛋白（SPI）分離提取工藝及其優(yōu)化條件的探究學院（系）：環(huán)境與化學工程學院年級專業(yè)：08級生物化工學號：燕山大學課程設(shè)計（論文）任務(wù)書院（系）：環(huán)境與化學工程學院基層教學單位：生物工程系學號學生姓名專業(yè)（班級）08級生物化工設(shè)計題目大豆分離蛋白（SPI）分離提取工藝及其優(yōu)化條件的探究設(shè)計主要內(nèi)容單因素實驗確定SPI提取工藝參數(shù)范圍的設(shè)計；正交實驗確定SPI提取工藝優(yōu)化條件的設(shè)計；最佳SPI提取工藝優(yōu)化參數(shù)下應用堿提新工藝的設(shè)計；設(shè)計要求1.要有明確設(shè)計的目的；2.提出設(shè)計方案之前要充分查閱各種文獻資料（15篇以上）；3.設(shè)計合理的關(guān)于SPI分離提取工藝及其最優(yōu)條件探究的操作方式或方案；4.說明書撰寫要求語言精練，表述清楚，設(shè)計方案可行且具創(chuàng)新性；5.設(shè)計提出總結(jié)與分析（包括討論展望，個人收獲體會等）；工作量1.至少閱讀15篇以上的相關(guān)科技文獻，外文文獻三篇以上；2.設(shè)計文字至少在15000字以上；工作計劃6.27——6.28查閱資料6.29——6.30整理文獻7.1——7.2提出設(shè)計方案7.2——7.3撰寫說明書7.4——7.6檢查內(nèi)容，準備答辯7.7——7.7答辯參考資料[1]劉紅玉,鄭惠枚,郝國東.大豆分離蛋白的生產(chǎn)工藝.農(nóng)機化研究,2002,23(2):1221.[2]熊拯,郭興鳳等.大豆分離蛋白的提取及其在面制品中的應用.糧油食品科技,2006,14(6):59-61.[3]胡小中,溫光源等.多級逆流醇浸法制取大豆?jié)饪s蛋白工藝的研究.食品工業(yè)科技,2009,30(3):272-275.[4]李大鵬,趙睿.低溫脫脂豆粕中大豆分離蛋白提取工藝的研究.農(nóng)產(chǎn)品加工學刊,2007,12(3):17-20.指導教師簽字基層教學單位主任簽字說明：學生、指導教師、基層教學單位各一份。2011年6月27日燕山大學課程設(shè)計成績評定表設(shè)計者姓名:學號:設(shè)計題目:大豆分離蛋白（SPI）分離提取工藝及其優(yōu)化條件的探究說明書成績評定（滿分100分）：得分設(shè)計內(nèi)容的切題程度：滿分20分（）設(shè)計內(nèi)容的規(guī)范程度：滿分10分（）設(shè)計書前后內(nèi)容完整：滿分20分（）設(shè)計說明說排版成績：滿分20分（）設(shè)計說明書的工作量：滿分20分（）設(shè)計過程平時成績：滿分10分（）成績：答辯成績評定：（滿分100分）得分儀表成績：滿分20分（）口語表達：滿分20分（）幻燈質(zhì)量：滿分20分（）設(shè)計分析：滿分40分（）成績：設(shè)計撰寫成績（70%）答辯成績（30%）合計教師簽字：2011年7月8日2010-2011春季學期生物工程專業(yè)課程設(shè)計結(jié)題論文大豆分離蛋白（SPI）分離提取工藝及其優(yōu)化條件的探究摘要本設(shè)計擬定以低溫脫脂豆粕為原料，以改良的堿提酸沉新工藝對大豆分離蛋白（SPI）進行分離提取，并對其工藝的優(yōu)化條件進行探究。設(shè)計實驗主要分為三個部分來探究SPI分離提取工藝及其優(yōu)化條件：單因素實驗確定SPI提取工藝參數(shù)范圍的設(shè)計；正交實驗確定SPI提取工藝優(yōu)化條件的設(shè)計；最佳SPI提取工藝優(yōu)化參數(shù)下應用堿提新工藝的設(shè)計。第一部分設(shè)計單因素實驗分別探究SPI提取工藝參數(shù)（料液比、提取溫度、提取時間、酸堿度）范圍，為進一步工藝最優(yōu)條件探究奠定基礎(chǔ)；第二部分設(shè)計在確定SPI提取工藝參數(shù)基礎(chǔ)上，借助正交實驗進一步確定其優(yōu)化條件；第三部分在前兩部分基礎(chǔ)上，將其最優(yōu)工藝參數(shù)條件應用于改良的SPI提取新工藝中，以最大化提高蛋白質(zhì)提取率。通過本次課程設(shè)計，擬確定改良的堿提酸沉新工藝進行SPI提取的優(yōu)化條件，以獲得較高蛋白質(zhì)提取率及各項指標的數(shù)據(jù)范圍,進一步擴寬SPI的應用范圍,為蛋白質(zhì)提取在本專科實驗教學中的應用提供參考依據(jù)，并為今后某些物質(zhì)的分離提取工藝研究奠定技術(shù)基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：大豆分離蛋白；堿提酸沉法；分離提取；工藝條件優(yōu)化燕山大學課程設(shè)計說明書PAGEIIⅡPAGEITOC\o"1-3"\h\z目錄第一部分：文獻綜述TOC\o"1-3"\h\z1.大豆分離蛋白概況背景 11.1大豆產(chǎn)物簡介 11.2大豆分離蛋白（SPI）概述 11.3大豆分離蛋白功能特性 21.3.1乳化性 21.3.2水合性 2吸水性 2保水性 3膨脹性 31.3.3吸油性 31.3.4膠凝性（又稱凝膠性） 41.3.5溶解性 41.3.6起泡性 41.3.7粘性 51.3.8結(jié)團性 51.3.9組織性 52.大豆分離蛋白應用前景 52.1在乳制品中的應用 62.2在面制品中的應用 62.2.1面條和掛面 72.2.2培烤食品 72.2.3方便面 72.3在肉制品中的應用 72.4在其他食品中的應用 82.4.1飲料生產(chǎn) 82.4.2作為發(fā)泡劑 82.4.3罐頭食品 83.大豆分離蛋白提取工藝方法 83.1酸沉堿提法 93.2超過濾法 93.3反膠束萃取分離法 93.4離子交換法 103.5起泡法 103.6反相高效液相色譜法 104.我國分離提取大豆分離蛋白（SPI）發(fā)展現(xiàn)狀 114.1大豆分離蛋白的發(fā)展現(xiàn)狀 114.2我國大豆分離蛋白生產(chǎn)水平與國外先進水平的差距 134.2.1對大豆原料加工處理不重視 134.2.2產(chǎn)品的功能差 144.2.3綜合效益差 145.總結(jié)——本設(shè)計的研究宗旨以及意義 14第二部分：課程設(shè)計部分1.材料 161.1實驗原料 161.2實驗器材 171.3實驗試劑 172.方法 172.1傳統(tǒng)堿提酸沉法 172.1.1原料處理 172.1.2溶解萃取 182.1.3酸沉淀 182.1.4干燥測定分析 182.2優(yōu)化改良的堿提酸沉新工藝 192.2.1豆粕浸取處理 192.2.2三次堿提萃取 192.2.3酸沉淀 192.2.4干燥測定分析 203.設(shè)計 203.1單因素實驗確定SPI提取工藝參數(shù)范圍的設(shè)計 203.1.1提取時間對SPI二次堿提效果的影響 203.1.2提取pH對SPI二次堿提效果的影響 203.1.3提取溫度對SPI二次堿提效果的影響 213.2正交實驗確定SPI提取工藝優(yōu)化條件的設(shè)計 213.3最佳SPI提取工藝優(yōu)化參數(shù)下應用堿提新工藝的設(shè)計 204.分析與總結(jié) 224.1分析展望 224.2總結(jié)體會 24參考文獻 26燕山大學課程設(shè)計說明書燕山大學課程設(shè)計說明書PAGE6PAGE28第一部分文獻綜述1.大豆分離蛋白概況背景大豆的蛋白含量較高而且營養(yǎng)豐富，一般含蛋白30～50%。大豆蛋白含有8種人體必需氨基酸，且比例比較合理，只是賴氨酸相對稍高，而蛋氨酸和半胱氨酸含量較低。目前大豆蛋白已成為一種重要的蛋白資源，特別是大豆分離蛋白含蛋白質(zhì)90%以上，是一種優(yōu)良的食品原料。大豆分離蛋白（SPI）[1]是以大豆為原料，提取的蛋白質(zhì)含量90%以上的組分。由于它具有良好的溶解性、乳化性、起泡性、持水性和凝膠性等功能特性，被廣泛應用于肉制品和焙烤制品等食品中。下文就大豆分離蛋白做簡要概述：1.1大豆產(chǎn)物簡介大豆是一年生草本植物，蝶形花科，大豆屬，別名黃豆。大豆原產(chǎn)于我國，已有4000年左右的歷史。公元前二世紀初，大豆由我國經(jīng)朝鮮傳至日本，1712年以后經(jīng)德國、法國傳入歐洲各國，1765年傳入美國，1908年進入巴西。美國70年代制定了國家大豆發(fā)展計劃，涌現(xiàn)出ADM、DUPOND、PTI等規(guī)模巨大的大豆綜合利用公司。杜邦跨國集團于2001年收購我國年產(chǎn)4500噸的湖北云夢蛋白廠。加入WTO以后，我國大豆業(yè)受到更嚴重沖擊，主要原因是我國大豆含油率低，而價格比國際市場高出約40%。于是，國家在2002年提出并實施了“國家大豆振興計劃”，這將有利于我國大豆及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。同時就世界范圍而言，大豆的開發(fā)利用也正面臨新的挑戰(zhàn)與機遇。大豆本身作為食品的實用價值高，具有良好的可加工性，可以生產(chǎn)出多達12000多個品種的大豆制品。大豆加工得到的主要產(chǎn)物是豆油、脫脂大豆粉、大豆分離蛋白和大豆?jié)饪s蛋白；在副產(chǎn)物中，含量最多而尚未開發(fā)的是大豆渣和皮。它們在材料領(lǐng)域有著巨大的開發(fā)潛力，為高分子科學工作者提供了新的課題。1.2大豆分離蛋白（SPI）概述大豆分離蛋白（SoybeanProteinIsolate，以下簡稱SPI）[1]是從脫脂豆粕中提取的一種植物蛋白，總蛋白質(zhì)含量超過90%，良好的保水性、乳化性、吸油性和凝膠性等使其廣泛用作食品添加劑和食品原料。大豆中的蛋白質(zhì)根據(jù)離心過程中的沉降系數(shù)可分為2S，7S（Conglycinin），11S（Glycinin）和15S四種組分，所占比例約為9.4%，34%，42%，4.6%。7S組分中主要是7S球蛋白（β-Conglycinin），是由α（70.6kDa），α′（80.2kDa），β（48.4kDa）三種亞基組成的三聚體結(jié)構(gòu)糖蛋白，分子量約為180kDa，等電點5.2～6.2。11S組分中主要是11S球蛋白，是一種由6個亞基對組成的多聚亞基蛋白，分子量320～380kDa，每個亞基對由1個酸性亞基和1個堿性亞基通過二硫鍵連接而成，等電點為4.6。7S和11S組分的含量是影響SPI功能特性的關(guān)鍵因素。1.3大豆分離蛋白功能特性[2]大豆分離蛋白的功能特性是指蛋白質(zhì)在食品加工中，如制取、配制、加工、烹調(diào)、貯藏、銷售過程中所表現(xiàn)出來的理化特性的總稱。其功能特性主要有乳化性、水合性、吸油性、膠凝性、溶解性、發(fā)泡性、粘性等功能，現(xiàn)分述如下：1.3.1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(wěn)定的乳狀液。乳化的油滴被聚集在油滴表面的蛋白質(zhì)所穩(wěn)定，形成一種保護層。這個保護層可以防止油滴聚集和乳化狀態(tài)的破壞，促使乳化性能穩(wěn)定。在烤制食品、冷凍食品及湯類食品的制作中，加入大豆分離蛋白作乳化劑可使制品狀態(tài)穩(wěn)定。分離蛋白的乳化能力常受pH及電離強度的影響，堿性條件最為有利。1.3.2水合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。其保水性與粘度、pH、電離強度和溫度有關(guān)。鹽類能增強蛋白的吸水性，但其卻削弱了保水性。最高水分保持能力在35℃～55℃條件下能達到每克蛋白質(zhì)中只有十四克水。大豆分離蛋白沿著它的肽鏈骨架，含有很多極性基，所以具有吸水性、保水性和膨脹性。吸水性一般是指蛋白質(zhì)對水分的吸附能力，它與Aw（即水份活度）、pH值、深度、蛋白質(zhì)的顆粒大小、顆粒結(jié)構(gòu)、顆粒表面活性等都是密切相關(guān)的。隨著Aw的增強，其吸水性發(fā)生快—慢—快的變化。pH值與吸水能力成正比，其pH值愈高，吸水能力越強。蛋白質(zhì)的濃度（含量）對其吸水性影響較大，分離蛋白的吸水力比濃縮蛋白要強許多，而且前者幾乎不受溫度的影響。保水性除了對水的吸附作用外，大豆蛋白質(zhì)在加工時還有保持水份的能力，其保水性與粘度、pH值、電離強度和溫度有關(guān)。鹽類能增強蛋白質(zhì)吸水性卻削弱分離蛋白的保水性。膨脹性膨脹性即蛋白質(zhì)的擴張作用，是指蛋白質(zhì)吸收水分后會膨脹起來。它受溫度、pH值和鹽類的影響顯著，加熱處理增加大豆蛋白的膨脹性，80℃時為最好，70～100℃之間膨脹基本接近。鹽類（氯化鈉0.1～0.4mg/L）能顯著地降低分離蛋白的膨脹率約60%。膨脹率還隨pH值增加而加大，如pH值從5到9，膨脹率增加2倍。1.3.3吸油性蛋白的吸油性是指其可以促進脂肪吸收和脂肪結(jié)合的能力。分離蛋白吸收脂肪的作用是另一種形式的乳化作用。分離蛋白加入肉制品中，能形成乳狀液和凝膠基質(zhì)，防止脂肪向表面移動，因而起著促進脂肪吸收或脂肪結(jié)合的作用，可以減少肉制品加工過程中脂肪和汁液的損失，有助于維持外形的穩(wěn)定。吸油性隨蛋白質(zhì)含量增加而增加，大豆粉、濃縮蛋白和分離蛋白的吸油率分別為84%、133%和154%，組織蛋白的吸油率在60%～130%之間，粉越細吸油率越高。另外，吸油性隨pH值增大而減少。1.3.4膠凝性（凝膠性）蛋白的凝膠性是指蛋白形成膠體結(jié)構(gòu)的性能。大豆蛋白質(zhì)的分散物質(zhì)經(jīng)加熱、冷卻、滲析和堿處理，可得到凝膠。其形成受固形物濃度、速度、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(jié)實強韌性的、有彈性的硬質(zhì)凝膠，而蛋白含量小于70%的，只能制成軟質(zhì)脆弱的凝膠。蛋白質(zhì)分散物至少高于8%才能形成凝膠，溫度有隨濃度的增加而升高才能達到理想凝膠性能。11S，S為聚合度，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。1.3.5溶解性是指蛋白質(zhì)在水溶液或食鹽溶液中溶解的性能。其溶解的程度稱為溶解度。平時所說的溶解性一般指水溶性。溶解性好的蛋白質(zhì)其功能性必然好，具有良好的凝膠性、乳化性、發(fā)泡性和脂肪氧化酶活性，易于食品的加工使用，摻和到食品中就比較容易。大豆蛋白質(zhì)的溶解性受原料的加熱處理、溶出時加水量、pH值、共存鹽類等條件的影響很大。加熱會導致大豆蛋白變性，降低溶解度，所以在處理原料時加熱溫度不能太高，或采用干法加熱（即原料大豆的水分含量不高并無水蒸氣存在時高溫加熱）。液比對大豆蛋白質(zhì)溶解度的影響更大。液比在5倍以下時，蛋白質(zhì)浸出率急劇下降，蛋白質(zhì)分子間容易進行相互反應，使溶解性降低。一般液比在1:10左右為合適。pH值對球蛋白影響較大，在pH值4.2～4.6時，球蛋白幾乎不溶解。共存鹽類對溶解度也有影響，如有氯化鈉和氯化鈣存在時，即使在等電點范圍內(nèi)pH值4.2～4.6也能溶解。另一方面，一些鹽類（如石膏粉）能降低蛋白溶解度，可作沉淀劑。1.3.6起泡性蛋白的起泡性是指大豆蛋白在加工中體積的增加率，即形成泡沫的能力。天然未變性的大豆蛋白具有一定的發(fā)泡性，若將大豆蛋白進行適當溶解，其發(fā)泡性和穩(wěn)定性會大大提高。發(fā)泡性與蛋白濃度、pH值和溫度有關(guān)，以偏堿性的pH值最為有利，一般最佳發(fā)泡溫度為30℃左右，制品中存有的脂質(zhì)對發(fā)泡有害，而糖類則可提高粘度、增加泡沫的穩(wěn)定性。發(fā)泡性即大豆蛋白質(zhì)在加工中體積的增加率，可起到酥松作用。泡沫是空氣分散在液相或半固相而成，由許多空氣小滴為一層液態(tài)表面活化的可溶性蛋白薄膜所包裹著的群體所組成，降低了空氣和水的表面張力。利用大豆蛋白質(zhì)的起泡性，可以賦予食品以疏松的結(jié)構(gòu)和良好的口感。提高發(fā)泡性可用降解劑把大豆蛋白降解到一定程度，聚合度愈低，發(fā)泡性愈好。此外，大豆蛋白的發(fā)泡性還與浸出溶劑、溶液濃度、溫度及pH值有關(guān)。低脂肪、高濃度、30～35℃、pH值在10以上時，發(fā)泡最好。1.3.7粘性蛋白質(zhì)的粘性是指液體流動時表現(xiàn)出來的內(nèi)摩擦，又稱流動性。蛋白質(zhì)溶液的粘度受蛋白質(zhì)的分子量、摩擦系數(shù)、溫度、pH值、離子強度、處理條件等因素的影響，這些因素可改變蛋白質(zhì)分子的形態(tài)結(jié)構(gòu)、締結(jié)狀態(tài)、水合度、膨潤度及粘度。大豆分離蛋白經(jīng)堿、酸或熱處理后，其膨潤度升高，而且粘度增加。蛋白是分散到溶液中形成的顆粒都在膠體范圍內(nèi)的一種高分子化合物。這種膠體具有較高的粘結(jié)性，大豆蛋白溶液的表觀粘度隨蛋白濃度增加而指數(shù)升高，并與試樣的膨潤度相關(guān)，這對保持食品水分、風味和糖有著極其重要的作用，而且使食品易于加工。加熱蛋白到80℃時，蛋白質(zhì)發(fā)生離解或析解，分子比容增大，粘度增加，超過90℃以上粘度反而減小。pH值在6～8時，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定，粘度最大；超過11時粘度急劇減小，這是因為蛋白質(zhì)締合遭到破壞。1.3.8結(jié)團性是指大豆分離蛋白與一定數(shù)量的水混合時，可以制成生面團似的物質(zhì)。這一性質(zhì)可應用于面粉制品中如面包、糕點等產(chǎn)品的加工制作中，以提高制品的蛋白含量并改善其性能。大豆蛋白的面團、彈性和粘結(jié)性低，加水以50%為宜，少于50%易碎；加水過多，食品發(fā)軟甚至成漿狀。1.3.9組織性是指大豆蛋白經(jīng)加工處理后，其蛋白分子重新排列組合，具有方向組織結(jié)構(gòu)，凝固后形成類似肉的纖維狀蛋白的過程。分離蛋白本身沒有類似畜肉、魚肉的咀嚼性，只有經(jīng)過適當?shù)募庸ぬ幚恚拍苁蛊渚哂蓄愃菩笕狻Ⅳ~肉的性質(zhì)使大豆蛋白組織化的方法很多，如紡絲法、擠壓蒸煮法、濕式加熱法、凍結(jié)法、膠化法等，其中以擠壓法應用最為廣泛。2.大豆分離蛋白應用[2-3]前景蛋白質(zhì)的食物來源包括動物蛋白和植物蛋白，而在肉、蛋、奶等動物蛋白食物中蛋白質(zhì)僅占一部分，所以攝入動物蛋白的同時也就不可避免地吃了許多其他成分，如膽固醇和飽和脂肪酸等。大量飽和脂肪酸進入人體，將增加人體患高血脂癥、冠心病的可能性。而大豆分離蛋白的成功提取和應用則極好的彌補了這一不足。大豆分離蛋白的氨基酸組成合理，是一種優(yōu)質(zhì)蛋白，它具有良好的溶解性、乳化性、起泡性、持水性和粘彈性，是特殊的食品添加劑。大豆籽粒中約含蛋白質(zhì)38%～42%，碳水化合物（包括粗纖維）25%～27%，粗脂肪16%～20%，水分10%～12%，灰分3%～5%。大豆籽粒可加工成蛋白含量不同的優(yōu)質(zhì)植物蛋白，它包括大豆蛋白粉50、濃縮大豆蛋白[3]70、和大豆分離蛋白90%以上。蛋白質(zhì)消化率是決定蛋白質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)的重要因素，不同的大豆蛋白質(zhì)消化率各不相同。未經(jīng)任何加工的大豆蛋白質(zhì)消化率只有65%，全脂大豆蛋白為75%～92%，脫脂大豆蛋白粉為84%～90%，大豆分離蛋白為93%～97%。因此，分離提取大豆蛋白對食品加工和營養(yǎng)研究均具有重要意義。2.1在乳制品中的應用大豆蛋白制品，尤其是粉末狀的分離蛋白，具有與脫脂奶粉極相似的機能特性，在冰淇淋生產(chǎn)中，可用分離大豆蛋白代替脫脂奶粉，由于陳化使粘度顯著增加，對冷凍時氣泡的穩(wěn)定有利，此外還可起到改善冰淇淋乳化性質(zhì)、推遲冰淇淋中乳糖的結(jié)晶、防止起砂現(xiàn)象。大豆蛋白應用于乳制品生產(chǎn)，如配方奶粉、液體奶，可提高蛋白質(zhì)含量，與乳的營養(yǎng)、良好風味結(jié)合，在氨基酸含量、配比及風味上形成優(yōu)勢互補。高分散型分離蛋白質(zhì)具分散性（沖調(diào)性）、溶解性、分散穩(wěn)定性及乳化性，蛋白質(zhì)含量80%以上，且不含乳糖，避免乳糖不適癥反應，不含膽固醇，是低熱量、高營養(yǎng)、安全、方便的乳制品加工輔料。2.2在面制食品中的應用[2]由于大豆蛋白質(zhì)氨基酸比較均衡，幾乎與世界糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織推薦氨基酸組成相符，特別是大豆蛋白質(zhì)中賴氨酸含量高于其他谷類制品，應用于面制食品中，不僅提高產(chǎn)品蛋白質(zhì)含量，且根據(jù)氨基酸互補原則，提高產(chǎn)品蛋白質(zhì)質(zhì)量。又因其加工特性，在加工中增加面制食品色、香、味，延長面制食品貨架期。2.2.1面條和掛面在面粉中加入7%～9%的大豆分離蛋白，可顯著提高面粉的蛋白含量和濕面筋含量，從而改善面團的流變學特性；制作的面條韌性、口感較好，無明顯的豆腥味；既增加了掛面的營養(yǎng)價值，又提高了掛面的加工特性。2.2.2焙烤食品在焙烤食品中添加高分散性大豆分離蛋白，既可增加產(chǎn)品的蛋白含量，還能提高產(chǎn)品質(zhì)量。如利用大豆分離蛋白的吸水性、乳化性、膨脹性和發(fā)泡性等加工特性，可提高面包的營養(yǎng)價值和吸水率，增大面包體積，改善表皮色澤和質(zhì)地、增進面包風味，防止面包老化，延長貨架期。在面包中添加大豆蛋白7.5%以下時，面包感觀變化不大，大于7.5%時對面包影響較大。在制作蛋糕時，加入大豆分離蛋白，可改善蛋糕起泡性、吸水性，使蛋糕質(zhì)地膨松，蜂窩細膩，色澤、口感良好，不易干硬，抗老化。此外，大豆分離蛋白具有吸油性，可用于酥類糕點和酥性餅干的生產(chǎn)，使產(chǎn)品酥軟可口。如在生產(chǎn)餅干時，在原料中加入約15%～30%的大豆蛋白粉，不但能提高蛋白含量，增加營養(yǎng)價值，且能增加餅干酥性，還可起到保鮮作用。2.2.3方便面方便面中添加活性大豆蛋白粉后，在咀嚼時有特殊香味，比較適口。添加活性大豆蛋白粉方便面口感好，有咬勁，爽滑，面條的脆性明顯下降，復水快，這是因為大豆蛋白具有凝膠性等特點。添加大豆蛋白粉，大豆蛋白充分吸水產(chǎn)生一定的粘度和膠體狀，使得面條致密光亮，但添加一定量到6%時，反而會影響面條的烹調(diào)性。另外隨著大豆蛋白粉添加量增加，方便面中含油量會有不同程度下降，這是因為蛋白遇熱變性，在油炸面食的表面形成油層。添加3%，含油降低4.3%；添加4%，含油降低5.7%；添加量5%，含油降低6.7%；添加量6%，含油量降低7.75%。2.3在肉制品中的應用大豆蛋白制品用于肉制品，既可作為非功能性填充料，也可用作功能性添加劑，改善肉制品的質(zhì)構(gòu)和增加風味，充分利用不理想或不完整的邊角原料肉。從營養(yǎng)學角度來看，將大豆蛋白制品用于肉制品還可以做到低脂肪、低熱能、低膽固醇、低糖、高蛋白、強化維生素和礦物質(zhì)等合理營養(yǎng)。如在漢堡牛肉餅、肉丸子、肉湯、灌腸類食品中，加入營養(yǎng)價值較高的大豆制品，不僅可提高產(chǎn)品的蛋白質(zhì)含量，而且可以降低動物脂肪及膽固醇的含量。另外由于其良好的吸水性和吸油性，可減少加工中損失和降低油膩感。分離蛋白由于它們本身價格較高，在使用時可以利用它的功能性如乳化性、吸油性、吸水性、凝膠性和粘著性來改善肉制品，如餡餅、肉包子、餃子等食品中加入適量分離大豆蛋白，代替部分豬肉、牛肉、羊肉，就可以起到保水、保脂、防止肉汁離析、提高品質(zhì)，改善口感的作用。在火腿、香腸加工和流通中，將分離蛋白分散液注入而不破壞肌肉組織，可以防止肉汁的損失。2.4在其他食品中的應用2.4.1飲料生產(chǎn)近年來，各種各樣的大豆蛋白飲料都得到很大的發(fā)展，以大豆蛋白為原料可制作人造乳、咖啡、豆奶、豆奶酪、果汁豆奶等，并添加一系列的調(diào)味料如香精、巧克力、植物油、糖、檸檬酸等，味道和營養(yǎng)成分都良好。在核桃飲料生產(chǎn)中，加入脫脂豆粉，既可提高產(chǎn)品中蛋白質(zhì)含量，且可降低生產(chǎn)成本。2.4.2作為發(fā)泡劑用胃蛋白酶使蛋白質(zhì)水解，蛋白質(zhì)在等電點區(qū)的不可溶性即可消失。將水解物加到食品、糕餅的混合料中，以增加雞蛋蛋白質(zhì)發(fā)泡時的體積。大豆蛋白又可作泡沫穩(wěn)定劑，將其用酸水解后，可作醬油和與肉相似的香料、啤酒中的泡沫穩(wěn)定劑。2.4.3罐頭食品大豆蛋白又稱素肉，其蛋白質(zhì)含量在50%以上，含有人體必需的8種氨基酸，是一種高蛋白營養(yǎng)食品，將它加工成四鮮植物蛋白肉罐頭，可以成為隨身攜帶、方便食用、具有高營養(yǎng)價值的食品。3.大豆分離蛋白提取工藝[4]方法目前，大豆分離蛋白的生產(chǎn)工藝可分為全濕法和半濕法。大豆分離蛋白的提取是從低溫豆粕中除去低分子可溶性非蛋白質(zhì)部分，而且要去掉不溶性高分子成分，最終獲得高純度的分離大豆蛋白。方法主要有酸沉堿提法和膜分離濃縮法兩種，還有兩種非工業(yè)化目的的提取方法。下面就大豆分離蛋白的提取工藝做簡要陳述：3.1酸沉堿提法這是一種傳統(tǒng)的分離提取方法。該法是利用大豆中大多數(shù)蛋白質(zhì)在等電點（pH=4.5）時沉淀的特性，與其他成分分離，沉淀的蛋白質(zhì)經(jīng)調(diào)節(jié)pH后溶解，因此稱之為酸沉堿提法。大豆分離蛋白的提取過程主要分三個步驟:第一步溶解萃取，根據(jù)大豆蛋白的溶解特性，采用弱堿性水溶液浸泡低溫脫脂豆粕，將可溶性蛋白及低分子糖類萃取出來，然后通過離心機將不溶性纖維及固體殘渣分離出來;第二步酸沉淀，將一定量的鹽酸水溶液加入已溶解出的蛋白液中，調(diào)節(jié)其pH到大豆蛋白的等電點（pH=4.2～4.6），使蛋白沉析下來，然后用離心機把沉析的蛋白凝膠分離出來;第三步中和、滅菌和噴霧干燥，將分離出的蛋白凝膠解碎，加入稀堿液中和后，在高溫下快速滅菌，真空濃縮，高壓均質(zhì)，然后進行噴霧干燥，即可得到粉狀大豆分離蛋白產(chǎn)品。酸沉堿提的缺陷是：耗酸、耗堿量大，廢水處理費用高，產(chǎn)品收率低。該分離提取方法有待改進。但目前仍然是工業(yè)化生產(chǎn)的基本方法。3.2超過濾法[1]超過濾技術(shù)又稱超濾膜過濾技術(shù)，是一種食品加工新技術(shù)，可達到濃縮、分離以及凈化的目的。其基本原理是利用高分子半透膜，以壓差為動力，使提取液中的蛋白與其它物質(zhì)分離，然后進行噴霧干燥而成。該工藝不需要經(jīng)過酸沉淀和中和工序，生產(chǎn)的產(chǎn)品中植酸量少、消化率高、色澤淺而無成味、質(zhì)量也較高，同時可回收浸提液中的低分子產(chǎn)物。此外，其廢水能夠得到循環(huán)的使用，從而大大減少了環(huán)境污染，達到綠色生產(chǎn)的目的。但目前該技術(shù)尚處于試驗階段。3.3反膠束萃取分離法反膠束是表面活性劑在有機溶劑中形成的一種聚集體，其中表面活性劑的非極性尾在外，與有機溶劑接觸，極性頭在內(nèi)，形成極性核，該核具有包含水溶液和溶解蛋白質(zhì)的能力，因而可以用此含有反膠束的有機溶劑從水相中萃取蛋白質(zhì)。利用反膠束技術(shù)從全脂豆粉萃取大豆蛋白，可一次萃取50%左右。影響反膠束萃取過程的主要因素有表面活性劑的種類及濃度、水相的pH值、離子強度和溫度等。大豆蛋白萃取過程非常快，用非擴散模型解釋較為合理。該法需要的主要儀器有:自動水分測定儀、氣浴恒溫震蕩器、離心機、凱氏定氮儀、分析天平、恒溫磁力攪拌器和微量進樣棒等。影響反膠束萃取過程的主要因素有表面活性劑的種類及濃度、水相的pH值、離子強度、溫度等。反膠束萃取技術(shù)的優(yōu)點是：選擇性高、操作方便、放大容易、萃取劑（反膠束）相可循環(huán)利用、分離和濃縮同步進行。其缺點是：蛋白質(zhì)在現(xiàn)有反膠束體系中穩(wěn)定性不高，導致萃取前后蛋白質(zhì)的活性損失較大，因而制約其工業(yè)化應用。3.4離子交換法該法是在電滲析的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，其基本原理與堿提酸沉法基本相同。該工藝中的雙極膜由三層組成：陰離子交換膜、陽離子交換膜以及陰陽離子交換膜中間的親水層。水分子在電流作用下，雙極膜上可以電離為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，從而達到大豆蛋白的等電點而使蛋白沉淀。該工藝的優(yōu)點在于不需要加入酸或堿調(diào)整蛋白溶液的pH值，可以避免分離得到的大豆蛋白中混入鹽離子，保護大豆蛋白的功能性，生產(chǎn)的蛋白純度高、灰分少、色澤淺，但生產(chǎn)周期過長，目前仍處于實驗研究階段，有待于更深入的研究與開發(fā)。3.5起泡法泡沫分離技術(shù)是20世紀初開始發(fā)展起來的一項新的分離技術(shù)，它是根據(jù)表面活性的差異來分離和純化物質(zhì)的一種手段，被廣泛應用于環(huán)境保護、生物工程、冶金工業(yè)及醫(yī)藥工業(yè)等許多領(lǐng)域。該技術(shù)也是分離和濃縮蛋白及酶的一條有效途徑。我國的謝繼宏等研究了豆制品廠排放的黃漿水中大豆蛋白的分離工藝。該法中大豆蛋白的分離在一個連續(xù)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(nèi)，泡沫由塔頂導出并被破碎成泡沫液，泡沫液即為分離出的大豆蛋白溶液。其影響因素主要有蛋白質(zhì)濃度、pH值、氣速、泡沫層高度和泡沫大小等。3.6反相高效液相色譜法反相液相色譜（ReversePhaseLiquidChromatography，RPLC）是目前液相色譜分離中使用最為廣泛的一種模式，它的特點是固定相的極性比流動相的極性弱，其分離效果與流動相中溶質(zhì)分子與固定相的配基間的疏水相互作用有關(guān)。對于蛋白質(zhì)這樣的生物大分子，由于其分子尺度比固定相表面疏水鍵合相的分子尺度大得多，通常以表面部分區(qū)域與固定相發(fā)生作用，其保留機制多被認為是主要基于它們在疏水固定相上的吸附。反相高效液相色譜法是對大豆蛋白中7S和11S球蛋白進行快速分離的一種方法。在分離條件為40℃、流速1mL/min的條件下，9min可完成相應球蛋白的分離。但是該法不能用于區(qū)分7S和11S大豆蛋白，只適用于大豆蛋白產(chǎn)品的快速定性檢測。4.我國分離提取大豆分離蛋白（SPI）發(fā)展現(xiàn)狀我國在大豆分離蛋白的生產(chǎn)和應用方面起步較晚，上世紀80年代才開始生產(chǎn)大豆分離蛋白，主要作為食品添加劑應用。90年代中期以前，我國僅有吉林前郭、黑龍江三江、湖北云夢等少數(shù)廠家生產(chǎn)。近幾年，隨著我國植物蛋白應用市場的日益擴大，尤其是肉類制品行業(yè)應用量的迅速增加，國內(nèi)又紛紛投資興建大豆分離蛋白加工廠，到目前為止，我國包括已建成的、正在建設(shè)之中的及新上馬的有近30多條規(guī)模不等的大豆分離蛋白生產(chǎn)線，設(shè)計能力達5萬噸。目前全國有33家大豆蛋白生產(chǎn)廠，實際開工的只有27家。我國最大的大豆分離蛋白生產(chǎn)基地——湖北云夢植物蛋白廠設(shè)計大豆分離蛋白年生產(chǎn)能力可達6000噸，1999年實際生產(chǎn)2300噸，目前在國內(nèi)市場的占有率達到一半以上，由于技術(shù)開發(fā)不過關(guān)等原因，80%的產(chǎn)品只應用在肉制品領(lǐng)域。到目前為止，雖然國內(nèi)大豆分離蛋白廠總的年設(shè)計生產(chǎn)能力達5萬噸以上，但是國內(nèi)大豆分離蛋白的生產(chǎn)工藝大同小異，產(chǎn)品品種單一，功能特性較差，質(zhì)量較美國同類產(chǎn)品相差較大，產(chǎn)品在市場上的競爭力遠遠低于進口產(chǎn)品。4.1大豆分離蛋白的發(fā)展現(xiàn)狀大豆分離蛋白（SoyProteinIsolate，SPI）是以大豆為原料、采用先進的加工技術(shù)制取的一種蛋白質(zhì)含量高達90%以上的功能性食品添加劑，由于它具有良好的溶解性、乳化性、超泡性、持水性和粘彈性，又兼有蛋白質(zhì)含量高的營養(yǎng)性，所以被廣泛地應用于肉制品（例如西式火腿、火腿腸、午餐肉、三文治、灌腸、香腸及肉餡等），冷飲制品（例如冰激淋、奶油、雪糕、布丁等），烘焙食品（如面包、糕點等）中。目前世界大豆分離蛋白的年產(chǎn)量約40萬～50萬噸，增長勢頭十分強勁。早在20世紀初，美國已研究開發(fā)出大豆分離蛋白，但是由于技術(shù)難度高，直到20世紀70年代其生產(chǎn)技術(shù)才趨于完善和成熟。目前，國際上處壟斷地位的大豆分離蛋白生產(chǎn)廠商主要在美國，日本、瑞士生產(chǎn)的大豆分離蛋白在國際市場上也占有一定份額。我國20世紀80年代初開始生產(chǎn)大豆分離蛋白，其發(fā)展是隨食品工業(yè)，尤其是肉食品業(yè)的發(fā)展（例如西式火腿）而迅速發(fā)展起來的，由于國內(nèi)生產(chǎn)的大豆分離蛋白的質(zhì)量與國外相比有較大差距，所以每年仍要進口大豆分離蛋白約2萬噸左右，給國內(nèi)大豆分離蛋白市場造成嚴重沖擊，給企業(yè)帶來很大壓力。當前，如何提高大豆分離蛋白的功能特性，使之達到國際上同類產(chǎn)品的質(zhì)量指標要求，乃是亟待解決的課題。大豆分離蛋白（SoybeanProteinIsolates，以下簡稱SPI）的蛋白質(zhì)含量高達90%，是一種高級的食品添加劑，隨著人民生活水平的提高，蛋白質(zhì)的攝入量逐步增加，我國的植物蛋白應用市場日益擴大，目前我國食品行業(yè)用于替代植物性SPI每年需求量5萬噸左右，雖然國內(nèi)SPI加工能提供6萬噸左右，但每年需要出口3萬噸左右。我國的大豆分離蛋白生產(chǎn)有一定的物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)，但是從整體來看，我國現(xiàn)在對SPI技術(shù)開發(fā)能力較低，在產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)技術(shù)等方面存在很多的問題。主要原因是不了解生產(chǎn)大豆分離蛋白的各項參數(shù)對產(chǎn)品的不同影響，目前國內(nèi)生產(chǎn)SPI主要以堿溶酸沉法為主，但是存在著許多難以克服的不足。如可溶性成分去處不徹底，耗酸耗堿太多，產(chǎn)品純度低，灰分高，色澤深，蛋白純度低等缺點。由于我國目前生產(chǎn)SPI的技術(shù)等相對死亡落后，國內(nèi)一些相關(guān)客戶需要從國外進口高質(zhì)量的SPI填補空缺。它的加工條件要求很苛刻，原料、設(shè)備、工藝、管理那個環(huán)節(jié)不嚴謹，都會影響產(chǎn)品的質(zhì)量。并且蛋白質(zhì)得率的高低，直接影響了企業(yè)的經(jīng)濟效益和我國蛋白制造業(yè)的興衰。國內(nèi)有很多家企業(yè)因為得率低，經(jīng)濟效益差，不得不停產(chǎn)。我公司在傳統(tǒng)的堿溶酸沉分離蛋白生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)多年的試驗研究與生產(chǎn)實踐，總結(jié)出一套提高大豆分離蛋白得率的途徑。并按照產(chǎn)品的應用領(lǐng)域，產(chǎn)品的性能不同，開發(fā)出了多功能，多品種，高質(zhì)量的大豆分離蛋白生產(chǎn)技術(shù)，以適應國內(nèi)相關(guān)分離蛋白生產(chǎn)廠家對技術(shù)及工藝不足的需求，提高國內(nèi)分離蛋白生產(chǎn)的整體水平。關(guān)于大豆分離蛋白生產(chǎn)行業(yè)，屬于高新技術(shù)行業(yè)，90年代中期以來，我國的大豆分離蛋白工業(yè)發(fā)展迅速，相繼建成了30多條不同規(guī)模的大豆分離蛋白生產(chǎn)線，設(shè)計產(chǎn)量已超過8萬噸，但每生產(chǎn)1噸分離蛋白會產(chǎn)生20多噸COD超過20000mg/L，BOD超過10000mg/L的高濃有機廢水，和5～6噸廢渣。目前的分離蛋白生產(chǎn)工藝的一般處理方法是都將廢水直接排放或交進廢水處理站處理，廢渣（豆渣、豆皮、豆胚和油渣等）賣給飼料廠家。造成了嚴重的環(huán)境污染、資源浪費。導致生產(chǎn)成本的增加，在激烈的市場競爭中出于劣勢，據(jù)我們調(diào)查，我國分離蛋白廠中，正常生產(chǎn)的還不到一半，若采取清潔生產(chǎn)工藝，不僅能控制污染、節(jié)約水資源，而且大豆的有價值成分一點沒有損失，產(chǎn)品增值十倍以上。4.2我國大豆分離蛋白生產(chǎn)水平與國外先進水平的差距我國大豆分離蛋白的生產(chǎn)技術(shù)、設(shè)備與國際水平差距甚遠，目前只能生產(chǎn)添加到肉類食品中的蛋白粉，脫皮、脫脂和溶解指數(shù)都達不到發(fā)達國家水平。如國內(nèi)大豆分離蛋白設(shè)備的脫皮率在60%～80%，而國外設(shè)備達到95%～99%；氮溶解指數(shù)國內(nèi)小于75%，而國外大于85%甚至在90%以上[2-5]。特別是國內(nèi)產(chǎn)品溶解技術(shù)不過關(guān)，遇到碳酸性飲料即出現(xiàn)沉淀。我國大豆分離蛋白的生產(chǎn)所用的噴霧干燥器普遍沒有造粒功能，這也制約了蛋白品種的開發(fā)。另外，我國存在著研究規(guī)模小，研究者與生產(chǎn)者脫鉤，生產(chǎn)企業(yè)盲目發(fā)展的狀況，技術(shù)含量不高。但是，我國大豆有其特有的優(yōu)勢：我國大豆是高蛋白品種，籽粒中蛋白質(zhì)含量高達48%～50%，氨基酸平衡優(yōu)于其他植物蛋白，是一種重要的優(yōu)質(zhì)植物蛋白資源。我國大豆是非轉(zhuǎn)基因大豆，因此，我國的非轉(zhuǎn)基因大豆及其制品在國際市場上具有競爭優(yōu)勢，其市場上需求更大。經(jīng)分析造成差距的主要原因如下：4.2.1對大豆原料加工處理不重視目前國內(nèi)的低變性豆粕主要存在兩個問題：一是脫皮不好；二是NSI[5]（氮溶解指數(shù)）低。原料中豆皮含量越高對最終產(chǎn)品的質(zhì)量影響越大（色澤、風味等）。原料的NSI值對產(chǎn)品的得率以及產(chǎn)品的功能性有很大的影響。所以，如何得到豆皮少，NSI值高的豆粕原料是生產(chǎn)大豆分離蛋白的重要前提。目前國內(nèi)采用的大豆脫皮工藝有兩種，熱脫皮和冷脫皮，其原理均是利用豆皮和豆仁的溫差產(chǎn)生不同的收縮膨脹效應，以達到殼仁分離目的，這兩種方法均需對大豆進行預熱（50～55℃），熱脫皮工藝是在原料預熱的基礎(chǔ)上使豆皮急劇升溫而達到殼仁分離;冷脫皮工藝則是將預熱的大豆送到緩蘇倉內(nèi)慢慢冷卻，使殼仁分離。目前國產(chǎn)設(shè)備的脫皮率大都在80%左右，個別的只有60%～70%，而國外技術(shù)先進的工廠則對豆皮控制較嚴格，要求脫皮率在95%以上，甚至要求達到99%。生產(chǎn)分離蛋白除了要求低變性豆粕的蛋白質(zhì)含量高外，NSI值也是一個非常重要的指標，它對產(chǎn)品的得率以及產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量有很大的影響，我國目前的低變性豆粕的NSI值基本上都在75以下，而日、美等國均在85以上，有的甚至超過了90，在生產(chǎn)過程中引起蛋白質(zhì)變性的因素主要有加熱溫度、時間和水分含量，為了脫除豆粕中的殘留溶劑就要使豆粕具有一定溫度，并保持一定的時間，而溫度和時間對NSI的負作用很大，所以實際生產(chǎn)中則是尋求其最佳組合。生產(chǎn)低變性豆粕的方法比較多，采用閃蒸氣流技術(shù)和低溫真空脫溶工藝相結(jié)合乃是最佳的工藝。4.2.2產(chǎn)品的功能差所謂蛋白質(zhì)的功能性是指蛋白質(zhì)在貯藏、加工、銷售以及在食品體系中發(fā)生作用的一系列物理化學特性。其中包括在水中，在鹽性、堿性、酸性介質(zhì)中的溶解度，不均一性，同其他組分的相溶性，穩(wěn)定懸浮液、乳狀液、泡沫的本領(lǐng)，當分散體被加熱時形成凝膠體的本領(lǐng)，具有較強粘結(jié)性、持水性和其他一些特性，以及對最終食品的顏色、氣味的影響等。所以功能性這個概念具有極廣泛的性質(zhì)，包含溶液、分散性、凝膠體和其他蛋白質(zhì)形態(tài)的各種物理化學特性。國內(nèi)的大豆分離蛋白功能性差主要表現(xiàn)在兩個方面：一是具體功能性指標的差距；二是在使用產(chǎn)品時，對它在最終產(chǎn)品中將要起的作用不清楚。4.2.3綜合效益差目前國內(nèi)的工廠基本上是從原料中提取了1/3的蛋白質(zhì)，還有1/3的碳水化合物變成了廢渣被低價處理，1/3的乳清蛋白和可溶性碳水化合物的混合物被白白地排掉了，造成嚴重的環(huán)境污染。要提高大豆分離蛋白的綜合效益，必須進行綜合加工利用，盡量降低從廢水中流失蛋白質(zhì)及其它營養(yǎng)物質(zhì)。5.總結(jié)——本設(shè)計的研究宗旨以及意義目前，我國普遍采用的SPI提取工藝屬堿溶酸沉工藝[6]，即豆粕經(jīng)pH=7.8（NaOH調(diào)節(jié)）的水溶液浸提后離心去除不溶物，提取液經(jīng)酸沉處理后再進行離心以分離出凝乳，凝乳經(jīng)水洗、中和后直接進行噴霧干燥，獲得SPI粉，提取液去除凝乳后獲得的乳清水屬高濃度有機廢水.豆粕中蛋白質(zhì)的提取多采用傳統(tǒng)的罐式提取，存在用水量大、7S和11S組分提取率低、耗酸堿量大等缺陷.提取1tSPI需用豆粕約2.4t，用水量超過29t，產(chǎn)生24t高濃度乳清廢水（COD>20%）；此外，低提取率導致豆渣中7S和11S殘留量高，亞基解離導致SPI性能降低.因此，研究新型SPI提取工藝以提高7S和11S組分收率（即SPI收率）具有重要的現(xiàn)實意義.在本設(shè)計中，以傳統(tǒng)的工藝理念為基礎(chǔ)，繼承與發(fā)展，取其精華，去其糟粕，克服了傳統(tǒng)工藝流程中存在的不足，大大提高了大豆分離蛋白提取率。從而使其功能特性得到了進一步提升和利用，為以豆粕為原料制備大豆分離蛋白提供了很好的條件，進而為低溫脫脂豆粕中大豆分離蛋白提取工藝應用領(lǐng)域的拓展創(chuàng)造了必要的前提條件。在食品應用領(lǐng)域代替原有的大豆分離蛋白提取工藝，顯示了其廣闊的市場前景。第二部分課程設(shè)計部分大豆分離蛋白（SPI）分離提取工藝及其優(yōu)化條件的探究大豆分離蛋白又稱等電點蛋白粉[7]，是脫皮脫脂的大豆進一步除去所含非蛋白成分后，得到的一種精制大豆蛋白產(chǎn)品。大豆分離蛋白是以低溫豆粕為原料，分離提取的大豆蛋白，因其蛋白含量和功能特性各不相同，因而用途也不盡相同。它是一種蛋白純度高（蛋白含量高達90%以上）、具有深加工性能的食品添加用的中間原料，具有良好的乳化性、溶解性、起泡性、吸油性和持水性等，可廣泛應用于肉食品、乳制品、冷食冷飲、焙烤食品及保健食品等。迄今為止，全世界只有美國和日本等少數(shù)國家完全掌握了近百種功能性大豆分離蛋白產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)，并且應用于工業(yè)化生產(chǎn)。我國對大豆分離蛋白的市場需求較大。大豆分離蛋白的開發(fā)前景十分廣闊，我國低溫豆粕生產(chǎn)廠家技術(shù)也逐漸成熟，雖然我國大豆分離蛋白生產(chǎn)廠家為數(shù)不少，其產(chǎn)品單一。隨著社會的發(fā)展、人口的不斷增長及食品資源日益緊張，開發(fā)和利用大豆分離蛋白就顯得尤為重要。1.材料1.1實驗原料低溫豆粕[7-8]：市售優(yōu)質(zhì)大豆，去皮后置于45℃的烘箱中干燥、粉碎、過80目篩，得大豆粉，測粗蛋白含量（CP）不能低于50%，氮溶性指數(shù)（NSI）80%以上。1.2實驗器材pH-2型酸度計梅特勒-托利多國際股份有限公司FOSS2300凱氏定氮裝置儀美國ThermoFisher公司Ultrospec-2000分光光度計瑞典Pharmacia公司LPG-5型離心噴霧干燥塔美國Agilent公司B-N電子分析天平杭州德茂科技有限公司LD-5型離心機北京醫(yī)用離心機廠85-2磁力攪拌可調(diào)控制器上海將來實驗設(shè)備有限公司鼓風恒溫干燥箱蘇州愛博特科技發(fā)展有限公司RE52-98型旋轉(zhuǎn)薄膜蒸發(fā)器上海亞榮生化儀器廠循環(huán)水多用真空泵上海棱廣科學器材有限公司電熱恒溫水浴鍋吳江宏成電熱設(shè)備有限公司組織搗碎機江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠ZSD-I型自動水分滴定儀上海安亭電子儀器廠1.3實驗試劑鹽酸（工業(yè)食品級30%）、氫氧化鈉（工業(yè)食品級30%）、硫酸、乙醇、過氧化氫、硼酸、硫酸銅、硫酸鉀、硒粉、甲基紅、溴甲酚綠等（均為分析純）、水（去離子純凈水）。以上實驗試劑均由燕山大學生物工程實驗室提供。2.方法2.1傳統(tǒng)堿提酸沉法2.1.1原料處理低溫豆粕：市售優(yōu)質(zhì)大豆，去雜質(zhì)后置于45℃的烘箱中干燥、干法粉碎、過80目篩，得大豆粉，測粗蛋白含量（CP）不能低于50%，氮溶性指數(shù)（NSI）80%以上。2.1.2溶解萃取在3L的燒杯中加入2L的純凈去離子水，放入恒溫水浴鍋中加熱，在燒杯上安裝磁力攪拌器和酸度計的電極。取上述經(jīng)處理的低溫脫脂豆粕200g，加入到燒杯中，即保證料液比例為1:10。在攪拌條件下，想燒杯中加入30%的氫氧化鈉溶液，使蛋白質(zhì)溶解，調(diào)整pH=8.00，溫度T=40℃，攪拌時間t=25min。經(jīng)該處理后，用160目濾布粗過濾，除去表面雜質(zhì)。濾液轉(zhuǎn)移至干凈燒杯中，放入離心機4000r/min，離心20min，上清液轉(zhuǎn)移至干凈容器保存。過濾得到殘渣，添加去離子水1L左右，維持料液比1:4。繼續(xù)添加30%的氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)pH=8.40，在溫度T=40℃條件下，使更多的蛋白質(zhì)溶解。25min后160目濾布粗濾，除雜。濾液移至干凈燒杯，4000r/min離心20min，上清液轉(zhuǎn)移至干凈容器保存，殘渣回收利用。2.1.3酸沉淀將上述兩次堿提得到的濾液合并，安裝酸度計，30r/min磁力攪拌條件下，緩慢滴加30%鹽酸溶液，調(diào)節(jié)pH=4.50，溫度T=40℃，至析出的蛋白質(zhì)量不再增加為止，將酸沉淀下來的沉淀物4000r/min離心分離10min，乳清液棄去不用，經(jīng)污水處理設(shè)備處理后排放，加入2L水，分三次洗滌蛋白質(zhì)，離心3500r/min，5min，去上清，再加400mL水，滴加30%氫氧化鈉中和pH=7.00，時間t=40min，至蛋白質(zhì)全部溶解好為止。2.1.4干燥測定分析在本次設(shè)計中，采用離心壓力噴霧干燥法進行干燥。將上述得到的蛋白質(zhì)溶液高溫快速滅菌，真空濃縮。高壓均質(zhì)后，用高壓泵將蛋白液打入噴霧干燥器，漿液濃度控制在15%～20%（注意濃度應該嚴格控制，濃度過高，黏度過大，易阻塞噴嘴，噴霧塔工作不穩(wěn)定；濃度過低，產(chǎn)品顆粒小，比容過大，不利應用與運輸，使噴霧時間延長，增加能耗。）噴霧時進風溫度在160～170℃為宜，塔體溫度為95～100℃，排潮溫度為88～90℃。使用凱氏定氮儀對上述干燥得到的SPI進行含量測定，具體指標參見：水分含量測定：105℃恒重法；蛋白質(zhì)含量及NSI測定：微量凱氏定氮法[9]（GB/T5511—2008）；脂肪含量測定：索氏抽提法[9]（GB/T5512—2008）；分離蛋白的蛋白質(zhì)含量的測定方法按國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的GB/T5511—2008《食品中蛋白質(zhì)的測定方法》測定。此外，還應對蛋白質(zhì)的提取率做相應計算，以便實驗數(shù)據(jù)的對比與分析。蛋白質(zhì)提取率計算公式如下：提取率=（提取得到蛋白質(zhì)量/豆粕中蛋白質(zhì)總含量）×100%。2.2優(yōu)化改良的堿提酸沉新工藝2.2.1豆粕浸取處理低溫浸出：精選大豆、烘干、破碎脫皮、脫胚，得豆皮，豆胚，豆瓣經(jīng)軟化、軋胚后加入6號溶劑抽提劑[10]將油浸出，得到濕粕和混合油，將濕粕經(jīng)140℃高溫閃蒸脫溶和70℃真空二次脫溶，得低溫豆粕，控制蛋白含量50%以上，氮溶性指數(shù)（NSI）80%以上。將上述低溫豆粕按1:4的料液比例添加去離子水，浸泡3～5h后，磨漿。2.2.2三次堿提萃取[11-12]取上述經(jīng)處理的低溫脫脂豆粕的磨漿液200g，加入到燒杯中，在燒杯上安裝磁力攪拌器和酸度計的電極，向燒杯中加入1L左右的純凈去離子水，保證料液比例為1:10，放入恒溫水浴鍋中加熱。攪拌條件下，向燒杯中加入30%的氫氧化鈉溶液，進行一次堿提，調(diào)整pH=8.00，溫度T=40℃，攪拌時間t=25min，使蛋白質(zhì)溶解。溶解后，用160目濾布粗過濾，除雜質(zhì)。濾液轉(zhuǎn)移至離心機4000r/min，離心20min，上清液轉(zhuǎn)移至干凈容器保存。過濾得到殘渣，添加去離子水，維持料液比1:4。繼續(xù)添加30%的氫氧化鈉溶液，二次堿提，磁力攪拌30r/min，10min，調(diào)節(jié)pH=8.40，在溫度T=40℃條件下，使更多的蛋白質(zhì)溶解。然后200目濾布粗濾，除雜。濾液移至干凈燒杯，4000r/min離心20min，上清液轉(zhuǎn)移至上述上清液中合并保存。將上述殘渣取出，繼續(xù)添加去離子水，保證料液比1:4，添加30%的氫氧化鈉溶液，二次堿提，控制其pH=9.00，3500r/min離心15min，殘渣經(jīng)處理后排放，取上清液與前兩次堿提得到的上清液合并，待用。2.2.3酸沉淀將以上三次堿提得到的上清液合并，30r/min磁力攪拌條件下，滴加30%鹽酸溶液，安裝酸度計，調(diào)節(jié)pH=4.50，溫度T=40℃，至析出的粗蛋白質(zhì)量不再增加為止，將酸沉淀下來的粗蛋白3500r/min離心分離10min，乳清液棄去不用，經(jīng)污水處理設(shè)備處理后排放，加入2L水，分數(shù)次洗滌粗蛋白質(zhì)，離心3500r/min，5min，去上清，再加400ml水，回調(diào)pH，滴加30%氫氧化鈉中和pH=7.00，至蛋白質(zhì)全部溶解好為止。2.2.4干燥測定分析參見上述傳統(tǒng)堿提酸沉工藝流程中關(guān)于干燥測定分析的方法步驟。蛋白質(zhì)溶液高溫快速滅菌，真空濃縮，高壓均質(zhì)后，用高壓泵將蛋白液打入噴霧干燥器干燥。干燥完畢后，使用凱氏定氮儀對上述干燥得到的SPI進行含量測定，具體指標參見：水分含量測定：105℃恒重法；蛋白質(zhì)含量及NSI測定：微量凱氏定氮法（GB/T5511—2008）；脂肪含量測定：索氏抽提法（GB/T5512—2008）；分離蛋白的蛋白質(zhì)含量的測定方法按國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的GB/T5511—2008《食品中蛋白質(zhì)的測定方法》[13]測定。此外，還應對蛋白質(zhì)的提取率做相應計算，以便實驗數(shù)據(jù)的對比與分析。蛋白質(zhì)提取率計算公式如下：提取率=（提取得到蛋白質(zhì)量/豆粕中蛋白質(zhì)總含量）×100%。3.設(shè)計3.1單因素實驗[14]確定SPI提取工藝參數(shù)范圍的設(shè)計3.1.1提取時間對SPI二次堿提效果的影響經(jīng)查閱相關(guān)文獻報道，SPI提取時間基本位于20～50min不等，以此為基礎(chǔ)，以低溫脫脂豆粕為原料，固定提取溫度為45℃，酸沉溫度為40℃，提取pH為8.4，料液比為1:10，并且分別選取提取時間為20min，30min，40min，共三個不同時間段，以上述的方法一（傳統(tǒng)堿提酸沉法）為依據(jù)，分別經(jīng)過原料處理，堿溶解（二次堿提），渣液分離，酸沉淀，離心分離，堿液中和回調(diào)，滅菌濃縮，噴霧干燥等步驟分離提取SPI，考察提取時間對SPI二次堿提效果的影響，記錄數(shù)據(jù)，并做成圖表。3.1.2提取pH對SPI二次堿提效果的影響經(jīng)查閱相關(guān)文獻報道，當?shù)蜏孛撝蛊煞稚⒂趐H為6.5的溶液中時，豆粕中的溶解度開始隨著pH值上升而上升，以此為基礎(chǔ)，以低溫脫脂豆粕為原料，固定提取溫度為45℃，酸沉溫度為40℃，提取時間為30min，料液比為1:10，并且分別選取提取pH為7.4，8.4，9.4，共三個不同pH梯度，以上述的方法一（傳統(tǒng)堿提酸沉法）為依據(jù)，分別經(jīng)過原料處理，堿溶解（二次堿提），渣液分離，酸沉淀，離心分離，堿液中和回調(diào)，滅菌濃縮，噴霧干燥等步驟分離提取SPI，考察提取pH對SPI二次堿提效果的影響，記錄數(shù)據(jù)，并做成圖表。3.1.3提取溫度對SPI二次堿提效果的影響經(jīng)查閱相關(guān)文獻報道，當?shù)蜏孛撝蛊傻奶幚硪约癝PI提取溫度在30～70℃時，其蛋白質(zhì)提取率較高，以此為基礎(chǔ)，以低溫脫脂豆粕為原料，固定酸沉溫度為40℃，提取時間為30min，料液比為1:10，提取pH為8.4，并且分別選取提取溫度為40℃，50℃，60℃共三個不同溫度梯度，以上述的方法一（傳統(tǒng)堿提酸沉法）為依據(jù)，分別經(jīng)過原料處理，堿溶解（二次堿提），渣液分離，酸沉淀，離心分離，堿液中和回調(diào)，滅菌濃縮，噴霧干燥等步驟分離提取SPI，考察提取溫度對SPI二次堿提效果的影響，記錄數(shù)據(jù)，并做成圖表。3.1.4料液比對SPI二次堿提效果的影響根據(jù)相關(guān)文獻報道，固液比例（即料液比）影響蛋白質(zhì)得率，料液比過大過小均會影響其蛋白質(zhì)提取率，以此為基礎(chǔ)，以低溫脫脂豆粕為原料，固定提取溫度為45℃，酸沉溫度為40℃，提取時間為30min，提取pH為8.4，并且分別選取料液比為1:8，1:10，1:12，共三個不同的料液比梯度，以上述的方法一（傳統(tǒng)堿提酸沉法）為依據(jù)，分別經(jīng)過原料處理，堿溶解（二次堿提），渣液分離，酸沉淀，離心分離，堿液中和回調(diào)，滅菌濃縮，噴霧干燥等步驟分離提取SPI，考察料液比對SPI二次堿提效果的影響，記錄數(shù)據(jù)，并做成圖表。3.2正交實驗確定SPI提取[15]工藝優(yōu)化條件的設(shè)計根據(jù)以上四個單因素實驗，我們能確定并選擇出合適的SPI提取工藝參數(shù)范圍。為確定SPI提取工藝中各個參數(shù)的效應和交互作用，選擇出最優(yōu)水平組合，我們以殘渣中的蛋白質(zhì)含量以及蛋白質(zhì)提取率做為評價指標，選擇采用L9（34）正交表，以此進行正交試驗，優(yōu)化SPI提取工藝參數(shù)，確定影響提取效果的各因素的主次順序，得出最佳的因素水平組合。正交實驗因素與水平設(shè)計見表1。表1因素與水平設(shè)計正交表因子ABCD水平豆粕:水溫度/℃酸堿度/pH時間/min11:8407.42021:10508.43031:12609.4403.3最佳SPI提取工藝優(yōu)化[16]參數(shù)下應用堿提新工藝的設(shè)計通過選擇采用L9（34）正交表，以料液比、提取溫度、提取時間、酸堿度四個因素和設(shè)計的三個水平（不考慮交互作用），進行正交試驗設(shè)計計算，我們得出優(yōu)化SPI提取工藝參數(shù)，確定影響提取效果的各因素的主次順序以及最佳的因素水平組合。在以上幾個實驗設(shè)計得到的最佳優(yōu)化SPI提取工藝參數(shù)的基礎(chǔ)之上，結(jié)合傳統(tǒng)堿提酸沉工藝和相關(guān)技術(shù)資料，開發(fā)出一套新的SPI提取工藝。將通過單因素實驗以及正交實驗確定的最佳工藝參數(shù)應用于新的SPI提取工藝，具體操作流程參見方法二（優(yōu)化改良的堿提酸沉新工藝[19]），以殘渣中的蛋白質(zhì)含量以及蛋白質(zhì)提取率做為評價指標，研究對比新工藝的綜合性能。4.分析與總結(jié)4.1分析展望大豆分離蛋白（SPI）是以大豆為原料，提取的蛋白質(zhì)含量90%以上的組分。由于它具有良好的溶解性、乳化性、起泡性、持水性和凝膠性等功能特性，被廣泛應用于肉制品和焙烤制品等食品中。SPI的制取方法按工藝特點主要分為3種：堿溶酸沉法，離子交換法，超濾法。目前我國生產(chǎn)SPI的生產(chǎn)線主要是引進日本、美國、德國等國技術(shù)和設(shè)備，并多采用堿溶酸沉法。在工廠實際生產(chǎn)中大豆粕質(zhì)量及堿提、酸沉工序是影響SPI提取率及功能特性的最主要因素。目前SPI提取率的研究已經(jīng)從之前的單一工藝研究轉(zhuǎn)向?qū)υ系赜颉⑵贩N的研究，但對于高蛋白大豆粕蛋白質(zhì)提取率低的問題研究不多。針對低溫脫脂大豆粕蛋白質(zhì)提取率低的問題，在該設(shè)計中，研究設(shè)計了一套新的工藝流程，相比于傳統(tǒng)的工藝流程其主要特點和優(yōu)點做如下簡要分析：首先，是豆粕的質(zhì)量。豆粕質(zhì)量的好壞直接影響分離蛋白的提取率和功能特性。在本次新工藝流程中用于分離蛋白生產(chǎn)的原料豆粕是經(jīng)過清選、去皮、溶劑脫脂，低溫或閃蒸脫溶后的低變性豆粕而不是傳統(tǒng)工藝中使用的普通銷售豆粕。這種豆粕含雜質(zhì)少，蛋白含量較高，蛋白變性程度低，適于大豆分離蛋白生產(chǎn)。這是SPI制取新工藝方法中的一個改良。此外，豆粕中的蛋白變性程度，亦即氮溶解指數(shù)（NSI）的高低與大豆分離蛋白的提取率也有很大關(guān)系。經(jīng)查閱相關(guān)資料，當原料豆粕的NSI值為74.25%時，大豆分離蛋白的得率為37%；NSI值為80.3%時，得率為40%；當NSI值為83%時，得率為43%。分離蛋白的提取率除與豆粕的變性程度有關(guān)外，還與用于浸油的原料大豆的蛋白含量組分有密切關(guān)系。大豆分離蛋白的主要構(gòu)成為大豆球蛋白中的7S和11S組分。這兩種組分在含鹽溶液中的粘度和溶解度也大不相同。大豆球蛋白中的2S組分，分子量小，提取分離蛋白時分散于乳清液中。因此，大豆原料中2S蛋白組分過高，即使蛋白含量和NSI值都很高，蛋白提取率也不會很高。從此得知，用于分離蛋白生產(chǎn)的原料大豆必須進行檢測，要采用7S和11S含量較高的大豆品種，這對穩(wěn)定大豆分離蛋白的提取率和功能性是十分必要的。而在本次課程設(shè)計中，就很好的注意到了這一點。其次，是原料處理方式。很多企業(yè)都是先將豆粕干法粉碎后再與水混合浸提。干法粉碎不利于提高蛋白質(zhì)的提取率，而且容易使蛋白質(zhì)發(fā)生熱變性，降低蛋白質(zhì)的NSI值。若將脫脂豆粕加水先浸泡一段時間再磨漿，這樣可以有效的提高蛋白質(zhì)的提取率。先浸泡后磨漿的方法，比干法粉碎再浸泡更有符合大豆蛋白質(zhì)的溶解機理。經(jīng)測定，先浸泡后磨漿比干法粉碎再浸泡的蛋白質(zhì)提取率高2～4個百分點。用水浸提大豆蛋白時，加水量越多，蛋白質(zhì)的提取率就越高，但是加水太多，酸沉時乳清液中的球蛋白量增加，蛋白的損失量也就增高，成品得率反而下降；若加水太少，大豆蛋白的溶出率大大下降，成品的得率也會下降。還會增加后續(xù)各工序的難度。因此在新的SPI制取工藝中，在磨漿階段較為嚴格的加入水量，較好的控制了漿料粒度越細，從而使蛋白得率和浸提效果達到較高水平，同時有效降低了過濾分離的難度。第三，借助生物統(tǒng)計學正交設(shè)計知識。在傳統(tǒng)的SPI制取工藝中，根據(jù)四個單因素實驗，能確定并選擇出合適的SPI提取工藝參數(shù)范圍，然后以此為基礎(chǔ)，通過選擇采用L9（34）正交表，以料液比、提取溫度、提取時間、酸堿度四個因素和設(shè)計的三個水平，進行正交試驗設(shè)計計算，我們得出優(yōu)化SPI提取工藝參數(shù)，確定影響提取效果的各因素的主次順序以及最佳的因素水平組合。生物統(tǒng)計學知識的應用，較為科學和嚴謹?shù)臑樾碌腟PI提取工藝提供堅實的基礎(chǔ)。最后，工藝流程的改良。在舊的SPI提取工藝中采用的是堿提酸沉法，其中堿提過程一般為兩次或者一次，在新的SPI提取工藝中，由原來的兩次變?yōu)槿危⑾鄳母淖兞似鋮?shù)條件范圍，大大提高了蛋白質(zhì)提取率。除此之外，還改良了原料處理流程，為新工藝的更好應用奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。在本