大豆分离蛋白(SPI)分离提取工艺及其优化条件的探究

燕山大学课程设计说明书大豆分离蛋白（SPI）分离提取工艺及其优化条件的探究学院（系）：环境与化学工程学院年级专业：08级生物化工学号：燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：环境与化学工程学院基层教学单位：生物工程系学号学生姓名专业（班级）08级生物化工设计题目大豆分离蛋白（SPI）分离提取工艺及其优化条件的探究设计主要内容单因素实验确定SPI提取工艺参数范围的设计；正交实验确定SPI提取工艺优化条件的设计；最佳SPI提取工艺优化参数下应用碱提新工艺的设计；设计要求1.要有明确设计的目的；2.提出设计方案之前要充分查阅各种文献资料（15篇以上）；3.设计合理的关于SPI分离提取工艺及其最优条件探究的操作方式或方案；4.说明书撰写要求语言精练，表述清楚，设计方案可行且具创新性；5.设计提出总结与分析（包括讨论展望，个人收获体会等）；工作量1.至少阅读15篇以上的相关科技文献，外文文献三篇以上；2.设计文字至少在15000字以上；工作计划6.27——6.28查阅资料6.29——6.30整理文献7.1——7.2提出设计方案7.2——7.3撰写说明书7.4——7.6检查内容，准备答辩7.7——7.7答辩参考资料[1]刘红玉,郑惠枚,郝国东.大豆分离蛋白的生产工艺.农机化研究,2002,23(2):1221.[2]熊拯,郭兴凤等.大豆分离蛋白的提取及其在面制品中的应用.粮油食品科技,2006,14(6):59-61.[3]胡小中,温光源等.多级逆流醇浸法制取大豆浓缩蛋白工艺的研究.食品工业科技,2009,30(3):272-275.[4]李大鹏,赵睿.低温脱脂豆粕中大豆分离蛋白提取工艺的研究.农产品加工学刊,2007,12(3):17-20.指导教师签字基层教学单位主任签字说明：学生、指导教师、基层教学单位各一份。2011年6月27日燕山大学课程设计成绩评定表设计者姓名:学号:设计题目:大豆分离蛋白（SPI）分离提取工艺及其优化条件的探究说明书成绩评定（满分100分）：得分设计内容的切题程度：满分20分（）设计内容的规范程度：满分10分（）设计书前后内容完整：满分20分（）设计说明说排版成绩：满分20分（）设计说明书的工作量：满分20分（）设计过程平时成绩：满分10分（）成绩：答辩成绩评定：（满分100分）得分仪表成绩：满分20分（）口语表达：满分20分（）幻灯质量：满分20分（）设计分析：满分40分（）成绩：设计撰写成绩（70%）答辩成绩（30%）合计教师签字：2011年7月8日2010-2011春季学期生物工程专业课程设计结题论文大豆分离蛋白（SPI）分离提取工艺及其优化条件的探究摘要本设计拟定以低温脱脂豆粕为原料，以改良的碱提酸沉新工艺对大豆分离蛋白（SPI）进行分离提取，并对其工艺的优化条件进行探究。设计实验主要分为三个部分来探究SPI分离提取工艺及其优化条件：单因素实验确定SPI提取工艺参数范围的设计；正交实验确定SPI提取工艺优化条件的设计；最佳SPI提取工艺优化参数下应用碱提新工艺的设计。第一部分设计单因素实验分别探究SPI提取工艺参数（料液比、提取温度、提取时间、酸碱度）范围，为进一步工艺最优条件探究奠定基础；第二部分设计在确定SPI提取工艺参数基础上，借助正交实验进一步确定其优化条件；第三部分在前两部分基础上，将其最优工艺参数条件应用于改良的SPI提取新工艺中，以最大化提高蛋白质提取率。通过本次课程设计，拟确定改良的碱提酸沉新工艺进行SPI提取的优化条件，以获得较高蛋白质提取率及各项指标的数据范围,进一步扩宽SPI的应用范围,为蛋白质提取在本专科实验教学中的应用提供参考依据，并为今后某些物质的分离提取工艺研究奠定技术基础。关键词：大豆分离蛋白；碱提酸沉法；分离提取；工艺条件优化燕山大学课程设计说明书PAGEIIⅡPAGEITOC\o"1-3"\h\z目录第一部分：文献综述TOC\o"1-3"\h\z1.大豆分离蛋白概况背景 11.1大豆产物简介 11.2大豆分离蛋白（SPI）概述 11.3大豆分离蛋白功能特性 21.3.1乳化性 21.3.2水合性 2吸水性 2保水性 3膨胀性 31.3.3吸油性 31.3.4胶凝性（又称凝胶性） 41.3.5溶解性 41.3.6起泡性 41.3.7粘性 51.3.8结团性 51.3.9组织性 52.大豆分离蛋白应用前景 52.1在乳制品中的应用 62.2在面制品中的应用 62.2.1面条和挂面 72.2.2培烤食品 72.2.3方便面 72.3在肉制品中的应用 72.4在其他食品中的应用 82.4.1饮料生产 82.4.2作为发泡剂 82.4.3罐头食品 83.大豆分离蛋白提取工艺方法 83.1酸沉碱提法 93.2超过滤法 93.3反胶束萃取分离法 93.4离子交换法 103.5起泡法 103.6反相高效液相色谱法 104.我国分离提取大豆分离蛋白（SPI）发展现状 114.1大豆分离蛋白的发展现状 114.2我国大豆分离蛋白生产水平与国外先进水平的差距 134.2.1对大豆原料加工处理不重视 134.2.2产品的功能差 144.2.3综合效益差 145.总结——本设计的研究宗旨以及意义 14第二部分：课程设计部分1.材料 161.1实验原料 161.2实验器材 171.3实验试剂 172.方法 172.1传统碱提酸沉法 172.1.1原料处理 172.1.2溶解萃取 182.1.3酸沉淀 182.1.4干燥测定分析 182.2优化改良的碱提酸沉新工艺 192.2.1豆粕浸取处理 192.2.2三次碱提萃取 192.2.3酸沉淀 192.2.4干燥测定分析 203.设计 203.1单因素实验确定SPI提取工艺参数范围的设计 203.1.1提取时间对SPI二次碱提效果的影响 203.1.2提取pH对SPI二次碱提效果的影响 203.1.3提取温度对SPI二次碱提效果的影响 213.2正交实验确定SPI提取工艺优化条件的设计 213.3最佳SPI提取工艺优化参数下应用碱提新工艺的设计 204.分析与总结 224.1分析展望 224.2总结体会 24参考文献 26燕山大学课程设计说明书燕山大学课程设计说明书PAGE6PAGE28第一部分文献综述1.大豆分离蛋白概况背景大豆的蛋白含量较高而且营养丰富，一般含蛋白30～50%。大豆蛋白含有8种人体必需氨基酸，且比例比较合理，只是赖氨酸相对稍高，而蛋氨酸和半胱氨酸含量较低。目前大豆蛋白已成为一种重要的蛋白资源，特别是大豆分离蛋白含蛋白质90%以上，是一种优良的食品原料。大豆分离蛋白（SPI）[1]是以大豆为原料，提取的蛋白质含量90%以上的组分。由于它具有良好的溶解性、乳化性、起泡性、持水性和凝胶性等功能特性，被广泛应用于肉制品和焙烤制品等食品中。下文就大豆分离蛋白做简要概述：1.1大豆产物简介大豆是一年生草本植物，蝶形花科，大豆属，别名黄豆。大豆原产于我国，已有4000年左右的历史。公元前二世纪初，大豆由我国经朝鲜传至日本，1712年以后经德国、法国传入欧洲各国，1765年传入美国，1908年进入巴西。美国70年代制定了国家大豆发展计划，涌现出ADM、DUPOND、PTI等规模巨大的大豆综合利用公司。杜邦跨国集团于2001年收购我国年产4500吨的湖北云梦蛋白厂。加入WTO以后，我国大豆业受到更严重冲击，主要原因是我国大豆含油率低，而价格比国际市场高出约40%。于是，国家在2002年提出并实施了“国家大豆振兴计划”，这将有利于我国大豆及相关产业的发展。同时就世界范围而言，大豆的开发利用也正面临新的挑战与机遇。大豆本身作为食品的实用价值高，具有良好的可加工性，可以生产出多达12000多个品种的大豆制品。大豆加工得到的主要产物是豆油、脱脂大豆粉、大豆分离蛋白和大豆浓缩蛋白；在副产物中，含量最多而尚未开发的是大豆渣和皮。它们在材料领域有着巨大的开发潜力，为高分子科学工作者提供了新的课题。1.2大豆分离蛋白（SPI）概述大豆分离蛋白（SoybeanProteinIsolate，以下简称SPI）[1]是从脱脂豆粕中提取的一种植物蛋白，总蛋白质含量超过90%，良好的保水性、乳化性、吸油性和凝胶性等使其广泛用作食品添加剂和食品原料。大豆中的蛋白质根据离心过程中的沉降系数可分为2S，7S（Conglycinin），11S（Glycinin）和15S四种组分，所占比例约为9.4%，34%，42%，4.6%。7S组分中主要是7S球蛋白（β-Conglycinin），是由α（70.6kDa），α′（80.2kDa），β（48.4kDa）三种亚基组成的三聚体结构糖蛋白，分子量约为180kDa，等电点5.2∼6.2。11S组分中主要是11S球蛋白，是一种由6个亚基对组成的多聚亚基蛋白，分子量320∼380kDa，每个亚基对由1个酸性亚基和1个碱性亚基通过二硫键连接而成，等电点为4.6。7S和11S组分的含量是影响SPI功能特性的关键因素。1.3大豆分离蛋白功能特性[2]大豆分离蛋白的功能特性是指蛋白质在食品加工中，如制取、配制、加工、烹调、贮藏、销售过程中所表现出来的理化特性的总称。其功能特性主要有乳化性、水合性、吸油性、胶凝性、溶解性、发泡性、粘性等功能，现分述如下：1.3.1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。乳化的油滴被聚集在油滴表面的蛋白质所稳定，形成一种保护层。这个保护层可以防止油滴聚集和乳化状态的破坏，促使乳化性能稳定。在烤制食品、冷冻食品及汤类食品的制作中，加入大豆分离蛋白作乳化剂可使制品状态稳定。分离蛋白的乳化能力常受pH及电离强度的影响，碱性条件最为有利。1.3.2水合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。其保水性与粘度、pH、电离强度和温度有关。盐类能增强蛋白的吸水性，但其却削弱了保水性。最高水分保持能力在35℃～55℃条件下能达到每克蛋白质中只有十四克水。大豆分离蛋白沿着它的肽链骨架，含有很多极性基，所以具有吸水性、保水性和膨胀性。吸水性一般是指蛋白质对水分的吸附能力，它与Aw（即水份活度）、pH值、深度、蛋白质的颗粒大小、颗粒结构、颗粒表面活性等都是密切相关的。随着Aw的增强，其吸水性发生快—慢—快的变化。pH值与吸水能力成正比，其pH值愈高，吸水能力越强。蛋白质的浓度（含量）对其吸水性影响较大，分离蛋白的吸水力比浓缩蛋白要强许多，而且前者几乎不受温度的影响。保水性除了对水的吸附作用外，大豆蛋白质在加工时还有保持水份的能力，其保水性与粘度、pH值、电离强度和温度有关。盐类能增强蛋白质吸水性却削弱分离蛋白的保水性。膨胀性膨胀性即蛋白质的扩张作用，是指蛋白质吸收水分后会膨胀起来。它受温度、pH值和盐类的影响显著，加热处理增加大豆蛋白的膨胀性，80℃时为最好，70～100℃之间膨胀基本接近。盐类（氯化钠0.1～0.4mg/L）能显著地降低分离蛋白的膨胀率约60%。膨胀率还随pH值增加而加大，如pH值从5到9，膨胀率增加2倍。1.3.3吸油性蛋白的吸油性是指其可以促进脂肪吸收和脂肪结合的能力。分离蛋白吸收脂肪的作用是另一种形式的乳化作用。分离蛋白加入肉制品中，能形成乳状液和凝胶基质，防止脂肪向表面移动，因而起着促进脂肪吸收或脂肪结合的作用，可以减少肉制品加工过程中脂肪和汁液的损失，有助于维持外形的稳定。吸油性随蛋白质含量增加而增加，大豆粉、浓缩蛋白和分离蛋白的吸油率分别为84%、133%和154%，组织蛋白的吸油率在60%～130%之间，粉越细吸油率越高。另外，吸油性随pH值增大而减少。1.3.4胶凝性（凝胶性）蛋白的凝胶性是指蛋白形成胶体结构的性能。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、速度、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70%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，温度有随浓度的增加而升高才能达到理想凝胶性能。11S，S为聚合度，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。1.3.5溶解性是指蛋白质在水溶液或食盐溶液中溶解的性能。其溶解的程度称为溶解度。平时所说的溶解性一般指水溶性。溶解性好的蛋白质其功能性必然好，具有良好的凝胶性、乳化性、发泡性和脂肪氧化酶活性，易于食品的加工使用，掺和到食品中就比较容易。大豆蛋白质的溶解性受原料的加热处理、溶出时加水量、pH值、共存盐类等条件的影响很大。加热会导致大豆蛋白变性，降低溶解度，所以在处理原料时加热温度不能太高，或采用干法加热（即原料大豆的水分含量不高并无水蒸气存在时高温加热）。液比对大豆蛋白质溶解度的影响更大。液比在5倍以下时，蛋白质浸出率急剧下降，蛋白质分子间容易进行相互反应，使溶解性降低。一般液比在1:10左右为合适。pH值对球蛋白影响较大，在pH值4.2～4.6时，球蛋白几乎不溶解。共存盐类对溶解度也有影响，如有氯化钠和氯化钙存在时，即使在等电点范围内pH值4.2～4.6也能溶解。另一方面，一些盐类（如石膏粉）能降低蛋白溶解度，可作沉淀剂。1.3.6起泡性蛋白的起泡性是指大豆蛋白在加工中体积的增加率，即形成泡沫的能力。天然未变性的大豆蛋白具有一定的发泡性，若将大豆蛋白进行适当溶解，其发泡性和稳定性会大大提高。发泡性与蛋白浓度、pH值和温度有关，以偏碱性的pH值最为有利，一般最佳发泡温度为30℃左右，制品中存有的脂质对发泡有害，而糖类则可提高粘度、增加泡沫的稳定性。发泡性即大豆蛋白质在加工中体积的增加率，可起到酥松作用。泡沫是空气分散在液相或半固相而成，由许多空气小滴为一层液态表面活化的可溶性蛋白薄膜所包裹着的群体所组成，降低了空气和水的表面张力。利用大豆蛋白质的起泡性，可以赋予食品以疏松的结构和良好的口感。提高发泡性可用降解剂把大豆蛋白降解到一定程度，聚合度愈低，发泡性愈好。此外，大豆蛋白的发泡性还与浸出溶剂、溶液浓度、温度及pH值有关。低脂肪、高浓度、30～35℃、pH值在10以上时，发泡最好。1.3.7粘性蛋白质的粘性是指液体流动时表现出来的内摩擦，又称流动性。蛋白质溶液的粘度受蛋白质的分子量、摩擦系数、温度、pH值、离子强度、处理条件等因素的影响，这些因素可改变蛋白质分子的形态结构、缔结状态、水合度、膨润度及粘度。大豆分离蛋白经碱、酸或热处理后，其膨润度升高，而且粘度增加。蛋白是分散到溶液中形成的颗粒都在胶体范围内的一种高分子化合物。这种胶体具有较高的粘结性，大豆蛋白溶液的表观粘度随蛋白浓度增加而指数升高，并与试样的膨润度相关，这对保持食品水分、风味和糖有着极其重要的作用，而且使食品易于加工。加热蛋白到80℃时，蛋白质发生离解或析解，分子比容增大，粘度增加，超过90℃以上粘度反而减小。pH值在6～8时，蛋白质结构最稳定，粘度最大；超过11时粘度急剧减小，这是因为蛋白质缔合遭到破坏。1.3.8结团性是指大豆分离蛋白与一定数量的水混合时，可以制成生面团似的物质。这一性质可应用于面粉制品中如面包、糕点等产品的加工制作中，以提高制品的蛋白含量并改善其性能。大豆蛋白的面团、弹性和粘结性低，加水以50%为宜，少于50%易碎；加水过多，食品发软甚至成浆状。1.3.9组织性是指大豆蛋白经加工处理后，其蛋白分子重新排列组合，具有方向组织结构，凝固后形成类似肉的纤维状蛋白的过程。分离蛋白本身没有类似畜肉、鱼肉的咀嚼性，只有经过适当的加工处理，才能使其具有类似畜肉、鱼肉的性质使大豆蛋白组织化的方法很多，如纺丝法、挤压蒸煮法、湿式加热法、冻结法、胶化法等，其中以挤压法应用最为广泛。2.大豆分离蛋白应用[2-3]前景蛋白质的食物来源包括动物蛋白和植物蛋白，而在肉、蛋、奶等动物蛋白食物中蛋白质仅占一部分，所以摄入动物蛋白的同时也就不可避免地吃了许多其他成分，如胆固醇和饱和脂肪酸等。大量饱和脂肪酸进入人体，将增加人体患高血脂症、冠心病的可能性。而大豆分离蛋白的成功提取和应用则极好的弥补了这一不足。大豆分离蛋白的氨基酸组成合理，是一种优质蛋白，它具有良好的溶解性、乳化性、起泡性、持水性和粘弹性，是特殊的食品添加剂。大豆籽粒中约含蛋白质38%～42%，碳水化合物（包括粗纤维）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优质植物蛋白，它包括大豆蛋白粉50、浓缩大豆蛋白[3]70、和大豆分离蛋白90%以上。蛋白质消化率是决定蛋白质营养品质的重要因素，不同的大豆蛋白质消化率各不相同。未经任何加工的大豆蛋白质消化率只有65%，全脂大豆蛋白为75%～92%，脱脂大豆蛋白粉为84%～90%，大豆分离蛋白为93%～97%。因此，分离提取大豆蛋白对食品加工和营养研究均具有重要意义。2.1在乳制品中的应用大豆蛋白制品，尤其是粉末状的分离蛋白，具有与脱脂奶粉极相似的机能特性，在冰淇淋生产中，可用分离大豆蛋白代替脱脂奶粉，由于陈化使粘度显著增加，对冷冻时气泡的稳定有利，此外还可起到改善冰淇淋乳化性质、推迟冰淇淋中乳糖的结晶、防止起砂现象。大豆蛋白应用于乳制品生产，如配方奶粉、液体奶，可提高蛋白质含量，与乳的营养、良好风味结合，在氨基酸含量、配比及风味上形成优势互补。高分散型分离蛋白质具分散性（冲调性）、溶解性、分散稳定性及乳化性，蛋白质含量80%以上，且不含乳糖，避免乳糖不适症反应，不含胆固醇，是低热量、高营养、安全、方便的乳制品加工辅料。2.2在面制食品中的应用[2]由于大豆蛋白质氨基酸比较均衡，几乎与世界粮农组织和世界卫生组织推荐氨基酸组成相符，特别是大豆蛋白质中赖氨酸含量高于其他谷类制品，应用于面制食品中，不仅提高产品蛋白质含量，且根据氨基酸互补原则，提高产品蛋白质质量。又因其加工特性，在加工中增加面制食品色、香、味，延长面制食品货架期。2.2.1面条和挂面在面粉中加入7%～9%的大豆分离蛋白，可显著提高面粉的蛋白含量和湿面筋含量，从而改善面团的流变学特性；制作的面条韧性、口感较好，无明显的豆腥味；既增加了挂面的营养价值，又提高了挂面的加工特性。2.2.2焙烤食品在焙烤食品中添加高分散性大豆分离蛋白，既可增加产品的蛋白含量，还能提高产品质量。如利用大豆分离蛋白的吸水性、乳化性、膨胀性和发泡性等加工特性，可提高面包的营养价值和吸水率，增大面包体积，改善表皮色泽和质地、增进面包风味，防止面包老化，延长货架期。在面包中添加大豆蛋白7.5%以下时，面包感观变化不大，大于7.5%时对面包影响较大。在制作蛋糕时，加入大豆分离蛋白，可改善蛋糕起泡性、吸水性，使蛋糕质地膨松，蜂窝细腻，色泽、口感良好，不易干硬，抗老化。此外，大豆分离蛋白具有吸油性，可用于酥类糕点和酥性饼干的生产，使产品酥软可口。如在生产饼干时，在原料中加入约15%～30%的大豆蛋白粉，不但能提高蛋白含量，增加营养价值，且能增加饼干酥性，还可起到保鲜作用。2.2.3方便面方便面中添加活性大豆蛋白粉后，在咀嚼时有特殊香味，比较适口。添加活性大豆蛋白粉方便面口感好，有咬劲，爽滑，面条的脆性明显下降，复水快，这是因为大豆蛋白具有凝胶性等特点。添加大豆蛋白粉，大豆蛋白充分吸水产生一定的粘度和胶体状，使得面条致密光亮，但添加一定量到6%时，反而会影响面条的烹调性。另外随着大豆蛋白粉添加量增加，方便面中含油量会有不同程度下降，这是因为蛋白遇热变性，在油炸面食的表面形成油层。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在肉制品中的应用大豆蛋白制品用于肉制品，既可作为非功能性填充料，也可用作功能性添加剂，改善肉制品的质构和增加风味，充分利用不理想或不完整的边角原料肉。从营养学角度来看，将大豆蛋白制品用于肉制品还可以做到低脂肪、低热能、低胆固醇、低糖、高蛋白、强化维生素和矿物质等合理营养。如在汉堡牛肉饼、肉丸子、肉汤、灌肠类食品中，加入营养价值较高的大豆制品，不仅可提高产品的蛋白质含量，而且可以降低动物脂肪及胆固醇的含量。另外由于其良好的吸水性和吸油性，可减少加工中损失和降低油腻感。分离蛋白由于它们本身价格较高，在使用时可以利用它的功能性如乳化性、吸油性、吸水性、凝胶性和粘着性来改善肉制品，如馅饼、肉包子、饺子等食品中加入适量分离大豆蛋白，代替部分猪肉、牛肉、羊肉，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。在火腿、香肠加工和流通中，将分离蛋白分散液注入而不破坏肌肉组织，可以防止肉汁的损失。2.4在其他食品中的应用2.4.1饮料生产近年来，各种各样的大豆蛋白饮料都得到很大的发展，以大豆蛋白为原料可制作人造乳、咖啡、豆奶、豆奶酪、果汁豆奶等，并添加一系列的调味料如香精、巧克力、植物油、糖、柠檬酸等，味道和营养成分都良好。在核桃饮料生产中，加入脱脂豆粉，既可提高产品中蛋白质含量，且可降低生产成本。2.4.2作为发泡剂用胃蛋白酶使蛋白质水解，蛋白质在等电点区的不可溶性即可消失。将水解物加到食品、糕饼的混合料中，以增加鸡蛋蛋白质发泡时的体积。大豆蛋白又可作泡沫稳定剂，将其用酸水解后，可作酱油和与肉相似的香料、啤酒中的泡沫稳定剂。2.4.3罐头食品大豆蛋白又称素肉，其蛋白质含量在50%以上，含有人体必需的8种氨基酸，是一种高蛋白营养食品，将它加工成四鲜植物蛋白肉罐头，可以成为随身携带、方便食用、具有高营养价值的食品。3.大豆分离蛋白提取工艺[4]方法目前，大豆分离蛋白的生产工艺可分为全湿法和半湿法。大豆分离蛋白的提取是从低温豆粕中除去低分子可溶性非蛋白质部分，而且要去掉不溶性高分子成分，最终获得高纯度的分离大豆蛋白。方法主要有酸沉碱提法和膜分离浓缩法两种，还有两种非工业化目的的提取方法。下面就大豆分离蛋白的提取工艺做简要陈述：3.1酸沉碱提法这是一种传统的分离提取方法。该法是利用大豆中大多数蛋白质在等电点（pH=4.5）时沉淀的特性，与其他成分分离，沉淀的蛋白质经调节pH后溶解，因此称之为酸沉碱提法。大豆分离蛋白的提取过程主要分三个步骤:第一步溶解萃取，根据大豆蛋白的溶解特性，采用弱碱性水溶液浸泡低温脱脂豆粕，将可溶性蛋白及低分子糖类萃取出来，然后通过离心机将不溶性纤维及固体残渣分离出来;第二步酸沉淀，将一定量的盐酸水溶液加入已溶解出的蛋白液中，调节其pH到大豆蛋白的等电点（pH=4.2～4.6），使蛋白沉析下来，然后用离心机把沉析的蛋白凝胶分离出来;第三步中和、灭菌和喷雾干燥，将分离出的蛋白凝胶解碎，加入稀碱液中和后，在高温下快速灭菌，真空浓缩，高压均质，然后进行喷雾干燥，即可得到粉状大豆分离蛋白产品。酸沉碱提的缺陷是：耗酸、耗碱量大，废水处理费用高，产品收率低。该分离提取方法有待改进。但目前仍然是工业化生产的基本方法。3.2超过滤法[1]超过滤技术又称超滤膜过滤技术，是一种食品加工新技术，可达到浓缩、分离以及净化的目的。其基本原理是利用高分子半透膜，以压差为动力，使提取液中的蛋白与其它物质分离，然后进行喷雾干燥而成。该工艺不需要经过酸沉淀和中和工序，生产的产品中植酸量少、消化率高、色泽浅而无成味、质量也较高，同时可回收浸提液中的低分子产物。此外，其废水能够得到循环的使用，从而大大减少了环境污染，达到绿色生产的目的。但目前该技术尚处于试验阶段。3.3反胶束萃取分离法反胶束是表面活性剂在有机溶剂中形成的一种聚集体，其中表面活性剂的非极性尾在外，与有机溶剂接触，极性头在内，形成极性核，该核具有包含水溶液和溶解蛋白质的能力，因而可以用此含有反胶束的有机溶剂从水相中萃取蛋白质。利用反胶束技术从全脂豆粉萃取大豆蛋白，可一次萃取50%左右。影响反胶束萃取过程的主要因素有表面活性剂的种类及浓度、水相的pH值、离子强度和温度等。大豆蛋白萃取过程非常快，用非扩散模型解释较为合理。该法需要的主要仪器有:自动水分测定仪、气浴恒温震荡器、离心机、凯氏定氮仪、分析天平、恒温磁力搅拌器和微量进样棒等。影响反胶束萃取过程的主要因素有表面活性剂的种类及浓度、水相的pH值、离子强度、温度等。反胶束萃取技术的优点是：选择性高、操作方便、放大容易、萃取剂（反胶束）相可循环利用、分离和浓缩同步进行。其缺点是：蛋白质在现有反胶束体系中稳定性不高，导致萃取前后蛋白质的活性损失较大，因而制约其工业化应用。3.4离子交换法该法是在电渗析的基础上发展而来的，其基本原理与碱提酸沉法基本相同。该工艺中的双极膜由三层组成：阴离子交换膜、阳离子交换膜以及阴阳离子交换膜中间的亲水层。水分子在电流作用下，双极膜上可以电离为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，从而达到大豆蛋白的等电点而使蛋白沉淀。该工艺的优点在于不需要加入酸或碱调整蛋白溶液的pH值，可以避免分离得到的大豆蛋白中混入盐离子，保护大豆蛋白的功能性，生产的蛋白纯度高、灰分少、色泽浅，但生产周期过长，目前仍处于实验研究阶段，有待于更深入的研究与开发。3.5起泡法泡沫分离技术是20世纪初开始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一种手段，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及酶的一条有效途径。我国的谢继宏等研究了豆制品厂排放的黄浆水中大豆蛋白的分离工艺。该法中大豆蛋白的分离在一个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，泡沫由塔顶导出并被破碎成泡沫液，泡沫液即为分离出的大豆蛋白溶液。其影响因素主要有蛋白质浓度、pH值、气速、泡沫层高度和泡沫大小等。3.6反相高效液相色谱法反相液相色谱（ReversePhaseLiquidChromatography，RPLC）是目前液相色谱分离中使用最为广泛的一种模式，它的特点是固定相的极性比流动相的极性弱，其分离效果与流动相中溶质分子与固定相的配基间的疏水相互作用有关。对于蛋白质这样的生物大分子，由于其分子尺度比固定相表面疏水键合相的分子尺度大得多，通常以表面部分区域与固定相发生作用，其保留机制多被认为是主要基于它们在疏水固定相上的吸附。反相高效液相色谱法是对大豆蛋白中7S和11S球蛋白进行快速分离的一种方法。在分离条件为40℃、流速1mL/min的条件下，9min可完成相应球蛋白的分离。但是该法不能用于区分7S和11S大豆蛋白，只适用于大豆蛋白产品的快速定性检测。4.我国分离提取大豆分离蛋白（SPI）发展现状我国在大豆分离蛋白的生产和应用方面起步较晚，上世纪80年代才开始生产大豆分离蛋白，主要作为食品添加剂应用。90年代中期以前，我国仅有吉林前郭、黑龙江三江、湖北云梦等少数厂家生产。近几年，随着我国植物蛋白应用市场的日益扩大，尤其是肉类制品行业应用量的迅速增加，国内又纷纷投资兴建大豆分离蛋白加工厂，到目前为止，我国包括已建成的、正在建设之中的及新上马的有近30多条规模不等的大豆分离蛋白生产线，设计能力达5万吨。目前全国有33家大豆蛋白生产厂，实际开工的只有27家。我国最大的大豆分离蛋白生产基地——湖北云梦植物蛋白厂设计大豆分离蛋白年生产能力可达6000吨，1999年实际生产2300吨，目前在国内市场的占有率达到一半以上，由于技术开发不过关等原因，80%的产品只应用在肉制品领域。到目前为止，虽然国内大豆分离蛋白厂总的年设计生产能力达5万吨以上，但是国内大豆分离蛋白的生产工艺大同小异，产品品种单一，功能特性较差，质量较美国同类产品相差较大，产品在市场上的竞争力远远低于进口产品。4.1大豆分离蛋白的发展现状大豆分离蛋白（SoyProteinIsolate，SPI）是以大豆为原料、采用先进的加工技术制取的一种蛋白质含量高达90%以上的功能性食品添加剂，由于它具有良好的溶解性、乳化性、超泡性、持水性和粘弹性，又兼有蛋白质含量高的营养性，所以被广泛地应用于肉制品（例如西式火腿、火腿肠、午餐肉、三文治、灌肠、香肠及肉馅等），冷饮制品（例如冰激淋、奶油、雪糕、布丁等），烘焙食品（如面包、糕点等）中。目前世界大豆分离蛋白的年产量约40万～50万吨，增长势头十分强劲。早在20世纪初，美国已研究开发出大豆分离蛋白，但是由于技术难度高，直到20世纪70年代其生产技术才趋于完善和成熟。目前，国际上处垄断地位的大豆分离蛋白生产厂商主要在美国，日本、瑞士生产的大豆分离蛋白在国际市场上也占有一定份额。我国20世纪80年代初开始生产大豆分离蛋白，其发展是随食品工业，尤其是肉食品业的发展（例如西式火腿）而迅速发展起来的，由于国内生产的大豆分离蛋白的质量与国外相比有较大差距，所以每年仍要进口大豆分离蛋白约2万吨左右，给国内大豆分离蛋白市场造成严重冲击，给企业带来很大压力。当前，如何提高大豆分离蛋白的功能特性，使之达到国际上同类产品的质量指标要求，乃是亟待解决的课题。大豆分离蛋白（SoybeanProteinIsolates，以下简称SPI）的蛋白质含量高达90%，是一种高级的食品添加剂，随着人民生活水平的提高，蛋白质的摄入量逐步增加，我国的植物蛋白应用市场日益扩大，目前我国食品行业用于替代植物性SPI每年需求量5万吨左右，虽然国内SPI加工能提供6万吨左右，但每年需要出口3万吨左右。我国的大豆分离蛋白生产有一定的物质和技术基础，但是从整体来看，我国现在对SPI技术开发能力较低，在产品质量，生产技术等方面存在很多的问题。主要原因是不了解生产大豆分离蛋白的各项参数对产品的不同影响，目前国内生产SPI主要以碱溶酸沉法为主，但是存在着许多难以克服的不足。如可溶性成分去处不彻底，耗酸耗碱太多，产品纯度低，灰分高，色泽深，蛋白纯度低等缺点。由于我国目前生产SPI的技术等相对死亡落后，国内一些相关客户需要从国外进口高质量的SPI填补空缺。它的加工条件要求很苛刻，原料、设备、工艺、管理那个环节不严谨，都会影响产品的质量。并且蛋白质得率的高低，直接影响了企业的经济效益和我国蛋白制造业的兴衰。国内有很多家企业因为得率低，经济效益差，不得不停产。我公司在传统的碱溶酸沉分离蛋白生产技术的基础上，经多年的试验研究与生产实践，总结出一套提高大豆分离蛋白得率的途径。并按照产品的应用领域，产品的性能不同，开发出了多功能，多品种，高质量的大豆分离蛋白生产技术，以适应国内相关分离蛋白生产厂家对技术及工艺不足的需求，提高国内分离蛋白生产的整体水平。关于大豆分离蛋白生产行业，属于高新技术行业，90年代中期以来，我国的大豆分离蛋白工业发展迅速，相继建成了30多条不同规模的大豆分离蛋白生产线，设计产量已超过8万吨，但每生产1吨分离蛋白会产生20多吨COD超过20000mg/L，BOD超过10000mg/L的高浓有机废水，和5～6吨废渣。目前的分离蛋白生产工艺的一般处理方法是都将废水直接排放或交进废水处理站处理，废渣（豆渣、豆皮、豆胚和油渣等）卖给饲料厂家。造成了严重的环境污染、资源浪费。导致生产成本的增加，在激烈的市场竞争中出于劣势，据我们调查，我国分离蛋白厂中，正常生产的还不到一半，若采取清洁生产工艺，不仅能控制污染、节约水资源，而且大豆的有价值成分一点没有损失，产品增值十倍以上。4.2我国大豆分离蛋白生产水平与国外先进水平的差距我国大豆分离蛋白的生产技术、设备与国际水平差距甚远，目前只能生产添加到肉类食品中的蛋白粉，脱皮、脱脂和溶解指数都达不到发达国家水平。如国内大豆分离蛋白设备的脱皮率在60%～80%，而国外设备达到95%～99%；氮溶解指数国内小于75%，而国外大于85%甚至在90%以上[2-5]。特别是国内产品溶解技术不过关，遇到碳酸性饮料即出现沉淀。我国大豆分离蛋白的生产所用的喷雾干燥器普遍没有造粒功能，这也制约了蛋白品种的开发。另外，我国存在着研究规模小，研究者与生产者脱钩，生产企业盲目发展的状况，技术含量不高。但是，我国大豆有其特有的优势：我国大豆是高蛋白品种，籽粒中蛋白质含量高达48%～50%，氨基酸平衡优于其他植物蛋白，是一种重要的优质植物蛋白资源。我国大豆是非转基因大豆，因此，我国的非转基因大豆及其制品在国际市场上具有竞争优势，其市场上需求更大。经分析造成差距的主要原因如下：4.2.1对大豆原料加工处理不重视目前国内的低变性豆粕主要存在两个问题：一是脱皮不好；二是NSI[5]（氮溶解指数）低。原料中豆皮含量越高对最终产品的质量影响越大（色泽、风味等）。原料的NSI值对产品的得率以及产品的功能性有很大的影响。所以，如何得到豆皮少，NSI值高的豆粕原料是生产大豆分离蛋白的重要前提。目前国内采用的大豆脱皮工艺有两种，热脱皮和冷脱皮，其原理均是利用豆皮和豆仁的温差产生不同的收缩膨胀效应，以达到壳仁分离目的，这两种方法均需对大豆进行预热（50～55℃），热脱皮工艺是在原料预热的基础上使豆皮急剧升温而达到壳仁分离;冷脱皮工艺则是将预热的大豆送到缓苏仓内慢慢冷却，使壳仁分离。目前国产设备的脱皮率大都在80%左右，个别的只有60%～70%，而国外技术先进的工厂则对豆皮控制较严格，要求脱皮率在95%以上，甚至要求达到99%。生产分离蛋白除了要求低变性豆粕的蛋白质含量高外，NSI值也是一个非常重要的指标，它对产品的得率以及产品的内在质量有很大的影响，我国目前的低变性豆粕的NSI值基本上都在75以下，而日、美等国均在85以上，有的甚至超过了90，在生产过程中引起蛋白质变性的因素主要有加热温度、时间和水分含量，为了脱除豆粕中的残留溶剂就要使豆粕具有一定温度，并保持一定的时间，而温度和时间对NSI的负作用很大，所以实际生产中则是寻求其最佳组合。生产低变性豆粕的方法比较多，采用闪蒸气流技术和低温真空脱溶工艺相结合乃是最佳的工艺。4.2.2产品的功能差所谓蛋白质的功能性是指蛋白质在贮藏、加工、销售以及在食品体系中发生作用的一系列物理化学特性。其中包括在水中，在盐性、碱性、酸性介质中的溶解度，不均一性，同其他组分的相溶性，稳定悬浮液、乳状液、泡沫的本领，当分散体被加热时形成凝胶体的本领，具有较强粘结性、持水性和其他一些特性，以及对最终食品的颜色、气味的影响等。所以功能性这个概念具有极广泛的性质，包含溶液、分散性、凝胶体和其他蛋白质形态的各种物理化学特性。国内的大豆分离蛋白功能性差主要表现在两个方面：一是具体功能性指标的差距；二是在使用产品时，对它在最终产品中将要起的作用不清楚。4.2.3综合效益差目前国内的工厂基本上是从原料中提取了1/3的蛋白质，还有1/3的碳水化合物变成了废渣被低价处理，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，造成严重的环境污染。要提高大豆分离蛋白的综合效益，必须进行综合加工利用，尽量降低从废水中流失蛋白质及其它营养物质。5.总结——本设计的研究宗旨以及意义目前，我国普遍采用的SPI提取工艺属碱溶酸沉工艺[6]，即豆粕经pH=7.8（NaOH调节）的水溶液浸提后离心去除不溶物，提取液经酸沉处理后再进行离心以分离出凝乳，凝乳经水洗、中和后直接进行喷雾干燥，获得SPI粉，提取液去除凝乳后获得的乳清水属高浓度有机废水.豆粕中蛋白质的提取多采用传统的罐式提取，存在用水量大、7S和11S组分提取率低、耗酸碱量大等缺陷.提取1tSPI需用豆粕约2.4t，用水量超过29t，产生24t高浓度乳清废水（COD>20%）；此外，低提取率导致豆渣中7S和11S残留量高，亚基解离导致SPI性能降低.因此，研究新型SPI提取工艺以提高7S和11S组分收率（即SPI收率）具有重要的现实意义.在本设计中，以传统的工艺理念为基础，继承与发展，取其精华，去其糟粕，克服了传统工艺流程中存在的不足，大大提高了大豆分离蛋白提取率。从而使其功能特性得到了进一步提升和利用，为以豆粕为原料制备大豆分离蛋白提供了很好的条件，进而为低温脱脂豆粕中大豆分离蛋白提取工艺应用领域的拓展创造了必要的前提条件。在食品应用领域代替原有的大豆分离蛋白提取工艺，显示了其广阔的市场前景。第二部分课程设计部分大豆分离蛋白（SPI）分离提取工艺及其优化条件的探究大豆分离蛋白又称等电点蛋白粉[7]，是脱皮脱脂的大豆进一步除去所含非蛋白成分后，得到的一种精制大豆蛋白产品。大豆分离蛋白是以低温豆粕为原料，分离提取的大豆蛋白，因其蛋白含量和功能特性各不相同，因而用途也不尽相同。它是一种蛋白纯度高（蛋白含量高达90%以上）、具有深加工性能的食品添加用的中间原料，具有良好的乳化性、溶解性、起泡性、吸油性和持水性等，可广泛应用于肉食品、乳制品、冷食冷饮、焙烤食品及保健食品等。迄今为止，全世界只有美国和日本等少数国家完全掌握了近百种功能性大豆分离蛋白产品的生产技术，并且应用于工业化生产。我国对大豆分离蛋白的市场需求较大。大豆分离蛋白的开发前景十分广阔，我国低温豆粕生产厂家技术也逐渐成熟，虽然我国大豆分离蛋白生产厂家为数不少，其产品单一。随着社会的发展、人口的不断增长及食品资源日益紧张，开发和利用大豆分离蛋白就显得尤为重要。1.材料1.1实验原料低温豆粕[7-8]：市售优质大豆，去皮后置于45℃的烘箱中干燥、粉碎、过80目筛，得大豆粉，测粗蛋白含量（CP）不能低于50%，氮溶性指数（NSI）80%以上。1.2实验器材pH-2型酸度计梅特勒-托利多国际股份有限公司FOSS2300凯氏定氮装置仪美国ThermoFisher公司Ultrospec-2000分光光度计瑞典Pharmacia公司LPG-5型离心喷雾干燥塔美国Agilent公司B-N电子分析天平杭州德茂科技有限公司LD-5型离心机北京医用离心机厂85-2磁力搅拌可调控制器上海将来实验设备有限公司鼓风恒温干燥箱苏州爱博特科技发展有限公司RE52-98型旋转薄膜蒸发器上海亚荣生化仪器厂循环水多用真空泵上海棱广科学器材有限公司电热恒温水浴锅吴江宏成电热设备有限公司组织捣碎机江苏省金坛市医疗仪器厂ZSD-I型自动水分滴定仪上海安亭电子仪器厂1.3实验试剂盐酸（工业食品级30%）、氢氧化钠（工业食品级30%）、硫酸、乙醇、过氧化氢、硼酸、硫酸铜、硫酸钾、硒粉、甲基红、溴甲酚绿等（均为分析纯）、水（去离子纯净水）。以上实验试剂均由燕山大学生物工程实验室提供。2.方法2.1传统碱提酸沉法2.1.1原料处理低温豆粕：市售优质大豆，去杂质后置于45℃的烘箱中干燥、干法粉碎、过80目筛，得大豆粉，测粗蛋白含量（CP）不能低于50%，氮溶性指数（NSI）80%以上。2.1.2溶解萃取在3L的烧杯中加入2L的纯净去离子水，放入恒温水浴锅中加热，在烧杯上安装磁力搅拌器和酸度计的电极。取上述经处理的低温脱脂豆粕200g，加入到烧杯中，即保证料液比例为1:10。在搅拌条件下，想烧杯中加入30%的氢氧化钠溶液，使蛋白质溶解，调整pH=8.00，温度T=40℃，搅拌时间t=25min。经该处理后，用160目滤布粗过滤，除去表面杂质。滤液转移至干净烧杯中，放入离心机4000r/min，离心20min，上清液转移至干净容器保存。过滤得到残渣，添加去离子水1L左右，维持料液比1:4。继续添加30%的氢氧化钠溶液，调节pH=8.40，在温度T=40℃条件下，使更多的蛋白质溶解。25min后160目滤布粗滤，除杂。滤液移至干净烧杯，4000r/min离心20min，上清液转移至干净容器保存，残渣回收利用。2.1.3酸沉淀将上述两次碱提得到的滤液合并，安装酸度计，30r/min磁力搅拌条件下，缓慢滴加30%盐酸溶液，调节pH=4.50，温度T=40℃，至析出的蛋白质量不再增加为止，将酸沉淀下来的沉淀物4000r/min离心分离10min，乳清液弃去不用，经污水处理设备处理后排放，加入2L水，分三次洗涤蛋白质，离心3500r/min，5min，去上清，再加400mL水，滴加30%氢氧化钠中和pH=7.00，时间t=40min，至蛋白质全部溶解好为止。2.1.4干燥测定分析在本次设计中，采用离心压力喷雾干燥法进行干燥。将上述得到的蛋白质溶液高温快速灭菌，真空浓缩。高压均质后，用高压泵将蛋白液打入喷雾干燥器，浆液浓度控制在15%～20%（注意浓度应该严格控制，浓度过高，黏度过大，易阻塞喷嘴，喷雾塔工作不稳定；浓度过低，产品颗粒小，比容过大，不利应用与运输，使喷雾时间延长，增加能耗。）喷雾时进风温度在160～170℃为宜，塔体温度为95～100℃，排潮温度为88～90℃。使用凯氏定氮仪对上述干燥得到的SPI进行含量测定，具体指标参见：水分含量测定：105℃恒重法；蛋白质含量及NSI测定：微量凯氏定氮法[9]（GB/T5511—2008）；脂肪含量测定：索氏抽提法[9]（GB/T5512—2008）；分离蛋白的蛋白质含量的测定方法按国家技术监督局发布的GB/T5511—2008《食品中蛋白质的测定方法》测定。此外，还应对蛋白质的提取率做相应计算，以便实验数据的对比与分析。蛋白质提取率计算公式如下：提取率=（提取得到蛋白质量/豆粕中蛋白质总含量）×100%。2.2优化改良的碱提酸沉新工艺2.2.1豆粕浸取处理低温浸出：精选大豆、烘干、破碎脱皮、脱胚，得豆皮，豆胚，豆瓣经软化、轧胚后加入6号溶剂抽提剂[10]将油浸出，得到湿粕和混合油，将湿粕经140℃高温闪蒸脱溶和70℃真空二次脱溶，得低温豆粕，控制蛋白含量50%以上，氮溶性指数（NSI）80%以上。将上述低温豆粕按1:4的料液比例添加去离子水，浸泡3～5h后，磨浆。2.2.2三次碱提萃取[11-12]取上述经处理的低温脱脂豆粕的磨浆液200g，加入到烧杯中，在烧杯上安装磁力搅拌器和酸度计的电极，向烧杯中加入1L左右的纯净去离子水，保证料液比例为1:10，放入恒温水浴锅中加热。搅拌条件下，向烧杯中加入30%的氢氧化钠溶液，进行一次碱提，调整pH=8.00，温度T=40℃，搅拌时间t=25min，使蛋白质溶解。溶解后，用160目滤布粗过滤，除杂质。滤液转移至离心机4000r/min，离心20min，上清液转移至干净容器保存。过滤得到残渣，添加去离子水，维持料液比1:4。继续添加30%的氢氧化钠溶液，二次碱提，磁力搅拌30r/min，10min，调节pH=8.40，在温度T=40℃条件下，使更多的蛋白质溶解。然后200目滤布粗滤，除杂。滤液移至干净烧杯，4000r/min离心20min，上清液转移至上述上清液中合并保存。将上述残渣取出，继续添加去离子水，保证料液比1:4，添加30%的氢氧化钠溶液，二次碱提，控制其pH=9.00，3500r/min离心15min，残渣经处理后排放，取上清液与前两次碱提得到的上清液合并，待用。2.2.3酸沉淀将以上三次碱提得到的上清液合并，30r/min磁力搅拌条件下，滴加30%盐酸溶液，安装酸度计，调节pH=4.50，温度T=40℃，至析出的粗蛋白质量不再增加为止，将酸沉淀下来的粗蛋白3500r/min离心分离10min，乳清液弃去不用，经污水处理设备处理后排放，加入2L水，分数次洗涤粗蛋白质，离心3500r/min，5min，去上清，再加400ml水，回调pH，滴加30%氢氧化钠中和pH=7.00，至蛋白质全部溶解好为止。2.2.4干燥测定分析参见上述传统碱提酸沉工艺流程中关于干燥测定分析的方法步骤。蛋白质溶液高温快速灭菌，真空浓缩，高压均质后，用高压泵将蛋白液打入喷雾干燥器干燥。干燥完毕后，使用凯氏定氮仪对上述干燥得到的SPI进行含量测定，具体指标参见：水分含量测定：105℃恒重法；蛋白质含量及NSI测定：微量凯氏定氮法（GB/T5511—2008）；脂肪含量测定：索氏抽提法（GB/T5512—2008）；分离蛋白的蛋白质含量的测定方法按国家技术监督局发布的GB/T5511—2008《食品中蛋白质的测定方法》[13]测定。此外，还应对蛋白质的提取率做相应计算，以便实验数据的对比与分析。蛋白质提取率计算公式如下：提取率=（提取得到蛋白质量/豆粕中蛋白质总含量）×100%。3.设计3.1单因素实验[14]确定SPI提取工艺参数范围的设计3.1.1提取时间对SPI二次碱提效果的影响经查阅相关文献报道，SPI提取时间基本位于20～50min不等，以此为基础，以低温脱脂豆粕为原料，固定提取温度为45℃，酸沉温度为40℃，提取pH为8.4，料液比为1:10，并且分别选取提取时间为20min，30min，40min，共三个不同时间段，以上述的方法一（传统碱提酸沉法）为依据，分别经过原料处理，碱溶解（二次碱提），渣液分离，酸沉淀，离心分离，碱液中和回调，灭菌浓缩，喷雾干燥等步骤分离提取SPI，考察提取时间对SPI二次碱提效果的影响，记录数据，并做成图表。3.1.2提取pH对SPI二次碱提效果的影响经查阅相关文献报道，当低温脱脂豆粕分散于pH为6.5的溶液中时，豆粕中的溶解度开始随着pH值上升而上升，以此为基础，以低温脱脂豆粕为原料，固定提取温度为45℃，酸沉温度为40℃，提取时间为30min，料液比为1:10，并且分别选取提取pH为7.4，8.4，9.4，共三个不同pH梯度，以上述的方法一（传统碱提酸沉法）为依据，分别经过原料处理，碱溶解（二次碱提），渣液分离，酸沉淀，离心分离，碱液中和回调，灭菌浓缩，喷雾干燥等步骤分离提取SPI，考察提取pH对SPI二次碱提效果的影响，记录数据，并做成图表。3.1.3提取温度对SPI二次碱提效果的影响经查阅相关文献报道，当低温脱脂豆粕的处理以及SPI提取温度在30～70℃时，其蛋白质提取率较高，以此为基础，以低温脱脂豆粕为原料，固定酸沉温度为40℃，提取时间为30min，料液比为1:10，提取pH为8.4，并且分别选取提取温度为40℃，50℃，60℃共三个不同温度梯度，以上述的方法一（传统碱提酸沉法）为依据，分别经过原料处理，碱溶解（二次碱提），渣液分离，酸沉淀，离心分离，碱液中和回调，灭菌浓缩，喷雾干燥等步骤分离提取SPI，考察提取温度对SPI二次碱提效果的影响，记录数据，并做成图表。3.1.4料液比对SPI二次碱提效果的影响根据相关文献报道，固液比例（即料液比）影响蛋白质得率，料液比过大过小均会影响其蛋白质提取率，以此为基础，以低温脱脂豆粕为原料，固定提取温度为45℃，酸沉温度为40℃，提取时间为30min，提取pH为8.4，并且分别选取料液比为1:8，1:10，1:12，共三个不同的料液比梯度，以上述的方法一（传统碱提酸沉法）为依据，分别经过原料处理，碱溶解（二次碱提），渣液分离，酸沉淀，离心分离，碱液中和回调，灭菌浓缩，喷雾干燥等步骤分离提取SPI，考察料液比对SPI二次碱提效果的影响，记录数据，并做成图表。3.2正交实验确定SPI提取[15]工艺优化条件的设计根据以上四个单因素实验，我们能确定并选择出合适的SPI提取工艺参数范围。为确定SPI提取工艺中各个参数的效应和交互作用，选择出最优水平组合，我们以残渣中的蛋白质含量以及蛋白质提取率做为评价指标，选择采用L9（34）正交表，以此进行正交试验，优化SPI提取工艺参数，确定影响提取效果的各因素的主次顺序，得出最佳的因素水平组合。正交实验因素与水平设计见表1。表1因素与水平设计正交表因子ABCD水平豆粕:水温度/℃酸碱度/pH时间/min11:8407.42021:10508.43031:12609.4403.3最佳SPI提取工艺优化[16]参数下应用碱提新工艺的设计通过选择采用L9（34）正交表，以料液比、提取温度、提取时间、酸碱度四个因素和设计的三个水平（不考虑交互作用），进行正交试验设计计算，我们得出优化SPI提取工艺参数，确定影响提取效果的各因素的主次顺序以及最佳的因素水平组合。在以上几个实验设计得到的最佳优化SPI提取工艺参数的基础之上，结合传统碱提酸沉工艺和相关技术资料，开发出一套新的SPI提取工艺。将通过单因素实验以及正交实验确定的最佳工艺参数应用于新的SPI提取工艺，具体操作流程参见方法二（优化改良的碱提酸沉新工艺[19]），以残渣中的蛋白质含量以及蛋白质提取率做为评价指标，研究对比新工艺的综合性能。4.分析与总结4.1分析展望大豆分离蛋白（SPI）是以大豆为原料，提取的蛋白质含量90%以上的组分。由于它具有良好的溶解性、乳化性、起泡性、持水性和凝胶性等功能特性，被广泛应用于肉制品和焙烤制品等食品中。SPI的制取方法按工艺特点主要分为3种：碱溶酸沉法，离子交换法，超滤法。目前我国生产SPI的生产线主要是引进日本、美国、德国等国技术和设备，并多采用碱溶酸沉法。在工厂实际生产中大豆粕质量及碱提、酸沉工序是影响SPI提取率及功能特性的最主要因素。目前SPI提取率的研究已经从之前的单一工艺研究转向对原料地域、品种的研究，但对于高蛋白大豆粕蛋白质提取率低的问题研究不多。针对低温脱脂大豆粕蛋白质提取率低的问题，在该设计中，研究设计了一套新的工艺流程，相比于传统的工艺流程其主要特点和优点做如下简要分析：首先，是豆粕的质量。豆粕质量的好坏直接影响分离蛋白的提取率和功能特性。在本次新工艺流程中用于分离蛋白生产的原料豆粕是经过清选、去皮、溶剂脱脂，低温或闪蒸脱溶后的低变性豆粕而不是传统工艺中使用的普通销售豆粕。这种豆粕含杂质少，蛋白含量较高，蛋白变性程度低，适于大豆分离蛋白生产。这是SPI制取新工艺方法中的一个改良。此外，豆粕中的蛋白变性程度，亦即氮溶解指数（NSI）的高低与大豆分离蛋白的提取率也有很大关系。经查阅相关资料，当原料豆粕的NSI值为74.25%时，大豆分离蛋白的得率为37%；NSI值为80.3%时，得率为40%；当NSI值为83%时，得率为43%。分离蛋白的提取率除与豆粕的变性程度有关外，还与用于浸油的原料大豆的蛋白含量组分有密切关系。大豆分离蛋白的主要构成为大豆球蛋白中的7S和11S组分。这两种组分在含盐溶液中的粘度和溶解度也大不相同。大豆球蛋白中的2S组分，分子量小，提取分离蛋白时分散于乳清液中。因此，大豆原料中2S蛋白组分过高，即使蛋白含量和NSI值都很高，蛋白提取率也不会很高。从此得知，用于分离蛋白生产的原料大豆必须进行检测，要采用7S和11S含量较高的大豆品种，这对稳定大豆分离蛋白的提取率和功能性是十分必要的。而在本次课程设计中，就很好的注意到了这一点。其次，是原料处理方式。很多企业都是先将豆粕干法粉碎后再与水混合浸提。干法粉碎不利于提高蛋白质的提取率，而且容易使蛋白质发生热变性，降低蛋白质的NSI值。若将脱脂豆粕加水先浸泡一段时间再磨浆，这样可以有效的提高蛋白质的提取率。先浸泡后磨浆的方法，比干法粉碎再浸泡更有符合大豆蛋白质的溶解机理。经测定，先浸泡后磨浆比干法粉碎再浸泡的蛋白质提取率高2～4个百分点。用水浸提大豆蛋白时，加水量越多，蛋白质的提取率就越高，但是加水太多，酸沉时乳清液中的球蛋白量增加，蛋白的损失量也就增高，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，成品的得率也会下降。还会增加后续各工序的难度。因此在新的SPI制取工艺中，在磨浆阶段较为严格的加入水量，较好的控制了浆料粒度越细，从而使蛋白得率和浸提效果达到较高水平，同时有效降低了过滤分离的难度。第三，借助生物统计学正交设计知识。在传统的SPI制取工艺中，根据四个单因素实验，能确定并选择出合适的SPI提取工艺参数范围，然后以此为基础，通过选择采用L9（34）正交表，以料液比、提取温度、提取时间、酸碱度四个因素和设计的三个水平，进行正交试验设计计算，我们得出优化SPI提取工艺参数，确定影响提取效果的各因素的主次顺序以及最佳的因素水平组合。生物统计学知识的应用，较为科学和严谨的为新的SPI提取工艺提供坚实的基础。最后，工艺流程的改良。在旧的SPI提取工艺中采用的是碱提酸沉法，其中碱提过程一般为两次或者一次，在新的SPI提取工艺中，由原来的两次变为三次，并相应的改变了其参数条件范围，大大提高了蛋白质提取率。除此之外，还改良了原料处理流程，为新工艺的更好应用奠定了坚实的理论基础。在本