1、现状 大豆分离蛋白(SoyProteinIsolate,简称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%以上的功能性食品的添加剂由于它具有良好的溶解性,乳化性、起泡性、持水性和粘弹性等特性,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(例如冰淇淋、奶油、雪糕、布丁等),烘焙食品(例如面包、糕点等)。目前世界大豆分离蛋白的年产量约40~50万t,增长势头十分强劲。 早在50年代初,美国已研究开发出大豆分离蛋白,但是由于技术难度大,直到70年代其生产技术才趋于完善和成熟。目前,国际上居垄断地位的大豆分离蛋白生产厂商主要有美国,日本、巴西生产的大豆分离蛋白在国际市场上也占有一定份额。 我国80年代初开始生产大豆分离蛋白,迄今为止,已建、自建、合资和独资的大豆分离蛋白生产厂已有10多家,年生产能力约3万t,主要在黑龙江、吉林，在哈尔滨,开封,山东、河南等地已建和正在筹建的生产厂。我国大豆分离蛋白的生产与发展是和食品工业,尤其是肉食品(例如西式火腿)等的迅速发展,需求量大增密切相关。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,所以每年大约进口大豆分离蛋白达2万t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,乃是急待解决的任务。 2、大豆分离蛋白的功能特性 大豆籽粒中约含蛋白质38%~42%,碳水化合物(包括粗纤维)25%~27%,脂肪16%~20%,水分10%~12%,灰分3%~5%。可将大豆籽粒加工成大豆蛋白粉(含蛋白质50%),浓缩蛋白(含蛋白质70%),分离蛋白(含蛋白质90%)以及组织蛋白,纤维蛋白等产品。大豆蛋白经修饰!改性制取的高纯度大豆分离蛋白具有良好的溶解性、乳化性、起泡性、持水性和粘弹性等功能性乃是大豆分离蛋白非常重要的性质,而大豆蛋白的组成和结构是决定大豆分离蛋白功能特性的重要因素。 大豆蛋白质是由一系列氨基酸通过肽键结合而成的高分子有机聚合物,它主要由清蛋白和球蛋白组成,其中清蛋白约占5%,球蛋白约占90%。由于大豆球蛋白是椭园球形,故此命名。球蛋白溶于水或碱溶液,加酸调pH值的等电点4、5,则沉淀析出,故又称酸沉蛋白,而清蛋白无此特性,故又称为非酸沉蛋白。球蛋白中主要为11S和7S蛋白,约占总蛋白的70%,其余为2S和15S等,11S球蛋白的分子量为17~35万,为疏水性聚合体。7S球蛋白的分子量为14~17万,为疏水性聚合体。7S和11S球蛋白对大豆蛋白的功能特性起着十分重要的主导作用。国外对7S和11S球蛋白的分子结构!功能特性,蛋白质修饰技术以及高品质多功能系列大豆分离蛋白产品的生产工艺进行了大量深入细致的研究,并取得了重大成果,属于绝密高科技。球蛋白和清蛋白均属于贮藏蛋白,它与大豆加工性能关系密切,而大豆生物活性蛋白,例如胰蛋白酶抑制剂、血球凝集素,脂肪氧化酶等,在总蛋白中所占比例虽然很少,但对大豆制品的质量却关系重大。 3、大豆分离蛋白的生产工艺 目前,大豆分离蛋白的生产工艺基本上可分为全湿法和半干半湿法。从大豆蛋白浆液中分离提纯制取蛋白质的方法主要有碱提酸沉法和膜分离浓缩法两种。目的是既要从低温豆粕中除去低分子可溶性非蛋白质部分,又要去掉不溶性高分子成分,最终获得高纯度的分离大蛋白。 4 差距 当前我国生产的大豆分离蛋白的功能特性与国外有较大差距,主要表现在: ⑴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(氮溶解指数)低,原料中豆皮含量越多,就愈影响最终产品的质量(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SPI的重要前提。因为不论何种脱皮工艺,其原理都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。目前国内大豆脱皮工艺基本上采用两种方法:热脱皮和冷脱皮。不论是热脱皮还是冷脱皮,事先都要对大豆进行预热(50~55℃),热脱皮工艺则是在原料预热的基础上使豆皮急剧升温,达到壳仁分离;而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。具体采用的工艺设备形式很多,国产设备的脱皮率大都在80%左右,个别的甚至在60%~70%,而国外技术先进的工厂则对豆皮控制较严格,要求在95%以上,甚至达到99%。应重视低变性豆粕的研究,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,所以如何生产出NSI高值的豆粕是一个重要的课题。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,甚至超过了90,所以国内在生产低变性豆粕的工艺和设备上还需加大力度进行研究。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,并保持一定的时间是必须的,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。 ⑵产品的功能差 所谓蛋白质的功能性(Functionality)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SPI的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,例如ProminD在12%时,其粘度为38000CP,而相同浓度的国内产品其粘度只有350CP。Supro590的持水性为7.08ml/g,而国内产品仅为4.86ml/g.在分散稳定性方面,国内产品就更差了。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,例如,同样应用于肉制品,当用于午餐肉时,要求产品具有良好的乳化性和凝胶性,而用于盐水注射的西式火腿肠时,则要求SPI具有良好的分散稳定性和低的粘性。大豆分离蛋白还不是最终食品,还要和其他食品组分组合在一起,即进行二次加工才能转变为最终消费的产品。所以大豆蛋白质和传统的以及新兴的食品有个接合点问题,这个接合点不单单是蛋白质的营养价值,更重要的是它的功能性,换句话说决定蛋白质经济价值的主要因素是它的功能性,而不是它的营养生理价值"应克服只注重产品的生产,得率以及它的营养价值,而忽视了产品功能性的研究。 ⑶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,应高度重视大豆分离蛋白的综合效益,必须对其进行综合加工利用,尽量降低从废水中流失蛋白质及其他营养物质,进行回收,综合利用。 ⑷应用高新技术不够 应该大力采用酶工程,蛋白质工程、膜技术以及高效低耗,低成本生产大豆分离蛋白以及蛋白质修饰、改质技术,副产物的回收、综合利用等高新技术。 ⑸大豆分离蛋白的应用技术急待开发研究 大豆分离蛋白如何更好地应用到食品体系中是一个非常复杂的问题:一方面,它的应用范围很广,几乎可以添加到任何食品中去;另一方面,它的结构复杂性和易变性,使我们在应用时感到非常困难。国内近几年大豆分离蛋白的需求量猛增的主要原因是我们引进了一些西式肉制品加工生产线,而这些西式肉制品,如高温火腿、火腿肠、午餐肉、三文治等的配方中均离不开大豆分离蛋白.仅春都、双汇、金锣三家每年就需要2万多t大豆分离蛋白,所以目前国内大豆分离蛋白主要消费在这些引进的生产线上,对于食品工业的其他行业也存在着巨大的市场潜力,这就需要我们研究出许多实用配方,来拓展这一市场。 5、建议 ⑴应重视工艺理论的研究 目前国内现有的生产厂,只有分离设备和国外还有某些差距,需进一步完善"当前突出的问题是工艺理论的不足,SPI的生产属高技术范围,技术层次高、涉及面广,我国的分离蛋白厂对高技术的重视和研究不够。应重视SPI产品的质量,它包括一系列的功能性质,这是当前我国和国际先进水平的差距,SPI的生产只有走高科技的道路,对SPI产品应从大豆育种,栽培到生产、储存、加工、应用等进行全面的、系统的、科学的研究,才能生产出高质量产品。 ⑵应重视功能性的研究 蛋白质的功能及其影响因素比较复杂,加上最终食品体系的复杂性,其难度更大"蛋白质功能性质的评价或检测,归根到底还是由最终产品决定。首先应研究加工工艺对产品功能性质的影响,然后以蛋白质分子理论及蛋白质和其他组分相互作用的理论为基础,对模拟体系研究,最后才是最终产品的研究。每一步都根据研究的情况向前反馈,最后就能找到适合这种最终产品的SPI。 ⑶积极采用新技术 下列高新技术应予以重视和积极应用 ① 闪蒸脱皮技术 原料豆粕的质量对SPI关系重大。在大豆原料的预处理!浸出!脱溶的整个工艺中,应力求获得含皮少、NSI值高的豆粕。为此应重点研究脱皮工艺和脱溶工艺,皇冠公司和布勒公司的热脱皮系统,是目前世界上最先进的脱皮系统,应加紧消化吸收。 ②膜技术 在分离蛋白的生产中采用膜技术可以解决两个主要问题,一是利用膜技术来生产分离蛋白,从而改变传统的碱溶酸沉法,这将是分离蛋白生产上的一场革命;二是乳清回收,过去由于乳清的量大、浓度低,尽管其中含有很多的有用成分,但始终没有找到经济合理的方法回收,现在可以利用膜技术将乳清蛋白和低聚糖回收,这不但回收了有用成分,而且还解决了严重的环保问题,可谓一举两得。 ③大豆蛋白的低分子化技术 对大豆蛋白进行低分子化处理,可以大大地提高产品的分散性和分散稳定性,现代科学已经证明人体对低分子的肽可以直接吸收,且有较高的吸收率,低分子化的大豆分离蛋白在饮料中应用的前景很大。 ④蛋白质修饰技术 SPI作为食品添加剂,需要具有各种各样的功能性质,为此除了对蛋白质进行热处理外,最重要的手段则是对蛋白质进行修饰,以增加其功能性,所谓蛋白质的修饰就是利用化学方法在蛋白质的分子上引入我们需要的基团,以弥补其缺陷。 ⑤速溶技术 传统的SPI粒子非常小,100μm以下的粒子占80%以上,表面能非常大,产品的缺点是粉尘大,速溶性不好,为此应对产品进行速溶性处理。目前有两种可行的方法,一是凝聚法,即采用多级干燥系统,二是在制品中添加磷脂,使雾化的磷脂和产品混合以降低表面能,增加速溶性,为此可以采用气流雾化法和无气雾化法,其中以美国Shaklee公司开发的无气高压雾化系统比较好。 ⑥豆渣的利用 现代“文明病”的原因之一是膳食中缺少纤维素,所以有人提出将纤维素列入营养素中。除此而外,豆渣中还含有20%~30%的蛋白质,所以将豆渣添加到食品中去,直接为人利用,是非常有效的途径。 ⑦重视节省能源 分离蛋白生产厂是耗能大户,喷雾干燥部分的操作费用占总操作费的80%左右,所以必须加强能源管理,降低能耗 |
