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      影響大豆分離蛋白流動性和揚塵性的因素研究

      2019-04-29 01:08:02牛祥臣王洪彩李順秀李成輝王吉龍
      中國油脂 2019年3期
      關(guān)鍵詞:分散度消泡劑蛋白粉

      牛祥臣,王洪彩,李順秀,李成輝,王吉龍,劉 軍

      (山東禹王生態(tài)食業(yè)有限公司,山東 禹城251200)

      大豆分離蛋白是采用低溫脫溶豆粕為原料提取加工的植物蛋白,其蛋白質(zhì)含量在90%以上,是含有人體必需氨基酸最豐富的蛋白[1]。大豆分離蛋白具有較好的凝膠性、乳化性、起泡性、保水性等功能[2],被廣泛用于火腿、千葉豆腐、固體飲料等產(chǎn)品中[3]。在實際加工過程中,蛋白的粉體特性對加工過程帶來較大影響,其中最明顯的是蛋白粉的流動性和揚塵性。

      粉體流動性是指粉體在重力作用下,通過料斗或漏斗表現(xiàn)出的流動性,也稱為粉體干流性[4],可以采用休止角進(jìn)行評價[5]。粉體揚塵性是指粉體在自然傾倒時的飛揚程度,可以采用分散度來評價。

      大豆分離蛋白的流動性直接影響粉體傾倒、粉體運輸、粉體過篩、粉體包裝等過程的效率。此外,大豆分離蛋白的流動性直接影響包裝的質(zhì)量,尤其對于干混類產(chǎn)品,流動性好的粉體,袋與袋包裝誤差減少,均勻度高[6]。

      大豆分離蛋白粉的揚塵性對加工過程的環(huán)境和人體影響較大,揚塵性過大,在加工過程中容易起塵,污染周圍環(huán)境,一旦濕度過大,就會引起微生物繁殖,進(jìn)而給產(chǎn)品帶來風(fēng)險。

      本文研究大豆分離蛋白的流動性和揚塵性的影響因素,以期能夠指導(dǎo)大豆分離蛋白開發(fā),滿足不同客戶的需求。

      1 材料與方法

      1.1 實驗材料

      低溫食用豆粕:山東禹王生態(tài)食業(yè)有限公司;鹽酸、液堿,均為食品級,市售。

      BT-1000粉體綜合特性測定儀;F25-52F高剪切分散乳化機;HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋;JJ-1精密增力電動攪拌器;PHS-3C型pH計;TD5A-WS型臺式離心機;KQ-500DB型數(shù)控超聲波清洗器;SYH-200三維運動混合機;LPG-5噴霧干燥機;SN-3400掃描電鏡,日本日立公司;Rise-2012干法激光粒度儀;EMS550離子濺射鍍膜儀。

      1.2 實驗方法

      1.2.1 大豆分離蛋白提取工藝

      萃?。悍Q取500 g低溫食用豆粕,按料水比1∶10分散于去離子水中,調(diào)節(jié)pH至8.5,在室溫下攪拌提取30 min,然后離心(2 400 r/min)10 min,得到一萃豆乳和一萃豆渣。一萃豆渣中加入2 kg去離子水,調(diào)節(jié)pH至8.5,再次萃取30 min,然后離心(2 400 r/min)10 min,得到二萃豆乳和豆渣。一萃豆乳和二萃豆乳合并得到混合豆乳。

      酸沉:將混合豆乳pH調(diào)節(jié)至4.4~4.5,靜置15 min,3 000 r/min離心5 min,去除上清液得到蛋白凝乳。

      中和:蛋白凝乳加入去離子水溶解,剪切2 min,然后調(diào)節(jié)pH至6.0~8.5,蛋白溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)根據(jù)實驗情況調(diào)整,攪拌10 min,并添加適當(dāng)?shù)南輨┻M(jìn)行消泡抑泡處理。

      殺菌:采用殺菌溫度140℃,殺菌時間5 s,得到殺菌后的蛋白料液。

      干燥:采用離心式噴霧干燥機進(jìn)行干燥,進(jìn)風(fēng)溫度190℃,出風(fēng)溫度70℃,干燥后得到大豆分離蛋白。

      1.2.2 流動性的測試

      采用BT-1000粉體綜合特性測定儀測定粉體的休止角,進(jìn)樣量30 g。

      1.2.3 揚塵性的測試

      采用BT-1000粉體綜合特性測定儀測定粉體的分散度,通過分散度的大小反映產(chǎn)品的揚塵性好壞,進(jìn)樣量10 g。

      1.2.4 粒徑的測試

      采用Rise-2012測試粒徑(D50)。測試條件:分散介質(zhì)為壓縮空氣,樣品折射率1.76-0.05i,介質(zhì)折射率1.0。

      1.2.5 掃描電鏡測試

      取適量不同pH的樣品均勻粘附在掃描電鏡觀察臺上,用離子濺射鍍膜儀在蛋白表面鍍金,約15 nm厚。處理好的樣品置于樣品盒中,加速電壓為20 kV,用2 000倍的電子顯微鏡觀察蛋白表面結(jié)構(gòu)。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 蛋白溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對流動性和分散度的影響

      調(diào)節(jié)中和工序蛋白溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)至10%、12%、14%、16%、18%、20%,中和pH 7.5,消泡劑添加量0.2%(以蛋白粉干基質(zhì)量計),然后進(jìn)行殺菌、噴霧干燥(噴嘴孔徑1.4 mm),測定粉體的休止角及分散度,同時測定粉體粒徑,結(jié)果見圖1。

      圖1 蛋白溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對蛋白粉流動性、分散度和粒徑的影響

      由圖1可知,隨著蛋白溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高,大豆分離蛋白粉的休止角和分散度降低,表明蛋白粉的流動性變好,揚塵性變低,蛋白粉不容易飛揚,這有利于生產(chǎn)加工操作。分析其原因,主要是由于蛋白溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高,黏度提升,在噴霧干燥時,形成的霧滴中干物質(zhì)多,形成的粉體顆粒較大。

      隨著蛋白溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高,粉體粒徑明顯增加,這進(jìn)一步表明了蛋白溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高,蛋白質(zhì)發(fā)生聚集作用,并且隨著蛋白溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,聚集程度越大,顆粒尺寸越大,從而粒徑變大,越不易飛揚,同時蛋白分子之間的相互靜電作用減少,造成蛋白粉的流動性變好,揚塵性變低。這與郭鳳仙[7]的研究結(jié)果一致。

      因此,在保證產(chǎn)品其他功能性指標(biāo)的前提下,蛋白溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高越好,對于蛋白凝膠性要求低的產(chǎn)品,蛋白溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)可調(diào)整到18%以上,而對凝膠性要求高的產(chǎn)品,蛋白溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)不宜超過14%。

      2.2 中和pH對流動性和分散度的影響

      調(diào)節(jié)中和pH至6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5,蛋白溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%,消泡劑添加量0.2%,然后進(jìn)行殺菌和噴霧干燥(噴嘴孔徑1.4 mm),測定粉體的休止角及分散度,結(jié)果見圖2。

      圖2 中和pH對蛋白粉流動性、分散度的影響

      由圖2可知,隨著中和pH的升高,大豆分離蛋白的休止角和分散度都呈升高的趨勢。中和pH從6.0升高至8.5,產(chǎn)品休止角從35.86°升高至47.74°,分析原因是低pH減少離子表面粗糙度,球形粒子的光滑表面能減少接觸點數(shù),減少摩擦力。當(dāng)中和pH在6.5左右時,產(chǎn)品休止角為40°,此時可滿足一般加工廠對于產(chǎn)品流動性的需求,但當(dāng)pH低于7.0時,大豆分離蛋白的功能性會受到一定的影響,因此需要綜合考慮各項指標(biāo)確定最適的中和pH。

      選取中和pH 6.0、7.0、8.0下制備的蛋白粉進(jìn)行掃描電鏡測試,結(jié)果見圖3。

      圖3 不同pH的蛋白粉電鏡掃描圖譜

      由圖3可知,不同pH的大豆分離蛋白粉的膨脹度不同,表面差別較大,pH越低,蛋白粉的結(jié)構(gòu)越接近球形,且蛋白粉不粘連,從而造成蛋白粉的流動性較好。隨pH升高,蛋白表面結(jié)構(gòu)變化明顯,出現(xiàn)不規(guī)則膨脹,蛋白相互粘連增多,進(jìn)而流動性變小,同時揚塵度升高。

      2.3 消泡劑添加量對流動性和分散度的影響

      調(diào)節(jié)中和工序蛋白溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)至12%,中和pH 7.5,中和過程中分別添加0、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%的消泡劑,然后進(jìn)行殺菌和噴霧干燥(噴嘴孔徑1.4 mm),測定粉體的休止角和分散度,結(jié)果見圖4。

      圖4 消泡劑添加量對蛋白粉流動性和分散度的影響

      由圖4可知,隨著消泡劑添加量的增加,大豆蛋白粉的休止角逐漸升高,粉體流動性變低,分散度降低,粉體揚塵性變低。分析其原因主要是,消泡劑的主要成分是二甲基硅氧烷乳液,該成分加入中和液后,和蛋白結(jié)合,起消泡作用,同時成為了一種粘合劑,使蛋白之間粘連。另外,該物質(zhì)具有一定的黏性,附著在蛋白表面,阻礙蛋白的流動性。因此,消泡劑的添加量可依據(jù)實際生產(chǎn)情況進(jìn)行確定,對于流動性要求高的蛋白可以適當(dāng)降低消泡劑的添加量,最佳狀態(tài)是不添加消泡劑,而對于低揚塵度的產(chǎn)品可適當(dāng)添加消泡劑。

      2.4 干燥噴嘴孔徑對產(chǎn)品流動性和分散度的影響

      調(diào)節(jié)中和工序蛋白溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)至12%,中和pH 7.5,消泡劑添加量0.2%,采用孔徑1.3、1.4、1.6、1.7 mm噴嘴進(jìn)行噴霧干燥,測定粉體的休止角、分散度和粒徑,結(jié)果見圖5。

      圖5 噴嘴孔徑對蛋白粉流動性、分散度和粒徑的影響

      由圖5可知,隨著噴嘴孔徑增加,粉體的休止角降低,流動性變好,分散度降低,揚塵性變低。噴嘴孔徑直接影響干燥后粉體粒徑,孔徑增加0.4 mm,粉體粒徑提高18%。此外,大噴嘴噴霧情況下可以有效解決由于霧化料液重疊導(dǎo)致的產(chǎn)品出現(xiàn)潮粉的問題。

      一般生產(chǎn)中在滿足粉體細(xì)度要求的前提下,采用更大孔徑的噴嘴獲得的產(chǎn)品流動性好,揚塵性低。

      2.5 抗結(jié)劑類物質(zhì)對流動性和分散度的影響

      目前,我國許可使用的抗結(jié)劑類物質(zhì)有二氧化硅、硅鋁酸鈉、磷酸三鈣、亞鐵氰化鉀和微晶纖維素5種。本實驗采用干法混合的方法,在大豆分離蛋白粉(按1.2.1方法制備,中和過程中蛋白溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%,中和pH為7.5,消泡劑添加量為0.2%,干燥時噴嘴孔徑為1.4 mm)中分別加入0、0.05%、0.10%、0.15%的二氧化硅,在三維混料機中混合3 h,然后測定休止角和分散度,結(jié)果見圖6。

      圖6 二氧化硅添加量對蛋白粉流動性和分散度的影響

      由圖6可知,隨二氧化硅添加量增加,粉體休止角降低明顯,流動性變好,分散度升高,粉體揚塵性明顯。二氧化硅一般作為食品工業(yè)中的抗結(jié)劑和助流劑使用。二氧化硅類助流劑附著在粉體表面,減少粉體之間的粘連,降低靜電效果,粉體之間的摩擦降低,從而使流動性變好。

      一般對流動性要求高的產(chǎn)品,比如固體飲料類產(chǎn)品,可根據(jù)生產(chǎn)需要,添加少量二氧化硅,添加量在0.1%左右較佳。

      3 結(jié) 論

      控制大豆分離蛋白粉體的流動性和揚塵性可從中和工序蛋白溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、中和pH、消泡劑添加量、干燥噴嘴孔徑、抗結(jié)劑方面進(jìn)行控制。一般性的,生產(chǎn)流動性好、揚塵度低的大豆分離蛋白產(chǎn)品的較佳參數(shù)為:中和工序蛋白溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在14%左右,中和pH控制在6.5左右,消泡劑添加量0.05%,噴嘴孔徑在1.6 mm左右,根據(jù)需要適當(dāng)添加二氧化硅類(添加量控制在0.1%左右)的抗結(jié)劑。

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