【文章內(nèi)容簡介】 氨酸與丙氨酸或胱氨酸之間產(chǎn)生縮合反應(yīng)，生成有毒物質(zhì)，賴氨酸營養(yǎng)價值大大降低；且成品顏色深，味道苦，食用性差 。 郭榮華等對堿法、酶法提取大米蛋白工藝和產(chǎn)品功能特性進行比 較：堿法提 6 取 [8]得到大米蛋白純度達到 90％，提取率為 55％；酶法提取大米蛋白純度為 45％，提取率為 40％。堿法提取大米蛋白持水性、吸油性和起泡性優(yōu)于酶法提取大米蛋白，而酶法提取大米蛋白溶解性、乳化穩(wěn)定性和泡沫穩(wěn)定性優(yōu)于堿法提取大米蛋白，兩種方法提取得 到的產(chǎn)品乳化能力相當 。堿水解與酶水解有著本質(zhì)不同，堿法提取米渣中蛋白質(zhì)是提取其中占蛋白質(zhì)總量 80％以上堿溶性蛋白，是蛋白質(zhì)大分子，但強堿可能使氨基酸之間縮合產(chǎn)生有毒物質(zhì)，且產(chǎn)生苦澀怪味。而酶法提取則可提取更多水溶性蛋白、醇溶性蛋白、難溶性蛋白及經(jīng)降解和修飾的水 溶性小分子活性肽和游離氨基酸，不僅不會破壞大米蛋白生物功能，降低提取物營養(yǎng)價值，產(chǎn)生怪味，且還可提高和促進人體對其消化與吸收。因此，從營養(yǎng)、風(fēng)味及生物功能等多方面考慮，酶法水解米渣提取蛋白水解物優(yōu)于堿法提取大米蛋白 （ 4）復(fù)合提取法 由于單純使用堿法或酶法存在這樣那樣問題，人們開始考慮采用復(fù)合提取方法，以做到既保證產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)率又盡可能降低生產(chǎn)成本，為此，進行許多研究實驗。王亞林等采用堿酶兩步法從米渣分步抽取大米蛋白，獲得較好效果。該方法先用堿溶法提取部分蛋白質(zhì)，然后采用堿性蛋白酶對殘渣輕微水解，以 提高蛋白質(zhì)溶解性，進行蛋白質(zhì)二次提取，使蛋白質(zhì)抽提率達到 ％ 。 劉冀 [2]等用米渣為原料，同樣采用堿、蛋白酶兩步法提取大米蛋白，純度和得率分別為 ％和 %由于溶劑提取法生產(chǎn)成本高、所得產(chǎn)品存在安全隱患等問題；酶法提取生產(chǎn)成本高、得率偏低；堿法提取耗用大量堿性溶液存在環(huán)保問題；物理分離需要有特制處理設(shè)備；所以今后研究方向應(yīng)是針對具體原料，把常規(guī)方法加以合理組合進行大米蛋白提取。 國內(nèi)外大米蛋白產(chǎn)品的生產(chǎn)現(xiàn)狀 國外生產(chǎn)和銷售大米蛋白的主要廠家有 Stauber Performance Ingredients，Inc． （ 美國 ） ， BayerCorporation． Agriculture Division（ 美國 ） 和 NutribioticInc． （ 美國 ） 。其大米蛋白產(chǎn)品，很好的結(jié)合了風(fēng)味、保健的功能，制品里面添加了許多功能因子，分為普通型 （ Plain） 、香子蘭型 （ Vanilla） 、巧克力型 （ Chocolate） 、漿果型 （ Mixed Berry） ，這類蛋白用于對其他蛋白過敏的人群、嬰兒制品、飲料等，其服務(wù)對象主要是那些不喜歡動物蛋白 （ vegetarian） 和大豆蛋白的人群。此外，國外對于大米蛋白可食 用膜的研究也有報道。 目前我國大米加工質(zhì)量和稻谷利用率都很低，糧食加工的增值效應(yīng)低，特別是深加工方面幾乎是空白，生產(chǎn)和銷售大米蛋白 （ 包括大米粉 ） 的廠家在網(wǎng)上只找到湖南桃源縣魯洲糖業(yè)有限責(zé)任公司，而且其蛋白產(chǎn)品純度也不高。利用植物為原料開發(fā)蛋白質(zhì)經(jīng)濟可行，特別適合發(fā)展中國家。事實表明植物性蛋白在食用的安全性上優(yōu)于動物蛋白。蛋白質(zhì)不僅是一種營養(yǎng)物質(zhì)，作為一種生物大分子它 7 還具有改變食品質(zhì)構(gòu)的功能。因此，作為植物蛋白開發(fā)另一個重要方面就是對蛋白質(zhì)進行改性，以拓寬植物性蛋白應(yīng)用領(lǐng)域。利用早秈稻或碎米為原料生產(chǎn)淀粉糖或 發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸、檸檬酸、乳酸以及生化藥品時，米粉液化或是糖化后的副產(chǎn)品 —— 米渣的綜合利用一直是困擾企業(yè)的一個難題。 目前，我國約有上千家葡萄糖和味精生產(chǎn)廠家，其中一半采用大米淀粉制糖發(fā)酵，其廢渣多以干粉的形式廉價賣給飼料廠 。 米渣中蛋白質(zhì)含量高達 40％～70％ （ 干基，視淀粉糖種類不同有所差異 ） ，遠大于大米甚至大豆中的蛋白質(zhì)含量，是提取大米蛋白極好的原料 。 此外，我國稻米資源中有相當一部分為可食性較差的早秈稻，在大米加工時秈稻更易產(chǎn)生碎米，綜合利用這些低附加值的資源，轉(zhuǎn)化為高附加值的大米蛋白產(chǎn)品是符合我國國情的 。 8 2 工藝設(shè)計 設(shè)計任務(wù) 1. 設(shè)計課題：利用米渣制備米蛋白及其工業(yè)設(shè)計研究 2. 設(shè)計項目：生產(chǎn)工藝設(shè)計和生產(chǎn)車間設(shè)計 3. 產(chǎn)品規(guī)格： A 級品 表 2 產(chǎn)品指標 產(chǎn)品指標 A級品 B 級品 粗蛋白含量 脂肪含量 灰分 水分 80% 6% 3% 10% ≥75% 6% 4% 10% 原料及規(guī)格：干基淀粉糖副產(chǎn)物米渣蛋白含量 60%。 設(shè)計選擇方案 國內(nèi)許多淀粉糖廠和味精廠是以大米作為原料生產(chǎn)的。生產(chǎn)后產(chǎn)生的大量糖渣 [15]，一般都作為飼料低價出售，這是對寶貴資源的浪費。因 為糖渣中普遍含有50％～ 60％的大米蛋白，而大米蛋白是一種極優(yōu)異的蛋白質(zhì)。 大米中含蛋白質(zhì)約 8％，從大米中直接提取顯然是不經(jīng)濟的，據(jù)江陰市和泰物貿(mào)有限公司科技部的研究人員對大米蛋白生產(chǎn)工藝 [16]進行長達七年的探索，發(fā)現(xiàn)從糖渣中用堿提取大米蛋白的新工藝，工藝簡單，可使糖渣中蛋白在反應(yīng)中的損失在 5％以下按糖渣中原含蛋白 50％左右計，約 t 糖渣生產(chǎn) 1 t 75％大米濃縮蛋白，目前 75％～ 80％大米濃縮蛋白出口價大致為 ～ 萬元 /t，毛利潤應(yīng)在 60％左右。由于大米蛋白價位呈攀升之勢，利潤空間更大。 因此充分利用米渣資源，將其轉(zhuǎn)化為低附加值的飼料用米蛋白產(chǎn)品有很好的經(jīng)濟效益和社會效益。 綜合條件考慮本次設(shè)計選擇米渣為原料提取米蛋白。理由如下 [16]： 第一， 大米蛋白具有高的營養(yǎng)價值，含有完全的氨基酸，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊、市場潛力大 ； 第二， 原料來源廣泛，對淀粉糖或味精工廠可以綜合利用 ； 第三，堿法工藝、安全可靠、工藝簡單、成本低、效益好 ； 第四， 當前受國外青睞，是出口的歡迎產(chǎn)品，國內(nèi)應(yīng)用日趨擴大 ； 第五， 經(jīng)濟合算，利潤空間大。 9 提取 過濾 酸沉 水洗 多效濃縮 配料 干燥 粉碎 包裝 過濾 二次提取 中和調(diào) pH=7 堿液 濾渣 上清液 加堿液 （飼料大米蛋白粉） 圖 1 工藝流程 方框圖 米渣 10 工藝過程 提取 （ 1）原料 米渣：米渣由四川開江梨梨生物有限公 司提供，呈黃色粉末狀，粒度在大約在 80 目，有輕微的酸敗味 （ 原料粗脂肪含量 ％、蛋白質(zhì)含量 ％、總糖含量 ％ ） 。 NaOH 溶液： L1 （ 2）基本原理： 大米蛋白質(zhì)的 80 %以上是堿性米谷蛋白 [17]，稀堿可以使大米中緊密的淀粉質(zhì)結(jié)構(gòu)變得疏 松 ，所以能使大米淀粉顆粒中的蛋白質(zhì)溶出而被分離。實際上稀堿對蛋白質(zhì)淀粉混 合 體系的作用是復(fù)雜的，諸如 pH 值、溫度、堿濃度和時間等因素對蛋白質(zhì)和淀粉性質(zhì)的影響都會引起抽提體系及抽提液性質(zhì)的改變，從而造成蛋白質(zhì)抽提率的改變。 提取反應(yīng)的投料比， 以米渣計算， 4 倍質(zhì)量的水， ～ L 1 的NaOH（ %～ %）， 提取反應(yīng)在 的壓力進行 2h，即可排料到儲料池，部分沒有溶解的米渣和雜物沉淀在池底，不溶的米渣也已經(jīng)成為充分溶脹的碎料。 二次提?。? 從濾機卸料出來的濾餅，里面還有大量的蛋白質(zhì)沒有被提取出來，如果將它棄置不用，一是污染環(huán)境，二是浪費原料。將濾餅投入反應(yīng)釜，加入 3 倍量水和少量堿液（ 使 反應(yīng)體系的 pH 值不超過 11） ，在 壓力下二次提取 ，再經(jīng)過濾機分離，濾液與上次的濾液合并。這樣的二次反應(yīng) ，又可提取出 濾渣中一半的蛋白質(zhì)。 提取溫度為 55℃，保溫 2h。 反應(yīng)壓力： MPa（ 反應(yīng)釜） 介質(zhì) pH 值： 9～ 11 過濾 提取釜中排放的料液，存放在儲料池中，刮出其浮于液面上的黑褐色的泡沫（油脂），以防止過濾時油渣堵塞濾布網(wǎng)眼。 過濾的目的是將蛋白液與未溶解的米渣和雜物分離。濾液中除了溶解的蛋白質(zhì)外，還有一些可溶的納鹽和其他鹽類、極少量的硫酸納或氫氧化納，未反應(yīng)完的氫氧化鈉及反應(yīng)中產(chǎn)生的納鹽等。這些成分的變化，由反應(yīng)的堿性、時間、溫度等因素決定。 濾渣的成分也十分復(fù)雜，除了剩余的米渣外， 還有它吸附的蛋白液、沉淀及 11 其他不溶性的雜物。 由于反應(yīng)液中含有較多的蛋白，而又以米蛋白為主，粘性很大，未反應(yīng)完的米渣，已經(jīng)溶脹，表面也極粘，所以選擇轉(zhuǎn)鼓真空過濾機、臥式螺旋卸料離心機比較合適。 酸沉 在濾液中加入酸液，溶液中的堿被中和，蛋白質(zhì)被沉淀下來，當溶液 pH 為 4時 為蛋白質(zhì)等電點， 沉淀達到極限，上清液中含有少量蛋白質(zhì) 。 多效濃縮 過濾出來的蛋白液，濃度一般在 8%～ 11%之間，被稱之為稀蛋白液。如果能反應(yīng)出濃度更高的蛋白液，將有利于節(jié)省濃縮時的蒸汽消耗。如果把稀蛋白液直接去干燥，或把稀 蛋白液配料后直接去干燥，耗能特別高，造成很高的成本，在工業(yè)生產(chǎn)上是不可取的，所以必須進行蒸發(fā)濃縮。 對于稀蛋白液的濃縮，需要考慮以下幾個因素。 ①結(jié)垢性：由于稀蛋白液中含有鈣質(zhì)，極易在加熱面亡形成垢層，從而增加熱阻，降低傳熱系數(shù)，使設(shè)備能力下降，甚至報廢設(shè)備。 ②粘滯性：蛋白液濃度增加，粘度也隨之增加，流速降低傳熱系數(shù)隨之減小，生產(chǎn)能力下降，因此不能選擇物料自然循環(huán)型蒸發(fā)器。 ③熱敏性：蛋白液是熱敏性物料，溫度太高，會使?jié)獾鞍锥躺珴杉由睢? ④發(fā)泡性：蛋白液具有表面活性作用，在濃縮過程中會產(chǎn)生大量汽泡，形成的 泡沫易被一次蒸汽帶走，一方面會造成污染，另一方面造成物料的損耗。 ⑤腐蝕性：稀蛋白液雖然已中和，但里面還含有一些鹽分，還是有一些腐蝕性，因此與物料接觸的部位，應(yīng)該適用不銹鋼材料。 綜合 以上 因素考慮，米蛋白濃縮液的濃度達到 50%～ 60%，設(shè)備選用真空立式旋轉(zhuǎn)刮板式薄膜蒸發(fā)器比較合適。 配料與干燥 濃蛋白液可由離心噴霧干燥機干燥成大米蛋白粉 [18]： 色澤鮮亮，顏色灰白色，粗蛋白含量 80%以上。這種蛋白粉極易吸濕、吸糊，很快變粘，最后成膠水，很難賦之實用。為了解決這個問題，我們選用一些在飼料中可用的粉料 （如麥麩、草粉等）作為它的載體，減小了其吸濕性，具有實用價值。 在配料時，要以成品飼料大米蛋白粉的粗蛋白含量為基準，根據(jù)濃蛋白液的水分、粉料的水分、粉料中含的蛋白、產(chǎn)品的含水率來計算出濃蛋白液中粉料的用量，配好料后在拌料機中拌勻，即可去干燥機干燥。 米蛋白粘性大，在干燥機中不易分散，易粘作一團、與熱風(fēng)接觸面小，熱交換不足；膠原蛋白物料中既有游離水，又有吸附水。所以干燥設(shè)備主要可選擇箱 12 式網(wǎng)帶干燥機、強化沸騰干燥機、噴霧干燥機等。 粉碎包裝 配合飼料所用的原料，大多是粉料，這些粉料都有粒度的要求。為了 飼料米蛋白粉在生產(chǎn)配合飼料時能分散均勻，飼料米蛋白粉應(yīng)該粉碎到 40 目以上。由箱式網(wǎng)帶干燥機干燥出來的物料是成團、成塊的，必須粉碎到 40 目以上。由強化沸騰干燥機干燥出來的物料雖然已是粉狀，但還達不到 40 目的要求，所以也要粉碎。 錘片式粉碎機普遍使用于飼料生產(chǎn)，同樣也適用于飼料米蛋白粉的生產(chǎn)，它操作方便，生產(chǎn)能力大，能達到粒度的要求。其他一些常用的粉碎機也可使用。 為保證詞料米蛋白粉的質(zhì)量、運輸和儲存，必須有嚴格的包裝。通常可用內(nèi)層聚乙烯薄膜、外層聚丙烯編織袋包裝，每袋 40kg。至此，飼料米蛋白粉產(chǎn)品經(jīng)檢驗合格 后就可出廠。 主要設(shè)備初步選型與設(shè)計 [19] 提取設(shè)備 生產(chǎn) 3t 米蛋白大約需要 5t 米渣，則日產(chǎn) 2t米蛋白，則需要米渣（含水 60%）的量： tF %60 235??? 米渣的體積隨含水率（ 20%～ 80%）的變化及緊壓程度而有很大變化。按含水率 60%及袋裝運輸、堆放計算，每噸的體積大約是 。每噸米渣（含水率60%）加反應(yīng)用水 4t，加水后每噸米渣的體積大約是 。 用于米蛋白提取的可選設(shè)備有 [20]：蒸球、立式反應(yīng)釜、明膠鍋等。因反應(yīng)釜型號相對于蒸球、明膠鍋型號 的選擇空間更大，本次設(shè)計選擇立式反應(yīng)釜。設(shè)備填料系數(shù)假設(shè)為 70%（米渣易發(fā)泡）。 表 3 提取米蛋白操作周期 操作過程名稱 需要時間 /min 米 渣（ 60%） 加水 加堿 升溫 保溫反應(yīng) 排料 15 10 2 20 120 15 13 其他 累計單次提取操作時間 33 220 每天處理取 米渣，則共需要時間： m 2 2 32 2 ???t 每天實際生產(chǎn)以 22h 計，則所需反應(yīng)釜的容積 38%70)6022( mV ??? ?? （ 1） 若選擇一個 8m3型號的反應(yīng)釜。則每次投入米渣量 tW %708 ??? 故每天實際投料次數(shù)： ??n 次 ，即取 6?n 次 ； 實際操作時間： 13202206 ?? min ，顯然不合適。 （ 2）若選擇一個 9m3型號的反應(yīng)釜。則每次投入米渣的量： tW %709 ??? 故每天實際投料次數(shù)： ??n 次 ，即取 5?n 次 ； 實際操作時間： m in11002205 ?? ，合適。 此時設(shè)備后備系數(shù)： %205 56 ???d 。 由設(shè)備技術(shù)參數(shù)知， 反應(yīng)釜直徑 D =1400mm=； 攪拌槳直徑 d =850mm=； 攪拌轉(zhuǎn)速 n == s1； 可得反應(yīng)釜的高 mh 9 ???? ； 攪拌槳放在