大豆分离蛋白毕业设计说明书.doc

前 言毕业设计是高等院校毕业生在学校学习的最后一次大型作业，是教学的基本环节之一。通过毕业设计使我的理论知识融会贯通，并使之系统化、理论化，而且培养我们运用所学知识，独立解决本专业的工程技术问题，学习设计方法，培养趋向实际的设计思想，进一步锻炼学生查阅文献、收集资料、设计计算、绘图及与人合作的综合能力。通过毕业设计可以检验学生独立工作、分析、解决问题的能力水平。本次设计是在查阅大量参考资料的前期准备下，得到李丹丹老师的悉心指导，并经过在承德怡达食品有限公司实习的基础上，历时近四个月的刻苦努力完成的。本设计结合目前我国生产实际，综合考虑经济成本与先进技术、设备的效价后，本着尽可能使用先进技术、设备而且节约成本的原则，针对原料及产品销售等特点，创造性的加入所学理论知识及目前该事例的设计思想，使得设计基本满足了预期的要求。但限于个人知识水平有限，实践经验欠缺，不可避免会出现不妥和错误之处，敬请各位老师和同学批评、指正。1 绪论1.1 大豆分离蛋白简介1.1.1 大豆分离蛋白的营养成分大豆分离蛋白(soybean protein isolated, SPI)是一种重要的植物蛋白产品，已广泛应用在食品及其它行业中。大豆分离蛋白蛋白质含量高达90 %以上1，消化利用率较高，可达93 % 97 %2 ，它主要由11S和7S球蛋白组成3。大豆分离蛋白含有八种人体必需氨基酸，尤以赖氨酸最高。同时它还含有大量对人体健康有益的必需脂肪酸、磷脂和丰富的钙、磷等矿物质且不含胆固醇，具有较高的食品的营养价值。1.1.2 大豆分离蛋白的功能特性a) 保水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。其保水性与黏度、pH、电离强度和温度有关。盐类能增强蛋白质的吸水性，但它却削弱了分离蛋白的保水性。最高水分保持能力在pH为7，温度35 55 时为4 g水/g蛋白质4。b) 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5。许多因素影响着乳状液的特性和乳化试验的结果：设备的类型及几何形状、输入量的强度、加入油的速度、油相体积、温度、pH、离子强度、糖的存在、低分子量表面活性剂的存在等 6。c) 吸油性大豆蛋白的吸油性表现在促进脂肪吸收，促进脂肪结合，从而减少蒸煮时脂肪的损失。大豆蛋白制品的吸油性与蛋白含量有密切关系，大豆粉、浓缩蛋白和分离蛋白的吸油率分别为84 %、133 %、154 %，组织大豆粉的吸油率在60 %130 %之间，并在15 min20 min 内达到吸收最大值，而且粉越细吸油率越高。大豆蛋白制品的吸油率主要受到pH值的影响，吸油率随pH值的增大而减少。d) 凝胶性凝胶性是指蛋白质形成枝体状结构的性能。它使大豆分离蛋白具有较高的黏度、可塑性和弹性，既可做水的载体也可做风味物、糖及其它配合物的载体，这对食品加工极为有利。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、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7 %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。11S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。e) 起泡性起泡性是指大豆蛋白在加工中体积的增加率，可起到酥松作用。起泡性要求蛋白分子能达到内表面并快速展开。大豆蛋白的起泡能力受粘度、疏水性和溶解性从大到小的顺序影响7。f) 黏性蛋白质的黏性是指液体流动时表现出来的内摩擦，又称流动性。在调整食品的物性方面是重要的。蛋白质溶液的黏度受蛋白质的分子量、摩擦系数、温度、pH、离子强度、处理条件等各种因素的综合影响，这些因素可改变蛋白质分子的形态结构、缔结状态、水合度、膨润度及黏度。大豆分离蛋白经碱、酸或热处理后，其膨润度升高，而且黏度增加。大豆蛋白溶液的表观黏度随蛋白浓度增加而指数升高，并与试样的膨润度相关。加热蛋白到80 ，蛋白质发生离解或析解，分子比容增大，黏度增加，超过90 以上黏度反而减小。pH在68时，蛋白质结构最稳定，黏度最大；超过1l时黏度急剧减小，这是因为蛋白质缔合遭到破坏。g) 其他功能特性在食品加工中，大豆分离蛋白作为食品添加剂。可起到氨基酸互补作用，是一种功能性食品，可提高人们健康水平，具有很高的可消化性。与其他食品混合时，可显著改善提高原有食品的营养价值完全可以替代动物性蛋白质，其八种必需氨基酸的含量与人体需要比较，仅蛋氨酸略显不足，与肉、鱼、蛋、奶相近，属全价蛋白，而且没有动物蛋白的副作用，如引起肥胖症、心血管病、高胆固醇症等疾病，是减少骨钙损失的良好蛋白来源。大豆分离蛋白的保水性、乳化性、弹性和黏结性，起泡性较强，可用于肉制品、糕点、面包、糖果、饮料等食品中，而且其组织具有类似肉的性质。它既可单独制成食品，又可以用蔬菜或肉等配制成各种各样食品而且食品具有良好的色、香、味, 并能按消费者口味进行调节、营养成分能根据不同的消费人群进行强化等优点，能提供比传统食品营养及口感等方面更加符台消费需要的新型食品。1.1.3 大豆分离蛋白的发展叙述大豆分离蛋白是大豆深加工中最有潜力、最有前景的产业。大豆分离蛋白起源于发达国家(美国、日本)，对其研究是在二战后展开的，美国、日本、巴西发展最快。1954年美国开发出大豆分离蛋白，20世纪60年代日本引进技术开始生产大豆分离蛋白，直到20世纪70年代大豆分离蛋白生产技术才趋于成熟稳定。早在20世纪50年代我国就开始了对大豆蛋白的研究开发，但由于历史条件限制，发展极其缓慢。直到20世纪70年代末才逐渐认识到大豆蛋白的重要性，许多研究单位、大专院校、生产企业进行了研究开发与生产，取得了很大的成果。我国最早的大豆分离蛋白生产线建成于1982年，日本不二制油公司和我国吉林省松原市在前郭旗引进日本技术和设备建成年产1 000吨大豆分离蛋白的生产线，产品全部返销日本。20世纪80年代随着我国火腿肠生产量的增加，大豆分离蛋白的需求量也在增加。20世纪80年代中期，春都、双汇、郑荣等企业引进了上百条火腿肠生产线，形成了对大豆分离蛋白的极大需求市场。大豆分离蛋白由于价格好，市场好，全国形成了“大豆分离蛋白热”，许多企业纷纷上马。我国大豆分离蛋白生产主要集中在我国北方地区大豆种植的主要区域，如黑龙江、山东、河南等省。近几年，我国大豆分离蛋白产业飞速发展，平均年产量在3 000吨以上。有些厂家积极采用国外先进技术，不仅提高了生产效率，而且使大豆分离蛋白更加优质。1.2 大豆分离蛋白的提取方法1.2.1 碱提酸沉法低温脱脂豆粕中的蛋白质大部分能溶于稀碱溶液。将低温脱脂豆粕用稀碱液浸提后，用离心分离去除豆粕中的不溶性物，然后用酸把浸出液的pH值调至4.5左右时，使蛋白质处于等电点状态而凝集沉淀下来，经分离得到的蛋白质沉淀物，再经洗涤、中和、干燥即得分离大豆蛋白8。1.2.2 膜分离方法聂幼华等研究了用膜分离技术制取大豆分离蛋白2。先用Ca(OH)2的稀溶液浸提脱脂大豆粕，蛋白浸出率可达80 %左右。将浸提液进行循环超滤分离，截留液的浓度可达13 %左右。把截留液喷雾或冷冻干燥，即得大豆分离蛋白产品，其蛋白含量可达95 %以上。与传统的碱提酸沉法比较，产物得率高，质量好，能耗少，废水排放污染也一定程度上得到解决。1.2.3 双极膜电解法（Bipolar Membrane Electroacidification）这种方法是在电渗析的基础上发展而来的。双极膜由三层组成：阴离子交换膜和阳离子交换膜以及阴阳离子交换膜中间的亲水层。在电流作用下，水分子在双极膜上电离为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，达到大豆蛋白质的等电点而使蛋白质沉淀。这种方法不需要加入酸或碱调整蛋白质溶液的pH值，避免分离得到的大豆蛋白质中混入盐离子，并且可保护大豆蛋白质的功能性9,10。1.2.4 起泡法泡沫分离技术是近十年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质及酶的一条有效途径。谢继宏等研究了豆制品厂排放的黄浆水中大豆蛋白质的分离。这种方法中，大豆蛋白质的分离在一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质2。1.3 大豆分离蛋白的开发利用及市场需求1.3.1 大豆分离蛋白的开发利用我国是大豆的故乡，资源丰富，至今已有近五千年的栽培历史。豆腐、豆浆、豆酱等所谓的“东方式”大豆蛋白制品早就是我国人民最普遍的家常食品。近年来人们发现除上述传统的大豆蛋白制品外，大豆蛋白产品，如低变性脱脂豆粉、大豆浓缩蛋白、大豆分离蛋白、大豆蛋白发泡粉以及豆奶粉等不仅具有很好的营养价值，而且具有乳化、凝胶、吸油、吸水、对水分散性等，既可以单独制成食品，也可以与蔬菜或肉类等配制成多种多样的食品。在食品加工过程中，由于其具有保水性和保型性，所以在机械成型、加热调理后，不再产生收缩变化，制品质地均匀，利于长期保存。a) 大豆分离蛋白在肉类制品中的应用在档次较高的肉制品中加入大豆分离蛋白，不但改善肉制品的质构和增加风味，而且提高了蛋白含量。由于其功能性较强，用量在2 %5 %之间就可以起到保水、保脂、防止肉汁离析、提高品质、改善口感的作用。利用大豆分离蛋白的功能特性，制造各种仿真肉制品，这些产品中没有肉或用其他肉代替，但却具有天然肉制品的风味和口感，有高蛋白质，低脂肪，不含胆固醇，营养价值高等优点。采用拌混方式加入大豆分离蛋白作为肉饼、碎肉丸、饺子、包子及烧卖等碎肉制品的添加物料可以改善产品质地，减少脂肪游离，增加得率，降低成本，提高营养价值11。将大豆分离蛋白添加到乳化类肉制品中，可以利用其结合脂肪和水的能力，并与盐溶性肉蛋白形成稳定的乳化系统和填充性，在保持成品质量不变的前提下，减少淀粉等物料添加，降低瘦肉比率，提高产品质地、得率和蛋白质指标，增加脂肪添加量和产品热加工稳定性，降低成本。b) 大豆分离蛋白在乳制品中和蛋白饮料制品中的应用大豆分离蛋白代替脱脂奶粉用于冰淇淋的生产，可以改善冰淇淋乳化性质、推迟乳糖结晶、防止“起砂”的现象，可提高冰淇淋的膨胀率,并具有良好的风味。将2 %的大豆分离蛋白加入到含有2.5 %的芦荟乳液中，优化平衡了乳品蛋白质的组分及比例，使其营养更加合理，丰富了乳制品的品种，同时扩展了大豆分离蛋白及芦荟在乳制品中的应用12。将牛奶与酶解过的大豆分离蛋白共同发酵酸奶具有明显的酸奶风味，组织结构细腻，质地均匀，酸甜适口，无豆腥味，具有大豆和牛奶的双重营养作用，又具有价格的优势，因此大豆牛奶具有较好的开发价值13。c) 大豆分离蛋白在面制品中的应用在我国以杂粮为主食的北方早就有用玉米粉和豆粉混用制作食品的方法。在面粉制品中混用大豆蛋白制品，一般用的是精度较低的制品，这样虽然有出现豆腥味的缺点，但能够提高面粉的营养价值，保证或提高制品质量，因此尽管大豆蛋白制品比面粉价格高一些，国家仍然把它作为添加剂使用。在面粉中添加已加入钾磷脂的大豆分离蛋白可以降低油炸食品的吸油量，而且风味更好14。生产面包时加入不超过5 %的分离蛋白，可以增大面包体积、改善表皮色泽、延长货架寿命；加工面条时加入2 %3 %的分离蛋白，可减少水煮后的断条率、提高面条得率，而且面条色泽好，口感与强力粉面条相似。d) 其他应用大豆分离蛋白还可应用于营养食品、发酵食品等食品行业中。大豆分离蛋白还可以用于水产品制品上，来提高水制品的色泽等特性。大豆分离蛋白还可以用于家庭的调味料方面，可以改变或者掩盖食品原有的味道，改善口感。1.3.2 大豆分离蛋白的市场需求我国对大豆分离蛋白的市场需求，主要集中在肉制品。2003年我国肉类总产量达7 000万吨，约占世界肉类总产量的30 %，但在肉制品加工上，我国只占4 %5 %，而发达国家则达50 %70 %，差距很大。但随着国民生活和消费水平的不断提高，这方面差距将会越来越小。我国目前肉制品加工方面发展速度最快，已成为世界上规模最大的肉制品市场。同时，我国潜在的饮料用大豆分离蛋白市场约为6万吨；我国大豆分离蛋白在乳品中的应用目前还很少。现在，我国奶类总产量每年超过1 000万吨。未来分离蛋白市场的需求也是一个很大的数字。因其价格问题，大豆蛋白在中国的面制品应用中还是空白。随着社会的发展及技术水平的发展，相信不久的将来会达到发达国家的应用水平。大豆分离蛋白国内市场需求也将会向功能性、专一化、多样性的方向发展，市场潜力极大，有待进一步开发。目前，大豆蛋白食品的发展已呈现出席卷全球之势，大豆蛋白食品将是二十一世纪最受欢迎的食品，这一点无论是在发达国家还是在发展中国家都是毫无疑义的。这主要时由于人们认识到大豆中有许多成分具有保健功能，能够防止诸多“现代文明病”的发生。有关大豆营养学研究已经明确，大豆不含胆固醇，并且大豆蛋白质具有降低胆固醇、减少心血管疾病发生的功效。我国政府从提高全民族健康水平出发，十分重视大豆产业的发展，伴随着新世纪的到来，大豆蛋白食品必将在全球范围内出现新的高潮，形成新的食品工业领域。2 设计总论2.1 设计依据根据河北科技大学生物科学与工程学院食品科学与工程系下达的毕业设计任务书，结合生产实习，参考大量文献，运用所学的基础知识和专业知识，进行年产5 000吨大豆分离蛋白工厂设计。本设计体现出先进性，合理性，并能达到投资少，收益大的效果；产品符合行业标准；整个设计体现生产中减轻劳动强度，提高劳动生产效率，并且节省资源。2.2 设计要求本设计应体现一定的进取性、合理性，并结合我国生产实际，尽量采用工业生产中的先进经验和技术。创造性的运用所学理论知识，在达到投资少，见效快的情况下，使产品符合国家标准。在整个设计中既要能体现优质生产，减轻劳动强度，又能节约能源，降低成本。2.3 设计原则根据国内饮料行业发展现状和设备制造水平，参阅近年来的科研成果，本着以下原则进行工厂设计15：（1）合理利用当地资源，节约用地，少用耕地。（2）尽可能采用新工艺对果实进行深加工，以提高其保存性和经济价值。（3）采用国产设备中比较先进的设备、技术，利于投产后达到较好的经济效果。（4）制订合理可行工艺，力求流程的清晰明快。（5）在保证产品产量、质量的前提下，尽量减少原材料的消耗，节约设备费用，缩短施工周期，以利减少基建投资。（6）充分考虑工人的劳动环境和安全，美化环境，符合国家卫生标准，“三废”处理必须按照国家规定，防火要符合建筑设计防火规范。（7）工艺设计、地域土建、水暖卫生必须和其它相互配合，使整个设计成为一个统一整体，避免相互脱节造成实际的缺陷，影响产品质量。（8）产品能适应市场和消费者的需求。2.4 设计范围（1）按工艺需求进行工厂工艺设计。（2）根据工艺设计的要求和所提出的数据进行非工艺设计。（3）对全厂设计进行综合评价和经济分析。2.5 设计流程设计流程如下15：（1）原辅材料、成品规格等标准的确定。（2）最优化配方、最佳工艺流程的确定及工艺论证。（3）进行物料衡算，制定产品方案和班产量。（4）依据工艺要求进行设备选型、水电汽平衡、劳动力衡算及人员编制。（5）车间平面布置及全厂平面布置，工厂辅助部门、公用系统设计，清洁生产设计等。（6）进行全厂经济技术分析。（7）绘制图纸。2.6 设计特点（1）本设计选用超滤技术分离大豆蛋白，超滤膜法具有传统分离操作(如蒸发、萃取、蒸馏等) 无可比拟的优点，如无相变、能耗低、工艺设备简单、操作方便可靠、分离效果好，同时不会造成环境污染等。（2）整个生产过程，基本上是连续进行的，符合生产向机械化、自动化、连续化、大型化方向发展的要求。3 厂址选择3.1 厂址选择的原则（1）符合国家的方针政策。（2）应考虑生产条件：食品工厂一般倾向于设在原料产地附近的大中城市之郊区；要有可靠地质条件，良好的卫生环境；无有害气体、放射源、粉尘及其他扩散性的污染源（包括污水、传染病院等）。（3）应从投资和经济效果考虑：应有较方便的运输条件；一流的供电条件；设在工矿企业或其他污染源的上风侧；且地势干燥、平坦，有充足的水，水质要好16。3.2 选择依据一个地区的工业布局，涉及到这个地区的长远规划。一个食品厂的建设，对当地资源、交通运输、三农发展都有密切的关系。厂址选择是否合理将直接影响到工农关系、城乡关系，有时甚至还影响到基建进度，投资费用及建成投产后的生产条件和经济效益。同时对产品质量和卫生条件，对职工的劳动环境等都有密切的关系。厂址选择工作，应在当地建委或域建规划部门的统筹安排，由建设单位负责组织力量进行，必要时可委托工程咨询公司或设计部门一起进行16。选择厂址时，应按国家方针政策，从生产条件和经济效果等方面考虑，还要考虑有机食品、绿色食品对厂址的一些特殊要求。在这个前提下选取厂址一般要考虑以下几个方面：3.2.1 原料资源厂址选择在资源较丰富的地区，便于运输，减少资金投入。3.2.2 水源与排水厂址附近不仅要有充足的水源，且水质要求符合饮用水的标准，地形、地势应使排水通畅，确保厂区的卫生条件，排放的废水应符合环保法，不得危害农副业生产。3.2.3 厂区厂区应少占耕地，不占良田，少拆或不拆民房，不破坏农业灌溉网，不与农业争水源。厂区所占面积以满足生产需要并适应考虑发展余地即可应以节约用地为原则。3.2.4 地势与地质地势应基本平坦，如为坡地，则厂区按不同标高建造，以尽量减少石方工程量，厂区标高应高出通常最高洪水位，厂址不应选在矿山和泥沙地区，厂址应有一定的地耐力，在地震区建厂要考虑相应的抗震措施17。3.2.5 动力供电线路，燃料运输均应方便。3.2.6 交通运输厂址应便利于运输条件。3.2.7 周围环境应了解厂址所在地区的近期、远期发展规划，确保厂区周围有良好的卫生环境，厂区周围不得有有害气体、放射性物质、粉尘以及其他扩散性污染源，厂址不应选在受污染河流的下游或传染病医院的附近17。3.2.8 其他厂址选择应征得城建、卫生防疫、环境、消防等有关部门的同意。3.3 选址经过各种因素的综合权衡和比较，最终厂址选择在山东省菏泽市单县工业园区。3.3.1 选址原因a) 地理位置优越单县工业园区位于鲁、苏、豫、皖四省八县结合部，是经山东省人民政府批准、国家发改委审核通过的省级开发区，规划面积4平方公里，于2004年5月启动建设，单县县委、县政府积极落实科学发展观，举全县之力把工业园区打造成了发展制造业为主、集科、工、贸于一体，多功能综合性的现代化、花园式新城区。b) 园区规划起点高依托区位优势和资源优势，聘请资深专家对工业园区进行高点定位、科学规划，编制了“一心（行政商服中心）、三园（高新技术工业园、农副产品加工工业园、煤化工工业园）、一条绿色长廊（风景区）”的总体规划和详细规划，划分了行政办公、工业商住、生态公园用地等九大功能区。工业园区始终坚持可持续发展的建设战略，着力发展纺织服装、医药化工、机械制造、新型材料、食品加工、光电新能源等板块经济和产业集群，占地1 100亩的开山公园景区已建成开园，一个现代化的生态新城正在崛起。c) 基础设施较为完善80公里的柏油路网建成，四通八达，配套完善。拥有1座22万伏、4座11万伏变电站，电力充足，电价低廉；通讯一流网络，信息传递方便快捷；水资源丰富，生产生活用水价廉；陆续启动建设了污水处理厂、供水处理厂和天然气管道设施，区内实现了“七通一平”。d) 发展环境优越区内实行封闭式管理；对入区项目，实行“一站式审批、一条龙服务”，并提供优惠的用地政策、税收政策和经营环境政策；依托单县丰富的农、林、畜产品资源，富裕的劳动力资源和良好的人文资源，精心打造经济发展的“政策洼地”、“服务高地”和“投资宝地”。 2007年，单县工业园区在全市10个省级开发区大项目观摩活动中荣获第一名；2008年，在全市四次大项目观摩活动中，取得了两次第三、两次第一的好成绩。2007年以来，工业园区相继为单县赢得了山东省投资环境和山东省县域经济最具发展潜力“双十佳”县、“山东省生态经济十佳县”的殊荣。2008年，单县工业园区被评为“山东省生态经济十佳开发区”。另外，中粮集团黄海粮油工业有限公司坐落于山东省日照市。中粮集团是中国最大的进出口公司之一，从事农产品和食品进出口贸易历史最悠久、实力最雄厚的中国企业。位居中国企业500强第14位，连续10年进入世界500强行列，具有巨大的资本优势。黄海粮油日加工大豆能力为5 000吨左右，因此，可以为本工厂提供充足的原料。综合上述原料，能源，环境，运输和政策等几方面原因，最终决定选址山东省单县工业园区。4 产品方案、工艺流程及论证4.1 产品和产量的确定产品方案即生产纲领。就是食品工厂准备全年生产哪些产品和各种产品的数量、产期、生产班次等的计划安排。在安排产品方案时，应尽量做到“四个满足”、“五个平衡” 18。四个满足：（1）满足主产品产量的要求。（2）满足原料综合利用的要求。（3）满足淡、旺季平衡的要求。（4）满足经济效益的要求。五个平衡：（1）产品产量与原料供应量平衡。（2）生产季节性与劳动力平衡。（3）生产班次平衡。（4）设备生产能力平衡。（5）水、电、汽负荷平衡。在编排产品方案时，每月一般按25天计，全年的生产日自定，每天的生产班次为1 班2班，季节性产品高峰期则按3班考虑。本工厂主产品为粉状大豆分离蛋白，产品规格为20千克/袋，副产品为粗大豆低聚糖和豆渣，现计划将粗大豆低聚糖卖给大豆低聚糖精加工厂，豆渣卖给饲料厂。工厂进行全年生产，总计300天，1月12月每天安排1班，每班12小时，共300班。产品生产方案见表1。表1 产品方案表产品名称年产量班产量生产安排大豆分离蛋白粉5 000吨17吨1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月4.2 工艺流程的确定大豆分离蛋白工艺流程见图1。低变性脱脂豆粕 粉 碎粉碎碱性一次浸提二次浸提渣固液分离乳 清废 渣 透过液超滤处理反渗透蛋白浓缩液 喷雾干燥喷雾干燥 大豆分离蛋白粉粗大豆低聚糖糖 图1 工艺流程图4.3 工艺论证和说明4.3.1 工艺流程a）原料选择：用于生产大豆分离蛋白的原料应是经清洗、去皮、溶剂脱脂，低温或闪蒸脱溶后的低变性豆粕。这种豆粕杂质少，蛋白质含量高(45 %以上)。高质量的原料可以获得高质量的大豆分离蛋白。b）粉碎：豆粕粉碎后可增大其与水之间的接触面积，破坏大豆的细胞结构，使大豆蛋白更易分散到体系中。理论上讲，粉碎的越细，蛋白质越易溶出，但过细的粒度会使粉碎工序负荷过大并且给后面的分离造成困难。因此，通过综合考虑，现用高效粉碎机将低变性脱脂豆粕粉碎至0.15 mm0.30 mm。c）浸提：加入原料12倍的水，并加入NaOH水溶液（pH值为9.0），与原料按1:10浸提，浸提罐内速度控制在30 r/min35 r/min，在45 55 下浸提40 min。进行离心分离，使固液分离，将粗滤渣按一次萃取条件萃取，时间为20 min，萃取液二次利用。 d）超滤：将蛋白质萃取液由循环泵送至超滤膜组进行循环超滤，随着透过液不断的透过，及时向循环料液罐补充新的料液，直至全部料液加完后，再加水进行洗滤。e）反渗透：透过液经过流量计压送至反渗析膜进行反渗析，净化水可重新用于低变性脱脂豆粕萃取大豆蛋白。由反渗析膜截留的低分子量蛋白和低聚糖等，经干燥器干燥后得次级产品。f）喷雾干燥：喷雾干燥法是生产大豆分离蛋白普遍采用的干燥方法，喷雾干燥的条件是：进风温度为160 170 ，塔体温度为95 100 ，排风温度为85 90 。4.4 产品质量标准4.4.1 感官指标 大豆分离蛋白（没有加任何添加剂），应是浅白色或乳白色粉末。在向任何食品添加都不会改变食品原有的颜色，相反还可以增加其光泽度。对大豆分离蛋白进行品尝，或将其溶解在水中嗅其味道，略有豆味，无焦异味。粉末均匀，无明显异物。4.4.2 卫生指标产品卫生指标参见表2。表2 卫生指标项 目指 标菌落总数3 000 cfu/g大肠菌数阴性致病菌数不得检出4.4.3 理化指标产品理化指标参见表3。表3 理化指标项 目指 标蛋白质（干基）含量/% 90脂肪含量/% 0.5粗纤维含量/% 0.5水分/% 6.0灰分/% 5.0pH7.05 物料衡算物料衡算包括该产品的原辅料和包装材料的计算。通过物料衡算，可以确定各种主要物料的采购运输和仓库储存量，并对生产过程中所需的设备和劳动力定员的需要量提供计算依据。计算物料时，必须使原、辅料的质量与经过加工处理后所得成品相损耗量相平衡。加工过程中投入的辅助料按正值计算，加工过程中的物料损失，以负值计入。这样，可以计算出原料和辅料的消耗定额，绘制出原、辅料耗用表和物料平衡图。并为下一步设备计算、热量计算、管路设计等提供依据和条件。还为劳动定员、生产班次、成本核算提供计算依据。因此，物料衡算在工艺设计中是一项既细致又重要的工作16。通过物料平衡计算，可确定单位时间内生产过程主要原辅材料的需求量以及水、蒸汽、能源等流量与耗量，据此即可计算出全年主要物料、包装材料的采购运输和仓储容量。物料衡算的另一目的是依据计算数值，经济合理地选择生产设备，并进行车间的工艺布置和个工序劳动力的安排等。5.1 计算方法及参数年产5 000吨大豆分离蛋白物料衡算流程详见图2。 32 229.87 kg 32 229.87 kg 32 197.64 kg 31 811.27 kg 29 266.37 kg 29 032.24 kg 原料 粉碎 一次浸提 离心分离 二次浸提 二次分离 -0.1 % -1.2 % -8 % -0.8 % -9 % 32.23 kg 386.37 kg 2 544.90 kg 234.13 kg 2 612.90 kg 26 419.34 kg 17 700.96kg 17 346.94 kg 17 000 kg超滤 蛋白质浓缩液 喷雾干燥 大豆分离蛋白 -2 % -2 % 354.02 kg 346.94 kg -33 % 8 718.38 kg 7 236.26 kg 7 091.53 kg透过液 反渗透 喷雾干燥 粗大豆低聚糖 -17 % -2 % 1 482.12 kg 144.73kg图2 物料衡算流程图根据物料衡算，可以得出：脱脂豆粕每班用量为33 000 kg，总物料量为33 000×300=9 900 000 kg氢氧化钠溶液预计每班损失2 %，则每班用量为2×10 %×33 000（12 %）=6 468 kg，则氢氧化钠总的用量为6 468×300=1 940 400 kg6 设备选型设备选型应符合工艺要求，它的依据是物料衡算。设备选型的好坏是保证产品质量的关键，体现生产水平的标准，它为动力配电、水、汽用量计算提供依据。对于生产中关键设备除按实际生产能力所需的台数配备外，还应考虑备用设备。若几种产品都需要的共同设备，应按处理量最大的品种所需的台数确定。一般后道工序设备的生产能力要略大于前道，以防物料积压。6.1 设备选型的依据物料计算是设备选型的依据，选择设备时要注意四点20：(1) 根据单位时间(h或min)产量的物料平衡情况和设备生产能力来确定所需设备的台数。(2) 几个生产中的关键设备，除按实际生产能力所需台数的设备外，还应考虑备用设备。(3) 以便后道工序的生产能力要略大于前道，不至于生产能力不够，导致物料积压。(4) 选择设备应考虑下列原则：1) 满足工艺要求，保证产品的质量和产量。2) 应选用较先进，机械化程度较高的设备。3) 充分利用原料，能耗少，效率高，体积小，能一机多用。4) 应符合卫生要求，故而多应用不锈钢材料。5) 有合理的自动控制系统，控制温度、压力和真空度，时间、速度、流量等工艺参数。6.2 设备选型的基本原则和设备列表6.2.1 设备的选型的基本原则食品的设备大体可分为四个类型：计量和贮存设备、定型专用设备、通用机械设备、和非标准专业设备。在选择设备时要按照以下几个原则进行17：a）满足工艺要求，保证产品质量和产量。b）一般大型食品厂应选则较先进的、机械化程度高的设备，中型厂则要看其具体条件，一般其主要产品设备可选用机械化程度、连续化程度较高的设备，小型厂则选用较简单的设备。c）所选的设备能充分利用原料、耗能少、体积小、维修方便、劳动强度低、并能一机多用。d）所选设备应符合食品卫生要求，易清洗装拆、与食品接触的材料要不易腐蚀，不至于对食品产生污染。e）设备结构合理，材料性能可适合各种工作条件，（如：温度、湿度、压力、酸碱度等）。f）在湿度、压力、真空、浓度、时间、速度、流量、液位、记数、和程序方面有合理的控制系统，并尽量采用自动控制方式。在选择食品加工设备时需要综合考虑下列因素：1）生产效率；2）产品质量；3）安全性；4）节能性；5）耐用性；6）以维修性；7）成套性；8）环保性；9）经济性。选择设备时应进行调查研究，应向设备生产厂家、使用单位以及有关专家了解设备的使用情况，有些关键设备，在国内不能满足需要时，也可进口。在选用进口设备时，还需考虑设备的易损件或备件供应的方便性和经济性。6.2.2 设备选型通过物料衡算可以得出，车间每小时加工2.67吨原料，据此生产能力选取设备。下面对生产所需设备进行选型见表4。表4 生产设备名称数量型号性能功率外型尺寸（L×W×H）参考价（万）总价格（万）配电设备1630 KVA1010带式输送机1DT型最大输送量：2.5 t/m33 KW22高效粉碎机1ZSJ系列A(V）型3 00010 000 kg/h45 KW800×800×1600 mm55多功能提取灌4DT2 300 L搅拌转速：25 r/min3 KW1.56高压水枪22960TST出水量:900 L/h7.2 KW0.10.2卧式离心分离机1WF-6302 t/h2.2 KW1270×1080× 770 mm10中空纤维超滤器1CJUF-3 超滤速率3 000 L/h3 KW1010反渗透设备12.75 KW1010超中空纤维滤膜1截留分子量10 000 D11反渗透膜10.50.5高速离心式喷雾干燥机2LPG2000最大水分蒸发量：2 000 kg/h转速：15 000 r/min99 KW1530续表4 生产设备名称数量型号性能功率外型尺寸（L×W×H）参考价（万）总价格（万）阀口袋称量机1CJD50K-FL包装速度: 3-6包/分4 KW1.51.5储存罐30.61.8CIP清洗设备1离心泵流量10 t/h2.2 KW3 200×1 600× 1 930 mm7.57.5叉车4936卡车2714总计145.57 厂区及车间平面设计7.1 厂区布置原则工厂总平面设计是食品工厂设计的重要组成部分，它是将全厂不同使用功能的建筑物、构筑物按整体生产工艺流程，结合用地条件进行合理的布局，使建筑群组成一个有机整体，这样既便于组织生产，又便于企业加强管理。各种类型的食品工厂的总平面设计，无论原料种类、产品性质、规模大小以及建设条件的不同，都要按照设计的基本原则结合具体实际情况进行设计。原则如下12：(1) 食品工厂总平面设计应按照任务数要求进行，布置必须紧凑合理，做到节约用地。分期建设的工程，应一次布置，分期建设，还必须为远期发展留有余地。(2) 总平面设计必须符合工厂生产工艺要求。(3) 食品工厂总平面设计必须满足食品工厂卫生要求。(4) 厂区道路应按运输及运输工具的情况决定其宽度，一般厂区道路应采用水泥或沥青路面而不用柏油路面，以保持清洁。(5) 厂区道理之外，应从实际出发考虑是否需有铁路专用线和码头等设施。(6) 厂区建筑物间距应按有关规范设计。(7) 厂区各建筑物布置应符合规划要求，同时合理利用地质、地形和水文等自然条件。(8) 相互影响的车间，尽量不要放在同一建筑物内，但相似车间应尽量放在一起，以提高场地利用率。7.2 具体设计(1) 全厂建筑物、构筑物及生产设备的相互位置