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醇法制備大豆濃縮蛋白大型智能化成套裝備技術開發及產業化

發布日期:2021-08-18 15:29來源:中國油脂作者:林鳳巖1,伊曉麗點擊次數:

收稿日期:2019-09-06;修回日期:2019-11-22

作者簡介:林鳳巖(1971),男,研究員,主要從事油脂制取及植物蛋白深加工方面的工作(Email)13395376101@163.com。油料蛋白

DOI: 10.12166/j.zgyz.1003-7969/2020.04.007


醇法制備大豆濃縮蛋白大型智能化成套裝備技術開發及產業化

林鳳巖1,伊曉麗1,郭興鳳2,鄭峰1,劉昆侖2

(1.山東凱斯達機械制造有限公司,山東 濟寧 272000; 2.河南工業大學 糧油食品學院,鄭州 450001)


摘要:介紹了一種醇法制備大豆濃縮蛋白的技術裝備。提出預混器和箱鏈式浸出器組合浸出,提高萃取效率,增大單機處理量,達到6萬t/年,解決了單機裝備大型化問題;采用擠壓機、臥式圓盤干燥機和立式脫溶干燥機組合脫溶,提高了脫溶能力;混合液采用多效蒸發和濃縮組合蒸發,節約了能源,蒸汽消耗降至960 kg/t;尾氣采用水吸收工藝等一系列降低乙醇消耗的工藝技術,乙醇消耗降至4 kg/t;采用全過程能量綜合平衡技術,節約了能源;副產品糖漿噴涂豆皮,解決了糖漿綜合利用問題;采用全過程智能控制,提高了生產的安全性和穩定性。

關鍵詞:醇法;大型裝備;濃縮蛋白;糖漿;能量平衡;節能降耗;智能控制

中圖分類號:TQ935;TQ645 文獻標識碼:A

文章編號:1003-7969(2020)04-0028-04


Technology development and industrialization of complete set of large scale

intelligent equipment for ethanol leached soybean protein concentrate

LIN Fengyan1, YI Xiaoli1,GUO Xingfeng2, ZHENG Feng1, LIU Kunlun2

(1.Shandong Chemsta Machinery Manufacturing Co.,Ltd., Jining 272000, Shandong, China;

2.School of Food Science and Technology, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001,China)


Abstract:A technical equipment for preparing soybean protein concentrate by ethanol leaching method was introduced. The combined extraction of pre-extractor and box-chain extractor was put forward to improve the extraction efficiency, increase the processing capacity of single machine (up to 60 000 t of product per year),thus the large scale problem of single machine was solved. The combination of extruder, horizontal disc dryer and vertical dryer was used to improve the desolventizing capacity.The combination of multi-effect evaporation and concentration was used for evaporation of mixed liquid to save energy,and the steam consumption reduced to 960 kg/t. The vent gas was adsorbed with a series of techniques such as water absorption process to reduce ethanol consumption, and the ethanol consumption reduced to 4 kg/t. Energy was saved by comprehensive energy balance technology in the whole process. Soybean skin was sprayed by by-product syrup to solve the problem of comprehensive utilization of syrup, and the whole process intelligent control was adopted to improve the safety and stability of production.

Key words:ethanol leaching method; large scale equipment; protein concentrate; syrup; energy balance; energy saving and consumption reduction; intelligent control


大豆是全世界最主要的油料作物,含有35%~40%的蛋白質,是人類和動物最主要的蛋白質來源。1985年世界糧農組織/世界衛生組織(FAO/WHO)提出蛋白質攝入量為每日每千克體重0.75 g,目前我國人均攝入量為0.5 g;2017年我國飼料總產量約為2.2億t\[1\],按照最低10%蛋白質標準計算,需要0.22億t蛋白質,其中80%以上來自大豆蛋白,尤其是幼崽飼料、水產飼料、寵物食品等高端飼料中的蛋白質均為大豆蛋白。市場上銷售的大豆蛋白產品主要有大豆分離蛋白(SPI)、大豆濃縮蛋白(SPC)、大豆組織蛋白(STP)、低溫食品級豆粕(LTSM)、飼料用豆粕(FMSM)等產品,其中FMSM主要用于飼料的原料,LTSM主要為SPI、SPC、STP的原料,SPI和STP主要作為食品添加劑,而SPC根據原料大豆的性質不同(是否非轉基因)分為食品級和飼料級兩種。市場上蛋白質含量高的產品需求量較大的為SPI和SPC,SPI以堿溶酸沉工藝生產為主,而SPC主要以乙醇萃取工藝生產為主。SPI和SPC的性能及消耗指標均不相同,詳見表1和表2。   

表1SPI和SPC性能指標

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注:括號內數據為SPC改性后的NSI。


表2SPI和SPC主要消耗指標

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注:表中消耗指標均以產品質量計。    

由表1可以看出:SPI的多項指標均優于SPC,其應用范圍較SPC更廣,但改性后的SPC可以替代大部分SPI的用途。SPC具有高纖維的特性,因此其在一些領域比SPI應用得更好,如作為面包添加劑、水產飼料原料等。由表2可以看出:SPI傳統的堿溶酸沉生產工藝能耗極高,并且產生大量高COB和BOD的有機廢水,屬于高耗能、高污染工藝;SPC的醇法生產過程零廢水排放,尾氣達標排放。因此,對于醇法SPC的生產來說,市場潛力很大。通過多年來在大豆蛋白方面持續不斷的研究,在總結已建的7條醇法濃縮蛋白生產線經驗基礎上,研發出了符合我國國情的醇法制備大豆濃縮蛋白的技術裝備,該成套技術裝備于2019年7月通過中國糧油學會組織的科學技術成果評價。評價結論為項目開發的成套裝備技術擁有自主知識產權,經濟、社會效益顯著,整體技術水平達到國際領先?,F將該成套技術裝備工藝、技術要點及應用效果進行介紹,僅供參考。

1、醇法濃縮蛋白生產現狀醇法制備大豆濃縮蛋白工藝采用一定濃度的乙醇水溶液,將豆粕中的可溶性糖類及其他可溶性物質溶解去除,達到提高固體物料中蛋白質含量的目的。表3、表4分別為我國食品級SPC和飼料級SPC供給現狀。    

表3我國食品級SPC供給現狀

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表4我國飼料級SPC供給現狀


食品級SPC方面:表3中所列生產線,除了山東長潤、秦皇島、德州、山東萬得福、吉林豐正、黑龍江陽霖等公司7條生產線還在生產,其他公司的產品未見在市場上銷售。飼料級SPC方面:表4中所列生產線均正常生產產品,山東中陽的6萬t/年飼用SPC生產線為國內外最大SPC生產線。

2、醇法濃縮蛋白工藝路線本工藝是用大豆高蛋白粕(或低溫豆粕)作為原材料,采用乙醇水溶液作為溶劑,通過醇提、烘干、粉碎、蒸發、濃縮等工序處理,得到醇法濃縮蛋白粉和糖漿,并對糖漿進行了綜合開發利用,生產出適應市場需求的噴涂豆皮產品\[2\]。圖1為醇法制備大豆濃縮蛋白工藝路線圖。

QQ截圖20210818143621.png


圖1醇法制備大豆濃縮蛋白工藝路線圖

3技術特點醇法制備大豆濃縮蛋白工藝過程中,豆粕中可溶物萃取、提取糖漿后的濕蛋白脫溶、混合液的蒸發、尾氣中乙醇回收、豆皮噴涂中設備的選型、整套裝備的節能降耗、智能化控制是整個大豆濃縮蛋白工藝中的關鍵工序,我公司對上述關鍵工序進行了針對性的研發創新。

3.1豆粕萃取采用預混器+箱鏈式浸出器工藝。預混器采用螺旋式全密閉預混器,豆粕和乙醇混合,豆粕提前溶脹,溶脹后的豆粕孔隙率增加,減少柵板堵塞,提高溶劑滲透效果,從而提高浸出器的萃取效率。箱鏈式浸出器的推料刮板高度超過料層高度,兩塊推料板與兩側箱體形成相對獨立的料箱,混合液在料箱內對豆粕進行浸泡和噴淋,延長了豆粕與混合液接觸時間,提高了萃取率。浸出器柵板下面采用反沖洗裝置,定時沖洗柵板,解決了柵板縫隙堵塞,乙醇滲透效果差的問題,提高了萃取效率;混合油全部收集到下部集油格,并減小集油格體積,增大集油格錐度,從而增加了混合油流速,解決了集油格積料問題。通過已經完成的大豆濃縮蛋白項目驗證,該型浸出器達到了預期目的,效果良好。

3.2濕粕脫溶采用擠壓機、臥式圓盤干燥機和立式脫溶干燥機組合工藝。濕粕采用我公司針對醇法濃縮蛋白開發的雙螺桿擠壓機,擠出部分乙醇溶液,乙醇溶液回流到浸出器替代部分新鮮溶劑。臥式圓盤干燥機為我公司針對醇法濃縮蛋白開發的烘干設備\[3\]。臥式圓盤干燥機出料采用側出料+底部出料相結合的出料方式,可根據需要調整筒體內物料的料層高度以達到最佳干燥效果。立式脫溶干燥機\[4\]具有干燥面積大、料層薄、烘干速度快、蛋白熱變性小的特點,對濕粕進行最后的脫溶和烘干。

3.3混合液蒸發混合液蒸發采用多效蒸發和濃縮工藝。蒸發段采用負壓并用二次蒸氣作為熱源的蒸發工藝。部分臥式圓盤干燥機二次蒸氣為濃混合液預熱,一效二次蒸氣作為二效熱源,部分臥式圓盤干燥機二次蒸氣和立式脫溶干燥機二次蒸氣作為三效加熱熱源,有效利用生產余熱,節約了大量熱能源,并解決糖漿掛壁的難題。濃縮采用的是立式薄膜蒸發器,糖漿在立式薄膜蒸發器內形成薄膜,同時采用高真空操作環境,達到去除糖漿中乙醇和水分的目的。立式薄膜蒸發器的熱源由水蒸氣改為熱水,降低了溫差,脫溶更穩定,極大地減少了糖漿掛壁糊化問題。以上措施極大提高了蒸發效率,減少了糖漿掛壁糊化問題,蒸發系統停機清理間隔由最初的半個月延長到3~6個月或更長。

3.4尾氣回收尾氣采用水吸收方式。冷凝器排出的尾氣中還含有一定量的乙醇,該部分乙醇采用冷水循環吸收工藝,水中乙醇達到一定濃度后,自動換水,含有乙醇的水參與新鮮乙醇濃度配比,有效地降低外排尾氣中乙醇濃度,同時降低了乙醇的消耗。

3.5糖漿噴涂豆皮噴涂糖漿的豆皮烘干采用了平板烘干機+氣流干燥+立式烘干滅酶機工藝。糖漿和豆皮經過混合機混合均勻后進入平板烘干機去除大部分水分;從平板烘干機出來的糖漿豆皮經過氣流干燥并輸送到立式烘干滅酶機,進一步去水和滅酶,直至達到產品要求。

3.6節能降耗本工藝技術均采用化工過程能量綜合技術的方法論——夾點技術,運用相關軟件進行逐一反復運算,力求所有能量都能夠充分發揮作用,具體成果如表5所示。

表5節能降耗成果(4萬t/年) 900

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注:熱源為200 ℃過熱水蒸氣,汽耗潛熱按2 225 kJ/kg計算,原料處理量8 t/h。

由表5可知,全流程能量平衡后水蒸氣消耗節約900 kg/t(以原料計),節能降耗效果顯著。

3.7智能化控制本技術裝備電控部分是在西門子的PLC控制系統上進行了二次開發。本系統實現了全智能化運行,系統根據現場實際情況自主調整全套生產線的工作狀態,有效降低人為操作的干擾,提高生產穩定性和安全性,可以實現對溫度、壓力、流量、液位、物位等參數的現場檢測、遠程控制及管理。當系統運行出現故障現場無法有效解決時,工程技術人員可通過遠程的方式,及時對整個控制系統進行監控和操作,及時對故障作出分析和判斷,迅速高效地排除故障,保證系統的正常穩定運行。

4、應用效果將該工藝用于4萬t/年SPC 生產線上,主要消耗指標見表6。

表6主要消耗指標

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注:表中消耗指標以原料質量計。

5、結束

語綜上所述,開發的醇法制備大豆濃縮蛋白工藝技術裝備生產的大豆濃縮蛋白產品指標能夠滿足市場要求,各項消耗指標均為國際領先水平,智能化程度高;廢水零排放,環境友好,副產品得到綜合利用;產品市場需求巨大,有廣闊的發展前景。目前我們已經聯合相關企業和大專院校在裝備超大型化、進一步優化工藝、進一步節能降耗、進一步提高產品質量、進一步拓展市場等方面進行更加深入的創新研究。

參考文獻:

\[1\] 黃慶生.我國飼料行業發展現狀與趨勢\[J\].北方牧業,2018(23):7.

\[2\] 董季,林鳳巖.醇法制備大豆濃縮蛋白工藝\[J\].中國油脂,2008,33(6):24-25.

\[3\] 趙捍東,劉瑞蓮,王軍.臥式圓盤連續干燥機在醇法大豆濃縮蛋白加工中的應用\[J\].中國油脂,2013,38(2):96-97.

\[4\] 曹瑞軍,鄭圣軍,申燕.立式脫溶干燥機在醇法大豆濃縮蛋白加工中的應用\[J\].中國油脂,2014,39(9):80-82.


醇法制備大豆濃縮蛋白大型智能化成套裝備技術開發及產業化---4期.pdf



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