1、    大豆分離蛋白生產質量控制探討    時玉強 馬軍 摘 要：近年來，大豆分離蛋白產品越來越受到了人們的推崇，特別是以大豆分離蛋白為加工原料的素食及保健飲品備受歡迎。除此之外，大豆異黃酮、大豆卵磷脂等產品也得到了一定的發展。隨著大豆分離蛋白新產品的面世，對其質量管理的要求日益突出。該文介紹了大豆分離蛋白產業現狀，分析了大豆分離蛋白產業的安全管理、加工過程控制對大豆分離蛋白性能的影響，并展望了大豆分離蛋白產品的質量控制方向。關鍵詞：大豆分離蛋白;質量控制;安全管理中圖分類號 tq936文獻標識碼 a文章編號 1007-7731（2020）06-0134

2、-06abstracct： in recent years， soybean protein isolate products have been more and more respected， especially soybean isolate protein as the processing raw materials of vegetarian and health drinks are very popular， in addition， soybean isoflavones， soybean lecithin and other products have also been

3、 developed. with the introduction of new soybean protein isolate products， the requirements of its quality management are becoming more and more prominent. in this paper， the current situation of soybean protein isolate industry was introduced， the safety quality management， the effect of processing

4、 control on soybean protein isolate was discussed， and the quality control direction of soybean protein isolate has been prospected.key words： soybean protein isolate; quality control; safety management中國是大豆的原產地，公元前11世紀就已經開始種植1。當前，我國已成為了世界上最大的大豆消費國和進口國，近年來進口大豆的數量一度超過9000萬t，且幾乎都是轉基因大豆。近年來，隨著人們對轉基因認識的

5、不斷加深，轉基因大豆的被接受程度呈逐年下降的趨勢2。進口轉基因大豆只批準用于壓榨，但仍有少部分流入食品領域，2016年流入量約200萬t3。國產大豆具有蛋白含量高、脂肪含低、非轉基因的特點，更適于加工成食用豆制品。據統計，國產大豆90%以上用于食品加工4。近年來，大豆分離蛋白作為大豆深加工產品的代表，越來越受到國內外消費者的歡迎。大豆分離蛋白具有優良的食品加工性能和保健作用，幾乎可用于所有品類的食品中，而且可應用于保健品中作為營養補充劑，甚至是醫藥領域中。因此，如何保證大豆分離蛋白的安全與功能性，已成為了大豆分離蛋白產業在生產過程中重要的研究課題之一。1 大豆分離蛋白概述1.1 營養和保健作用

6、 大豆是植物中蛋白含量最高的作物，蛋白含量在35%40%。含較高的油脂，油脂含量在15%20%。碳水化合物較少，一般在20%30%5，且膳食纖維含量高，能量用碳水化合物（淀粉、蔗糖、葡萄糖等）含量低，是現代日常食用的優質食物來源。以大豆為主要原料生產的大豆分離蛋白的各組成部分均具有較高的營養保健功能。1.1.1 大豆蛋白質 大豆蛋白的氨基酸，除含有普通人群人體必需的8種氨基酸外，還含有嬰兒必需的氨基酸組氨酸，且不含膽固醇，具有動物蛋白不可比擬的功能特性。1999年，美國食品與藥品監督管理局批準了大豆蛋白的健康聲明，即“每天攝入包含25g大豆蛋白的低脂肪低膽固醇的食品，可以明顯地降低患心臟病的風

7、險”6-8。1.1.2 大豆異黃酮 大豆異黃酮是一種具有生物活性的植物雌激素，它們是一種次生代謝產物，包括異黃酮苷類、染料木甙，其中染料木甙占多數。大豆異黃酮可預防和防愈絕經期婦女骨質疏松癥、動脈粥樣硬化和冠心病9。1.1.3 大豆低聚糖 大豆低聚糖主要由水蘇糖、棉子糖、蔗糖等組成，近年來，大量研究表明，水蘇糖和棉子糖在改善腸道菌群結構、抗腫瘤、調節血脂、增強免疫力等方面具有重要的生理活性10。1.2 在傳統豆制品中的應用 傳統的大豆深加工產品有腐竹、豆皮、納豆、內酯豆腐、干豆腐、水豆腐、豆漿等11。由于傳統豆制品存在精細化差，交通運輸不便，存在產品功能性、差異性差等缺點，難以形成大規模的工業

8、化生產，且品質控制難度較大。近年來，隨著科技的不斷進步，各種新型的大豆分離蛋白產品逐漸走向市場，特別是以大豆分離蛋白為加工原料，應用到傳統豆制品中，形成了既方便生產，又營養豐富，口感品質俱佳的改善型傳統豆制品。將大豆分離蛋白代替大豆應用于傳統的豆制品領域，節省了前期對大豆處理的過程，減少了豆渣去除環節、黃漿水處理環節等關鍵的固廢和液廢處理，對于環境保護，縮短生產周期，降低過程微生物控制的環節起著重要的作用，同時為大規模工業化生產創造了條件。2 大豆分離蛋白產業的安全管理大豆分離蛋白產品的主要應用領域為食品、保健品及醫藥，其安全管理是行業首要保證的問題。大豆制品的安全首先是保證大豆安全，大豆安全

9、是大豆分離蛋白產品安全的基礎，其次是生產環節安全，最后是添加劑的合理使用。2.1 大豆質量管理 大豆的質量管理主要包括非轉基因安全、重金屬安全和農藥殘留3個方面。2.1.1 非轉基因安全 大豆的非轉基因安全是食用大豆加工的前提。國產大豆均為非轉基因大豆，但由于進口大豆的占比遠遠高于國產大豆，如何有效地控制食品加工用非轉基因大豆的純凈性，已成為了大豆分離蛋白行業首要關注的問題。從國家政策層面上，應繼續完善轉基因大豆的管控，加大進出口岸的轉基因作物的管理，對轉基因作物特別是大豆的進口量、進口渠道、進口廠家嚴格控制，對轉基因大豆的去向及加工過程進行明文規定，避免轉基因大豆的流出。從企業層面，應加大對

10、非轉基因大豆的源頭控制，與農戶制定相應的合作合同，從種子到大豆，進行過程跟蹤與檢測，加大非轉基因大豆進廠的檢測力度。2.1.2 重金屬 主要是大豆產區及施用肥料的管控。我國大豆的主產區集中在東北和華北地區，由于各地區的土質不同，重金屬含量存在一定的差異，因而需要對產地進行有效的控制。另外，由于大豆生長過程中需要使用含有重金屬的肥料，如花期噴施0.1%的硼砂、硫酸銅、硫酸錳水溶液可促進籽粒飽滿，增加大豆含油量。因此，需要加強企業與農戶之間的合作，避免重金屬肥料的過度使用。同時，企業應加強進廠大豆重金屬的檢測控制。2.1.3 農藥殘留 主要是加強企業和合作農戶的合作意識，指導農戶使用合標合法的農藥

11、，避免非法農藥和過量農藥的使用，降低農殘風險。企業加強進廠農殘的檢測力度和頻次，確保農殘達標。2.2 大豆分離蛋白產品生產 大豆分離蛋白產品主要分為以下2類：一是直接食用的食品、保健品及醫藥制品;二是需要二次加工的，作為食品、保健品及醫藥制品的配料或輔料。這2類產品的要求存在一定的差異性。作為通用的安全管理主要有重金屬和衛生指標及農殘。不同領域的產品要求也不盡相同。作為食品用的大豆制品主要應按照gb27622017食品安全國家標準食品中污染物限量的相關要求進行控制，作為保健品應符合gb 167402014食品安全國家標準 保健食品。作為醫藥原料及輔料應符合gb 29922-2013食品安全國家

12、標準 特殊醫學用途配方食品通則的相關要求。作為直接入口的大豆制品應嚴格控制微生物指標。持續跟蹤微生物相關研究，對于豆制品中可能存在的危害身體健康的微生物及時驗證，確保符合國家標準的基礎上對潛在的可能有害微生物建立相應的企業內控標準，并推動相關的國家法規的修改、制定，杜絕可能存在的潛在風險。大豆作為一種特殊的產品，本身含有抗營養因子，主要包括大豆胰蛋白酶抑制劑、脲酶、大豆凝集素、脂肪氧化酶、植酸和單寧等12。因此，針對不同的食用需求，需要加強相關的抗營養因子的檢測，如脲酶活性的檢測。針對特殊人群、特殊用途產品，應制定相應的產品控制要求和檢測規范。在國家法規范圍內，嚴格執行相應的規定，對于特殊的產

13、品需求，根據產品的應用對象制定相應的企業標準，并推動相應的國家法規的修訂、制定。生產安全管理還包括過敏原控制。食品過敏原是指食物中能夠引起機體免疫系統異常反應的成分，最常見的致敏食物有牛奶、雞蛋、花生、堅果、大豆、小麥、貝類和魚。在歐洲，已經將食物過敏原列表擴展至14種，分別是：谷蛋白、軟體動物、甲殼類、雞蛋、牛奶、魚、花生、堅果、大豆、芹菜、芥菜、芝麻、羽扇豆和二氧化硫13。大豆引起過敏反應主要物質為大豆球蛋白和-伴大豆球蛋白，其與大豆蛋白功能性和營養性有著密切關系14。目前，針對大豆脫敏的方法主要有熱處理、高壓、酶水解、發酵、糖基化等加工方法，通過改變蛋白質結構或ige結合位點以改變食品變

14、應原性，去除率達90%以上。但過敏性反應閾值極低，對于相應的過敏人群仍需加大研究，除降低大豆本身的致敏性外，其他過敏原的控制是大豆分離蛋白生產的重要內容。首先，控制原料的純潔性，避免除大豆之外的過敏原進入原料領域中，特別加強對谷蛋白類含量較多的糧食作物的混入的控制，完善豆粕加工的除雜系統，加強對過敏原的檢測特別是麩質的檢測;其次，加強大豆分離蛋白加工產品的控制，生產車間不與含其他過敏原的產品公用生產線，避免含過敏原的食物進入生產車間，避免交叉污染;再次，加強產品的過敏原檢測，確保產品合格。2.3 添加劑的使用 gb2760-2014食品安全國家標準 食品添加劑使用標準中規定食品添加劑是為改善食

15、品品質和色、香、味，以及為防腐、保鮮和加工工藝的需要而加入食品中的人工合成或者天然物質。在大豆分離蛋白過程中，首先應明確添加劑的食用原則，即改善食品的品質和工藝的需要。在加工過程中，盡量在國標要求的添加劑范圍內，滿足產品設計的基礎上使用，所有食品、保健品或醫藥都允許不限量添加的食品添加劑，保證大豆分離蛋白產品廣泛的應用于食品和藥品中，更有利于大豆分離蛋白產品的發展。同時，對有特殊需求的專用領域的，有特殊添加劑需求的深加工產品進行針對性的定制，并做好隔離與管理，確保產品的純潔性。對于過程使用的添加劑，應建立相應的采購、存儲、領用、添加、余量控制等控制規程，做到數量、過程、記錄一致，確保添加劑的使

16、用安全。建立督查制度，定期對所建立的相關流程及相關記錄進行核實。建立追溯制度，對過程樣品及記錄保留12個月，保證添加劑使用的可追溯性，切實保證大豆分離蛋白產品添加劑的使用合規合法。3 大豆分離蛋白的生產加工大豆蛋白根據沉降指數進行分類。大豆蛋白質經高速離心后，按照離心沉降指數分為2s、7s、11s、15s共4級，其中7s和11s為主要成分，也是球蛋白的主要成分，約占總蛋白的70%。大豆分離蛋白的提取率約為78%。因此，主要提取的是7s、11s和15s具有4級結構的球蛋白，維系24級結構的主要為氫鍵、離子鍵、范德華力和疏水相互作用。大豆分離蛋白典型的生產工藝是堿溶酸沉法，其工藝流程如下15：低溫

17、脫脂豆粕混合精細均質泵（水料比61，45）過篩（不同目數篩）加水（按照水料比81補水）調ph（氫氧化鈉溶液，30%，ph值7.37.4）攪拌萃取（120r/min，30min）離心分離（4500r/min，10min）取上清液（ph值4.54.6）離心分離（5000r/min，10min）取離心沉淀（凝乳）加水調ph殺菌（140，15min）噴霧干燥。酸沉之前，將萃取后離心分離的豆渣加水（45，水與原豆粕的比例為41）攪拌水洗（120r/min，5min）離心分離（4500r/min，10min）取上清液，該上清液與上述工藝中的上清液攪拌混合（120r/min，5min）。大豆分離蛋白各工藝工

18、段對不同功能特性需求的大豆分離蛋白的生產有著不同功能和影響，主要如下：3.1 萃取對大豆分離蛋白的影響 大豆分離蛋白萃取是低溫脫脂豆粕在堿性條件下豆粕中的蛋白溶于水中，形成蛋白液溶膠的過程。堿溶原理如下：大豆蛋白本身具有親水集團羥基端和疏水集團r基（大部分是烷基），因此蛋白能夠溶于水中形成蛋白膠體溶液，大豆蛋白在豆粕中通過范德華力、氫鍵與蛋白、纖維、糖進行聯合，通過調整溶液體系的ph值，提高溶液的oh離子濃度，主要是破壞蛋白與纖維和糖之間形成的氫鍵，減少氫鍵，降低蛋白與其他組分的相互吸引力，以利于蛋白與其他組分的分離，有利于蛋白的離心分離。在此過程中如果ph過高，一方面造成蛋白水解，產成小分子

19、蛋白，肽及氨基酸，造成酸沉時蛋白分離不出;另一方面增加分子量偏低的蛋白的氫鍵斷裂，造成蛋白分子過多展開，增加蛋白與水的范德華力造成分離困難。因此，在堿提過程中，ph過低或過高均不利于酸沉分離。一般情況下，ph控制在7.3±0.2為宜。3.1.1 ph ph主要影響萃取率，影響的主要作用是蛋白與豆粕其他組分的氫鍵連接;理論上講ph高能夠提高溶出的速度，提高大分子蛋白的展開和溶出，但也會影響蛋白的酸沉難度，從功能性上將能夠提高產品的凝膠特性。主要原因是蛋白在于高ph造成蛋白水解成小分子蛋白，促進大分子蛋白的溶解。有報道認為，二次萃取時，一次萃取的ph應控制在7.27.4，二次萃取應控制在

20、6.87.2為宜18。此種方案在一次萃取時較易提取的11s以下的蛋白，二次萃取過程為水洗過程，而11s和15s球蛋白較難在水洗過程中萃取出來，因此存在提取率低的問題。根據堿溶的原理，一萃ph低，二萃ph高，使容易萃取的大豆蛋白大部分在一萃萃取出，降低水解風險，難溶解的11s和15s大分子蛋白在較高ph下，二次萃取，更有利于提取。一般認為，11s大豆球蛋白在凝膠硬度上更具有優勢17，而15s作為11s的聚合物18，在實際應用中主要體現11s的特性。3.1.2 水料比 水料比主要影響溶出率和溶出速度，若水料比過低，主要影響大分子蛋白的溶出，降低大分子蛋白的溶出，凝膠性有降低的風險;若水料比過高，則

21、影響酸沉的回收率，增加能耗、水耗，增加大豆乳清水的量，增加乳清廢水處理難度和費用。通常一萃水料比18，二萃水料比1419。3.1.3 水溫 水溫主要影響溶出速度，增加蛋白分子的內能及分子運動強度。水溫在小于蛋白變性溫度時，溫度越高、越有利于蛋白的提取，但基于能源和萃取效果的綜合考量，一般工業化生產控制在485218。3.1.4 粉碎工藝 粉碎，宏觀物理作用主要是打破豆粕，增加豆粕各組分與淡堿水的接觸面積和接觸概率，提高溶出速度和溶出率，有利于凝膠的提高，對分子量小的蛋白也無破壞作用，理論上講，剪切效果越好越有利。其中，濕法粉碎-乳化泵剪切粉碎對大豆分離蛋白提取率的提高具有劃時代的意義。乳化泵由

22、于轉子高速旋轉所產生的高切線速度和高頻機械效應帶來的強勁動能，使物料在定、轉子狹窄的間隙中受到強烈的機械及液力剪切、離心擠壓、液層摩擦、撞擊撕裂和湍流等綜合作用，形成懸浮液。主要作用將豆粕粉碎，增大蛋白和水的接觸面積，實現蛋白和其他組分的解離。參數調整原則，在荷載允許的情況下，越快越好，其結構如圖1所示。通過對豆粕濕法粉碎，將大豆分離蛋白的蛋白質回收率由72.4%提高至78.9%，從而提高了蛋白質回收率，并且在此過程中回收的大豆分離蛋白的凝膠性優勢明顯，提高了產品品質，擴大了大豆分離蛋白的應用領域15。同時，濕法粉碎的實現，極大地降低了萃取效果和速度對溫度和水料比的需求，從而能夠在低溫和低水料

23、比條件下獲得更高的提取率，有利于降低能耗和水資源。3.2 酸沉對大豆分離蛋白的影響 酸沉原理如下：可溶性蛋白質分子表面分布著大量極性氨基酸殘基，對水有很高的親和性，通過水合作用在蛋白質顆粒外面形成一層水化層，同時這些顆粒帶有電荷，因而蛋白質溶液是相當穩定的親水膠體。水合作用的結果是氫鍵的形成和穩定。當加入酸時就提供了過多的氫離子，而使得蛋白雙電層的電平衡破壞，蛋白與水之間的吸引力減弱喪失，當ph達到蛋白的雙電層外層的負電荷與氫離子的正電荷電荷數目相等時，雙電層完全破壞，蛋白失去與水的親和作用而與水分子分離，蛋白分子之間開始聚集。此時的ph值即為等電點。當氫離子進一步增加，在強酸作用下蛋白一方面

24、增強了分子間氫鍵，另一方面由于水化層的破壞造成肽鍵暴露與氫離子接觸造成蛋白水解，進而提高了蛋白的溶解度，降低了酸沉效果。3.2.1 等電點控制 等電點是分離蛋白實現的最基本的原理，不同蛋白的等電點不同，不同等電點的蛋白的功能性差異也不同，目前應用實踐得到的最佳等電點在4.554.65。如圖221所示，大豆蛋白在等電點時溶解度最差。7s的等電點偏向于4.5，11s的等電點偏向于4.8，而7s蛋白乳化性和吸水性要優于11s蛋白，11s蛋白的吸油性和凝膠要優于7s，因此可根據ph的控制，調整蛋白功能性16。3.2.2 溫度 溫度對酸沉的主要影響是酸沉速度和分離能力;根據生產情況，溫度高可以提高酸沉的

25、速度，主要是增加分子的運動能力，分子動能增加不利于酸沉效果，而低溫有利于酸沉，特別是對11s蛋白，在低溫下可以實現冷沉19。3.2.3 凝乳含水量 凝乳是指大豆蛋白在等電點沉淀以后，通過離心機分離得到的蛋白固相物質。主要影響蛋白中的鹽和低聚糖的殘留，低濃度的鹽，增加蛋白的溶解性，但是會降低凝膠，冷凝膠尤其明顯。因此，增加水洗工藝，降低凝乳的含水量，對于提高蛋白的凝膠性具有積極的意義。3.3 中和對大豆分離蛋白的影響 中和是將凝乳中添加氫氧根離子，使凝乳中的氫離子和氫氧根離子反應成水，降低水中的正電荷含量增加蛋白表面電荷對水的吸引作用，進一步形成被破壞的雙電層和水化層，同時較高的ph提供了足量的

26、oh離子，可以提供蛋白4級結構中的氫鍵，導致氫鍵打開，使4級結構舒展，進而提高了蛋白在水中的穩定性，直接表觀現象是中和粘度的增加。如果oh離子量持續增加，造成蛋白的全面展開持水性增強，凝膠的組織結構規則，強度高，但是如果ph超過一定的值，則造成展開的蛋白在強堿作用下的水解和氨酰化，形成有害物質如賴丙氨酸22。影響產品功能性的中和工藝設計和參數有ph、蛋白濃度、料溫等。3.3.1 ph 中和ph的控制，影響蛋白的空間舒展程度，保證氫鍵的形成，包括分子間和分子內部氫鍵，在較高的ph下，在生產表現上，表現為中和粘度升高。ph過高則造成蛋白水解及賴丙氨酸等有害物質的形成，不利于凝膠的形成。當ph7.0

27、時，11s的乳化穩定性最低，而7s的乳化性優于11s，當ph達到10時，11s球蛋白開始解離，不利于蛋白的結構完整，影響其功能性15。3.3.2 蛋白濃度 蛋白濃度的高低影響雙電層和水化層的穩定性，進而決定了殺菌是受熱變性的程度。低濃度時雙電層和水化層相對穩定和完整，高濃度時相對較差，受熱時造成水化層和雙電層的破壞程度不同，體現了蛋白的變性不同，蛋白濃度越高，水化層越容易破壞，氫鍵越不完整，大豆分離蛋白粉的蛋白結構松散，容易吸水，但是凝膠性能差。親水性好，蛋白濃度影響蛋白的密度，蛋白濃度高固形物含量多，噴霧干燥形成的液滴中，水分含量低，在噴霧干燥時形成的蛋白粉顆粒中空小，密度高。3.3.3 料

28、溫 中和料溫的控制，溫度越高分子越容易展開，低溫能夠延緩蛋白分子的展開，進而保證蛋白分子內部的完整，保護4級結構，蛋白粉相對吸水較慢，在殺菌時變性程度低。3.4 蛋白改性對大豆分離蛋白的影響 郭永等23研究表明，spi的常溫黏度、高溫黏度、耐熱性、凝膠性在氮氣改性過程中有所增加，而在mtg改性，氮氣復合改性過程中則顯著增加。時玉強等24研究表明，通過對大豆分離蛋白生產過程中添加谷氨酰胺轉氨酶（tg酶）進行改性實驗，研究了添加tg酶對萃取、酸沉和中和等生產過程的影響;根據改性后的大豆分離蛋白的凝膠性質變化，確定了最佳的生產工藝，結果表明：當tg酶添加量為0.22%時，萃取提取率降低1.2%，酸沉

29、損失率降低13%，大豆分離蛋白的回收率由70.2%提高到75.3%，凝膠硬度提高25.1%，彈性提高12.3%，咀嚼性提高41.1%。動態超高壓微射流處理能使大豆分離蛋白的溶解性、起泡性、凝膠性得到增加，隨著均質壓力的逐漸增加，都有不同程度的增大。經過動態超高壓微射流處理后大豆分離蛋白溶解度達到46.33g/l;100ml的大豆分離蛋白經高速分散攪打后，泡沫高度達180ml，凝膠強度達0.08355kg25。3.5 儲藏條件對大豆分離蛋白的影響 王洪晶等26研究表明，在貯存過程中，殘存的脂肪氧化酶可以產生自由基，使蛋白質分子在自由基的作用下形成大而松散的聚集體，造成溶解性較差。孫冰玉27研究表明，在冷藏環境（rh55%、4）下，針對不同包裝100%氮氣鋁箔包裝、80%氮20%二氧化碳鋁箔包裝、60%氮氣40%二氧化碳鋁箔包裝、真空鋁箔包裝、實際工廠包裝（白板紙塑/ldpe）和pe包裝的sh的7s/1