大豆蛋白加工中的蒸汽杀菌工艺研究


作者:许建 日期:2018/01/11 来源:PHT《制药业》

杀菌是大豆蛋白加工中的关键步骤——从食品安全角度考虑,多种杀菌工艺中,蒸汽灭菌是最安全的方式,通过蒸汽与物料合理接触并保持一定的时间,灭活物料中的沙门氏菌等致病菌,达到国际标准要求杀菌效果,同时保留大豆蛋白的功能性,最终安全地提取出大豆分离蛋白。

大豆分离蛋白含有人体必需的8种氨基酸,被誉为人类“第一营养素”。目前大豆分离蛋白加工采用碱溶酸沉的工艺居多,从原料入机到粉体包装过程中诸多环节,都有微生物、致病菌入侵的风险,所以HACCP将杀菌环节作为生产加工中的关键控制点,对杀菌后的设备、环境、人员等管控更加严格,诸多杀菌方式如辐射杀菌、微波杀菌等都可达到灭活效果,但从食品安全角度出发,蒸汽灭菌是最安全的方式,蒸汽灭菌的关键在于蒸汽与物料的接触方式、接触时间,文章重点分析了工厂自主研制的杀菌工艺,在杀菌效果方面进行在线验证,能达到国际标准要求的杀菌效果。

图1 杀菌器原理图

图1 杀菌器原理图

如图1示意,蒸汽通过杀菌器入口注入,在杀菌器内部,蒸汽以高度湍流方式直接与料液混合,热在瞬间由蒸汽传导给料液,快速的热交换导致蒸汽凝结并迅速分散到料液中,避免了一般蒸汽杀菌器在杀菌过程中因蒸汽与物料混合不匀导致蒸汽逃逸,进而带来汽锤和震动等现象,杀菌器内部用一个可变面积喷嘴来准确控制蒸汽流量,又用一个可移位协调管调整蒸汽凝结区以确保无汽锤运作及进一步控制料液流量及压力。

由于杀菌器直接注入蒸汽于料液中,蒸汽中所有的热能(潜能与显能)都被用于加热而造成100%的热交换,比一般间接杀菌器热利用效率高15-20%,蒸汽消耗得到节约。杀菌温度控制采用温控反应,采用调节阀与高速温度探针组合的控制回路进行控制实现,几乎无滞迟时间,料液温度在调整喷嘴位置同时而改变,控制回路的速度与准确度成为杀菌器控制温度的速度与准确度的决定因素。

材料与方法

实验材料

3 L粪肠球菌菌液(冷藏条件存储),10%浓度大豆分离蛋白液体2 200 L ,5‰的过氧乙酸消毒液,31%食品级液碱1 m3,工艺水15 m3,一次性医用手套10付,医用口罩10付, 冰袋若干,75%医用酒精3 L,ST-25 PBS涂抹棒40个,消毒过的取样杯25个。

实验设备

12 m3的老化罐带搅拌一套,15-40GJB均质机一台,自制杀菌器一套,闪蒸罐一个,冷凝器一个,2sk-6p真空泵一台,TLS-15转子泵两台,180 ℃的饱和蒸汽

实验方法

由于工艺复杂性,杀菌验证试验不能在实验室进行,所以利用生产线上设备直接在线实验,选取大豆蛋白行业典型致病菌沙门氏菌进行实验,考虑安全因素,不能直接用沙门氏菌做实验,而采用合适的指示菌粪肠球菌做替代者,按照国际通行标准,食源性病菌灭活率需达到5 log以上才被认可,所以杀菌验证试验对沙门氏菌指示菌粪肠球菌的灭活率必须大于5 log方可认为杀菌有效。实验前按照物料走向用2‰浓度、70 ℃温度的淡碱水冲洗罐体、设备及管线,然后调制好料液参数,进行菌落接种、取样,杀菌后取样,对涉及的罐体、设备、管线及环境清洗消毒,然后将杀菌前后样品比对分析。

实验条件

(1)杀菌条件:杀菌温度125℃,杀菌时间8 s,杀菌温度波动范围小于1℃ 。

(2)设备条件:A液泵、均质机、B液泵开度均为40 Hz、闪蒸真空-60 kp。

实验流程

蛋白来料→调制老化→菌体接种→灭活前取样→料液均质→瞬时杀菌→真空降温→灭活后取样→排空→清洗消毒。

操作步骤

(1)蛋白来料:低温脱脂豆粕在弱碱液浸泡豆粕40 min左右,蛋白溶解在弱碱液里,用分离机分离去除不溶性的纤维,留下含有蛋白的溶液,再向蛋白溶液中添加絮凝剂(一般是食品级盐酸),将蛋白沉淀出,得到蛋白凝乳。

(2)调制老化:蛋白凝乳进入老化罐,按照蛋白凝乳:工艺水=1:4的比例加入工艺水,再用30%左右的食品级液碱调整蛋白液体PH到7.5左右,蛋白液体浓度控制在10%,调制后的液体体积控制在2 200 L左右。

(3)菌体接种 待料液PH值稳定后,将从实验室培养的约1.3 L的粪肠球菌(NRRL B-2345)混入蛋白料液,将植入菌体后的料液搅拌稳定30 min。

(4)灭活前取样 用250 ml取样器取接种料液,放入灭菌后的取样杯密封好,然后用冰袋冷藏样品,依次取样冷藏8个样品。

(5)料液均质 用处理过的工艺水(一般菌落总数<100 cfu/g)代替物料,进行预实验,依次开启A液动力泵、均质机、B液动力泵,调整杀菌蒸汽阀门,将杀菌温度稳定在125℃。

(6)瞬时杀菌 开启进料阀门,输送接菌物料,通过蒸汽杀菌器,对接菌物料进行杀菌灭活。

(7)真空降温 灭活后物料以扇面进入闪蒸罐,在冷凝器及真空泵组成的真空系统作用下,闪蒸罐压力维持在-60 kp,这样物料温度迅速从125 ℃降到75 ℃左右。

(8)灭活后取样 在B液泵后管线取样阀处接取接种后物料100 ml,迅速放入冰袋中冷藏,依次接取10个样品。

(9)排空 接种后料液在B液泵后管线12 m处,排入地沟,进入污水处理站。

(10)清洗消毒 物料走空后用2‰浓度、70℃温度的淡碱水冲洗物料所涉及的罐体、设备、管线、取样口、排空口,用5‰的过氧乙酸消毒液对取样工具、料液滴漏处等进行消毒,然后用清水冲洗,同时用ST-25PBS涂抹棒进行环境监控。

(11)样品培养处理 对取样后的样品按表1进行培养处理计数。

表1 样品处理表

表1 样品处理表

结果与讨论

大豆蛋白料液在杀菌温度125 ℃、杀菌时间8 s情况下,杀菌前后菌落总数结果如表2。

表2 125℃/8s 杀菌前后菌落数对比表

表2 125℃/8s 杀菌前后菌落数对比表

大豆蛋白料液在杀菌温度125 ℃、杀菌时间8 s情况下,杀菌前后屎肠球菌结果如表3。

表3 125℃/8s 杀菌前后屎肠球菌对比表

表3 125℃/8s 杀菌前后屎肠球菌对比表

从图表中可以看出,大豆蛋白料液在杀菌前的菌落总数是7.24 log(cfu/g),在杀菌后菌落总数<0 log(cfu/g),大豆蛋白料液在杀菌前屎肠球菌数量在7.50-7.60 log(cfu/g)之间,计数平均值为7.53 log(cfu/g),杀菌后,大豆蛋白料液屎肠球菌降低到小于0 log(cfu/g),平均降低7.53 log ,超过了5 log的标准要求。

结论

通过实验可以看出,大豆蛋白加工过程中,此种杀菌方式能达到7 log的杀菌效率,比通用标准5 log高出2 log,能满足加工过程中微生物要求,但是蛋白在受热过程中与蒸汽的接触方式、接触时间对蛋白自身的凝胶性、吸水性的影响,杀菌方式的进一步节能改进,需要在线实验进行进一步的研究和探讨。

本文作者系山东禹王生态食业有限公司职员。

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