IKN研磨均質機在蛋白飲料上的應用

1．植物蛋白飲料

1.1植物蛋白

西方學術界把植物蛋白分為兩類，一類叫plant protein，指花、草、樹木、灌木等植物中所含的植物蛋白；另一類是vegetable protein，即指大豆、花生、堅果等可食性果實或油料中所含的植物蛋白。中國的文獻將兩者統(tǒng)稱為植物蛋白。

1.2植物蛋白飲料

根據(jù)GB16322《植物蛋白飲料衛(wèi)生標準》中對植物蛋白飲料的描述是：以植物果仁果、肉及大豆為原料（如大豆、花生、杏仁、核桃仁、椰子等），經(jīng)加工、調配后，再經(jīng)高壓殺菌或無菌包裝制得的乳狀飲料。一般規(guī)定蛋白含量不低于0.5%（質量分數(shù)）。

1.3植物蛋白飲料分類

1.3.1按加工工藝分類

一、發(fā)酵植物蛋白飲料

二、非發(fā)酵植物蛋白飲料

1.3.2按加工原料分類

• 豆乳類飲料
• 椰子乳飲料
• 杏仁乳（露）飲料
• 其他植物蛋白飲料

2．植物蛋白飲料的營養(yǎng)和保健功能

依據(jù)GB 16322—2003 植物蛋白飲料衛(wèi)生標準，對植物蛋白飲料的描述是：以植物果仁、果肉及大豆為原料(如大豆、花生、杏仁、核桃仁、椰子等)，經(jīng)加工、調配后，再經(jīng)高壓殺菌或無菌包裝制得的乳狀飲料。其成品中的蛋白質含量應不低于5g／L。

植物蛋白飲料主要原料為植物果核類及植物的種籽。這些籽仁含有大量脂肪、蛋白質、維生素、礦物質等。是人體生命活動中*的營養(yǎng)物質。植物蛋白及其制品由于不含膽固醇而含大量的亞油酸和亞麻酸，長期食用不僅不會造成血管壁上的膽固醇沉積。而且還對血管壁上沉積的膽固醇有溶解作用。植物籽仁中含有大量的維生素E，可防止不飽和脂肪酸氧化，去除過剩的膽固醇。防止血管硬化，減少褐斑，有預防老年病的作用。

植物蛋白飲料還富含鈣、鋅、鐵等多種物質和微量元素，為堿性食品，可以緩沖肉類、魚、蛋、家禽、谷物等酸性食品的不良作用。部分人尤其是大多數(shù)亞洲人體內不含乳糖酶，飲用牛奶時會產生過敏問題，而飲用不含乳糖的植物蛋白飲料就沒有此類問題。如以豆奶喂養(yǎng)的嬰兒，其腸道細菌和母乳喂養(yǎng)的嬰兒相同。當中的雙歧桿菌占優(yōu)勢時可抑制其他有害細菌的生長繁殖，預防感染，對嬰兒有保護作用；相反，采用牛奶喂養(yǎng)時，則因雙歧桿菌含量少，嗜酸乳酸菌較多，嬰兒易出現(xiàn)腹瀉等消化不良癥。

總的概括，植物蛋白的生理功能有：

• 抗腫瘤作用
• 降低膽固醇的作用
• 對腎臟病的有益作用
• 對肝炎后進行性肝硬化的營養(yǎng)支持作用
• 降低高血壓患者的血壓和預防心血管疾病
• 容易被人體消化吸收，不含膽固醇，和動物蛋白在氨基酸的組成上具有互補性

3．植物蛋白飲料行業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展

3.1植物蛋白飲料行業(yè)現(xiàn)狀

我國對植物蛋白飲料的定義為:植物蛋白飲料是以植物果仁果肉及大豆為原料（如大豆、花生、杏仁、核桃仁、椰子等）,經(jīng)加工、調配后，再經(jīng)高壓滅菌或無菌包裝制得的乳狀飲料。我國目前常規(guī)認定的植物蛋白飲料就是國標定義中的 豆奶、花生奶、核桃奶、杏仁奶、椰子奶這幾種。這其實是相對狹義的植物蛋白飲料定義，從廣義上講，植物蛋白是相對于動物蛋白而言的，因此，凡是以富含植物蛋白的原料為主料制成的飲料都應該是植物蛋白飲料，如五谷雜糧中燕麥、綠豆、紅豆等蛋白含量都很高。現(xiàn)在市場上這類的飲料也已經(jīng)比較常見。

植物蛋白飲料屬于軟飲料軟。軟飲料包括：碳酸飲料、瓶（罐）裝飲用水、果蔬汁和果蔬汁飲料、乳飲料和植物蛋白飲料、固體飲料和茶飲料及其他軟飲料。表1 2010年8月軟飲料各子行業(yè)規(guī)模對比

由上圖可以看出，軟飲料子行業(yè)資產規(guī)模排列依次為果蔬汁及果蔬汁飲料行業(yè)、碳酸飲料行業(yè)、茶飲料及其他飲料行業(yè)、飲用水行業(yè)、乳飲料及植物蛋白飲料行業(yè)和固體飲料行業(yè)。乳飲料和植物蛋白飲料行業(yè)在軟飲料行業(yè)中發(fā)展速度很快，而其在資產規(guī)模上僅大于固體飲料行業(yè)。2010年1～8月，乳飲料和植物蛋白飲料行業(yè)高速增長，實現(xiàn)工業(yè)產值250多億元同比增長接近35%。乳飲料和植物蛋 白飲料行業(yè)財務數(shù)據(jù)表現(xiàn)良好，行業(yè)的發(fā)展迅速。

我國植物蛋白飲料需求量2006年為72.1萬噸；2007年為75.6萬噸，同比上漲4.85%；2008年為80.2萬噸，同比上漲6.08%； 2009年為85.6萬噸，同比上漲6.73%；2010年1～8月，我國植物蛋白飲料需求量為75.3萬噸，同比上漲11.50%。

我國植物蛋白飲料市場規(guī)模2006年為38.3億元；2007年為43.5億元，同比上漲12.11%；2008年為49.6億元，同比上漲14.02%；2009年為55.1億元，同比上漲11.09%；2010年1～8月，我國植物蛋白飲料市場規(guī)模為43.9億元，同比上漲17.90%。

表2 2006年至2010年1～8月

我國植物蛋白飲料需求量及增長情況表

表3 2006年至2010年1～8月

我國植物蛋白飲料市場規(guī)模及增長情況

在軟飲料產業(yè)中，碳酸飲料可口可樂、百事可樂在都是一統(tǒng)天下的態(tài)勢，在中國即便是娃哈哈也只能在部分農村市場立足，想要再踏足，顯然機會渺茫；瓶裝飲用水農夫山泉、娃哈哈、康師傅也已經(jīng)占據(jù)了很大的份額，外加各地一些知名品牌如怡寶、潤田等，也已經(jīng)很難再做大；茶飲行業(yè)中統(tǒng)一、康師傅等幾大品 牌已經(jīng)占據(jù)了絕大部分的*，市場格局相對穩(wěn)定，市場機會有限。在果蔬汁及其飲料中匯源、統(tǒng)一、康師傅、可口可樂等幾家也占據(jù)了統(tǒng)治地位，其他企業(yè)很難有機會。在乳品行業(yè)中，很明顯中國乳品行業(yè)已經(jīng)進入了整合期，品牌集中度越來越高，蒙牛、伊利已經(jīng)是巨無霸。即使是原來的地方強勢品牌也很難說還能堅持多久，武漢友芝友，石家莊君樂寶的并購只是開始而已。

就市場機會而言，相對于其他飲料，植物蛋白飲料優(yōu)勢明顯：

一、中國有25%～30%人群有乳糖不耐癥，植物蛋白飲料不會對消費者產生乳糖不耐受癥，更適合國人的飲食結構與消費習慣。

二、我國是植物蛋白原料的生產大國，特別是我國目前zui為流行的花生奶和核桃奶，據(jù)聯(lián)合國糧農組織數(shù)據(jù)庫資料，2009年我國核桃產量為915000t，占世界總產量（2236231t）的四成以上；花生產量為13341075t，占世界產量（35520257t）的37.6%也近四成，因此，我國生產植物蛋白飲料具有原料上的很大優(yōu)勢，而如何對這些植物蛋白原料進行深加工，增加其附加值，也是各地急需解決的問題。

三、現(xiàn)有的植物蛋白飲料生產企業(yè)相對較少，并且都針對不同的蛋白飲料，因而每種蛋白飲料的生產廠家間的相互競爭較少。目前花生奶市場除了銀露在全國有一定影響力外，其他的花生奶企業(yè)基本上都還是地方性品牌；核桃露主要是河北 養(yǎng)元和山西大塞，而目前它們的影響力大都還停留在黃河以前地區(qū)；杏仁露也一樣，除了露露，其它企業(yè)更不為人知；椰子汁則是椰樹，但可能是消費習慣的原因就如南方的消費者大都不接受杏仁露一樣，椰子汁在北方也始終難以打開市場。豆奶是維維，此外楊協(xié)成的純豆奶也有一定的影響力，而廣西雖然做豆奶的廠家很多，有影響力的卻沒有什么。

預計2010～2015年中國植物蛋白飲料容量將繼續(xù)增加，到2015年，中國植物蛋白飲料容量將達到135萬噸。

3.2植物蛋白飲料行業(yè)創(chuàng)新思路

• 營養(yǎng)強化

目前我國的牛奶及乳飲料很多產品已經(jīng)走上了強化的路子，但植物蛋白飲料則很少見到強化的產品。而在歐美國家無淪是什么產品，營養(yǎng)強化都幾乎成了約定成俗的慣例。

植物蛋白的營養(yǎng)強化，可以考慮兩條途徑：

• 均衡營養(yǎng)型強化。前文提到，植物蛋白一般都不是*蛋白，因此可以考慮添加部分該原料的限制性氨基酸，使其具有更高的營養(yǎng)價值。同時每種原料都有其維生素和礦物質的缺陷，針對這些缺陷進行維生素和礦物質的強化也是很有必要的。
• 突出型強化。就是針對某種植物蛋白的主要功能，對其進行更全面的強化。比如*，核桃是健腦的產品。就可以針對其這個特點，添加其它一些有利于腦部發(fā)育或健腦的營養(yǎng)素如DHA、牛磺酸、鋅、卵磷醋、Vc等，使其健腦功能更為全面和有效。

二、植物蛋白與其他復合

（一）多種植物蛋白復合

不同的植物蛋白其營養(yǎng)和風味都有較大的區(qū)別，多種植物蛋白復合，可以讓產品的營養(yǎng)更為全面，同時口感和風味也會更為豐富；當然因為不同的植物蛋白風味差別較大，在做復合產品時也需要考慮它們風味的融合性，否則可能會產生風味不協(xié)調的現(xiàn)象。目前市場上zui為常見的這類產品是花生核桃奶，惠爾康在2010年推出的黑芝麻濃漿也是由芝麻、燕麥、花生組成的復合植物蛋白飲料。由于大豆的蛋白含量較高，而且消費者對大豆的營養(yǎng)價值認可度也較高，同時，相對其它植物蛋白而言，大豆的成本較低。因此，諸如花生豆奶、核桃豆奶等復合產品應該會有比較好的市場。此外，三種以上植物蛋白，包括與五谷雜糧類的如紅豆、綠豆、米類、麥類等復合的產品也是一個很好的思路。

（二）植物蛋白與牛奶復合

這是植物蛋白與動物蛋白在飲品類中結合的途徑，可以充分發(fā)揮動植物蛋白的營養(yǎng)的互補性，使產品營養(yǎng)更為全面，健康概念更好。這類產品目前在市場上已經(jīng)比較常見，特別是在早餐奶方面，zui為常見的是核桃牛奶、花生牛奶。以后，這類的產品還會不斷有新品出現(xiàn)，因為這既是植物蛋白新產品開發(fā)的一個途徑，也是液態(tài)乳擴展的一個很好的途徑。

（三）植物蛋白與果蔬復合

一般植物蛋白原料中Vc含量都比較低，而果蔬類則是Vczui為豐富的來源。如果植物蛋白能與果蔬類復合，這類產品的健康和營養(yǎng)概念會好很多。目前這類的飲品基本上還是空白。這有技術上的原因，因為植物蛋白飲料一般做成中性的產品，而果蔬類則更適合做成酸性的產品。因此，它們如何有效結合，需要找到一些合適的途徑。這些途徑可以參考牛奶與果蔬結合的方法，目前牛奶與果蔬結合的方法，一是在酸性的牛奶產品中添加果蔬塊（粒）或果蔬汁如蒙牛的果粒酸牛奶,娃哈哈的營養(yǎng)快線等；另一個則是在中性的牛奶中添加酸度不是很高的果蔬汁，如很多廠家都在做的紅棗奶等。*個途徑對于植物蛋白來說適應性不是特別廣，因為由于菌種、口感等多種原因，我國用植物蛋白發(fā)酵做成酸奶的產品很少，直接調酸做成酸性產品的也少，以前的嘗試過做這樣的產品，但口感確實很難接受。這方面大豆可能是個例外，一是大豆發(fā)酵做成大豆酸奶的產品，雖然還不多，但也有，而且菌種也有成熟的。二是大豆磨漿去腥后，調酸，加入果汁，做成果汁酸豆奶飲料，產品的口感也相當不錯。第二個途徑對于大部分的植物蛋白原料來說可能更為合適，可以考慮的果蔬包括紅棗、枸杞、香蕉、西紅柿，各種菜汁等，為了盡量減少對Vc的破壞，這類的產品應該考慮冷藏產品，或冷灌裝的常溫產品。

4. 植物蛋白飲料的生產工藝

4.1 大豆飲料的生產工藝

工藝流程

大豆清雜→漂洗→浸泡→去皮→磨漿→過濾→添加其他配料→均質→滅菌→灌裝→成品

制備豆奶的操作要點

• 原料的處理。將清、雜的大豆于濃度0.5％的NaHCO3溶液中在室溫下浸泡8～10h，然后將去皮的大豆采用80℃以上的水熱磨成漿，以鈍化脂肪氧化酶的作用，防止產生豆腥味。
• 過濾。經(jīng)膠體磨漿的豆乳含有大量豆渣，在進行下一步前需用160目的篩子進行過濾，除去豆渣
• 添加其他配料。再將白砂糖和其他調味添加物加入物料里，以改善口感。
• 均質。再將物料經(jīng)過高剪切均質機，剪切，細化均勻。
• 滅菌。采用瞬間滅菌法，溫度為120～130℃，蒸汽壓力為0.5MPa。
• 灌裝。將滅菌后的物料冷卻到38～40℃，即可灌裝，即成品。

4.2 花生飲料的生產工藝

在花生的前處理上，有烘烤和不烘烤的區(qū)別，因花生含油量較高，因此烘烤后，油脂的香氣較好的釋放，在用來做飲料，口感和風味上更好，所以本文采用烘烤候后的花生。

工藝流程

花生→篩選→烘烤→脫皮→浸泡→磨漿→過濾→煮漿→配料→均質→灌裝→封口→殺菌→成品

操作要點

• 選料。選擇顆粒飽滿、無損傷、無霉變的花生原料，并除去雜質。
• 烘烤。在l30℃高溫下烘烤l0分鐘，以鈍化花生仁中的脂肪氧化酶，防止出現(xiàn)豆腥味，同時高溫烘烤花生，有利于脫皮。還可賦于花生乳特殊的香味。
• 脫皮。人工脫去花生衣，以防止花生皮上的色素和單寧等在浸泡過程中附于花生仁上，使飲料色澤加深、口感發(fā)澀。
• 浸泡。用花生仁8倍重量的水，加入0.5％的碳酸氫鈉高溫下浸泡24小時，使花生仁充分吸水膨脹，提高出漿率，同時可以浸出一部分低聚糖，防止膨脹。
• 磨漿。浸泡后的花生用清水沖洗3～4遍后瀝干，加入花生仁10倍的熱水(8O℃ )進行磨漿。
• 過濾。磨漿后的花生用12O目的濾布過濾。此時pH值為6.8～7.1。
• 加熱。將濾后的花生乳加熱煮沸，當溫度達8O℃以后，液面起泡、假沸，產生不少泡沫，此時可撇去部分泡沫，以保證質量。當溫度達94～96℃時，液面翻液，維持1～2分鐘，即可達到殺菌目的。注意不要過久加熱，以免蛋白質變性，產生分層、沉淀現(xiàn)象。
• 配料。花生漿10％～12％，蔗糖5％～7％，乳糖適量，沖稠劑0.03％，乳化劑0.4％～0.5％，軟化過濾殺菌后的飲料水。
• 均質。把配料好的物料經(jīng)過高剪切均質機，乳化均質，使物料顆粒細化，從而使物料體系穩(wěn)定，不易產生分層、沉淀現(xiàn)象。
• 殺菌、冷卻。成品灌裝封口后，在85的溫度下保持15分鐘進行殺菌，然后分段冷卻。

4.3 核桃飲料的生產工藝

生產工藝流程

原料→篩選→漂洗→浸泡→脫皮→磨漿→配料→細磨→均質→脫氣→灌裝、密封→殺菌、冷卻→貼標→成品 
工藝操作要點

• 原料篩選。選用無蟲蛀、無霉變、不溢油的新鮮核桃仁
• 漂洗。用清水漂洗，除去泥沙和殘殼等雜物
• 浸泡。用清水進行浸泡，使核桃仁充分吸水膨脹，組織軟化。有利脫皮，磨漿營養(yǎng)成份的提取
• 脫皮。用NaOH溶液處理一定時間后，反復用水沖洗，除盡核桃種皮
• 磨漿。用膠體磨將核桃仁加適量水磨成漿液
• 配料。將漿液與糖、穩(wěn)定劑和水，按一定比例進行混合并攪拌均勻
• 均質。用高剪切均質機對配好的漿液進行均質，細化物料顆粒
• 脫氣。在0.6～0.8Mpa真空度條件下進行脫氣
• 灌裝。密封用灌裝機進行定量灌裝和密封
• 殺菌。冷卻殺菌條件為l2l℃25分鐘，殺菌后冷卻，貼標。

植物蛋白飲料包含很多品種，不僅僅上面提到的3種。如還有五谷內的紅豆飲料、綠豆飲料、混合雜糧飲料等。文中所例訴的3中，卻也是一些飲料基礎的工藝配方?？梢栽诨A上優(yōu)化組合，或添加其他物料，進行營養(yǎng)和口味的優(yōu)化。

5. 高剪切均質乳化機在植物蛋白飲料上應用的優(yōu)勢

5.1 設備作用原理

高剪切分散乳化機就是、快速、均勻地將一個相或多個相(液體、固體、氣體)進入到另一互不相溶的連續(xù)相(通常液體)的過程。而在通常情況下各個相是互不相溶的。當外部能量輸入時，兩種物料重組成為均一相。由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（固/液），乳液（液體/液體）和泡沫（氣體/液體）。從而使不相溶的固相、液相、氣相在相應成熟工藝和適量添加劑的共同作用下，瞬間均勻精細的分散乳化，經(jīng)過高頻的循環(huán)往復，zui終得到穩(wěn)定的高品質產品。

5.2 我公司高剪切均質機的優(yōu)勢

我公司采用德國IKN*流體分散、混合設備，并以“為客戶解決問題”為關鍵，為不同的客戶解決針對性的問題，幫客戶創(chuàng)造價值。

就設備關鍵部件的技術優(yōu)勢：

1.同直徑轉子轉速相較其它廠家2900轉左右高出約三倍：

立式分體式結構，皮帶加速，運行時間長，不易造成軸的偏心，容易更換，而且只要更換相應的皮帶，一般的人員可以操作。立式分體結構，通過皮帶傳動，并實現(xiàn)加速，加速比為3：1，以ERS2000-4為例正常50HZ頻率下轉速為7890RPM,外加變頻可達13789RPM。。ERS2000/4轉子的直徑為55mm。

由此可得線速度（線速率V= 3.14 X D（轉子直徑）X 轉速 RPM / 60）

V正常= 3.14X0.055X7890/60 =23 M/S

V加速=3.14X0.055X13789/60=40 M/S

2.轉子結構更精密并有*設計,使之剪切作用力更大，剪切效果更好。

   IKN定轉子的間距可做到0.2-0.3mm，齒縫間距1mm.

  剪切速率的定義是兩表面之間液體層的相對速率。

– 剪切速率F (s-1) = v 速率 (m/s)/g 定-轉子間距 (m)

   由上可知，剪切速率取決于以下因素：

– 轉子的線速度

– 轉子-定子間距

   結合1，2中的數(shù)據(jù)可得:

   F1=（23/0.25）X1000=92000 S-1

  F2=（40/0.25）X1000=160000 S-1  

   普通轉速為3000RPM的機型大約在 14293-21544 S-1

3.德國進口雙端面機械密封擁有*結構和特殊材質保證高速運轉和長時間使用壽命，密封性能*

滿足以下條件使得機械密封的使用壽命更長:

- 可允許的壓力比率

- 充份的冷卻和濕度

- 材料的合適搭配.

IKN密封件為雙端面集裝式密封，耐壓性好，超高轉速下?lián)碛袃?yōu)異的密封表現(xiàn)。配有壓力平衡罐，充入適當壓力可保證機封上下端面受力平衡，同時運轉時可通過自身偏心結構的帶來的泵環(huán)效應和熱虹吸效應實現(xiàn)冷卻水的自動循環(huán)。該循環(huán)系統(tǒng)為獨立系統(tǒng)，與外界無接觸，平衡罐內冷卻液可選純化水或合適的溶劑，有效避免普通自來水冷卻壓力不穩(wěn)和含有少量顆粒雜質對機封帶來的損壞。

4.中試型乳化分散機與大型工業(yè)管線式量產機型配置基本相同。

各種工作頭的種類及相應線速度相同，中試過程中的工藝參數(shù)在工業(yè)化后之后不用重新調整，從而將機器型號升級到工業(yè)化的過程中的風險降到zui低。

下圖為我公司設備應用在胡蘿卜素上，剪切均質后，進行的顆粒直徑報告。

6. 植物蛋白飲料的常見問題及解決方案

植物蛋白飲料常見的問題有：脂肪上??；蛋白沉淀；飲料不穩(wěn)定，有分層、斷裂現(xiàn)象；脹瓶現(xiàn)象。以上問題可以由幾方面來考察原因，尋找解決方案。