大豆异黄酮工艺试验及应用
2012-02-27吴锦宝
吴锦宝
（北京沃利帕森工程技术有限公司上海分公司，上海 200001）
1 概述
大豆异黄酮是由天然大豆中提取的植物有效成分，大豆异黄酮的分子构造与女性体内雌激素的分子非常相似，能够与女性体内的雌激素受体相结合，对雌激素起到双向调节的作用，所以，有时又被称为“植物雌激素”。
近年来，大豆所含的磷脂、生育酚、植物凝血素、低聚糖、低肽、甾醇、皂苷、类黄酮等活性物质已引起人们越来越多的关注。据许多流行病学、免疫学等对动物体内外试验等研究报告，大豆异黄酮具有防癌，防骨质疏松，改善妇女经期及更年期不适，防心血管疾病等生理功能[1-4]。
随着对大豆异黄酮的研究取得重大突破，国内外很多企业对大豆异黄酮进行了开发，多样化的产品，健康的需求，以大豆异黄酮为主要成分的保健食品已成为一种新型畅销食品[5]。
2 大豆异黄酮的应用
近年来，大豆异黄酮的生理功能被广泛关注，国外早有许多相关的报道。大豆异黄酮呈较强的苦涩味，直接食用影响口感，现大多做成片剂或胶囊，或应用于饼干，膳食面等[6-7]。
2.1 大豆异黄酮提取工艺比较
工程上常用工艺有水提法和醇提法等，主要通过提取、纯化、分离过程得到产品。大豆和豆粕是主要的原料，从成本分析，豆粕是最经济的生产原料。
水提法：工艺简单、安全性较高，但在实际生产中，采用豆粕作为原料，由于豆粕吸水性强，豆粕吸水膨胀后难以分离，工人劳动强度大，生产效率低（提取率约为20%）。并且，湿粕容易发酵变质，产生恶臭，严重影响环境卫生。
醇提法：乙醇水溶液提取大豆异黄酮具有提取率较高、无毒、溶剂可回收等优点，是提取大豆异黄酮的主要方法之一。醇提工艺的固液分离方便，主要应用酒精的萃取能力，操作强度低，提取率也高（最高可至80%左右）。
2.2 工艺方案说明
由于醇提法提取效率的优势，且工艺成熟，是合适的工艺方法。
2.2.1 工艺特点[8]
（1）提取率高：物料与酒精动态接触，有效提取活性物质，物料与溶剂比低，节约能源；
（2）产品的提取率高：采用物理化学相结合的工艺，溶剂种类少，得率高；
（3）有深加工条件：纯化后，未吸附的大豆低聚糖有利于进一步开发利用。
2.2.2 工艺流程
在温度60℃～80℃时，用15倍体积左右的10%乙醇在浸提罐中分2-3次浸泡脱脂豆粕，过滤后湿豆粕烘干，回收溶剂。将提取液进行真空浓缩，得到的粗大豆异黄酮浸膏然后用正己烷萃取其中的油脂，水相经HCl调pH后进行离心分离，滤液经大孔吸附树脂吸附后，再减压浓缩，用丙酮萃取分离得到大豆异黄酮浓浸膏，最后进行真空干燥，粉碎，包装得成品。
醇提法工艺流程框图如下。
本工艺在一定的温度，压力条件下处理豆粕，通过一定的方式制取大豆异黄酮（含量可达60%以上），操作方法简单，容易掌握。
2.3 主要设备选型
制取异黄酮的设备随工艺要求有所不同。主要设备为提取、分离、蒸馏、干燥设备，以下为日处理3 t豆粕的主要生产设备配置情况。
图 醇提法工艺流程框图
（1）提取罐：豆粕进入提取罐后，需要加入一定浓度、数量的酒精浸提，提取大豆异黄酮。由于酒精的挥发性，选用密封效果较好的罐式浸提罐。
表 日处理3 t豆粕提取异黄酮主要设备
（2）溶剂回收罐：过滤后的浸提液含有大量的乙醇，经蒸馏回收可以重复使用。考虑缩短回收时间，选用球形真空浓缩罐。
（3）大孔吸附树脂罐[9]：为去除水溶性杂质，选用吸附效率较高且易操作的AB-8大孔吸附树脂。
（4）过滤器：为保证产品的精度及洁净度，选用0.45μ微过滤器。
（5）干燥机：干燥湿产品在负压下进行，可选用真空型盘式连续干燥机（注：如果产量大，则选择喷雾干燥设备）。
2.4 总体设计要求[10-11]
2.4.1 设备布置
在满足生产工艺要求的基础上，设备布置应整齐 ；根据场地的条件，设备布置需充分考虑设备吊装、维修空间。
2.4.2 设备要求
由于乙醇水溶液的易燃性，其蒸汽与空气可形成爆炸性混合物，遇高热，明火能引起燃烧爆炸。因此，设备须考虑防爆。
2.4.3 建筑设计
按《建筑设计防火规范》GB50016-2006，车间火灾危险性分类为甲类，厂房需考虑适宜的泄压面积。生产厂房耐火等级需为二级，与其他厂房间距应为12 m以上[12]。车间厂房应保持良好的通风，采用防爆型照明、通风设施，禁止使用易产生火花的机械设备或工具，酒精储罐区应备有泄漏应急处理设备和收容措施。
2.4.4 包装室净化
精烘包工序及内包装环境要求D级（相当于100,000）的净化区，建筑、工艺和暖风等各专业需按照洁净厂房规范设计。
2.5 公用工程消耗
2.5.1 电力
车间采用低压400V配电系统向低压电动机及其它低压负荷供电。在整个用电设备中，主要耗电设备为干燥机，水循环泵，离心机，搅拌设备等。
2.5.2 水
提取异黄酮耗水量不大，主要用于车间卫生用水及生产中稀释、洗涤用水等，按其工艺计算，以日处理3 t豆粕计算，提取段需水3×5×30%×1.5 = 6.5 t，稀释、吸附段冲洗水3 t，卫生用水4 t，冷却塔、喷射泵循环水损耗8 t等，共计日耗水量25 t左右。
2.5.3 蒸汽
日耗煤5.6 t左右，折合蒸汽39.2 t，蒸汽压力0.4 barg。
供汽：小于1.5 t/h。
3 环境影响
生产过程不产生废气。废水中含有较多的蛋白质、低聚糖等，直接排放对环境有影响。通过膜技术回收其中部分物质，可降低废水中有机物浓度。
废水处理实行清污分离。
4 评价结论
利用豆粕或胚芽为原料生产大豆异黄酮，工艺及设备实用可靠，产品得率高，生产成本低。根据财务分析：保守估计在满负荷生产条件下，以豆粕为原料，3年左右可收回全部投资，如以大豆胚芽为原料，2年半左右可收回全部投资。
[1] Broihier K. Fighting Cancer With phytochemicals. Food processing. 58.41(1997).
[2] Riaz M. Soybeans as Functional Foods. Cereal Foods World. 1999, 44(2):88-92.
[3] 张青, 洪青. 大豆异黄酮的产品开发与应用前景[J]. 江苏科技信息, 2002(1):22-23.
[4] 韩祖斌, 林华,邓思涛等. 异黄酮类比激素依扑拉芬对骨代谢的作用[J]. 中国骨质疏松杂志, 1999. 5(3):47-50.
[5] 胡家荣, 伍洛鸿, 张立成. 大豆异黄酮的市场调研与分析预测[J].广东药学院学报, 2003, 9(1):59-61.
[6] 张永忠, 石冬冬, 孙艳梅等. 新型保健食品功能因子-大豆异黄酮[J]. 食品研究与开发, 2002. 23(4):62-65.
[7] 刘葵, 张恩娟. 大豆异黄酮的开发及市场前景[J]. 中国药房, 2006, 17(2):92-94.
[8] 继成. 大豆异黄酮的生产方法[J]. 中国制药信息, 2006, 22(1):4-5.
[9] 王路, 崔洪斌, 孙丽艳. 大豆异黄酮的AB-8树脂吸附梯度洗脱纯化精制工艺研究[J]. 中国油脂学报, 2006, 21(3):136-139.
[10] GBZ1-2010《工业企业设计卫生标准》[S].
[11] GB50073-2001《洁净厂房设计规范》[S].
[12] GB50016-2006《建筑设计防火规范》[S].
