（农产品加工及贮藏工程专业论文）挤压膨化脱皮菜籽浸油的试验研究.pdf

摘要 摘要 挤压膨化技术作为一项新兴技术，自6 0 年代中期用于油脂制取工业以来，在浸出设备 的生产能力、油脂浸出速度、能耗、溶剂料胚比等方面均优于传统溶剂浸出法。在国外，对 于处理像油菜籽这样的高含油油料的挤压机及膨化工艺已较成型，在国内，一般也都是在借 鉴国外的机器及工艺进行研究。但是，其预处理工艺较复杂。 本文采用的工艺是在张兆国、张敏试验得到的工艺的基础上，去掉破碎，增加了脱皮工 序进行的预处理，即： 菜籽一清理一脱皮一挤压膨化一毛油 4 毛油一浸出一成品粕 此工艺省去了传统工艺中软化，轧坯、蒸炒等工序，同时节省了设各，降低了生产成本。 1 进行了脱皮菜籽干法膨化预处理可行性的试验研究。主要研究了不同设备结构条件 下，脱皮菜籽膨化效果的研究，在此基础上确定了正式试验的参数范围。 2 挤压膨化预处理工艺的研究。通过二次旋转正交回归设计，研究了脱壳菜籽挤压膨 化系统参数( 温度、模孔长度、6 段长度、螺杆转速、模孔直径) ，对考察指标( 粕残油率、 蛋白质变性、单位功耗产量及生产率) 的影响及其变化规律，并建了数学模型，为实际生产 参数的选择提供依据及理论基础。具体工作如下： 1 ) 、建立了挤压参数对残油率之间的数学模型。分析了粕残油率随各挤压参数的变化而 变化的规律。并得到各挤压参数对残油率的影响的大小关系。 2 ) 、建立了挤压参数对n s i 之间的数学模型。分析了n s i 随各挤压参数的变化而变化规 律。同时，比较了脱脂菜粕与未脱脂莱粕n s i 测定的差异。并得到各挤压参数对n s i 的影响 的大小关系。 3 ) 、建立了挤压参数与单位功耗产量之阃的数学模型。分析了随单位功耗产量各挤压参 数的变化而变化的规律。得到各挤压参数对单位功耗产量的影响大小的关系。 4 ) 、 建立挤压参数与生产率之间的数学模型。分析了生产率随各挤压参数的变化而变 化的规律。并得到各挤压参数对生产率的影响的大小关系。 5 ) 、对所得到的残油率的数学模型进行了验证性试验，并得到了残油率1 以下的实验 结果，为实际生产提供了事实依据。其挤压参数为( 一) 、6 段长度2 5 m m 模孔直径1 0 r a m 温度8 0 c 螺杆转速2 0 r p m 模孔长度1 0 m m ( 二) 、6 段长度2 5 m m 模孔直径1 0 r a m 温度1 0 0 螺杆转速3 5 r p m 模孔长度1 0 r a m 关键词：挤压膨化；脱皮菜籽；残油率：n s i ：单位功耗产量；生产率 摘要 e x p e r i 】e n t a ls t u d yo fe x t r a c t i n go i l o ne x t r u d e dd e s k i n n i n gr a p e s e e d s a b s tr a c t t h en e wt e c h n o l o g y , e x t r u s i o n e x p a n s i o n ，s h o w e dg r e a ta d v a n t a g e si np r o d u c t i v i t y , e n e r g y c o n s u m p t i o n ，t h er a t eo fo i le x t r a c t i o na n dt h er a t i oo fs o l v e n ta n ds o ym e a lc o m p a r e dw i t h t r a d i t i o n a lm e t h o ds i n c et h ef i r s tt i m ei tw a sa p p l i e di no i lp r o d u c t i o ni n d u s t r y t h ep r o c e s so f e x t r u s i o n e x p a n s i o nf o rr a wm a t e r i a l sw i t hh i 曲c o n t e n to fo i l ，s u c ha sr a p e s e e d ，h a sb e e nw e l l d o c u m e n t e da b r o a da n df o l l o w e db yf a e t o d e sa n dr e s e a t c h e r sa th o m e h o w e v e r , t h ep r e - t t e a t m e n t p r o c e s sw a sf a i r l yc o m p l i c a t e t h ep r e - t r e a t m e o tp r o c e s su s e di nt h i sp a p e rw a sb a s e do nt h ec o n c l u s i o no fz h a n gz h a o g u o e n dz h a n gm i n t h ec r a s h i n gp r o c e s sw a sc a n c e l l e da n dad e - s k i n n i n gp r o c e s sw a sa d d e di nt h e n e wp r o c e s s t h en e wp r o c e s si sa sf o l l o w s ： r a p e s e e d - * c l e a n i n g _ d e s k i n i n g - - - , e x t r u s i o n - e x p a n s i o n _ c m d eo i l l c r u d eo i lp e x t r a c t i o n - * c a k e t h et r a d i t i o n a lp r o c e s s e s ，s u c ha ss o f t e n i n g ，r o l l i n ga n dc o o k i n g , w e r ec a n c e l l e db yw h i c ht h e e n e r g ya n de q u i p m e n tc o n s u m p t i o nc a nb er e d u c e d 1 r e s e a r c ho nt h ep o s s i b i l i t yo fu s i n gd r ye x p a n s i o nt op r e - t r e n td e - s k i n n e dr a p e s e e d t h e e f f e c to f d i f f e r e n tc o n f i g u r a t i o n o f e q u i p m e n t s o n t h er e s u l t o f e x p a n s i o n e n d a p p r o x i m a t e l e v e l so f d i f f e r e n tf a c t o r sw e r ei n v e s t i g a t e di nt h i se x p e r i m e n t t h er a n g eo fp a r a m e t e r so ff o r m a l e x p e r i m e n t sw e t ed e t e r m i n e do nt h eb a s eo f t h i s 2 i n v e s t i g a t i o no nt h ep r e - t r e a t m e n tp r o c e s s t h ei n f l u e n c eo f t h el e n g t ho fs e c t i o n6 ，n o z z l e d i a m e t e r , t e m p e r a t u r eo fb a r r e l ，r o t a t es p e e do fs c r e w , n o z z l el e n g t h o nr e s i d u a lo i lr a t e ， d e n a t u r a l i z a t i o na n dp r o d u c tp o w e rp e re n e r g yu n i tw a ss y s t e m i ci n v e s t i g a t e dw i t har e v o l v i n g ， o r t h o g o n a l a n dt r o p i c a ld e s i g no ft h es e c o n dp o w e ra n dam a t h e m a t i c a lm o d e lw a se s t a b l i s h e d ， w h i c hc a np r o v i d ei n s t r u c t i o nt op r o d u c t i o n t h ew o r kw a sb e l o w 1 1t h ei n f l u e n c eo fe x t r u s i o nf a c t o r so nt h er e s i d u a lo i lr a t ew a si n v e s t i g a t e da n da m a t h e m a t i c a lm o d e lw a se s t a b l i s h e d t h er e g u l a r i t yo fe x t r u s i o np a r a m e t e r sa n dr e s i d u a lo i lr a t e w e r ea n a l y z e d t h ei n f l u e n c eo f e x t r u s i o np a r a m e t e r so nr e s i d u a lo i lr a t ew a so b t a i n e d 2 1t h ei n f l u e n e eo fe x t r u s i o nf a c t o r so nn s iw a si n v e s t i g a t e da n dam a t h e m a t i c a lm o d e lw a s e s t a b l i s h e d t h er e g u l a d t yo fe x t r u s i o np a r a m e t e r sa n dn s lw e r ea n a l y z e da n dt h em e a s u r e d i f f e r e n c eo fd e f a t t e da n da n d e f a t t e dr a p e s e e d sw a sc o m p a r e d t h ei n f l u e n c eo fe a c hf a c t o ro n l l i n s iw a so b t a l n e d 3 、t h ei n f l u e n c eo f e x t r u s i o nf a c t o r so np r o d u c tp o w e rp e re n e r g yu n i tw a si n v e s t i g a t e da n da m a t h e m a t i c a l m o d e l w a se s t a b l i s h e d t h er e g u l a r i t yo f e x t r u s i o n p a r a m e t e r sa n d p r o d u c t p o w e r p e r e n e r g yu n i tw e r ea n a l y z e d t h ei n f l u e n c eo fe a c hf a c t o ro np r o d u c tp o w e rp e re n g e r yu n i tw a s o b t a i n e d 4 、t h ei n f l u e n c eo fe x t r u s i o np a r a m e t e r so np r o d u c t i v i t yw a se s t a b l i s h e da n dam a t h e m a t i c a l m o d e lw a se s t a b l i s h e d 1 1 1 er e g u l a r i t yo f e x t r u s i o np a r a m e t e r sa n dp r o d u c t i v i t yw e r ea n a l y z e d 5 ) t h em a t h e m a t i c a lm o d e lf o rr e s i d u a lo i lr a t ew a sv a l i d a t e da n dg o tap r o c e s sb yw h i c ht h e r e s i d u a lo i lr a t ec a l lb er e d u c e dt on om o r et h a n1p e r c e n t t h ee x t r u s i o np a r a m e t e r sw a ss h o w n b e l o w ( 1 ) t h el e n g t ho fs e c t i o n6w a s2 5 m m ；n o z z l ed i a m e t e rw a s1 0 m m ；t e m p e r a t u r eo fb a r r e l w a s8 0 ：r o t a t es p e e do f s c r e ww a s2 0r p m ；n o 口l el e n g t hw a s1 0 m m ( 2 ) t h el e n g t ho fs e c t i o n8 w a s2 5 r a m ；n o z z l ed i a m e t e rw a s1 0 r a m ；t e m p o r a t u r eo f b a r r e lw a s1 0 0 c ；r o t a t es p e e do fs c r e w w a s3 5r p m ；n o z z l el e n g t hw a s1 0 r a m t g r a d u a t e ：x i et i e m i n i o r ：a 鲥跚哪p 耐u c t p o 。e 商曜a 砸如f q 萨锄曲伐趣 e r v i s o r ：p r o f s h e nd e e h a o k e yw o r d s ：e x t r u s i o n - e x p a n s i o n ；d e - s k i n n e dr a p e s e e d ；r e s i d u a lo i lr a t i o ；n s i ；p r o d u c tp o w e rp e r e n e r g yu n i t ；p r o d u c t i v i t y 1 引言 1 1 课题研究的目的和意义 1 1 1 菜油在植物油中的地位 在人们食用油中8 0 为植物油，2 0 为动物油。油菜籽作为世界上四大油料作物，产量 仅次丁大豆，位居第二。德国刊物油世界在今年的周报中表示，全球2 0 0 4 2 0 0 5 年油菜 籽产量可能达剑4 0 8 3 万吨，高于前季的3 7 9 6 万吨。加拿大的产量从6 7 5 万吨升至7 2 0 万吨， 而中国的产量可能由1 ，1 0 0 万吨升至1 ，2 0 0 万吨。其中，敬低油菜籽产量为7 2 0 万吨( 摘臼 中倒农业信息网) 。近儿年国内油菜籽的榨油消费量在1 3 0 0 万吨左右，国产油菜籽的产量不 能满足国内的加工需求，必须以进口油菜籽作为补充。根据统计，近儿年国内油脂的年消费 量为1 2 0 0 万吨，国产供给8 0 0 万吨，进口4 0 0 万吨，市场的年人均消费量仅为8 公斤，比 世界平均水平低4 0 以上，离世界先进国家的水平仍有很人差距( 美国为2 4 2 5k g 年，球南 弧国家为1 5 1 6k g 年。如果达到东南亚国家的人均水平，我国每年需要食用油艏2 0 0 0 万 吨。) ，预计今后我国人均油脂消费量将以3 左右的速度增长。在我国按消费量排序，菜油、 豆油、花生油、棕榈油、棉油是消费的主要品种，其中菜油和豆油占消费总量6 0 左右， 花生油和棕桐油占3 0 左右，棉油占8 左右。菜籽油在消费比重中可见一斑。 图1 一l 世界主要油料作物产量 r i g 1 - 1t h eo u t p u to f m a r eo i l - b e a r m gc r o p s 证w o r d ( h t t p ：w w w f a o o r g w a i c e n t p o r t a l s t a t i s t i c s _ z h a s p ) 图卜2 中国主要油料作物产量 f i g 1 2t h eo u t p u to f m a i no i l - b e a r i n gc r o p si nc h i n a ( h t t p ：w w w f a o o r e , w a i c e n t p o r t a l s m t i s l i c s _ z h ，a s p ) 图l - 31 9 9 6 2 0 0 0 年中国油脂消费量 f i g 1 - 3t h e s i t u a t i o no f v e g e t a b l eo 丑c o n s u m e d 讷c h i n af r o m1 9 9 6 t 0 2 0 0 0 ( 张兆国，2 0 0 4 ) 1 1 2 菜籽加工利用的现状 我国是世界上第一菜籽大国，几乎所有的油菜籽都用于制油，而且还要从国外进口，例 如2 0 0 0 年进口3 2 5 万吨，1 9 9 9 年进口2 3 0 万吨。我国目前食用油脂供求现状不平衡。消费 鼙只有1 0 0 0 万吨左右，其中植物油产量不足7 5 0 万吨。人均食用油脂消费量只有8 9 k g 年， 而荚围为2 4 2 5 k g 年，东南弧国家为1 5 】6 k 年，如果要达到东南证国家的人均食用油水 平，我国每年需要食用油脂2 0 0 0 万吨。按目前菜籽油占l 2 计算，1 0 0 0 万吨的菜籽油需要 2 5 0 0 万吨菜籽。我国目前菜籽产量只有1 0 0 0 万吨，难以满足市场需要( 吴谋成，2 0 0 1 ) 。 提供人量优质食用油是菜籽的第一价值，菜籽制油后，大约有6 0 的油菜饼柏我国每 年约有6 0 0 - - 7 0 0 万吨的油菜饼粕。其中含有3 5 4 9 的的蛋白质，氨基酸平衡比一般的油 料作物都好，是优质的蛋白资源，一方面补充人类的食用蛋白质的缺乏，推动畜、禽、渔业 饲料j 业的发展，另一方面植酸、单宁、磷脂、复合氨基酸等在工业上具有广泛的用途。有 2 引苦 人捉山“形成以发展菜籽油和蛋白质工业为主体，饲料j ：业和精细化【：产业为辅的油菜籽综 合利川的产业格局”( 吴谋成，2 0 0 1 ) 。 】3 菜籽脱皮的意义 纤维是影响饲料利用率的重要冈素。普通菜籽粕的租纤维含量均显著高于大豆粕，这 成为烈低菜籽粕的饲阁品质逊色于大豆粕的重要原因，因此应引起重视。在国外降低菜籽 中的纤维含餐以提高饼粕的营养价值己列为c a n o l a 的育种目标。这些黄籽晶种被称为“三 低”油菜，低芥酸、低硫甙和低纤( 维) 。另外，油菜籽的种皮约占菜籽重量的2 0 - - 2 5 9 0 j 毒中 所含的粗纤维高达3 0 3 4 ，壳是菜籽粕中不溶性纤维的主要来源。有研究表明，通过油菜 籽脱皮加l 可使菜籽柏的粗纤维和酸性洗涤纤维降低，总能值、消化能、蛋白质消化率和能 量消化率明显提高。同时，油菜籽中9 0 以上的植酸、单宁_ 手 l 大部分的芥子碱和少量硫甙( 硫 甙总量的9 0 ) 都存在丁种皮之中，脱皮可以极大地除去上述抗营养因子，从而提高菜籽饼 粕的饲州价值( 卿中全，2 0 0 0 ) 。冈此在2 0 世纪8 0 年代后期至9 0 年代初期对脱壳的卜艺、 脱壳以后的粕以及壳的营养价值( b e l l 和s h i r e s ，1 9 8 2 ) 进行了一系列的研究。尽管脱壳对提 高圾低菜籽粕的营养价值有显著效果，但迄今为止尚未有适宜的脱壳方法t i j = | 丁油脂加业。 其中主要的障碍是：1 ) 、籽粒大小不均匀增加了有效脱壳的难度；2 ) 、脱壳屙增加溶剂浸油 时的难度( d o w n e ye ta l ，1 9 9 0 ) ；3 ) 、是种皮含有1 0 左右的油脂，弃之浪费资源( 彭健， 2 0 0 1 ) 。 然而，在现行制油工艺中，菜籽皮的存在也带来一些负面影响，这表现在：1 ) 、影响制油的生 产能力加快机器的磨损，增加动力消耗；2 ) 、种皮中的色素、胶质等进入油中，增加毛油色泽， 造成油脂精炼的困难；3 ) 、高纤维索含量严重影响蛋白质的利用率；4 ) 、单宁等多酚类化合物 影响粕作饲料的动物适口性，降低蛋白质消化率。因此，从生产高质鼙的油平饼粕蛋白考虑，还 是府该脱皮并将种皮另作处理。同时，也有报道，经脱皮处理的菜籽生产山米的油脂，色泽 清亮，品质好。 i 1 4 脱皮设备的现状 国际上，美国、法国、瑞士、加拿大、澳大利亚等国的菜籽脱壳脱皮技术较为先进。法 国和瑞士在技术与设备上处于领先水平，如瑞士研究的b u h l e rm a n g 脱皮机，法国按撞 击式原理设计的c e t i o m 脱皮机获得h e f 许可证。在各种皮仁分离设备中以法国液压与传 动公司研制的一种菜籽脱皮专用分离设备较为先进。这种流化床分离机将混合物组分送至流 化床震动台上，使物料分散。由于密度、形状和粒度的不同，从流化床的表面到底部分层为 碎屑、粉末。皮壳和整粒籽层。然后用可调节高度的风动吸入器分别将粉末、皮壳、1 ：吸收， 为吸收的菜籽则从流化床后部溢流山，分出的皮壳还须筛选清理出混入的部分碎颗粒。德国 凯姆瑞哑斯凯特公司开发的高电场皮t ：分离机可对大小相近的菜籽皮仁进行分离。我国现 ，：，!：耋：! ! 尘些奎耋堡圭兰堡垒兰。，。，。，!：，! 在也有埘来专进行脱皮的脱皮设备。比如，国内武汉- t 业学院研制的y i p 6 型机组脱皮 率高达9 8 ，脱皮效果好，粉末率低，仁皮分离简单方便，前处理与后处理简单，生产成本 低，便r 推使用。 1 2 国内外研究的动态和趋势 1 2 1 挤压技术的发展过程 1 2 1 1 挤压机的分类 挤压机一般按螺杆可分成i 单螺秆挤乐机、双螺杆挤压机、多螺杆挤压机。而当今的食 品挤压领域，主要使用活塞式挤压机、辊式挤压机、和螺杆挤压机。一般我们常用的挤压机 为单螺杆和耿螺杆挤压机，而多螺杆挤压机由_ 丁加 二精度和造价都较高，所以一般不太常用。 1 2 1 2 挤压技术的历程 挤压技术最甲用于塑料工业。直到1 8 5 6 年，美国人沃德申请了第一份关于食品挤压技 术的专利，这也是有关食品挤压技术的最早文献( 杨铭铎，1 9 8 8 ) 。1 8 6 9 年第一台用于生产香 肠的般螺杆挤出机问世( g r j a n s e n ，1 9 7 8 ) 。到了1 9 3 5 年挤压技术在糖果、焙烤等食品t 业 上得到了广泛的应用( j m h a r p e r ，1 9 7 8 ) ，但这时的挤压技术都是冷挤压技术。到了二十世 纪四十年代中期，开发了能拆除套筒装置的挤压机，虽然这种挤压机的套筒部分还没有引进 加热装置，但由于挤压螺杆沟槽及机筒内表面的特殊设计，在挤压过程中的高度摩擦及蛆烈 剪切效应可产生一定热量对食品组份进行挤压蒸煮，冈此这种挤压机可生产出高度膨化的风 味小吃食品。二十世纪四十年代末，在挤压机的套筒部分引进了加热装置，这种挤压机可对 物料进行有效的连续蒸煮，大大改进了挤压物料的功能性质，提高了其生物利用率和消化能 力( plj n k o ，p c o l o n n a ，1 9 8 1 ) 。1 9 7 0 年，a r k i n s o n 发现挤压机可以使被挤压物形成新的组 织结构( w ta r k i n s o n 1 9 7 0 ) ( 如组织化植物蛋白) ，开拓了挤压机在食品工程开发领域的道 路。二十世纪八、九十年代，国外许多专家对挤压技术如何影响物料成份作了大量深入的研 、究( n a r p i n d e rs i n g h ，1 9 9 8 ；g s c h o u d h u r y ，1 9 9 8 ：r a l o n s o ，2 0 0 0 ) ，为挤压技术在食品领 域的应用提供了理论基础。与此同时出现了以大米、玉米、豆类、薯类等为原料，经挤压膨 化生产快餐食品、焙烤食品、儿童食品、植物蛋白食品及强化营养食品等技术。在发酵i ：业， 膨化技术在黄酒、食醋、白酒、淀粉糖等方面的实践均表明，膨化技术能提高原料利_ 【 = | 率、 降低能耗、提高生产率( 初彦翠，1 9 9 9 ) 。 4 弓i 言 1 2 2 菜籽制油的工艺 1 2 2 1 菜籽传统制油工艺 菜籽传统制油工艺有以下几种： 1 ) 一次直接压榨t 艺： ：艺流程： 油菜籽一清理软化一轧坯一蒸炒一压榨一毛油一过滤一清油 此法饼中残油高、加工温度高，获得的油、饼质量差，不适于大批量生产。 2 ) 预榨浸出： 艺： 油菜籽一清理一软化一轧坯一预榨一浸出 此加工工艺，工艺路线长，投资费用大，加工温度高，毛油j 粕的质量差。 3 ) 直接浸山一l ：艺： 油菜籽一轧坯一结粒一浸出 菜籽结粒直接浸出与预榨浸出比较有以下优点： ( 1 ) 省去了油料的蒸炒和预榨工序以及预榨饼的破碎。使得r 艺流稃缩短，殴各减少， 殴备投资费用降低。 ( 2 ) 避免了蒸炒和压榨过程中的高温处理，压榨时油料温度要达n o 1 2 0 。c ，而在结 粒过程中料坯温度不超过9 04 c ，而且受热时间短，迅速且均匀，蛋白质变性小。 缺点：菜籽直接浸出因其生坯容积密度小，浸出生产能力低，由于其浸出速度较慢，在 浸出过程中溶剂消耗量大。给回收带来了很大不便，其混合油蒸发设备约大于颈榨浸出近两 倍。菜籽直接浸出所需坯片厚度o 1 m m 左右，操作困难且易成粉末，从而导致浸出过程中物 料结块、搭桥、难于卜料、湿粕残溶及干粕残油增高，影响正常生产。 传统制油工艺成熟、稳定，但由于坯片质地细密紧实，渗漏及滴干速度慢，特别是粉末 度对制取油影响较大，致使浸出设各的生产率、粕残油率等指标，长期以来没有明显改善。 菜籽属高含油油料，传统的制油工艺多采用带皮预榨浸出工艺，该工艺由于物料受水和 热处理稃度商，菜籽在强烈的水热及多酚、芥子碱、植酸等抗营养物质的双重作用下，蛋白 质严重变性，一些营养物质被破坏，营养价值大大降低。如赖氨酸含量由6 0 7 变为4 0 6 。 1 2 2 2 现代制油工艺 现代制油工艺主要是指经过挤压预处理后进行浸出的： 艺。美国的学者预测“全世界的 油厂将会迅速安装上膨化机，在今后1 0 年的油料加工中将起着重要作用”。在国外，挤压技 术已广泛的应用于植物油脂工业，对浸出前的大豆和棉籽等油料种子进行预处理，其目的是 改变胚的形状，使其形成多孔的块状物。与传统的浸出制油相比具有简化工艺、减少蒸汽和 动力消耗、易1 二脱溶、提高设备生产能力达5 0 一1 0 0 等优势( 倪培德，1 9 9 0 ) 。九十年代初， 我国已经开始研究油料膨化浸出制油工艺，并应用到米糠和人豆直接浸出生产中。当前止进 一步研究如棉籽、菜籽等高含油油料的挤压膨化技术。 挤压膨化浸出制油具有以f 优点： 1 ) 油料在挤压机内经过搅拌、揉搓、剪切、挤压等作用，摩擦自热达到一定温度与压 力后，在膨化，使油料的植物细胞壁被破坏，使油分子呈自由状态存在于油料中。经过挤压 膨化的油料形成微孔、易渗透、易滴干、比重较大的块状。 2 ) 省去了蒸炒、软化、预榨、饼的破碎等工序 3 ) 避免压榨、蒸炒等过程的高温处理，如：在压榨过程中油料温度要达1 1 0 1 2 0 c ， 而在膨化过程中，物料温度在9 04 c 左右。而且受热时间仅5 3 0 秒，膨化迅速而均匀，油料 中蛋白质变性小，有利于蛋白质的开发利用。 4 ) 油料膨化后可提高浸出率，缩短浸出时间，提高出油效率。 ( a ) 干法膨化机( 东北农业大学研制)( b ) 湿法膨化机( 武汉工业学院研制) 图1 4 高含油料挤压膨化机 f i g 1 4t h ee x t r u d e ro f e x t r u d i n gh i 曲o i l - b e a r i n gm a t e r i a l 1 2 2 3 油料膨化的发展状况 1 9 6 4 年，安德森公司首先在米糠膨化浸出制油上取得成功，由于其作为浸出制油预处理 j 二艺的独特优越性，使膨化技术的应用范围日益扩大。膨化最早应用于含油量低- f 3 3 的大 豆或棉籽及高含油料的预榨饼，其目的是改变胚的形状，使其形成多孔的块状物。7 0 年代还 仅仅是对含油量低的大豆等油料进行膨化浸出，现已成功地将膨化浸出工艺应用于葵花耔、 菜籽、花生等高含油油料的加工。我国一些大型油脂厂在加工大豆等低含油料时业已使用挤 压膨化预处理。棉籽等高含油料也部分采用膨化浸出工艺制油。 1 9 6 1 年美国安德森公司( a n d e r s o ni n t e r n a f i o n a l ，c l e v e r l a n d , o h i o ，u s a ) 开始了挤压膨化 的甲j 期试验，1 9 6 5 年他们发表了第一篇关于油料膨化方面的文章“米糠的膨化和浸出”取得 了“米糠膨化作溶剂浸出工艺的预处理”的专利。此后把米糠膨化机售给了巴西、厄瓜多尔、 墨两哥等国家( 郭达，1 9 9 7 j 申德超等，1 9 9 9 ) 。 二十世纪七十年代初期，巴西的t e c n a l 公司生产直径为8 ”( 出2 0 3 r a m ) 用大皮带传 动形式的油料挤压膨化机，用于棉籽的膨化浸出。此后这种膨化机陆续推广到十多个国家， f j 丁大豆、米糠、棉籽等油料的膨化浸出( 刘大川1 9 9 2 ) 。 6 引言 1 9 7 6 年，美国从巴西进口膨化机，在美国开始了第一例大豆和棉籽的膨化浸油研究和应 用，现在美国已有8 0 以上的人豆制油和9 0 的棉籽制油应用了挤压膨化预处理技术，并且 其应用仍在扩大之中( 刘大川，1 9 9 2 ) 。 1 9 8 5 年，s l o s b e ，f z u b e q k u e m u r aa n da n o g u c h i 研制成功一种用于向日葵籽挤压膨 化预处理浸油的双螺杆挤压机，并分析了运用单、烈螺杆挤压机挤压膨化预处理过程中的脱 壳与不脱壳向日葵籽得到的油的质量差异( s 1 s o b e ，e t c ，1 9 9 2 ) 。 1 9 9 5 年，w i l l i a m s m a 利用美国a n d e r s o n 公司的用于高含油量油料的单螺杆挤压机研 究了高含油量的油籽( 花生、油菜籽、蓖麻籽、玉米胚) 的挤压膨化预处理浸油： 艺，并指 出该方法与传统浸油工艺相比的优越性( m aw i l l i a m s ，1 9 9 5 ) 。 1 9 9 6 年，y i nl i 研究了单螺杆挤压机套筒内物料流与螺杆几何形状的关系，建立了数理 方程，并进行了试验验证( 1 r l i ，e r e 1 9 9 6 ) 。 】9 9 8 年，gj pm a s m e n 等人( 荷兰w a g e n i n g e oa g r i c u l t u r eu n f v e r s i t y 食品科学院) 进行 了不同条件卜挤压膨化蛋白质变性及蛋白质结构变化的研究( 陈玉芳，1 9 9 8 ) 。 1 9 9 9 年，c o r i n n ed u f a u r e 等人研制山一种用于向日葵籽膨化浸油的新型烈螺杆挤压机 探讨了向日葵耔直接进行挤压膨化除去7 5 一8 0 油脂并形成条系状物，然后用乙醇浸提的 新工艺，省去了传统工艺中的轧胚、筛分、麓炒、预榨等工序，人大简化了生产l 艺流程 ( c o r i n n ed u f a u r e ，1 9 9 9 ) 。 8 0 年代中后期，我国开始研制油料膨化设备( 中德超，1 9 9 9 ) 。 1 9 8 8 年杨铭铎在谷物膨化机理的研究一文中从谷物的宏观、微观、物理和化学方面对 膨化机理做了初步探讨，得出了膨化技术在食品特别是发酵工业中应用的理论依据。可以提 高原料利用率和消化吸收率，提高生产效率( 杨铭铎，1 9 8 8 ) 。 1 9 9 0 年，刘大川、倪培德等就挤压膨化预处理油料在我国油脂行业中应用前景和可行性 进行了分析和探讨( 倪培德，1 9 9 0 ；刘大川，1 9 9 0 ：张魁学，1 9 9 3 ) 。 1 9 9 1 年，湖北、湖南研制成功处理量为2 5 0k g h 的米糠挤压膨化机。湖北安陆粮食机 械厂、武汉粮食机械厂分别研制了处理量为3 0 5 0 t d 的油料挤压膨化机( 申德超，1 9 9 9 ) 。 1 9 9 3 年中国农机院研制出y j p - 1 8 0 型油料膨化机，处理量为1 0 0 9 d 。试验得出结论： 挤压膨化机是关键设备。其结构参数和工作参数是影响膨化性能的主要因素( 王致凯，1 9 9 3 ) 。 1 9 9 4 年，郑建仙在蛋白质在挤压蒸煮过程中的变化一文中指出蛋白质在挤压过程中 所发生的化学与物理变化得出蛋白质在挤压过程中的组织化机理( 郑建仙，1 9 9 4 ) 。 1 9 9 5 年徐学明在挤压过程中的碳水化合物、蛋白质和脂肪一文中论述了碳水化合物、 蛋白质、脂肪在挤压过程中的变化，分析了三者的挤压性质、原料组成对产品的质量的影响 ( 徐学明，1 9 9 5 ) 。 】9 9 5 年，郑竞成、叶凤娟等进行了菜籽膨化浸出试验研究，并于1 9 9 6 年研制成功 y g p h l 7 5 型高含油料挤压膨化机，该机属于湿法膨化机，可用于菜籽、棉籽等高含油油料 的挤压膨化预处理( 郑竟成等，1 9 9 5 ，1 9 9 8 ；叶风娟等，1 9 9 8 ) 。 2 0 0 0 年，刘火川等研究出了p h j l 0 0 型高油份油料膨化机，并首先在国内建成了油菜籽 脱皮、挤压膨化、浸出制油生产线，并进行了中试生产。 ，。，：一! ，：一耋冀些董耄鐾些茎堡i 耋坠。一：一一 ! ：，一， 1 2 2 4 高舍油料挤压膨化浸出制油工艺及设备自研究现状 挤压是种高温、短时处理的过程。常用的挤压机有单螺杆、双螺杆两类，按挤压时的 水含量可分为湿法、干法挤压两种方法。干式挤压膨化机要求油料进入膨化机前，先调整水 份，再喂入机内进行挤压膨化。湿式挤压膨化机是油料喂入机体后，在挤压过程中喷气凋整 水分。 高含油料挤压膨化机不同于其它膨化机，而是采用装有一个卧式条状出油榨笼的挤压膨 化设备，如果没有出油榨笼排除部分油料，则无法实现膨化。美国等已经研制出高含油料的 挤压膨化浸出制油工艺和设各。并已用于棉籽、菜籽的制油生产。在美国有3 个厂家生 产类似设备，在巴西、印度、瑞士和德国也有生产。 我国从8 0 年代开始研制油料挤压膨化机，现在已初见成效。部分用于生产。如“中国 农机研究院、武汉工业学院、湖北省安陆粮油膨化机厂”等研制成功了一些机型。另外，山 东、黑龙江、安徽、辽宁等省市也开展了多年研究，取得不同进展。尤其是武汉工业学院郑 竟成等研制了“y g p h l 7 5 型高含油油料膨化机”( 见图1 - 4 b ) ，属于湿式带出油缝隙的高含 油油料挤压膨化机，并于1 9 9 6 年通过了原国内贸易部鉴定。但目前仍未推，“开来。 在申德超教授指导下，张兆国、张敏在实验室原有单螺杆挤压机基础上，新设计了山油 榨笼，州于研究菜籽、花生等高宙油料挤压膨化( 见图1 4 a ) 。本设备特点是采t 电加热 莆i 水冷却，可根据需要设置温度实现自动控制。 阻流环 横孔 幽1 5 挤压机的基本结构图 f i g 1 - 5 t h eb a s a ic o n f i g u r a t i o n o f e x t r u d e r 8 2 材料与方法 2 1 材料 2 2 1 原料 本试验采用菜籽品种：垦4 号，购丁- 住木斯市粮库，含油5 0 ( 脱皮) ，水分6 7 ，蛋 白含量为4 55 5 ( 干基) ，水溶性氮指数( n s i ) 5 4 1 4 ，菜籽脱壳率9 5 以上。 2 2 试验设备与仪器及药品 2 2 1 试验设备 1 高含油料挤压膨化机( 东北农业大学j 二程学院) ，如图2 - 1 所示。挤压设备为自制高 含油单螺杆挤压膨化机，由螺杆、可拆分式轧笼和可拆分式套筒组成。螺杆转速为o 1 2 0 0 r p m ，无级可调，配有数显温度仪表闭环自控系统，挤压机模孔孔径与6 段k 度有级可 凋。 2 油脂浸出器( 东北农业大学农产品加工实验室自制) 。 2 2 2 试验仪器 1 s a r t o r i u sb s l 2 4 s 型电子天平 2 m d 2 k 。2 犁电子天平( 精确度0 1 9 ，上海天平厂) 3 h h s y l l n i 型恒温水浴锅( 北京长风仪器仪表公司) 4 h g l o l 一1 型电热鼓风干燥箱，灵敏度1 ( 南京试验仪器厂) 5 d l 5 低速离心机( 上海安亭科学仪器厂) 6 立式碾米机 7 索氏抽提器 8 h z q x 1 0 0 振荡培养箱( 哈尔滨东联电子技术开发有限公司) 9 l n k 一8 7 2 型多功能快速消化器( 江苏省宜兴市科教仪器研究所) 1 0 l n k 一8 7 1 型凯氏定氮快速自动蒸馏器( 江苏省宜兴市科教仪器研究所) 1 1 d s l 5 型三相三线有功电度表( 电度常数为3 0 0 r k w - h ) 9 。：，型坐茎星垄兰耋兰查! ，。；：一一 1 2 电流互感器( 额定变流比为3 0 0 a 5 a ) 1 3 秒表( 精度为0 o ls ) 图2 - i 高含油膨化机 f i g 2 - it h ee x t r u d e ro fe x t r u d i n gh i g ho i l b e a r i n gm a t e r i a 并精宣 m - a - 母l 【* l l 矗囊 f 赢 电扣薯 _ 毫i “怔 h t t 图2 - 2 小型实验室浸油装置 f i g 2 - 3p i n t - s i z e de x p e r i m e n t a le x t r a c t i o ne q u i p m e n t 1 0 乳“i；“卧“ 材料与方法 2 2 3 试验药品 1 6 号溶剂油( 哈尔滨油脂厂) 2 乙醚分析纯9 5 天津市尔丽区天大化学试剂厂 3 ，盐酸分析纯3 6 一3 8 天津市东丽区天火化学试剂厂 4 硫酸铜分析纯9 9 天津市东丽区天大化学试剂厂 5 硫酸钠分析纯9 9 天津市东丽区天大化学试剂厂 6 硼酸分析纯9 9 5 天津市东丽区天大化学试剂厂 7 浓硫酸分析纯9 5 哈尔滨市新达化丁厂 2 3 试验方法 2 3 1 试验工艺 研究的菜籽挤压膨化浸出工艺流程为： 菜籽一清理一脱皮一挤压膨化一膨化物一浸出一菜粕 il 毛油 浸出油 残油率：测定浸出后的菜粕的残油率。 蛋白质：称取相应脱脂菜粕测定n s i 。 生产率和单位功耗产量：在挤压膨化过程中，记录生产一定物料时所用的时间利所消耗 的功。 2 3 2 挤压膨化试验方法 菜籽挤压膨化主要采用了在农业工程领域长期用于研究的二次旋转正交组合试验设计 方法( 简称r o r 设计) 。在申德超教授、张敏、张兆国研究的基础上，以6 段长度( 见图】5 ) 、 模孔直径、套筒渝度、主轴转速、模孔长度为因素，以浸出厅残油率、n s l 、单位功耗产量、 生产率为指标，进行五因素五水平二分之实施，正交旋转组合试验设计。具体因素水平编 码见表2 1 。 说明：试验设计中我们用自然水分有如下原因：1 ) 、根据其他人的研究，在较低水分有 利丁降低粕的残油率。( 张兆国2 0 0 4 ；张敏2 0 0 4 ：徐洪华2 0 0 4 ) 2 ) 、菜籽自然贮藏水分在6 - - 7 之间，这样便于简化生产工序。 东北农业大学硕士学位论文 表2 1 因素水平编码表 t a b l e2 - 1e n c o d et a b l eo f f a c t o r sa n dl e v e l s 2 3 3 膨化物浸出试验方法 菜籽挤压膨化后，将其分成l c m 艮的柱状，放入自制浸出器内进行浸出。每次取料3 0 0 9 ， 浸出两j b l j , t ，保持浸出溶剂没过物料相同高度及保证相同供给速度，溶剂浸出温度5 7 ( 2 l 2 3 4 含水率的测定 依据g b 3 0 4 8 7 进行测定。 2 3 5 脂肪的测定 粕残油率测定依据g b 5 5 1 2 8