棉籽精深加工新技术与新工艺

1、棉籽精深加工新技术与新工艺唐金泉，宋卫国，黄隽辉（北京中棉紫光生物科技有限公司，100044北京市西直门外大街1 号西环广场2 号楼 9 层）摘要：对棉酚特性、脱酚原理和脱酚技术进行了叙述，重点介绍了一种新的棉籽加工工艺。使用该工艺技术使得棉籽蛋白的价值大幅提升，解决了棉籽加工业产品价值提升的瓶颈问题；延长了棉籽加工产业链，为企业寻求到了一条增强核心竞争力和后续盈利能力的有效途径。关键词：棉籽；棉酚；棉籽蛋白，脱毒，产业链我国是世界第一产棉大国，棉花（皮棉）年总产量为600 700 万 t ，2006/07 年度达 673万 t，棉籽年产量为960 1100万 t， 2006/07 年度达11

2、00 万 t。棉籽中含棉仁50 55，棉仁中含油30 35，棉仁中含蛋白 35 45。棉籽不仅是很好的油料资源，也是一种亟待开发利用的主要蛋白质资源。棉籽蛋白的氨基酸组成平衡，接近理想模式。但是，一直以来由于棉酚的存在，棉粕在饲料中的添加量受到限制，更有甚者将其当作肥料肥田。1 棉酚及其特性棉酚 （ gossypol ） 是棉籽中特有的一种有色有毒物质，占棉籽的0.7 4.8%。棉酚及类棉酚集中在棉籽仁的球状色腺体中，色腺体中棉酚含量达20.6 39%，它是一种姜黄色结晶，呈微酸性，熔点181 185。它能溶棉酚大量集聚在棉籽子叶内的棉酚腺内。棉酚腺是坚韧的半固态，在棉酚急性中毒一般发生在进食

3、后0.5h3d 内， 首先出现的症状是胃内传统加工工艺对产品的影响（见图1）1 传统加工工艺产品结构图从图 1 中可以看到，棉籽除一部分用于种子外，其余均按传统的棉籽加工工艺，即用螺旋压榨、预榨浸出等方法制取油脂，其产品为：棉籽油、棉饼（棉粕）、棉籽壳、油脚（皂脚）（按价值排序）。传统高温压榨、预榨及浸出工艺是将坯料经高温蒸炒后，通过压榨机、预榨机进行榨油，预榨饼进入浸出器提取剩余棉籽油。由于采用了高温蒸炒、高温压榨和预榨工艺，使游离棉酚与蛋白质中氨基酸结合形成结合棉酚，因此用传统工艺制油后的棉饼（粕）中结合棉酚的含量很高，每千克可达几千甚至上万毫克, 且其游离棉酚含量仍然较高。因棉饼（粕）中

4、含有大量的结合棉酚和变性棉酚，高温工艺使得大量色素固化，以及糖类和磷脂类物质焦化，造成棉粕呈棕褐色，影响产品外观，在饲料中的添加量受到了限制。有些企业采用中、低温加工方法，生产浅褐色或黄色的产品，但如只采用中、低温而不进行脱酚，粕中游离棉酚含量每千克将高达几千至上万毫克，饲料中根本不能使用。高温还导致毛油中存在大量的固化红色素，在油脂精炼的脱色工序中增加了物料消耗，造成生产成本的增加，还影响了油脂的精炼率。棉籽脱酚技术化学法用化学法脱除棉粕中的棉酚，主要是在高温预榨浸出工艺产出的棉粕中添加硫酸盐（硫酸亚铁、硫酸铜），其金属离子与粕中游离棉酚形成络合物，达到脱毒目的。因经高温加工后的棉粕，其蛋白

5、质已经严重变性，加之该方法所形成的络合物仍留在棉粕中，粕的营养价值和适口性都比较差，因而难以取得良好的喂养效果。生物发酵法采用微生物发酵的方法将棉酚转化为其他物质，达到脱毒的目的。由于转化机理不明，工艺条件的控制难度大，脱毒效果无法保证。使用的原料也是高温预榨浸出后的棉粕，蛋白质已严重变性，经微生物发酵后变性更加严重，其营养价值亦较差。此外，菌种提纯复杂、项目投资大，生产成本高。以上两种方法仅强调脱除棉酚，而忽视了棉粕营养效价的保护，难以取得良好的喂养效果，使其使用价值和经济效益大受影响。混合溶剂萃取法溶剂萃取法是根据 “相似相溶”原理， 相同极性的溶剂萃取相同极性的物质。利用棉酚在醇类溶剂中

6、的溶解特性，采用两种或两种以上溶剂通过不同比例混合后（6#溶剂和含水乙醇、甲醇或丙酮等极性溶剂水溶液），改变溶剂的极性（值），兼顾油和酚的极性特征，在一个浸出器中同时提取棉籽油和棉酚。如采用乙醇、水、己烷体系，虽然提取设备简单，但在生产实践中出现了较多的问题。如溶剂共沸现象严重，造成溶剂分离和回收困难，溶剂消耗大，成本高；溶剂配比复杂，且萃取出的毛棉籽油中含有大量的棉酚和色素使油品质量下降。因此无法实现工业化生产。另外，还有一种混合溶剂法是用6#溶剂与高浓度的甲醇（98以上）混合后在一个浸出器中同时提油和脱酚。一般来说，烷烃类溶剂与醇类可互溶，但甲醇却是例外。高浓度甲醇（98以上）与6#溶剂混

7、合微溶，两种溶剂在浸出器中很难混合，出现自然分层。又因为棉仁中棉酚腺体的特性，萃取过程中需有一定量的水分作用才能使腺体破裂，必须是合适浓度的甲醇水溶液才能起到脱酚作用。但棉仁坯料遇水和醇类有溶胀的问题，极易造成管路堵塞。因此，无法实现既提油、又脱酚。为弥补其不足，必须采用高浓度的甲醇溶剂，通过提高温度和长时间浸泡坯料来达到萃取效果。而高浓度的甲醇溶剂其脱酚效果差，尤其在高温和长时间的作用下，大量游离棉酚生成变性棉酚和棉酚衍生物仍然留在面粕中，且蛋白变性也非常严重。就这种方法的运行而言，短时间运行还较为正常，随着入浸坯料带来的水份在系统中循环运行时的不断积累，逐步和甲醇混合，导致甲醇浓度逐渐变低

8、，使溶剂体系产生变化。棉籽油和棉酚在这体系中的萃取能力将发生较大的变化，这就不可避免带来了方法的提油或脱酚的能力问题。此方法提取的毛油中含有棉酚，脱溶时的高温导致毛油中固化红色素的量加大，直接影响成品油的色泽，增加炼耗成本，也影响棉籽油精炼率。这就是混合溶剂法的症结所在，因此前一种方法在工业化生产中早已被淘汰。后一种方法经生产实践的验证，也无法真正实现工业化连续生产和达到各项技术经济指标的要求。新的棉籽加工工艺技术新工艺流程液液固法，也称“液液固三相萃取法”，它是根据溶剂萃取法 “相似相溶”的原理，采用先萃取棉籽油后萃取棉酚的分步萃取方法。它既能充分发挥6#溶剂的提油性能，又能使甲醇萃取棉酚的

9、效果达到最佳状态。具体的工艺流程见图2。图 2 液液固法工艺流程图该工艺是将清理去杂后的光棉籽，通过剥壳和仁壳分离装置进行仁壳分离， 再经专用精选设备降低仁中含壳量和含短绒量，经过一系列低温调质处理后的胚料，送入浸出器浸出棉籽油，浸出后的湿粕直接在多级脱酚浸出设备中，通过脱酚溶剂进行脱酚处理，脱酚后经机械脱溶和低温烘干脱溶，得到脱酚棉籽蛋白成品。浸出的棉籽混合油过滤后进入分级蒸发、汽提后得到毛油，送至精炼车间精炼。萃取棉籽油和棉酚后的溶剂分别经综合回收系统再生后循环使用。新工艺技术特点（ l ）全程采用低温一次浸出工艺处理棉籽，最大程度地避免了蛋白质变性和破坏，保证棉籽蛋白产品的营养效价。（

10、2）采用两种溶剂分步萃取棉籽油和脱除棉酚，保证提油和脱酚的快速、彻底。（ 3）专用的多级脱酚萃取设备，使用合适浓度和温度的脱酚溶剂，在短时间内快速萃取出大量的游离棉酚，避免变性棉酚、结合棉酚及其他形式的棉酚衍生物的生成。产品中游离棉酚含量小于400mg/kg， 低于世界卫生组织、联合国粮农组织、联合国儿童基金会等国际组织推荐的食品中游离棉酚含量不大于600 mg/kg 的标准。（ 4）脱酚的同时，通过溶剂和水的相互作用，去除棉籽仁中的棉籽糖、单宁、植酸、黄曲霉毒素以及农药残留等有毒有害物质，全面保护了棉籽蛋白中的有效营养成份。（ 5）专用的提油萃取器，萃取效率高，设备投资省。萃取提油之后的含溶

11、湿粕不进行脱溶处理而直接萃取脱酚，避免了蛋白质的热变性，降低了能耗。（ 6）低温工艺使色素不被固化到物料和油品中，毛油中色素含量低，油品质量得到全面保证。（ 7）整个提油、脱酚、及溶剂回收系统都实现微负压状态运行，对尾气实行可调控定量排放，并且有一系列措施保证溶剂的分离和回收，使溶剂的消耗降到最低程度，从而保证项目能达到可观的经济效益。目前，该工艺技术已获得国家发明专利（专利号ZL 00134520.6 ），并且在新疆、甘肃、山东、江苏、河南等地建设的30 多条生产线均实现了工业化生产，其中日处理300t 棉籽的 3 条，日处理200t 棉籽的 1 条，日处理 150t 棉籽的 27 条。新工

12、艺生产的产品由于新的工艺技术的应用，脱酚棉籽蛋白不仅脱除了棉酚毒素，而且通过低温工艺，全面保护了产品中的有效营养成份，金黄的色泽以及清香可口的适口性，给饲料、 养殖企业提供了新的优质的饲料蛋白，作为豆粕、鱼粉的替代品，广泛应用于畜、禽和水产养殖。为严格地从本质上与普通棉粕有明确的区分，北京中棉紫光生物科技有限公司为液液固饲用脱酚棉籽蛋白产品建立了标准（见表1）。标准中一级脱酚棉籽蛋白其粗蛋白质含量50.0，氨基酸总量占粗蛋白比例为87.0%，而普通棉粕的粗蛋白质含量一般在40左右，氨基酸总量占粗蛋白比例仅在50%75%之间。该产品的行业标准已经得到行业标准委员会的通过，国家标准也已进入立项审批

13、程序。脱酚棉籽蛋白及相关产品氨基酸组成比较见表2。表 1 脱酚棉籽蛋白产品企业标准（Q/HDCCU001-200）6优级一级二级粗蛋白质 50.0 50.0 48.0粗纤维 7.5 8.0 9.0水分 8.0 8.5 9.0粗灰分 7.5 7.5 8.0氨基酸总量占粗蛋白比例 90.0 87.0 85.0游离棉酚（HPLC）（ mg/kg） 60游离棉酚（ 比色法）（ mg/kg） 400霉菌总数（103个 /g） 50表 2 脱酚棉籽蛋白及与相关产品氨基酸组成比较（以干基计算）项目豆粕普通棉粕脱酚棉籽蛋白赖氨酸（）2.691.392.35蛋氨酸+胱氨酸（）0.980.71 ( 0.35+0.

14、36 )1.49(0.62+0.87)精氨酸（）2.823.145.87异亮氨酸（）1.850.961.68亮氨酸（）3.161.762.98苯丙氨酸（）3丙氨酸（）1.731.271.99苏氨酸（）1.691.021.71缬氨酸（）1.781.252.16天冬氨酸（）4.562.844.70丝氨酸（）1.901.182.08谷氨酸（）8.716.6412.03甘氨酸（）1.741.212.14酪氨酸（）1.400.781.44组氨酸（）1.391.141.90脯氨酸（）2.431.592.01氨基酸总量（）40.9428.9149.26粗蛋白（）44.740.551.5氨基酸总量占粗蛋白比例

15、 （）91.671.495.6猪消化能（cal g）337022503290鸡代谢能（cal g）239018602420干物质（）89.682.993.6EAA1/NEAA21:1.251:1.351:1.09注：1.EAA必需氨基酸2.NEAA非必需氨基酸从氨基酸的平衡上来看，普通棉粕的EAA/NEAA为 1： 1.35，豆粕的EAA/NEAA为 1： 1.25， 棉籽蛋白的EAA/NEAA为 1： 1.09，而理想蛋白质模式的EAA/NEAA为 1： 1。因此，棉籽蛋白与理想蛋白质模式十分接近，饲喂效果良好。从限制性氨基酸情况来看，脱酚棉籽蛋白氨基酸中除赖氨酸比豆粕略低外，其余限制性氨基

16、酸均优于豆粕；且氨基酸总量占粗蛋白的比例比豆粕高出4 个百分点；其消化能和代谢能与豆粕相当。而各项指标均极显著地优于普通棉粕，在饲料中是豆粕、鱼粉不可多得的替代品。同时，使用脱酚棉籽蛋白给饲料、养殖企业大幅度降低了原料成本，也创造了可观的经济效益。新工艺带来的经济效益传统工艺与新工艺的效益比较见表3。由表3 得知，一般传统工艺加工与新工艺加工相比，同样年加工棉籽35000t，按2007年 9月份价格计算，传统工艺合计销售收入6720.4 万元，而新工艺合计销售收入7980.4万元，考虑棉籽加工新工艺因脱酚增加成本280 万元，实际收入合计7700.4 万元。新工艺加工比传统工艺加工净增收入98

17、0万元（含税），即每吨棉籽比传统工艺多盈利280 元。因此，通过加工工艺的改变，棉籽新工艺实现了产品价值的提升，企业也因精深加工创造出更多的经济效益。表 3 传统工艺与新工艺加工经济效益比较项目传统工艺加工新工艺加工棉数35000t35000t籽量棉数50计17500t40计14000t粕量价1400 元 /t2450万2500元 /t3500万值元元棉数15 计5250t15计5250t油量价7000元3675万7000元 /t3675万值/t元元棉数26计9100t36计12600t壳量价600元 /t546万600 元 /t756万值元元油数5250/0.85*0.1617.6t5250

18、/0.85*0.1617.6t脚量价800元 /t49.4 万800 元 /t49.4 万值元元收入小6720.4 万元7980.4 万元计成本差080 元 /t 棉280 万异籽元收入合6720.4 万元7700.4 万元计收入增+980 万元（减）新增效280 元 /t 棉籽益5 未来棉籽加工企业产业链的延伸（见图3）图 3 未来棉籽加工企业产品结构图随着液液固法工艺的诞生，棉籽以及产品价值的提升已不再是梦（ 1 ）国家统计局 HYPERLINK （ 2）国家粮油信息中心 HYPERLINK （ 3）杜长安，陈复生. 植物蛋白工艺学M. 北京：年中国商业出版1995（ 4）周建民，梁乙明.

19、 用脱酚棉籽蛋白饲料替代部分饼粕类饲喂泌乳牛的试验报告J. 中国奶牛,2003（2）:26-28（ 5） 美 Y.H.Hui 主编 , 徐生庚，裘爱泳主译. 贝雷：油脂化学与工艺学 M. 北京：中国轻工业出版社，2001.6）祝强，刘进才，唐金泉. 一种新的棉籽脱酚生产工艺J. 中国油脂 ,2004,29（1）:68-697）杜润鸿. 中棉紫光 引领棉籽加工新方向J. 粮油加工 ,2006,（7）:22-24作者简介: 唐金泉（1965-），男，工程师；主要从事棉籽精深加工方面的研究开发工作。工艺说明 :清理工序：为了有效地达到清选效果，工艺中将配备高效振动筛来清理大小杂；配置风选机去除并肩石

20、；为了保证车间有良好操作环境， 工艺设计将配置系统除尘装置，采用旋风分离式除尘器及二次除尘系统。剥壳工序：为了保证棉籽有良好的软化和轧坯效果，棉籽必须剥壳及并进行仁壳分离，采用双对辊棉籽剥壳机，可以保持较高的整仁率，采用组合式仁壳分离筛，并配套圆打筛，可以保证壳中含仁和仁中含壳都达到工艺设定指标。轧坯工序：轧坯是将一定粒度的棉仁制备成0.3 毫米左右的薄片，充分破坏棉仁的组织结构，目的是在浸出工序中，使原料中的油脂在最短的时间内、最大限度的萃取出来，使粕中残油小于1%。蒸炒工序：从轧坯机制得的坯片进入蒸炒锅，经过高温、高水份蒸坯及炒坯，调节棉坯的温度及水份，并有效破坏棉酚，出来的熟坯进入预榨机

21、。预榨工序：蒸炒过的熟坯经过辅助炒锅的调节，进入榨膛进行压榨， 榨出的油经油渣刮板机分离油中的渣、叶片过滤机过滤后打入毛油罐；预榨饼输送到浸出脱酚车间进行浸出脱酚。工艺技术指标处理量：500t/d 脱绒棉籽棉籽质量要求：达到国标三级以上棉籽标准，光籽率达到40%产品质量要求： 预榨毛油水分及挥发物：0.5%杂质： 0.2%色泽、气味、滋味正常 预榨饼饼厚度：17mm水分： 4-6%残油： 14-16%(3) 壳壳中含仁0.3%工艺经济指标电耗32.5度 /吨棉籽气耗150Kg/吨棉籽水耗1.0-1.3吨/小时工艺计量方案进入车间的棉籽经过风选去石后，进入 WDGLJ-C 型翻斗式计量秤内， 该

22、种计量特别适用于棉籽等散落性差物料的计量。计量秤由一台控制显示仪表统一管理，可以显示当班产量，也可以显示累积产量。预榨毛油的计量采用椭圆齿轮流量计进行计量，经过计量的油打入室外毛油罐内。浸出脱酚车间工艺流程及工艺说明工艺流程工艺说明喷淋浸出工艺浸出器采用环形浸出器形式。料层底板采用不锈钢材料。处理量大于实际量10%以上。浸出器进料：采用封闭绞龙，加重力门控制管道视镜采用组合视镜。溶剂泵、混合油泵采用机械密封泵。混合油罐中不加食盐水，底部沉渣用泵打入浸出器。料封绞龙叶片采用16Mn 钢材料。地下溶剂库的溶剂泵采用气动隔膜泵。环形浸出器喷淋浸出工艺的主要优点是浓度梯度不同的混合油及新鲜溶剂喷淋通过

23、料层，在上层表面形成30-50 毫米的液面，使整个料格中的棉籽坯都与溶剂接触进行萃取；同时， 混合油循环喷淋采取 自打自格、收集格溢流，从而保证坯片中的油脂最大限度的浸出出来，使粕中残油1%。混合油动态过滤工艺采用高效动态过滤机在连续运转过程中对混合油进行过滤，使混合油中的固杂降至0.01%左右，并可从根本上解决以上生产中的不正常现象，同时也使蒸发汽提后的浸出毛油色泽浅质量高。湿粕处理工艺本项目最大的特点在于采用液液固三相萃取法直接在多级脱酚浸出设备中对湿粕通过脱酚溶剂进行脱酚处理，脱酚后经机械脱溶和低温烘干脱溶，得到脱酚棉粕成品。浸出的棉油过滤后进入分级蒸发、汽提系统提取毛油，送至精炼车间精

24、炼。萃取棉籽油和棉酚后的溶剂分别经综合回收系统再生后循环使用。该方法继承发扬了溶剂萃取法的优点，采用低温一次浸出的方法对棉籽进行处理，通过分步萃取分别提取棉籽油和脱除棉酚，解决了因溶剂体系发生变化而产生的蛋白及油品质量、设备运行、溶剂分离及回收等一系列问题。既避免蛋白质的热变性和蛋白质氨基酸与游离棉酚的结合，极大限度地保护了蛋白的营养价值，提高了油品质量，保证了蛋白中的残油，又解决了溶剂萃取法中溶剂分离和回收存在的问题，实现了连续性与经济性相结合的工业化运行效果。该方法的工艺技术特点是：全程采用低温一次萃取工艺处理棉籽，最大程度地避免了蛋白质被破坏， 保证棉籽蛋白产品的营养效价；采用两种溶剂分

25、步萃取棉籽油和脱除棉酚，保证提油和脱酚的快速、彻底；专用的多级脱酚萃取设备， 使用合适浓度和温度的脱酚溶剂，在短时间内快速萃取出大量的游离棉酚，避免变性棉酚、结合棉酚及其他形式的棉酚衍生物的生成。蛋白产品中游离棉酚含量400ppm，低于世界卫生组织、联合国粮农组织、联合国儿童基金会等国际组织推荐的食品中游离棉酚含量不大于600ppm 的标准；脱酚的同时，通过溶剂和水的相互作用，去除棉籽在储藏过程中产生的黄曲霉素，去除棉籽仁中的棉籽糖、单宁、植酸， 去除棉籽中的农药残留等一切抗营养因子，全面保护了棉籽蛋白中的有效营养成份；专用的提油萃取器，萃取效率高，设备投资省。萃取提油之后的含溶湿粕不进行脱溶

26、处理而直接萃取脱酚，避免了蛋白质的热变性，降低了能耗，使产品质量稳定；低温工艺使色素不被固化到物料和油品中，毛油中色素低，油品质量得到全面保证；整个提油、脱酚、及溶剂回收系统都实现微负压状态运行，对尾气实行可调控定量排放，并且有一系列措施保证溶剂的分离和回收，使溶剂的消耗降到最低程度，从而保证项目能达到可观的经济效益。全负压蒸发工艺采用负压蒸发、负压气提、蒸汽喷射泵用过的蒸汽既可以喷入一蒸，又可以喷入热水罐。蒸发器列管采用不锈钢管。气体塔蝶片采用不锈钢材料。全负压蒸发工艺主要的优势在于采用蒸脱机的二次蒸汽作为预蒸发器的加热源，节约能源20%。 在负压下进行混合油的蒸发和汽提，使混合油在较低的温

27、度下沸腾、溶剂汽化分离，从而提高油的质量，减少精炼损耗，这样的生产工艺使生产成本降低15%左右，实践证明负压蒸发工艺是先进成熟的。冷凝系统工艺冷凝器列管，外壳采用Q235-A 钢板。冷凝器卧式安装。冷却塔放在冷却水池上，备用一台冷却水泵。在蒸发器与DTDC 冷凝器之间增加一节能器，用冷凝下来的低温溶剂喷淋从一蒸出来的DTDC 二次蒸汽。薄膜式石蜡回收工艺利用不锈钢薄膜式填料代替目前的瓷环或浮球，作为自由气体中回收溶剂的吸收塔和解吸塔的填料，具有传质效率高，生产成本低，设备寿命长的明显优点。工艺技术指标生产量：400t /d 棉籽予榨饼产品质量要求： 浸出粕残油： 0.8%水分：12.0%温度：

28、45残溶：500PPM（或引爆试验合格）工艺说明 工艺流程游离棉酚：0.006% 浸出毛油总挥发物：0.30%杂质：0.2%色泽：正常残溶：400ppm工艺经济指标：电耗 12.5度 /吨饼（不含车间外围用电）汽耗320Kg/吨饼水耗1.0-1.5吨 /吨饼溶剂消耗：棉籽预榨饼2.5Kg/t 饼（国标6#溶剂）精炼工艺流程及工艺说明毛油过滤加热混合离心分离水真空白土真空皂脚水洗分离干燥混合脱色过滤真空废水真空废土加热析气换热矿物油加热脱臭换热冷却增泽过滤成品油特殊湿法脱胶工艺脱胶就是将毛油中的磷脂、蛋白质、 糖类等胶质进行脱除的过程这对后工序脱色、脱臭有较大的影响。特别是在采用物理脱酸精炼中，油脂中磷脂的彻底脱除至关重要，工艺要求脱胶后的含磷量5ppM。然而，毛油中含有磷脂，且有一定的非水化磷脂，若采取一般脱胶工艺则不能达到工艺效果。特殊湿法脱胶工艺是将非水