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1油料种籽的内部结构
制取植物油的原料是油料种籽。油料种籽由外层的皮(壳)和皮壳内的仁组成。皮壳又由半纤维素、纤维素、木质素、蜡、树脂、蛋白质、色素、油脂、单宁以及无机盐等组成。对油料种籽内部结构(仁)的了解,有助于我们分析问题。油料种籽虽然外形各不相同,但都由细胞所组成,且细胞结构基本相似。细胞由细胞壁和充填于壁内的细胞内含物所组成。
油料种籽细胞壁很薄,其厚度一般都在1以内。细胞壁微呈波浪式的形状。细胞壁主要由纤维素及与纤维素紧密结合的半纤维素所组成。纤维素物质呈细丝状,并相互交织成毡网状结构。网眼中充满了水分、木质素和果胶等。由于纤维素和半纤维素的结合很紧密,而且网眼中填充有木质素等物质,因此,细胞壁具有一定的硬度,有如种籽外皮保护种仁的作用。且绝大多数的细胞壁具有稳定的化学性质,不与一般的化学物质起反应。
随着20世纪60年代高分辨能力电子显微镜的应用,现已基本弄清细胞内含物中油脂、蛋白质等成分的存在状态。油料种籽中的油脂主要以极小直径(超显微的)的球形“脂类体”存在于油籽细胞内含物中,脂类体一般含油90%以上,其他成分是磷脂和脂肪酶等。每个脂类体的外面都由一层以蛋白质(60%)和磷脂(40%)为主要成分的单边膜所包围。
蛋白质存在于细胞内含物的蛋白体中,其含量最高可达97.5%,其他还有植酸盐等。蛋白体外面也有一层由磷脂和蛋白之类的分子组成的膜。蛋白体的直径远远大于脂类体。球形脂类体被缠在以蛋白体为主要成分的细胞内质网结构中,或是密密麻麻地充塞在细胞内蛋白体之间的空隙中。由于脂类体单边膜的极性面朝外向着胞质,而非极性面与内部包含物脂类相接触。因此,脂类体与蛋白质有很强的亲和力。有人做过试验,在1000r/min的巨大离心力(较重力大4400倍)作用下,3h后,即使是含油率很高(48%~50%干基)的蓖麻籽,也仍看不出细胞内含物发生任何变化,足见其内含物之稳定,相互联系之紧密。但是,如果将油料种籽预先在水中浸泡12h,则在同样离心力的作用下,细胞内含物就会发生剧烈的变化。这可看出水的作用。
由上述可知,要从脱皮后的仁中制取油脂,必须解决两大障碍:一是破坏细胞壁,让细胞内含物尽量暴露出来;二是解除细胞内含物中的脂类体与蛋白的紧密联系,使脂类体自由聚集。在现行的油菜籽加工工艺中,预处理尤其是轧坯、蒸炒工序,其主要目的是料坯通过物理的、化学的以及物理化学的变化,为压榨取油创造条件。例如轧坯,其作用是尽量破坏细胞组织,减少料粒的厚度,增加物料表面积,缩短油流的距离。蒸炒特别是润湿蒸炒,通过水和热的作用进一步破坏细胞壁,使蛋白质变性,油脂游离和聚集,并为压榨取油提供适宜的榨料。
2油菜籽脱皮
我国油菜籽随产地和品种的不同,其化学组成也不一样,油菜籽的化学组成见表1。
油菜籽属于含油较高的油料,其种皮内的籽仁较大豆、棉仁的软些。但油菜籽颗粒小,种皮虽不
厚,却相当坚硬。油菜籽含有14%~20%的种皮。种皮含有30%左右的粗纤维,约10%的粗脂肪,
15%左右的粗蛋白,还含有色素、单宁、芥子碱等物质。此外种皮中的水分含量也远高于仁中水分含量。
现行油菜籽加工工艺未脱除种皮,其原因可能如下:一是脱皮有一定难度。油菜籽颗粒小,种皮与籽仁联系紧密,破碎与仁皮分离均有困难;二是种皮含有10%左右的油脂,弃之浪费资源。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高纤维素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,从生产高质量的油和饼粕蛋白考虑,还是应该脱皮并将种皮另作处理。对此,国内外均研制出多种类型的脱皮装置。我们与有关厂家合作,采用对辊破碎,筛选加风选的办法进行仁皮分离,使74%以上的菜籽皮从仁中分离出去。
3榨料性质
脱皮后的菜籽仁冷榨与未脱皮蒸炒后的热榨有很大不同。首先是压榨前物料的性质完全不一样,脱皮后的菜籽仁处理度很小,仅在脱皮过程中的碾轧阶段受到破碎处理,其细胞壁很少被破坏,脂类体与蛋白质的亲合力仍很强,这样的物料采用现行的螺旋榨油机是很难将油压榨出来的。其次是压榨取油过程,压榨是借助机械外力的作用使油脂从榨料中挤压出来的过程。当榨料受到外力作用时,其内部微粒的相对位置必须发生变化,因而产生变形。对真实可塑体变形过程的研究表明,当外力增加时,可以看到物料从纯粹的弹性变形转变到塑性变形的个过渡阶段(称作假塑性变形过程)。当切应力超过一定数值时,即超过所谓下屈服点以后,物料开始产生塑性变形(假塑性变形),若切应力进一步提高,当达到上屈服点或最大屈服点时,物料塑性变化的这一中间阶段即告终了,真正的塑性变形开始出现。油料籽仁的这种性质是由其本身结构所决定的。在其结构中,个别组成部分(分子团)之间的结合力是不同的。当应力增加时,结构中最弱的结合首先开始分离,此即相当于下屈服点;随着应力的提高,结构组成之间还有更多其他的结合连续遭到破坏,使物料产生塑性变形,最后,分子团(或分子)之间最强的结合也被破坏,此即相当于上屈服点,然后真正的变形开始。真实可塑体的这一性质其实质是由其个别组成结合力的不均一性造成的。这点对于脱皮(壳)后籽仁的冷榨尤为重要。
油料籽仁的弹性或塑性条件直接影响压榨取油效果:如籽仁的塑性过小,则不能形成饼块或所成形的饼松散,无法形成毛细管的流油通道,饼中残油会大幅增高;籽仁的塑性过大,当外力作用时,籽仁粒子内外表面相互挤压,这时油流很快,榨料猛烈地随油流出,使压榨无法进行,出油率也会大幅度下降。因此,压榨前籽仁应具有适宜的弹性和塑性。
籽仁的弹性和塑性是由籽仁的组成、水分、温度和蛋白质变性程度等特性互相配合而表现的。一般说来,籽仁的含油率高、水分高、温度高、蛋白质变性
程度低、含皮(壳)率低则籽仁的塑性大,反之亦然。对油料脱皮冷榨而言,蛋白质变性程度及温度的影响可不予考虑,且一种油料其含油率和其他成分虽
有差别,但差别不大。于是,籽仁的水分和含皮(壳)率成为影响籽仁弹性和塑性的主要因素。显然,籽仁的水分低,其塑性小,但需更大的干燥设备和更多的能源消耗;籽仁的含皮(壳)率低,其塑性大,但给脱皮装置提出了更高要求。两种影响因素相互制约,各自又受其加工条件的限制。当固定某一因素时,另一因素可在一定的范围内变化。根据我们的研究和实践,当籽仁含皮(壳)率在5%左右时,籽仁的水分含量在4%~5%较为合适。
4调质
所谓调质,即是在脱皮后的籽仁进入压榨机前
进行水分和温度的调节,以使榨料(籽仁)适合压榨取油的要求。
在压榨过程中,由于榨料体积压缩和变形、榨料粒子内部的摩擦、榨料粒子在运动中与榨机机件摩擦等,会使榨料温度升高。为使饼中蛋白质不变性,对人榨料的温度应有一定的控制。当人榨料为室温或低于室温时,压榨过程中温度不会升高很多,一般不会超过70°C。
水分的调节其实是一个润湿过程。微观上细胞的细胞壁,细胞内含物的脂类体、蛋白质和碳水化合物等含有大量极性基团,当加水润湿时,由于水的极性特别强,因此极性基团均能与水结合。从而使榨料发生系列变化,例如籽仁较易黏结成团,稍加压力即能成形;加大了前述物料结构中个别组成结合力不均一性,使假塑性变形提前,有利于榨油机榨膛压力的尽快建立。在压榨过程中,水渗透进入完整细胞,被细胞内含物吸收并产生膨胀,从而大大降低脂类体与蛋白质的亲合力。这些对压榨取油是极为有利的。总之,压榨前的调质使水与细胞壁胶状结合并使其塑性化,对冷榨取油极为重要。
5榨油机的压缩比和压榨时间
众所周知,螺旋榨油机是连续向进入的榨料逐步加大压力的设备。榨料在带有流油装置的密闭榨笼内向前推进时,油被榨出,在榨油机的末端,榨料被压缩成饼块。脱皮后菜籽仁的冷榨既不同于现行的蒸炒后的预榨,也不同于未脱皮的冷榨,这是由榨料性质所决定的。脱皮后的菜籽仁呈碎粒状,细胞壁极少破损,细胞内含物几乎保持原状。为了取得良好的压榨取油效果,必须对现有的螺旋压榨机进行改进。首先,螺旋压榨机应该有更高的榨膛压力,这是影响出油效果的主要因素之一。要增加榨膛压力,就必须增大压缩比。我国现采用的国产榨油机压缩比过小,不能满足脱皮菜籽仁的冷榨要求。根据我们的研究,螺旋榨油机其理论压缩比应在24以上。其次,压榨时间,即榨料在榨膛内的停留时间。压榨时间与出油率之间存在一定的关系。通常认为,在一定限度内,压榨时间长流油较尽,出油率高。脱皮菜籽仁在压榨前的处理度很小,大量细胞的破坏以及油的分离,主要依赖于压榨,因此,希望压榨时间尽量长一些。此外,加大压榨机的压缩比,其压榨时间必须延长。根据试验研究,压榨时间应在5min以上。
除此之外,榨油机榨条之间垫片厚度以及出饼厚度的调节等,均对出油率的高低显示出一定的影响。这些都应通过实践加以解决。
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