公告信息：
目前大豆脱皮工艺较多,有前脱皮和后脱皮,在前脱皮中有De2Smet冷脱皮和Crown&Buhler热脱皮、二次温脱皮、一次温脱皮。后脱皮是Buhler分理脱皮工艺,根据豆皮和豆粕的比重和颗粒大小的不同进行筛选和风选分级出等级豆粕(按蛋白含量划分)。新建的大型压榨厂倾向引入前脱皮工艺,本文主要就大豆前脱皮和生产等级豆粕的工艺和经济效益进行分析。
1Crown&Buhler热脱皮工艺
1.1工艺说明
热脱皮工艺和原料预处理、豆皮粉碎和豆粕破碎分理布置在一起(见图1)。根据不同的原料大豆生产等级豆粕,其蛋白含量分别为48%、46%、44%。对工艺进行调整,分别采取热脱皮、二次温脱皮、一次温脱皮或冷脱皮。其主要流程:原料、计量、清理、调质干燥、热风脱皮、喷射干燥、破碎到1/2～1/4瓣、热风脱皮、破碎1/8瓣、冷风脱皮、轧坯、浸出;豆皮经粉碎、进仓,并入计量绞龙;豆粕经计量、初破碎、分级、破碎、筛理、计量绞龙、出粕。热脱皮设计是以美国2号大豆为依据,颗粒在5.00～6.25mm,含水分9.0%～13.5%,从农田收割15d左右,FFA≤1.5%。
以3000t/d处理量为例,用3个1000t/d用仓,来料经计量、除铁、筛选和去石后,进立式Buhler塔式干燥器(内分层),长3m,宽3m,共10层,6～9层内置水平蒸汽加热扁管的独立操作单元、2～3层进风、1～2层出风。大豆因自身重力由上而下与加热扁管接触,温度上升,内部水分慢慢聚集到表面,豆皮得到软化。水汽、部分豆皮由吸风装置吸出。
如果大豆水分较高,空气经加热器加热,通过进风装置进入加热器,与大豆直接接触,对大豆进行适量干燥。加热蒸汽压力在0.05～0.06MPa穿过每根管子,大豆停留时间20～30min。低压蒸汽保证温和调质防止大豆在加热管的接触区过热。操作成本为传统成本60%。选用加热层数与加工大豆的温度、水分、产量有关,要求大豆水分低于14.5%,否则要延长滞留时间减少产量。出调质器的大豆经80℃气流脱皮器吸出灰和皮,水分在10%～11%的大豆进喷风干燥器,在干燥器两侧各设有5根DN150喷气管入口,喷热风温度120℃,大豆在1～2min内与穿过冲孔板床的热风接触中产生爆裂,大豆表面水分迅速挥发,豆皮因高温爆裂,皮松脱、裂开。排出风中含有少量豆皮。吸出的气流夹灰经刹克龙卸出夹带豆皮后,进入主风机。
主风机出风分为两路:一路送往主空气加热器加热循环使用,一路排空。两路均设有气动控制阀门,根据风网中的空气湿度控制排泄风门的开启度,一般设定风网中空气相对湿度30%。喷风风机进风由两路构成,一路经主空气加热器加热的循环风,一路经辅助加热器的补充的新鲜空气。喷风干燥器内大豆滞留时间1～3min,出料温度88℃,大豆含水分10%左右。进破碎机Roskamps或Buhler(双层辊,下辊胶辊,上辊钢辊),把大豆沿裂缝处劈成2～3瓣,进入热风吸皮器吸出皮灰,热风起调质作用,进入锤片式或斜槽辊式破碎机,半瓣大豆被高剪切力的锤片撞击成1/8瓣,皮和仁分离。
皮仁进小型吸风脱皮器内分离出皮灰,豆仁进轧坯系统。吸风脱皮器,内有规则排列的水平钢管,破裂大豆经喂料器进入,呈瀑布状下落,与钢管撞击,仁落下去破碎,皮随气流进入刹克龙,收集皮灰,筛选。皮与部分碎豆、仁屑在双层筛网的振动筛或回转筛内分离。上层筛网的筛上物是尺寸较大的豆皮,送往豆皮系统。下层筛网的筛上物是中等的豆皮和碎仁,再经吸风器进一步风选。下层筛网的通过物是细皮与仁屑。碎豆进入破碎机,辊为钢制辊,破碎成6～8瓣,由于豆仁是热的,破碎时产生的粉末很少。二层皮分离筛,脱皮可提高7%的产量。Crown&Buhler调质和吸风脱皮器起分级和调质作用,实际上是用热风和冷风对豆粒的调质。从刹克龙收集的豆皮,因经过调质,直接进粉碎机,粉碎至在5目颗粒,进入暂存仓,按市场等级豆粕蛋白需要比例由计量绞龙并入出粕。
从DTDC出来的脱脂豆粕用一台斜刮板送去预处理,进入豆粕分理和破碎系统,因刮板长而高,对刮板链条和滑道的强度要求高。豆粕破碎和分理系统在计量和初破碎,用品质振动筛筛去产量约35%,粗粉通过粉碎机粉碎至8目颗粒,为脱皮豆粕。
1.2主要设备及工艺分析
1.2.1塔式干燥器
该设备是塔式结构,6～9层,每层安装水平蒸汽加热扁管,管材SS304。从上层进料,分料层,进暖风,按标准6层,5层加热层,每层内部管道水平分布,每层之间管道错排90°,第6层底部设有排气孔。如果大豆水分高,增加3层,第6～7层是加热层,第8层是暖气流进风层,底层出料。大豆因自重由上而下与加热扁管接触,温度上升,内部水分渐渐聚集到表面,豆皮得到软化。水汽、部分豆皮由吸风装置吸出。如果大豆含水较高,空气经加热器加热,通过进风装置进入加热器,与大豆直接接触,对大豆进行适量干燥。加热蒸汽压力一般不超过0.1MPa,大豆在加热器内部的停留时间20～30min。通过前面的温和预热缩短高温干燥的时间。
1.2.2喷风干燥器
在干燥器内部,大豆位于转送带上,转送带运动速度为0.05m/s,干燥器两侧各有6～8个热风喷孔,从转送带下方穿过料床,大豆显沸腾状,热风温度120～140℃,脱除大豆表面水分。脱出气体经刹克龙分离出豆皮后,送入风机,进加热器循环使用,少量气体排空,在风管上安装风门,根据风网内的空气湿度控制排空程度,设定风网中的空气相对湿度为30%。热风风机进风主要由风网循环热风,辅用补充新鲜空气。喷风干燥器内大豆滞留时间1～3min,出料温度86～88℃。
1.2.3破碎机
热脱皮工艺采用Roskamps或Buh2ler。双对辊破碎机上对辊为斜纹铁辊,下对辊为铁芯橡皮辊,上辊把大豆破碎成两瓣,下辊把皮从仁上擦去,减少皮中含豆粉末。
1.2.4皮仁分离系统
破碎后的皮和仁送入Crown吸风脱皮器,内有规则排列的水平压扁钢管,钢管每层间错排,破碎物经喂料器沿整个平面均匀分布,从一定高度落下,与平行钢管撞击,仁经多次撞击下落到收集斗,进入破碎机进行二次破碎。Buhler吸风脱皮器内设多层百叶窗式挡板,工作原理与Crown吸风脱皮器相同。皮被气流吸入刹克龙收集进行筛选碎豆、仁屑和豆皮。筛理用双层筛网振动筛和回转筛。筛上物是尺寸大的豆皮,送入豆皮处理系统,下层筛网的筛上物是中等颗粒的豆皮和碎豆仁,送入下一道吸风撞击器进行风选,豆仁并入破碎豆粒系统轧坯,豆皮并入皮系统。下层筛网的筛下物是细皮和仁屑,并入碎豆入轧坯机。
1.2.5热脱皮工艺的副产品
结合回收大豆胚芽,大豆在破碎前采用搓碾式辊把胚芽从大豆上剥下,用风选和筛选从碎豆和碎皮中分离回收。大豆胚芽回收率约70%,加工1t大豆可得到14kg胚芽。
1.2.6热脱皮指标和能量消耗
热脱皮指标:粕含纤维≤3.5%,皮中含油≤1.5%,脱水在1%～2%。蒸汽消耗:80～100kg/t,取决于调质;电耗(含预处理):23kW·h/t。
1.2.7工艺过程剖析
热脱皮工艺实际隐含4种脱皮工艺,如热脱皮、二次温脱皮、一次温脱皮、冷脱皮。如果来料湿度高使用热脱皮,开9层立式加热器进行降水,瞬时干燥、脱皮、破碎、分级干燥、破碎、分级冷却、轧坯,即大豆走完热脱皮全过程。如果大豆含水量低于11%,选用二次温脱皮工艺,可预热(开6层烘干段)70～80℃,关掉喷风干燥器,直接进脱皮和破碎机;如果生产蛋白含量为45%～46%的豆粕,选用一次温脱皮,大豆经清理后,直接进第一道破碎机后面的分级干燥器,温加热后进第二道破碎机;如果生产普通豆粕,可以选用冷脱皮工艺,大豆清理后直接进入第二道破碎机,经分级冷却器后进入轧坯机。在该工艺中除出料、出皮、灰带走少量热量排空外,热气流是循环使用,加热器加热补充的新鲜空气,在轧坯前明显地增加热空气调节豆仁温度和水分。在热脱皮工艺中,大豆在120～145℃受热时间只有1～3min,其他加热是在80～90℃的温热气流中,大豆蛋白变性小。与传统工艺不同,在轧坯前已调整好大豆水分以满足入浸要求,无需在轧坯后设干燥设备。
2De2Smet脱皮工艺
通过对大豆在温度为70～80℃下烘干4～6h,降低大豆水分,再自然冷却24～48h,对大豆进行清理、破碎、吸皮。主要工艺如图2所示。
2.1干燥脱水
现在进口大豆含水范围在10.5%～13.6%,皮仁附着力强,皮的韧性大,大豆很难破碎,在齿辊间易揉扁变形。所以大豆在进仓前要求经初清、干燥降水至10.5%以下,干燥设备一般用立式Buhler塔式干燥器(设备见热脱皮部分)和原料干燥塔,热风温度70～80℃,缓慢干燥。
2.2缓苏
经干燥后,大豆水分在10.5%左右,进仓滞留48h,鉴于大豆颗粒水分不一,给足够的时间使大豆进行有效地传质、均质;尤其干燥时间短,表面水分低,内部水分高,从内向外传质,力求达到品质均匀。因此,要建足够的仓容。
2.3破碎
要求进破碎机大豆不含碎粒(小于4mm颗粒最多不超过1%),含杂量小于1%,无松皮现象,用双层斜齿辊破碎机将大豆破碎成4～6瓣,最多5%粒过10目筛。因大豆经长时间缓苏和调质,皮仁附着力降低,豆质较均匀,破碎颗粒大小均匀,少成粉。破碎机多用Buhler破碎机。
2.4皮仁分离
破碎后豆粒进入双层振动筛或平面回转筛筛选。上层筛上物是粗皮和较大的豆粒,由上面的吸风罩吸入豆皮系统,豆粒从筛网落下经输送设备并入碎豆。下层筛的筛上物是中等颗粒的豆皮和碎豆,进入Buhler吸风脱皮器分离出碎豆和皮。下层筛的过筛物是细皮和粉末,约占大豆总量的5%～10%,并入豆仁流。破碎后用Buhler吸风脱皮器分离出2%的豆皮,豆皮和皮仁夹带仁屑由气流送入刹克龙收集,经分离筛分级,进入二级吸风脱皮器进行二次脱皮,分离出重的豆仁和轻皮。吹入的气流是环境自然空气。
2.5调质软化
软化锅可用立式6～9层软化锅或卧式软化锅,适当喷低压直接汽,软化时间20～25min,软化温度90～105℃,要求大豆出锅水分12%,温度65～70℃。达到大豆内外质地均匀。软化后豆粒送入轧坯机。
2.6冷脱皮指标
当大豆含水12%、蛋白35.5%、纤维最多5%时,豆粕含纤维<3.5%,含蛋白≥48%,水溶性氮损失3%～5%,电耗35kW·h/t。
2.7豆皮粉碎和豆粕分理豆皮粉碎和豆粕分理工艺和设备与热脱皮工艺相同。
3脱皮工程国产化效果
现在国内很多厂家应用热脱皮和冷脱皮工艺,并适当地改造国产设备,达到大豆脱皮目的。选用主要设备效果如下:
3.1立式烘干塔
立式烘干塔在原粮烘干塔的基础上改进,原粮烘干塔为上段热风烘干和下段冷风冷却。改进后上面为4～6个烘干段和下面2～3个冷却段。大豆在塔内多次加热与多次冷却,豆皮与豆瓣基本分离,同时部分调整大豆的水分,对大豆有软化和调质作用。设计以烘干豆皮为主,即脱除大豆表面水分。热风温度115～120℃,大豆温度60～65℃,滞留时间25～35min。
3.2流化床烘干机
用流化床代替喷风干燥器。在常规流化床基础上改变电机和风机的功率和参数。烘干塔起慢速加热,要求流化床快速加热,流化床不可能像喷风干燥器在1～2min内快速升温,但可以在热风温度135～140℃,5min内升温,豆皮升温到80～85℃,豆仁内部升温65～70℃,导致豆皮收缩而开裂爆腰,爆腰率80～85%,这样与豆仁分离容易。
3.3破碎机
国外用钢辊胶辊双对辊破碎机,先将大豆破碎成2瓣,再揉搓。国产双对辊破碎机为全钢辊,不利于搓皮。可借用胶辊碾米机用于搓碾豆皮,或用离心式脱皮机,该脱皮机对大豆有撞击、摩擦和挤压作用,易清理皮含碎仁屑。要求把95%～98%的大豆破碎成2～3瓣,碎豆糁率小于等于4%。
3.4皮仁分离器
运用豆皮与豆仁在容重、形态上物理特性不同,用多层振动筛和平面回转筛,配不同的筛面,借用风力吸皮分级。Crown吸风脱皮器为矩形体,内设多排扁型钢管,下面进热风,上面风带走豆皮和豆屑。Buhler吸风脱皮器为长方体结构,内部为对面错排百叶窗结构,大豆折流而下,下面吹进热风,把豆皮和细屑吹走进振动筛或回转筛进一步分离。
3.5豆粕分理
脱脂豆粕从DTDC出来送到预处理或粕库进行计量、分级、初破碎、分级筛分理、破碎到5～8mm颗粒,蛋白含量在48%以上,在送入包装或仓库的输送机械上,接受豆皮计量绞龙按比例送来的豆皮混合,制造出不同蛋白含量的成品豆粕。豆粕破碎工段放在预处理车间,豆粕的残溶一定要稳定地控制在安全水平以内。豆粕粉碎工段应与其他设备有一定距离,电机和电器用防爆性的为好。利用多层楼面高度,合理布置豆粕粉碎和豆皮粉碎,在底层布置豆皮仓和出皮计量绞龙,豆皮按工艺要求并入出粕刮板输送机。
3.6清理粉末
在大豆或碎豆粒进入各种热风干燥器前,使用各种风选设备,先吹走细粉末。防止粉末进入高温处理设备沉积时间长出现燃烧。
3.7倾向热脱皮
热脱皮大豆受热时间短、豆仁升温时间慢,在没有达到蛋白变性的温度时,进行脱皮,水溶性氮损失为2%～3%。且整体大豆降水不多,对后面工艺影响小。冷脱皮两次加热,加热时间长,大豆蛋白变性较多,水溶性氮损失在3%～5%,且整体降水多,对后续工序有一定影响。除蛋白热变性外,热脱皮工艺易调整,国内油厂偏向热脱皮,在关键设备中有原粮干燥塔和流化床干燥塔等设备,同时,这些设备也是处理高水分大豆首选设备,这也是国内油厂倾向热脱皮工艺的原因之一。
4脱皮豆粕营养与生产等级豆粕效益讨论
豆粕是一种很好的饲料原料,可用于所有家禽作为无限制性的单一蛋白补充原料。大豆粕的能量水平取决于蛋白含量、残油、纤维和灰分含量。美国家禽NRC报告,脱皮豆粕的能量比普通豆粕能量高879kJ/kg。我国市场豆粕质量参照全美油脂加工者协会(NOPA)豆粕质量规格(见表1),其营养素列于表2。
国外对脱皮豆粕价格和普通豆粕价格计算很细,从蛋白增加率、水分含量、含油、纤维、二氧化硅、氨基酸得率、能量得率、消化率、KOH溶解度、颗粒大小等评估得出综合豆粕价值。按豆皮占原大豆的6%～8%,毛油出品率占原大豆的19.6%计,清理后脱皮豆粕得率相当于带皮豆粕产量的90.2%,豆皮产量占带皮豆粕产量的9.8%。我国市场上购买豆粕定价依据是蛋白含量,脱皮豆粕比带皮豆粕的价格每吨高150元左右,价格变动系数在11065～11085之间。
由于大豆皮中富含色素和胶质,脱皮大豆浸出毛油质量含色素和胶质低,精炼得率高0.3%。在实际生产中,从综合因素看,电耗和蒸汽消耗增减不大,溶剂因扩产而降低,抵消增加投资的折旧和维修费,但生产等级豆粕增加电耗4kW·h/t,增加212元/t,而生产产量增加6%～7%,减少部分设备的磨损。表3列出脱皮和不脱皮豆粕生产经济效益分析对比。
大豆脱皮增加豆粕品种和油厂的经济效益,生产等级豆粕已经得到饲料行业的认可,也有明显的经济效益。各家根据市场选择适合自己的脱皮工艺,并按市场效益开全脱皮或部分脱皮,利用好植物资源,节约能源,提高利润。
