经过破碎或轧坯操作得到的油籽颗粒及坯片表面,均分布着很薄的油脂薄膜,且在表面上被很大的分子作用力(表面的分子力场)所截留。这种分子作用力大大超过了动力螺旋榨油机所产生的压力。
为了减小油脂与油籽颗粒及坯片表面间的结合力,并促使油脂与生坯非油脂部分的分离,因而在植物油生产工艺中,对生坯采用湿热处理——蒸炒。 熟坯的制备(蒸炒)就是把生坯(或油籽颗粒)放在特制的蒸炒锅中,在热和水及搅拌作用下进行一定时间的处理,使生坯发生一定的物理化学变化,并使粒子的结构改变,成为适宜于压榨或浸出的熟坯,以便在提取油脂时能得到最好的效果。此外在蒸炒时还常发生附带的化学变化而使产品质量提高(如加工棉籽时,棉酚发生结合作用;有气味的物质也可随水蒸除去)。因此熟坯的制备是油脂制备过程中一项最具关键性的工序,它是最终产品(油脂、饼或粕)的数量和质量起着决定性的影响。 被蒸炒的物料可以是:供预榨或一次压榨的生坯;供完成压榨的轻辗轧的预榨饼。
一、蒸炒类型 蒸炒操作中,有的进行专门润湿,有的不进行润湿。进行润湿时,有的在过程的开始,有的在过程的中途。水分和温度在过程中也有不同的变化,从而使这些不同的操作具有不同的特点。归纳起来主要有两种类型的蒸炒,即:
(一)润湿蒸炒 润湿蒸炒可分为两个阶段:
1、润湿阶段 蒸炒开始时利用添加润湿水分或喷入蒸汽的方法,使生坯达到最适宜于加工的水分,这种水分我们称为蒸炒的最优开始水分。如果生坯的水分已经达到蒸炒的最优开始水分,此时就只需喷汽,而且要求蒸汽干燥,使生坯不致产生显著的润湿现象(即不经过润湿阶段)。
2、蒸炒阶段 将润湿过的料坯蒸炒烘干,造成最优结构,使料坯的水分和温度最适宜于压榨取油。此时料坯的水分称为熟坯最优水分,此时的温度称为熟坯最优温度。 在达到第一阶段(即润湿阶段)所规定的水分以后,生坯还必须在一定结构的炒锅中,在一定的条件下进行干燥,才能使生坯生成需要的结构。因此,润湿阶段也可看作是保证料坯在蒸炒阶段能按一定方向发生性质变化的水分调节过程。 上述的这种蒸炒特点是在蒸炒开始时对生坯进行润湿作用,因此我们称其为“润湿蒸炒”。 为棉籽生坯在带有夹套螺旋输送机的层式蒸炒锅中进行蒸炒时的水分变化情况,其中夹套螺旋输送机用作生坯的润湿装置。
(二)干蒸炒
这种蒸炒是只进行加热和干燥,蒸炒开始时对生坯并不进行润湿,即在生坯水分并未达到最优的开始水分情况下进行加热烘干处理,使熟坯的温度和水分达到最适宜于压榨的数值。料坯水分变化中干蒸炒曲线所示。
这一类型的蒸炒其特点是:蒸炒开始时不进行润湿作用,因此我们称其为“干蒸炒”。
将上述两种蒸类型进行比较后可以看出:湿蒸炒不仅能使物料达到压榨时的最优特性,而且还能在蒸炒过程中产生有益的化学变化,因而湿蒸炒效果好,而干蒸炒的效果较差,尤其是用以加工棉籽坯时所得棉油很难精,所以“干”蒸炒是不值得推荐的。但是对某些油籽来说,当其生坯润湿时将产生不利的化学和生物化学过程,或者当被加工原料的最初水分高于或等于润湿蒸炒第一阶段末的蒸炒最优开始水分时,则建议采用“干”蒸炒。
在使用螺旋榨油机的初期,曾经有一种不正确的观念,即认为不需要轧坯,同时蒸炒的作用也被忽视了。产生这种错误的原因是:当使用螺旋榨油机进行压榨时,油籽的细胞结构可以部分地遭到破坏,同时物料也被急剧的加热。这就导致大家使用未经轧坯的籽仁来加工,至多只用经破碎的籽仁来加工,同时仁或碎仁的蒸炒也采有了简单而短时间的加热及在榨机本身的调整炒锅中的烘干作用。对仁进行蒸炒时,即使是进行润湿也不可能取得好效果。因此理想的蒸炒应该是在料坯水分逐渐降低而温度逐渐升高的过程中进行。在蒸炒过程中间润湿,或是在蒸炒结束前进行润湿都不是理想的方法。
二、蒸炒方法 根据上述两种蒸炒类型,按照取油方法和设备的不同,蒸炒方法可分为下列三种:
(一)润湿蒸炒 润湿蒸炒适用于螺旋榨油机、液压榨油机及浸出取油。其性质属于湿蒸炒类型,即生坯预先润湿,润湿后料坯含水不超过13~14%,然后再进行加热蒸炒。
(二)高水分蒸炒 此法仅适用于螺旋榨油机取油,其性质仍属湿蒸炒类型,只是生坯的润湿水分较润湿蒸炒高,一般润湿后料坯含水可达16~20%甚至更高一些,然后再进行蒸炒。
(三)加热——蒸坯(先炒后蒸) 加热蒸坯法广泛用于人力螺旋榨油、土法榨油及某些液压榨油机榨油的小型油厂,其特点是料坯先加热或干蒸坯,然后再用蒸汽蒸,即采用加热和蒸坯相结合的方法,使料坯在干蒸炒后再经蒸汽润湿以调节料坯的入榨水分与温度。
正确的蒸炒方法不仅能提高产品的产量和质量,而且能降低榨机负荷,减少榨机磨损及降低动力消耗。由于油料的品种及其性质的不同,以及榨机种类和取油工艺路线的差异等,对于蒸炒工艺我们必须分别不同要求,予以不同对待,同时蒸炒必须同取油工艺密切配合。
2 熟坯制备过程中水的作用
根据生坯中油脂的存在状态及轧坯时油脂状态的变化,苏联学者高尔道夫斯基确定,并通过实验证实了熟坯制备过程中水分的作用是油籽从预处理直至取油生产过程中的主要因素,它决定了植物油生产过程的出油率。
一、生坯润湿时的膨胀作用 生坯润湿时其凝胶部分进行水的吸收和生坯凝胶部分的膨胀是生坯润湿时进行的主要过程。 油脂和水都可以单独地使粒子的亲水表面润湿。但由于它们的极性不同。因而两者与亲水表面之间的差别是相当大的。
众所周知在这两种液体中,终究是在界面上的固体界壁间表面张力较小的那种液全能够更好地(选择性的)润湿界壁。换句话说,作用于固体粒子之间的分子力的作用于液体分子间的分子力相差较小的那种液体能更好地(选择性地)润湿固体的界壁。
具有高极性的水(ε=81),由于巨大的吸附力的作用和亲水凝胶中胶态离子的极性基结合,因而水能很好地润湿生坯的亲水表面。同时水分子定位在这些极性基团的周围,形成水化外膜,凝胶颗粒就这样发生了膨胀现象。由于水和凝胶粒子如引紧密地结合,水和粒子表面间的表面张力是极小的。
根据极性的大小油脂(ε=3.0~3.2)显然不同于水,亦不同于生坯粒子的亲水凝胶体。油脂润湿着亲水表面并通过表面的分子力场而发生结合。但由于极性的显著不同,油脂和粒子表面界面上的表面张力是很大的。 在风干状态,粒子表面小部分的分子力场在分子极性基的周围将水结合成为水化外膜。而力场的其余部分则吸引着油脂分子,加水时水分子由于分子力场的作用而发生结合,同时把原来处于力场上的相应部分的油脂分子游离出来,当水分布在粒子的表面时,除了表面胶态离子的水化作用外,同时也发生了吸水作用(即粒子有体积膨胀)。这时水渗入粒子内部,润湿着粒子的整个表面,水分被粒子的凝胶部分吸收,导致了生坯的膨胀。
在现行的有生坯润湿作用的取油方法中,所加的水量和吸收和水量远小于生坯完全膨胀时所能吸收的水量。
高尔道夫斯基的研究资料表明,向日葵籽生坯完全膨胀时吸收的水分约为35%,而对任何一种取油方法的生坯进行润湿时,料坯的水分仅为3~12%。因此润湿蒸炒时料坯中没有过量的水分,其含水量较完全膨胀时的水分为低。因此加入生坯中的水分完全被吸收,并结合成凝胶部分胶态离子极性基的水在过量水中膨胀作用的速度在过程开始时是非常大的,在逐步接近最大膨胀的过程中,速度逐渐减小,在一般的润湿作用下,生坯的膨胀相当于前述的完全膨胀过程的最初部分。在这部分中,水分的吸收力和膨胀速度都非常大。生坯吸收水分的速度在很多情况下取决于润湿条件,特别是取决于加水的方法及润湿时的搅拌强度。同时吸收速度也取决于被润湿物料的性质,即取决于物料中亲水凝胶部分和疏水含油部分的数量关系。因生坯的含油率越高,则水分的吸收进行得就越慢。
二、生坯凝胶部分可塑性的变化
生坯在膨胀过程中,其物理性质发生了显著的变化,凝胶部分的可塑性和流动性都增加了。例如生坯粒子在机械作用下,其弹性变形降低了,而塑性变形增大了。当对高水分、高含油生坯施加微弱的机械作用时,将出现少量的油脂,在润湿时,特别是在机械作用下,生坯内部结构的可塑性和变形性的增加,将促使油脂分离,这点在生产上具有重要意义。
三、生坯中油脂状态的变化 生坯润湿时,由于水分的作用,导致生坯膨胀及生坯粒子的互相聚集,最终导致生坯中油脂状态的变化。生坯中的油脂在润湿时,由于膨胀力的作用将其由生坯的油体原生质内挤出,大量的油脂是以最小的细滴分离出来,并通过分子内聚力停留在生坯颗粒的表面。
当用水润湿生坯时,形成了由固体凝胶部分和由油脂与水引起的液体部分所组成的系统。润湿过程中,水分渗入生坯表面上油膜破裂的地方,与颗粒的亲水表面接触。同时开始沿着亲水表面流散。在上述过程进行的同时,游离现处于这一表面的油脂,正如前苏联学者高尔道夫斯基指出的:“水分和油脂为了颗粒表面在斗争中竞争”。由于水分对颗粒表面选择性的润湿而导致油脂被水游离出来,含油的组分(薄膜、小滴)在被水分游离出来的过程中逐渐合并。与此同时,它们与颗粒的亲水凝胶表面的结合性降低了。这就是蒸炒时采用润湿过程的主要目的。高尔道夫斯曾着重指出:“润湿时,添加的水愈多,被水占据的分子力场部分就愈大,油脂占据的力场部分就愈小,也就有愈多的油脂分子离开分子力场的作用范围。因此油脂与生坯的结合性也就愈低,在生坯颗粒的表面被水所游离出来的油脂亦就愈多。 应该明确的是,上述所讲的选择性润湿和用水替代出油脂的现象,主要是指在生坯颗粒的内表面和外表面进行的。而不是在颗粒的细胞内部,即籽仁在轧坯过程中,由于细胞破裂而排到颗粒表面的油脂。
生坯润湿时,不仅发生上述过程,同时发生了生坯颗粒与凝胶部分吸收水分及泡胀过程。泡胀时干凝胶体的体积大大增加,同时对阻止其体积增大的所有障碍给以压力。这样所有充满油脂的球体由于凝胶体的泡胀而压缩,致使其体积减小,并因膨胀压力的作用使粒子表面的油脂析出。这样不仅是轧坯时因细胞结构破坏从细胞内挤出油脂的选择润湿,以及因生坯凝胶部分的膨胀而使充满油脂的球类体壁靠近,因而油脂逐渐汇集到生坯粒子的表面。