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1油料種籽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
制取植物油的原料是油料種籽。油料種籽由外層的皮(殼)和皮殼內(nèi)的仁組成。皮殼又由半纖維素、纖維素、木質(zhì)素、蠟、樹(shù)脂、蛋白質(zhì)、色素、油脂、單寧以及無(wú)機(jī)鹽等組成。對(duì)油料種籽內(nèi)部結(jié)構(gòu)(仁)的了解,有助于我們分析問(wèn)題。油料種籽雖然外形各不相同,但都由細(xì)胞所組成,且細(xì)胞結(jié)構(gòu)基本相似。細(xì)胞由細(xì)胞壁和充填于壁內(nèi)的細(xì)胞內(nèi)含物所組成。
油料種籽細(xì)胞壁很薄,其厚度一般都在1以內(nèi)。細(xì)胞壁微呈波浪式的形狀。細(xì)胞壁主要由纖維素及與纖維素緊密結(jié)合的半纖維素所組成。纖維素物質(zhì)呈細(xì)絲狀,并相互交織成氈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。網(wǎng)眼中充滿了水分、木質(zhì)素和果膠等。由于纖維素和半纖維素的結(jié)合很緊密,而且網(wǎng)眼中填充有木質(zhì)素等物質(zhì),因此,細(xì)胞壁具有一定的硬度,有如種籽外皮保護(hù)種仁的作用。且絕大多數(shù)的細(xì)胞壁具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì),不與一般的化學(xué)物質(zhì)起反應(yīng)。
隨著20世紀(jì)60年代高分辨能力電子顯微鏡的應(yīng)用,現(xiàn)已基本弄清細(xì)胞內(nèi)含物中油脂、蛋白質(zhì)等成分的存在狀態(tài)。油料種籽中的油脂主要以極小直徑(超顯微的)的球形“脂類體”存在于油籽細(xì)胞內(nèi)含物中,脂類體一般含油90%以上,其他成分是磷脂和脂肪酶等。每個(gè)脂類體的外面都由一層以蛋白質(zhì)(60%)和磷脂(40%)為主要成分的單邊膜所包圍。
蛋白質(zhì)存在于細(xì)胞內(nèi)含物的蛋白體中,其含量最高可達(dá)97.5%,其他還有植酸鹽等。蛋白體外面也有一層由磷脂和蛋白之類的分子組成的膜。蛋白體的直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于脂類體。球形脂類體被纏在以蛋白體為主要成分的細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中,或是密密麻麻地充塞在細(xì)胞內(nèi)蛋白體之間的空隙中。由于脂類體單邊膜的極性面朝外向著胞質(zhì),而非極性面與內(nèi)部包含物脂類相接觸。因此,脂類體與蛋白質(zhì)有很強(qiáng)的親和力。有人做過(guò)試驗(yàn),在1000r/min的巨大離心力(較重力大4400倍)作用下,3h后,即使是含油率很高(48%~50%干基)的蓖麻籽,也仍看不出細(xì)胞內(nèi)含物發(fā)生任何變化,足見(jiàn)其內(nèi)含物之穩(wěn)定,相互聯(lián)系之緊密。但是,如果將油料種籽預(yù)先在水中浸泡12h,則在同樣離心力的作用下,細(xì)胞內(nèi)含物就會(huì)發(fā)生劇烈的變化。這可看出水的作用。
由上述可知,要從脫皮后的仁中制取油脂,必須解決兩大障礙:一是破壞細(xì)胞壁,讓細(xì)胞內(nèi)含物盡量暴露出來(lái);二是解除細(xì)胞內(nèi)含物中的脂類體與蛋白的緊密聯(lián)系,使脂類體自由聚集。在現(xiàn)行的油菜籽加工工藝中,預(yù)處理尤其是軋坯、蒸炒工序,其主要目的是料坯通過(guò)物理的、化學(xué)的以及物理化學(xué)的變化,為壓榨取油創(chuàng)造條件。例如軋坯,其作用是盡量破壞細(xì)胞組織,減少料粒的厚度,增加物料表面積,縮短油流的距離。蒸炒特別是潤(rùn)濕蒸炒,通過(guò)水和熱的作用進(jìn)一步破壞細(xì)胞壁,使蛋白質(zhì)變性,油脂游離和聚集,并為壓榨取油提供適宜的榨料。?2油菜籽脫皮
我國(guó)油菜籽隨產(chǎn)地和品種的不同,其化學(xué)組成也不一樣,油菜籽的化學(xué)組成見(jiàn)表1。
油菜籽屬于含油較高的油料,其種皮內(nèi)的籽仁較大豆、棉仁的軟些。但油菜籽顆粒小,種皮雖不
厚,卻相當(dāng)堅(jiān)硬。油菜籽含有14%~20%的種皮。種皮含有30%左右的粗纖維,約10%的粗脂肪,
15%左右的粗蛋白,還含有色素、單寧、芥子堿等物質(zhì)。此外種皮中的水分含量也遠(yuǎn)高于仁中水分含量。
現(xiàn)行油菜籽加工工藝未脫除種皮,其原因可能如下:一是脫皮有一定難度。油菜籽顆粒小,種皮與籽仁聯(lián)系緊密,破碎與仁皮分離均有困難;二是種皮含有10%左右的油脂,棄之浪費(fèi)資源。然而,在現(xiàn)行制油工藝中,菜籽皮的存在也帶來(lái)一些負(fù)面影響,這表現(xiàn)在:
1影響制油的生產(chǎn)能力,加快機(jī)器的磨損,增加動(dòng)力消耗;
2種皮中的色素、膠質(zhì)等進(jìn)入油中,增加毛油色澤,造成油脂精煉的困難;
3高纖維素含量嚴(yán)重影響蛋白質(zhì)的利用率;
4單寧等多酚類化合物影響粕作飼料的動(dòng)物適口性,降低蛋白質(zhì)消化率。因此,從生產(chǎn)高質(zhì)量的油和餅粕蛋白考慮,還是應(yīng)該脫皮并將種皮另作處理。對(duì)此,國(guó)內(nèi)外均研制出多種類型的脫皮裝置。我們與有關(guān)廠家合作,采用對(duì)輥破碎,篩選加風(fēng)選的辦法進(jìn)行仁皮分離,使74%以上的菜籽皮從仁中分離出去。
3榨料性質(zhì)
脫皮后的菜籽仁冷榨與未脫皮蒸炒后的熱榨有很大不同。首先是壓榨前物料的性質(zhì)完全不一樣,脫皮后的菜籽仁處理度很小,僅在脫皮過(guò)程中的碾軋階段受到破碎處理,其細(xì)胞壁很少被破壞,脂類體與蛋白質(zhì)的親合力仍很強(qiáng),這樣的物料采用現(xiàn)行的螺旋榨油機(jī)是很難將油壓榨出來(lái)的。其次是壓榨取油過(guò)程,壓榨是借助機(jī)械外力的作用使油脂從榨料中擠壓出來(lái)的過(guò)程。當(dāng)榨料受到外力作用時(shí),其內(nèi)部微粒的相對(duì)位置必須發(fā)生變化,因而產(chǎn)生變形。對(duì)真實(shí)可塑體變形過(guò)程的研究表明,當(dāng)外力增加時(shí),可以看到物料從純粹的彈性變形轉(zhuǎn)變到塑性變形的個(gè)過(guò)渡階段(稱作假塑性變形過(guò)程)。當(dāng)切應(yīng)力超過(guò)一定數(shù)值時(shí),即超過(guò)所謂下屈服點(diǎn)以后,物料開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形(假塑性變形),若切應(yīng)力進(jìn)一步提高,當(dāng)達(dá)到上屈服點(diǎn)或最大屈服點(diǎn)時(shí),物料塑性變化的這一中間階段即告終了,真正的塑性變形開(kāi)始出現(xiàn)。油料籽仁的這種性質(zhì)是由其本身結(jié)構(gòu)所決定的。在其結(jié)構(gòu)中,個(gè)別組成部分(分子團(tuán))之間的結(jié)合力是不同的。當(dāng)應(yīng)力增加時(shí),結(jié)構(gòu)中最弱的結(jié)合首先開(kāi)始分離,此即相當(dāng)于下屈服點(diǎn);隨著應(yīng)力的提高,結(jié)構(gòu)組成之間還有更多其他的結(jié)合連續(xù)遭到破壞,使物料產(chǎn)生塑性變形,最后,分子團(tuán)(或分子)之間最強(qiáng)的結(jié)合也被破壞,此即相當(dāng)于上屈服點(diǎn),然后真正的變形開(kāi)始。真實(shí)可塑體的這一性質(zhì)其實(shí)質(zhì)是由其個(gè)別組成結(jié)合力的不均一性造成的。這點(diǎn)對(duì)于脫皮(殼)后籽仁的冷榨尤為重要。
油料籽仁的彈性或塑性條件直接影響壓榨取油效果:如籽仁的塑性過(guò)小,則不能形成餅塊或所成形的餅松散,無(wú)法形成毛細(xì)管的流油通道,餅中殘油會(huì)大幅增高;籽仁的塑性過(guò)大,當(dāng)外力作用時(shí),籽仁粒子內(nèi)外表面相互擠壓,這時(shí)油流很快,榨料猛烈地隨油流出,使壓榨無(wú)法進(jìn)行,出油率也會(huì)大幅度下降。因此,壓榨前籽仁應(yīng)具有適宜的彈性和塑性。
籽仁的彈性和塑性是由籽仁的組成、水分、溫度和蛋白質(zhì)變性程度等特性互相配合而表現(xiàn)的。一般說(shuō)來(lái),籽仁的含油率高、水分高、溫度高、蛋白質(zhì)變性
程度低、含皮(殼)率低則籽仁的塑性大,反之亦然。對(duì)油料脫皮冷榨而言,蛋白質(zhì)變性程度及溫度的影響可不予考慮,且一種油料其含油率和其他成分雖
有差別,但差別不大。于是,籽仁的水分和含皮(殼)率成為影響籽仁彈性和塑性的主要因素。顯然,籽仁的水分低,其塑性小,但需更大的干燥設(shè)備和更多的能源消耗;籽仁的含皮(殼)率低,其塑性大,但給脫皮裝置提出了更高要求。兩種影響因素相互制約,各自又受其加工條件的限制。當(dāng)固定某一因素時(shí),另一因素可在一定的范圍內(nèi)變化。根據(jù)我們的研究和實(shí)踐,當(dāng)籽仁含皮(殼)率在5%左右時(shí),籽仁的水分含量在4%~5%較為合適。
4調(diào)質(zhì)?所謂調(diào)質(zhì),即是在脫皮后的籽仁進(jìn)入壓榨機(jī)前
進(jìn)行水分和溫度的調(diào)節(jié),以使榨料(籽仁)適合壓榨取油的要求。
在壓榨過(guò)程中,由于榨料體積壓縮和變形、榨料粒子內(nèi)部的摩擦、榨料粒子在運(yùn)動(dòng)中與榨機(jī)機(jī)件摩擦等,會(huì)使榨料溫度升高。為使餅中蛋白質(zhì)不變性,對(duì)人榨料的溫度應(yīng)有一定的控制。當(dāng)人榨料為室溫或低于室溫時(shí),壓榨過(guò)程中溫度不會(huì)升高很多,一般不會(huì)超過(guò)70°C。
水分的調(diào)節(jié)其實(shí)是一個(gè)潤(rùn)濕過(guò)程。微觀上細(xì)胞的細(xì)胞壁,細(xì)胞內(nèi)含物的脂類體、蛋白質(zhì)和碳水化合物等含有大量極性基團(tuán),當(dāng)加水潤(rùn)濕時(shí),由于水的極性特別強(qiáng),因此極性基團(tuán)均能與水結(jié)合。從而使榨料發(fā)生系列變化,例如籽仁較易黏結(jié)成團(tuán),稍加壓力即能成形;加大了前述物料結(jié)構(gòu)中個(gè)別組成結(jié)合力不均一性,使假塑性變形提前,有利于榨油機(jī)榨膛壓力的盡快建立。在壓榨過(guò)程中,水滲透進(jìn)入完整細(xì)胞,被細(xì)胞內(nèi)含物吸收并產(chǎn)生膨脹,從而大大降低脂類體與蛋白質(zhì)的親合力。這些對(duì)壓榨取油是極為有利的?？傊?壓榨前的調(diào)質(zhì)使水與細(xì)胞壁膠狀結(jié)合并使其塑性化,對(duì)冷榨取油極為重要。?5榨油機(jī)的壓縮比和壓榨時(shí)間
眾所周知,螺旋榨油機(jī)是連續(xù)向進(jìn)入的榨料逐步加大壓力的設(shè)備。榨料在帶有流油裝置的密閉榨籠內(nèi)向前推進(jìn)時(shí),油被榨出,在榨油機(jī)的末端,榨料被壓縮成餅塊。脫皮后菜籽仁的冷榨既不同于現(xiàn)行的蒸炒后的預(yù)榨,也不同于未脫皮的冷榨,這是由榨料性質(zhì)所決定的。脫皮后的菜籽仁呈碎粒狀,細(xì)胞壁極少破損,細(xì)胞內(nèi)含物幾乎保持原狀。為了取得良好的壓榨取油效果,必須對(duì)現(xiàn)有的螺旋壓榨機(jī)進(jìn)行改進(jìn)。首先,螺旋壓榨機(jī)應(yīng)該有更高的榨膛壓力,這是影響出油效果的主要因素之一。要增加榨膛壓力,就必須增大壓縮比。我國(guó)現(xiàn)采用的國(guó)產(chǎn)榨油機(jī)壓縮比過(guò)小,不能滿足脫皮菜籽仁的冷榨要求。根據(jù)我們的研究,螺旋榨油機(jī)其理論壓縮比應(yīng)在24以上。其次,壓榨時(shí)間,即榨料在榨膛內(nèi)的停留時(shí)間。壓榨時(shí)間與出油率之間存在一定的關(guān)系。通常認(rèn)為,在一定限度內(nèi),壓榨時(shí)間長(zhǎng)流油較盡,出油率高。脫皮菜籽仁在壓榨前的處理度很小,大量細(xì)胞的破壞以及油的分離,主要依賴于壓榨,因此,希望壓榨時(shí)間盡量長(zhǎng)一些。此外,加大壓榨機(jī)的壓縮比,其壓榨時(shí)間必須延長(zhǎng)。根據(jù)試驗(yàn)研究,壓榨時(shí)間應(yīng)在5min以上。
除此之外,榨油機(jī)榨條之間墊片厚度以及出餅厚度的調(diào)節(jié)等,均對(duì)出油率的高低顯示出一定的影響。這些都應(yīng)通過(guò)實(shí)踐加以解決。
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