牧草綠肥葉蛋白生產工藝研究

方 雷 張柯柯 張富貴 呂敬堂

牧草綠肥葉蛋白生產工藝研究

方 雷 張柯柯 張富貴 呂敬堂

隨著畜牧業的迅速發展，牧草、綠肥的深加工顯得越來越重要；葉蛋白又稱綠色蛋白濃縮物（簡稱LPC），是以新鮮牧草或其他青綠植物為原料，經壓榨后，從其汁液中提取的濃縮粗蛋白質產品。設計主要是利用牧草、綠肥等青料來提取葉蛋白的生產工藝和研究設計生產工藝中的一些輔助設備。該工藝流程及其工序設備相對簡單合理，為開發牧草、綠肥飼料資源，發展葉蛋白質飼料的生產提供了技術支持。

牧草綠肥；葉蛋白；生產工藝；工序設備；設計

植物葉蛋白具有來源廣泛、營養豐富、不含動物性膽固醇等特點。實驗研究表明：植物葉蛋白制品含蛋白質50%～65%，可利用的碳水化合物5%～20%，粗纖維0.5%～1.5%，脂肪 7%～25%，灰分 0.5%～1.5%，總能量平均為1.835 MJ/100 g。植物葉蛋白含有18種氨基酸，且其組成比例平衡。綠色植物是生產葉蛋白的最巨大的資源寶庫，也是獲取葉蛋白質最廉價的途徑之一。因此，開發植物葉蛋白質的生產，充分利用飼料資源，已成為亟待解決的一個重要課題[1,2]。

豆科牧草綠肥（光葉紫花苕）作為一種優質飼草，一年可收割兩次，產量高，是貴州省畢節地區的主要綠肥作物，年種植面積在2 313萬公頃以上,年產鮮草量1 000萬噸左右 （每公頃土地可產葉蛋白飼料2～3 t，1 t青飼料可生產20 kg濃縮蛋白質），種植面積非常大，是良好的畜禽飼料。從牧草、綠肥中提取葉蛋白營養價值高、食用效果好，可以取代部分谷物飼料及大豆、魚粉等蛋白飼料，是解決飼料資源緊缺的一條重要途徑，具有極大開發價值[3]。

目前,世界上已有很多國家建立了葉蛋白飼料加工廠，歐洲有些國家把葉蛋白飼料的開發和利用，列為解決蛋白飼料不足的主要途徑。我國葉蛋白的研究工作起步較晚，其生產技術，工藝設備方面還不完善[4]。

本設計是根據牧草、綠肥的物理特性，對其葉蛋白生產的技術，工藝流程和生產過程中涉及的一些主要設備進行研究，以滿足葉蛋白實際生產的需要。為建立小型的牧草、綠肥葉蛋白加工廠提供一定技術支持。

1 設計思想與要求

在對生產地區的經濟、能源、生產使用條件進行分析后，本設計思想是:生產工藝以小型實用為主，初步擬定年加工鮮草量1～1.5萬噸，年產葉蛋白約260 t，相應地可生產草料或草渣餅大約1 800 t。本工藝在設計上應滿足以下要求：①工藝流程新穎簡單，工作過程科學，布置方案先進；②工序中設備設計與選擇合理正確，設備相互匹配,生產能力滿足工區要求；③參數計算正確，功耗小，操作方便，工作安全可靠；④應有很好的適應性，設計符合課題和實際生產要求；本設計應具有一定的參考價值。

2 工藝流程與生產過程

根據現有條件，確定工序設備由輸送喂入、莖葉分離機、切碎壓榨機、滾筒式烘干機、制粒（塊）機、草顆粒（餅塊）成品倉、濃縮蛋白質成品倉、噴霧干燥裝置、冷凝灌、離心分離機等部分組成。本工藝流程為：牧草、綠肥清洗→莖葉分離→切碎壓榨→加熱加酸凝聚→冷卻→離心分離→噴霧干燥→成品，其流程如圖1所示。

圖1 葉蛋白生產工藝流程

工作時，將收獲的牧草、綠肥采用滾筒式清洗機（或人工清洗）清洗以除去其表面污物和農藥殘留物后送入莖葉分離機將植物莖桿與葉片分離，分離出的植物葉片通過皮帶輸送至切碎壓榨機中切碎壓榨，得到的植物汁液通過管道輸送到蛋白質提取裝置，加酸加熱后得到的蛋白質絮凝混合液通過管道進入冷凝灌中冷卻，冷卻后的混合液通過管道輸送到離心分離設備，分離出葉蛋白凝塊，得到的蛋白質凝塊再輸送到噴霧干燥裝置進行噴霧干燥而得到濃縮葉蛋白成品。另外，分離出來的殘渣輸送到滾筒式烘干機，烘干后的殘渣通過輸送裝置送入制粒（塊）機械，而得到草粒或草餅成品。

3 主要工序與設備

3.1 清洗

牧草、綠肥加工前需進行清洗，以除去其表面污物和農藥殘留物，清洗工作采用滾筒式清洗機該機放在水槽中使用。原料在水槽中浸泡一段時間后滾搓擦并軸向移動將原料表面的污物去掉。滾筒式清洗機結構簡單，生產率高，清洗徹底。本工序也可采用人工清洗。

3.2 莖葉分離

牧草、綠肥各部分的營養成分含量各不相同，其葉片的蛋白質含量遠遠大于莖桿，葉蛋白生產時對牧草、綠肥先進行莖葉分離除去植物的莖桿只對葉片進行加工，以提高葉蛋白產品的營養價值。同時，對牧草、綠肥莖葉分離，只將葉片進行壓榨加工，可以大大減少加工的能量消耗和防止設備加工時堵塞的作用。

本設備為自行設計，主要采用對牧草、綠肥物料梳刷、揉搓、打擊作用與原理來達到莖葉分離的目的。主要構造由齒輥、初級槽輥、次級槽輥、振動篩分裝置、傳動裝置和機體等組成如圖2所示。

圖2 莖葉分離機總體結構

本設備工作時，牧草、綠肥物料從進料口切向進入機體，受到相對回轉的齒輥和初級槽輥的卷入作用均勻進入槽輥筒表面的溝槽中，由于齒輥和槽輥的線速不同，兩輥間就會產生相對運動，釘齒在溝槽內會梳刷揉搓牧草、綠肥物料，初步分離了莖葉。初步分離后的莖葉以一定的速度進入到下一對分離輥中，進一步梳刷、分離和揉搓。經過兩級分離后的莖、葉在轉動釘齒的作用下被拋灑到振動篩面上，葉片在振動篩振動下通過篩孔落入到收集裝置，而尺寸比較長的莖桿則沿著篩子被排出，從而達到分離莖葉的目的。

3.3 切碎壓榨

本工序的作用是將已分離出的牧草、綠肥葉片進行切碎壓榨，以利于破壞其細胞結構和得到含蛋白質的汁水，以便提取汁水中的蛋白質。

切碎壓榨設備采用螺旋式壓榨脫水機，采用變直徑、變螺距的臥式螺旋，如圖3所示。當物料從進料口進入機體后，首先受到高速旋轉刀片的絞切成細碎狀并軸向移動。由于螺旋直徑和螺旋螺距由喂入口端向出口端逐漸減少，使機體內空間容積也在逐漸減小，物料軸向移動時受到強烈擠壓作用擠出汁水排出。而物料渣則移動至機體前端孔模板處，受擠壓從孔模板的模孔中壓出。

圖3 螺旋式壓榨脫水機

3.4 葉蛋白的聚凝[5-6]

這是葉蛋白提取中關鍵環節。依據工藝的不同將葉蛋白的提取方法分為幾種，本工序采用酸性熱提法。該法是酸法和加熱法相結合的一種復合型葉蛋白提取方法。葉蛋白經等電點沉淀和熱變性雙重因素共同作用，增加了蛋白質凝聚機會和敏感性，使葉蛋白凝聚快，凝聚物結構緊密易分離，保證了葉蛋白提取的高得率。不僅克服了單一使用等電點沉淀法蛋白質凝聚速度慢、凝聚物結構疏松不易分離的缺點，而且也克服了單一使用加熱法耗能大、成本高的不足。用不同的pH值和溫度對葉蛋白混合體進行熱提，可以得到動物所能吸收的葉蛋白濃縮物。

3.5 葉蛋白的分離

由于葉蛋白的凝塊的顆粒大小在0.5～0.8 mm，懸浮液固液比為1：30，為稀混合液，本工序采用螺旋卸料沉降離心機來進行分離,如圖4所示。

螺旋卸料沉降離心機為連續進料、分離和卸料的離心機，其分離效率高。工作時，懸浮液經過固定的進料管送入轉鼓的內腔，在這里獲得近似于轉鼓的旋轉速度，并沿轉鼓壁向開在平蓋上的溢流孔運動。葉蛋白凝塊在離心力的作用下沉降在轉鼓側壁上，并被螺旋輸送機輸送至沉渣區。在沉渣區中凝塊沿錐形面移動，處于懸浮液外的凝塊繼續被壓實，排除其孔隙中的部分液體，在沉渣區末端，凝塊從排渣孔拋入收集器中。

圖4 臥式螺旋卸料沉降離心機

3.6 葉蛋白的干燥

葉蛋白的干燥方法很多,本工序采用噴霧干燥法干燥。噴霧干燥法可生產出品質較好的葉蛋白產品,是目前葉蛋白生產普遍采用的干燥方法。噴霧干燥是利用霧化器將含葉蛋白的料液分散為細小的霧滴,并在熱干燥介質中迅速蒸發溶劑形成干粉產品的過程,其由空壓機提供的壓縮空氣，從噴嘴高速噴出，待干燥的料液通過泵送至氣流噴嘴，利用噴嘴處壓縮空氣與料液間的速度差，將料液霧化成無數微小的霧滴。自然空氣在引風機的作用下，被電加熱器加熱后，經分風器進入干燥室，與料液霧滴進行充分接觸和迅速的熱質交換，在極短的時間內脫除水分，將原料干燥成粉狀產品。一般噴霧干燥包括四個階段:①料液霧化;②霧群與熱干燥介質接觸混合;③霧滴的蒸發干燥;④干燥產品與干燥介質分離。

4 物料輸送及車間布置

4.1 物料的輸送

本工藝流程物料的輸送采用人工、帶式輸送機及管道輸送三種方式，將清洗過的牧草、綠肥采用人工喂入莖葉分離裝置，分離出的葉片通過帶式運輸機傳送到切碎壓榨裝置，經切碎壓榨機后分離出來的餅渣用帶式輸送機送到烘干裝置，再通過升降臺進入制粒（塊）機，然后裝箱搬運到草顆粒（餅塊）成品倉。而分離出的汁液通過管道輸送到蛋白質提取裝置，得到的蛋白質絮凝混合液通過管道進入冷凝灌冷卻，冷卻后的混合液通過管道輸送到離心分離設備，分離出的蛋白質凝塊再由管道輸送到噴霧干燥機進行干燥，得到濃縮葉蛋白的成品。管道輸送可以采用泵或氣力來完成，以提高工作效率。

4.2 車間布置

本工藝流程擬定除原料接收庫和成品庫外，主要由5個車間組成：①原料清洗車間；②分離、壓榨、蛋白質絮凝車間；③噴霧干燥車間；④加工碎草段、餅渣車間；⑤利用廢液生產飼料酵母車間。

5 結語

本葉蛋白生產工藝流程可以滿足貴州省畢節地區大面積種植的牧草、綠肥的葉蛋白加工生產的基本要求。工藝中采用的莖葉分離機械、螺旋壓榨機械、臥式離心機械、噴霧干燥裝置及其輸送設備結構簡單，操作方便，占地少，成本低，適合當地的社會、經濟技術條件，對開發推動牧草、綠肥等青飼料資源的加工利用有一定的現實意義。

本工藝屬于小型實用創新性設計，工序中有些機械設備在結構形式和性能參數上存在著一定問題，需要通過實驗測試和在實踐中進一步完善。

[1] 金紹黑.植物葉蛋白的加工技術[J].技術與市場,2004（06）:16-17.

[2] 王琦.牧草葉蛋白的加工技術[J].農村實用技術,2007（6）:49-49.

[3] 夏先林,湯麗琳,龍燕,等.光葉紫花苕草粉作為肉雞飼料原料的飼用價值研究[J].貴州畜牧畜醫，2004,28（4）:5-6.

[4] 董欣煒.紫花苜蓿葉蛋白提取工藝研究[D].西南大學，2006.

[5] 楊春波.苜蓿葉蛋白的提取與應用研究[D].江南大學，2007.

[6] 李中岳.葉蛋白的開發利用[J].林業科技開發,1991（4）:19-20.

Study on production technology and equipment of leaf protein in pasture and green manure

Fang Lei,Zhang Keke,Zhang Fugui,Lü Jingtang

With the rapid development of stockbreeding,the pasturage of deep processing becomes more and more important.leaf protein concentrate （LPC）is made from pressing the juice from fresh grass or green plant.This article mainly introduces the production technology of LPC and how to design process equipment.The technology and equipment of LPC is relatively simple and reasonable.It will offer some effective technologies for the development of feed resources and the production of LPC.

pasture and green manure；leaf protein concentrate；production technology；process equipment；design

S816.34

A

1001-991X（2011）07-0001-03

方雷，貴州大學機械工程學院，副教授，550003，貴州貴陽市蔡家關。

張柯柯、張富貴、呂敬堂，單位及通訊地址同第一作者。

2010-12-13

項目來源：貴州省科技計劃項目（黔科合NY字[2010]3048號）

（編輯：崔成德，cuicengde@tom.com）