降低脫酚棉籽蛋白（干基）中殘油率的主要方法——供DB100、DB120、DB150、DB200、DB300產能規模企業參考

■馮強

〔新疆棉花產業集團有限公司，新疆烏魯木齊 830015〕

液-液-固三相萃取法新工藝生產脫酚棉籽蛋白是油脂工業幾代人經過多年努力與科研院所、企事業單位聯合研發攻關的成果，是集體智慧的結晶。1994年11月由清華紫光（集團）總公司研發了一種“液-固萃取器”，并于1995年8月經國家專利局批準授予專利權。2000年8月，中棉紫光生物科技有限公司購買了清華紫光（集團）總公司的技術產權，并初步確定了生產工藝和配套生產設備，于1999年-2003年在新疆烏蘇市、瑪納斯縣、澤普縣、哈密市陸續新建了DB100、DB120、DB150產能規模的用“液-液-固三相萃取法”新工藝生產脫酚棉蛋白的試驗廠。新疆維吾爾自治區棉麻公司（新疆棉花產業集團有限公司）均是參股方與中試者。

2000年12月，中棉紫光生物科技有限公司申報了名叫“一種棉籽的處理方法”的發明專利（即“液-液-固三相萃取法”），2003年1月國家專利局批準授予發明專利。它標志著在油脂工業領域開辟了一個新的行業，解決了制約棉籽精深加工脫酚脫毒的難題，形成工業化生產（生產工藝和配套設備基本定型）；使棉籽原料轉化成高附加值的無毒飼用蛋白（蛋白含量≥50%），對解決飼用蛋白供應、降低飼用原料生產成本、促進養殖業健康發展等方面有著積極的意義。

由于液-液-固三相萃取法新工藝在制油生產中采用的是“一次浸出法”制油工藝；浸出器又是皇冠Ⅱ型環形浸出器，坯料在運動軌跡中有兩次翻滾（兩個彎曲段），易使坯料粉末度增加、滲透差，造成棉蛋白（干基）中殘油率較高，因此，坯料的質量、水分和工藝參數控制是否到位直接影響脫酚棉蛋白（干基）中殘油率含量的高低。筆者作為最先參于“脫酚棉蛋白產業化”生產的工作者、建設者和管理者，就降低棉蛋白（干基）中殘油率的方法談點個人觀點，與廣大同仁交流。

一、油料

油料是制取油脂的原料，通常將含油率高于10%的植物性原料均稱為油料。我國油料資源極為豐富，主要有大豆、油菜籽、花生果、葵花籽、棉籽、芝麻、米糠、油茶子、油桐子、烏桕子、油棕、以及多種野生油料。

二、主要油料的含油量

表1 主要油料的含油量

三、棉籽

棉花屬錦葵科。棉籽是棉花的種子，因為它的產量大且含有16%～25%的油脂，所以也是一種制油的重要原料。棉籽的質量占棉花的65%左右。棉籽的殼仁比例隨品種不同而異，一般殼占40%～55%、仁占45%～60%。棉仁含油率為34%～39%，殼中含油很少，為0.3%～1%。棉籽有包含棉酚的色素腺體，棉酚數量常隨棉籽的品種、生長情況及成熟度不同而異（含量為0.8%～4.8%），殼中幾乎不含棉酚。在制取棉籽油時，棉酚會以幾種形式留在餅粕中或溶入油脂，給棉籽油的精煉及餅粕的利用造成了一定的困難。

棉籽仁中含有31%～38%的蛋白質，但因棉酚的存在，多年來棉籽餅粕未能被充分利用。生產工藝也是將坯料經高溫軟化、軋坯、蒸炒、壓榨（125℃～128℃），棉毛油去煉油車間；預榨餅進入浸出器提取餅中剩余的4%～6%棉籽油（新疆及全國廣泛采用這種預榨浸出法制油工藝）。就浸出工段而言，單獨浸出含油較低的餅粕中的油比較容易。而對于液-液-固三相萃取法來說，用棉籽生產脫酚棉蛋白既要充分提油，又要使蛋白（干基）中殘油率在1%以下，還要保證其他質量指標和經濟指標達標可不是一件容易的事。因為棉籽是高含油油料，所以用“一次浸出法”提凈物料中的油脂需要下功夫。

四、降低脫酚棉蛋白（干基）中殘油率的主要方法

1.對棉籽等級質量指標的要求。

表2 棉籽等級質量指標（GB 11763—89）

（1）棉籽按含油量分等。質量指標見表2。

（2）棉籽以三等為計價基礎。

（3）衛生指標應符合國家有關規定。

（4）植物檢疫項目，按照國家有關規定執行。

（5）所用棉籽須是剝過絨的棉籽，棉籽殘絨率≤3%。

（6）棉籽不得含有霉菌、酸敗變質。

2.預處理工藝流程及要求。

圖1 預處理工藝流程

（1）棉籽清理后含雜率≤0.5%；棉籽下腳料含油率≤0.5%。

（2）剝殼（破碎）要求。

①控制棉籽水分，一般在10%～11%較適宜。當水分較低時，棉殼較脆，會產生較高的粉末度，仁殼難以分離，使殼中含仁率增多；當水分太高時，棉殼的韌性較大，不僅剝殼率偏低，而且設備負荷增大。

②以PSG-25×100型雙對輥剝殼機為例：上輥調到棉籽有60%左右破碎成1/3～1/6，其余的在1/3以上；下輥調到盡可能讓棉籽通過輥間得到1/3～1/6大小顆粒為最多。

③破碎物料時，應將其線速比調整到1:1.5～1:2，同時應增大軋距。

④篩選后的殼中含仁率≤0.5%以下；仁中含殼率8%～10%（10目/英寸篩檢驗），若成品檢驗脫酚棉蛋白粗蛋白含量≥50%的話，可適當增加仁中含殼率，有利于浸出工序和增效。

⑤篩選后的棉仁中不得含有棉纖維（短絨）。

⑥掌握均勻流量，保持負荷穩定。

⑦勤清理設備，及時更換易損零件。

（3）軟化的目的與要求。

軟化的目的：①調整油料的水分和溫度，以達到適宜的可塑性。②通過水分和溫度的調節，使水分和熱量更好地滲透到油料內部的細胞組織中，使油料質地變軟，以利軋坯。③使磷脂吸水膨脹，凝聚成固體狀態，不再溶解于油而留在餅粕之中，改善毛油質量。④防止軋坯時粉末度過大，使溶劑和混合油難以滲透。⑤在甲醇的浸泡下，使棉籽中的游離棉酚分離出來。

軟化的基本原則：含油量較低而水分也較低的油料，軟化溫度要高些；反之，含油量較高而水分也較高的油料，則軟化溫度要低一些。

以YRHG220×3型軟化鍋軟化棉籽為例：軟化時間20～30 min；軟化溫度≤80℃；軟化水分9%～11%；間接蒸汽壓力為0.3 MPa。

（4）軋坯的目的與要求。

軋坯目的：①破壞油細胞，為后續工序創造條件，使油脂能順利地分離出來。②油料的導熱率小且熱容量低，若不將油料軋成薄片，就很難使其表面吸收的熱量傳到中心去，且表面溫度升高很快，很難達到均勻加熱的目的，易使料坯出現生熟不勻、里生外熟的現象。③料坯的表面積增大，有利于加熱，也有利于在潤濕時吸收水分和烘干時揮發水分。

以TYPT2×80×100型軋坯機為例：軋輥要圓（兩輥不能出現橢圓），不得有徑向跳動或軸向移動，不得有嚴重磨損溝槽（凹坑）；刮刀要平直，貼靠輥面距離合適。輥面線速在5～6 m/s，軋輥兩端彈簧的松緊程度要一致，不能壓得太緊或太松。未經篩選和磁選的油料不能直接送入軋坯機內。

軋輥未松開前，不得空轉，如受結構條件限制不能松開，空轉時間應盡可能短些，一般不超過5 min，以免軋輥相互碾壓時損傷表面而縮短使用時間。所軋棉籽坯片厚度0.25 mm～0.3 mm；坯片要薄而均勻、結實一致，粉末少，不露油，手握發松，松手散開。

（5）烘干（調質）的目的與要求。

對于液-液-固三相萃取法來說，用棉籽生產脫酚棉蛋白沒有蒸炒、擠壓膨化、壓榨制油等環節的工序，而由軋坯后直接進入烘干工序，為此，烘干工序很重要，它是將高水分油料脫水至適宜水分的過程。其目的是：①進一步破壞油細胞，提高出油率。②使蛋白質凝固變型，從而使高度分散的細微油滴從連續的膠體相中釋放出來。通俗地說，疏通油路，便于流出。③使部分游離棉酚與蛋白質結合生成結合棉酚，因蛋白質不溶或很少溶于油脂，只留在餅粕中，結合棉酚不具有毒性，不會降低餅粕的飼料價值。④降低油脂的黏度，便于細微的油滴集聚而流出來。⑤破壞酵素（酵素即是酶，酶也是一種蛋白質。當溫度達到80℃時它就能夠完全被破壞，將酶破壞后，能使油和餅粕易于貯存）。⑥調整熟坯的性能，使它具有一定的可塑性。

烘干（調質）的要求，以YPH60×6型平板烘干機為例：料層厚度10～12 cm；烘干料溫≤80℃，烘干時間15～30 min，烘干料含水量3.5%～5.5%（入浸水分），以往是5%～7%；入浸料溫45℃～50℃，太高易使溶劑汽化，太低則不利溶解；粉末度（30目篩）≤8%；間接蒸汽壓力0.4 MPa～0.5 MPa。保證加熱介質的溫度及流量，保證傳熱效果；做好烘干機的保溫和排汽工作；經常檢查調整鏈條刮板的張力，更換已磨損的鏈條刮板；定期清理烘干機，保證傳熱均勻。

（6）浸出工序的目的與要求。

圖2 浸出工序工藝流程

油料的浸出可視為固—液萃取，由于它是利用溶劑對不同物質具有不同溶解度的性質，將固體物料中有關組成部分加以分離的過程，因此，溶劑的質量非常重要。

①對溶劑（6#抽提溶劑油）的要求。

來源充足；化學性質穩定，即與油脂和粕不起化學反應，對設備腐蝕小；介電常數與油脂相近，能以任何比例溶解油脂，并能在常溫或溫度不太高的條件下把油脂從油料中萃取出來；只溶解油料中的油脂，對非油物質沒有溶解性；揮發性好，浸出油脂后容易與油脂分離，在較低溫度下能從粕中除去；安全，溶劑應不易著火和爆炸；沸點范圍小，餾程越窄越好，以便在較小的溫度范圍內可以從油脂和粕中除去溶劑，便于操作和減少損耗；在水中的溶解度小，回收粕和油脂中的溶劑，是利用水蒸汽對粕進行“干燥”，對油脂進行“汽提”，使溶劑蒸汽和水蒸汽一起逸出，經冷凝后得到的溶劑和水的混合液；無毒性，以保證操作人員的身體健康，得到油脂、粕的正常品質。

在油脂浸出過程中，溶劑與料坯之間有分子擴散和對流擴散兩種傳質方式的相對運動。分子擴散與溫度有關，溫度越高，擴散越快；對流擴散是高濃度分子向低濃度分子方向運動，單位時間內通過單位面積越大則物質轉移的數量也越多，就是對流擴散作用越大，所以一般用液位差或泵的壓力對混合油施加外力，以強化對流擴散作用。

②工藝技術要求。

以皇冠Ⅱ型環形浸出器為例：存料箱高度≥0.5 m；為防止溶劑氣體倒流，嚴禁無料，要求物料進入浸出器時起有效的封閉作用，以防止浸出器內溶劑氣體從進料口溢出；環型浸出器溶劑溫度50℃～55℃；料層厚度≥300 mm；運轉周期約120～150 min；溶劑比（單位時間內被浸出料坯與所用溶劑的質量比）1:1.5～1:2.2。用公式表示為：

式中：i—溶劑比；

G溶—單位時間所加溶劑量，kg/h;

G物—單位時間加工物料量，kg/h;

前導量：即物料與溶劑比之積。G溶=G物·i，將質量換算成體積，得：V溶=G溶/r。

自循環量：即操作過程中，泵的實際流量。按理已知單產，求出溶劑前導量，則泵的流量應是前導量的11～12倍，即1號泵應是前導量的22倍，新鮮溶劑補從量≥6 m3/h（DB100型）。

混合油濃度按入浸料含油量多少而定：入浸料含油18%以上，混合油濃度18%～27%；入浸料含油15%以上，混合油濃度15%～23%；入浸料含油12%以上，混合油濃度12%～19%；入浸料含油8%以上，混合油濃度8%～13%；浸出器料格內物料上部要有50 mm厚的溶劑層；物料表面要平整；浸出器壓力呈微負壓狀態；蛋白（干基）殘油率1%以下。

③影響浸出效果的其他因素。

料坯性質的影響（料坯內部結構和外部結構的要求，油料細胞的破壞程度、粉末度是否合適）；料坯水分含量的影響（入浸料的水分不宜太大，否則不僅會影響油脂的溶解和溶劑的滲透，而且會結塊成團造成下料“搭橋”現象）；浸出溫度、時間和料層高度的影響；滴干時間和濕粕含溶劑量（濕粕含溶劑量15%～30%）的影響；混合油濃度的影響；溶劑的性質、溫度和用量的影響；溶劑和混合油流動方向和速度的影響；脫酚浸出工段運轉狀態的影響；各設備是否按工藝技術要求準確掌握液位、流量、溫度、濃度、蒸汽壓力、物料平衡點的影響；設備跑、冒、滴、漏是否嚴重；設備安全運轉率高低的影響。

綜上所述，影響油脂浸出和粕中殘油的因素很多，這些因素不是孤立的，而是互相聯系、互相影響的。當我們知道這些因素后，對分析浸出效果有一定幫助，可以全面分析，找出其主要原因和關鍵所在。只要將上述工作都按工藝技術要求去做了并且做好了，蛋白（干基）殘油率就一定會達標。當然，設備自身的創新與完善、裝備的制造精度等也是非常重要的。現在推廣應用的全程拖鏈式浸出器就“一次浸出法”制油工藝而言，對坯料粉末度超標的適應能力暨降低蛋白（干基）殘油率和溶劑消耗又邁上了一個新臺階。

五、效益分析

以年加工處理棉籽20000 t產能的廠為例，蛋白得率為40%（棉油和棉殼得率暫不作統計），則可產脫酚棉蛋白8000 t；若蛋白（干基）平均殘油率為3%，8000 t蛋白（干基）中含油可達240 t；若蛋白（干基）平均殘油率為1%，降低2%，8000 t蛋白（干基）中可少含油160 t，即多出160 t油，油按市場銷售價10元/kg計算，160 t油可增加銷售收入160萬元，經濟效益十分可觀。所以，降低棉蛋白（干基）殘油率工作非常重要，不容忽視！