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米糠膨化制油工藝的設計與實踐

發布日期:2018-05-02 14:43來源:中國油脂網作者:未知點擊次數:
 

張利軍,袁 榕

(國家糧食儲備局 無錫科學研究設計院,江蘇 無錫 214035)

 

 

摘要:通過對米糠物理特性及穩定性的分析,并結合工程實踐介紹了米糠膨化浸出的制油工藝,重點對各工段的主要操作參數以及設計與操作中應注意的問題做了詳細說明,為開發利用米糠資源提供了技術上的保障。

關鍵詞:米糠;特性;穩定性;膨化;浸出;操作參數

中圖分類號:TS224    文獻標志碼:B    文章編號:1003-7969(2010)01-0060-03

Design and practice of rice bran oil processing

ZHANG Lijun,YUAN Rong

(Wuxi Scientific Research & Design Institute of the State Administration of Grain

Reserve of P.R.C.,Wuxi 214035,Jiangsu,China)

 

Abstract:On the basis of analysing the physical characteristic and stability of rice bran,and engineering practices,the expansion-extraction of rice bran oil was described.In addition,the main operating parameters and the advertent issues were described in detail.

Key words:rice bran;characteristic;stability;expansion;extraction;operating parameters

米糠是稻米加工中的副產物,一般為稻谷量的4%~6.5%,為糙米量的6%~8%[1]。作為稻谷加工過程中的副產物米糠,每年的產量達1 400萬t以上。米糠含油量為15%~22%,相當于大豆的含油量。米糠油是一種營養豐富的食用油,是國內外公認的營養保健油[2]。然而,目前我國的米糠油年產量不足12萬t,大部分米糠資源用作畜禽飼料,造成了資源的極大浪費。因此,大力開發利用米糠資源,對于我國增產油脂,緩解食用油供需矛盾以及增加米糠的附加值都有著十分重要的現實意義。

1 米糠的物理特性

米糠富含脂質、蛋白質、礦物質、維生素、菲汀、胰蛋白酶抑制劑、脂肪酶和植物凝血素(血細胞凝血素),是一種寶貴的油料資源。米糠非常容易變質,儲存性極差,主要原因是米糠中含有多種酶,而脂肪酶及脂肪氧化酶則是影響米糠穩定性的兩種主要酶類[2]。在適宜的條件下,脂肪酶可促使米糠中的油分解成甘油和游離脂肪酸,導致米糠酸值升高,進而由于脂肪氧化酶催化游離不飽和脂肪酸引起氧化變質,產生哈喇味。研究結果表明,脂肪酶在水分12%~15%,溫度35~40 ℃,pH 7~8時表現出較強的活性[3]。米糠新鮮程度與出油率和精煉率有如表1所示的關系。

 

表1 米糠存放時間與酸值、出油率及精煉率的關系

 

 

常溫存放時間
/d
酸值(KOH)
/(mg/g)
出油率
/%
精煉率
/%
0 ≤10 12~14 84~91
3~5 15~18 10~11 72~76
7~10 20~25 8~11 63~70
15~18 28~30 - 56~58

 

2 米糠的穩定化預處理

由于新鮮米糠極易氧化酸敗,進而影響其綜合利用價值,所以必須先進行穩定化預處理,以有效抑制和鈍化米糠解脂酶的活性,同時減少營養成分的損失。其穩定化處理方法包括冷藏法、微波法、輻射法、介電加熱法、化學處理法、熱處理法和膨化法等。根據國內外資料報道,利用膨化法抑制和鈍化解脂酶,穩定米糠酸值已成為唯一可行的工業化技術,并可保持其營養價值。經膨化法處理的米糠,保質期可達到1年。常溫下存放2~3個月,酸值(KOH)升高不超過3 mg/g,常溫下存放1年,酸值(KOH)穩定在10 mg/g以下,解脂酶的殘酶活力小于4%[3]。  米糠→糠粞分離→磁選→調質→膨化→烘干→去浸出車間

基于以上所述米糠的物理特性及穩定化預處理方法的可行性,我院設計了一套米糠膨化浸出工藝,并先后在陜西、湖南等地建設了幾條米糠膨化浸出生產線,通過實踐確定了最佳的工藝路線,在此進行簡單介紹,與同行進行交流。

3 米糠膨化工藝及操作要點

3.1 工藝流程[4,5]

3.2 操作要點

3.2.1 糠粞分離 一般米廠生產出的米糠含有1%~ 4%的糠粞。由于糠粞主要成分是淀粉,在浸出時如遇到物料水分偏高,在持續溫熱的條件下,就會吸水膨脹而粘連,影響溶劑滲透及下料,并且糠粞吸收油分,從而導致粕殘油升高,降低出油率,所以必須除去。

糠粞分離篩是目前常用的篩選方法,它是針對米糠的特點而專門設計的糠粞分離設備,一般單臺產量為8~10 t/d。其主要原理是利用碎米和米粞與米糠的顆粒大小差異,借助含粞米糠與篩面的相對運動,通過兩層不同規格篩孔的篩面將其中的碎米和米粞分離出來。一般上層篩面選用20目的方孔,下層篩面選用28目的方孔,篩面截面尺寸1 m寬,傾斜度8°~10°,注意振幅要稍微大一些,這樣分離效果比較好,可使米糠含粞小于1%。

3.2.2 磁選 稻谷在加工過程中或米糠在運輸過程中經常會混入一些鐵釘、螺絲、鐵屑等金屬雜質,這些鐵雜會使后續工序中的膨化機榨螺造成嚴重的磨損甚至損壞,并可能堵塞膨化機出料??椎目紫?,造成榨膛壓力極度升高,從而影響膨化效果,嚴重時還可能造成安全事故。因此,物料在進膨化機前必須將鐵雜除凈。無動力永磁筒是具有高磁場強度的永磁體,除鐵效率高,當物料從進料口進入時,鐵類雜質能夠自動被吸附到永磁體表面,從而達到分離目的,是當前油料加工中的首選除鐵設備。

3.2.3 調質 調質是米糠膨化工藝中比較關鍵的一道工序。在此將米糠調節到適宜的水分和溫度,使之具備膨化的最佳條件。調質時要加入適量的熱水或蒸汽,同時用間接蒸汽加熱,以便使米糠具有適宜的塑性,這樣在擠壓膨化時便可在擠壓腔內建立適當的壓力,米糠從噴嘴噴出時就能較好地破壞細胞結構,釋放油脂和造成足夠多的細微小孔,有利于浸出。目前,調質大多選用連續的、加熱面積比較大的立式多層蒸炒鍋來完成。在第一層通入直接蒸汽,潤濕后水分一般控制在13%左右,溫度逐層升高,最后出料溫度控制在65~70 ℃,水分12%左右即可。

3.2.4 膨化 米糠膨化通過膨化機來實現,當米糠進入機膛,隨著螺旋軸的旋轉被向前推進,機膛內的體積縮小而逐漸產生壓力。同時,米糠與螺旋軸以及機膛內壁的摩擦而產生自熱作用使物料溫度升高,再加上直接蒸汽的加熱作用,使機膛內的溫度達到120 ℃,直接蒸汽壓力達到0.8 MPa,最后通過噴嘴的??妆粩D壓出來。由于壓力的突然降低,其內部水分迅速汽化并從米糠各部分逸出,致使膨化米糠中呈現無數個細微的小孔,有利于油脂的浸出和滲透,從而提高浸出速率,降低粕中殘油。一般膨化機的出料水分控制在13%~ 15%。膨化機在每次開機前,最好先用手盤動大帶輪,聽聽是否有異常響聲,如沒有異常再進行開機;在進料前需將該機預熱至80~120 ℃;操作時直接蒸汽不能關死,以防止米糠壓入金屬軟管而堵塞蒸汽通道。另外,穩定而連續的喂料也是保證膨化效果的一個關鍵因素。若進料量太多,則膨化溫度降低,機膛內壓力增高,易產生堵塞現象。若長時間斷料后再進料,還會發生嚴重卡死甚至燒壞電機,造成事故。若進料量太小,則不能形成足夠的機膛壓力,使膨化不夠充分。

3.2.5 烘干 從膨化機出來的米糠水分太大,溫度太高,需要將水分調整至7%~9%,溫度50~60 ℃,以滿足浸出的要求,平板烘干機是目前常用的設備。

4 膨化米糠的浸出工藝及操作要點

4.1 工藝流程[4,5]

QQ截圖20180417180803.jpg

膨化米糠浸出的工藝與設備和其他油料類似,整個過程也分為物料浸出、濕粕脫溶、混合油蒸發和溶劑回收4大工段,下面對各工段的操作要點分別加以說明。

4.2 操作要點

4.2.1 浸出工段 由于膨化米糠在烘干及后續的刮板機輸送過程中易被鏈條磨碎,產生大量的粉末,從而大大降低溶劑的滲透率,使粕中殘油率升高。因此,在設計平轉浸出器時,料格不宜過高,料層一般控制在1.3 m左右,而且浸出時間要延長,一般要大于2 h。設計處理量相當于加工大豆坯的1.3~1.5倍。另外,在料坯浸出過程中,粉末不可避免地會通過柵板間隙進入到油斗中,如果長時間積聚,會造成出油口混合油管堵塞,抽不出混合油,影響生產的正常進行。針對這一問題,可在浸出器的每個油斗內安裝一個反沖管,與每臺循環泵的出口管路相連接,在生產過程中,經常打開反沖管的控制閥門,將油斗內的粉末沖起來,與混合油一起通過循環泵打入浸出器料層上面,通過料層的自濾作用,減少粉末進入油斗的量,從而保證生產的正常進行。

4.2.2 脫溶工段 一般情況下,從浸出器出來的濕粕含有25%~35%的溶劑,由于米糠濕粕中粉末度較大,濕粕含溶高達40%左右,加之米糠中含有淀粉等雜質,在濕粕脫溶過程中,米糠中的淀粉會吸水膨脹,當達到糊化溫度時,就會被糊化,產生粘連,不利于溶劑和水分的揮發,給脫溶工段造成困難??紤]上述因素的影響,米糠濕粕的脫溶選用多層的DT-C型結構,在一臺設備內完成濕粕的脫溶、烘干與冷卻。在設備設計時,同樣要按處理大豆坯的產量放大到13~15倍,并且料層要薄一些,這樣有利于溶劑的揮發,使粕殘溶達到要求。由于粕中加入了直接蒸汽進行脫溶,所以水分含量增高,需要用間接蒸汽加熱,將水分調節至13%左右,最后通過冷風冷卻至45 ℃以下便可直接送至粕庫打包。由于米糠粕粉末度較大,用于收集碎末的剎克龍也要相應放大一些,才能保證收集效果。

4.2.3 混合油蒸發工段 從浸出器出來的米糠濃混合油中一般含有3%~5%的固體雜質(主要是粕粉),這些固體雜質會在蒸發器的管壁上形成污垢,降低傳熱效果,在蒸發和汽提的過程中容易產生大量的泡沫而引起液泛現象,同時由于高溫的作用,容易炭化,使毛油色澤加深,降低精煉率。因此,混合油中的粕粉應在蒸發前盡可能的除去。目前通常先采用兩臺立式混合油罐串聯的方式,利用粕粉與混合油密度的不同,依靠重力作用自然沉降而得以分離。一般沉降時間大于40 min。經沉降分離后的混合油再由泵打入連續式過濾器進一步分離,從而保證混合油的含雜量達到要求。由于浸出米糠的浸出器比處理其他同等規模油料的浸出器要大,相應的循環量也應增大,這就要求增大新鮮溶劑噴淋量,從而使混合油濃度相應降低,因此在設計蒸發器時其面積也要相應增大。另外,很重要的一點就是由于混合油濃度較稀,當受熱時,溶劑會急劇蒸發膨脹而快速上升,因此蒸發器的列管不宜過長,一般為4~5 m,否則不利于升膜,影響蒸發效果。在具體蒸發操作時,還應保證混合油連續而穩定的流量,并且保證進入蒸發器的混合油的溫度接近于開始沸騰產生氣泡時的溫度(即泡點),這樣有利于拉膜,增強蒸發效果,使蒸發系統達到最佳的工作狀況。

4.2.4 溶劑回收工段 溶劑回收是浸出車間的一個重要環節,溶劑回收的好壞,不但直接關系到生產成本的高低,而且對車間的安全生產以及改善車間環境衛生具有十分重要的意義。目前,浸出車間大多選用列管式冷凝器,列管材質主要為鋁合金或不銹鋼。應該特別注意的是,浸出車間不宜使用碳鋼列管冷凝器。主要是因為:① 在有溶劑氣體存在的情況下,列管壁表面腐蝕很快;②碳鋼管壁腐蝕后,表面粗糙,生成鐵銹,脫溶機混合汽體夾帶的粕粉、冷卻水中夾帶的泥沙以及未軟化的冷卻水受熱后所析出的鈣、鎂鹽等垢層都很容易沉積,嚴重影響傳熱效果;③碳鋼列管不耐腐蝕,結垢后用除垢劑清洗垢層時,很容易引起管壁損傷。加工米糠時由于浸出過程加入了較大量的新鮮溶劑,所以冷凝器的總配置面積要加大10%~15%,相應的分水箱的有效容積也要加大10%~15%,這樣才能保證溶劑的冷凝效果和溶劑的分水效果,有效降低溶劑的損耗。根據規模的大小,循環冷卻水的連接方式可選擇并聯或串聯,一般規模小的大多選用并聯方式,規模大的大多選用串聯方式。在循環水泵的配置中,流量要稍微大一些,揚程要稍微高一些,這樣可以保證各冷凝器分配有足夠流量的水,并且水流速度也可適當加快,有利于傳熱的進行,從而起到好的冷凝效果,保證溶劑氣體最大限度的回收。另外,自由氣體也必須經回收后再排入大氣,一般規模較小的浸出車間采用溫度比較低的地下水直接吸收,而規模較大的浸出車間則采用食用級石蠟油進行吸收。

5 結束語

通過對米糠特性的分析而設計的這套膨化浸出工藝,在陜西、湖南等地的工程實踐中生產出了合格的米糠毛油,各項經濟技術指標均達到了合同要求,給企業創造了可觀的經濟效益和社會效益,為油脂加工企業開發利用米糠資源提供了技術上的保障。

參考文獻:

[1] 何東平. 油脂制取及加工技術[M]. 武漢:湖北科學技術出版社,1998.

[2] HUI Y H.貝雷:油脂化學與工藝學[M]. 徐生庚,裘愛泳,譯.5版.北京:中國輕工業出版社,2001.

[3] 胡小中. 米糠穩定化技術研究進展[J]. 糧油食品科技,2002,10(4):32-34.

[4] 王俊國,宋玉卿. 植物油制取工藝學[M]. 長春:吉林科學技術出版社,1997.

[5] 張根亮,王偉,夏鵬. 米糠膨化浸出制油工藝[J]. 中國油脂,2006,31(6):43-45.


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