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1油料種籽的內部結構
制取植物油的原料是油料種籽。油料種籽由外層的皮(殼)和皮殼內的仁組成。皮殼又由半纖維素、纖維素、木質素、蠟、樹脂、蛋白質、色素、油脂、單寧以及無機鹽等組成。對油料種籽內部結構(仁)的了解,有助于我們分析問題。油料種籽雖然外形各不相同,但都由細胞所組成,且細胞結構基本相似。細胞由細胞壁和充填于壁內的細胞內含物所組成。
油料種籽細胞壁很薄,其厚度一般都在1以內。細胞壁微呈波浪式的形狀。細胞壁主要由纖維素及與纖維素緊密結合的半纖維素所組成。纖維素物質呈細絲狀,并相互交織成氈網狀結構。網眼中充滿了水分、木質素和果膠等。由于纖維素和半纖維素的結合很緊密,而且網眼中填充有木質素等物質,因此,細胞壁具有一定的硬度,有如種籽外皮保護種仁的作用。且絕大多數的細胞壁具有穩定的化學性質,不與一般的化學物質起反應。
隨著20世紀60年代高分辨能力電子顯微鏡的應用,現已基本弄清細胞內含物中油脂、蛋白質等成分的存在狀態。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”存在于油籽細胞內含物中,脂類體一般含油90%以上,其他成分是磷脂和脂肪酶等。每個脂類體的外面都由一層以蛋白質(60%)和磷脂(40%)為主要成分的單邊膜所包圍。
蛋白質存在于細胞內含物的蛋白體中,其含量最高可達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。蛋白體的直徑遠遠大于脂類體。球形脂類體被纏在以蛋白體為主要成分的細胞內質網結構中,或是密密麻麻地充塞在細胞內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,而非極性面與內部包含物脂類相接觸。因此,脂類體與蛋白質有很強的親和力。有人做過試驗,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,也仍看不出細胞內含物發生任何變化,足見其內含物之穩定,相互聯系之緊密。但是,如果將油料種籽預先在水中浸泡12h,則在同樣離心力的作用下,細胞內含物就會發生劇烈的變化。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:一是破壞細胞壁,讓細胞內含物盡量暴露出來;二是解除細胞內含物中的脂類體與蛋白的緊密聯系,使脂類體自由聚集。在現行的油菜籽加工工藝中,預處理尤其是軋坯、蒸炒工序,其主要目的是料坯通過物理的、化學的以及物理化學的變化,為壓榨取油創造條件。例如軋坯,其作用是盡量破壞細胞組織,減少料粒的厚度,增加物料表面積,縮短油流的距離。蒸炒特別是潤濕蒸炒,通過水和熱的作用進一步破壞細胞壁,使蛋白質變性,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
我國油菜籽隨產地和品種的不同,其化學組成也不一樣,油菜籽的化學組成見表1。
油菜籽屬于含油較高的油料,其種皮內的籽仁較大豆、棉仁的軟些。但油菜籽顆粒小,種皮雖不
厚,卻相當堅硬。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。此外種皮中的水分含量也遠高于仁中水分含量。
現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,棄之浪費資源。然而,在現行制油工藝中,菜籽皮的存在也帶來一些負面影響,這表現在:
1影響制油的生產能力,加快機器的磨損,增加動力消耗;
2種皮中的色素、膠質等進入油中,增加毛油色澤,造成油脂精煉的困難;
3高纖維素含量嚴重影響蛋白質的利用率;
4單寧等多酚類化合物影響粕作飼料的動物適口性,降低蛋白質消化率。因此,從生產高質量的油和餅粕蛋白考慮,還是應該脫皮并將種皮另作處理。對此,國內外均研制出多種類型的脫皮裝置。我們與有關廠家合作,采用對輥破碎,篩選加風選的辦法進行仁皮分離,使74%以上的菜籽皮從仁中分離出去。
3榨料性質
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完全不一樣,脫皮后的菜籽仁處理度很小,僅在脫皮過程中的碾軋階段受到破碎處理,其細胞壁很少被破壞,脂類體與蛋白質的親合力仍很強,這樣的物料采用現行的螺旋榨油機是很難將油壓榨出來的。其次是壓榨取油過程,壓榨是借助機械外力的作用使油脂從榨料中擠壓出來的過程。當榨料受到外力作用時,其內部微粒的相對位置必須發生變化,因而產生變形。對真實可塑體變形過程的研究表明,當外力增加時,可以看到物料從純粹的彈性變形轉變到塑性變形的個過渡階段(稱作假塑性變形過程)。當切應力超過一定數值時,即超過所謂下屈服點以后,物料開始產生塑性變形(假塑性變形),若切應力進一步提高,當達到上屈服點或最大屈服點時,物料塑性變化的這一中間階段即告終了,真正的塑性變形開始出現。油料籽仁的這種性質是由其本身結構所決定的。在其結構中,個別組成部分(分子團)之間的結合力是不同的。當應力增加時,結構中最弱的結合首先開始分離,此即相當于下屈服點;隨著應力的提高,結構組成之間還有更多其他的結合連續遭到破壞,使物料產生塑性變形,最后,分子團(或分子)之間最強的結合也被破壞,此即相當于上屈服點,然后真正的變形開始。真實可塑體的這一性質其實質是由其個別組成結合力的不均一性造成的。這點對于脫皮(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:如籽仁的塑性過小,則不能形成餅塊或所成形的餅松散,無法形成毛細管的流油通道,餅中殘油會大幅增高;籽仁的塑性過大,當外力作用時,籽仁粒子內外表面相互擠壓,這時油流很快,榨料猛烈地隨油流出,使壓榨無法進行,出油率也會大幅度下降。因此,壓榨前籽仁應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、溫度和蛋白質變性程度等特性互相配合而表現的。一般說來,籽仁的含油率高、水分高、溫度高、蛋白質變性
程度低、含皮(殼)率低則籽仁的塑性大,反之亦然。對油料脫皮冷榨而言,蛋白質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。當固定某一因素時,另一因素可在一定的范圍內變化。根據我們的研究和實踐,當籽仁含皮(殼)率在5%左右時,籽仁的水分含量在4%~5%較為合適。
4調質?所謂調質,即是在脫皮后的籽仁進入壓榨機前
進行水分和溫度的調節,以使榨料(籽仁)適合壓榨取油的要求。
在壓榨過程中,由于榨料體積壓縮和變形、榨料粒子內部的摩擦、榨料粒子在運動中與榨機機件摩擦等,會使榨料溫度升高。為使餅中蛋白質不變性,對人榨料的溫度應有一定的控制。當人榨料為室溫或低于室溫時,壓榨過程中溫度不會升高很多,一般不會超過70°C。
水分的調節其實是一個潤濕過程。微觀上細胞的細胞壁,細胞內含物的脂類體、蛋白質和碳水化合物等含有大量極性基團,當加水潤濕時,由于水的極性特別強,因此極性基團均能與水結合。從而使榨料發生系列變化,例如籽仁較易黏結成團,稍加壓力即能成形;加大了前述物料結構中個別組成結合力不均一性,使假塑性變形提前,有利于榨油機榨膛壓力的盡快建立。在壓榨過程中,水滲透進入完整細胞,被細胞內含物吸收并產生膨脹,從而大大降低脂類體與蛋白質的親合力。這些對壓榨取油是極為有利的?？傊?壓榨前的調質使水與細胞壁膠狀結合并使其塑性化,對冷榨取油極為重要。?5榨油機的壓縮比和壓榨時間
眾所周知,螺旋榨油機是連續向進入的榨料逐步加大壓力的設備。榨料在帶有流油裝置的密閉榨籠內向前推進時,油被榨出,在榨油機的末端,榨料被壓縮成餅塊。脫皮后菜籽仁的冷榨既不同于現行的蒸炒后的預榨,也不同于未脫皮的冷榨,這是由榨料性質所決定的。脫皮后的菜籽仁呈碎粒狀,細胞壁極少破損,細胞內含物幾乎保持原狀。為了取得良好的壓榨取油效果,必須對現有的螺旋壓榨機進行改進。首先,螺旋壓榨機應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。我國現采用的國產榨油機壓縮比過小,不能滿足脫皮菜籽仁的冷榨要求。根據我們的研究,螺旋榨油機其理論壓縮比應在24以上。其次,壓榨時間,即榨料在榨膛內的停留時間。壓榨時間與出油率之間存在一定的關系。通常認為,在一定限度內,壓榨時間長流油較盡,出油率高。脫皮菜籽仁在壓榨前的處理度很小,大量細胞的破壞以及油的分離,主要依賴于壓榨,因此,希望壓榨時間盡量長一些。此外,加大壓榨機的壓縮比,其壓榨時間必須延長。根據試驗研究,壓榨時間應在5min以上。
除此之外,榨油機榨條之間墊片厚度以及出餅厚度的調節等,均對出油率的高低顯示出一定的影響。這些都應通過實踐加以解決。
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