榨油機專題:油料壓榨法取油的基本原理
一、油料壓榨過程
壓榨取油的過程,就是借助機械外力的作用,將油脂從榨料中擠壓出來的過程。在壓榨過程中,主要發生的是物理變化,如物料變形、油脂分離、摩擦發熱、水分蒸發等。但由于溫度、水分、微生物等的影響,同時也會產生某些生物化學方面的變化,如蛋白質變性、酶的鈍化和破壞、某些物質的結合等。壓榨時,榨料粒子在壓力作用下內外表面相互擠緊,致使其液體部分和凝膠部分分別產生兩個不同過程,即油脂從榨料空隙中被擠壓出來及榨料粒子變形形成堅硬的油餅。油脂的榨出過程見簡圖2-4所示。http://www.ztzlj.com/
1、油脂與凝膠部分分離的過程
在壓榨的主要階段,受壓油脂可近似看作遵循粘液流體的流體動力學原理,即油脂的榨出可以看成變形了的多孔介質中不可壓縮液體的運動。因此,油脂流動的平均速度主要取決于孔隙中液層內部的摩擦作用(粘度)和推動力(壓力)的大小。同時,液層厚薄(孔隙大小和數量)以及油路長短也是影響這一階段排油速度的重要因素。一般來說,油脂粘度愈小、壓力愈大則從孔隙中流出愈快。同時,流油路程愈長、孔隙愈小則會降低流速而使壓榨進行的愈慢。
在強力壓榨下,榨料粒子表面擠緊到最后階段必然會產生這樣的極限情況,即在擠緊的表面上最終留下單分子油層,或近似單分子的多分子油層。這一油層由于受到表面巨大分子力場的作用而完全結合在表面之間,它已不再遵循一般流體動力學規律而流動,也不可能再從表面間的空隙中壓榨出來。此時,油脂分子可能呈定向狀態的一層極薄的吸附膜。當然,這些油膜在個別地方也會破裂而使該部分直接接觸以致相互結合。由此可知,壓榨終了使榨料粒子間壓成油膜狀緊密程度時,其含油量是十分低的。實際上,餅中殘留的油脂量與保留在粒子表面的單分子油層相比要高得多。這是因為粒子的內外表面并非全部擠緊,同時個別榨料粒子表面直接接觸,使一部分油脂殘留在被封閉的油路中所致。
2、油餅的形成過程
在壓力作用下,榨料粒子間隨著油脂的排出而不斷擠緊,直接接觸的榨料粒子相互間產生壓力而造成榨料的塑性變形,尤其在油膜破裂處將會相互結成一體。這樣,在壓榨終了時,榨料已不再是松散體而開始形成一種完整的可塑體,稱為油餅。應注意,油餅并非是全部粒子都結合,而是一種不完全結合的具有大量孔隙的凝膠多孔體。即粒子除了部分發生結合作用而形成餅的連續凝膠骨架以外,在粒子之間或結合成的粒子組之間仍然留有許多孔隙。這些孔隙一部分很可能是互不連接而封閉了油路,而另一部分則相互連接形成通道,仍有可能繼續進行壓榨取油。可見,餅中殘留的油脂,是由油路封閉而包容在孔隙內的油脂和粒子內外表面結合的油脂以及未被破壞的油料細胞內殘留的油脂所組成。必須指出,實際的壓榨過程由于壓力分布不均、流油速度不一致等因素,必然會形成壓榨后餅中殘留油分分布的不一致性。同時不可忽視,在壓榨過程尤其是最后階段,由于磨擦發熱或其它因素,將造成排出油脂中含有一定量的氣體混合物,其中主要是水蒸氣。因此,實際的壓榨取油過程應包括:在變形多孔介質中液體油脂的榨出和水蒸氣與液體油脂混合物的榨出兩種情況。
二、影響壓榨取油效果的主要因素
壓榨取油效果決定于許多因素,主要包括榨料結構和壓榨條件兩大方面。此外,榨油設備結構及其選型在某種程度上也將影響出油效果。
1、榨料結構的影響
榨料結構指榨料的機械結構和內外結構兩方面。榨料的結構性質主要取決于預處理(主要是蒸炒)的好壞以及油料本身的成分。http://www.ztzlj.com/
(1) 對榨料結構的一般要求。要求榨料顆粒大小應適當并一致,榨料內外結構的一致性好,榨料中完整細胞的數量愈少愈好,榨料容重在不影響內外結構的前提下愈大愈好。要求榨料中油脂粘度與表面張力盡量要低,榨料粒子具有足夠的可塑性。
(2) 影響榨料結構性質的因素。在諸多的榨料結構性質中,榨料的機械性質特別是可塑性對壓榨取油效果的影響最大。榨料在含油、含殼及其他條件大致相同的情況下,其可塑性主要受水份、溫度以及蛋白質變性的影響。
一般來說,隨著榨料水分含量的增加,其可塑性也逐漸增加。當水分達到某一點時,壓榨出油情況最佳,這時的水分含量稱之為“最優水分”或臨界水分。對于某一種榨料,在一定條件下,都有一個較狹窄的最優水分范圍。當然,最優水分范圍同時與其他因素,首先是溫度、蛋白質變性程度密切相關。
一般來說,榨料加熱可塑性提高,榨料冷卻則可塑性降低。榨料溫度不僅影響其可塑性和出油效果的好壞,還影響油和餅的質量。因此,溫度也存在“最優范圍”。
蛋白質過度變性會使榨料塑性降低,從而提高榨機的必需工作壓力。如蒸炒過度會使料胚朝著變硬的方向發展,壓榨時對榨膛壓力和出油及成餅都產生影響。然而蛋白質變性是壓榨法取油所必需的,因為榨料中蛋白質變性充分與否,衡量著油料內膠體結構破壞的程度,也影響到壓榨出油的效果。圖2-5顯示出壓榨餅中蛋白質變性程度與餅殘油的關系。但需要注意,壓榨時由于溫度和壓力的聯合作用,會使蛋白質繼續變性,如壓榨前蛋白質變性程度約為74.4~77.03%,經過壓榨可達到91.75~93%。,總之,蛋白質變性程度適當才能保證好的壓榨取油效果。
實際上,榨料性質是由水分、溫度、含油率、蛋白質變性等因素的相互配合體現出來的。然而,在通常的生產中,往往僅注意水分和溫度的影響。榨料水分與溫度的配合是水分愈低則所需溫度愈高。在要求殘油率較低的情況下,榨料的合理低水分和高溫是必需的。但榨料溫度過高而超過某一限度(如130℃)是不允許的。此外,不同的預處理過程可能得到相同的入榨水分和溫度,但蛋白質變性程度則大不一樣。
2、壓榨條件的影響
除榨料本身結構條件以外,壓榨條件如壓力、時間、溫度、料層厚度、排油阻力等是提高出油效果的決定因素。
(1) 壓榨過程的壓力。壓榨法取油的本質在于對榨料施加壓力取出油脂。然而,壓力大小、榨料受壓狀態、施壓速度以及變化規律等對壓榨效果產生不同影響。
① 壓力大小與榨料壓縮的關系。壓榨過程中榨料的壓縮,主要是由于榨料受壓后固體內外表面的擠緊和油脂被榨出造成的。同時,水分的蒸發、排出液體中帶走餅屑、凝膠體受壓后凝結以及某些化學轉化使密度改變等因素也造成榨料體積收縮。壓榨時所施壓力愈高,粒子塑性變形的程度就愈大,油脂榨出也愈完全。然而,在某一定壓力條件下,某種榨料的壓縮總有一個限度,此時即使壓力增加至極大值而其壓縮亦微乎其微,因此被稱為不可壓縮體。此不可壓縮開始點的壓力,稱為“極限壓力”(或臨界壓力)。
榨料在壓榨前后容積的比值稱作實際壓縮比,可用下列數學式表示:
Vj
εn =
Vc
εn -榨料實際壓縮比;
Vj 、Vc -分別為入榨料胚與餅的容積。
εn值一般可通過實測計算而得,對于不同油料、不同工藝操作條件,則有不同的εn值。表4-4 列出某些油料在一定條件下的εn計算值,可供參考。更多糧油機械相關信息,還請您繼續關注我們的官方網站,環球糧機網:http://www.jpdesign.cn