牧草绿肥叶蛋白生产工艺研究

方 雷 张柯柯 张富贵 吕敬堂

牧草绿肥叶蛋白生产工艺研究

方 雷 张柯柯 张富贵 吕敬堂

随着畜牧业的迅速发展，牧草、绿肥的深加工显得越来越重要；叶蛋白又称绿色蛋白浓缩物（简称LPC），是以新鲜牧草或其他青绿植物为原料，经压榨后，从其汁液中提取的浓缩粗蛋白质产品。设计主要是利用牧草、绿肥等青料来提取叶蛋白的生产工艺和研究设计生产工艺中的一些辅助设备。该工艺流程及其工序设备相对简单合理，为开发牧草、绿肥饲料资源，发展叶蛋白质饲料的生产提供了技术支持。

牧草绿肥；叶蛋白；生产工艺；工序设备；设计

植物叶蛋白具有来源广泛、营养丰富、不含动物性胆固醇等特点。实验研究表明：植物叶蛋白制品含蛋白质50%～65%，可利用的碳水化合物5%～20%，粗纤维0.5%～1.5%，脂肪 7%～25%，灰分 0.5%～1.5%，总能量平均为1.835 MJ/100 g。植物叶蛋白含有18种氨基酸，且其组成比例平衡。绿色植物是生产叶蛋白的最巨大的资源宝库，也是获取叶蛋白质最廉价的途径之一。因此，开发植物叶蛋白质的生产，充分利用饲料资源，已成为亟待解决的一个重要课题[1,2]。

豆科牧草绿肥（光叶紫花苕）作为一种优质饲草，一年可收割两次，产量高，是贵州省毕节地区的主要绿肥作物，年种植面积在2 313万公顷以上,年产鲜草量1 000万吨左右 （每公顷土地可产叶蛋白饲料2～3 t，1 t青饲料可生产20 kg浓缩蛋白质），种植面积非常大，是良好的畜禽饲料。从牧草、绿肥中提取叶蛋白营养价值高、食用效果好，可以取代部分谷物饲料及大豆、鱼粉等蛋白饲料，是解决饲料资源紧缺的一条重要途径，具有极大开发价值[3]。

目前,世界上已有很多国家建立了叶蛋白饲料加工厂，欧洲有些国家把叶蛋白饲料的开发和利用，列为解决蛋白饲料不足的主要途径。我国叶蛋白的研究工作起步较晚，其生产技术，工艺设备方面还不完善[4]。

本设计是根据牧草、绿肥的物理特性，对其叶蛋白生产的技术，工艺流程和生产过程中涉及的一些主要设备进行研究，以满足叶蛋白实际生产的需要。为建立小型的牧草、绿肥叶蛋白加工厂提供一定技术支持。

1 设计思想与要求

在对生产地区的经济、能源、生产使用条件进行分析后，本设计思想是:生产工艺以小型实用为主，初步拟定年加工鲜草量1～1.5万吨，年产叶蛋白约260 t，相应地可生产草料或草渣饼大约1 800 t。本工艺在设计上应满足以下要求：①工艺流程新颖简单，工作过程科学，布置方案先进；②工序中设备设计与选择合理正确，设备相互匹配,生产能力满足工区要求；③参数计算正确，功耗小，操作方便，工作安全可靠；④应有很好的适应性，设计符合课题和实际生产要求；本设计应具有一定的参考价值。

2 工艺流程与生产过程

根据现有条件，确定工序设备由输送喂入、茎叶分离机、切碎压榨机、滚筒式烘干机、制粒（块）机、草颗粒（饼块）成品仓、浓缩蛋白质成品仓、喷雾干燥装置、冷凝灌、离心分离机等部分组成。本工艺流程为：牧草、绿肥清洗→茎叶分离→切碎压榨→加热加酸凝聚→冷却→离心分离→喷雾干燥→成品，其流程如图1所示。

图1 叶蛋白生产工艺流程

工作时，将收获的牧草、绿肥采用滚筒式清洗机（或人工清洗）清洗以除去其表面污物和农药残留物后送入茎叶分离机将植物茎杆与叶片分离，分离出的植物叶片通过皮带输送至切碎压榨机中切碎压榨，得到的植物汁液通过管道输送到蛋白质提取装置，加酸加热后得到的蛋白质絮凝混合液通过管道进入冷凝灌中冷却，冷却后的混合液通过管道输送到离心分离设备，分离出叶蛋白凝块，得到的蛋白质凝块再输送到喷雾干燥装置进行喷雾干燥而得到浓缩叶蛋白成品。另外，分离出来的残渣输送到滚筒式烘干机，烘干后的残渣通过输送装置送入制粒（块）机械，而得到草粒或草饼成品。

3 主要工序与设备

3.1 清洗

牧草、绿肥加工前需进行清洗，以除去其表面污物和农药残留物，清洗工作采用滚筒式清洗机该机放在水槽中使用。原料在水槽中浸泡一段时间后滚搓擦并轴向移动将原料表面的污物去掉。滚筒式清洗机结构简单，生产率高，清洗彻底。本工序也可采用人工清洗。

3.2 茎叶分离

牧草、绿肥各部分的营养成分含量各不相同，其叶片的蛋白质含量远远大于茎杆，叶蛋白生产时对牧草、绿肥先进行茎叶分离除去植物的茎杆只对叶片进行加工，以提高叶蛋白产品的营养价值。同时，对牧草、绿肥茎叶分离，只将叶片进行压榨加工，可以大大减少加工的能量消耗和防止设备加工时堵塞的作用。

本设备为自行设计，主要采用对牧草、绿肥物料梳刷、揉搓、打击作用与原理来达到茎叶分离的目的。主要构造由齿辊、初级槽辊、次级槽辊、振动筛分装置、传动装置和机体等组成如图2所示。

图2 茎叶分离机总体结构

本设备工作时，牧草、绿肥物料从进料口切向进入机体，受到相对回转的齿辊和初级槽辊的卷入作用均匀进入槽辊筒表面的沟槽中，由于齿辊和槽辊的线速不同，两辊间就会产生相对运动，钉齿在沟槽内会梳刷揉搓牧草、绿肥物料，初步分离了茎叶。初步分离后的茎叶以一定的速度进入到下一对分离辊中，进一步梳刷、分离和揉搓。经过两级分离后的茎、叶在转动钉齿的作用下被抛洒到振动筛面上，叶片在振动筛振动下通过筛孔落入到收集装置，而尺寸比较长的茎杆则沿着筛子被排出，从而达到分离茎叶的目的。

3.3 切碎压榨

本工序的作用是将已分离出的牧草、绿肥叶片进行切碎压榨，以利于破坏其细胞结构和得到含蛋白质的汁水，以便提取汁水中的蛋白质。

切碎压榨设备采用螺旋式压榨脱水机，采用变直径、变螺距的卧式螺旋，如图3所示。当物料从进料口进入机体后，首先受到高速旋转刀片的绞切成细碎状并轴向移动。由于螺旋直径和螺旋螺距由喂入口端向出口端逐渐减少，使机体内空间容积也在逐渐减小，物料轴向移动时受到强烈挤压作用挤出汁水排出。而物料渣则移动至机体前端孔模板处，受挤压从孔模板的模孔中压出。

图3 螺旋式压榨脱水机

3.4 叶蛋白的聚凝[5-6]

这是叶蛋白提取中关键环节。依据工艺的不同将叶蛋白的提取方法分为几种，本工序采用酸性热提法。该法是酸法和加热法相结合的一种复合型叶蛋白提取方法。叶蛋白经等电点沉淀和热变性双重因素共同作用，增加了蛋白质凝聚机会和敏感性，使叶蛋白凝聚快，凝聚物结构紧密易分离，保证了叶蛋白提取的高得率。不仅克服了单一使用等电点沉淀法蛋白质凝聚速度慢、凝聚物结构疏松不易分离的缺点，而且也克服了单一使用加热法耗能大、成本高的不足。用不同的pH值和温度对叶蛋白混合体进行热提，可以得到动物所能吸收的叶蛋白浓缩物。

3.5 叶蛋白的分离

由于叶蛋白的凝块的颗粒大小在0.5～0.8 mm，悬浮液固液比为1：30，为稀混合液，本工序采用螺旋卸料沉降离心机来进行分离,如图4所示。

螺旋卸料沉降离心机为连续进料、分离和卸料的离心机，其分离效率高。工作时，悬浮液经过固定的进料管送入转鼓的内腔，在这里获得近似于转鼓的旋转速度，并沿转鼓壁向开在平盖上的溢流孔运动。叶蛋白凝块在离心力的作用下沉降在转鼓侧壁上，并被螺旋输送机输送至沉渣区。在沉渣区中凝块沿锥形面移动，处于悬浮液外的凝块继续被压实，排除其孔隙中的部分液体，在沉渣区末端，凝块从排渣孔抛入收集器中。

图4 卧式螺旋卸料沉降离心机

3.6 叶蛋白的干燥

叶蛋白的干燥方法很多,本工序采用喷雾干燥法干燥。喷雾干燥法可生产出品质较好的叶蛋白产品,是目前叶蛋白生产普遍采用的干燥方法。喷雾干燥是利用雾化器将含叶蛋白的料液分散为细小的雾滴,并在热干燥介质中迅速蒸发溶剂形成干粉产品的过程,其由空压机提供的压缩空气，从喷嘴高速喷出，待干燥的料液通过泵送至气流喷嘴，利用喷嘴处压缩空气与料液间的速度差，将料液雾化成无数微小的雾滴。自然空气在引风机的作用下，被电加热器加热后，经分风器进入干燥室，与料液雾滴进行充分接触和迅速的热质交换，在极短的时间内脱除水分，将原料干燥成粉状产品。一般喷雾干燥包括四个阶段:①料液雾化;②雾群与热干燥介质接触混合;③雾滴的蒸发干燥;④干燥产品与干燥介质分离。

4 物料输送及车间布置

4.1 物料的输送

本工艺流程物料的输送采用人工、带式输送机及管道输送三种方式，将清洗过的牧草、绿肥采用人工喂入茎叶分离装置，分离出的叶片通过带式运输机传送到切碎压榨装置，经切碎压榨机后分离出来的饼渣用带式输送机送到烘干装置，再通过升降台进入制粒（块）机，然后装箱搬运到草颗粒（饼块）成品仓。而分离出的汁液通过管道输送到蛋白质提取装置，得到的蛋白质絮凝混合液通过管道进入冷凝灌冷却，冷却后的混合液通过管道输送到离心分离设备，分离出的蛋白质凝块再由管道输送到喷雾干燥机进行干燥，得到浓缩叶蛋白的成品。管道输送可以采用泵或气力来完成，以提高工作效率。

4.2 车间布置

本工艺流程拟定除原料接收库和成品库外，主要由5个车间组成：①原料清洗车间；②分离、压榨、蛋白质絮凝车间；③喷雾干燥车间；④加工碎草段、饼渣车间；⑤利用废液生产饲料酵母车间。

5 结语

本叶蛋白生产工艺流程可以满足贵州省毕节地区大面积种植的牧草、绿肥的叶蛋白加工生产的基本要求。工艺中采用的茎叶分离机械、螺旋压榨机械、卧式离心机械、喷雾干燥装置及其输送设备结构简单，操作方便，占地少，成本低，适合当地的社会、经济技术条件，对开发推动牧草、绿肥等青饲料资源的加工利用有一定的现实意义。

本工艺属于小型实用创新性设计，工序中有些机械设备在结构形式和性能参数上存在着一定问题，需要通过实验测试和在实践中进一步完善。

[1] 金绍黑.植物叶蛋白的加工技术[J].技术与市场,2004（06）:16-17.

[2] 王琦.牧草叶蛋白的加工技术[J].农村实用技术,2007（6）:49-49.

[3] 夏先林,汤丽琳,龙燕,等.光叶紫花苕草粉作为肉鸡饲料原料的饲用价值研究[J].贵州畜牧畜医，2004,28（4）:5-6.

[4] 董欣炜.紫花苜蓿叶蛋白提取工艺研究[D].西南大学，2006.

[5] 杨春波.苜蓿叶蛋白的提取与应用研究[D].江南大学，2007.

[6] 李中岳.叶蛋白的开发利用[J].林业科技开发,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，贵州大学机械工程学院，副教授，550003，贵州贵阳市蔡家关。

张柯柯、张富贵、吕敬堂，单位及通讯地址同第一作者。

2010-12-13

项目来源：贵州省科技计划项目（黔科合NY字[2010]3048号）

（编辑：崔成德，cuicengde@tom.com）