微波预处理水浸取油茶籽油的中试实践

2017-05-15郑小非万绍平李琳郁郑怡鸿

中国油脂 2017年3期

关键词：出油率皂素油茶籽

郑小非，万绍平，李琳郁，郑怡鸿

(1.江西省粮油科学技术研究所，南昌330029； 2.南昌格致生物科技有限公司，南昌330029)

应用技术

微波预处理水浸取油茶籽油的中试实践

郑小非1，2，万绍平1，2，李琳郁2，郑怡鸿2

(1.江西省粮油科学技术研究所，南昌330029； 2.南昌格致生物科技有限公司，南昌330029)

对微波预处理水浸取油茶籽油技术中试生产包括工艺流程、主要装置与工艺操作要点、工艺与设备参数、产品指标等进行阐述。中试生产实践表明，该项技术全部采用物理方法，生产过程中无高温、高压和化学物质参与，无需精炼即可得到符合国家标准的成品油茶籽油。在相关参数优化组合条件下，成品油茶籽油得率可达83%以上。油中VE、角鲨烯等活性成分保留良好，并且不含反式脂肪酸；工艺水等相关物料的处理方法切实可行。该项技术具有工艺简洁、出油率高、环境友好和易于产业化应用等显著特点。

油茶籽；微波破壁；水浸法提取；油茶籽油；中试

油茶是我国独具特色的油料资源，也是世界四大木本油料之一。用油茶种子制取的油茶籽油具有脂肪酸组成合理、不饱和脂肪酸含量高和有益活性成分丰富等特征，是一种优良食用油脂，其实际品质优于地中海所产的橄榄油。但长期以来，由于加工方法和技术水平所限，油茶籽油无论在质量上还是在价格上都屈居于橄榄油之后，使这一宝贵资源的价值未能得到充分体现。

现有油茶籽油的传统制取方法是：先用机械压榨方法获得压榨毛油和油茶籽饼；再用有机溶剂萃取出油茶籽饼中的残油，获得浸出毛油；最后将两种毛油经过精炼得到成品油茶籽油。该方法普遍存在的主要问题是：工艺复杂、设备繁多和安全等级要求高；加工过程中压力大、温度高；有机溶剂和化学物质参与成为必需，导致成品率低和溶剂残留不可避免；在高温条件下生成反式脂肪酸，对人体健康造成

危害;油茶籽中所含的有益活性成分如VE、角鲨烯等则损失殆尽。这些问题严重影响了油茶籽油应有品质和价值的体现，也是长期以来无法与橄榄油媲美的原因所在。

针对上述问题，我们将微波能技术与传统的水浸法制油方法结合起来，对微波预处理水浸取油茶籽油技术[1]进行了研究。经过多年研发与中试生产实践，取得了良好效果，为制取高品质油茶籽油提供了一种高效节能、绿色安全的全新方法。本文主要就微波预处理水浸取油茶籽油的中试生产实践进行阐述，以供参考。

1 中试工艺

原料为江西新建区新祺周油茶基地当年霜降干油茶籽，中试生产线为3 t/d油茶籽中试生产线。

1.1 工艺流程(见图1)

图1 工艺流程图

1.2 主要装置与工艺操作要点

1.2.1 植物细胞微波破壁装置[2]

微波破壁是应用微波加热原理，使细胞内水分瞬时汽化、膨胀而冲破细胞壁，以利于对胞内物质进行提取的一种方法。在微波预处理水浸取油茶籽油技术中，微波破壁装置是其核心所在，其主要特征为：该装置的主要功能为细胞破壁，而油茶籽仁含水率相对较低，故较常规微波干燥所需功率要低，为此特将其单位质量微波功率设定为小于等于0.08 W/g；合理分布功率单元[3]，以保证场强密度和破壁效果；因油茶籽仁有堆积空隙大、容重低的特征，故将微波穿透深度设定为小于等于3.5 cm，并与输送速度协调，使固定的场强与动态的辐照时间相匹配，以保证单位时间内产量的要求; 同时，为防止工作时箱体内因水蒸气大而影响微波传输，特设置侧向低阻排湿系统，在加快水蒸气迁移速率的同时保证微波传输正常。经中试生产实践验证，该装置具有细胞破壁效果好、通用性能强等特点。除油茶籽仁外，还可适用于花生仁、核桃仁及元宝枫籽仁等油料的含油细胞破壁处理。

1.2.2 油茶籽仁含水率

油茶籽仁的含水率是影响破壁效果的重要因素。试验证明，当油茶籽仁含水率大于等于13.0%时，因含水率过高使微波功率消耗过多而影响破壁效果，其结果是出油率下降，油色混浊及香味不正; 当油茶籽仁含水率小于等于6.0%时，则油茶籽仁的质变就不可避免; 具体表现为微波将水分全部脱尽，致使油茶籽仁温度急速上升直至焦化。在微波功率和处理量为定值的条件下，当油茶籽仁含水率处于8.0%～11.0%时，含油细胞的破壁效果最佳。其综合效果为工艺性好、出油率高和能源消耗低。

1.2.3 油茶籽仁细粉碎

对油茶籽仁进行细粉碎的目的：一是增加物料的比表面积，加快水相传质速率和减少油水乳化必要时间，以利于提高出油率; 二是粉碎后物料的容重得到大幅提高，可有效降低融合浸取的水料比及处理总量，有利于节约用水和能耗。试验证明，当油茶籽仁的粉碎细度控制于75～80目、物料容重提高至大于等于600 kg/m3时，融合浸取效果最佳。

1.2.4 融合浸取

融合浸取工序是决定出油率高低的关键环节，其主要影响因素有水料比、融合温度、搅拌线速和融合时间等。而油茶籽仁的特殊性质是决定这些参数的前提。

油茶籽仁中除油脂之外，还含有约10%的蛋白质、25%的淀粉和14%的茶皂素。这些水溶性物质对融合浸取的影响分别为：蛋白质具有乳化与发泡性质，在料液存在剧烈运动时，对出油率会造成一定的影响；淀粉则根据淀粉糊化性质具有双重特性，当水料比及融合温度较低时，存在因料液浓度高而裹挟油滴使出油率下降的趋势; 而在高水量及温度大于等于90℃的条件下，淀粉原有结构己处于崩溃和分散的状态[4]，因而不会对出油率构成影响；茶皂素是天然的非离子表面活性剂, 具有亲水和亲油两种活性基团,能显著降低溶液的表面张力，乳化功能极强，尤其是在料液存在剧烈运动和浸取时间过长的条件下，极易导致油水乳化而使出油率降低。

因此，排除上述影响是保证融合浸取出油率的必要前提。经反复试验得到的最佳融合浸取条件为：水料比5∶1～6∶1，融合温度85～95℃，搅拌线速≤2.0 m/s；融合时间15～25 min。在此条件下的有益效果是：相对于蛋白质，其在总量中所占比例小于等于2.0%，且经微波破壁后已充分变性；又因搅拌线速低，不具备引发乳化和发泡所必需的动能；相对于淀粉，其在总量中所占比例小于等于4.2%，在高水量及融合温度大于等于85℃的条件下，可裹挟油滴的黏性等特征消失；相对于茶皂素，其在总量中所占比例小于等于2.5%，此值虽然远高于0.5%的茶皂素临界胶束浓度[5]，但因搅拌线速低和融合时间短，不具备乳化所需的剧烈运动和必要时间。

由此可知，在最佳融合浸取条件下，可完全排除油茶籽仁中蛋白质、淀粉和茶皂素等水溶性物质的不利影响。

而融合时间短的原因在于：细胞破壁已使胞内油脂处于游离状态，而细粉碎又使其充分外溢，其结果是水相传质速率加快，油脂代出充分，有效提高了出油率和生产效率。由此从根本上解决了常规水浸法存在的提取时间长、油水乳化和出油率低等问题。

1.2.5 固液分离

固液分离是将完成融合浸取的物料放入离心机中，在离心力的作用下，物料依比重不同由表及里形成油相、水相、固相3个层次；此时用撇液管依次将油相、水相分别吸出；然后再放入物料重复上述作业;直至机内固相达到上限时停机，清出固相后再重新进料分离。

由于融合浸取物料中茶皂素的存在，极易与油相因剧烈碰撞而产生乳化，故其操作要点是：通过计算得出离心机内表层油相的相对厚度，并对撇液管的行程进行限制，以确保其始终处于油层以内，由此避免因撇液管进至油、水界面产生剧烈碰撞而导致乳化的可能。实践证明该方法可简便快捷地吸取出大于等于95%的油相，并且无乳化现象发生。

1.2.6 成品油提取

在油相中按比例加入45～50℃的热水并充分混合洗涤，然后经离心分离去除油相中的茶皂素、色素等物质而得到清油；清油再经高速离心机分离，去除清油中的不溶性杂质和残余水分，最终得到符合国家压榨一级质量标准的成品油茶籽油。

1.2.7 工艺水的重复利用

工艺水是指完成融合浸取的料液，经过固液分离后得到的水相。其主要特征指标见表1。

表1 工艺水主要特征指标

由表1可知，工艺水具有总量大、温度高和含固、含油少等特征，因此必须设法将其进行充分利用。为了验证其可行性，进行了工艺水重复循环利用的试验。具体方法为：以每批次工艺水为基数，按融合浸取水料比和温度要求补充新水并加热，再连续循环复用于融合浸取作业。最后对比试验前、后的平均出油率和相关质量指标，以验证工艺水重复使用的可行性。

经过72批次的连续循环试验，结果表明工艺水的重复使用对融合浸取作业和油质均无影响，而且有利于提高出油率。分析原因有：①在工艺水影响方面。当离心机的分离因素为恒定值时，每批次工艺水中所含固形物的质量基本相同;且工艺水在复用前需加14%以上的新水，故不存在因溶质饱和而影响融合浸取出油的可能。②在出油率方面。因工艺水中残油的先期存在，使碰撞聚结原理得到充分体现。即在融合浸取时，残油已先期均匀分布在热水之中，且分子热运动剧烈。因此，可在第一时间对物料中油脂产生吸引、碰撞和聚结效应，使油脂迅速析出集聚上浮，从而省去了物料本身油脂因先代出、再碰撞聚结所必需的时间差，形成了出油速率快、浸取时间短的有利态势。

1.2.8 湿油茶籽粕干燥

湿油茶籽粕主要特征是含水率高和干物质少。同时因淀粉较多而具有一定的黏性。因此，必须经过干燥处理后方可贮存和综合利用。

油茶籽粕的主要成分见表2。

表2 油茶籽粕主要成分 %

由表2可知，干燥后的油茶籽粕中有用物质含量较高，有利于深度加工以提高综合效益。

在油茶籽粕的干燥处理与应用时，必须注意以下几点：①不得使用直接烟道气进行干燥，以避免对后续深加工产品造成污染和安全隐患；②干油茶籽粕中的残油应先期提出，以便于后续产品加工；③在干油茶籽粕中茶皂素未被提取出来之前，不得作为蛋白质或能量原料用于畜禽饲料的生产，以避免因其苦涩味而影响动物的适口性和料肉比。

1.3 工艺与设备优化组合参数

根据工艺流程及操作要点，经过反复试验与调整，对中试生产规模条件下的工艺及设备等相关参数进行了优化组合，具体见表3。