影响棉粕残油的因素研究

孙亚森，袁新英，韩建峰，张军，李志彬

1.晨光生物科技集团克拉玛依有限公司（克拉玛依 832011）；2.河北省棉籽综合加工技术创新中心（邯郸 056000）

棉花是世界上最主要的经济作物之一[1]，而我国是世界上产棉大国，棉籽是棉花的副产物，棉籽中含11%～14%油，蛋白含量为18%～24%。精炼棉籽油一般呈橙黄色或棕色，脂肪酸中含有21.6%～24.8%棕榈酸、1.9%～2.4%硬脂酸、0～0.1%花生酸、18.0%～30.7%油酸和44.9%～55.0%亚油酸，精炼后的棉清油清除了棉酚等有毒物质，可供人食用，是重要的油料[2]。棉粕是提取油脂后的主要产物，价格低廉且棉粕在生物效能上类似于大豆，但其营养价值却高于大豆[3]，是一种很好的食用和饲用蛋白来源[4]。

近年来，为提高棉粕的利用率，国内外学者做了大量研究，主要溶剂萃取方法有乙醇-正己烷混合溶剂萃取法[5]，丙酮萃取法[6-8]等一步萃取脱脂、脱酚生产工艺[9]。一步萃取方法不论是采用单一溶剂还是混合溶剂，其萃取棉酚所用的溶剂均包含极性溶剂。极性溶剂有一定的水溶性，而物料含有一定量的水分，水溶解于溶剂后会改变溶剂对油脂的溶解性，从而影响溶剂对油脂萃取效果。

工业上采取较多的是正己烷-甲醇萃取方法[10]，该方法分两步进行，第一步利用正己烷萃取棉粕中油脂，第二步利用甲醇萃取棉粕中棉酚，工艺稳定，萃取效率高。但是由于影响棉粕残油的因素很多，所以控制好各项工序的指标变得尤为重要。试验采取正己烷-甲醇两步萃取法，重点研究棉胚粉末度、棉胚厚度、棉胚水分和料液比等因素对萃取效果的影响，以棉粕残油为考察指标，探究出最佳工艺条件，为工业生产提供指导意见。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

棉籽（晨光生物科技集团克拉玛依有限公司）。

JJ300电子分析天平（常熟市双杰测试仪器厂）；K986全自动凯氏定氮仪（山东海能仪器厂）；101-OA鼓风干燥箱（天津市泰特斯仪器有限公司）；FW-100高速万能粉碎机（北京市永光明医疗仪器有限公司）；DZKW-S-4电热恒温水浴锅（北京市永光明医疗器械有限公司）；101型电热古风干燥箱（北京市永光明医疗器械有限公司）。

YBKG35型剥壳机（庄河市德泰机器制造有限公司）；RHG型卧式滚筒软化机（山东梁山航天油脂设备有限公司）；YYPYFP2X80X150轧胚机（庄河市德泰机器制造有限公司）；FZG平板干燥机（南京苏瑞干燥设备有限公司）；拖TLJ250链式浸出器（河南宇收粮油机械有限公司）；PLG1-8圆盘干燥机（常州市瑞庭干燥工程有限）；DTDC300蒸脱机（河南宇收粮油机械有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 样品前处理

利用风力清籽机去除毛棉籽中的杂质，利用剥绒机去除短绒，光棉籽上残绒不高于3%。

1.2.2 工艺流程

剥绒后的光籽进入剥壳机，剥壳后的棉仁依次进入软化锅、压胚机、平板干燥机，干燥后的棉胚依次进入脱脂浸出器、脱酚浸出器进行浸提，进入圆盘干燥机，蒸脱机烘干水分后进入包装车间进行包装。

1.2.3 不同粉末度的棉胚制备方法

保持其余条件不变，仅调整压胚机频率和进料量得到粉末度不同的棉胚。

1.2.4 不同厚度的棉胚制备方法

保持其余条件不变，仅调整压胚机压辊间的距离得到不同厚度的棉胚。

1.2.5 不同水分的棉胚制备方法

保持其余条件不变，仅调整平板干燥机的温度，得到不同含水量的棉胚。

1.2.6 油脂的萃取

干燥后的棉胚，进入拖链浸出器，棉胚向前走，1#溶剂向反方向喷淋，形成逆流萃取，浸出器有8个油槽，溶剂萃取完棉胚后流入油槽，利用循环泵打入前一个喷淋，形成棉胚从进出浸出器，接触含油量高的溶剂，并依次递减，最后一个喷淋为新鲜溶剂，进一步萃取出剩余油脂。

1.2.7 棉籽中各项指标的测定

蛋白质含量测定，采取GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》，换算系数为6.25；水分测定，采取GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》；粗脂肪含量测定，采取GB 5009.168—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》；酸价测定，采取GB 5009.229—2016《食品安全国家标准 食品中酸价的测定》。

2 结果与分析

2.1 原料棉籽的理化指标

表1 原料棉籽的理化指标 单位：%

2.2 单因素试验

2.2.1 棉胚粉末度对棉粕残油的影响

图1为棉胚粉末度[0.425 mm孔径（40目）筛网筛下物占总质量的比例]对棉粕残油的影响。棉胚粉末度23%～25%时，棉粕残油率较低。生产过程中采取的提油方式为溶剂和棉胚逆向流动，让溶剂和棉胚充分接触，从而利用相似相溶的原理让油脂溶解于溶剂中。如果棉胚粉末度过低则会导致棉胚之间空隙较大，浸出器淋液效果太好，从而导致溶剂和物料接触时间过短，棉胚中的油脂不能完全溶解于溶剂中，导致残油含量较高。反之，棉胚粉末度过高，会导致溶剂一直停留在上层棉胚表面，不易渗透，从而导致棉粕残油较高。

图1 棉胚的不同粉末度对棉粕残油的影响

2.2.2 棉胚厚度对棉粕残油的影响

轧坯的目的在于：破坏棉胚油细胞，为后续工序创造条件，使油脂能够更好分离出来；棉胚的导热率小且热容量低，若棉胚太厚，很难将热量传送到油料中心，会出现表面温度升高较快，而中心位置升温很较慢，不能够均匀加热，易使棉胚出现生熟不匀、里生外熟的现象[11]；增大棉胚的表面积，有利于吸收热量，加热速度更快，利于烘干时水分的挥发，从而减少热量的损失，减少蒸汽消耗。

棉胚厚度对棉粕残油的影响如图2所示。随着棉胚厚度增加，棉粕所含残油呈现先减少后增加的趋势，在棉胚厚度0.32～0.36 mm时残油相对较低。棉胚厚度过大，溶剂不易渗透，物料与溶剂接触时间不足，油脂难以提取，导致棉粕残油含量较高。棉胚太薄，易导致粉末度过高，影响淋液效果，溶剂不能渗透，无法与物料接触，从而导致棉粕残油较高。

图2 棉胚的不同厚度对棉粕残油的影响

2.2.3 棉胚水分对棉粕残油的影响

对于固液萃取法来说，用棉籽生产棉蛋白没有经过蒸炒、挤压膨化、压榨制油等环节的工序，而是经过轧胚工序后直接进入烘干工序，进行浸提。因此烘干工序非常重要，是将水分较高的棉胚挥发水分至适宜水分的过程。其目的是：进一步破坏油细胞，油脂易于分离，提高出油率；使蛋白质凝固变型，从而使高度分散的细微油滴从连续的胶体相中释放出来，通俗地说，疏通油路，便于流出；使一小部分游离棉酚与蛋白质结合生成结合棉酚，结合棉酚不具有毒性，不会降低棉粕的饲料价值；降低油脂的黏度，便于细微的油滴集聚而流出来；破坏酵素（酵素即是酶，酶是一种蛋白质。在高温下可以使酶失活，能够增加油和棉粕的耐储藏性）；增加棉胚的可塑性，使其不易破碎[11]。

图3为棉胚的不同水分对棉粕残油的影响。棉胚水分4.1%～4.5%时，棉粕的残油率较低。

图3 棉胚的不同水分对棉粕残油的影响

2.2.4 料液比对棉粕残油的影响

图4为棉胚的不同料液比对棉粕残油的影响。料液比大于1.1 g/mL时棉粕残油开始下降，考虑到实际生产消耗，料液比选取1∶1.1～1∶1.3 g/mL。

图4 棉胚的不同料液比对棉粕残油的影响

2.3 正交试验

以棉胚粉末度、棉胚厚度、棉胚水分、料液比4个因素为影响因子，以棉粕残油含量作为评价指标，设计L9(34)正交试验，由单因素试验得到的最佳条件如表2所示。

表2 单因素试验得到的最佳条件

对萃取条件进行优化，正交试验设计及结果如表3所示。由R值可知，影响棉粕残油的影响因素的主次关系为棉胚粉末度＞棉胚厚度＞棉胚水分＞料液比。根据K值大小得到理论最优水平为A2B2C1D3，正交试验得到的最佳组合A2B1C2D3，棉粕残油为0.38%。进行验证试验，试验结果见表4，得到的棉粕残油为0.41%，与正交试验得到的结果相差0.03%，因此棉粕萃取棉油的最优条件为棉胚粉末度24%、棉胚厚度0.32 mm、棉胚水分4.3%、料液比1∶1.3 g/mL。

表3 正交试验设计及结果

3 结论

结合实际生产对棉粕加工过程中影响物料残油的因素进行研究。影响棉粕残油的影响因素的主次关系为棉胚粉末度＞棉胚厚度＞棉胚水分＞料液比。得到的最佳组合为棉胚粉末度24%、棉胚厚度0.32 mm、棉胚水分4.3%、料液比1∶1.3 g/mL，在实际的生产中可以依据其对棉粕影响的重要程度，来调节工艺，从而降低棉粕含油，提高棉籽油得率及棉粕的品质。