我國是世界上主要的產棉大國，年產棉籽800余萬t。其中棉仁占50%~55%，棉仁蛋白質含量為35%~38%，棉仁提油后的粕中蛋白質含量最高可達60%，是巨大的蛋白質資源。但是由于其中含有對畜禽有毒害作用的游離棉酚，使得豐富的蛋白質資源未能得到充分利用。
棉(mian)酚(fen)(fen)是一種有毒(du)酚(fen)(fen)型(xing)色(se)素，棉(mian)籽中(zhong)(zhong)含棉(mian)酚(fen)(fen)0.15%~1.8%，按其(qi)存在形式分(fen)為游離(li)棉(mian)酚(fen)(fen)(FG)和結合棉(mian)酚(fen)(fen)(BG)，游離(li)棉(mian)酚(fen)(fen)具(ju)有活性(xing)醛(quan)基和羥基，對單(dan)胃動(dong)物有較大毒(du)性(xing)，而結合棉(mian)酚(fen)(fen)由游離(li)棉(mian)酚(fen)(fen)與(yu)棉(mian)仁(ren)中(zhong)(zhong)的蛋白質(zhi)、磷(lin)脂、糖類等通過化學結合而成，毒(du)性(xing)較小。棉(mian)酚(fen)(fen)主(zhu)要存在于(yu)棉(mian)仁(ren)的色(se)腺(xian)體(ti)(ti)內，色(se)腺(xian)體(ti)(ti)壁對極(ji)性(xing)溶劑(ji)十分(fen)敏感，遇極(ji)性(xing)溶劑(ji)即(ji)破(po)裂，釋放(fang)(fang)出色(se)素微粒，其(qi)主(zhu)要成分(fen)就(jiu)是棉(mian)酚(fen)(fen)。但如(ru)果未遇到極(ji)性(xing)溶劑(ji)，色(se)腺(xian)體(ti)(ti)壁可承(cheng)受機械壓力(li)而保持完整，即(ji)使色(se)腺(xian)體(ti)(ti)破(po)裂也不會釋放(fang)(fang)出其(qi)所(suo)含的色(se)素 。因此(ci)，從(cong)棉(mian)仁(ren)中(zhong)(zhong)提取棉(mian)酚(fen)(fen)大都采用(yong)極(ji)性(xing)溶劑(ji)，如(ru)丙(bing)酮、乙醇(chun)、甲醇(chun)、異丙(bing)醇(chun)等。
長期以(yi)來,國內外學(xue)者對棉(mian)(mian)(mian)(mian)籽(zi)(zi)脫酚(fen)(fen)技(ji)(ji)術(shu)進(jin)行(xing)了大量研究,主要(yao)有(you)化學(xue)法(fa)(fa)、微生(sheng)物發(fa)酵(jiao)法(fa)(fa)、溶(rong)(rong)劑(ji)萃(cui)取(qu)法(fa)(fa)等(deng)。化學(xue)法(fa)(fa)是(shi)將游(you)離(li)棉(mian)(mian)(mian)(mian)酚(fen)(fen)破壞(huai)或形成結合態(tai)，微生(sheng)物發(fa)酵(jiao)法(fa)(fa)是(shi)使(shi)棉(mian)(mian)(mian)(mian)酚(fen)(fen)分解(jie)，這兩(liang)種方法(fa)(fa)主要(yao)解(jie)決游(you)離(li)棉(mian)(mian)(mian)(mian)酚(fen)(fen)的(de)問題， 而(er)不能(neng)從根本上解(jie)決高溫預處理過(guo)程(cheng)造成的(de)蛋(dan)白(bai)質變(bian)性、營養價(jia)值下(xia)降等(deng)問題。溶(rong)(rong)劑(ji)萃(cui)取(qu)法(fa)(fa)是(shi)研究較多且實現了工業化生(sheng)產的(de)技(ji)(ji)術(shu)，如乙(yi)(yi)醇(chun)-工業己(ji)烷混合溶(rong)(rong)劑(ji)浸(jin)(jin)出(chu)法(fa)(fa)，在(zai)混合溶(rong)(rong)劑(ji)中90%的(de)乙(yi)(yi)醇(chun)與工業己(ji)烷之比為30∶ 70時，浸(jin)(jin)出(chu)棉(mian)(mian)(mian)(mian)籽(zi)(zi)油(you)和脫除棉(mian)(mian)(mian)(mian)酚(fen)(fen)的(de)效果(guo)都很好(hao)。但(dan)過(guo)程(cheng)中乙(yi)(yi)醇(chun)與工業己(ji)烷的(de)比例控(kong)制比較困難。再如，丙酮浸(jin)(jin)出(chu)法(fa)(fa)，在(zai)利用(yong)丙酮作溶(rong)(rong)劑(ji)浸(jin)(jin)出(chu)棉(mian)(mian)(mian)(mian)籽(zi)(zi)油(you)的(de)同時，棉(mian)(mian)(mian)(mian)酚(fen)(fen)也(ye)被浸(jin)(jin)出(chu)，從而(er)使(shi)棉(mian)(mian)(mian)(mian)籽(zi)(zi)粕(po)脫毒。但(dan)由(you)于丙酮不能(neng)溶(rong)(rong)解(jie)磷(lin)脂(zhi)，致使(shi)粕(po)的(de)風味(wei)受(shou)到影響。雙溶(rong)(rong)劑(ji)分步法(fa)(fa)，即先用(yong)己(ji)烷浸(jin)(jin)出(chu)棉(mian)(mian)(mian)(mian)仁(ren)生(sheng)坯中的(de)油(you)脂(zhi)，再用(yong)甲醇(chun)萃(cui)取(qu)脫脂(zhi)粕(po)中游(you)離(li)棉(mian)(mian)(mian)(mian)酚(fen)(fen)。該法(fa)(fa)可使(shi)浸(jin)(jin)出(chu)棉(mian)(mian)(mian)(mian)粕(po)中游(you)離(li)棉(mian)(mian)(mian)(mian)酚(fen)(fen)含量降到004%，粕(po)中粗蛋(dan)白(bai)含量達到50%以(yi)上。
早在20多年前，美國新(xin)奧爾良南部地區研究中心的Abraham[5]和(he)Hron[6]等人，就(jiu)采用(yong)(yong)乙醇作溶劑來(lai)浸(jin)出(chu)(chu)棉仁生坯(pi)，提取油脂及其他副(fu)產品，由于該工藝采用(yong)(yong)混(hun)合油冷(leng)卻分層(ceng)和(he)反滲透膜(mo)等先進(jin)設備，免除了(le)己(ji)烷(wan)浸(jin)出(chu)(chu)工藝常規(gui)的混(hun)合油蒸發(fa)和(he)汽提工序(xu)，從而(er)減少了(le)能(neng)耗(hao)，降低了(le)操作費用(yong)(yong)。
乙(yi)(yi)醇是一種利用(yong)農副(fu)產品經發(fa)酵生(sheng)產的可再生(sheng)溶(rong)劑(ji)，同時乙(yi)(yi)醇是一種安全性僅次于(yu)水的溶(rong)劑(ji)，使用(yong)它對(dui)環境(jing)沒有(you)負面影(ying)響。乙(yi)(yi)醇屬于(yu)極性溶(rong)劑(ji)，可以(yi)溶(rong)解棉(mian)(mian)酚(fen)，同時90%~95%乙(yi)(yi)醇在(zai)接近沸點的溫(wen)(wen)度下對(dui)油(you)脂也有(you)較大的溶(rong)解度。本文采用(yong)95%乙(yi)(yi)醇為溶(rong)劑(ji)，對(dui)棉(mian)(mian)仁低(di)溫(wen)(wen)壓榨餅(bing)進行浸(jin)出，旨在(zai)同時提取(qu)棉(mian)(mian)籽油(you)和脫除棉(mian)(mian)酚(fen)。由于(yu)棉(mian)(mian)仁在(zai)低(di)溫(wen)(wen)下壓榨出油(you)，所含游離棉(mian)(mian)酚(fen)未與蛋白質結合，有(you)利于(yu)乙(yi)(yi)醇萃取(qu)脫酚(fen)。另外，棉(mian)(mian)仁低(di)溫(wen)(wen)壓榨餅(bing)殘油(you)率(lv)低(di)、容重大，有(you)利于(yu)徹底(di)脫脂，也有(you)利于(yu)減小(xiao)后續工業(ye)化生(sheng)產設備的投(tou)資。
材料與(yu)方法
實(shi)驗原料
棉仁低溫壓榨餅由安陸天星糧油機械設備有限公司提供。系采用含油率23.6%、水分10.02%、仁中含殼率10%的棉仁于42 ℃下用LYZX·24型低溫螺旋榨油機壓榨后所得棉仁低溫壓榨餅，其主要成分見表1。
主(zhu)要實驗試劑
95%乙(yi)醇為化學純，丙酮(tong)、苯胺、石油醚(mi)、硫(liu)酸(suan)(suan)銅、硫(liu)酸(suan)(suan)鉀、濃硫(liu)酸(suan)(suan)、氫氧化鈉、鹽酸(suan)(suan)、硼酸(suan)(suan)等(deng)試(shi)劑均為分析純。
主要實驗(yan)儀器、設(she)備(bei)
GZX-GF101-MBS電熱(re)恒(heng)(heng)溫(wen)鼓(gu)風干燥(zao)箱，電熱(re)恒(heng)(heng)溫(wen)水浴鍋，HYP消化爐(lu)，電子萬用爐(lu)，微量凱氏定(ding)氮儀，雙頻(pin)超聲(sheng)波清(qing)洗(xi)機，7200型可(ke)見分(fen)光(guang)光(guang)度(du)計，RE52CS旋轉蒸發器(qi)(qi)，SHZ-Ⅲ型循環(huan)水真空(kong)泵，DZF-6050型真空(kong)干燥(zao)箱，電子分(fen)析天平，SHA-C水浴恒(heng)(heng)溫(wen)振蕩(dang)器(qi)(qi)，SYC-15B超級(ji)恒(heng)(heng)溫(wen)水浴，滲濾式玻璃浸出(chu)器(qi)(qi)(自制(zhi))，索氏抽提器(qi)(qi)，高速萬能粉碎機，SCOUT SCA210型電子天平，501型超級(ji)恒(heng)(heng)溫(wen)器(qi)(qi)。
實驗(yan)方(fang)法
原料和(he)浸出粕中成(cheng)分的測(ce)定(ding) 粗(cu)蛋白的測(ce)定(ding)，GB 5511-1985[7];粗(cu)脂肪的測(ce)定(ding)，GB 5512-1985[7];水分的測(ce)定(ding)，GB 13101-1991[7];游離棉酚(fen)含(han)量的測(ce)定(ding)，參照(zhao)文獻，用苯(ben)胺顯(xian)色(se)法測(ce)定(ding)。
浸(jin)(jin)(jin)(jin)出(chu)(chu)實驗 稱取一定(ding)(ding)(ding)量原料餅(bing)，破碎到一定(ding)(ding)(ding)粒(li)度(du)(du)置入自(zi)制的玻璃浸(jin)(jin)(jin)(jin)出(chu)(chu)器(qi)中，在浸(jin)(jin)(jin)(jin)出(chu)(chu)器(qi)加熱夾套內通入恒溫熱水(shui)，改(gai)變原料粒(li)度(du)(du)、原料水(shui)分(fen)、浸(jin)(jin)(jin)(jin)出(chu)(chu)溫度(du)(du)、浸(jin)(jin)(jin)(jin)出(chu)(chu)次(ci)數(shu)、浸(jin)(jin)(jin)(jin)出(chu)(chu)固液(ye)比(bi)5個(ge)因素對棉仁低(di)溫壓(ya)榨餅(bing)進(jin)行浸(jin)(jin)(jin)(jin)出(chu)(chu)，測定(ding)(ding)(ding)浸(jin)(jin)(jin)(jin)出(chu)(chu)粕(po)中的殘油率和游離(li)棉酚含(han)量，確定(ding)(ding)(ding)合適的工(gong)(gong)藝參數(shu)，通過正交實驗優(you)化浸(jin)(jin)(jin)(jin)出(chu)(chu)工(gong)(gong)藝條件。
結果與(yu)討論
單(dan)因(yin)素實(shi)驗
原(yuan)料(liao)粒度(du)對粕中(zhong)殘油(you)率和游離棉酚含(han)量的影(ying)響 在浸出溫度(du)70 ℃、固液(ye)比1∶ 3、浸出次數(shu)12次(每次15 min)、原(yuan)料(liao)水(shui)分9.88%條(tiao)件下,用95%的乙醇浸出棉仁低(di)溫壓榨餅，原(yuan)料(liao)粒度(du)對粕中(zhong)殘油(you)率和游離棉酚含(han)量的影(ying)響。
隨著原料粒度(du)的(de)(de)減小(xiao)，粕(po)中(zhong)殘(can)(can)油(you)(you)率和(he)游(you)離棉(mian)(mian)酚(fen)(fen)含量均逐漸降(jiang)低(di)。油(you)(you)料的(de)(de)浸出(chu)過程是(shi)(shi)(shi)通(tong)過溶劑滲(shen)(shen)透(tou)(tou)的(de)(de)方式進入物(wu)(wu)料內部達到萃取(qu)(qu)油(you)(you)脂的(de)(de)目的(de)(de)，物(wu)(wu)料粒度(du)太(tai)大不利于溶劑滲(shen)(shen)透(tou)(tou)，從而導致殘(can)(can)油(you)(you)率較(jiao)高(gao)。游(you)離棉(mian)(mian)酚(fen)(fen)的(de)(de)提(ti)取(qu)(qu)原理(li)與油(you)(you)脂的(de)(de)提(ti)取(qu)(qu)原理(li)類似，因此浸出(chu)粕(po)中(zhong)游(you)離棉(mian)(mian)酚(fen)(fen)含量與殘(can)(can)油(you)(you)率有(you)相同的(de)(de)趨勢。但是(shi)(shi)(shi)當(dang)原料的(de)(de)粒度(du)降(jiang)到5 mm的(de)(de)時候，粕(po)中(zhong)殘(can)(can)油(you)(you)率和(he)游(you)離棉(mian)(mian)酚(fen)(fen)含量都相應升高(gao)，這(zhe)是(shi)(shi)(shi)因為原料粒度(du)太(tai)小(xiao)，粉末度(du)增加，會(hui)影響到溶劑向物(wu)(wu)料內部的(de)(de)滲(shen)(shen)透(tou)(tou)和(he)滲(shen)(shen)濾(lv)，從而導致粕(po)中(zhong)殘(can)(can)油(you)(you)率和(he)游(you)離棉(mian)(mian)酚(fen)(fen)含量有(you)所(suo)升高(gao)。因此，選擇原料粒度(du)為7.5 mm比(bi)較(jiao)適宜(yi)。
粕中殘油率隨著原料水分的減少而逐漸降低。由于原料水分影響溶劑對油料的滲透及向內部擴散，原料水分較高時將使物料外表面、細胞壁、二次結構組織、毛細孔壁被溶劑潤濕的情況變差，故粕中殘油率較高，而此時乙醇濃度被稀釋,溶劑極性增大,故粕中游離棉酚含量較低。棉酚與油脂的極性相差很大，油脂不溶于水，是典型的非極性物質，而棉酚帶有多個 O H，可溶于水，極性較強。根據“相似相溶”原理，當原料中的水分減少時，也就減少了乙醇濃度被稀釋的可能性，浸出后粕中殘油率會隨之降低,而粕中游離棉酚含量卻隨之升高。故原料水分應低于9%。
浸出溫度對粕中殘油率和游離棉酚含量的影響
隨著浸出(chu)溫(wen)(wen)度(du)(du)的升(sheng)高(gao)，粕中殘油率和(he)游離棉酚(fen)含量都(dou)逐(zhu)漸降(jiang)低(di)。浸出(chu)屬分子擴散控(kong)制過程(cheng),溫(wen)(wen)度(du)(du)升(sheng)高(gao),分子運動速度(du)(du)加快,浸出(chu)速率也(ye)加快。萃(cui)(cui)取(qu)棉酚(fen)也(ye)屬分子擴散控(kong)制過程(cheng)，萃(cui)(cui)取(qu)溫(wen)(wen)度(du)(du)對萃(cui)(cui)取(qu)速率影響很(hen)大，溫(wen)(wen)度(du)(du)升(sheng)高(gao)，分子擴散速度(du)(du)加快，萃(cui)(cui)取(qu)速率提高(gao)。因此(ci)，粕中的殘油率和(he)游離棉酚(fen)含量都(dou)隨溫(wen)(wen)度(du)(du)的升(sheng)高(gao)而(er)降(jiang)低(di)。當溫(wen)(wen)度(du)(du)達(da)到70 ℃以后，粕中殘油率的降(jiang)低(di)趨勢減緩(huan)。
浸出次數對粕中殘油率和游(you)離棉(mian)酚含量的影響
隨(sui)著浸(jin)(jin)出(chu)(chu)(chu)(chu)次(ci)(ci)數(shu)的(de)(de)(de)(de)增加(jia)(jia)(jia)，粕中殘油(you)率和游(you)離棉酚含量都(dou)隨(sui)之降低(di)。浸(jin)(jin)出(chu)(chu)(chu)(chu)過程(cheng)是一個多次(ci)(ci)打破傳(chuan)質動(dong)態平衡(heng)的(de)(de)(de)(de)過程(cheng)，隨(sui)著浸(jin)(jin)出(chu)(chu)(chu)(chu)次(ci)(ci)數(shu)的(de)(de)(de)(de)增加(jia)(jia)(jia)，打破傳(chuan)質動(dong)態平衡(heng)的(de)(de)(de)(de)次(ci)(ci)數(shu)也就(jiu)越多，可(ke)使平衡(heng)向有利于油(you)脂浸(jin)(jin)出(chu)(chu)(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)方(fang)向移動(dong)。同時(shi)(shi)，隨(sui)著浸(jin)(jin)出(chu)(chu)(chu)(chu)次(ci)(ci)數(shu)增加(jia)(jia)(jia)，總浸(jin)(jin)出(chu)(chu)(chu)(chu)時(shi)(shi)間延長(chang)(chang)，溶劑與物料接(jie)觸的(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)間也就(jiu)越長(chang)(chang)，這有利于油(you)脂和棉酚的(de)(de)(de)(de)萃取。當浸(jin)(jin)出(chu)(chu)(chu)(chu)次(ci)(ci)數(shu)達到12次(ci)(ci)時(shi)(shi)，殘油(you)率已經降到1.71%，繼續(xu)增加(jia)(jia)(jia)浸(jin)(jin)出(chu)(chu)(chu)(chu)次(ci)(ci)數(shu)，粕中殘油(you)率的(de)(de)(de)(de)降低(di)已經變化(hua)不大，故選擇浸(jin)(jin)出(chu)(chu)(chu)(chu)次(ci)(ci)數(shu)為12次(ci)(ci)較為適宜。
固液比對粕中殘油率和游離棉酚含量的影響
粕(po)中殘(can)油(you)率(lv)(lv)和游(you)離棉酚含量(liang)都隨著固(gu)(gu)(gu)液(ye)(ye)比(bi)(bi)的增加而減小。浸出(chu)(chu)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)是(shi)固(gu)(gu)(gu)液(ye)(ye)萃(cui)取(qu)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)，是(shi)動態平(ping)衡(heng)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)，固(gu)(gu)(gu)液(ye)(ye)比(bi)(bi)大(da)，對油(you)脂和游(you)離棉酚的提取(qu)能力就強，但(dan)固(gu)(gu)(gu)液(ye)(ye)比(bi)(bi)太大(da)會消耗大(da)量(liang)溶劑，加大(da)溶劑回(hui)收負荷，實際生產過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)應該(gai)在保證降低粕(po)中殘(can)油(you)率(lv)(lv)的情況下盡(jin)量(liang)減小固(gu)(gu)(gu)液(ye)(ye)比(bi)(bi)。從圖中還可看(kan)出(chu)(chu)，當固(gu)(gu)(gu)液(ye)(ye)比(bi)(bi)達到(dao)1∶ 3的時候，粕(po)中殘(can)油(you)率(lv)(lv)已經降到(dao)2%以下，繼續增大(da)固(gu)(gu)(gu)液(ye)(ye)比(bi)(bi)，粕(po)中殘(can)油(you)率(lv)(lv)下降趨勢很弱(ruo)，故選擇固(gu)(gu)(gu)液(ye)(ye)比(bi)(bi)為1∶ 3。
由實驗可知，影響乙醇浸出粕中殘油率的因素主次順序為：浸出溫度>原料粒度>固液比>浸出次數。******的工藝組合為A1B3C2D1，即采用95%的乙醇作溶劑，浸出溫度為78 ℃，原料粒度為5 mm，固液比為1∶ 4，浸出次數為12次。影響乙醇浸出粕中游離棉酚的因素主次順序為：浸出溫度>浸出次數>固液比>原料粒度。******的工藝組合為A1B3C1D3，即采用95%的乙醇作溶劑，浸出溫度為78 ℃，原料粒度為5 mm，浸出固液比為1∶ 3，浸出次數為14次。
由表4的方差(cha)分析得(de)出(chu)浸(jin)出(chu)溫(wen)度和(he)原料粒度具有顯著性影響。
2.3 重復實(shi)驗及產(chan)品(pin)主要成分
綜合粕(po)中(zhong)殘油(you)率和游(you)(you)離棉酚含量(liang)為(wei)指標的正交實驗結(jie)果，考(kao)慮(lv)到(dao)原(yuan)料(liao)粒度為(wei)5 mm太小，在(zai)浸出(chu)過程中(zhong)容(rong)易(yi)形成粉塵，使浸出(chu)器(qi)滲瀝困難，故選用原(yuan)料(liao)粒度為(wei)7.5 mm。另外，考(kao)慮(lv)到(dao)粕(po)中(zhong)的殘油(you)率在(zai)浸出(chu)次(ci)(ci)(ci)數(shu)為(wei)12次(ci)(ci)(ci)時即可以達到(dao)1%左右，此條(tiao)件下粕(po)中(zhong)游(you)(you)離棉酚含量(liang)也(ye)已降到(dao)規定的0.045%標準以下，故確定95%乙(yi)醇浸出(chu)棉仁(ren)低(di)溫(wen)壓榨餅的工藝條(tiao)件為(wei)：原(yuan)料(liao)粒度7.5 mm，浸出(chu)溫(wen)度78 ℃，固液比為(wei)1∶ 3，浸出(chu)次(ci)(ci)(ci)數(shu)12次(ci)(ci)(ci)。
產品的粗脂肪含量由原料的9.7%降到了0.91%，粗蛋白含量由原料的44.71%富集到51.81%，游離棉酚含量由原料的0.144 6%降到0.012 9%。
3 結 論(lun)
(1)本實(shi)驗首次采用95%乙醇單一溶劑浸出棉(mian)(mian)仁低(di)溫(wen)壓榨餅，在浸出油(you)脂(zhi)的同時脫除了其(qi)中(zhong)所含的游離棉(mian)(mian)酚。
(2)通過單(dan)因素(su)實(shi)驗和正交(jiao)實(shi)驗得出用95%乙醇浸(jin)(jin)(jin)出棉仁(ren)低溫壓(ya)榨餅的(de)******工藝條件是：原(yuan)料水(shui)分小于9%，原(yuan)料粒度(du)7.5 mm，浸(jin)(jin)(jin)出溫度(du)78 ℃，浸(jin)(jin)(jin)出次數12次(每次15 min)，固液比1∶ 3。
(3)在******工(gong)藝條件下重復實(shi)驗所(suo)得棉粕中(zhong)殘油率由原(yuan)料(liao)的(de)9.7%降為0.91%，粗蛋白含(han)量由原(yuan)料(liao)的(de)44.71%(N×6.25，干(gan)基)富集到51.81%(N×6.25，干(gan)基)，游離棉酚含(han)量由原(yuan)料(liao)的(de)0.144 6%降為0.012 9%。
-
上一個：亞麻籽油及其關鍵生產技術
-
下一個：不同純度花生紅衣原花青素的制備工藝研究