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1、粮油加工2 0 0 6年第8期粮油加工C E R E A L SA N D O I L SP R O C E S S I N G我国是世界上的棉花生产大国,每年生产大量棉花的同时也有大量的棉籽饼粕产生。棉籽饼粕是一种优良的蛋白资源,通常含有3 0%5 0%的蛋白质,1 0%1 5%的纤维素和其他一些营养成分,其营养价值甚至高于谷类蛋白质。但其通常还含有0.6%2%的棉酚,远超过国际食用卫生标准0.0 4%,食用后会危害细胞、血管、神经。即使作为饲料,也不应超过此标准。由于这些因素,限制了该饼粕及其蛋白粉在畜饲养及食品中的应用。现今我国约7 5%的棉籽饼粕被投入农田作肥料,未能物尽其用,可见对棉
2、籽饼粕的脱毒是非常重要的。从近些年国际、国内饲料工业的发展来看,熟化处理作为一种先进的加工工艺已经被广大饲料生产商及用户所认可,并在饲料加工业中扮演着越来越重要的角色,而膨化加工就是实现熟化的最主要的手段之一。该试验是以中国农机院畜禽机械研究所自行研制的E T S 1 9 5型膨化机为主要工具,研究棉粕在膨化工艺下的最佳结构及工艺参数。1试验方案及评价指标1.1试验设备P 4 0 0 0 S A膨化机。该膨化机为中国农机院畜禽机械研究所自行研制开发的多功能膨化机,通过改变膨化机中的不同配置可以对不同物料进行加工。棉粕的加工螺旋采用变距配置。1.2试验原料南方棉粕,由赣南金利饲料有限公司提供。1
3、.3试验的评价指标膨化后物料品质评价指标:棉粕中主要存在的抗营养因子是棉酚,此外还有环丙烯脂肪酸(C F A s)。其中前者为主要影响指标,并且更容易测量评价。国际卫生标准中棉粕中的棉酚含量不应该超过0.0 4%(4 0 0 m g/k g),而本次试验的原料经检测,得到的棉酚含量为8 2 0 m g/k g。说明此棉酚如果用于饲用,仍需进行再加工。膨化后设备性能评价指标:以吨量电耗为指标的比机械能可以很好地衡量产量和电耗的综合性能。1.4试验方案膨化机内的螺旋配置、出料方式是影响膨化效果的主要因素,所以选取这几个主要因素的几个水平进行试验,以观察其对膨化效果的影响。拟采用两因素两水平完全试验
4、设计,见表1。完全试验要做4组,分别测试试验的产量和棉酚的含量。2试验结果及分析2.1试验因素及水平的分析试验重点考察的两个因素是出料方式和螺旋中压力环表1正交试验表头设计因素A出料方式B螺旋中的压力环水平1模板出料加压力环水平2环隙出料不加压力环棉粕膨化加工试验工艺及机理分析宋晓旻吴德胜(中国农业机械化科学研究院)【摘要】研究了膨化加工处理对棉粕脱毒的影响。棉粕由于其中棉酚含量过高而限制了其在饲料中的使用。而利用目前比较成熟的膨化加工处理工艺对其进行脱毒处理,经济成本较低,脱毒效果好。经试验膨化处理后棉粕的游离棉酚含量只有1 2 0 1 4 0 m g/k g,远远低于国际标准规定的4 0
5、0 m g/k g。【关键词】膨化;棉粕;游离棉酚;脱毒中图分类号:T S 2 2 9文献标识码:A文章编号:1 0 0 9-1 8 0 7(2 0 0 6)0 8-0 0 4 7-0 3 油脂工程 4 7粮油加工2 0 0 6年第8期粮油加工C E R E A L SA N D O I L SP R O C E S S I N G的影响。出料方式分为模板出料和环隙出料两个水平;螺旋中的压力环分为加压力环和不加压力环两个水平。2.2试验结果见表2。2.3试验结果讨论2.3.1脱毒效果试验表明,模板出料方式不适合棉粕的膨化加工,无法连续生产,所以产量和加工后物料的棉酚含量无测量意义。而环隙出料基
6、本可以膨化出棉粕,环隙大小和压力环数量对棉粕的产量和棉酚含量都有影响,但总体而言影响不大。膨化对于钝化棉粕中的游离棉酚影响比较显著。国际 卫 生 标 准 中 棉 粕 中 的 棉 酚 含 量 不 应 该 超 过0.0 4%(4 0 0 m g/k g),而P 4 0 0 0 S A膨化机膨化后的棉酚含量降低到1 2 0 1 4 0 m g/k g,完全符合棉粕的卫生标准,达到了棉粕脱毒的目的且效果明显,如图1所示。2.3.2试验因素对产量及棉酚含量的影响因素A中出料方式水平1模孔出料基本无法正常出料,影响效果是绝对的。所以可以忽略从量上考察。因素B中压力环对试验结果的影响趋势比较明显。压力环越多
7、,膨化棉粕中棉酚的含量越低,膨化棉粕的产量越小,如图2所示。所以压力环对增加膨化腔内压力、温度以及剪切力的作用是比较明显的。膨化后棉粕如图3所示。3棉粕脱毒的微观原理分析3.1蛋白质类物料膨化挤压组织结构变化膨化腔内物料温度很高,受到的剪切作用力很大,使得其中的组织结构发生较大的变化。随着温度的升高,分子获得的能量增大,大分子开始解缠,一些次级键(如二硫键、氢键、离子键、范德华力等)打断,成为松散的线状结构。这时蛋白质分子就可以自由地重新定向和重新结合。在剪切速度梯度的作用下,蛋白质分子发生取向。随着温度的进一步升高,蛋白质开始变性。蛋白质分子之间的相互作用,使得蛋白质形成一种网状的交联结构。
8、在剪切场的作用下,这种交联结构可能不断地被打断,又不断地形成,直到螺杆前端才稳定下来。在冷却的机头流道中,一些次级键(如二硫键和氢键)又重新生成,从而加固了这种纤维化结构。在纤维化结构中,二硫键是主要的联结作用力。同时,分子间交联的酰胺键导致了挤出过程中蛋白质分子的重新聚集,如图4所示。3.2棉粕脱毒的组织结构变化棉酚的棉籽中有一种呈黄色的多酚类色素,由于其对单胃动物的毒性作用,人们一直都在设法将其含量降低到安全限度并积极开展对相关脱毒机理的研究。螺旋挤压脱毒法中认为强烈的机械剪切作用及高温、高压、高水分条件下游离棉酚的变形以及与蛋白质结合成结合棉酚是产生显著脱毒效果的两个关键因素。在游离棉酚
9、与蛋白质相结合棉酚的过程中,人们认为主要是棉籽蛋白中的赖氨酸-氨基成分的参与结果。但这种化学反应的结果,一方面使得游离棉酚含量降低,另表2正交试验结果试验编号试验因素水平试验现象产量棉酚含量1A1B1出料不平稳-反喷-堵机2A1B2出料不平稳-反喷-堵机3A2B1平稳出料,端部螺旋温度1 0 0 0.7 5 t/h1 2 0 m g/k g4A2B2平稳出料,端部螺旋温度1 1 0 0.7 6 t/h1 4 0 m g/k g图1棉粕脱毒效果对比图2压力环对棉粕产量和棉酚含量的影响图3膨化棉粕图4蛋白质类物料在膨化腔内的变化历程示意图 油脂工程 4 8粮油加工2 0 0 6年第8期粮油加工C
10、E R E A L SA N D O I L SP R O C E S S I N G(上接第4 6页)研究结果表明,自制的滤芯在去除炸油中炭化残渣的同时,还在不同程度上改善了废弃炸油的感官指标和卫生指标,提高了废弃炸油的质量,具有延长炸油使用寿命的作用。本研究的结果为开发适合家庭、小型饭店、油炸摊点的小型炸油过滤装置奠定了基础。参 考 文 献1张虹,高霞.高温加热对植物油脂品质的影响 J.食品科技,1 9 9 8(6):8 1 2.2B h e e m r e d d y,R.M.,C h i n n a n,M.S.,P a n n u,K.S.,e ta l.F i l t r a t
11、i o na n df i l t e r s y s t e mf o r t r e a t e df r y i n go i l J.J o u r n a l o f F o o dP r o c e s s E n g i n e e r i n g,2 0 0 2,2 5(1):2 3 4 0.3 S u b r a m a n i a n,R.,N a n d i n i,K.E.,S h e i l a,P.M.,e t a l.M e m b r a n ep r o c e s s i n go fu s e df r y i n go i l s J.J o u r n
12、 a lo ft h eA m e r i c a nO i lC h e m i s t s S o c i e t y,2 0 0 0,7 7(3):3 2 3 3 2 8.4周维义,范国梁,闫颖.煎炸油净化处理的探讨 J.食品科学,1 9 9 6,1 7(1):3 8 4 1.5冯有胜,周文斌.煎炸油净化处理的研究 J.食品工业科技,2 0 0 3,2 4(6):5 2 5 3.6曾溢波,李惠桃.煎炸油过滤机延缓油脂裂变新措施 J.食品与机械,2 0 0 3(5):3 6.7粮油检验编写组.粮油检验 M .北京:中国财政经济出版社,1 9 8 0.8黄伟坤等.食品检验与分析 M .北京:
13、中国轻工业出版社,1 9 8 9.资助项目:长春市科技发展计划,社会发展专项,收稿日期:2 0 0 6-0 6-1 2作者简介:张贵林(1 9 6 3-),男,黑龙江尚志县人,吉林大学生物与农业工程学院副教授,博士,研究方向为食品废弃物处理技术与设备。通讯地址:(1 3 0 0 2 5)长春市人民大街5 9 8 8号一方面却也使得赖氨酸含量本不高的棉籽饼粕料经挤压后的赖氨酸含量偏低。已有研究结果认为一定条件下棉酚与棉籽蛋白质的反应会把有效赖氨酸成分从8 2.9%降到4 8.7%。棉酚的分子式为C3 0H3 0O8,相对分子量为5 1 8.5。棉籽蛋白中的赖氨酸-氨基成分同游离棉酚发生化学反应生
14、成结合棉酚,从而有效降低游离棉酚含量,这是棉籽饼粕的主要脱毒机理所在。除了赖氨酸以外,其他氨基酸及其盐类也会发生同游离棉酚的反应,且反应速率和摩尔比各不相同,但生成结合棉酚的主要反应还是游离棉酚和赖氨酸之间的反应。3.3挤压脱毒机理讨论与塑料等合成高分子物料不同,棉籽饼粕蛋白质物料挤压加工本质上是一个蒸煮过程,发生着蛋白质的水合作用和变性等化学变化,含水率则是影响挤压过程及脱毒效果的重要因素。如上所述,氨基酸集团同游离棉酚的结合是造成物料中游离棉酚含量下降的主要原因。因而,螺杆挤压加工中物料中必要的含水率是促成此类反应的前提条件,也是蛋白质水合作用和变性的基础。螺杆转速与具有强剪切作用的螺纹元
15、件,则对物料黏性面团施加了强烈的剪切作用,从而促进了游离棉酚的降解和物料的变性。机头口模的短流道以及高温、高压的工艺条件进一步使物料产生膨化,游离棉酚发生降解、变性以及水分条件下与氨基酸产生化学反应生成不再具有毒性的结合棉酚。显然,整个脱毒过程离不开挤压加工设备以及物料黏度变化和蛋白质变性的适应与控制。4小节通过该试验,我们可以看出,因为膨化加工刚好符合棉粕脱毒所要求的高温、强剪切力等条件,使得棉粕在膨化腔内发生相应的结构变化,破坏了棉粕中的游离棉酚,取得的脱毒效果良好。同时对原料中的蛋白质成分以及淀粉等能量成分起到了很好的异构化作用,使其更易被消化。在蛋白质资源逐渐匮乏的今天,经过脱毒处理的
16、棉粕作为饲料添加原料,既可以很好地提高饲料中蛋白质的质量,相对而言又可以有效降低成本。熟化加工工艺作为一种比较先进的加工工艺,在其中起到很大的作用。参 考 文 献1祝强.一种新的棉籽脱酚生产工艺 J .中国油脂,2 0 0 4,9(1).2周建国.棉籽饼粕挤压脱毒工艺及设备的实验和数值模拟研究 C.北京化工大学,2 0 0 1.3唐辉等.食用棉籽蛋白中总棉酚与游离棉酚含量测定 J.中国石河子大学学报,2 0 0 4,2 2(1).4黄永林等.棉籽中游离棉酚的含量测定 J.广西植物,2 0 0 1,(1 1).5冯健丽等.棉粕中游离态棉酚含量在畜禽料上的合理应用 J.石河子科技,2 0 0 2(5).收稿日期:2 0 0 6-0 6-1 3作者简介:宋晓旻(1 9 8 1-),男,中国农业机械化科学研究院在读硕士生,主要研究方向为饮料热加工方向。通讯地址:(1 0 0 0 8 3)北京朝阳区德外北沙滩1号 油脂工程 4 9