王迪 張兆國 馬佳樂 張永成 趙菲菲

摘要[目的]研究花生擠壓膨化制油工藝，簡(jiǎn)化制油工序，降低粕殘油率。[方法]通過高含油料單螺桿剖分式擠壓機(jī)對(duì)花生進(jìn)行浸油的前處理，根據(jù)量綱分析理論進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)和函數(shù)組成，以物料含水率、套筒溫度、主軸轉(zhuǎn)速、?？字睆?、模孔長(zhǎng)度、喂料速度6因素設(shè)計(jì)試驗(yàn)，找出花生擠壓膨化工藝參數(shù)對(duì)粕殘油率的影響規(guī)律。[結(jié)果]通過該試驗(yàn)建立的方法得到的關(guān)于粕殘油率的經(jīng)驗(yàn)公式可以對(duì)粕殘油率進(jìn)行精確預(yù)測(cè)，經(jīng)驗(yàn)公式在現(xiàn)有試驗(yàn)條件下可反映花生殘油率與擠壓膨化試驗(yàn)參數(shù)間的關(guān)系。[結(jié)論]通過試驗(yàn)建立粕殘油率和試驗(yàn)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式，且經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)粕殘油率能進(jìn)行較好地預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞 花生；擠壓膨化；量綱分析；相似理論

中圖分類號(hào) S509.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2016）09-112-04

Abstract[Objective]The aim was to study peanut oil extrusion parameters， simplify oil production process， reduce residual oil ratio.

[Method]The pretreatment technology of peanut extrusion for solvent extraction of oil was discussed. The experimental design based on the dimensional analysis was conducted by using factors including moisture content of material， temperature of barrel， rotational speed of screw， diameter and length of die nozzle， feeding speed， the effects of parameters on residucal oil ratio were obtained.[Result]The established experience formula could predict residual oil ratio exactly and indicate the relationship between peanut residual oil ratio and extrusion parameters.[Conclusion]The experience formula is founded indicating the relationship between ratio of residual oil and extrusion parameters， which can predict the ratio of residual oil exactly.

Key words Peanut； Extrusion； Dimensional analysis； Similarity theory

花生是我國主要的油料作物，傳統(tǒng)的花生油制備中一般采用壓榨法和溶劑浸出法提取毛油，然后經(jīng)脫膠、脫酸、脫色、脫臭和脫蠟等工序制備精制油，而壓榨法殘油率高，勞動(dòng)強(qiáng)度高，動(dòng)力消耗大，而且經(jīng)過高溫蒸炒之后的花生粕變性程度較高，只能用作飼料或肥料，致使花生蛋白利用率低，進(jìn)而導(dǎo)致大量?jī)?yōu)質(zhì)植物蛋白質(zhì)的浪費(fèi)[1]。因此，探索一種提油率高、無有機(jī)溶劑殘留，同時(shí)所得蛋白變性低的分離花生油和花生蛋白的新工藝十分必要，也具有現(xiàn)實(shí)意義。

油料制取油脂前進(jìn)行擠壓膨化是一種新興的、適宜于多種油料的生產(chǎn)工藝。自擠壓機(jī)問世以來，人們逐漸意識(shí)到擠壓膨化技術(shù)對(duì)改進(jìn)傳統(tǒng)制油工藝的作用[2-4]。筆者以花生制油工藝為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究了花生的干法擠壓膨化浸出制油預(yù)處理工藝。

1 材料與方法

1.1 材料 試驗(yàn)材料為山東小粒紅皮花生（購于云南省昆明市吳家營菜市場(chǎng)）：平均含油率36.32%（濕基），原始含水率6.05%，原始蛋白質(zhì)含量46.27%。

擠壓設(shè)備為山東理工大學(xué)自制的單螺桿剖分式擠壓機(jī)，設(shè)備主要由加熱系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、喂料系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等部件構(gòu)成。螺桿轉(zhuǎn)速為0～1 200 r/min無級(jí)可調(diào)，套筒溫度0～300 ℃連續(xù)可調(diào)，配有溫度數(shù)顯儀表閉環(huán)自控系統(tǒng)，擠壓機(jī)?？卓讖接屑?jí)可調(diào)。

1.2 方法

花生直接擠壓膨化工藝為：花生→清理→粉碎→擠壓→花生擠壓油。

1.2.1 花生擠壓膨化試驗(yàn)參數(shù)相似準(zhǔn)則建立。表1中共有7個(gè)變量，該問題屬于一般工程技術(shù)問題，該試驗(yàn)選擇長(zhǎng)度L、質(zhì)量M、時(shí)間T為3個(gè)基本量綱，可以得到量綱矩陣，根據(jù)相似理論π定理，可以推導(dǎo)出4個(gè)相似準(zhǔn)則。

根據(jù)Jiang定理關(guān)于“各個(gè)自變?chǔ)许?xiàng)必須都有變化機(jī)會(huì)，而且變化要有足夠的幅度”[5]的原則，此組分方程研究的是固定π2、π3（分別用2、3表示），研究自變量π項(xiàng)π4對(duì)因變量π1的影響，先設(shè)計(jì)π4，π4=w/tnΔ，

在設(shè)計(jì)前2組試驗(yàn)時(shí)，已經(jīng)滿足d、v的變化機(jī)會(huì)，因此通過此次設(shè)計(jì)滿足w、n與t的變化。為了達(dá)到“變化要有足夠幅度”要求，選取物料含水率由低到高，分別對(duì)應(yīng)溫度由高到低來組合試驗(yàn)，具體方案見表6。

2：因?yàn)棣?= Δ/d，根據(jù)研究基礎(chǔ)選擇，Δ=24 mm，d=12 mm，則2=2。

3：由于π3=v/n，在實(shí)際意義范圍內(nèi)（以預(yù)備試驗(yàn)為研究基礎(chǔ)，花生在擠壓膨化工藝喂料速度及主軸轉(zhuǎn)速不宜過高）改變n及v，但使得總的3保持不變。

為了證實(shí)用組合組分方程的有效性，就得令π2、π3之一為另一定值，在此改變軸頭間隙Δ，令Δ=12 mm，則π2=1，Δ的變化導(dǎo)致π4的變化，但此組分方程中π4本身就是變化的得π項(xiàng)，不與Jiang定理矛盾[6]。具體試驗(yàn)安排見表6。

2.2 π關(guān)系式有效性的檢驗(yàn)

組合的π關(guān)系式或經(jīng)驗(yàn)公式需要經(jīng)過3種檢驗(yàn)：

第1種π關(guān)系式組合后要檢驗(yàn)它與求組分方程時(shí)各試驗(yàn)點(diǎn)的擬合程度，即在各組分方程曲線上各試驗(yàn)點(diǎn)工況下對(duì)π關(guān)系式有效性的檢驗(yàn)[7]。由各試驗(yàn)點(diǎn)的參數(shù)值換算成π2、π3、π4。值代入式（14）求得π1與θ，θ與實(shí)測(cè)值θ實(shí)的相對(duì)誤差均很小，原因是各組分方程的形式選擇合適，且相關(guān)系數(shù)R很高（表7）。

近時(shí)，有效性檢驗(yàn)所的誤差較小。當(dāng)偏離2、3、4越遠(yuǎn)時(shí)，誤差緩慢增至10%以上，個(gè)別值更高。檢驗(yàn)誤差達(dá)到18.15%的為試驗(yàn)的“邊緣點(diǎn)”，即含水率取試驗(yàn)范圍的最大值12%，模頭溫度為85 ℃，這樣此試驗(yàn)由于溫度低含水率高，物料膨化效果差、強(qiáng)度低，在浸出時(shí)經(jīng)常發(fā)生“糊底”（由于物料松軟，浸出時(shí)物料將混合油滲漏孔封住阻礙混合油的滲漏，所以此試驗(yàn)點(diǎn)屬于非正常試驗(yàn)）。

第3種，選取試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)其他點(diǎn)（不同于組分方程組建時(shí)需要的試驗(yàn)點(diǎn)）進(jìn)行驗(yàn)證，選取的試驗(yàn)點(diǎn)具體安排參見表9。將試驗(yàn)參數(shù)分別帶入式（7）、（8）、（9）計(jì)算π2、π3、π4，將計(jì)算所得π2、π3、π4值帶入π關(guān)系式（13），計(jì)算殘油率的值并與實(shí)際值進(jìn)行比較，誤差列于表9。

由表9可知，π關(guān)系式的第3種檢驗(yàn)誤差較小，最大的僅為4.40%，最小的小于1%。由此可見，利用該方法得到的關(guān)于粕殘油率的經(jīng)驗(yàn)公式可以對(duì)粕殘油率進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)精度高，說明經(jīng)驗(yàn)公式能夠反映在現(xiàn)有試驗(yàn)條件下（如設(shè)備結(jié)構(gòu)、環(huán)境條件、物料的條件）花生殘油率與擠壓膨化試驗(yàn)參數(shù)之間的關(guān)系。

3 結(jié)論與討論

該試驗(yàn)通過相似理論的G.MurphyJiang定理試驗(yàn)得到殘油率與6個(gè)試驗(yàn)參數(shù)之間經(jīng)驗(yàn)公式為：

通過驗(yàn)證試驗(yàn)證明，經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)殘油率的預(yù)測(cè)誤差較小，而且通過試驗(yàn)證明粕殘油率可以降到1%以下。由此得出，通過量綱分析建立的殘油率與試驗(yàn)參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)公式是合理的，可以較好地預(yù)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果。

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