鄭 爽，李 玲，鄧干然，崔振德，李國杰，李玉林

（中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，廣東 湛江 524091）

【研究意義】油棕（Elaeis guineensisJacg）是世界上著名的高產(chǎn)木本油料植物［1］，有“世界油王”之稱［2-3］。棕櫚油既是重要的食用油脂，也是工業(yè)與生產(chǎn)生物柴油的原材料［4］。中國作為世界人口大國，也是油脂消耗大國，棕櫚油來源主要依賴于進(jìn)口。近10年來，我國棕櫚油進(jìn)口量一直穩(wěn)定在550萬t左右［5］，僅2018年上半年棕櫚油進(jìn)口量就高達(dá)233萬t［6］。我國油棕產(chǎn)業(yè)發(fā)展已有90多年［7］，受土地生產(chǎn)管理模式的影響，種植分散、不具規(guī)模［8］，國內(nèi)外大型成套榨油設(shè)備無法使用，適用于小型油棕種植園的提取加工設(shè)備尚未成熟投產(chǎn)。開展小型棕櫚油提取加工裝備及工藝技術(shù)研究，能夠?yàn)樾∫?guī)模棕櫚油提取提供技術(shù)支撐，促進(jìn)我國油棕產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。【前人研究進(jìn)展】傳統(tǒng)棕櫚油提取加工包括殺酵、脫果、搗碎、壓榨、澄油5個(gè)重要工藝環(huán)節(jié)［9］，其中果實(shí)搗碎是破壞分解棕果含油細(xì)胞、使油釋放出來的過程，能夠降低油的粘性、提高壓榨過程中的出油率，是棕櫚油提取加工過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一［10-11］。目前國內(nèi)外棕櫚油壓榨均采用果核、果肉混合壓榨的方式，采用這種方式壓榨機(jī)工作壓力大、能耗高，容易產(chǎn)生機(jī)械故障，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率；同時(shí)混合壓榨后副產(chǎn)物含油量大、可達(dá)10%～12%［12］，影響經(jīng)濟(jì)效益。張玉峰等［13-14］研究不同殺酵方式對(duì)棕櫚油品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)蒸煮殺酵可有效提高維生素E含量。鄧干然等［15］研究不同殺酵條件對(duì)出油率的影響，發(fā)現(xiàn)殺酵溫度130℃、殺酵時(shí)間60 min時(shí)油棕果出油率較高。李國杰等［16］研究壓榨壓力、壓榨時(shí)間和壓榨溫度對(duì)油棕果出油率的影響，在保證壓榨過程中油棕果核不破損的情況下，發(fā)現(xiàn)壓榨壓力6 500 N、壓榨時(shí)間25 min、壓榨溫度95℃時(shí)油棕果出油率較高。劉智強(qiáng)等［17］、鄭爽等［18］設(shè)計(jì)了兩種形式的油棕果搗碎分離機(jī)，提出了先完成果核、果肉分離再進(jìn)行壓榨提油的觀點(diǎn)。【本研究切入點(diǎn)】目前針對(duì)油棕果果核、果肉機(jī)械分離效果與分離后純油棕果肉壓榨提油對(duì)出油率影響的研究尚未見報(bào)道，無法證明純油棕果肉壓榨在生產(chǎn)中的優(yōu)勢?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究油棕果果核分離機(jī)工作時(shí)間、處理量和刀軸轉(zhuǎn)速對(duì)油棕果果核、果肉分離效果的影響，得到適宜生產(chǎn)的工作參數(shù)，為油棕果果核分離機(jī)優(yōu)化改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支持。對(duì)比油棕果果核、果肉混合壓榨與純果肉壓榨的出油率，為改進(jìn)小型油棕壓榨提取工藝與壓榨裝備的研制提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

樣品：新鮮油棕果穗（圖1）。采摘地點(diǎn)：海南省文昌市中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所油棕種子資源圃。采摘時(shí)間：2018年9月12日。

圖1 油棕果穗Fig. 1 Oil palm fruit

試驗(yàn)設(shè)備：小型臥式油棕殺酵罐、5T-200型轉(zhuǎn)籠式油棕果脫果機(jī)、油棕果搗碎罐、油棕果果核分離機(jī)配套蒸汽發(fā)生器、電加熱自動(dòng)控溫棕櫚油澄油機(jī)和鉆孔式壓榨桶（直徑78 mm、高度400 mm、孔徑5 mm），以上設(shè)備均為中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所自制。測量工具：電子臺(tái)秤（承重30 kg，精度0.001 kg）、計(jì)時(shí)器（手機(jī)計(jì)時(shí)）、溫度計(jì)（ 量程-50～200 ℃）、轉(zhuǎn)速表（分辨率 0.1 r/min，測量范圍 2.5～9 999.9 r/min）。其他用具：變頻調(diào)速器（鑫盛達(dá)HD500-2R2GT4B）、萬能材料試驗(yàn)機(jī)（量程0～200 kN）、記錄本、蒸鍋、塑料桶、塑膠手套、五金工具等。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 果核果肉分離工藝 油棕加工要求在果穗采摘后24 h內(nèi)進(jìn)行，超過24 h后果實(shí)所含油脂酸價(jià)會(huì)迅速上升［15］，嚴(yán)重影響棕櫚油品質(zhì)，降低出油率。高溫殺酵可有效防止油棕果油脂酸化，且有利于進(jìn)行后續(xù)處理。試驗(yàn)參照文獻(xiàn)［19］統(tǒng)一設(shè)定殺酵溫度為130℃、殺酵時(shí)間為60 min。經(jīng)過殺酵并冷卻的油棕果穗通過5T-200型轉(zhuǎn)籠式油棕果脫果機(jī)將果粒剝離出來（圖2）。油棕果粒通過油棕果果核分離機(jī)實(shí)現(xiàn)果核果肉分離，分離后得到油棕果肉與殘?jiān)瑲堅(jiān)邪妥毓伺c少量果肉，試驗(yàn)時(shí)需人工將殘?jiān)械墓伺c果肉進(jìn)行分離并測量。通過油棕果果核分離機(jī)得到的油棕果肉經(jīng)過6YL-180型油棕果榨油機(jī)完成壓榨試驗(yàn)。

圖2 殺酵完成后的油棕果Fig. 2 Oil palm fruit after leaven is finished

1.2.2 單因素試驗(yàn) 分別以作業(yè)時(shí)間T、單次處理量W和刀軸轉(zhuǎn)速V3個(gè)因素為研究對(duì)象，每個(gè)因素5次重復(fù)，參照文獻(xiàn)［18］選定試驗(yàn)參數(shù)，記錄油棕果粒經(jīng)過油棕果果核分離機(jī)得到的油棕果肉與殘?jiān)馁|(zhì)量。殘?jiān)扇斯_水清選出果核，用毛巾擦干水分后稱重，計(jì)算分離率（F）：

式中，P為經(jīng)油棕果果核分離機(jī)分離后得到的油棕果肉質(zhì)量（kg），W為單次處理量（kg），H為殘?jiān)泄速|(zhì)量（kg）。

1.2.3 正交試驗(yàn) 采用三因素三水平試驗(yàn)方案，根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，針對(duì)作業(yè)時(shí)間T、處理量W和刀軸轉(zhuǎn)速V等3個(gè)影響因素分別選出3個(gè)水平（表1）。不考慮交互作用，選擇L9（33）試驗(yàn)方案，見表2。

1.2.4 壓榨試驗(yàn) 用油棕果搗碎罐處理油棕果粒得到果核果肉混合物，用油棕果果核分離機(jī)處理得到油棕果肉，參照文獻(xiàn)［16］的方法進(jìn)行壓榨試驗(yàn)得到含雜棕櫚油，通過電加熱自動(dòng)控溫棕櫚油澄油機(jī)對(duì)壓榨的含雜棕櫚油進(jìn)行澄清、除雜、干燥除水得到純棕油，以同等質(zhì)量下的油棕果出油率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，比較果核果肉混合壓榨與純果肉壓榨出油率的高低，計(jì)算出油率（Y）：

式中，m為經(jīng)過澄清、除雜、干燥、除水得到純棕油質(zhì)量（kg），M為處理的油棕果粒質(zhì)量（kg）。

表1 油棕果核果肉分離影響因素水平Table 1 Levels of influencing factors for the separation of kernel and pulp of oil palm fruit

表2 油棕果核果肉分離影響因素研究試驗(yàn)方案Table 2 Study on the factors affecting the separation of kernel and pulp of oil palm fruit

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 不同作業(yè)時(shí)間對(duì)分離效果的影響 由表3可知，當(dāng)單次處理量固定為15 kg，刀軸轉(zhuǎn)速固定為200 r/min時(shí)，分離率隨著工作時(shí)間的增長而增大。作業(yè)時(shí)間4 min時(shí)，分離率僅有64.42%，6 min時(shí)分離率明顯提升至87.93%，8 min時(shí)分離率為94.83%，當(dāng)作業(yè)時(shí)間超過8 min后分離率沒有明顯變化，分別為96.32%、96.62%。可見，作業(yè)時(shí)間以8～10 min為最佳。

2.1.2 不同處理量對(duì)分離效果的影響 由表4可知，當(dāng)作業(yè)時(shí)間固定為8 min、刀軸轉(zhuǎn)速固定為200 r/min時(shí)，分離率隨著處理量增大而降低。處理量在13～19 kg時(shí)分離率緩慢降低，當(dāng)處理量為21 kg時(shí)分離率明顯下降。在保證生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)上，處理量以17 kg左右為最佳。

2.1.3 不同刀軸轉(zhuǎn)速對(duì)分離效果的影響 由表5可知，隨著刀軸轉(zhuǎn)速的提高分離率也相應(yīng)提高，即分離效果越來越好。當(dāng)作業(yè)時(shí)間為8 min、處理量為17 kg時(shí)，刀軸轉(zhuǎn)速提高超過250 r/min后分離率趨于平穩(wěn)?？梢姡遁S轉(zhuǎn)速以250～300 r/min之間為最佳。

表3 不同作業(yè)時(shí)間對(duì)油棕果肉分離率的影響Table 3 Effects of different working time on the separation rate of oil palm pulp

表4 不同處理量對(duì)油棕果肉分離率的影響Table 4 Effects of different handling capacity on separation rate of oil palm pulp

表5 不同刀軸轉(zhuǎn)速對(duì)油棕果肉分離率的影響Table 5 Effect of different rotation speed of cutter shaft on separation rate of oil palm pulp

2.2 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，取T1、T2、T3分別為8、9、10 min，取W1、W2、W3分別為15、17、19 kg，取V1、V2、V3分別為 250、275、300 r/min。根據(jù)表2方案進(jìn)行試驗(yàn)，得到對(duì)應(yīng)的分離率如表6所示。分析作業(yè)時(shí)間T各水平對(duì)分離率的影響，由表2可知，T1反映在1、2、3號(hào)試驗(yàn)中，T2反映在4、5、6號(hào)試驗(yàn)中，T3反映在7、8、9號(hào)試驗(yàn)中。T1對(duì)應(yīng)的分離率之和為：KT1=y1+y2+y3=96.34+93.61+94.07=284.02、kT1=KT1/3=94.67；T2對(duì)應(yīng)的分離率之和為：KT2=y4+y5+y6=96.07+96.46+93.59=286.10、kT2=KT2/3=95.37；T3對(duì)應(yīng)的分離率之和為：KT3=y7+y8+y9=96.99+97.54+94.4=288.93、kT3=KT3/3=96.31。

根據(jù)正交試驗(yàn)特點(diǎn)，對(duì)T1、T2、T3來講，3組試驗(yàn)條件完全一致（綜合可比性），可進(jìn)行直接比較。若作業(yè)時(shí)間對(duì)分離率無影響，那么kT1、kT2、kT3應(yīng)該相等，但從以上計(jì)算可知kT1、kT2、kT3實(shí)際上不相等，說明作業(yè)時(shí)間對(duì)分離率有影響。因此，根據(jù)kT1、kT2、kT3大小，可以判斷T1、T2、T3對(duì)分離率影響的大小。由于分離率越大油棕果核果肉分離效果越好，而kT1＜kT2＜kT3，所以可判定T1為作業(yè)時(shí)間最優(yōu)水平。

同理，可以計(jì)算并確定W3、V1分別為處理量W與刀軸轉(zhuǎn)速V兩因素的最優(yōu)水平。3個(gè)因素的最優(yōu)水平組合為T1W3V2，即油棕果核果肉分離機(jī)最優(yōu)工作條件為作業(yè)時(shí)間8 min、處理量19 kg、刀軸轉(zhuǎn)速275 r/min。

根據(jù)極差大?。ū?），可以判斷各因素對(duì)分離率影響的主次關(guān)系，即處理量＞作業(yè)時(shí)間＞刀軸轉(zhuǎn)速，因此，處理量對(duì)油棕果肉分離率的影響最大，其次是作業(yè)時(shí)間，刀軸轉(zhuǎn)速影響較小。

2.3 壓榨試驗(yàn)

利用油棕果搗碎罐處理19 kg殺酵過的油棕果，得到果核果肉混合物，參照文獻(xiàn)［20］得出的最優(yōu)參數(shù)，采用壓榨溫度95℃、壓榨時(shí)間25 min、壓榨壓力6.5 kN進(jìn)行壓榨試驗(yàn)，得出出油率為22.97%。利用油棕果果核分離機(jī)，采用上述試驗(yàn)得到的最佳配合參數(shù)，處理19 kg殺酵過的油棕果，得到13.66 kg油棕果肉。采用相同的壓榨條件進(jìn)行壓榨試驗(yàn)，計(jì)算得出出油率為38.77%。經(jīng)過多組重復(fù)試驗(yàn)得出混合壓榨出油率為22%～27%，利用純果肉進(jìn)行壓榨出油率為35%～40%。本試驗(yàn)結(jié)果表明，油棕去核后壓榨比傳統(tǒng)混合壓榨出油率明顯提高約30%。

表6 油棕果核肉分離試驗(yàn)結(jié)果分析Table 6 Analysis on the experimental results of separation of oil palm kernel and pulp

3 討論

棕櫚油的生產(chǎn)加工一直以來采用的主流加工工藝為機(jī)械加工。調(diào)查發(fā)現(xiàn)我國油棕年產(chǎn)量還不到65萬t，且面積分散［21］，研究小型棕櫚油加工生產(chǎn)設(shè)備有利于我國油棕產(chǎn)業(yè)發(fā)展。劉智強(qiáng)等［22］研制的小型臥式油棕殺酵設(shè)備、李玉林等［23］研制的5T-200型油棕果脫果機(jī)、鄭爽等［10］研制的蒸汽加熱油棕果搗碎機(jī)、李國杰等［11］研制的6YL-180型油棕果榨油機(jī)為我國油棕加工產(chǎn)業(yè)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。張玉峰等［14］研究發(fā)現(xiàn)蒸煮殺酵有利于提高棕櫚油品質(zhì)。鄧干然等［15］研究不同殺酵條件對(duì)油棕果肉出油率的影響，李國杰等［16］研究不同壓榨條件對(duì)油棕果肉出油率的影響，研究目的與本試驗(yàn)相同，均以提高出油率為目標(biāo)，為小型油棕加工生產(chǎn)設(shè)備提供數(shù)據(jù)支持。劉智強(qiáng)等［17］研發(fā)的一種簡易油棕果加熱搗碎分離機(jī)與本研究出發(fā)點(diǎn)一致，提出在油棕加工搗碎環(huán)節(jié)將果核、果肉分離，改變傳統(tǒng)混合壓榨為純果肉壓榨。本研究著重分析了作業(yè)時(shí)間、處理量、刀軸轉(zhuǎn)速對(duì)油棕果果肉分離率的影響，果肉分離率越高，棕櫚油損失越少，對(duì)應(yīng)的壓榨出油率越高。

4 結(jié)論

通過試驗(yàn)，明確油棕果肉搗碎過程中影響油棕果核、果肉分離的主要因素及相關(guān)關(guān)系，得出對(duì)分離效果影響最大的是處理量，其次是作業(yè)時(shí)間，刀軸轉(zhuǎn)速影響較小。得到影響油棕果果核、果肉分離各因素的最優(yōu)組合，即作業(yè)時(shí)間8 min、處理量19 kg、刀軸轉(zhuǎn)速275 r/min。分離后的油棕果肉進(jìn)行壓榨試驗(yàn)，出油率明顯提高，工作能耗降低，多次重復(fù)試驗(yàn)出渣流暢，且出油率達(dá)35%～40%，比傳統(tǒng)果核果肉混合壓榨出油率提高30%左右，明顯減少殘油浪費(fèi)，具有很好的市場應(yīng)用前景。該技術(shù)因分離后的油棕果肉不含果核，不用考慮壓榨壓力過大對(duì)果核的破壞，可以采用較大的壓榨壓力、匹配合適的壓榨時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)，在提高出油率的同時(shí)可較好提高生產(chǎn)效率。