高浩云,林有志

(1.陜西正泉糧農(nóng)科技有限公司，陜西 咸陽 713100； 2.福建省儲備糧管理有限公司，福州 350001)

我國是世界上主要產(chǎn)棉國，2018年全國棉花產(chǎn)量609.6萬t，比2017年增加44.4萬t，增長7.8%[1]。我國每年棉籽產(chǎn)量約為995萬t，棉籽是一種優(yōu)質(zhì)的油脂、蛋白資源，棉籽中脂肪含量14%～26%，蛋白含量25～30%，糖類含量25%～30%，粗纖維含量12%～20%，灰分含量3%～6.4%，游離棉酚含量0.5%～0.1%[2]。棉仁占棉籽的50%～55%[2]。

傳統(tǒng)的棉籽制油生產(chǎn)過程中，棉籽中的部分游離棉酚會與磷脂和氨基酸結(jié)合生成兩種不同的結(jié)合棉酚。與磷脂結(jié)合生成的結(jié)合棉酚一般隨油脂一起，而與氨基酸結(jié)合生成的結(jié)合棉酚，是蛋白質(zhì)在一定溫度、濕度和時間條件下與游離棉酚反應(yīng)生成的一種性質(zhì)穩(wěn)定的物質(zhì)，由于其失去了活性，在消化系統(tǒng)中很難被吸收，可隨糞便排出體外，毒性較低。 結(jié)合棉酚會使棉籽蛋白的營養(yǎng)價值降低。由于生產(chǎn)中還有部分游離棉酚的存在，而這些游離棉酚是具有活性羥基的棉酚，毒性較大，如在飼料配方中含量超過安全界限，將導(dǎo)致動物生長遲緩、中毒、甚至死亡。

在飼料生產(chǎn)配方中除了蛋白含量是配方主要指標(biāo)外，油脂含量也是很關(guān)鍵的指標(biāo)，依據(jù)此要求，將棉仁中的油脂保持，只脫除棉酚，生產(chǎn)一種既有油脂又有蛋白的產(chǎn)品，可降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品價值。

本研究在不斷總結(jié)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，經(jīng)過不斷實(shí)踐，開發(fā)出全脂低溫脫酚棉籽蛋白生產(chǎn)工藝技術(shù)，可提高企業(yè)市場竟?fàn)幜?，有效降低生產(chǎn)成本。

1 全脂低溫脫酚棉籽蛋白生產(chǎn)工藝

棉籽經(jīng)過清理、剝殼、風(fēng)選、調(diào)質(zhì)、軋坯、干燥、脫酚等工段生產(chǎn)出全脂低溫脫酚棉籽蛋白。油脂和棉酚是兩種不同性質(zhì)的物質(zhì)，油脂不溶于水，是典型的非極性物質(zhì)；棉酚分子式帶有多個—OH，棉酚可溶于水，屬極性較強(qiáng)物質(zhì)。根據(jù)相似相容原理，利用甲醇在一定工藝條件下萃取棉仁中的棉酚，再經(jīng)過負(fù)壓低溫脫溶后得到全脂脫酚棉籽蛋白，萃取液經(jīng)過精餾、濃縮得到棉酚、棉子糖和甲醇，甲醇循環(huán)使用[3-4]。

2 主要生產(chǎn)技術(shù)

2.1 棉籽清理、剝殼

2.1.1 工藝流程

2.1.2 棉籽清理

為了降低產(chǎn)品中的灰分和粗纖維，提高蛋白含量，清理尤為重要。原料棉籽使用經(jīng)過脫絨后的光棉籽，除在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生一定的浮絨、灰分、雜質(zhì)，原料本身有一部分不成熟籽粒。傳統(tǒng)清理工藝是采用風(fēng)力清籽機(jī)除去這些雜質(zhì)，達(dá)到清理目的，但由于風(fēng)力清籽機(jī)是根據(jù)物料單位面積質(zhì)量來實(shí)現(xiàn)輕重分離，而棉籽表面通常有一層長短不一的棉絨，會使同等品質(zhì)棉籽質(zhì)量不同，傳統(tǒng)風(fēng)選無法徹底將合格的原料選出，只能選出雜質(zhì)、石塊、浮絨，不能選出一些不成熟籽粒和同等大小的有機(jī)雜質(zhì)。

本工藝根據(jù)物質(zhì)比重的原理研發(fā)了比重式分選機(jī)，將其運(yùn)用在棉籽清理中，將不同比重的棉籽按等級分離，選出不同規(guī)格的符合生產(chǎn)要求的棉籽，進(jìn)行分類加工。

2.1.3 棉籽剝殼

剝殼是將棉籽外殼與棉仁分離開，并盡可能避免產(chǎn)生粉末，因此剝殼的關(guān)鍵是選擇合適的剝殼設(shè)備。目前針對棉籽剝殼的設(shè)備主要有圓盤剝殼機(jī)、齒輥剝殼機(jī)、刀板剝殼機(jī)。本工藝選擇刀板剝殼機(jī)，并在結(jié)構(gòu)上做了改進(jìn)，延長了設(shè)備的剝殼時間，改進(jìn)后的剝殼機(jī)在剝殼的整仁率上高于其他設(shè)備，整仁率可達(dá)93%以上，粉末度小于3%。

2.1.4 仁殼分離

仁殼分離的好壞，直接關(guān)系到產(chǎn)品蛋白、灰分、粗纖維的指標(biāo)好壞，同時也影響蛋白產(chǎn)品的出品率。傳統(tǒng)的仁殼分離工藝是絞龍篩和平篩兩級篩選，都屬于機(jī)械篩選，由于物料變化多樣，因此造成分離不徹底，而且棉仁中夾有一部分游離的短棉絨。為克服這些問題，通過完善分離工藝，采用階梯篩、平篩、精選器可將棉仁中的殼、粉、短棉絨徹底分離，得到干凈的棉仁。

2.2 棉仁預(yù)處理

2.2.1 工藝流程

棉仁→軟化調(diào)質(zhì)→軋坯→干燥

2.2.2 調(diào)質(zhì)

調(diào)質(zhì)的主要目的是改善棉仁的可塑性，保障軋坯工藝條件的同時最大限度降低蛋白變性及游離棉酚與氨基酸反應(yīng)產(chǎn)生結(jié)合棉酚，因此選擇合適的操作參數(shù)非常關(guān)鍵。

在生產(chǎn)中，開啟軟化鍋各層蒸汽預(yù)熱設(shè)備后將棉仁加入立式軟化鍋，通過調(diào)整料層高度控制軟化時間，按投入棉仁量及棉仁水分用計量泵泵入軟化水，調(diào)整各層蒸汽閥門使棉仁出料溫度和水分在設(shè)定范圍內(nèi)，如表1所示。

表1 生產(chǎn)線調(diào)質(zhì)操作參數(shù)

從表1可以看出，棉仁在調(diào)質(zhì)過程中水分、溫度都會對棉籽蛋白KOH蛋白質(zhì)溶解度和游離棉酚含量指標(biāo)產(chǎn)生一定波動，但這個波動在確定工藝條件內(nèi)并不顯著。生產(chǎn)中可按表1選擇操作工藝參數(shù)。

從實(shí)際生產(chǎn)線來看，本工段對調(diào)質(zhì)設(shè)備有較高的要求，不同結(jié)構(gòu)的設(shè)備其操作控制難度、指標(biāo)穩(wěn)定性都有較大的區(qū)別。

2.2.3 軋坯

軋坯是對調(diào)質(zhì)后的棉仁進(jìn)行機(jī)械碾壓，使棉仁的細(xì)胞壁最大限度被破壞，提高棉酚的萃取效率。本工段為物理加工過程，棉仁物理性質(zhì)需要滿足要求，即軋坯的棉仁內(nèi)外熟化度、可塑性、水分等指標(biāo)要求嚴(yán)格，通常情況下水分控制在9%～11%。

2.2.4 干燥

干燥是將軋坯后水分在9%～11%的棉仁坯片干燥到水分為4.5%以內(nèi)，提高脫酚時溶劑的滲透性和減少蛋白在水和甲醇作用下膨脹的問題，滿足脫酚工段要求。干燥采用熱風(fēng)干燥，能很好地保證物料干燥的均勻性，對提高KOH蛋白質(zhì)溶解度也有一定效果。

2.3 脫酚

2.3.1 工藝流程

2.3.2 脫酚

脫酚過程是從棉仁坯片中萃取棉酚、棉子糖的過程，脫酚用的溶劑為甲醇。根據(jù)實(shí)踐，脫酚的溫度、時間、溶劑投放量、溶劑濃度、坯片的水分、粉末度等對脫酚效果都有不同程度的影響。

調(diào)整脫酚時間在80～100 min、溶劑投入料液比1∶5、脫酚溫度(汽相溫度)不高于45℃、坯片水分小于4.5%、粉末度小于8%、甲醇純度在93%～95%，在此工藝條件下生產(chǎn)的蛋白棉酚含量小于400 mg/kg，同時也可有效控制蛋白醇變性，實(shí)測醇變性在5%～12%之間。

2.3.3 濕粕脫溶

根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，脫酚后的濕粕殘溶一般在40%～50%，含溶較高，直接脫溶，烘干機(jī)加熱面積大，烘干時間長，部分物料與烘干機(jī)盤面高溫區(qū)長時間的接觸，造成蛋白熱變性嚴(yán)重的同時蒸汽消耗量也增大，回收系統(tǒng)中冷凝器面積配置也因此增大。

本工藝將脫酚后的濕粕經(jīng)過連續(xù)液壓擠壓機(jī)將濕粕殘溶降到25%以內(nèi)，擠壓出的溶劑可直接投入脫酚器中循環(huán)使用，擠壓后的物料在負(fù)壓的烘干機(jī)內(nèi)低溫脫除溶劑，使最終棉籽蛋白KOH蛋白質(zhì)溶解度保持在65%以上。采用擠壓脫溶工藝除降低濕粕殘溶外還可有效控制棉酚含量，減少甲醇投入量，降低蛋白醇變性。

2.3.4 甲醇回收利用

提取棉酚后的混合液中含有雜質(zhì)、棉子糖、棉酚等物質(zhì)，雜質(zhì)主要是生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的細(xì)小棉粉，要達(dá)到甲醇循環(huán)利用的目的，需將含雜質(zhì)的甲醇提純到能滿足生產(chǎn)要求的標(biāo)準(zhǔn)。

工藝設(shè)計首先除去混合液的雜質(zhì)，選用離心分離、機(jī)械過濾、輔助沉淀三級分離工藝，可脫除95%以上的雜質(zhì)。分離后的甲醇混合液先經(jīng)過蒸餾釜，蒸餾除去混合液中的糖、棉酚，再經(jīng)過精餾回收系統(tǒng)將甲醇提純到生產(chǎn)需要的濃度標(biāo)準(zhǔn)。在整個甲醇提純回收過程中，采用負(fù)壓以減少冷凝器配置面積、降低蒸汽消耗。

3 結(jié)束語

生產(chǎn)實(shí)踐證明，全脂低溫脫酚棉籽蛋白工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品棉酚含量低于400 mg/kg、蛋白含量大于43%、灰分小于6%、粗纖維含量小于10%、粗脂肪含量大于25%，能夠滿足飼料行業(yè)的要求。

全脂低溫脫酚棉籽蛋白是一種新型棉籽蛋白產(chǎn)品，與傳統(tǒng)的棉籽蛋白相比，蛋白產(chǎn)品中既有油脂又有蛋白，生產(chǎn)工藝簡化，生產(chǎn)成本大幅下降，產(chǎn)品價值提升，為棉籽加工提供一種新的方法。