棉仁低温压榨饼己烷/甲醇分步浸出工艺研究

中国油脂CHINA OILS AND FATS2009 Vol 34 No 11油脂加工棉仁低温压榨饼己烷/甲醇分步浸出工艺研究刘大川,邹丽娟(武汉工业学院食品科学与工程学院,武汉43003)摘要:以棉仁低温压榨饼为原料,采用己烷浸岀脱脂,然后用甲醇浸出脱除棉酚,制备棉耔蛋白粉。以粕中残油率、游离棉酚含量为考察指标,通过单因素实验和正交实验,确定已烷脱脂最佳浸出工艺条件为:浸出温度55℃,原料粒度0.75cm,水分9%以下,料液比1:1.2,浸出次数8次(每次15min);甲醇脱酚最佳浸出工艺条件为:浸出温度60℃,粒度0.75cm,料液比1:1.3,浸出次数6次(每次15min)。在最佳脱脂脱酚工艺条件下,制得棉耔蛋白粉,其残油率为0.52%,游离棉酚含量为250mg/kg,粗蛋白含量达到52.10%(N×6.25,干基)。关键词:棉仁低温压榨饼;己烷;甲醇;分步浸出中图分类号:T224.4文献标志码:A文章编号:1003-7969(200)11-0008-04Stepwise solvent extraction of low temperature pressed cottonseedcake with hexane and methanolLIU Dachuan, ZOU LijuanDepartment of Food Science and Engineering, Wuhan Polytechnic University, Wuhan 430023, China)Abstract: Hexane was used as a solvent to extract cottonseed oil from low temperature pressed cottonseedcake, and then methanol was used as a solvent to extract gossypol to prepare cottonseed protein. Throughsingle factor experiments and orthogonal experiments, the optimal conditions of extracting oil were as follows: temperature 55C, granule size 0. 75 cm, moisture content of raw material below 9%, ratio of mate-rial to liquid 1: 1. 2, extraction times 8(once 15 min); the optimal conditions of extracting gossypol wereas follows: temperature 60C, granule size of material 0. 75 cm, ratio of material to liquid 1:1. 3, extractiontimes 6(once 15 min). In these conditions, the finished cottonseed protein with 52. 10% protein content(N 6.25, dry basis),0.52% residual oil and 250 mg/kg free gossypol content could beKey words: low temperature pressed cottonseed cake; hexane; methanol; stepwise extraction棉籽不仅是我国重要的油料资源也是我国丰在毛油中溶解度小2,且在饼粕中毒性较小。因富的饲用蛋白资源。脱壳脱脂棉粕中粗蛋白含量可此,开发棉籽蛋白粉,必须脱除饼粕中所含的棉酚达50%以上。棉籽中含有0.15%-1.8%的棉酚,(主要是游离棉酚)它是一种有毒的酚型色素,主要存在于棉仁的球形棉籽饼粕脱除棉酚的方法主要有:添加化学剂色腺体内。棉酚有游离状态和结合状态两种形式,去毒法发酵处理去毒法和溶剂浸出法。在溶剂浸具有活性醛基和活性羟基的棉酚为游离棉酚,对人出法中已经形成工业化生产规模的有乙醇己烷混和单胃动物毒性较大,在制油过程中转入毛油和饼合溶剂浸出法丙酮浸出法、己烷/甲醇分步浸出法粕中,未经精炼的油不能食用,而未经脱毒的饼粕不等。己烷/甲醇分步浸出法,其工艺是将光棉籽能用作单胃动物饲料。结合棉酚是游离棉酚在蒸炒经清理剥壳及仁壳分离、棉仁轧坯烘干后用6号过程中与棉仁中蛋白质、磷脂糖类结合的产物,其溶剂油浸出制油湿粕进入脱酚浸出器用甲醇萃取棉酚,经挤压、低温干燥粉碎过筛后制得棉籽蛋白收稿日期:2009-08-11粉。该产品粗蛋白含量达50%以上,游离棉酚含量作者简介:刘大川(1943),男教授主要从事油脂及植物蛋小于0.04%。但由于是用棉仁生坯直接浸出脱脂,白方面的研究工作。棉仁生坯容重小且含油率高,为了保证产品中残油中国油脂2009年第34卷第11期CHINA OILS AND FAT率低,不得不用处理量大的浸出设备从而使设备投55℃下浸出若干次(每次15min)后卸出浸出湿资和生产成本大大增加。粕,直至湿粕中溶剂挥发完全,测定脱脂粕中残油本研究采用棉仁低温压榨饼为原料低温压榨率。饼由脱壳棉仁于65℃以下温度直接用低温螺旋榨1.4.1.2甲醇浸出脱脂粕中游离棉酚依照实验油杋压榨所得。由于压榨温度低,棉仁中游离棉酚所得的最佳脱脂浸出工艺条件制备脱脂棉粕准确不会与蛋白质结合生成结合棉酚,这将有利于甲醇称取适量的脱脂棉粕装入渗滤式玻璃浸出器中按从脱脂棉粕中浸岀游离棉酚;另外,由于棉仁低温压一定的料液比加入一定体积的甲醇调节浸出温度、榨饼比棉仁生坯残油率低,容重大故可以配置处理粒度大小浸出次数等,卸出浸出湿粕直至溶剂挥发量适合的浸出设备,从而可使设备投资和生产成本完全测定脱脂脱酚棉粕中游离棉酚含量。得以大大降低。本实验主要探讨棉仁低温压榨饼己1.4.2检测方法粗蛋白测定(凯氏定氮法):GB烷脱脂和脱脂粕甲醇脱酚的工艺条件,为工业化生5511-19854;粗脂肪测定(素氏抽提法)产提供依据。GB5512-19854;水分测定(105℃恒重法):GB1材料与方法13101-19914;游离棉酚含量的测定:参照文献1.1实验材料[5],用可见分光光度计游离棉酚与苯胺反应生成棉仁低温压榨饼:安陆天鑫粮油机械设备有限苯胺棉酚,在最大吸收波长440mm处进行比色测公司提供,系采用含油率23.6%、水分10.02%、含定。壳率小于10%的棉仁生坯直接用LYZX.24型低温·2结果与讨论螺旋榨油机在入榨温度42℃下压榨所得。其主要2.1己烷浸出棉仁低温压榨饼的单因素实验成分见表1。2.1.1原料水分对浸出粕中残油率的影响将原衰1棉仁低温压榨饼的主要成分料棉仁低温压榨饼破碎成粒度为1cm,在真空烘+粗蛋白含量水分含量饼中残油率游离棉酚含量箱分别烘0、1.0、1.52.0、25h,取出测其水分含x6.25,干基)/%/%/( mg/kg量,然后装入渗滤式玻璃浸出器以己烷为溶剂进44.7Ill.129.7行浸出,浸出温度55℃,料液比1:1.2,浸出次数81.2主要试剂次(每次15min),浸出后测定粕中残油率,见图1己烷、甲醇试剂为化学纯,石油醚、丙酮、苯胺、硫酸铜、硫酸钾、浓硫酸、氢氧化钠、盐酸、碳酸钠、硼酸等试剂均为分析纯。1.3实验设备CzX-GF101-MBS电热恒温鼓风干燥箱,电热恒温水浴锅,HYP消化炉,电子万用炉,微量凯氏定氮仪,双频超声波清洗机,7200型可见分光光度计,RE52CS旋转蒸发器,SH-Ⅲ型循环水真空泵,原料水分/%DZF-6050型真空干燥箱,电子分析天平,SHA-C图1原料水分对浸出粕中残油率的影响水浴恒温振荡器,SYC-15B超级恒温水浴,渗滤式由图1可见,随着原料水分的降低,粕中残油率玻璃浸出器,索氏抽提器,高速万能粉碎机, SCOUT降低,但是当原料水分低于9%以后,粕中残油率的sCA210型电子天平,501型超级恒温器。降低已经趋缓。所以浸出原料水分只需控制在9%1.4实验方法以内即可达到较好的浸出效果。1.4.1棉仁低温压榨饼已烷/甲醇分步浸出工艺路2.1.2原料粒度对浸出粕中残油率的影响将原线棉仁低温压榨饼→己烷脱脂→脱己烷→甲醇脱料破碎成0.50.75、1.0、1.5、2.0cm5种粒度,水酚→脱甲醇→棉籽粕→粉碎→棉籽蛋白粉。分9%以下,以己烷为溶剂进行浸出,浸出温度4.1.1己烷浸出棉仁低温压榨饼将棉仁低温55℃,料液比1:1.2,浸出次数8次(每次15min),压榨饼破碎成所需粒度,置于真空干燥箱烘至一浸出后测定粕中残油率,见图2。定水分,准确称取适量的棉籽饼,装入渗滤式玻璃由图2可见,粕中残油率随着原料粒度的增大浸出器按一定的料液比加入一定体积的己烷,于而提高,在粒度为0.5~0.75cm时,粕中残油率即中国油脂CHINA OILS AND FATS200Vol.34No.1可达到1%以下,但是考虑到工业生产时原料粒度而逐渐降低。由于甲醇的沸点为64℃,如果浸出温不能太小,粒度过小会造成较多的粉末影响溶剂向度达到或高于64℃,将会导致甲醇汽化,浸出操作物料内部渗透扩散也影响混合油的渗滤所以选择难以进行。因此,选择浸出温度为50~60℃的范围原料粒度为0.75cm作为后续正交实验的水平区间,具体选择50、5560℃作为该因素的3个水平。粒度/cm图2原料粒度对浸出粕中残油率的影响温度/℃2.1.3浸出次数(时间)对浸出粕中残油率的影响图4浸出温度对浸出粕中游离棉酚含量的影响原料水分9%以下,粒度0.75cm,浸出温度222料液比对脱脂柏中游离棉酚浸出效果的影响55℃,料液比1:1.2,浸出次数分别取67、89、10脱脂粕原料在浸出温度60℃,粒度075cm的条件次(每次15mn)进行浸出实验浸出后测定粕中残下,用甲醇浸出5次(每次5mn),分别取料液比为油率,见图3。l:1.0、1:.I、1:1.2、1:l.3、1:1.4进行浸出,浸出后测定粕中游离棉酚含量,见图5。浸出次数1:1.0I:1.11:1.21:l.31:14l:5图3浸出次数对浸出柏中残油率的影响料液比由图3可见,粕中残油率随着浸出次数的增加图5料液比对浸出柏中游离棉酚含量的影响而逐渐降低,但是当浸出次数多于8次以后,粕中残由图5可见,粕中游离棉酚含量随着料液比的增油率基本保持不变或者降低很少。考虑到工业生产加而逐渐降低,即浸出溶剂甲醇的用量越大浸出效的经济性,选择浸出次数为8次(每次15min)果越好。但是考虑后续回收甲醇的工作量及经济性2.1.4棉仁低温压榨饼己烷浸出的最佳工艺条件故选择料液比为1:L1~1:1.3的范围作为后续正交通过单因素实验,可以得出采用己烷为溶剂浸出实验的水平区间,具体选择1:1.1、1:12、1:1.3作为棉仁低温压榨饼的最佳工艺条件为:浸出温度该因素的3个水平。55℃,原料粒度0.75cm,水分9%以下,料液比22.3浸出次数(时间)对脱脂粕中游离棉酚浸出1:1.2,浸出8次(每次15min)。效果的影响在浸出温度60℃,料液比1:1.2,原料2.2甲醇浸出脱脂粕中游离棉酚的单因素实验粒度0.75cm的条件下,浸出次数分别取23、4、522.1没出温度对脱脂粕中游离棉酚浸出效果的6次(每次15mn)进行浸出实验浸出后测定粕中影响以最佳浸出条件下制备的脱脂粕为原料,在游离棉酚含量,见图6。原料粒度0.75cm,料液比1:1.1,浸出5次(每次15由图6可见,粕中游离棉酚含量随着浸出次数min)条件下,用甲醇进行溶剂浸出,分别取45、50、的增加而逐渐降低浸出次数越多,即浸出时间越55、6064℃进行脱酚实验,浸出后测定粕中游离棉长,则浸出效果越好。因此,选择浸出次数4~6次酚含量,见图4的范围作为正交实验的水平区间,具体选择浸出次由图4可见游离棉酚含量随着浸出温度升高数为456次作为该因素的3个水平。中国油脂2009年第34卷第ll期CHINA OIIS AND FATS次15min))和2.3正交实验得出的甲醇脱酚最优工艺条件(浸出温度60℃,料液比1:1.3,浸出次数为6(每次15min))进行重复实验,制得棉仁脱脂脱酚粕,将其粉碎后即得棉籽蛋白粉产品,其主要成分见表4表4棉籽蛋白粉的主要成分粗蛋白含量水分含量残油率游离棉酚含量浸出次数(Nx6.25,千基)/%%o /(mg/kg)图6浸出次数对浸出粕中游离棉酚含量的影响2.3甲醇浸出脱脂粕中游离棉酚的正交实验与原料棉仁低温压榨饼相比较,所得棉籽蛋白在单因素实验基础上,进行正交实验优化脱脂粉产品的残油率从原料的9.7%降至0.52%,游离棉酚含量从146mg/kg降至250mg/kg,水分含量棉粕甲醇浸出脱酚的工艺条件,其因素水平见表2,基本不变粗蛋白含量从4.171%(N×6.25,千基)正交实验及极差分析见表3。表2因素水平表提高到52.10%(Nx6.25,干基),取得了良好的浸水平因素出效果A浸出温度/℃B料液比C浸出次数3结论(1)以棉仁低温压榨饼为原料,采用双溶剂分步脱脂脱酚工艺,即用己烷浸出棉仁低温压榨饼中606油脂再用甲醇浸出脱脂棉粕中游离棉酚制备棉籽表3正交实验结果及极差分析蛋白粉的生产工艺是可行的,可以作为棉籽蛋白粉生产的一项节能降耗新技术予以开发。实验号A游离棉酚含量(2)通过单因素实验和正交实验,确定己烷脱脂的最佳浸出工艺条件为:浸出温度55℃,原料粒度0.75cm,水分9%以下,料液比1:1.2,浸出次数8274.4次(每次15mn);甲醇脱酚的最佳浸出工艺条件2为:浸出温度60℃,粒度0.75cm,料液比出次数6次(每次15min)。310.5267.5(3)在最佳脱脂脱酚工艺条件下,制得棉籽蛋259.6白粉产品,其残油率从原料的9.7%降至0.52%,游310.2离棉酚含量从1446mg/kg降至250mg/kg,粗蛋白含量从44.71%(N×6.25,干基)提高到52.10%k2279.8289.6294.3(N×6.25,干基),取得了良好的浸出效果。k3279.1262.6参考文献:24.639.3[l]刘大川植物蛋白工艺学M].北京:中国商业出版社,从表3可以看出,采用甲醇溶剂脱除游离棉酚,影响浸出效果的主次因素依次是:浸出次数(C)[2]刘大川,苏望懿.食用植物油与植物蛋白[M].北京:化料液比(B)>浸出温度(A);在原料粒度为0.75学工业出版社,2001cm条件下,最佳组合为A3B3C3,即浸出温度60℃[3]祝强刘进才唐金泉.一种新的棉籽脱酚生产工艺[刀]中国油脂,2004,29(1):68-70.料液比1:1.3,浸出次数6次(每次15min)[4]王肇慈粮油食品品质分析[M].北京:中国轻工业出版2.4重复实验及产品成分分析社,20依据2.14已烷对棉仁低温压榨饼浸出脱脂的[5]冯罄,武运李焕荣,等.液-液-固三相萃取法提取棉最佳工艺条件(浸出温度55℃,原料粒度0.75cm,耔脱酚蛋白的质量监控研究[叮].粮油加工,2008(9):原料水分9%以下,料液比1:12,浸出次数8次(每