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机械压榨浸出水溶剂超临界流体萃取法制油优缺点及工作原理

发布时间：

2015-07-06

　　机械压榨法制油，就是借助机械外力把油脂从料坯中挤压出来的过程。

　　压榨法取油特点：

　　工艺简单，配套设备少，对油料品种适应性强，生产灵活，油品质量好，色泽浅，风味纯正。但压榨后的饼残油量高，出油效率较低，动力消耗大，零件易损耗。

　　一、压榨法制油的基本原理

　　1、压榨过程

　　在压榨取油过程中，榨料坯的粒子受到强大的压力作用。致使其中油脂的液体部分和非脂物质的凝胶部分分别发生2个不同的变化，即油脂从榨料空隙中被挤压出来和榨料粒子经弹性变形形成坚硬的油饼。

　　油脂从榨料中被分离出来的过程：在压榨的开始阶段，粒子发生变形并在个别接触处结合，粒子间空隙缩小，油脂开始被压出；在压榨的主要阶段，粒子进一步变形结合，其内空隙缩得更小，油脂大量压出。压榨的结束阶段，粒子结合完成，其内空隙的横截面突然缩小，油路显着封闭，油脂已很少被榨出。解除压力后的油饼，由于弹性变形而膨胀，其内形成细孔，有时有粗的裂缝，未排走的油反而被吸入。

　　油饼的形成过程：在压榨取油过程中，油饼的形成是在压力作用下，料坯粒子问随着油脂的排出而不断挤紧，由粒子问的直接接触、相互间产生压力而造成某粒子的塑性变形，尤其在油膜破裂处将会相互结成一体。榨料已不再是松散体而开始形成一种完整的可塑体，称为油饼。油饼的成型是压榨制油过程中建立排油压力的前提，更是压榨制油过程中排油的必要条件

　　2、压榨法制油的基本原理

　　压榨过程中，压力、黏度和油饼成型是压榨法制油的三要素。压力和黏度是决定榨料排油的主要动力和可能条件，油饼成型是决定榨料排油的必要条件

　　（1）排油动力榨料受压之后，料坯间空隙被压缩，空气被排出，料坯密度迅速增加，发生料坯互相挤压变形和位移的运动状态。这样料坯的外表面被封闭，内表面的孔道迅速缩小。孔道小到一定程度时，常压液态油变为高压油。高压油产生了流动能量。在流动中，小油滴聚成大油滴，甚至成独立液相存在料坯的问隙内。当压力大到一定程度时，高压油打开流动油路，摆脱榨料蛋白质分子与油分子、油分子与油分子的摩擦阻力，冲出榨料高压力场之外，与塑性饼分离。

　　压榨过程中，黏度、动力表现为温度的函数。榨料在压榨中，机械能转为热能，物料温度上升，分子运动加剧，分子间的摩擦阻力降低，表面张力减少，油的黏度变小，从而为油迅速流动聚集与塑性饼分离提供了方便。

　　（2）排油深度压榨取油时，榨料中残留的油量可反映排油深度，残留量愈低，排油深度愈深。排油深度与压力大小、压力递增量、黏度影响等因素有关。

　　压榨过程中，必须提供一定的压榨压力使料坯被挤压变形，密度增加，空气排出，间隙缩小，内外表面积缩小。压力大，物料变形也就大。

　　压榨过程中，合理递增压力，才能获得好的排油深度。在压榨中，压力递增量要小，增压时间不过短。这样料间隙逐渐变小，给油聚集流动以充分时间，聚集起来的油又可以打开油路排出料外，排油深度方可提高。土法榨油总结“轻压勤压”的道理适用于一切榨机的增压设计。

　　（3）油饼的成型排油的必要条件就是饼的成型。如果榨料塑性低，受压后，榨料不变形或很难变形，油饼不能成型，排油压力建立不起来，坯外表面不能被封闭，内表面孔道不被压缩变小，密度不能增加。在这种状况下，油不能由不连续相变为连续相，不能由小油滴聚为大油滴，常压油不能被封闭起来变为高压油，也就产生不了流动的排油动力，排油深度也就无从谈起。饼的顺利成型，是排油必要条件。料坯受压形成饼，压力可以顺利建立起来，适当控制温度，减少排油阻力，排油深度就会提高。

　　饼能否成型，与以下因素有关：①物料含水量要适当，温度适当，求得物料有一定的受压变形可塑性，抗压能力减小到一个合理数值，压力作用就可以充分发挥起来；②排渣、排油量适当；③物料应封闭在一个容器内，形成受力而塑性变性的空间力场。

　　浸出法制油，就是用溶剂将含有油脂的油料料坯进行浸泡或淋洗，使料坯中的油脂被萃取溶解在溶剂中，经过滤得到含有溶剂和油脂的混合油。加热混合油，使溶剂挥发并与油脂分离得到毛油，毛油经水化、碱炼、脱色等精炼工序处理，成为符合国家标准的食用油脂。挥发出来的溶剂气体，经过冷却回收，循环使用。

　　浸出法优点：

　　出油率高。采用浸出法制油，粕中残油可控制在1％以下，出油率明显提高，

　　粕的质量好。由于溶剂对油脂有很强的浸出能力，浸出法取油完全可以不进行高温加工而取出其中的油脂，使大量水溶性蛋白质得到保护，饼粕可以用来制取植物蛋白。加工成本低，劳动强度小。其缺点是一次性投资较大；浸出溶剂一般为易燃、易爆和有毒的物质，生产安全性差，此外，浸出制得的毛油含有非脂成分数量较多，色泽深，质量较差。

　　一、浸出法制油的原理

　　油脂浸出过程是油脂从固相转移到液相的传质过程。这一传质过程是借助分子扩散和对流扩散2种方式完成的。

　　1.分子扩散

　　分子扩散是指以单个分子的形式进行的物质转移，是由于分子无规则的热运动引起的。当油料与溶剂接触时，油料中的油脂分子借助于本身的热运动，从油料中渗透出来并向溶剂中扩散，形成了混合油；同时溶剂分子也向油料中渗透扩散，这样在油料和溶剂接触面的两侧就形成了两种浓度不同的混合油。由于分子的热运动及两侧混合油浓度的差异，油脂分子将不断地从其浓度较高的区域转移到浓度较小的区域，直到两侧的分子浓度达到平衡为止。

　　2.对流扩散

　　对流扩散是指物质溶液以较小体积的形式进行的转移。与分子扩散一样，扩散物的数量与扩散面积、浓度差、扩散时间及扩散系数有关。在对流扩散过程中，对流的体积越大，单位时间内通过单位面积的这种体积越多，对流扩散系数越大，物质转移的数量也就越多。

　　油脂浸出过程的实质是传质过程，其传质过程是由分子扩散和对流扩散共同完成的。在分子扩散时，物质依靠分子热运动的动能进行转移。适当提高浸出温度，有利于提高分子扩散系数，加速分子扩散。而在对流扩散时，物质主要是依靠外界提供的能量进行转移。一般是利用液位差或泵产生的压力使溶剂或混合油与油料处于相对运动状态下，促进对流扩散。

　　二、浸出溶剂

　　1、浸出法制油对溶剂的要求

　　（1）油脂有较强的溶解能力在室温或稍高于室温的条件下，能以任何比例很好的溶解油脂，对油料中的其他成分，溶解能力要尽可能地小，甚至不溶。这样就能一方面把油料中的油脂尽可能多地提取出来，另一方面使混合油中少溶甚至不溶解其他杂质，提高毛油质量。

　　（2）既要容易汽化，又要容易冷凝回收为了容易脱除混合油和湿粕中的溶剂，使毛油和成品粕不带异味，要求溶剂容易汽化，也就是溶剂的沸点要低，汽化潜热要小。但又要考虑在脱除混合油和湿粕的溶剂时产生的溶剂蒸汽容易冷凝回收，要求沸点不能太低，否则会增加溶剂损耗，实践证明，溶剂的沸点在65～70℃范围内比较合适。

　　（3）具有较强的化学稳定性溶剂在生产过程中是循环使用的，反复不断地被加热、冷却。一方面要求溶剂本身物理、化学性质稳定，不起变化；另一方面要求溶剂不与油脂和粕中的成分发生化学变化，更不允许产生有毒物质；另外对设备不产生腐蚀作用。

　　（4）在水中的溶解度小在生产过程中，溶剂不可避免要与水接触，油料本身也含有水。要求溶剂与水互不相溶，便于溶剂与水分离，减少溶剂损耗，节约能源。安全性溶剂在使用过程中不易燃烧，不易爆炸，对人畜无毒。在生产中，往往因设备、管道密闭不严和操作不当，会使液态和气态溶剂泄漏出来。因此，应选择闪点高、不含毒性成分的溶剂。

　　水溶剂法制油是根据油料特性，水、油物理化学性质的差异，以水为溶剂，采取一些加工技术将油脂提取出来的制油方法。根据制油原理及加工工艺的不同，水溶剂法制油有水代法制油和水剂法制油2种。

　　水代法制油

　　1、水代法生产原理

　　水代法制油是利用油料中非油成分对水和油的亲和力不同以及油水之间的密度差，经过一系列工艺过程，将油脂和亲水性的蛋白质、碳水化合物等分开。水代法制油主要运用于传统的小磨麻油的生产。芝麻种子的细胞中除含有油分外，还含有蛋白质、磷脂等，它们相互结合成胶状物，经过炒子，使可溶性蛋白质变性，成为不可溶性蛋白质。当加水于炒熟磨细的芝麻酱中时，经过适当的搅动，水逐步渗入到麻酱之中，油脂就被代替出来。

　　2、芝麻水代法制油工艺

　　（1）筛选清除芝麻中的杂质，如泥土、砂石、铁屑等杂质及杂草子和不成熟芝麻粒等。筛选愈干净愈好。

　　（2）漂洗用水清除芝麻中的并肩泥、微小的杂质和灰尘。将芝麻漂洗浸泡1～2h，浸泡后的芝麻含水量为25％～30％。将芝麻沥干，再入锅炒子。浸泡有利于细胞破裂。芝麻经漂洗浸泡，水分渗透到完整细胞的内部，使凝胶体膨胀起来，再经加热炒子，就可使细胞破裂，油体原生质流出。

　　（3）炒子采用直接火炒子。开始用大火，此时芝麻含水量大，不会焦糊；炒至20min左右，芝麻外表鼓起来，改用文火炒，用人力或机械搅拌，使芝麻熟得均匀。炒熟后，往锅内泼炒子量3％左右的冷水，再炒1min，芝麻出烟后出锅。

　　n泼水的作用是使温度突然下降，让芝麻组织酥散，有利于磨酱，同时也使锅烟随水蒸气上扬。

　　n炒好的芝麻用手捻即出油，呈咖啡色，牙咬芝麻有酥脆均匀、生熟一致的感觉。

　　n炒子的作用：使蛋白质变性，有利于油脂取出。芝麻炒到接近200℃时，蛋白质基本完全变性，中性油脂含量最高；超过200C烧焦后，部分中性油溢出，油脂含量降低。此外，在对浆搅油时，焦皮可能吸收部分中性油，所以芝麻炒得过老则出油率降低。炒子生成香味物质，只有高温炒的芝麻才有香味。高温炒子后制出的油，如不再加高温，就能保留住浓郁的香味。这就是水代法取油工艺的主要特点之一。

　　（4）扬烟吹净出锅的芝麻要立即降低温度，扬去烟尘、焦末和碎皮。焦末和碎皮在后续工艺中会影响油和渣的分离，降低出油率。出锅芝麻如不及时扬烟降温，可能产生焦味，影响香油的气味和色泽。

　　（5）磨酱将炒酥吹净的芝麻用石磨或金刚砂轮磨浆机磨成芝麻酱。芝麻酱磨得愈细愈好。把芝麻酱点在拇指指甲上，用嘴把它轻轻吹开，以指甲上不留明显的小颗粒为合格。磨酱时添料要匀，严禁空磨，随炒随磨，熟芝麻的温度应保持在65～75℃，温度过低易回潮，磨不细。石磨转速以30r／min为宜。

　　磨酱的作用：炒子后，内部油脂聚集，处于容易提取的状态（油脂黏度也降低了），经磨细后形成浆状。由于芝麻含油量较高，出油较多，此浆状物是固体粒子和油组成的悬浮液，比较稳定，固体物和油很难通过静置而自行分离。因此，必须借助于水，使固体粒子吸收水分，增加密度而自行分离。

　　磨酱要求愈细愈好，这有两个目的：一是使油料细胞充分破裂，以便尽量取出油脂；二是在对浆搅油时使水分均匀地渗入麻酱内部，油脂被完全取代

　　（6）对浆搅油用人力或离心泵将麻酱泵入搅油锅中，麻酱温度不能低于40℃，分4次加入相当于麻酱重80％～100％的沸水。

　　第一次加总用水量的60％，搅拌40～50min，转速30r／min。搅拌开始时麻酱很快变稠，难以翻动，除机械搅拌外，需用人力帮助搅拌，否则容易结块，吃水不匀。搅拌时温度不低于70℃。到后来，稠度逐渐变小，油、水、渣三者混合均匀，40min后有微小颗粒出现，外面包有极微量的油。

　　第二次加总用水量的20％，搅拌40～50min，仍需人力助拌，温度约为60℃，此时颗粒逐渐变大，外部的油增多，部分油开始浮出。

　　第三次约加总加水量的15％，仍需人力助拌约15min，这时油大部分浮到表面，底部浆呈蜂窝状，流动困难，温度保持在50℃左右。

　　第四次加水（俗称“定浆‘’）需凭经验调节到适宜的程度，降低搅拌速度到10r／min，不需人力助拌，搅拌1h左右，又有油脂浮到表面，此时开始”撇油“。撇去大部分油脂后，最后还应保持7～9mm厚的油层。

　　对浆搅油的作用：加入适宜的加水量才能得到较高的出油率。这是因为麻酱中的非油物质在吸水量适当的情况下，一方面能将油尽可能代替出来，另一方面生成的渣浆黏度和表面张力可达最优条件，振荡分油时容易将包裹在其中的分散油脂分离出来，撇油也易进行。

　　如加水量过少，麻酱吸收的水量不足，不能将油脂较多地顶替出来，且生成的渣浆黏度大，振荡分油时内部的分散油滴不易上浮到表面，出油率低。如加水量过多，除麻酱吸收的水外，多余的水就与部分油脂、渣浆混合在一起，产生乳化作用而不易分离，同时生成的渣浆稀薄，黏度低，表面张力小，撇油时油渣浆容易混合，难以将分离的油脂撇尽，因此也影响出油率。加水量的经验公式如下：

　　加水量=（1一麻酱含油率）×麻酱量×2

　　加水量除与麻酱中的非油物质量直接有关外，还与原料品质、空气相对湿度等因素有关。

　　（7）振荡分油、撇油

　　振荡分油（俗称”墩油“）就是利用振荡法将油尽量分离提取出来。工具是两个空心金属球体（葫芦），一个挂在锅中间，浸入油浆，约及葫芦的2／3；另一个挂在锅边，浸入油浆，约及葫芦的1／2。锅体转速10r／min，葫芦不转，仅作上下击动，迫使包在麻渣内的油珠挤出升至油层表面，此时称为深墩。约50min后进行第二次撇油，再深墩50min后进行第三次撇油。深墩后将葫芦适当向上提起，浅墩约1h，撇完第四次油，即将麻渣放出。撇油多少根据气温不同而有差别。夏季宜多撇少留，冬季宜少撇多留，借以保温。当油撇完之后，麻渣温度在40℃左右。

　　二、水剂法制油

　　1、水剂法制油原理

　　水剂法制油是利用油料蛋白（以球蛋白为主）溶于稀碱水溶液或稀盐水溶液的特性，借助水的作用，把油、蛋白质及碳水化合物分开。其特点是以水为溶剂，食品安全性好，无有机溶剂浸提的易燃、易爆之虑。能够在制取高品质油脂的同时，可以获得变性程度较小的蛋白粉以及淀粉渣等产品。

　　水剂法提取的油脂颜色浅，酸价低，品质好，无需精炼即可作为食用油。与浸出法制油相比，水剂法制油的出油率稍低，与压榨法制油相比，水剂法制油的工艺路线长。

　　水剂法制油主要用于花生制油，同时提取花生蛋白粉的生产。将花生仁烘干、脱皮，然后研磨成浆，加入数倍的稀碱溶液，促使花生蛋白溶解，油从蛋白中分离出来，微小的油滴在溶液内聚集，由于密度小而上浮，部分油与水形成乳化油，也浮在溶液表层。将表面油层从溶液中分离出来，加热水洗，脱水后即可得到质量良好的花生油。另外，在蛋白溶液中加盐酸，调节溶液的氢离子浓度（pH值），在等电点时蛋白质凝聚沉淀，最后经水洗、浓缩、干燥而制成花生蛋白粉。

　　一、超临界流体萃取法制油的原理

　　1、超临界流体萃取技术是用超临界状态下的流体作为溶剂对油料中油脂进行萃取分离的技术。

　　2、临界点：一般物质，当液相和气相在常压下平衡时，两相的物理特性如密度、黏度等差异显着。但随着压力升高，这种差异逐渐缩小。当达到某一温度To（临界温度）和压力Pc（临界压力）时，两相的差别消失，合为一相，这一点就称为临界点。

　　3、超临界流体：在临界点附近，压力和温度的微小变化都会引起气体密度的很大变化。随着向超临界气体加压，气体密度增大，逐渐达到液态性质，这种状态的流体称为超临界流体。

　　4、性质：超临界流体具有介于液体和气体之间的物化性质，其相对接近液体的密度使它有较高的溶解度，而其相对接近气体的黏度又使它有较高的流动性能，扩散系数介于液体和气体之间，因此其对所需萃取的物质组织有较佳的渗透性。这些性质使溶质进入超临界流体较进入平常液体有较高的传质速率。将温度和压力适宜变化时，可使其溶解度在100～1000倍的范围内变化。

　　一般地讲，超临界流体的密度越大，其溶解力就越强；反之亦然。也就是说，超临界流体中物质的溶解度在恒温下随压力P（P＞Pc时）升高而增大，而在恒压下，其溶解度随温度T（T＞Tc时）增高而下降。这一特性有利于从物质中萃取某些易溶解的成分，而超临界流体的高流动性和扩散能力，则有助于所溶解的各成分之间的分离，并能加速溶解平衡，提高萃取效率。通过调节超临界流体的压力和温度来进行选择性萃取。

　　5、油脂工业开发应用超临界CO2作为萃取剂。

　　CO2超临界流体萃取技术的优点：

　　lCO2超临界流体萃取可以在较低温度和无氧条件下操作，保证了油脂和饼粕的质量。

　　lCO2对人体无毒性，且易除去，不会造成污染，食用安全性高。

　　l采用CO2超临界流体分离技术，整个加工过程中，原料不发生相变，有明显的节能效果。CO2超临界流体萃取分离效率高。

　　lCO2超临界流体具有良好的渗透性、溶解性和极高的萃取选择性。通过调节温度、压力，可以进行选择性提取。

　　lCO2成本低，不燃，无爆炸性，方便易得。

　　二、超临界流体萃取工艺

　　超临界流体萃取工艺主要由超临界流体萃取溶质和被萃取的溶质与超临界流体分离两部分组成。根据分离过程中萃取剂与溶质分离方式的不同，超临界流体萃取可分为3种加工工艺形式

　　1、恒压萃取法

　　从萃取器出来的萃取相在等压条件下，加热升温，进入分离器溶质分离。溶剂经冷却后回到萃取器循环使用。

　　2、恒温萃取法