經過破碎或軋坯操作得到的油籽顆粒及坯片表面,均分布著很薄的油脂薄膜,且在表面上被很大的分子作用力(表面的分子力場)所截留。這種分子作用力大大超過了動力螺旋榨油機所產生的壓力。
為了減小油脂與油籽顆粒及坯片表面間的結合力,并促使油脂與生坯非油脂部分的分離,因而在植物油生產工藝中,對生坯采用濕熱處理——蒸炒。 熟坯的制備(蒸炒)就是把生坯(或油籽顆粒)放在特制的蒸炒鍋中,在熱和水及攪拌作用下進行一定時間的處理,使生坯發生一定的物理化學變化,并使粒子的結構改變,成為適宜于壓榨或浸出的熟坯,以便在提取油脂時能得到最好的效果。此外在蒸炒時還常發生附帶的化學變化而使產品質量提高(如加工棉籽時,棉酚發生結合作用;有氣味的物質也可隨水蒸除去)。因此熟坯的制備是油脂制備過程中一項最具關鍵性的工序,它是最終產品(油脂、餅或粕)的數量和質量起著決定性的影響。 被蒸炒的物料可以是:供預榨或一次壓榨的生坯;供完成壓榨的輕輾軋的預榨餅。
一、蒸炒類型 蒸炒操作中,有的進行專門潤濕,有的不進行潤濕。進行潤濕時,有的在過程的開始,有的在過程的中途。水分和溫度在過程中也有不同的變化,從而使這些不同的操作具有不同的特點。歸納起來主要有兩種類型的蒸炒,即:
(一)潤濕蒸炒 潤濕蒸炒可分為兩個階段:
1、潤濕階段 蒸炒開始時利用添加潤濕水分或噴入蒸汽的方法,使生坯達到最適宜于加工的水分,這種水分我們稱為蒸炒的最優開始水分。如果生坯的水分已經達到蒸炒的最優開始水分,此時就只需噴汽,而且要求蒸汽干燥,使生坯不致產生顯著的潤濕現象(即不經過潤濕階段)。
2、蒸炒階段 將潤濕過的料坯蒸炒烘干,造成最優結構,使料坯的水分和溫度最適宜于壓榨取油。此時料坯的水分稱為熟坯最優水分,此時的溫度稱為熟坯最優溫度。 在達到第一階段(即潤濕階段)所規定的水分以后,生坯還必須在一定結構的炒鍋中,在一定的條件下進行干燥,才能使生坯生成需要的結構。因此,潤濕階段也可看作是保證料坯在蒸炒階段能按一定方向發生性質變化的水分調節過程。 上述的這種蒸炒特點是在蒸炒開始時對生坯進行潤濕作用,因此我們稱其為“潤濕蒸炒”。 為棉籽生坯在帶有夾套螺旋輸送機的層式蒸炒鍋中進行蒸炒時的水分變化情況,其中夾套螺旋輸送機用作生坯的潤濕裝置。
(二)干蒸炒
這種蒸炒是只進行加熱和干燥,蒸炒開始時對生坯并不進行潤濕,即在生坯水分并未達到最優的開始水分情況下進行加熱烘干處理,使熟坯的溫度和水分達到最適宜于壓榨的數值。料坯水分變化中干蒸炒曲線所示。
這一類型的蒸炒其特點是:蒸炒開始時不進行潤濕作用,因此我們稱其為“干蒸炒”。
將上述兩種蒸類型進行比較后可以看出:濕蒸炒不僅能使物料達到壓榨時的最優特性,而且還能在蒸炒過程中產生有益的化學變化,因而濕蒸炒效果好,而干蒸炒的效果較差,尤其是用以加工棉籽坯時所得棉油很難精,所以“干”蒸炒是不值得推薦的。但是對某些油籽來說,當其生坯潤濕時將產生不利的化學和生物化學過程,或者當被加工原料的最初水分高于或等于潤濕蒸炒第一階段末的蒸炒最優開始水分時,則建議采用“干”蒸炒。
在使用螺旋榨油機的初期,曾經有一種不正確的觀念,即認為不需要軋坯,同時蒸炒的作用也被忽視了。產生這種錯誤的原因是:當使用螺旋榨油機進行壓榨時,油籽的細胞結構可以部分地遭到破壞,同時物料也被急劇的加熱。這就導致大家使用未經軋坯的籽仁來加工,至多只用經破碎的籽仁來加工,同時仁或碎仁的蒸炒也采有了簡單而短時間的加熱及在榨機本身的調整炒鍋中的烘干作用。對仁進行蒸炒時,即使是進行潤濕也不可能取得好效果。因此理想的蒸炒應該是在料坯水分逐漸降低而溫度逐漸升高的過程中進行。在蒸炒過程中間潤濕,或是在蒸炒結束前進行潤濕都不是理想的方法。
二、蒸炒方法 根據上述兩種蒸炒類型,按照取油方法和設備的不同,蒸炒方法可分為下列三種:
(一)潤濕蒸炒 潤濕蒸炒適用于螺旋榨油機、液壓榨油機及浸出取油。其性質屬于濕蒸炒類型,即生坯預先潤濕,潤濕后料坯含水不超過13~14%,然后再進行加熱蒸炒。
(二)高水分蒸炒 此法僅適用于螺旋榨油機取油,其性質仍屬濕蒸炒類型,只是生坯的潤濕水分較潤濕蒸炒高,一般潤濕后料坯含水可達16~20%甚至更高一些,然后再進行蒸炒。
(三)加熱——蒸坯(先炒后蒸) 加熱蒸坯法廣泛用于人力螺旋榨油、土法榨油及某些液壓榨油機榨油的小型油廠,其特點是料坯先加熱或干蒸坯,然后再用蒸汽蒸,即采用加熱和蒸坯相結合的方法,使料坯在干蒸炒后再經蒸汽潤濕以調節料坯的入榨水分與溫度。
正確的蒸炒方法不僅能提高產品的產量和質量,而且能降低榨機負荷,減少榨機磨損及降低動力消耗。由于油料的品種及其性質的不同,以及榨機種類和取油工藝路線的差異等,對于蒸炒工藝我們必須分別不同要求,予以不同對待,同時蒸炒必須同取油工藝密切配合。
2 熟坯制備過程中水的作用
根據生坯中油脂的存在狀態及軋坯時油脂狀態的變化,蘇聯學者高爾道夫斯基確定,并通過實驗證實了熟坯制備過程中水分的作用是油籽從預處理直至取油生產過程中的主要因素,它決定了植物油生產過程的出油率。
一、生坯潤濕時的膨脹作用 生坯潤濕時其凝膠部分進行水的吸收和生坯凝膠部分的膨脹是生坯潤濕時進行的主要過程。 油脂和水都可以單獨地使粒子的親水表面潤濕。但由于它們的極性不同。因而兩者與親水表面之間的差別是相當大的。
眾所周知在這兩種液體中,終究是在界面上的固體界壁間表面張力較小的那種液全能夠更好地(選擇性的)潤濕界壁。換句話說,作用于固體粒子之間的分子力的作用于液體分子間的分子力相差較小的那種液體能更好地(選擇性地)潤濕固體的界壁。
具有高極性的水(ε=81),由于巨大的吸附力的作用和親水凝膠中膠態離子的極性基結合,因而水能很好地潤濕生坯的親水表面。同時水分子定位在這些極性基團的周圍,形成水化外膜,凝膠顆粒就這樣發生了膨脹現象。由于水和凝膠粒子如引緊密地結合,水和粒子表面間的表面張力是極小的。
根據極性的大小油脂(ε=3.0~3.2)顯然不同于水,亦不同于生坯粒子的親水凝膠體。油脂潤濕著親水表面并通過表面的分子力場而發生結合。但由于極性的顯著不同,油脂和粒子表面界面上的表面張力是很大的。 在風干狀態,粒子表面小部分的分子力場在分子極性基的周圍將水結合成為水化外膜。而力場的其余部分則吸引著油脂分子,加水時水分子由于分子力場的作用而發生結合,同時把原來處于力場上的相應部分的油脂分子游離出來,當水分布在粒子的表面時,除了表面膠態離子的水化作用外,同時也發生了吸水作用(即粒子有體積膨脹)。這時水滲入粒子內部,潤濕著粒子的整個表面,水分被粒子的凝膠部分吸收,導致了生坯的膨脹。
在現行的有生坯潤濕作用的取油方法中,所加的水量和吸收和水量遠小于生坯完全膨脹時所能吸收的水量。
高爾道夫斯基的研究資料表明,向日葵籽生坯完全膨脹時吸收的水分約為35%,而對任何一種取油方法的生坯進行潤濕時,料坯的水分僅為3~12%。因此潤濕蒸炒時料坯中沒有過量的水分,其含水量較完全膨脹時的水分為低。因此加入生坯中的水分完全被吸收,并結合成凝膠部分膠態離子極性基的水在過量水中膨脹作用的速度在過程開始時是非常大的,在逐步接近最大膨脹的過程中,速度逐漸減小,在一般的潤濕作用下,生坯的膨脹相當于前述的完全膨脹過程的最初部分。在這部分中,水分的吸收力和膨脹速度都非常大。生坯吸收水分的速度在很多情況下取決于潤濕條件,特別是取決于加水的方法及潤濕時的攪拌強度。同時吸收速度也取決于被潤濕物料的性質,即取決于物料中親水凝膠部分和疏水含油部分的數量關系。因生坯的含油率越高,則水分的吸收進行得就越慢。
二、生坯凝膠部分可塑性的變化
生坯在膨脹過程中,其物理性質發生了顯著的變化,凝膠部分的可塑性和流動性都增加了。例如生坯粒子在機械作用下,其彈性變形降低了,而塑性變形增大了。當對高水分、高含油生坯施加微弱的機械作用時,將出現少量的油脂,在潤濕時,特別是在機械作用下,生坯內部結構的可塑性和變形性的增加,將促使油脂分離,這點在生產上具有重要意義。
三、生坯中油脂狀態的變化 生坯潤濕時,由于水分的作用,導致生坯膨脹及生坯粒子的互相聚集,最終導致生坯中油脂狀態的變化。生坯中的油脂在潤濕時,由于膨脹力的作用將其由生坯的油體原生質內擠出,大量的油脂是以最小的細滴分離出來,并通過分子內聚力停留在生坯顆粒的表面。
當用水潤濕生坯時,形成了由固體凝膠部分和由油脂與水引起的液體部分所組成的系統。潤濕過程中,水分滲入生坯表面上油膜破裂的地方,與顆粒的親水表面接觸。同時開始沿著親水表面流散。在上述過程進行的同時,游離現處于這一表面的油脂,正如前蘇聯學者高爾道夫斯基指出的:“水分和油脂為了顆粒表面在斗爭中競爭”。由于水分對顆粒表面選擇性的潤濕而導致油脂被水游離出來,含油的組分(薄膜、小滴)在被水分游離出來的過程中逐漸合并。與此同時,它們與顆粒的親水凝膠表面的結合性降低了。這就是蒸炒時采用潤濕過程的主要目的。高爾道夫斯曾著重指出:“潤濕時,添加的水愈多,被水占據的分子力場部分就愈大,油脂占據的力場部分就愈小,也就有愈多的油脂分子離開分子力場的作用范圍。因此油脂與生坯的結合性也就愈低,在生坯顆粒的表面被水所游離出來的油脂亦就愈多。 應該明確的是,上述所講的選擇性潤濕和用水替代出油脂的現象,主要是指在生坯顆粒的內表面和外表面進行的。而不是在顆粒的細胞內部,即籽仁在軋坯過程中,由于細胞破裂而排到顆粒表面的油脂。
生坯潤濕時,不僅發生上述過程,同時發生了生坯顆粒與凝膠部分吸收水分及泡脹過程。泡脹時干凝膠體的體積大大增加,同時對阻止其體積增大的所有障礙給以壓力。這樣所有充滿油脂的球體由于凝膠體的泡脹而壓縮,致使其體積減小,并因膨脹壓力的作用使粒子表面的油脂析出。這樣不僅是軋坯時因細胞結構破壞從細胞內擠出油脂的選擇潤濕,以及因生坯凝膠部分的膨脹而使充滿油脂的球類體壁靠近,因而油脂逐漸匯集到生坯粒子的表面。