油棕果果核、果肉分離技術(shù)研究

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出油率的影響，發(fā)現(xiàn)殺酵溫度130℃、殺酵時間60 min時油棕果出油率較高。李國杰等［16］研究壓榨壓力、壓榨時間和壓榨溫度對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、壓榨時間25 min、壓榨溫度95℃時油棕果出油率較高。劉智強(qiáng)等［17］、鄭爽等［18］設(shè)計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)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前針對油棕果果核、果肉機(jī)械分離效果與分離后純油棕果肉壓榨提油對出油率影響的研究尚未見報道，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)工作時間、處理量和刀軸轉(zhuǎn)速對油棕果果核、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：電子臺秤（承重30 kg，精度0.001 kg）、計時器（手機(jī)計時）、溫度計（ 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)所含油脂酸價會迅速上升［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渣，殘渣中包含油棕果核與少量果肉，試驗(yàn)時需人工將殘渣中的果核與果肉進(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)時間T、單次處理量W和刀軸轉(zhuǎn)速V3個因素為研究對象，每個因素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渣的質(zhì)量。殘渣由人工沖水清選出果核，用毛巾擦干水分后稱重，計算分離率（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為殘渣中果核質(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，針對作業(yè)時間T、處理量W和刀軸轉(zhuǎn)速V等3個影響因素分別選出3個水平（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，通過電加熱自動控溫棕櫚油澄油機(jī)對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價指標(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)時間對分離效果的影響 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，分離率隨著工作時間的增長而增大。作業(yè)時間4 min時，分離率僅有64.42%，6 min時分離率明顯提升至87.93%，8 min時分離率為94.83%，當(dāng)作業(yè)時間超過8 min后分離率沒有明顯變化，分別為96.32%、96.62%?？梢?，作業(yè)時間以8～10 min為最佳。

2.1.2 不同處理量對分離效果的影響 由表4可知，當(dāng)作業(yè)時間固定為8 min、刀軸轉(zhuǎn)速固定為200 r/min時，分離率隨著處理量增大而降低。處理量在13～19 kg時分離率緩慢降低，當(dāng)處理量為21 kg時分離率明顯下降。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)時間為8 min、處理量為17 kg時，刀軸轉(zhuǎn)速提高超過250 r/min后分離率趨于平穩(wěn)。可見，刀軸轉(zhuǎn)速以250～300 r/min之間為最佳。

表3 不同作業(yè)時間對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)，得到對應(yīng)的分離率如表6所示。分析作業(yè)時間T各水平對分離率的影響，由表2可知，T1反映在1、2、3號試驗(yàn)中，T2反映在4、5、6號試驗(yàn)中，T3反映在7、8、9號試驗(yàn)中。T1對應(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)時間對分離率無影響，那么kT1、kT2、kT3應(yīng)該相等，但從以上計算可知kT1、kT2、kT3實(shí)際上不相等，說明作業(yè)時間對分離率有影響。因此，根據(jù)kT1、kT2、kT3大小，可以判斷T1、T2、T3對分離率影響的大小。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)時間最優(yōu)水平。

同理，可以計算并確定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?），可以判斷各因素對分離率影響的主次關(guān)系，即處理量＞作業(yè)時間＞刀軸轉(zhuǎn)速，因此，處理量對油棕果肉分離率的影響最大，其次是作業(yè)時間，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油棕果肉出油率的影響，李國杰等［16］研究不同壓榨條件對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)時間、處理量、刀軸轉(zhuǎn)速對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，得出對分離效果影響最大的是處理量，其次是作業(yè)時間，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果核的破壞，可以采用較大的壓榨壓力、匹配合適的壓榨時間進(jìn)行試驗(yàn)，在提高出油率的同時可較好提高生產(chǎn)效率。