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油料調質(zhì)機理探討
2024-05-21
前段時(shí)間有幸與國內、國外數家公司的同行對于大豆壓榨制油工藝和加工方法進(jìn)行了數次交流。其中，對于大豆預處理中的調質(zhì)工序的機理和作用，大家的認知不盡想同。有部分同行的觀(guān)點(diǎn)可能不夠全面，或沒(méi)有完全理解大豆調質(zhì)工序的關(guān)鍵作用。部分同行認為調質(zhì)工序的主要作用是通過(guò)加熱，使大豆軟化，并調節其水份的含量，以便于后期的破碎及軋坯工序。這種觀(guān)點(diǎn)不錯，但是沒(méi)有講清楚為何加熱就能使大豆軟化？除了便于破碎和軋坯以外，對于浸出工序有什么影響？依據我這些年在油脂加工行業(yè)所學(xué)，在此與業(yè)內同行探討調質(zhì)工序對大豆加工的影響和作用。
油脂在細胞中存在的形式與特點(diǎn)
油料種子是一個(gè)生命體，與其他有機體一樣，由大量的細胞組成。在顯微鏡下，可以觀(guān)察到成熟的大豆、花生、油茶籽、茶籽的子葉細胞均排列得很緊密。大豆的子葉細胞多呈橢圓形，也有一部分呈圓形，但排列規則；幾乎沒(méi)有多少細胞間隙，也就是說(shuō)組織結構緊密，不易被破壞。
細胞壁（CW）是植物細胞特有的結構，油料細胞表面堅韌的細胞壁將油脂、蛋白質(zhì)等物質(zhì)包含在內，在細胞內，油脂及其伴隨物是以極小直徑的球形“油脂體”（OB）存在的，油脂體是一種具有生物化學(xué)特性的脂質(zhì)貯存器。
上圖顯示了大豆子葉薄壁組織(仁部分)的微觀(guān)結構。這張透射電子顯微照片的放大倍數為9000:1，代表了一個(gè)大豆胚片的0.020毫米高、0.023毫米寬的橫切面視圖，大致相當于一個(gè)單細胞的大小。細胞壁(CW)、蛋白貯藏液泡(PSV)、油脂體(OB)、細胞核(N)、核仁(Nu)、細胞間隙(*)均在顯微鏡下可見(jiàn)。顯而易見(jiàn)，細胞內的油是以成千上萬(wàn)的球形油體的形式存在的，這些油脂體附著(zhù)在細胞壁（CW）的內表面和蛋白質(zhì)儲存液泡（PSV）的外表面。
油脂體的結構模型，A，電子顯微鏡下的油體蛋白；B，油脂體的幾何模型；C，油脂體半單位膜上的油素蛋白和磷脂
電鏡分析油脂體結構模型結果顯示，油脂體（OB）的核心部分是由甘三酯(TAG)組成的不透明結構，外層由磷脂單分子層組成，電子密度較高。磷脂分子的頭部暴露在胞質(zhì)溶膠中，?；膊砍騎AG。種子中的OB含有94－98%的中性脂類(lèi)、0.6－2.0%的磷脂以及0.6－3%的蛋白質(zhì)組分。整個(gè)OB表面覆蓋著(zhù)蛋白質(zhì)，因此成熟的種子細胞中的OB彼此不會(huì )發(fā)生融合或聚集，尤其是一種結構蛋白Oleosin能夠產(chǎn)生立體位阻和電荷斥力，使得OB保持穩定。因此，提取細胞內油脂時(shí)，不僅需要外力破壞細胞壁，還需要通過(guò)熱、和濕的處理使蛋白質(zhì)結構受到破壞而變性，讓油脂游離出來(lái)。
大豆調質(zhì)機理
在預處理車(chē)間的調質(zhì)工序，大豆被逐步加熱到65-75度。在高溫作用下，各種成份開(kāi)始發(fā)生變化：
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大豆細胞中油脂體OB表面覆蓋的蛋白質(zhì)受熱開(kāi)始變性、凝結、膨脹、軟化；
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加熱大豆的另一個(gè)方面是對磷脂酶的影響。磷脂酶在大約55°C處被激活,并在約100°C時(shí)活性依然能維持住。在此溫度范圍內,并有足夠的暴露表面積和時(shí)間,磷脂酶通過(guò)分解非脂肪酸部分來(lái)修飾油分子中的磷脂苷油酸。由此產(chǎn)生的磷脂酸的鈣和鎂鹽往往其油溶性比水溶性強，從而將磷脂從可水化的形式轉換為不可水化的形式。
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油珠表面的張力和油脂的粘度降低，流動(dòng)性增加，又受到因蛋白質(zhì)變化而帶來(lái)的壓迫，使無(wú)數個(gè)相對獨立的油珠相互結合，形成很薄的細小的油滴。同時(shí)，液體油脂對于固體物質(zhì)表面的親和力也下降了，造成了最佳的油脂分離性；
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大豆中的水份，以游離水、結構水和吸附水的形式存在。細胞中的水份在高溫下，膨脹并經(jīng)毛細孔蒸發(fā)。其結果，一方面對細胞壁產(chǎn)生了膨脹力，破壞了其結構，同時(shí)也對豆皮產(chǎn)生了膨脹力，使豆皮與豆瓣間的結合力下降，甚至剝離了豆皮在豆瓣上的附著(zhù)。使大豆在破碎后的脫皮工序中，表皮容易與豆瓣分離。
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高溫也使細胞壁產(chǎn)生變化，弱化了將細胞壁“膠合”成形的效果，降低了對細胞的保護作用，增加了油脂流動(dòng)的滲透性。在浸出工序中，溶劑易于進(jìn)入到細胞內部，并將油脂帶出。另外也使大豆本身獲得了適當的塑性，在軋坯操作中易于拉伸和扁平,且產(chǎn)生的碎顆粒和細粉最少。改善了軋坯時(shí)坯片的成形效果和動(dòng)力的消耗。
除冷榨外，幾乎所有制油工藝都要求對油料進(jìn)行加熱，有時(shí)在制油前還需進(jìn)一步干燥。對于在溶劑浸出前先預榨的油料，它們通常加熱到90~110°C溫度范圍內,以降低油的粘度,使壓榨時(shí)能夠排出油,制成優(yōu)質(zhì)預榨餅。這種加熱通常分兩個(gè)階段進(jìn)行,在軋坯之前初始加熱到大約 65°C,然后在進(jìn)入榨油機之前最終加熱到大約 100°C。高溫會(huì )降低榨機內油的粘度,使其更容易排出。隨著(zhù)內部水分的蒸發(fā)和膨脹,高度干燥在很大程度上破壞了油料的細胞結構。最終低水分可最大化全壓機內的摩擦力,從而最大化內部壓力。這些功能都改善出油,并允許榨出餅中的殘余油最小化。
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