棉籽油与棉籽蛋白加工技术研究新进展

■杨伟华 许红霞 王延琴 周大云 匡 猛 方 丹 马 磊 冯新爱

〔中国农业科学院棉花研究所，农业部棉花产品质量安全风险评估实验室，河南安阳 455000〕

随着科技的进步，传统的人工压榨制油方法已基本上被全部淘汰。21世纪以来，棉籽油的规模生产以直接浸提和预榨浸提技术为主。直接浸出也称“一次浸出”。它是将油料经预处理后直接进行浸出制油工艺过程；预榨浸出油料经预榨取出部分油脂，再将含油较高的饼进行浸出的工艺过程。根据浸提溶剂的不同，主要有以下几种方法。

一、以6号溶剂为主的浸提法

浸提棉籽油的溶剂为6号溶剂。6号溶剂外观为无色透明液体，是各种低级烷烃的混合物，以已烷成分为主。加工棉籽油的工艺流程一般为：棉籽→清理→脱绒→剥壳→仁壳分离→软化→轧胚→蒸炒→预榨→浸出，获得棉籽油和棉籽粕。

一些科技工作者还在使用6号溶剂时掺入一定量的极性溶剂，使得在提取油脂的同时也对棉酚起到脱除的效果。如马传国等发明了棉籽冷榨混合溶剂一次浸出生产脱酚棉籽蛋白的方法。该方法是以棉籽为原料，经过仁壳分离处理后，冷榨出油，含油15%～20%的冷榨饼采用甲醇和正己烷为溶剂一次浸出油脂和棉酚，浸出后的固形物经过挤压、烘干、粉碎后得到脱酚棉蛋白；混合油过滤后冷却分离出含有棉酚甲醇和含有油脂的正己烷，然后分别回收甲醇和正己烷，同时也得到浸出毛油和棉酚。

曹建琦等报道了“一步法”脱酚棉籽蛋白生产技术。该技术的特点之一是将两种不相溶的溶剂充分混合后对油料进行萃取浸出。因为两种溶剂不能互溶，所以从开始混合到后面的浸出过程，两种溶剂必须始终保持混合状态，以保证油脂和棉酚的彻底萃取。工艺过程是将含绒小于5%的棉籽经过清理、去杂、剥壳后，通过筛选进行仁、壳分离，得到的棉仁经低温软化、压坯成形、烘干进入浸出系统。在浸出系统通过混合溶剂的选择性浸出提油和脱酚后，形成的混合油相经分相分离、蒸发，回收等过程，毛油、6号溶剂、脱酚醇类溶剂、棉酚分别得以分离。毛油再做精炼处理，两种溶剂继续循环使用，棉酚可进一步加工利用。经过脱毒的湿粕，进行低温烘干，脱除溶剂和水分，最后得到棉酚小于0.04%、蛋白质含量大于50%的饲用棉籽蛋白成品。

二、超临界CO2流体萃取法

二氧化碳在温度高于临界温度Tc=31.26℃，压力高于临界压力Pc=7.29 MPa的状态下，性质会发生变化，其密度近于液体，黏度近于气体，扩散系数为液体的100倍，具有惊人的溶解能力，而且无毒、价廉，是目前应用最广的超临界流体。史庆龙等对超临界CO2流体萃取棉籽油时体系的压力和温度条件进行了研究，条件不同，油的化学成分基本相同，但含量有较大差异。从出油率考虑，萃取最佳压力为25 MPa，最佳温度为55℃。棉籽油的超临界CO2提取流程为：CO2钢瓶→冷冻系统→高压泵→萃取釜→解析釜I→解析釜II→（循环）。GC-MS检测分析表明，用超临界CO2流体萃取法制取的棉籽油由亚油酸等52种成分组成，其中亚油酸、棕桐酸为主要成分，占棉籽油所有化学组成的95%左右。

三、亚临界流体萃取法

亚临界流体是指某些化合物在温度高于其沸点但低于临界温度，压力低于其临界压力的条件下，以流体形式存在的物质。适合于亚临界萃取的溶剂沸点都低于我们周围的环境温度，一般沸点在0℃以下，20℃时的液化压力在0.8 MPa以下。目前应用较多的有丙烷、丁烷、液氨、二甲醚、四氟乙烷等，其中丙烷和丁烷较适合食用油的萃取。亚临界萃取的工艺原理是在常温和一定压力下，以液化的亚临界溶剂对物料进行逆流萃取，萃取液（液相）在常温下减压蒸发，使溶剂气化与萃取出的目标成分分离，得到液相的产品。被萃取过的物料（固相）在常温下减压蒸发出其中吸附的溶剂，得到另一产品。气化的溶剂被再压缩液化后循环使用。整个萃取过程可以在室温或更低的温度下进行，不会对物料中的热敏性成分造成损害，这是亚临界萃取工艺的最大优点。祁鲲等对亚临界流体萃取技术在一些稀缺油脂和中药材功能成分的制备方面进行了大量的应用研究，并在国内数十家企业实现了工业化生产。

邢要非等研究了亚临界流体萃取工艺在棉籽油萃取中的应用效果，考察了萃取温度、时间、萃取次数及投料的粉碎粒度等因素对油脂萃取率的影响。单因素实验表明亚临界流体萃取棉籽油的适宜萃取条件为温度40℃左右，时间30～35 min，萃取3次，棉籽仁粉粒度60目筛。在此条件下，亚临界萃取得到的棉籽油不仅品质好，而且基本符合一级成品油的国家质量指标，可以省去现有的部分精炼工序。同时，亚临界萃取得到的棉籽粕蛋白含量高且未发生变性，色泽浅黄近白。可以作为高品质的饲料，也可进一步提取得到高纯度的精制蛋白来满足人类食用的需要。

四、液—液—固三相萃取法

该方法是根据溶剂萃取法“相似相溶”的原理，采用先萃取棉籽油后萃取棉酚的分步萃取工艺。6号溶剂和甲醇为该工艺使用的两种溶剂，分别提取油脂和棉酚。工艺过程从棉籽开始，经过清理去杂后剥壳，通过筛选进行仁、壳分离，得到的棉仁经低温软化、压坯、成型、烘干后，进入浸出提油系统，经溶剂提取油脂后，湿粕进入脱酚浸出器，再经溶剂两次萃取使棉酚含量达到工艺要求，脱去溶剂后，进行低温烘干，最后得到含酚量小于0.04%（能达到小于0.02%）、蛋白质含量大于50%棉籽蛋白成品。

液—液—固三相萃取法具有以下特点：一是采用两种溶剂分步萃取油和棉酚，保证了脱酚彻底和油品质量，并有一系列措施保证溶剂的分离和回收，使溶剂的消耗降到最低程度；二是采用直接浸出，尽可能地避免了油脂制取过程中蛋白质的破坏；三是脱毒工序是在浸出提油之后，对含溶剂的湿粕直接进行萃取提酚，粕未经高温烘干处理，避免了蛋白质的热变性，保证了产品的营养价值不受损失。该技术已由北京中棉紫光生物科技有限公司获得国家发明专利（专利号ZL 00134520.6），并且在全国主要产棉区建设了30多条生产线，均实现了工业化生产。

另外，刘大川等还发明了“一种棉仁生胚用6号溶剂油和乙醇分别浸出的方法”。其工艺过程是将烘干后棉仁生胚于第一浸出器中用6号溶剂油浸出油脂，混合油回收后得毛油，精炼后得食用棉籽油。湿粕经脱溶烘干后得脱壳脱脂棉粕。棉粕于第二浸出器中用一定浓度的乙醇进行脱酚，沥干后的湿棉粕，经挤压后进行低温烘干，即得到棉籽蛋白粉，其中蛋白质含量50%以上，游离棉酚小于0.045%。乙醇浸出液蒸镏、精馏后回收乙醇可重复使用。

2005年，国家卫生部和标准化管理委员会联合发布了强制性标准GB 2716—2005《食用植物油卫生标准》，规定食用棉籽油中的游离棉酚的含量必须≤0.02%。

2007年，国家质监总局和标准化管理委员会联合发布了推荐性标准GB/T 21264—2007《饲料用棉籽粕》，该标准对棉籽粕的技术指标与游离棉酚含量分级的规定如表1和表2所示。

表1 棉籽粕产品的技术指标及分级

表2 棉籽粕产品中游离棉酚（FG）的含量及分级

近年来，我国年均生产皮棉约700万t。棉籽的产量是皮棉的1.5～2倍，即1050万～1400万t。棉籽中含短绒10%～15%，壳30%～35%，油15%～20%，蛋白质20%～30%。我国每年可生产棉籽油150万～200万t，是我国人民的主要食用油之一，棉籽蛋白200万～300万t，可做人类食品和动物饲料，棉籽壳则是食用菌的优质培养基材料。美国科学家拉索尔在2006年11月21日出版的美国《国家科学院学报》上报告说，全球目前有80多个国家种植棉花，每年产出棉籽约4400万t，棉籽中23%的成分为蛋白质，每年有望满足全球5亿人口的蛋白质需求”。如此说来，我国的棉籽蛋白能够满足1亿多人的蛋白质需求。棉籽蛋白利用的最大障碍是棉花作物本身所携带的生物毒素——棉酚，为此，长期以来人们致力于从育种和加工环节来排除或降低棉酚的毒害。目前，我国大田生产上种植的几乎全是有酚棉品种，加工则成了脱毒的关键技术手段。所以，深入开展棉籽油和棉籽蛋白加工新技术、新方法、新设备的研究和推广应用，是提高棉籽产品利用效益和保障食品安全的重要基础。