蓖麻籽压榨制油过程中的压缩比与残油率曲线拟合

刘汝宽， 肖志红， 许方雷， 李昌珠*， 黄志辉， 叶红齐

(1.湖南省林业科学院生物能源研究所, 湖南 长沙 410004; 2.中南大学化学化工学院, 湖南 长沙 410083;3.中南大学机电工程学院, 湖南 长沙 410083)

蓖麻籽压榨制油过程中的压缩比与残油率曲线拟合

刘汝宽1, 2， 肖志红1， 许方雷3， 李昌珠1*， 黄志辉3， 叶红齐2

(1.湖南省林业科学院生物能源研究所, 湖南 长沙 410004; 2.中南大学化学化工学院, 湖南 长沙 410083;3.中南大学机电工程学院, 湖南 长沙 410083)

研究了蓖麻籽压榨过程中油料自身特性及压榨方式等要素对压榨效果的影响，结果表明：采用单螺旋压榨和液压压榨这两种方式均可以实现对蓖麻籽油的提取。单纯从降低饼残油率的角度考虑，采用单螺旋压榨法更有优势。螺旋压榨前，蓖麻籽是否进行破碎化预处理对压榨后的饼残油率影响不大。

蓖麻籽； 螺旋压榨； 曲线拟合； 残油率； 压缩比

蓖麻是世界十大油料作物之一，其籽中蓖麻油含量为46%～55%[1]，多采用物理压榨法制油，其方式有单轴液压压榨、单螺杆压榨、双螺杆压榨、多螺旋压榨等[2-4]。螺旋压榨具有效率高、过程连续和饼残油率低等特点，应用广泛。蓖麻油中富含羟基和双键，有利于进行化学改性，多用于生产可降解生物材料和制备航空、航天和精密仪器等的生物润滑剂[5-6]。我国是世界第二大蓖麻种植国，对蓖麻油的需求量大，缺口达70%以上。

本试验旨在探究压榨过程中油料自身特性及压榨方式等要素对压榨效果的影响，通过测定一系列压缩比所对应的残油率[7]，拟合绘制压缩比—残油率关系曲线，以期为蓖麻籽压榨制油设备的研制及工艺优化提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验设备与材料

蓖麻籽(湘蓖1号，自然干燥)： 湖南省林业科技示范园；乙醚、正己烷等化学试剂均为分析纯：国药集团化学试剂有限公司(上海)。

螺旋榨油机(XLK — 2010)： 自制；脂肪测定仪(SZF — 06A)： 浙江托普仪器有限公司；天平(AB104 — N)： 梅特勒-托利多国际贸易(上海)有限公司；电热鼓风烘箱(101 — E)：上海和呈仪器制造有限公司，双视窗单轴压榨试验装置(自制，内径为39mm，见图1)；液压自动加载保压试验机(WEW)：上海和晟仪器科技有限公司。

图1 双视窗单轴压榨试验装置Fig.1 Experimental device for single axis press with double windows

1.2 试验方法

1.2.1 蓖麻籽主要内含物含量的测定方法 水分[8]：GB/T 14489.1—2008；粗脂肪含量[9]：GB/T 14488.1—2008；粗蛋白含量[10]：GB/T 14489.2—2008；淀粉含量[11]：GB 5514—2008；粗纤维含量[12]：GB/T 5515—2008；灰分[13]：GB/T 5505—2008。

1.2.2 蓖麻籽破碎预处理 取100g蓖麻籽装入粉碎机内，开机粉碎30s，得到粉碎处理的蓖麻籽称为“碾碎蓖麻籽”，用于压榨试验。

1.2.3 低温压榨步骤 在室温(25℃)条件下，调节压榨条件，将一定量的蓖麻籽放入螺旋榨机内进行压榨，同时取饼并测其残油率等相关指标[14]。

1.2.4 压缩比ε

(1)

式中：H——压榨后的油料高度，mm；

H0——压榨前油料的起始高度，mm；

εn——压榨压缩比；

V0——压榨前油料的起始体积，mm3；

V——压榨后油料的体积，mm3。

1.2.5 均值化处理 均值化处理是指实际操作过程中，各操作参数不断调整变化，其试验结果亦会呈现不同的变化。为了方便研究，对这些操作参数及结果进行先求和再平均[15]，然后再进行合理分析。如平均残油率是指在不同压榨条件下，几种不同蓖麻籽饼残油率的平均值。文中除特别明确为“平均残油率”外，其他均为单次试验的饼残油率。

2 结果与分析

2.1 蓖麻籽的基本成分分析

蓖麻籽中的主要内含物(如水分、脂肪、纤维素和蛋白质等)会影响其物理结构，进而影响压榨制油过程及效果。在研究其剥壳的过程中发现，成熟的蓖麻籽在采收后，其水分很快降至6%～8%[16]。图2列出了蓖麻籽的主要成分及其含量。

图2 蓖麻籽的主要内含物含量Fig.2 Main contents of castor beans

由图2可知，蓖麻籽是一种高含油(47.0%)、高含蛋白(17.1%)、低含水(6.8%)的油料，其中淀粉、粗纤维及灰分含量分别为3.4%、23.6%和2.1%。

2.2 压榨方式对蓖麻籽压榨效果的影响

依据螺旋压榨和单轴压榨过程中的压缩比与残油率绘制其曲线并进行拟合，如图3所示。

图3 不同压榨方式下压缩比与残油率的关系Fig.3 Relationship between compression ratio and residual oil by different pressing ways

由图3可知，无论是完整籽压榨还是碾碎籽压榨，相同压缩比时，螺旋压榨较单轴压榨能够达到更低的残油率，因此单纯从饼残油率的角度，选择单螺旋压榨具有一定的优势。

2.3 入料形态对蓖麻籽压榨效果的影响

应用单轴压榨压缩比—残油率数学模型进行最小二乘法非线性拟合，对压榨所得的数据进行拟合得不同入料形态对蓖麻籽压榨效果的影响，如图4。

图4 不同入料形态下压缩比与残油率的关系Fig.4 Relationship between compression ratio and residual oil using different seed forms

由图4可知，在相同的压缩比下，碾碎蓖麻籽相对于完整蓖麻籽而言具有一定优势，因为碾碎蓖麻籽已经通过破碎过程实现了颗粒细化，一定程度上减少了油料之间的空隙，等同于对油料进行了预压缩；但从最终的饼残油率来看，其残油率相差不大，均约10%左右。因此结合生产实际，蓖麻籽直接入料压榨更符合现实操作要求。

3 结论与讨论

(1)蓖麻籽是一种高含油(47.0%)、高含蛋白(17.1%)、低含水(6.8%)的油料，采用单螺旋压榨和液压压榨这两种方式，均可以实现对其油脂的提取，单纯从饼残油率低的角度考虑，采用单螺旋压榨法更有优势。

(2)单螺旋压榨前，蓖麻籽是否进行破碎化处理对压榨后的饼残油率影响不大，均约为10%，一般多选直接入料压榨，以减少预处理过程的能耗。

[1] 张良波, 刘汝宽, 廖博爱, 等. 蓖麻籽含油率测定的近红外模型[J]. 农学学报, 2014, 4(7): 78-81.

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Curvefittingofcompressionratioandresidualoilinpressingofcastorbeans

LIU Rukuan1,2, XIAO Zhihong1, XU Fanglei3, LI Changzhu1*, HUANG Zhihui3, YE Hongqi2

(1.Institute of Bioenergy, Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China;2.College of Chemistry & Chemical Engineering, Central South University, Changsha 410083, China; 3.College of Mechanical and Electrical Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

Effects of the oilseeds forms and the pressing ways were studied in pressing of castor beans. The results showed that castor oil could be obtained by using a single screw press or hydraulic press. Aiming at the lower residual oil of cake, the single screw press has more advantages. Before entering the screw press, whether the castor seed is pretreated to fine particles or not has little effect on the residual oil of cake.

castor bean; screw press; curve fitting; residual oil; compression ratio

2015-06-25

国家自然科学基金项目(31470594)；国家林业行业公益项目(201304608)。

刘汝宽(1981-)，男，山东滕州人，助理研究员，主要从事工业油料资源开发与利用研究。

* 为通讯作者。

TQ 644.13

A

1003 — 5710(2015)05 — 0018 — 03

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2015. 05. 005

(文字编校：张 珉)