油棕果果核、果肉分离技术研究

郑 爽,李 玲,邓干然,崔振德,李国杰,李玉林

(中国热带农业科学院农业机械研究所,广东 湛江 524091)

摘 要:【目的】优化油棕果果核分离机,提高棕榈油压榨出油率。【方法】以油棕果果核分离机为研究对象,分析作业时间、处理量和刀轴转速3个因素对油棕果果肉分离率的影响,以最优方案提取果肉进行纯果肉压榨与果核、果肉混合压榨对比试验。【结果】作业时间、处理量和刀轴转速对油棕果果肉分离率的影响各有不同,其极差值分别为1.64、2.45、1.15,说明处理量影响最大,其次是作业时间,刀轴转速影响较小。根据试验数据分析得出当作业时间8 min、处理量21 kg、刀轴转速250 r/min时分离效果相对最好。通过压榨提油试验,果核、果肉混合压榨提油得到的出油率为22%~27%,纯果肉压榨提油得到的出油率为35%~40%。【结论】合理的作业时间、处理量和刀轴转速配合,有利于提高油棕果果肉分离率,分离后的纯果肉压榨提油出油率明显提高。

关键词:油棕;果肉分离率;作业时间;处理量;刀轴转速

【研究意义】油棕(Elaeis guineensis Jacg)是世界上著名的高产木本油料植物[1],有“世界油王”之称[2-3]。棕榈油既是重要的食用油脂,也是工业与生产生物柴油的原材料[4]。中国作为世界人口大国,也是油脂消耗大国,棕榈油来源主要依赖于进口。近10年来,我国棕榈油进口量一直稳定在550万t左右[5],仅2018年上半年棕榈油进口量就高达233万t[6]。我国油棕产业发展已有90多年[7],受土地生产管理模式的影响,种植分散、不具规模[8],国内外大型成套榨油设备无法使用,适用于小型油棕种植园的提取加工设备尚未成熟投产。开展小型棕榈油提取加工装备及工艺技术研究,能够为小规模棕榈油提取提供技术支撑,促进我国油棕产业健康发展。【前人研究进展】传统棕榈油提取加工包括杀酵、脱果、捣碎、压榨、澄油5个重要工艺环节[9],其中果实捣碎是破坏分解棕果含油细胞、使油释放出来的过程,能够降低油的粘性、提高压榨过程中的出油率,是棕榈油提取加工过程中的关键环节之一[10-11]。目前国内外棕榈油压榨均采用果核、果肉混合压榨的方式,采用这种方式压榨机工作压力大、能耗高,容易产生机械故障,严重影响生产效率;同时混合压榨后副产物含油量大、可达10%~12%[12],影响经济效益。张玉峰等[13-14]研究不同杀酵方式对棕榈油品质的影响,发现蒸煮杀酵可有效提高维生素E含量。邓干然等[15]研究不同杀酵条件对出油率的影响,发现杀酵温度130℃、杀酵时间60 min时油棕果出油率较高。李国杰等[16]研究压榨压力、压榨时间和压榨温度对油棕果出油率的影响,在保证压榨过程中油棕果核不破损的情况下,发现压榨压力6 500 N、压榨时间25 min、压榨温度95℃时油棕果出油率较高。刘智强等[17]、郑爽等[18]设计了两种形式的油棕果捣碎分离机,提出了先完成果核、果肉分离再进行压榨提油的观点。【本研究切入点】目前针对油棕果果核、果肉机械分离效果与分离后纯油棕果肉压榨提油对出油率影响的研究尚未见报道,无法证明纯油棕果肉压榨在生产中的优势。【拟解决的关键问题】研究油棕果果核分离机工作时间、处理量和刀轴转速对油棕果果核、果肉分离效果的影响,得到适宜生产的工作参数,为油棕果果核分离机优化改进提供数据支持。对比油棕果果核、果肉混合压榨与纯果肉压榨的出油率,为改进小型油棕压榨提取工艺与压榨装备的研制提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

样品:新鲜油棕果穗(图1)。采摘地点:海南省文昌市中国热带农业科学院橡胶研究所油棕种子资源圃。采摘时间:2018年9月12日。

图1 油棕果穗
Fig. 1 Oil palm fruit

试验设备:小型卧式油棕杀酵罐、5T-200型转笼式油棕果脱果机、油棕果捣碎罐、油棕果果核分离机配套蒸汽发生器、电加热自动控温棕榈油澄油机和钻孔式压榨桶(直径78 mm、高度400 mm、孔径5 mm),以上设备均为中国热带农业科学院农业机械研究所自制。测量工具:电子台秤(承重30 kg,精度0.001 kg)、计时器(手机计时)、温度计( 量程-50~200 ℃)、转速表(分辨率 0.1 r/min,测量范围 2.5~9 999.9 r/min)。其他用具:变频调速器(鑫盛达HD500-2R2GT4B)、万能材料试验机(量程0~200 kN)、记录本、蒸锅、塑料桶、塑胶手套、五金工具等。

1.2 试验方法

1.2.1 果核果肉分离工艺 油棕加工要求在果穗采摘后24 h内进行,超过24 h后果实所含油脂酸价会迅速上升[15],严重影响棕榈油品质,降低出油率。高温杀酵可有效防止油棕果油脂酸化,且有利于进行后续处理。试验参照文献[19]统一设定杀酵温度为130℃、杀酵时间为60 min。经过杀酵并冷却的油棕果穗通过5T-200型转笼式油棕果脱果机将果粒剥离出来(图2)。油棕果粒通过油棕果果核分离机实现果核果肉分离,分离后得到油棕果肉与残渣,残渣中包含油棕果核与少量果肉,试验时需人工将残渣中的果核与果肉进行分离并测量。通过油棕果果核分离机得到的油棕果肉经过6YL-180型油棕果榨油机完成压榨试验。

图2 杀酵完成后的油棕果
Fig. 2 Oil palm fruit after leaven is finished

1.2.2 单因素试验 分别以作业时间T、单次处理量W和刀轴转速V 3个因素为研究对象,每个因素5次重复,参照文献[18]选定试验参数,记录油棕果粒经过油棕果果核分离机得到的油棕果肉与残渣的质量。残渣由人工冲水清选出果核,用毛巾擦干水分后称重,计算分离率(F):

式中,P为经油棕果果核分离机分离后得到的油棕果肉质量(kg),W为单次处理量(kg),H为残渣中果核质量(kg)。

1.2.3 正交试验 采用三因素三水平试验方案,根据单因素试验结果,针对作业时间T、处理量W和刀轴转速V等3个影响因素分别选出3个水平(表1)。不考虑交互作用,选择L9(33)试验方案,见表2。

1.2.4 压榨试验 用油棕果捣碎罐处理油棕果粒得到果核果肉混合物,用油棕果果核分离机处理得到油棕果肉,参照文献[16]的方法进行压榨试验得到含杂棕榈油,通过电加热自动控温棕榈油澄油机对压榨的含杂棕榈油进行澄清、除杂、干燥除水得到纯棕油,以同等质量下的油棕果出油率作为评价指标,比较果核果肉混合压榨与纯果肉压榨出油率的高低,计算出油率(Y):

式中,m为经过澄清、除杂、干燥、除水得到纯棕油质量(kg),M为处理的油棕果粒质量(kg)。

表1 油棕果核果肉分离影响因素水平
Table 1 Levels of influencing factors for the separation of kernel and pulp of oil palm fruit

水平Level因素Factors作业时间Working time(T,min) 处理量Handling capacity(W,kg) 刀轴转速Cutter shaft rotation speed(V,r/min)1 T1 W1 V1 2 T2 W2 V2 3 T3 W3 V3

表2 油棕果核果肉分离影响因素研究试验方案
Table 2 Study on the factors affecting the separation of kernel and pulp of oil palm fruit

试验号Test No.果核质量Weight of kernel(kg)1 T1 W1 V1 P1 H1 2 T1 W2 V2 P2 H2 3 T1 W3 V3 P3 H3 4 T2 W1 V2 P4 H4 5 T2 W2 V3 P5 H5 6 T2 W3 V1 P6 H6 7 T3 W1 V3 P7 H7 8 T3 W2 V1 P8 H8 9 T3 W3 V2 P9 H9作业时间Working time(min)处理量Handling capacity(kg)刀轴转速Cutter shaft rotation speed(r/min)果肉质量Weight of pulp(kg)

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 不同作业时间对分离效果的影响 由表3可知,当单次处理量固定为15 kg,刀轴转速固定为200 r/min时,分离率随着工作时间的增长而增大。作业时间4 min时,分离率仅有64.42%,6 min时分离率明显提升至87.93%,8 min时分离率为94.83%,当作业时间超过8 min后分离率没有明显变化,分别为96.32%、96.62%。可见,作业时间以8~10 min为最佳。

2.1.2 不同处理量对分离效果的影响 由表4可知,当作业时间固定为8 min、刀轴转速固定为200 r/min时,分离率随着处理量增大而降低。处理量在13~19 kg时分离率缓慢降低,当处理量为21 kg时分离率明显下降。在保证生产效率的基础上,处理量以17 kg左右为最佳。

2.1.3 不同刀轴转速对分离效果的影响 由表5可知,随着刀轴转速的提高分离率也相应提高,即分离效果越来越好。当作业时间为8 min、处理量为17 kg时,刀轴转速提高超过250 r/min后分离率趋于平稳。可见,刀轴转速以250~300 r/min之间为最佳。

表3 不同作业时间对油棕果肉分离率的影响
Table 3 Effects of different working time on the separation rate of oil palm pulp

作业时间Working time(min)分离率Separation rate(%)4 15 200 6.88 4.32 64.42 6 15 200 8.96 4.81 87.93 8 15 200 10.09 4.36 94.83 10 15 200 10.48 4.12 96.32 12 15 200 10.02 4.63 96.62处理量Handling capacity(kg)刀轴转速Cutter shaft rotation(r/min)果肉质量Weight of pulp(kg)果核质量Weight of kernel(kg)

表4 不同处理量对油棕果肉分离率的影响
Table 4 Effects of different handling capacity on separation rate of oil palm pulp

作业时间Working time(min)分离率Separation rate(%)8 13 200 8.64 3.98 95.79 8 15 200 10.32 4.30 95.61 8 17 200 11.39 4.84 93.67 8 19 200 12.66 5.42 93.23 8 21 200 13.03 5.89 86.23处理量Handling capacity(kg)刀轴转速Cutter shaft rotation speed(r/min)果肉质量Weight of pulp(kg)果核质量Weight of kernel(kg)

表5 不同刀轴转速对油棕果肉分离率的影响
Table 5 Effect of different rotation speed of cutter shaft on separation rate of oil palm pulp

作业时间Working time(min)分离率Separation rate(%)8 17 150 10.67 5.57 93.35 8 17 200 11.49 4.98 95.59 8 17 250 11.76 4.82 96.55 8 17 300 11.99 4.61 96.77 8 17 350 11.62 4.95 96.43处理量Handling capacity(kg)刀轴转速Cutter shaft rotation speed(r/min)果肉质量Weight of pulp(kg)果核质量Weight of kernel(kg)

2.2 正交试验

根据单因素实验结果,取T1、T2、T3分别为8、9、10 min,取W1、W2、W3分别为15、17、19 kg,取 V1、V2、V3分别为 250、275、300 r/min。根据表2方案进行试验,得到对应的分离率如表6所示。分析作业时间T各水平对分离率的影响,由表2可知,T1反映在1、2、3号试验中,T2反映在4、5、6号试验中,T3反映在7、8、9号试验中。T1对应的分离率之和为:KT1=y1+y2+y3=96.34+93.61+94.07=284.02、kT1=KT1/3=94.67;T2对应的分离率之和为:KT2=y4+y5+y6=96.07+96.46+93.59=286.10、kT2=KT2/3=95.37;T3对应的分离率之和为:KT3=y7+y8+y9=96.99+97.54+94.4=288.93、kT3=KT3/3=96.31。

根据正交试验特点,对T1、T2、T3来讲,3组试验条件完全一致(综合可比性),可进行直接比较。若作业时间对分离率无影响,那么kT1kT2kT3应该相等,但从以上计算可知kT1kT2kT3实际上不相等,说明作业时间对分离率有影响。因此,根据kT1kT2kT3大小,可以判断T1、T2、T3对分离率影响的大小。由于分离率越大油棕果核果肉分离效果越好,而kT1kT2kT3,所以可判定T1为作业时间最优水平。

同理,可以计算并确定W3、V1分别为处理量W与刀轴转速V两因素的最优水平。3个因素的最优水平组合为T1W3V2,即油棕果核果肉分离机最优工作条件为作业时间8 min、处理量19 kg、刀轴转速275 r/min。

根据极差大小(表6),可以判断各因素对分离率影响的主次关系,即处理量>作业时间>刀轴转速,因此,处理量对油棕果肉分离率的影响最大,其次是作业时间,刀轴转速影响较小。

2.3 压榨试验

利用油棕果捣碎罐处理19 kg杀酵过的油棕果,得到果核果肉混合物,参照文献[20]得出的最优参数,采用压榨温度95℃、压榨时间25 min、压榨压力6.5 kN进行压榨试验,得出出油率为22.97%。利用油棕果果核分离机,采用上述试验得到的最佳配合参数,处理19 kg杀酵过的油棕果,得到13.66 kg油棕果肉。采用相同的压榨条件进行压榨试验,计算得出出油率为38.77%。经过多组重复试验得出混合压榨出油率为22%~27%,利用纯果肉进行压榨出油率为35%~40%。本试验结果表明,油棕去核后压榨比传统混合压榨出油率明显提高约30%。

表6 油棕果核肉分离试验结果分析
Table 6 Analysis on the experimental results of separation of oil palm kernel and pulp

试验因素 Test factors试验号Test No.处理量Handling capacity(W,kg)作业时间Working time(T,min)分离率Separation rate(%)刀轴转速Cutter shaft rotation speed(V,r/min)1 8 15 250 96.34 2 8 17 275 93.61 3 19 300 94.07 4 9 15 275 96.07 8 5 17 300 96.46 6 9 19 250 93.59 9 7 10 15 300 96.99 8 10 17 250 97.54 9 10 19 275 94.40 K1 284.02 289.40 287.47 K2 286.10 287.61 284.08 K3 288.93 282.06 287.52 k1 94.67 96.47 95.82 k2 95.37 95.87 94.69 k3 96.31 94.02 95.84极差Range 1.64 2.45 1.15主次顺序Important order 处理量>作业时间>刀轴转速最优水平Optimal level 8 19 275最佳组合Optimal comtination T1W3V2

3 讨论

棕榈油的生产加工一直以来采用的主流加工工艺为机械加工。调查发现我国油棕年产量还不到65万t,且面积分散[21],研究小型棕榈油加工生产设备有利于我国油棕产业发展。刘智强等[22]研制的小型卧式油棕杀酵设备、李玉林等[23]研制的5T-200型油棕果脱果机、郑爽等[10]研制的蒸汽加热油棕果捣碎机、李国杰等[11]研制的6YL-180型油棕果榨油机为我国油棕加工产业奠定了技术基础。张玉峰等[14]研究发现蒸煮杀酵有利于提高棕榈油品质。邓干然等[15]研究不同杀酵条件对油棕果肉出油率的影响,李国杰等[16]研究不同压榨条件对油棕果肉出油率的影响,研究目的与本试验相同,均以提高出油率为目标,为小型油棕加工生产设备提供数据支持。刘智强等[17]研发的一种简易油棕果加热捣碎分离机与本研究出发点一致,提出在油棕加工捣碎环节将果核、果肉分离,改变传统混合压榨为纯果肉压榨。本研究着重分析了作业时间、处理量、刀轴转速对油棕果果肉分离率的影响,果肉分离率越高,棕榈油损失越少,对应的压榨出油率越高。

4 结论

通过试验,明确油棕果肉捣碎过程中影响油棕果核、果肉分离的主要因素及相关关系,得出对分离效果影响最大的是处理量,其次是作业时间,刀轴转速影响较小。得到影响油棕果果核、果肉分离各因素的最优组合,即作业时间8 min、处理量19 kg、刀轴转速275 r/min。分离后的油棕果肉进行压榨试验,出油率明显提高,工作能耗降低,多次重复试验出渣流畅,且出油率达35%~40%,比传统果核果肉混合压榨出油率提高30%左右,明显减少残油浪费,具有很好的市场应用前景。该技术因分离后的油棕果肉不含果核,不用考虑压榨压力过大对果核的破坏,可以采用较大的压榨压力、匹配合适的压榨时间进行试验,在提高出油率的同时可较好提高生产效率。

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Study on Separation Technology of Kernel and Pulp of Oil Palm Fruit

ZHENG Shuang, LI Lin, DENG Ganran, CUI Zhende, LI Guojie, LI Yulin
(Tropical Agricultural Machinery Research Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Zhanjiang 524091, China)

Abstract:【Objective】 The study was conducted to optimize oil palm kernel separator and increase the yield of palm oil from press. 【Method】 Taking the separator for kernel of oil palm fruit as the research object, the effects of working time, handling capacity and rotation speed of cutter shaft on the separation rate of pulp of oil palm fruit were analyzed.The pulp was extracted based on an optimal scheme, and a comparison test was conducted between the pure pulp pressing and the mixed pressing of kernel and pulp.【Result】It was found that the working time, handling capacity and rotation speed of cutter shaft had different impacts on the separation rate of oil palm pulp, and the range values were 1.64, 2.45 and 1.15, respectively, indicating that handling capacity had the greatest influence, followed by working time, and then rotation speed of cutter shaft. Based on the analysis of the test data, it was concluded that the separation effect was the best when the working time, handing capacity and cutter shaft speed were 8min, 21 kg and 250 r/min, respectively. By conducting the pressing test to extract oil, the oil yield was 22%-27% when the kernel and pulp were pressed together, and the oil yield was 35%-40% when the pure pulp was pressed.【Conclusion】Reasonable combination of working time, handling capacity and rotation speed of cutter shaft can help to improve the separation rate of pulp of oil palm fruit, and the oil yield of pure pulp is significantly improved after separation .

Key words: oil palm; pulp separation rate; working time; handling capacity; cutter shaft rotation speed

中图分类号:S565.9

文献标志码:A

文章编号:1004-874X(2019)12-0042-07

郑爽,李玲,邓干然,崔振德,李国杰,李玉林.油棕果果核、果肉分离技术研究[J].广东农业科学,2019,46(12):42-48.

收稿日期:2019-10-19

基金项目:中国热带农业科学院基本科研业务费专项资金(1630132017);海南省自然科学基金面上项目(517253)

作者简介:郑爽(1987—),女,助理研究员,研究方向为热带农业机械,E-mail:zzsshhu@163.com

通信作者:邓干然(1972—),男,硕士,研究员,研究方向为热带农业机械,E-mail:dengganran@163.com

(责任编辑 张辉玲)