CN1306078A - 一种棉籽的处理方法 - Google Patents

Abstract

一种棉籽的处理方法:棉籽壳仁分离后对棉仁进行预处理;烘干后的棉仁采用6^＃溶剂油一次浸出油脂,脱除溶剂后得到毛油;含溶湿粕采用甲醇萃取棉酚;沥干后的湿粕经机械挤压脱溶后进行烘干,得到棉籽蛋白;采用分离方法将脂溶性物质及固体杂质去除,干燥后得到粗品低聚糖。本发明具有出油率高、脱酚彻底、有效蛋白不损失、工艺简单、生产成本低、通用性好等特点,本发明还适用于大豆和菜籽的处理工艺。

Description

一种棉籽的处理方法

我国是世界主要产棉大国，年产棉籽约五百万吨，如果棉籽资源得到充分利用，每年可得到约200万吨的优质棉籽蛋白(蛋白含量约50％)，用以替代鱼粉、豆粕等饲料蛋白源，不仅可减少豆粕和鱼粉的进口量，节约大量外汇，而且可促进养殖业的发展。棉籽蛋白在价格上具有明显的竞争优势，开发高质量的棉籽蛋白，对人口众多的中国市场来说前景良好。

棉籽属可再生资源，对其全面开发，符合可持续发展战略，具有优良的经济效益和社会效益。

我国蛋白质饲料资源(主要是饼粕类)有很大缺口。全国饲料工业办公室根据国务院《九十年代中国食物改革与发展纲要》、我国中长期畜禽、水产品生产规划及农业部发展纲要等材料对我国2000年和2010年畜牧水产品生产指标和饲料资源的供需情况进行了预测，2000年和2010年我国饼粕类的缺口分别为1520万吨和2560万吨。据世界银行中蒙局对中国饲料供求平衡的预测表明：2000年我国能量饲料和蛋白质饲料的缺口分别为6600万吨和2400万吨，2010年能量饲料的缺口为4300万吨和8300万吨，蛋白质饲料的缺口为3800万吨。因此，我国面临着饲料粮紧缺问题，特别是饼粕类的严重不足，将成为我国饲料工业发展的主要制约因素。

棉籽蛋白可替代大豆、玉米等用于食品、饲料行业，棉籽蛋白资源的开发使用可以节省数百万吨的粮食，对人口众多、耕地较少的我国其意义十分巨大。

含棉酚的棉粕只能做低级饲料或肥料，用途比较狭窄。脱酚后的棉籽蛋白含量达50％以上(一级豆粕含量44％)，其它主要质量指标与大豆蛋白相似，可完全取代大豆蛋白用于饲料、食品及生物发酵等行业，用途十分广泛。

棉籽蛋白属豆类蛋白，具有低纤维、高代谢能和赖氨酸有效值高等特点，是一种优质食用蛋白质，其营养价值远远优于谷蛋白肮。

在食品工业方面，用脱酚棉籽蛋白制成各种食品，不仅蛋白质含量丰富，而且含有各种维生素和人体所须的氨基酸。美国用棉籽蛋白开发出了许多老人和儿童食品。

棉籽是一种重要的蛋白资源，多年来许多科学工作者都在探索具有实用价值的棉籽脱酚技术，做出了很多实验室成果，但由于脱酚的工业化技术未能得到很好的解决，因此棉粕这一宝贵的蛋白资源未能得到充分利用。

由于棉籽含有毒的棉酚，若生产食用和饲料用棉籽蛋白，就必须将棉酚含量降低到安全指标以下，同时保持氨基酸的有效性，即生产食用和饲料用棉籽蛋白的任务是脱酚和保持营养价值。目前采用的热榨浸出工艺不仅不能有效地脱除棉酚，而且棉籽在高温蒸炒和热榨后，蛋白质变性，消化率降低，棉酚在加工过程中一部分与蛋白质的氨基酸结合，降低了赖氨酸的有效性，棉籽蛋白的营养价值也受到损失。实际上，按现行工艺生产的棉籽饼粕对人、猪、鸡等非反刍动物有毒而且营养也是贫乏的。一般认为，棉籽的毒性主要来源于游离棉酚，世界卫生组织和粮农组织及联合国儿童基金会的蛋白质顾问小组建议游离棉酚不超过0.06％，总棉酚不超过1.2％的棉粕可供人类食用；美国食品和药物管理局规定游离棉酚在食品中的允许剂量是小于0.045％。因此，全价开发棉籽蛋白的首要任务是脱酚。

我国为了充分利用棉籽资源，将棉籽脱酚技术列为“六五”、“七五”重点攻关项目，投资数千万元，开发出一批棉籽脱酚技术，主要有化学法：利用棉酚的化学性质添加适当的化学试剂，在一定条件下将棉酚破坏或形成结合态，但无法解决原工艺中的蛋白质变性、营养价值降低等问题，因此化学法仅能解决脱酚问题。微生物发酵法：将棉粕控制在一定的温度和湿度下，通过微生物发酵作用，使棉酚分解，变成无毒物质，但存在菌种培养、生产条件不易控制等缺陷，占地面积大、难以实现连续化生产，也只是解决脱酚问题，而不能保证原生产工艺中的蛋白质变性、营养价值降低等问题。溶剂萃取法：利用丙酮、异丙醇、乙醇等极性溶剂可以溶解棉酚的特性，来提取棉籽中的棉酚；研究较多的有二元(溶剂油和丙酮或乙醇)溶剂和三元(溶剂油、丙酮或乙醇、水)溶剂，该法生产成本低，可在低温下进行，克服蛋白质变性问题，脱酚彻底，国内因设备和工业化技术等原因，虽然实验室技术很成功，但进行正常工业化生产尚需做进一步的工作。

本发明的目的在于供一种棉籽的处理方法，即在得到传统棉籽加工厂的产品棉籽油和棉壳外，将棉粕变为达到食用要求的脱酚棉籽蛋白，而且在废水治理过程中还得到得到粗品低聚糖，使棉籽得到全价合理利用，而且出油率高、脱酚彻底、有效蛋白不损失、工艺简单、生产成本低、通用性好，适于大规模工业生产。

本发明的主要内容是将棉籽进行剥壳及壳仁分离，得到棉籽壳和棉仁；棉仁中的油脂和棉酚采用溶剂萃取法提取出来，棉籽油再进行精炼达到国家食用油标准；而萃取棉酚是将棉籽蛋白中的游离棉酚含量降至美国食用棉籽蛋白的标准以下，同时在预处理、萃取及棉籽蛋白的烘干过程中进行低温(小于80℃)操作，保证棉籽蛋白的营养价值；对萃取棉酚的甲醇液回收甲醇后的废水进行治理，并得到低聚糖粗品。

本发明的技术方案包括以下步骤：

①棉籽经剥壳机组剥壳并进行壳仁分离后，得到棉仁和棉壳，棉仁在下述条件下进行预处理：60～80℃软化；压胚，；60～80℃烘干，

②烘干后的棉仁直接进入浸出器，采用6＃溶剂油一次浸出油脂，操作温度50～55℃，溶剂比为1.1～1.8∶1，浸出时间为100～180分钟，混合油经一蒸、二蒸、汽提脱除溶剂后得到毛油，毛油经精炼得到食用油，蒸出的溶剂经冷凝器冷却后分水循环使用，

③含溶湿粕进入脱酚萃取器，采用甲醇萃取棉酚，萃取温度40～55℃，溶剂比为1～1.5∶1，甲醇浓度80～98％、浸出时间为30～60分钟，

④沥干后的湿粕经机械挤压脱溶后，使甲醇含量降低至30～40％，然后进行烘干，烘干温度小于80℃，即可得到蛋白质含量大于50％、残油小于2％、游离棉酚含量小于0.04％、残溶小于0.05％的棉籽蛋白，

⑤将萃取棉酚后的甲醇液蒸发，采用分离方法将脂溶性物质及不溶于水的固体杂质去除，将水液干燥后即得到粗品低聚糖。

本发明棉籽剥壳、壳仁分离时仁中含壳小于15％，壳中含仁小于1％。

本发明的出发点是：将传统工艺中高温蒸炒、热榨工序去掉，避免蛋白质变性、营养价值降低的问题；将棉籽中的油脂采用浸出法一次提取；棉籽提油完成后再加溶剂萃取棉酚；采用低温烘干设备，保证产品的质量，本发明具有出油率高、脱酚彻底、有效蛋白不损失、工艺简单、生产成本低、通用性好等特点。同时，本发明还适用于大豆的一次浸油并生产低温豆粕和菜籽的预榨----浸出工艺。

从棉籽中萃取的主要成分为棉籽油和棉酚，棉籽油是脂溶性物质，而棉酚为醇溶性物质，根据“结构相似溶解”的原理，利用6＃溶剂油萃取棉籽中的棉籽油，利用甲醇萃取棉籽中的棉酚。由于棉籽中棉籽油是大量的，而且甲醇对棉籽具有较强的粉化作用，因此采用先萃取棉籽油后萃取棉酚的工艺。棉籽蛋白在80℃以上很容易发生变性，降低营养价值，要求在棉籽蛋白的生产过程中将温度控制在80℃以下。

附图1为本发明的工艺流程简图。

以下结合附图对本发明进行详细说明：

1．预处理

由于棉籽含油量较高，溶剂直接浸出残油率较高，一般采用蒸炒、热榨预处理工艺。蒸炒、热榨的目的是为了得到大部分油脂，减轻浸出负担，提高出油率。但由于蒸炒、热榨工序的温度较高(大于100℃)，导致蛋白质大量变性，营养价值下降。本发明采用低温预处理工艺，去掉高温蒸炒、热榨等传统预处理工序，避免蛋白质变性、营养价值降低的问题。

棉籽经剥壳机组剥壳并进行壳仁分离后，得到棉仁和棉壳，棉仁软化、压胚、烘干后进浸出器，棉仁软化温度控制在60～80℃，其中70～80℃较佳；压胚时可控制厚度为0.3～0.5mm；烘干温度控制在60～80℃，其中70～80℃较佳；入浸出器水分可控制在5～9％。

剥壳和壳仁分离是预处理的关键，壳中含仁量大，产品(棉籽油和棉籽蛋白)得率下降，经济效益差；仁中含壳量大，棉籽蛋白产品的蛋白含量低，生产效率下降，棉籽油的得率降低，影响效益。一般国内现有企业控制剥壳和仁壳分离的指标是仁中含壳30％左右，壳中含仁小于1％，本发明的处理工艺控制壳中含仁小于1％、仁中含壳小于15％，同时棉籽仁的粉末度小于8％，满足了后续油脂一次萃取的要求，并使得棉籽蛋白产品的蛋白含量大于50％(国内同类企业生产的棉粕蛋白含量小于38％。

国内同类企业采用压胚后蒸炒、热榨的工艺来保证棉仁的成型度和入浸水分，本发明采用烘干(小于80℃)的方式使棉仁的入浸水分达到要求，同时又不增加粉末度。

2．一次浸出油脂

烘干后的棉仁直接进入浸出器，采用6＃溶剂油一次浸出油脂，操作温度可控制在公知的50～55℃，溶剂比为1.1～1.8∶1，例如，每公斤的棉仁所用的溶剂量可为1.1、1.2、1.4、1.6、1.8升，浸出时间为100～180分钟，例如可控制为100、120、140、160、180分，混合油经公知的一蒸、二蒸、汽提脱除溶剂后得到毛油，毛油经精炼得到食用油，蒸出的溶剂经冷凝器冷却后分水可循环使用，

由于棉籽剥壳后的棉仁含油率高(约30％)，本发明将提油和脱酚分步进行，实现了一次提油的目标，棉籽蛋白产品残油率≤2％。

2．萃取棉酚

含溶湿粕进入脱酚萃取器，采用甲醇萃取棉酚，萃取温度40～55℃；溶剂比为1～1.5∶1，例如每公斤的湿粕所用的甲醇量可为1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5升；甲醇浓度可为80～98％；浸出时间可为30～60分钟。

本发明将提油和脱酚分步进行，与其它将油脂和棉酚同时萃取的技术有本质的差异。国内研究的混合溶剂萃取法是利用极性溶剂和非极性溶剂互溶并形成共沸的特点来同时萃取油脂和棉酚，但溶剂的回收操作及溶剂体系难以保证稳定，带来实际生产中溶剂消耗大、生产成本高等难题。另外混合溶剂也达不到单一溶剂的萃取效率，而且极性溶剂对棉籽的粉化作用对设备的要求也提高了，溶剂分离困难，棉酚易于进入油脂，对油脂的精炼提出较高的要求。

本发明是利用6＃溶剂油的提油性能和甲醇的萃酚能力，将棉籽油和棉酚分别提取出来。为了保证6＃溶剂油的提油效率和甲醇的萃取棉酚能力，将萃取油脂和萃取棉酚分步进行，充分发挥了6＃溶剂油的提油效率和甲醇的萃取棉酚能力。同时也不影响原有生产工艺，即在浸出油后加一套溶剂浸出脱酚设备，此步的目的是将棉酚提取出来，保证产品中的棉酚含量，经脱酚处理后的棉籽蛋白中游离棉酚≤0.04％。对现有预榨一浸出生产厂改造，只需在萃取油脂后加一套萃取棉酚设备工艺即可完成，不影响原有生产工艺，易于现有生产厂的改造，所说的萃取棉酚设备可采用ZL 94 2 45540.1专利中公开的“液-固萃取器”。由于甲醇等极性溶剂在萃酚过程中对棉仁有很强的粉化作用，在现有浸出器中很难完成，采用上述“液一固萃取器”可解决这一问题。

4．机械挤压脱溶

沥干后的湿粕经机械挤压脱溶后的甲醇含量从60～80％降低至30～40％，然后进行烘干，烘干温度小于80℃，例如温度可控制在60～80℃，其中70～80℃较佳(烘出的溶剂经冷凝器冷却后分离循环使用)，即可得到蛋白质含量大于50％、残油小于2％、游离棉酚含量小于0.04％、残溶小于0.05％的棉籽蛋白。为了缩短烘干时间、降低甲醇蒸发量、减少能耗，保证产品的质量，可采用榨油机、离心机等机械挤压设备，使棉籽蛋白中的甲醇含量降低至30～40％，能耗大幅度下降，保证了产品的色泽，避免了产品中蛋白质的变性。

5．干燥

将萃取棉酚后的甲醇液蒸发可回收甲醇，采用分离方法将脂溶性物质及不溶于水的固体杂质去除，将水液干燥后即得到粗品低聚糖。

原有的烘干设备是在高温(大于100℃)、直接蒸气的条件下对产品中含有的6＃溶剂油进行烘干，而脱酚后需要烘出的溶剂为甲醇，再加直接蒸气进行烘干，不仅导致产品色泽变黑、蛋白质变性，而且产品残留甲醇含量较高，达不到产品质量要求。本发明选用了低温(小于80℃)间接加热方式的烘干工艺设备，不仅可保证蛋白质的营养价值，而且也使产品保持淡黄色，同时产品中溶剂残留量≤500ppm。

6．废水治理

萃取棉酚后的甲醇液蒸发回收甲醇，冷却分离后再循环使用，残液主要是水、棉酚、色素、低聚糖等，进行固液分离，废渣拌入煤中焚烧，水液浓缩后可得低聚糖粗品。

Claims (2)

1．一种棉籽的处理方法，其特征在于它是由以下步骤组成的：

①棉籽经剥壳机组剥壳并进行壳仁分离后，得到棉仁和棉壳，棉仁在下述条件下进行预处理：60～80℃软化；压胚；60～80℃烘干，

②烘干后的棉仁直接进入浸出器，采用6#溶剂油一次浸出油脂，操作温度50～55℃，溶剂比为1.1～1.8∶1，浸出时间为100～180分钟，混合油经一蒸、二蒸、汽提脱除溶剂后得到毛油，毛油经精炼得到食用油，蒸出的溶剂经冷凝器冷却后分水循环使用，

③含溶湿粕进入脱酚萃取器，采用甲醇萃取棉酚，萃取温度40～55℃，溶剂比为1～1.5∶1，甲醇浓度80～98％、浸出时间为30～60分钟，

④沥干后的湿粕经机械挤压脱溶后，使甲醇含量降低至30～40％，然后进行烘干，烘干温度小于80℃，即可得到蛋白质含量大于50％、残油小于2％、游离棉酚含量小于0.04％、残溶小于0.05％的棉籽蛋白，

⑤将萃取棉酚后的甲醇液蒸发，采用分离方法将脂溶性物质及不溶于水的固体杂质去除，将水液干燥后即得到粗品低聚糖。

2．根据权利要求1所述的棉籽综合处理方法，其特征在于棉籽剥壳、壳仁分离仁中含壳小于15％，壳中含仁小于1％。

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