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目前大豆脫皮工藝較多,有前脫皮和后脫皮,在前脫皮中有De2Smet冷脫皮和Crown&Buhler熱脫皮、二次溫脫皮、一次溫脫皮。后脫皮是Buhler分理脫皮工藝,根據豆皮和豆粕的比重和顆粒大小的不同進(jìn)行篩選和風(fēng)選分級出等級豆粕(按蛋白含量劃分)。新建的大型壓榨廠(chǎng)傾向引入前脫皮工藝,本文主要就大豆前脫皮和生產(chǎn)等級豆粕的工藝和經(jīng)濟效益進(jìn)行分析。
1Crown&Buhler熱脫皮工藝
1.1工藝說(shuō)明
熱脫皮工藝和原料預處理、豆皮粉碎和豆粕破碎分理布置在一起(見(jiàn)圖1)。根據不同的原料大豆生產(chǎn)等級豆粕,其蛋白含量分別為48%、46%、44%。對工藝進(jìn)行調整,分別采取熱脫皮、二次溫脫皮、一次溫脫皮或冷脫皮。其主要流程:原料、計量、清理、調質(zhì)干燥、熱風(fēng)脫皮、噴射干燥、破碎到1/2～1/4瓣、熱風(fēng)脫皮、破碎1/8瓣、冷風(fēng)脫皮、軋坯、浸出;豆皮經(jīng)粉碎、進(jìn)倉,并入計量絞龍;豆粕經(jīng)計量、初破碎、分級、破碎、篩理、計量絞龍、出粕。熱脫皮設計是以美國2號大豆為依據,顆粒在5.00～6.25mm,含水分9.0%～13.5%,從農田收割15d左右,FFA≤1.5%。
以3000t/d處理量為例,用3個(gè)1000t/d用倉,來(lái)料經(jīng)計量、除鐵、篩選和去石后,進(jìn)立式Buhler塔式干燥器(內分層),長(cháng)3m,寬3m,共10層,6～9層內置水平蒸汽加熱扁管的獨立操作單元、2～3層進(jìn)風(fēng)、1～2層出風(fēng)。大豆因自身重力由上而下與加熱扁管接觸,溫度上升,內部水分慢慢聚集到表面,豆皮得到軟化。水汽、部分豆皮由吸風(fēng)裝置吸出。
如果大豆水分較高,空氣經(jīng)加熱器加熱,通過(guò)進(jìn)風(fēng)裝置進(jìn)入加熱器,與大豆直接接觸,對大豆進(jìn)行適量干燥。加熱蒸汽壓力在0.05～0.06MPa穿過(guò)每根管子,大豆停留時(shí)間20～30min。低壓蒸汽保證溫和調質(zhì)防止大豆在加熱管的接觸區過(guò)熱。操作成本為傳統成本60%。選用加熱層數與加工大豆的溫度、水分、產(chǎn)量有關(guān),要求大豆水分低于14.5%,否則要延長(cháng)滯留時(shí)間減少產(chǎn)量。出調質(zhì)器的大豆經(jīng)80℃氣流脫皮器吸出灰和皮,水分在10%～11%的大豆進(jìn)噴風(fēng)干燥器,在干燥器兩側各設有5根DN150噴氣管入口,噴熱風(fēng)溫度120℃,大豆在1～2min內與穿過(guò)沖孔板床的熱風(fēng)接觸中產(chǎn)生爆裂,大豆表面水分迅速揮發(fā),豆皮因高溫爆裂,皮松脫、裂開(kāi)。排出風(fēng)中含有少量豆皮。吸出的氣流夾灰經(jīng)剎克龍卸出夾帶豆皮后,進(jìn)入主風(fēng)機。
主風(fēng)機出風(fēng)分為兩路:一路送往主空氣加熱器加熱循環(huán)使用,一路排空。兩路均設有氣動(dòng)控制閥門(mén),根據風(fēng)網(wǎng)中的空氣濕度控制排泄風(fēng)門(mén)的開(kāi)啟度,一般設定風(fēng)網(wǎng)中空氣相對濕度30%。噴風(fēng)風(fēng)機進(jìn)風(fēng)由兩路構成,一路經(jīng)主空氣加熱器加熱的循環(huán)風(fēng),一路經(jīng)輔助加熱器的補充的新鮮空氣。噴風(fēng)干燥器內大豆滯留時(shí)間1～3min,出料溫度88℃,大豆含水分10%左右。進(jìn)破碎機Roskamps或Buhler(雙層輥,下輥膠輥,上輥鋼輥),把大豆沿裂縫處劈成2～3瓣,進(jìn)入熱風(fēng)吸皮器吸出皮灰,熱風(fēng)起調質(zhì)作用,進(jìn)入錘片式或斜槽輥式破碎機,半瓣大豆被高剪切力的錘片撞擊成1/8瓣,皮和仁分離。
皮仁進(jìn)小型吸風(fēng)脫皮器內分離出皮灰,豆仁進(jìn)軋坯系統。吸風(fēng)脫皮器,內有規則排列的水平鋼管,破裂大豆經(jīng)喂料器進(jìn)入,呈瀑布狀下落,與鋼管撞擊,仁落下去破碎,皮隨氣流進(jìn)入剎克龍,收集皮灰,篩選。皮與部分碎豆、仁屑在雙層篩網(wǎng)的振動(dòng)篩或回轉篩內分離。上層篩網(wǎng)的篩上物是尺寸較大的豆皮,送往豆皮系統。下層篩網(wǎng)的篩上物是中等的豆皮和碎仁,再經(jīng)吸風(fēng)器進(jìn)一步風(fēng)選。下層篩網(wǎng)的通過(guò)物是細皮與仁屑。碎豆進(jìn)入破碎機,輥為鋼制輥,破碎成6～8瓣,由于豆仁是熱的,破碎時(shí)產(chǎn)生的粉末很少。二層皮分離篩,脫皮可提高7%的產(chǎn)量。Crown&Buhler調質(zhì)和吸風(fēng)脫皮器起分級和調質(zhì)作用,實(shí)際上是用熱風(fēng)和冷風(fēng)對豆粒的調質(zhì)。從剎克龍收集的豆皮,因經(jīng)過(guò)調質(zhì),直接進(jìn)粉碎機,粉碎至在5目顆粒,進(jìn)入暫存倉,按市場(chǎng)等級豆粕蛋白需要比例由計量絞龍并入出粕。
從DTDC出來(lái)的脫脂豆粕用一臺斜刮板送去預處理,進(jìn)入豆粕分理和破碎系統,因刮板長(cháng)而高,對刮板鏈條和滑道的強度要求高。豆粕破碎和分理系統在計量和初破碎,用品質(zhì)振動(dòng)篩篩去產(chǎn)量約35%,粗粉通過(guò)粉碎機粉碎至8目顆粒,為脫皮豆粕。
1.2主要設備及工藝分析
1.2.1塔式干燥器
該設備是塔式結構,6～9層,每層安裝水平蒸汽加熱扁管,管材SS304。從上層進(jìn)料,分料層,進(jìn)暖風(fēng),按標準6層,5層加熱層,每層內部管道水平分布,每層之間管道錯排90°,第6層底部設有排氣孔。如果大豆水分高,增加3層,第6～7層是加熱層,第8層是暖氣流進(jìn)風(fēng)層,底層出料。大豆因自重由上而下與加熱扁管接觸,溫度上升,內部水分漸漸聚集到表面,豆皮得到軟化。水汽、部分豆皮由吸風(fēng)裝置吸出。如果大豆含水較高,空氣經(jīng)加熱器加熱,通過(guò)進(jìn)風(fēng)裝置進(jìn)入加熱器,與大豆直接接觸,對大豆進(jìn)行適量干燥。加熱蒸汽壓力一般不超過(guò)0.1MPa,大豆在加熱器內部的停留時(shí)間20～30min。通過(guò)前面的溫和預熱縮短高溫干燥的時(shí)間。
1.2.2噴風(fēng)干燥器
在干燥器內部,大豆位于轉送帶上,轉送帶運動(dòng)速度為0.05m/s,干燥器兩側各有6～8個(gè)熱風(fēng)噴孔,從轉送帶下方穿過(guò)料床,大豆顯沸騰狀,熱風(fēng)溫度120～140℃,脫除大豆表面水分。脫出氣體經(jīng)剎克龍分離出豆皮后,送入風(fēng)機,進(jìn)加熱器循環(huán)使用,少量氣體排空,在風(fēng)管上安裝風(fēng)門(mén),根據風(fēng)網(wǎng)內的空氣濕度控制排空程度,設定風(fēng)網(wǎng)中的空氣相對濕度為30%。熱風(fēng)風(fēng)機進(jìn)風(fēng)主要由風(fēng)網(wǎng)循環(huán)熱風(fēng),輔用補充新鮮空氣。噴風(fēng)干燥器內大豆滯留時(shí)間1～3min,出料溫度86～88℃。
1.2.3破碎機
熱脫皮工藝采用Roskamps或Buh2ler。雙對輥破碎機上對輥為斜紋鐵輥,下對輥為鐵芯橡皮輥,上輥把大豆破碎成兩瓣,下輥把皮從仁上擦去,減少皮中含豆粉末。
1.2.4皮仁分離系統
破碎后的皮和仁送入Crown吸風(fēng)脫皮器,內有規則排列的水平壓扁鋼管,鋼管每層間錯排,破碎物經(jīng)喂料器沿整個(gè)平面均勻分布,從一定高度落下,與平行鋼管撞擊,仁經(jīng)多次撞擊下落到收集斗,進(jìn)入破碎機進(jìn)行二次破碎。Buhler吸風(fēng)脫皮器內設多層百葉窗式擋板,工作原理與Crown吸風(fēng)脫皮器相同。皮被氣流吸入剎克龍收集進(jìn)行篩選碎豆、仁屑和豆皮。篩理用雙層篩網(wǎng)振動(dòng)篩和回轉篩。篩上物是尺寸大的豆皮,送入豆皮處理系統,下層篩網(wǎng)的篩上物是中等顆粒的豆皮和碎豆仁,送入下一道吸風(fēng)撞擊器進(jìn)行風(fēng)選,豆仁并入破碎豆粒系統軋坯,豆皮并入皮系統。下層篩網(wǎng)的篩下物是細皮和仁屑,并入碎豆入軋坯機。
1.2.5熱脫皮工藝的副產(chǎn)品
結合回收大豆胚芽,大豆在破碎前采用搓碾式輥把胚芽從大豆上剝下,用風(fēng)選和篩選從碎豆和碎皮中分離回收。大豆胚芽回收率約70%,加工1t大豆可得到14kg胚芽。
1.2.6熱脫皮指標和能量消耗
熱脫皮指標:粕含纖維≤3.5%,皮中含油≤1.5%,脫水在1%～2%。蒸汽消耗:80～100kg/t,取決于調質(zhì);電耗(含預處理):23kW·h/t。
1.2.7工藝過(guò)程剖析
熱脫皮工藝實(shí)際隱含4種脫皮工藝,如熱脫皮、二次溫脫皮、一次溫脫皮、冷脫皮。如果來(lái)料濕度高使用熱脫皮,開(kāi)9層立式加熱器進(jìn)行降水,瞬時(shí)干燥、脫皮、破碎、分級干燥、破碎、分級冷卻、軋坯,即大豆走完熱脫皮全過(guò)程。如果大豆含水量低于11%,選用二次溫脫皮工藝,可預熱(開(kāi)6層烘干段)70～80℃,關(guān)掉噴風(fēng)干燥器,直接進(jìn)脫皮和破碎機;如果生產(chǎn)蛋白含量為45%～46%的豆粕,選用一次溫脫皮,大豆經(jīng)清理后,直接進(jìn)第一道破碎機后面的分級干燥器,溫加熱后進(jìn)第二道破碎機;如果生產(chǎn)普通豆粕,可以選用冷脫皮工藝,大豆清理后直接進(jìn)入第二道破碎機,經(jīng)分級冷卻器后進(jìn)入軋坯機。在該工藝中除出料、出皮、灰帶走少量熱量排空外,熱氣流是循環(huán)使用,加熱器加熱補充的新鮮空氣,在軋坯前明顯地增加熱空氣調節豆仁溫度和水分。在熱脫皮工藝中,大豆在120～145℃受熱時(shí)間只有1～3min,其他加熱是在80～90℃的溫熱氣流中,大豆蛋白變性小。與傳統工藝不同,在軋坯前已調整好大豆水分以滿(mǎn)足入浸要求,無(wú)需在軋坯后設干燥設備。
2De2Smet脫皮工藝
通過(guò)對大豆在溫度為70～80℃下烘干4～6h,降低大豆水分,再自然冷卻24～48h,對大豆進(jìn)行清理、破碎、吸皮。主要工藝如圖2所示。
2.1干燥脫水
現在進(jìn)口大豆含水范圍在10.5%～13.6%,皮仁附著(zhù)力強,皮的韌性大,大豆很難破碎,在齒輥間易揉扁變形。所以大豆在進(jìn)倉前要求經(jīng)初清、干燥降水至10.5%以下,干燥設備一般用立式Buhler塔式干燥器(設備見(jiàn)熱脫皮部分)和原料干燥塔,熱風(fēng)溫度70～80℃,緩慢干燥。
2.2緩蘇
經(jīng)干燥后,大豆水分在10.5%左右,進(jìn)倉滯留48h,鑒于大豆顆粒水分不一,給足夠的時(shí)間使大豆進(jìn)行有效地傳質(zhì)、均質(zhì);尤其干燥時(shí)間短,表面水分低,內部水分高,從內向外傳質(zhì),力求達到品質(zhì)均勻。因此,要建足夠的倉容。
2.3破碎
要求進(jìn)破碎機大豆不含碎粒(小于4mm顆粒最多不超過(guò)1%),含雜量小于1%,無(wú)松皮現象,用雙層斜齒輥破碎機將大豆破碎成4～6瓣,最多5%粒過(guò)10目篩。因大豆經(jīng)長(cháng)時(shí)間緩蘇和調質(zhì),皮仁附著(zhù)力降低,豆質(zhì)較均勻,破碎顆粒大小均勻,少成粉。破碎機多用Buhler破碎機。
2.4皮仁分離
破碎后豆粒進(jìn)入雙層振動(dòng)篩或平面回轉篩篩選。上層篩上物是粗皮和較大的豆粒,由上面的吸風(fēng)罩吸入豆皮系統,豆粒從篩網(wǎng)落下經(jīng)輸送設備并入碎豆。下層篩的篩上物是中等顆粒的豆皮和碎豆,進(jìn)入Buhler吸風(fēng)脫皮器分離出碎豆和皮。下層篩的過(guò)篩物是細皮和粉末,約占大豆總量的5%～10%,并入豆仁流。破碎后用Buhler吸風(fēng)脫皮器分離出2%的豆皮,豆皮和皮仁夾帶仁屑由氣流送入剎克龍收集,經(jīng)分離篩分級,進(jìn)入二級吸風(fēng)脫皮器進(jìn)行二次脫皮,分離出重的豆仁和輕皮。吹入的氣流是環(huán)境自然空氣。
2.5調質(zhì)軟化
軟化鍋可用立式6～9層軟化鍋或臥式軟化鍋,適當噴低壓直接汽,軟化時(shí)間20～25min,軟化溫度90～105℃,要求大豆出鍋水分12%,溫度65～70℃。達到大豆內外質(zhì)地均勻。軟化后豆粒送入軋坯機。
2.6冷脫皮指標
當大豆含水12%、蛋白35.5%、纖維最多5%時(shí),豆粕含纖維<3.5%,含蛋白≥48%,水溶性氮損失3%～5%,電耗35kW·h/t。
2.7豆皮粉碎和豆粕分理豆皮粉碎和豆粕分理工藝和設備與熱脫皮工藝相同。
3脫皮工程國產(chǎn)化效果
現在國內很多廠(chǎng)家應用熱脫皮和冷脫皮工藝,并適當地改造國產(chǎn)設備,達到大豆脫皮目的。選用主要設備效果如下:
3.1立式烘干塔
立式烘干塔在原糧烘干塔的基礎上改進(jìn),原糧烘干塔為上段熱風(fēng)烘干和下段冷風(fēng)冷卻。改進(jìn)后上面為4～6個(gè)烘干段和下面2～3個(gè)冷卻段。大豆在塔內多次加熱與多次冷卻,豆皮與豆瓣基本分離,同時(shí)部分調整大豆的水分,對大豆有軟化和調質(zhì)作用。設計以烘干豆皮為主,即脫除大豆表面水分。熱風(fēng)溫度115～120℃,大豆溫度60～65℃,滯留時(shí)間25～35min。
3.2流化床烘干機
用流化床代替噴風(fēng)干燥器。在常規流化床基礎上改變電機和風(fēng)機的功率和參數。烘干塔起慢速加熱,要求流化床快速加熱,流化床不可能像噴風(fēng)干燥器在1～2min內快速升溫,但可以在熱風(fēng)溫度135～140℃,5min內升溫,豆皮升溫到80～85℃,豆仁內部升溫65～70℃,導致豆皮收縮而開(kāi)裂爆腰,爆腰率80～85%,這樣與豆仁分離容易。
3.3破碎機
國外用鋼輥膠輥雙對輥破碎機,先將大豆破碎成2瓣,再揉搓。國產(chǎn)雙對輥破碎機為全鋼輥,不利于搓皮?？山栌媚z輥碾米機用于搓碾豆皮,或用離心式脫皮機,該脫皮機對大豆有撞擊、摩擦和擠壓作用,易清理皮含碎仁屑。要求把95%～98%的大豆破碎成2～3瓣,碎豆糝率小于等于4%。
3.4皮仁分離器
運用豆皮與豆仁在容重、形態(tài)上物理特性不同,用多層振動(dòng)篩和平面回轉篩,配不同的篩面,借用風(fēng)力吸皮分級。Crown吸風(fēng)脫皮器為矩形體,內設多排扁型鋼管,下面進(jìn)熱風(fēng),上面風(fēng)帶走豆皮和豆屑。Buhler吸風(fēng)脫皮器為長(cháng)方體結構,內部為對面錯排百葉窗結構,大豆折流而下,下面吹進(jìn)熱風(fēng),把豆皮和細屑吹走進(jìn)振動(dòng)篩或回轉篩進(jìn)一步分離。
3.5豆粕分理
脫脂豆粕從DTDC出來(lái)送到預處理或粕庫進(jìn)行計量、分級、初破碎、分級篩分理、破碎到5～8mm顆粒,蛋白含量在48%以上,在送入包裝或倉庫的輸送機械上,接受豆皮計量絞龍按比例送來(lái)的豆皮混合,制造出不同蛋白含量的成品豆粕。豆粕破碎工段放在預處理車(chē)間,豆粕的殘溶一定要穩定地控制在安全水平以?xún)?。豆粕粉碎工段應與其他設備有一定距離,電機和電器用防爆性的為好。利用多層樓面高度,合理布置豆粕粉碎和豆皮粉碎,在底層布置豆皮倉和出皮計量絞龍,豆皮按工藝要求并入出粕刮板輸送機。
3.6清理粉末
在大豆或碎豆粒進(jìn)入各種熱風(fēng)干燥器前,使用各種風(fēng)選設備,先吹走細粉末。防止粉末進(jìn)入高溫處理設備沉積時(shí)間長(cháng)出現燃燒。
3.7傾向熱脫皮
熱脫皮大豆受熱時(shí)間短、豆仁升溫時(shí)間慢,在沒(méi)有達到蛋白變性的溫度時(shí),進(jìn)行脫皮,水溶性氮損失為2%～3%。且整體大豆降水不多,對后面工藝影響小。冷脫皮兩次加熱,加熱時(shí)間長(cháng),大豆蛋白變性較多,水溶性氮損失在3%～5%,且整體降水多,對后續工序有一定影響。除蛋白熱變性外,熱脫皮工藝易調整,國內油廠(chǎng)偏向熱脫皮,在關(guān)鍵設備中有原糧干燥塔和流化床干燥塔等設備,同時(shí),這些設備也是處理高水分大豆首選設備,這也是國內油廠(chǎng)傾向熱脫皮工藝的原因之一。
4脫皮豆粕營(yíng)養與生產(chǎn)等級豆粕效益討論
豆粕是一種很好的飼料原料,可用于所有家禽作為無(wú)限制性的單一蛋白補充原料。大豆粕的能量水平取決于蛋白含量、殘油、纖維和灰分含量。美國家禽NRC報告,脫皮豆粕的能量比普通豆粕能量高879kJ/kg。我國市場(chǎng)豆粕質(zhì)量參照全美油脂加工者協(xié)會(huì )(NOPA)豆粕質(zhì)量規格(見(jiàn)表1),其營(yíng)養素列于表2。
國外對脫皮豆粕價(jià)格和普通豆粕價(jià)格計算很細,從蛋白增加率、水分含量、含油、纖維、二氧化硅、氨基酸得率、能量得率、消化率、KOH溶解度、顆粒大小等評估得出綜合豆粕價(jià)值。按豆皮占原大豆的6%～8%,毛油出品率占原大豆的19.6%計,清理后脫皮豆粕得率相當于帶皮豆粕產(chǎn)量的90.2%,豆皮產(chǎn)量占帶皮豆粕產(chǎn)量的9.8%。我國市場(chǎng)上購買(mǎi)豆粕定價(jià)依據是蛋白含量,脫皮豆粕比帶皮豆粕的價(jià)格每噸高150元左右,價(jià)格變動(dòng)系數在11065～11085之間。
由于大豆皮中富含色素和膠質(zhì),脫皮大豆浸出毛油質(zhì)量含色素和膠質(zhì)低,精煉得率高0.3%。在實(shí)際生產(chǎn)中,從綜合因素看,電耗和蒸汽消耗增減不大,溶劑因擴產(chǎn)而降低,抵消增加投資的折舊和維修費,但生產(chǎn)等級豆粕增加電耗4kW·h/t,增加212元/t,而生產(chǎn)產(chǎn)量增加6%～7%,減少部分設備的磨損。表3列出脫皮和不脫皮豆粕生產(chǎn)經(jīng)濟效益分析對比。
大豆脫皮增加豆粕品種和油廠(chǎng)的經(jīng)濟效益,生產(chǎn)等級豆粕已經(jīng)得到飼料行業(yè)的認可,也有明顯的經(jīng)濟效益。各家根據市場(chǎng)選擇適合自己的脫皮工藝,并按市場(chǎng)效益開(kāi)全脫皮或部分脫皮,利用好植物資源,節約能源,提高利潤。
