大豆壓榨品率測(cè)算模型的構(gòu)建

魏 巍

(九三集團(tuán) 哈爾濱惠康食品有限公司，哈爾濱 150060)

浸出制油是大豆壓榨業(yè)獲得大豆油和豆粕的根本方法。由于原料(大豆)和產(chǎn)品(大豆油、豆粕)價(jià)格受期貨行情影響，因此行業(yè)在期貨市場(chǎng)上的套保、現(xiàn)貨市場(chǎng)上的基差銷售成為一種常態(tài)，生產(chǎn)經(jīng)營實(shí)體則需要嚴(yán)格按計(jì)劃進(jìn)行大豆的采購、加工和產(chǎn)品的銷售，以獲得預(yù)期的收益。所以，在大豆加工甚至采購前有效預(yù)測(cè)油、粕品率對(duì)大豆壓榨企業(yè)的經(jīng)營決策意義重大。傳統(tǒng)上，大豆壓榨產(chǎn)品只考慮大豆油、豆粕，生產(chǎn)經(jīng)營決策者一般按進(jìn)口大豆油率19%～22%，粕率78%～79%，國產(chǎn)大豆油率16%～17%，粕率79%～80%進(jìn)行粗略計(jì)算[1]。但實(shí)際上，由于受原料大豆質(zhì)量指標(biāo)的差異，這種測(cè)算結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)存在顯著差異，且隨加工規(guī)模的增大而在實(shí)際產(chǎn)量上放大[2-3]。目前，不少業(yè)內(nèi)企業(yè)集團(tuán)在品率管控中使用基于干基甚至無油干基守恒測(cè)算的粕率、油率，盡管解決了綜合品率監(jiān)管的問題，但是由于未考慮蛋白質(zhì)的影響，無法細(xì)分不同蛋白規(guī)格粕產(chǎn)品的品率，不僅無法進(jìn)行榨利的精準(zhǔn)測(cè)算，也無法考核生產(chǎn)工廠的原料蛋白利用率。隨著豆粕市場(chǎng)主體從眾多養(yǎng)殖散戶向大型飼料企業(yè)集中轉(zhuǎn)移，對(duì)豆粕產(chǎn)品提出了更多差異化的需求，而近紅外快速檢測(cè)技術(shù)，特別是在線檢測(cè)技術(shù)在大豆壓榨業(yè)的迅速普及[4]，使壓榨企業(yè)根據(jù)客戶需求在生產(chǎn)過程中調(diào)整大豆脫皮量以精確控制豆粕蛋白、纖維等具體指標(biāo)成為現(xiàn)實(shí)，傳統(tǒng)的品率測(cè)算遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)經(jīng)營的實(shí)際需要。

筆者結(jié)合工作實(shí)際，以干物質(zhì)質(zhì)量守恒計(jì)算為基礎(chǔ)，發(fā)展了蛋白守恒計(jì)算與之配合，綜合考慮各項(xiàng)影響因素，構(gòu)建了大豆壓榨品率測(cè)算模型，以期輔助生產(chǎn)經(jīng)營決策，同時(shí)為生產(chǎn)過程控制的監(jiān)管問效提供相對(duì)客觀的標(biāo)尺。

1 品率測(cè)算建模

從工藝角度分析，大豆浸出制油過程包含清選除雜、調(diào)質(zhì)、破碎、脫皮、制坯、浸提、蒸餾和蒸脫，整體工藝處理過程未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，僅存在結(jié)構(gòu)和水分含量的變化，理論上，存在著干物質(zhì)守恒。同時(shí)，考慮到蛋白質(zhì)測(cè)量也僅為基于凱氏定氮法的氮元素測(cè)量并按固定系數(shù)還原蛋白質(zhì)的量，因此無需考慮在加工過程中的蛋白質(zhì)變化，可以近似地視為存在著粗蛋白質(zhì)的質(zhì)量守恒。

考慮生產(chǎn)過程各產(chǎn)品和清選出雜，得出等式如下：

大豆原料無油干物質(zhì)=出雜無油干物質(zhì)+產(chǎn)豆皮無油干物質(zhì)+產(chǎn)豆粕無油干物質(zhì)

(1)

大豆原料粗蛋白=出雜質(zhì)粗蛋白+產(chǎn)豆皮粗蛋白+產(chǎn)豆粕粗蛋白

(2)

其中，大豆原料的無油干物質(zhì)既包括原料中大豆本身的，也包括大豆雜質(zhì)的，考慮到實(shí)際原料檢測(cè)過程中，大豆水分、含油的檢測(cè)都是基于檢雜后凈糧的，因此需要對(duì)大豆雜質(zhì)的水分和含油進(jìn)行單獨(dú)的取樣檢測(cè)[5-6]。即：

大豆原料無油干物質(zhì)=(1-大豆雜質(zhì))×(1-大豆水分-大豆含油)+大豆雜質(zhì)×(1-雜質(zhì)水分-雜質(zhì)含油)

(3)

出雜無油干物質(zhì)=清選出雜率×(1-出雜水分-出雜含油)

(4)

產(chǎn)豆皮無油干物質(zhì)=凈脫皮率×(1-豆皮水分-豆皮含油)

(5)

產(chǎn)豆粕無油干物質(zhì)=粕率×(1-豆粕水分-豆粕含油)

(6)

基于等式(1)和(3)～(6)，得到如下等式關(guān)系：

(1-大豆雜質(zhì))×(1-大豆水分-大豆含油)+大豆雜質(zhì)×(1-雜質(zhì)水分-雜質(zhì)含油)=清選出雜率×(1-出雜水分-出雜含油)+凈脫皮率×(1-豆皮水分-豆皮含油)+粕率×(1-豆粕水分-豆粕含油)

(7)

同樣，大豆原料的粗蛋白，既包括原料中大豆本身的，也包括大豆雜質(zhì)的，考慮到實(shí)際原料檢測(cè)過程中，大豆蛋白的檢測(cè)也是基于檢雜后凈糧的，因此也需要對(duì)大豆雜質(zhì)的蛋白進(jìn)行單獨(dú)的取樣檢測(cè)[7]。即：

大豆原料粗蛋白=(1-大豆雜質(zhì))×大豆蛋白+大豆雜質(zhì)×雜質(zhì)蛋白

(8)

出雜質(zhì)粗蛋白=清選出雜率×出雜蛋白

(9)

產(chǎn)豆皮粗蛋白=凈脫皮率×豆皮蛋白

(10)

產(chǎn)豆粕粗蛋白=粕率×豆粕蛋白

(11)

基于等式(2)和(8)～(11)，得到如下等式關(guān)系：

(1-大豆雜質(zhì))×大豆蛋白+大豆雜質(zhì)×雜質(zhì)蛋白=清選出雜率×出雜蛋白+凈脫皮率×豆皮蛋白+粕率×豆粕蛋白

(12)

在實(shí)際生產(chǎn)中，為減少品率損失，油廠的原糧清選工段一般僅保留上層篩網(wǎng)，篩出影響產(chǎn)品感官的大雜，對(duì)小雜則不再篩出，而是隨大豆經(jīng)過整個(gè)加工過程最終進(jìn)入豆粕中。由于篩出的大雜以豆梗豆莢為主，粗纖維含量高，蛋白、脂肪含量低；而未篩出的小雜，相對(duì)大雜蛋白、脂肪含量略高，而粗纖維含量略低。為簡化計(jì)算，可將清選出雜率視為大雜含量，出雜各項(xiàng)指標(biāo)視為大雜各項(xiàng)指標(biāo)，由于有如下等式關(guān)系：

大豆雜質(zhì)×(1-雜質(zhì)水分-雜質(zhì)含油)=大雜含量×(1-大雜水分-大雜含油)+小雜含量×(1-小雜水分-小雜含油)

(13)

大豆雜質(zhì)×雜質(zhì)蛋白=大雜含量×大雜蛋白+小雜含量×小雜蛋白

(14)

可將等式(7)和(12)簡化如下：

(1-大豆雜質(zhì))×(1-大豆水分-大豆含油)+小雜含量×(1-小雜水分-小雜含油)=凈脫皮率×(1-豆皮水分-豆皮含油)+粕率×(1-豆粕水分-豆粕含油)

(15)

(1-大豆雜質(zhì))×大豆蛋白+小雜含量×小雜蛋白=凈脫皮率×豆皮蛋白+粕率×豆粕蛋白

(16)

根據(jù)等式(15)和(16)，能夠得到粕率計(jì)算公式如下：

粕率={[(1-大豆雜質(zhì))×(1-大豆水分-大豆含油)+小雜含量×(1-小雜水分-小雜含油)]×豆皮蛋白-[(1-大豆雜質(zhì))×大豆蛋白+小雜含量×小雜蛋白]×(1-豆皮水分-豆皮含油)}/[(1-豆粕水分-豆粕含油)×豆皮蛋白-豆粕蛋白×(1-豆皮水分-豆皮含油)]

(17)

根據(jù)等式(16)，能夠得到凈脫皮率計(jì)算公式：

凈脫皮率=[(1-大豆雜質(zhì))×大豆蛋白+小雜含量×小雜蛋白-粕率×豆粕蛋白]/豆皮蛋白

(18)

在上述測(cè)算公式的基礎(chǔ)上，基于粗脂肪在加工前后的質(zhì)量守恒，可以進(jìn)一步得到毛油(未脫膠汽提油，水分含量忽略不計(jì))品率計(jì)算公式：

毛油品率=(1-大豆雜質(zhì))×大豆含油+小雜含量×小雜含油-凈脫皮率×豆皮含油-粕率×豆粕含油

(19)

2 影響品率的因素分析

通過等式(17)可以發(fā)現(xiàn)，影響粕率的變量有大豆雜質(zhì)、水分、蛋白、含油、小雜含量，小雜水分、蛋白、含油，豆皮水分、蛋白、含油和豆粕的水分、蛋白、含油共計(jì)14個(gè)質(zhì)量指標(biāo)。根據(jù)可控度，這14個(gè)變量又可以分為原料因素、生產(chǎn)可控因素兩類。

原料因素包含大豆雜質(zhì)、水分、蛋白、含油和小雜含量、水分、蛋白、含油共計(jì)8個(gè)質(zhì)量檢測(cè)指標(biāo)。上述變量均取決于到廠原料質(zhì)量，為生產(chǎn)不可控因素，且對(duì)計(jì)算結(jié)果影響重大，需要合理設(shè)定取樣頻次和方法、嚴(yán)格按照檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)，確保樣品代表性強(qiáng)、結(jié)果準(zhǔn)確真實(shí)。

生產(chǎn)可控因素包含豆粕水分、蛋白、含油和豆皮水分、蛋白、含油共計(jì)6項(xiàng)產(chǎn)品質(zhì)量控制目標(biāo)。需要說明的是，這里提到的豆皮不是單純意義上的大豆種皮，而是在大豆脫皮工段脫出(或者在豆皮回填工段回填)的物質(zhì)，其中以大豆種皮為主，伴有少量的豆雜、胚芽甚至碎豆瓣。就生產(chǎn)控制而言，豆皮中的碎豆瓣應(yīng)盡可能的少，以減少蛋白和脂肪的損失，但實(shí)際生產(chǎn)中，受設(shè)備工藝制約，隨著脫皮量的增大，豆皮中碎豆瓣的含量會(huì)逐步提高，需要皮仁分離篩進(jìn)行二次篩分。因此，在品率測(cè)算時(shí)，應(yīng)結(jié)合具體生產(chǎn)設(shè)備實(shí)際條件，設(shè)定其豆皮的目標(biāo)質(zhì)量指標(biāo)，在生產(chǎn)過程中不定期的抽檢，避免脫皮工藝控制偏離，影響產(chǎn)品質(zhì)量和品率，造成經(jīng)濟(jì)損失。而豆粕質(zhì)量控制目標(biāo)需要在生產(chǎn)過程中根據(jù)在線監(jiān)測(cè)情況實(shí)時(shí)調(diào)整，盡管個(gè)別時(shí)點(diǎn)實(shí)際與目標(biāo)存在偏離，但從長期平均看，只要在線監(jiān)測(cè)不存在系統(tǒng)性偏差，實(shí)際值應(yīng)該無限接近于目標(biāo)值。

3 結(jié) 論

大豆壓榨品率測(cè)算模型充分考慮了原料、產(chǎn)品各量化質(zhì)量指標(biāo)對(duì)油、粕、皮品率的影響，通過將原料質(zhì)量指標(biāo)、粕產(chǎn)品質(zhì)量控制目標(biāo)和豆皮質(zhì)量控制目標(biāo)3方面共計(jì)14個(gè)因素變量帶入大豆壓榨品率模型進(jìn)行測(cè)算，能夠得出相對(duì)更為精準(zhǔn)的油、粕、皮品率，可以為生產(chǎn)經(jīng)營決策提供更為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持。

但該品率模型尚存?zhèn)€別細(xì)節(jié)不足，亟待在后期的工作實(shí)踐中予以完善：①未考慮粕纖維的制約因素和粕感官導(dǎo)致的豆皮回填量不足的情況。前者可以通過另行設(shè)置粗纖維平衡測(cè)算等式，給定粕纖維上限進(jìn)行修訂；但由于粕感官質(zhì)量缺乏量化標(biāo)準(zhǔn)，其對(duì)豆皮回填量的影響暫時(shí)無法通過建模進(jìn)行量化。②受質(zhì)量指標(biāo)檢測(cè)代表性影響較大。特別是皮率，為簡化計(jì)算，實(shí)際為脫出與回兌豆皮抵消后的凈皮率，本身就小，且受質(zhì)檢指標(biāo)的影響大，因此測(cè)算準(zhǔn)確度相對(duì)較差。需要通過更科學(xué)的取樣檢測(cè)方法確保質(zhì)量指標(biāo)檢測(cè)的代表性和準(zhǔn)確性，有條件的可以考慮對(duì)原料配備在線監(jiān)測(cè)設(shè)施，從根本上解決取樣代表性不足的問題。③油率僅計(jì)算了未脫膠的汽提毛油，未進(jìn)一步測(cè)算脫膠油乃至成品油的品率。

脫膠油乃至成品油的品率測(cè)算由于涉及物理化學(xué)反應(yīng)，需要以毛油含磷、酸價(jià)等質(zhì)量指標(biāo)為基礎(chǔ)，因此摸索毛油質(zhì)量指標(biāo)與大豆原料質(zhì)量指標(biāo)的量化對(duì)應(yīng)關(guān)系是下一步進(jìn)一步測(cè)算脫膠油乃至成品油品率的關(guān)鍵。