大豆脫皮技術(shù)研究進展

黃 鑫，白宏偉，王 強，周 杰

(無錫中糧工程科技有限公司，江蘇 無錫 214035)

大豆皮占大豆的5%～8%，主要成分是纖維素類物質(zhì)，含脂肪一般不超過0.7%[1]。基于大豆皮成分的特性，一方面，大豆皮進入油脂提取工藝對提高油脂提取率無實際意義；另一方面，由于雞、豬等單胃動物不能消化纖維素類物質(zhì)，只有牛、羊等反芻動物通過瘤胃可以利用大豆皮，大豆皮在飼料中的應(yīng)用也受限。因此，越來越多的工廠采用大豆脫皮技術(shù)。本文介紹了大豆脫皮的意義，對比分析了不同大豆脫皮工藝的流程、原理、優(yōu)缺點，介紹了大豆脫皮機種類及優(yōu)缺點，同時給出了工藝和設(shè)備優(yōu)化建議，以期為同行提供參考。

1 大豆脫皮的意義

1.1 生產(chǎn)高蛋白粕，獲得較好的經(jīng)濟效益

在飼料行業(yè)，高蛋白粕是指蛋白質(zhì)含量在47.5%～49%之間的豆粕；低蛋白粕是指蛋白質(zhì)含量在44%～45%之間的豆粕。如果不采用大豆脫皮工藝，無論采用國內(nèi)大豆還是進口大豆為原料，生產(chǎn)的豆粕蛋白質(zhì)含量都達不到47.5%的標準[2]。對于大部分動物來說(反芻動物除外)，豆粕中蛋白質(zhì)含量提高，可提高消化率和吸收率[3]。市場上高蛋白豆粕的價格比低蛋白豆粕高5個百分點以上。加工相同質(zhì)量的豆粕，高蛋白粕的經(jīng)濟價值高于低蛋白粕，再加上粕中殘油率下降、溶劑和電能消耗下降、設(shè)備處理量增大，設(shè)備磨損減少，采用脫皮工藝生產(chǎn)高蛋白粕能夠獲得更高的經(jīng)濟效益[1]。

1.2 控制豆粕蛋白質(zhì)含量，使產(chǎn)品多樣化

我國油脂生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的豆粕，除一小部分用于食品行業(yè)，大部分都應(yīng)用在飼料行業(yè)。不同動物或者同一種動物的不同成長時期對豆粕的蛋白質(zhì)含量有不同的要求。幼兒期的禽類、豬，產(chǎn)蛋和母仔類需要高蛋白豆粕作飼料，成年期的禽類、豬和反芻動物需要低蛋白豆粕作飼料。這就要求飼料生產(chǎn)商提供不同蛋白質(zhì)含量的豆粕，以滿足不同種類、不同成長時期動物需要，促進資源合理利用。在大豆品質(zhì)較為穩(wěn)定的情況下，脫皮量的多少，關(guān)系到最終生產(chǎn)的豆粕中蛋白質(zhì)含量。一般脫去1.7%的豆皮，可以使豆粕蛋白質(zhì)含量增加約1個百分點[4]。因此，可以根據(jù)市場對蛋白質(zhì)含量的要求，將脫皮工藝設(shè)計為可連續(xù)調(diào)節(jié)或者可回兌的形式。

1.3 得到反芻動物所需豆皮產(chǎn)品

反芻動物的飼料中增加豆皮含量可以提高消化率1%～3%[4]。對乳牛來說，豆皮是具有高消化率的消化源，可以在第一胃中幫助生成醋酸，大幅提高泌乳量[5]。生產(chǎn)脫皮豆粕過程中產(chǎn)生的豆皮，可以單獨作為乳牛等反芻動物的飼料加以利用，達到高蛋白豆粕和豆皮均被高效利用的效果。除此之外，還可以利用豆皮開發(fā)高纖維產(chǎn)品。

1.4 提高出油率，減少豆粕殘油

浸出法提取油脂工藝中，如果不采用脫皮工藝，在軋坯工段，豆仁表面容易與豆皮結(jié)合或者粘連，相當于在溶劑和豆仁之間形成了隔離膜，阻礙了溶劑和豆仁中脂肪的直接接觸，影響浸出效果，導致油脂提取不夠徹底，豆粕中殘油率高。試驗表明，其他條件相同的情況下，是否采用脫皮工藝，豆粕中殘油率之差在0.25%左右[1]。水酶法提取油脂工藝中，脫皮大豆油脂提取率和破乳率均高于未脫皮大豆[6-7]。

1.5 增加設(shè)備處理量，降低消耗，減少設(shè)備磨損

豆皮含脂肪一般不超過0.7%，進入浸出工段，對提取油脂沒有實際幫助，卻浪費設(shè)備的有效浸出空間。如將大豆脫皮可增加4%～7%的設(shè)備處理量，同時能減少生產(chǎn)過程中的電能消耗，減少浸出溶劑消耗，減少豆皮對設(shè)備的磨損[2]。大豆經(jīng)脫皮后，豆粕中豆皮減少，吸附的溶劑量也隨之減少，可以減少濕粕脫溶和溶劑回收過程中的能量消耗。

2 大豆脫皮的方法

2.1 按脫皮溫度分類

2.1.1 冷脫皮

大豆冷脫皮工藝是對前清后的大豆在烘干塔內(nèi)烘干，使之水分降至10%左右，并在筒倉內(nèi)停留24～72 h，冷卻至室溫進行脫皮的一種方法。工藝流程為：大豆—磁選—清理—去石—烘干—緩蘇—破碎—皮仁分離—調(diào)質(zhì)—軋坯—膨化。

此工藝優(yōu)點:經(jīng)烘干再冷卻后，豆皮與豆仁的結(jié)合變?nèi)酰菀酌撈?。缺點：①破碎豆的粉末度大，約為5%，豆皮中所含豆仁屑不容易分離干凈，豆皮含豆仁率高；②脫皮后的冷豆仁還需重新加熱軟化，經(jīng)過熱-冷-熱的交替作業(yè)，蒸汽消耗量增加；③需要足夠的調(diào)質(zhì)倉，投資大，占地面積大，多用于大豆油廠改造工程中[2]；④作業(yè)時間較長(48～72 h)，影響生產(chǎn)連續(xù)性。

2.1.2 熱脫皮

大豆熱脫皮工藝是對前清后的大豆在烘干塔內(nèi)烘干，使之水分降至10%左右，然后直接對熱大豆進行破碎脫皮的一種方法。工藝流程為：大豆—磁選—清理—去石—調(diào)質(zhì)—破碎—皮仁分離—二次破碎—皮仁分離—軋坯—膨化。

較為流行的熱脫皮方法有3種：Escher-Wyss、Buhler和Crown。Escher-Wyss、Buhler采用流化床干燥器干燥大豆，Crown則采用專門設(shè)計的噴風干燥器干燥大豆，Buhler、Crown在大豆干燥前對大豆進行預(yù)熱[8]。

此工藝的優(yōu)點：①脫皮率高，可達90%[3]；②與冷脫皮相比，脫皮后的熱豆仁直接進入軋坯工序，沒有二次調(diào)質(zhì)加熱，大大降低了生產(chǎn)過程中的熱量消耗，節(jié)約能源，有利于生產(chǎn)連續(xù)性；③作業(yè)時間較短(20～25 min)，由于高溫處理的時間較短，大豆中蛋白質(zhì)的變性較小，可以較好地保持大豆粉氮溶解指數(shù)；④粉末度小，約為1%，有利于皮仁的分離，豆皮含豆仁率低，豆皮中的脂肪含量在2%以下，浸出混合油較清。缺點：工藝復(fù)雜，瞬間加熱器風溫較高，風管里積塵易著火，對操作者責任心要求高[9]。

生產(chǎn)實踐中部分原料水分較低，在進入調(diào)質(zhì)塔前水分已經(jīng)為8%左右。這類原料自然脫皮率已然很高，采用熱脫皮工藝，會在清理、去石工序吸出大量豆皮，這樣既增加了灰間工人作業(yè)的勞動強度，也造成了大量豆皮損耗。在這種情況下，建議在清理、去石之前添加一道豆皮風選器，此風選器不宜加熱，以免造成大豆水分不必要的流失。

2.1.3 溫脫皮

大豆溫脫皮是生產(chǎn)次高蛋白粕的一種脫皮方法，利用低溫逐漸加熱大豆來脫皮。在國內(nèi)此方法還比較少用，其工藝流程與熱脫皮相似，只是加熱程度緩和[2]。工藝流程為：大豆—磁選—清理—去石—調(diào)質(zhì)—破碎—皮仁分離—二次破碎—皮仁分離—軋坯—膨化。

相較而言，冷脫皮和熱脫皮工藝脫皮效率都比較高，對生產(chǎn)低溫豆粕和高蛋白豆粕來說，是很好的工藝選擇。如果生產(chǎn)一般飼料中用的豆粕，不強調(diào)很高的脫皮率和蛋白質(zhì)含量的情況下，可以采用較為簡單的溫脫皮工藝，節(jié)約生產(chǎn)成本，降低設(shè)備投資。

此工藝優(yōu)點：①工藝簡單，設(shè)備投資小，生產(chǎn)費用低；②作業(yè)時間較短，可較好保持大豆粉氮溶解指數(shù)；③破碎時粉末度較小，有利于皮仁分離，豆皮含豆仁率低，同時避免了粉塵著火的風險。缺點：脫皮率較低，適用于對脫皮率要求不高的豆粕生產(chǎn)。

2.2 按加工流程分類

2.2.1 前脫皮

預(yù)處理部分的脫皮是前脫皮。大豆的冷脫皮、熱脫皮和溫脫皮都屬于前脫皮。

前脫皮是在豆粒最多破碎成4～8瓣的情況下脫皮。新建的大型壓榨廠傾向前脫皮工藝。

2.2.2 后脫皮

后脫皮是指對脫脂豆粕進行脫皮[8]。工藝流程為：大豆—磁選—清理—去石—調(diào)質(zhì)—破碎—軋坯—膨化—浸出—蒸脫—干燥—皮仁分離。

后脫皮是根據(jù)豆粕與豆皮的密度、外形尺寸的不同進行篩選，對篩出的豆皮粉碎、風選。后脫皮的產(chǎn)品分為高蛋白豆粕和低蛋白豆粕。后脫皮僅適用于生產(chǎn)飼料用豆粕，且隨著膨化工藝在大豆預(yù)處理中的廣泛應(yīng)用，使后脫皮相當困難。目前，后脫皮已很少使用[8]。

2.2.3 簡易脫皮

工藝流程為：大豆—磁選—清理—去石—流化床干燥—破碎—皮仁分離—軟化—軋坯—膨化。

大豆經(jīng)流化床干燥后用齒輥破碎機破碎，或再經(jīng)錘片粉碎機處理，使粘連碎豆上的豆皮與豆仁分離，然后用豆皮風選器從破碎豆粒中吸出大部分豆皮，再用平面回轉(zhuǎn)篩將豆皮中的碎豆屑分出與破碎豆一起送軟化工序，豆皮按蛋白質(zhì)含量需求粉碎后添加到豆粕中。

2.3 先進的大豆脫皮技術(shù)

2.3.1 整粒脫皮

整粒脫皮是指大豆不經(jīng)浸泡、破碎等工藝，可直接進行脫皮。工藝流程為：大豆—磁選—清理—去石—調(diào)質(zhì)—皮仁分離。

此工藝的優(yōu)點：①采用純干法脫皮，脫皮效果好，脫皮率可達到95%以上，豆皮、子葉、豆臍三者分離徹底，篩分效果好；②脫皮率可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)，操作簡便；③破碎時粉末度小，物料損失少；④能耗低，節(jié)約生產(chǎn)成本；⑤脫皮大豆不局限于油脂加工，可以應(yīng)用于多種豆制品加工。缺點：①單機產(chǎn)量低，最大產(chǎn)量約為240 t/d，不適用于大型工廠使用；②在油脂加工行業(yè)還未大規(guī)模使用。

2.3.2 微波-真空脫皮

工藝流程為：大豆—磁選—清理—去石—大豆精選—微波—真空破殼—風選脫皮—脫皮大豆。

此工藝的優(yōu)點：①在快速變化的高頻電磁場作用下，大豆短時間內(nèi)被加熱，效率極高，大豆能夠迅速破殼；②可以降低大豆內(nèi)有害酶的活性；③真空條件下，脫皮溫度低，蛋白質(zhì)變性程度??；④真空條件下，氧濃度小，油脂的氧化程度顯著降低[10]。缺點：將微波、真空技術(shù)引入大豆脫皮工藝中的研究較少，工業(yè)生產(chǎn)不成熟。

2.3.3 預(yù)凍脫皮

工藝流程為：大豆—預(yù)凍—烘焙—離心—脫皮大豆。

大豆在-20～-25℃預(yù)凍30～50 min，之后在150～160℃下烘焙2～2.5 min，然后在80～85 Pa真空度下，以6 000～8 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心2～3 min[11]，得到脫皮大豆。

此工藝的優(yōu)點：①脫皮率高，可以達到99.8%以上；②經(jīng)過脫皮后的豆仁香味濃郁，口感醇香；③豆仁完整率達到100%。缺點：①對設(shè)備要求較高；②能耗大；③未見工業(yè)生產(chǎn)中的相關(guān)報道。

3 大豆脫皮機

對現(xiàn)有的大豆脫皮機種類及優(yōu)缺點進行介紹，具體見表1。

表1 現(xiàn)有大豆脫皮機種類及優(yōu)缺點[12-15]

續(xù)表1

4 脫皮工藝及設(shè)備的優(yōu)化

4.1 傳統(tǒng)雙對輥(鋼輥)破碎

橡皮輥產(chǎn)生的粉末很少，但磨損較大，增加了后期維修養(yǎng)護的成本。建議采用傳統(tǒng)的雙對輥(鋼輥)進行兩道破碎脫皮，同樣可以較好地去掉豆皮，脫皮率在75%左右。這樣可能會增加粉末度，但可以通過調(diào)節(jié)破碎機的輥間距使其從常規(guī)破碎的6～8瓣變?yōu)?～6瓣來改善。

4.2 二次膨化

膨化工序設(shè)計二次膨化，以解決前道工序破碎度不夠、坯片變大變厚的問題，便于后續(xù)浸出提取油脂。同時，二次膨化，還可以有效降低脲酶的活性，使脫皮大豆粕能更好地應(yīng)用于反芻動物的飼料中。

4.3 改良風選機

將風選機中的格柵欄所使用的鋼筋換為無縫鋼管，在風選機外部接入進出回水管，利用蒸汽對風選機中的物料進行二次加熱，大豆脫皮率可以由70%提高到89%，每小時可以節(jié)約3.4 kg飽和蒸汽[16]。

5 結(jié)束語

(1)在生產(chǎn)低溫食用豆粕時，大多數(shù)廠家采用脫皮技術(shù)，但是在生產(chǎn)飼料用豆粕時廠家對大豆脫皮技術(shù)的應(yīng)用較少，究其原因是對大豆脫皮優(yōu)點、方法等了解較少。通過本文，希望能讓更多廠家重視大豆脫皮技術(shù)的應(yīng)用，積極應(yīng)用新技術(shù)，提高經(jīng)濟效益，節(jié)約能源、資源。

(2)熱脫皮工藝是目前生產(chǎn)中最常用的方法，有脫皮率高、能耗小、作業(yè)時間短、豆皮中含仁率低等優(yōu)點，該工藝已經(jīng)相當成熟，但還可以在現(xiàn)有基礎(chǔ)上開發(fā)優(yōu)質(zhì)設(shè)備，優(yōu)化工藝參數(shù)。

(3)整粒脫皮、微波-真空脫皮、預(yù)凍脫皮、離心機脫皮等先進技術(shù)的研究不斷發(fā)展，越來越多應(yīng)用到生產(chǎn)實踐中，將會使大豆脫皮高效化、便捷化、節(jié)能化。

(4)脫皮技術(shù)的發(fā)展依賴于脫皮設(shè)備的發(fā)展，除了開發(fā)新設(shè)備外，其他領(lǐng)域、其他產(chǎn)品的先進設(shè)備都可以積極引進到大豆脫皮中。此外，對于成熟的脫皮設(shè)備，機器的質(zhì)量、零部件可以形成統(tǒng)一標準，以便后期的維修保養(yǎng)。