如何科學選擇榨油機壓榨級數

摘 要：榨油機行業個別企業為了搶占市場，毫無科學依據地惡炒壓榨概念，虛夸壓榨級數能達到五六級甚至七八級，讓用戶真假難辨。為了保護廣大用戶的切身利益，抵制行業惡性競爭之風，文章從科學角度對榨油機壓榨級數做了較為詳細的分析，以期為大家科學選擇壓榨級數提供借鑒參考。

關鍵詞：榨油機；壓榨級數；可行性；分析；科學選擇

中圖分類號：TS223.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）27-0093-02

1 榨油機壓榨級數現狀

近期發現，我國榨油機的銷售市場上出現了二級、三級、四級、五級、六級、七級壓榨榨油機，給用戶的選擇增加了難度，讓用戶無從選擇，究其原因，是到目前為止，學術界還沒有對壓榨級數進行科學地論證和分析，沒有相關科學結論，使得涉及榨油機產品的個別企業不經科學實驗和市場驗證，沒有分析壓榨級數對油品質量的影響，隨意炒作壓榨概念，隨意夸大高壓榨級數的出油效果和壓榨性能，無科學依據地宣稱淘汰三、四級壓榨，這種不尊重科學，不顧及客戶利益的行為必須引起科技界的高度重視。為了廣大用戶的切身利益不受侵害，我們有責任有義務以科學和負責任的態度做科學分析，為我國廣大用戶提供技術先進、經濟適用的榨油機產品。

2 榨油機壓榨原理和過程分析

2.1 壓榨取油的原理

油料在榨油機榨膛內推進過程中，榨螺螺紋逐漸變淺，榨膛容積逐漸變小，油料料胚推進受阻，后面又不斷推著料胚向前推進時產生壓力而和溫度，從而將油脂從料胚中擠壓分離出來。由于榨螺的特殊結構，高壓榨螺沒有螺紋，料胚被推進到每一節高壓榨螺時受到的阻力更大，料胚與榨螺和榨圈之間的摩擦力更大，產生的擠壓力更大，料胚穿過每個高壓榨螺后榨螺與榨圈容積增大，料胚在下一個高壓榨螺受到再次擠壓，油脂被最大限度擠壓出來，油脂分離后的料胚繼續受到壓力而發生塑性變形形成油餅從出餅口擠出。

2.2 壓榨過程分析

主要發生的是物理變化，如物料變形、油脂分離、摩擦發熱、水分蒸發等。但由于溫度、水分、微生物等的影響，同時也會產生某些生物化學方面的變化，如蛋白質變性、酶的鈍化和破壞、某些物質的結合等。壓榨時，料胚在壓力作用下，內外表面相互擠緊，致使其液體部分和凝膠部分分別產生兩個不同過程，即油脂從榨圈空隙中被擠壓出來及料胚變形形成堅硬的油餅。油脂的擠出可以看成是變形后的多孔介質中不可壓縮液體的運動。因此，油脂流動的平均速度主要取決于料胚液層內部的摩擦作用（粘度）和推動力（壓力）的大小。同時，油路長短也是影響這一階段排油速度的重要因素。一般來說，油脂粘度愈小、壓力愈大則從料胚孔隙中流出愈快。同時，流油路程愈長、孔隙愈小則會降低流速而使壓榨過程進行的愈慢。在強大擠壓力作用下，料胚表面擠緊到最后階段必然會產生一個極限值，即在擠緊的表面上最終留下單分子油層，或近似單分子的多分子油層。這一油層由于受到表面巨大分子力的作用而完全結合在表面之間，它已不再遵循一般流體動力學規律而流動，也不可能再從表面間的空隙中壓榨出來，但含量極低。

3 三級壓榨四級壓榨的榨膛結構

從壓榨原理可以看出，1#榨螺和2#榨螺的根徑相同，是為了實現送料功能；從3#榨螺到最后一個榨螺的根徑逐漸增大，螺紋的葉面逐漸加寬，壓榨空間逐漸縮小。在選定了壓縮比的榨油機生產中，壓榨空間可以分成多個壓榨區域，每個壓榨區域由不帶螺紋的高壓榨螺和相對應的高壓榨圈形成阻隔，使得油料料胚經過高壓區域時形成料胚阻力，以增大擠壓力，當油料料胚越過高壓榨螺進入下一個壓榨區域后，壓榨空間增大，料胚進行下一階段的膨化和再擠壓。一般情況下，油料料胚經過第一級壓榨時已經擠壓出90%以上的油脂，因此，再增加壓榨級數時只能擠出較少的油脂。為了一次性多擠壓出這少部分油品，可以將榨膛設計為三級壓榨或四級壓榨，三級壓榨是將壓榨空間分為三個壓榨區域，設立兩個高壓榨螺，四級壓榨是將壓榨空間分為四個壓榨區域，設立三個高壓榨螺。

4 影響壓榨性能的因素

除榨料本身結構條件以外，壓力、時間、溫度、料層厚度、排油阻力等壓榨條件是影響壓榨性能的決定因素。

4.1 壓縮比與擠壓力的關系

料胚在壓榨前后容積的比值稱作實際壓縮比。壓榨過程中榨料的壓縮，主要是由于榨料受壓后固體內外表面的擠緊和油脂被榨出造成的。同時，水分的蒸發、排出液體中帶走餅屑、凝膠體受壓后凝結以及某些化學轉化使密度改變等因素也造成料胚體積收縮。壓榨時所施壓力愈高，粒子塑性變形的程度就愈大，油脂榨出也愈完全。然而，油料料胚的壓縮存在一個限度，此時即使壓力增加至極大值而其壓縮亦微乎其微，因此被稱為不可壓縮體。此不可壓縮開始點的壓力，稱為“極限壓力”（或臨界壓力），這一臨界壓力在設計時由選定的壓縮比決定。

擠壓力與壓縮比的關系式如下：

P=kε'/en（1）

式中：P為擠壓力，kPa；

k為綜合系數；

ε'為壓縮比。

從式中可以看出，壓縮比越大，那么擠壓力越大，壓縮比一般取值ε'=7.5-14，為了獲得最大的壓縮比，通常四級壓榨選定的壓縮比為ε'=14，三級壓榨的壓縮比取值ε'=11，這樣可以獲得相對應的擠壓力。

壓縮比的計算公式如下：

ε'=Vj/Vch（2）

式中：Vj為進料端容積，mm3；

Vch為出料端容積，mm3。

從上式可以看出，榨油機定型就是說壓縮比一定，則進料端和出料端的容積比就是一定的，進料端增大則出料端容積需要同比例增大，為了保證壓榨產量的增大，就要確保進料端的榨膛容積不能過小，所以出料端容積就保證了最佳值，通過取值運算并進行合理的榨螺設計，四級壓榨為了滿足壓縮比ε'=14，將榨膛分成四個壓榨區域，經試驗證明和專家鑒定，四級壓榨完全能夠達到設計要求。

4.2 擠壓力與溫度的關系

在容積一定的條件下，可以借用理想氣體方程式來闡述壓力與溫度的變化關系：

PV=nRT，即P=nRT/V（3）

式中：P為壓力，kPa；

n為溫度系數；

R為氣體常數；

T為溫度，℃；

V為體積，mm3。

在理想氣體條件下，假設體積V不變，系數n是初始壓力除以初始溫度，通過壓力改變值，就可以計算出溫度的改變值。如果在固液混合的物質條件下，理論也是相同的。總之壓力越小，溫度就越低，反之壓力越大，溫度就越高。但料胚溫度存在一個最佳溫度值，如果溫度過高而超過某一限度（如130 ℃）就會榨膛冒油煙，損耗油品，同時對料胚中油分子析出產生阻礙作用，是不允許的，因此不是壓力越大越好。

4.3 壓榨時間對壓榨的影響

壓榨時間與榨膛空余容積的關系如下：

T=nVz×γ×（1-β）（4）

式中：T為壓榨時間，S；

n為常數；

Vz為榨膛內空余容積，mm3；

γ為油料容重，kg；

β為排渣系數。

從上式中可以看出，榨膛容積Vz越大，壓榨時間T就越長，油脂被擠壓分離出來的速度就越慢。五級壓榨比四級壓榨的榨膛加長，壓榨容積增大，那么壓榨時間就比四級壓榨長。

5 三級壓榨/四級壓榨的可行性

5.1 壓縮比——提高出油效率

根據公式（1）和公式（2）以及計算手冊，壓縮比是決定榨油機性能的最重要的技術參數，科學理論數據范圍ε'=7.5-14，在理論設計和實際生產中三級壓榨選擇的壓縮比ε'=11，四級壓榨選擇的壓縮比ε'=14，經過多年實際驗證和專家鑒定，三級壓榨提高了出油效率，穩定了壓榨產量；四級壓榨進一步提高了出油效率，保證了油品的品質，使噸料電耗、易損件磨損、榨膛溫度、油品品質、壓榨量和出油效率達到了相應的臨界值，是一種可行的設計和應用，具有廣闊的市場前景。

5.2 榨膛溫度——保證油品品質

榨膛溫度是一個很重要的參數，溫度過低，不能有效使油脂中蛋白質變性，不能有效軟化油料里的油脂分子，不利于油脂分離，溫度過高，榨膛內料胚變硬，同時已經擠出還未排出的油脂會因高溫而冒青煙，損耗油品，降低油品品質。食用油的煙點一般是170 ℃，但一般食用油經高溫120 ℃時，就開始產生對人體有害的物質笨并芘。通過實測，三級壓榨的榨膛溫度為95～105 ℃，四級壓榨的榨膛溫度為100～118 ℃，這是一個非常合適的榨膛溫度值，因此三級壓榨和四級壓榨的榨膛溫度控制是可行的。

5.3 壓榨時間——提高壓榨產量

合理的壓榨時間不僅關系著出油效果，也影響著榨油機的壓榨產量，從公式（4）知道，壓榨時間與榨膛內空余容積有關，經過反復試驗，三級壓榨和四級壓榨的壓榨空間有所增大，壓榨時間相應延長，但可以保證最佳出油效率和油品品質，如果繼續增大壓榨空間，設計成五級壓榨甚至六級壓榨，那么壓榨時間進一步延長，出油效率就會降低，影響榨油機的綜合性能。

6 五級壓榨/六級壓榨的弊端

6.1 壓榨產量降低

與三級、四級壓榨相比，五級、六級壓榨的榨膛長度需加長，榨膛的壓縮比將縮小，壓榨時間就會增加；高壓點增加，壓力增大，油料推進的摩擦力和阻力就會增加，那么在相同時間內，五級壓榨，六級壓榨的產量就會降低。

6.2 油品品質降低

油料雖然是通過增大壓力來擠出油品的，但是油料中粒子之間的間隙有限，油脂的塑性變形有限，在壓榨過程中，榨膛設置溫度在130～180 ℃之間（不同的油料作物設置不同的壓榨溫度），所以壓力不能無限增大，壓榨級數不能無限增加，增加壓力會使榨膛溫度急劇升高，將損失油品的營養成分，使料胚變性變硬，油和餅塊顏色也會變深且帶焦糊苦味，還可能產生高危致癌物——苯并芘，用戶利益受損，因此不是壓榨級數越高越好。

6.3 出油效率降低

增大擠壓力雖然可以提高出油量，但不是能夠無限增大擠壓力，出油量也不是能夠無限增加，擠壓力增大到一定程度后就會起副作用，不但不能提高出油效率，反而還會降低出油性能。由于四級壓榨的擠壓力已經達到理想狀態，經驗證出油效率能夠超過BJ/T 9793-2013所規定的標準，如果繼續增大擠壓力，進而生產五級壓榨六級壓榨，繼續加長榨膛，增加高壓點，增大料胚與榨螺榨圈的摩擦力，增大料胚在榨膛內的推進阻力，那么榨膛溫度就將急劇上升，在壓榨過程中榨膛會產生青煙，燃燒少量油品，理論上將降低出油量，影響出油效率。同時五級壓榨六級壓榨降低了壓縮比，延長了壓榨時間，更不利于油脂的及時擠出和分離。

6.4 使用成本上升

五級、六級壓榨增大擠壓力時必然要增大壓榨負荷，所以電能消耗增加，配件磨損增大，操作難度增加，維修次數增多，僅適用于冷榨的少數地區，但是冷榨從原理上講并不可取，增加了資源浪費，用戶使用成本將會上升。

由此可見，五級壓榨、六級壓榨對熱榨的油料而言是不必要的設計，既不能有效提高出油效率和增加壓榨量，而且還會降低油品和油餅的品質，增加電能損耗，縮短使用壽命，直接影響購機用戶的經濟效益。從全國所有榨油機生產廠家生產和研發現狀看，都在根據具體的油料情況生產相適應的三級壓榨和四級壓榨，經濟實用、性能穩定、油品質量好、易于操作。只有極個別廠家還在嘗試生產五級壓榨和六級壓榨，事實證明這種嘗試難以獲得市場認可，難以給用戶帶來經濟效益。所以筆者建議重點加強宣傳和推廣三級壓榨和四級壓榨榨油機，不推薦生產五級壓榨和六級壓榨榨油機。

參考文獻：

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