油棕果果核、果肉分離技術研究

鄭 爽，李 玲，鄧干然，崔振德，李國杰，李玉林

（中國熱帶農業科學院農業機械研究所，廣東 湛江 524091）

【研究意義】油棕（Elaeis guineensisJacg）是世界上著名的高產木本油料植物［1］，有“世界油王”之稱［2-3］。棕櫚油既是重要的食用油脂，也是工業與生產生物柴油的原材料［4］。中國作為世界人口大國，也是油脂消耗大國，棕櫚油來源主要依賴于進口。近10年來，我國棕櫚油進口量一直穩定在550萬t左右［5］，僅2018年上半年棕櫚油進口量就高達233萬t［6］。我國油棕產業發展已有90多年［7］，受土地生產管理模式的影響，種植分散、不具規模［8］，國內外大型成套榨油設備無法使用，適用于小型油棕種植園的提取加工設備尚未成熟投產。開展小型棕櫚油提取加工裝備及工藝技術研究，能夠為小規模棕櫚油提取提供技術支撐，促進我國油棕產業健康發展。【前人研究進展】傳統棕櫚油提取加工包括殺酵、脫果、搗碎、壓榨、澄油5個重要工藝環節［9］，其中果實搗碎是破壞分解棕果含油細胞、使油釋放出來的過程，能夠降低油的粘性、提高壓榨過程中的出油率，是棕櫚油提取加工過程中的關鍵環節之一［10-11］。目前國內外棕櫚油壓榨均采用果核、果肉混合壓榨的方式，采用這種方式壓榨機工作壓力大、能耗高，容易產生機械故障，嚴重影響生產效率；同時混合壓榨后副產物含油量大、可達10%～12%［12］，影響經濟效益。張玉峰等［13-14］研究不同殺酵方式對棕櫚油品質的影響，發現蒸煮殺酵可有效提高維生素E含量。鄧干然等［15］研究不同殺酵條件對出油率的影響，發現殺酵溫度130℃、殺酵時間60 min時油棕果出油率較高。李國杰等［16］研究壓榨壓力、壓榨時間和壓榨溫度對油棕果出油率的影響，在保證壓榨過程中油棕果核不破損的情況下，發現壓榨壓力6 500 N、壓榨時間25 min、壓榨溫度95℃時油棕果出油率較高。劉智強等［17］、鄭爽等［18］設計了兩種形式的油棕果搗碎分離機，提出了先完成果核、果肉分離再進行壓榨提油的觀點。【本研究切入點】目前針對油棕果果核、果肉機械分離效果與分離后純油棕果肉壓榨提油對出油率影響的研究尚未見報道，無法證明純油棕果肉壓榨在生產中的優勢。【擬解決的關鍵問題】研究油棕果果核分離機工作時間、處理量和刀軸轉速對油棕果果核、果肉分離效果的影響，得到適宜生產的工作參數，為油棕果果核分離機優化改進提供數據支持。對比油棕果果核、果肉混合壓榨與純果肉壓榨的出油率，為改進小型油棕壓榨提取工藝與壓榨裝備的研制提供技術依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

樣品：新鮮油棕果穗（圖1）。采摘地點：海南省文昌市中國熱帶農業科學院橡膠研究所油棕種子資源圃。采摘時間：2018年9月12日。

圖1 油棕果穗Fig. 1 Oil palm fruit

試驗設備：小型臥式油棕殺酵罐、5T-200型轉籠式油棕果脫果機、油棕果搗碎罐、油棕果果核分離機配套蒸汽發生器、電加熱自動控溫棕櫚油澄油機和鉆孔式壓榨桶（直徑78 mm、高度400 mm、孔徑5 mm），以上設備均為中國熱帶農業科學院農業機械研究所自制。測量工具：電子臺秤（承重30 kg，精度0.001 kg）、計時器（手機計時）、溫度計（ 量程-50～200 ℃）、轉速表（分辨率 0.1 r/min，測量范圍 2.5～9 999.9 r/min）。其他用具：變頻調速器（鑫盛達HD500-2R2GT4B）、萬能材料試驗機（量程0～200 kN）、記錄本、蒸鍋、塑料桶、塑膠手套、五金工具等。

1.2 試驗方法

1.2.1 果核果肉分離工藝 油棕加工要求在果穗采摘后24 h內進行，超過24 h后果實所含油脂酸價會迅速上升［15］，嚴重影響棕櫚油品質，降低出油率。高溫殺酵可有效防止油棕果油脂酸化，且有利于進行后續處理。試驗參照文獻［19］統一設定殺酵溫度為130℃、殺酵時間為60 min。經過殺酵并冷卻的油棕果穗通過5T-200型轉籠式油棕果脫果機將果粒剝離出來（圖2）。油棕果粒通過油棕果果核分離機實現果核果肉分離，分離后得到油棕果肉與殘渣，殘渣中包含油棕果核與少量果肉，試驗時需人工將殘渣中的果核與果肉進行分離并測量。通過油棕果果核分離機得到的油棕果肉經過6YL-180型油棕果榨油機完成壓榨試驗。

圖2 殺酵完成后的油棕果Fig. 2 Oil palm fruit after leaven is finished

1.2.2 單因素試驗 分別以作業時間T、單次處理量W和刀軸轉速V3個因素為研究對象，每個因素5次重復，參照文獻［18］選定試驗參數，記錄油棕果粒經過油棕果果核分離機得到的油棕果肉與殘渣的質量。殘渣由人工沖水清選出果核，用毛巾擦干水分后稱重，計算分離率（F）：

式中，P為經油棕果果核分離機分離后得到的油棕果肉質量（kg），W為單次處理量（kg），H為殘渣中果核質量（kg）。

1.2.3 正交試驗 采用三因素三水平試驗方案，根據單因素試驗結果，針對作業時間T、處理量W和刀軸轉速V等3個影響因素分別選出3個水平（表1）。不考慮交互作用，選擇L9（33）試驗方案，見表2。

1.2.4 壓榨試驗 用油棕果搗碎罐處理油棕果粒得到果核果肉混合物，用油棕果果核分離機處理得到油棕果肉，參照文獻［16］的方法進行壓榨試驗得到含雜棕櫚油，通過電加熱自動控溫棕櫚油澄油機對壓榨的含雜棕櫚油進行澄清、除雜、干燥除水得到純棕油，以同等質量下的油棕果出油率作為評價指標，比較果核果肉混合壓榨與純果肉壓榨出油率的高低，計算出油率（Y）：

式中，m為經過澄清、除雜、干燥、除水得到純棕油質量（kg），M為處理的油棕果粒質量（kg）。

表1 油棕果核果肉分離影響因素水平Table 1 Levels of influencing factors for the separation of kernel and pulp of oil palm fruit

表2 油棕果核果肉分離影響因素研究試驗方案Table 2 Study on the factors affecting the separation of kernel and pulp of oil palm fruit

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 不同作業時間對分離效果的影響 由表3可知，當單次處理量固定為15 kg，刀軸轉速固定為200 r/min時，分離率隨著工作時間的增長而增大。作業時間4 min時，分離率僅有64.42%，6 min時分離率明顯提升至87.93%，8 min時分離率為94.83%，當作業時間超過8 min后分離率沒有明顯變化，分別為96.32%、96.62%。可見，作業時間以8～10 min為最佳。

2.1.2 不同處理量對分離效果的影響 由表4可知，當作業時間固定為8 min、刀軸轉速固定為200 r/min時，分離率隨著處理量增大而降低。處理量在13～19 kg時分離率緩慢降低，當處理量為21 kg時分離率明顯下降。在保證生產效率的基礎上，處理量以17 kg左右為最佳。

2.1.3 不同刀軸轉速對分離效果的影響 由表5可知，隨著刀軸轉速的提高分離率也相應提高，即分離效果越來越好。當作業時間為8 min、處理量為17 kg時，刀軸轉速提高超過250 r/min后分離率趨于平穩。可見，刀軸轉速以250～300 r/min之間為最佳。

表3 不同作業時間對油棕果肉分離率的影響Table 3 Effects of different working time on the separation rate of oil palm pulp

表4 不同處理量對油棕果肉分離率的影響Table 4 Effects of different handling capacity on separation rate of oil palm pulp

表5 不同刀軸轉速對油棕果肉分離率的影響Table 5 Effect of different rotation speed of cutter shaft on separation rate of oil palm pulp

2.2 正交試驗

根據單因素實驗結果，取T1、T2、T3分別為8、9、10 min，取W1、W2、W3分別為15、17、19 kg，取V1、V2、V3分別為 250、275、300 r/min。根據表2方案進行試驗，得到對應的分離率如表6所示。分析作業時間T各水平對分離率的影響，由表2可知，T1反映在1、2、3號試驗中，T2反映在4、5、6號試驗中，T3反映在7、8、9號試驗中。T1對應的分離率之和為：KT1=y1+y2+y3=96.34+93.61+94.07=284.02、kT1=KT1/3=94.67；T2對應的分離率之和為：KT2=y4+y5+y6=96.07+96.46+93.59=286.10、kT2=KT2/3=95.37；T3對應的分離率之和為：KT3=y7+y8+y9=96.99+97.54+94.4=288.93、kT3=KT3/3=96.31。

根據正交試驗特點，對T1、T2、T3來講，3組試驗條件完全一致（綜合可比性），可進行直接比較。若作業時間對分離率無影響，那么kT1、kT2、kT3應該相等，但從以上計算可知kT1、kT2、kT3實際上不相等，說明作業時間對分離率有影響。因此，根據kT1、kT2、kT3大小，可以判斷T1、T2、T3對分離率影響的大小。由于分離率越大油棕果核果肉分離效果越好，而kT1＜kT2＜kT3，所以可判定T1為作業時間最優水平。

同理，可以計算并確定W3、V1分別為處理量W與刀軸轉速V兩因素的最優水平。3個因素的最優水平組合為T1W3V2，即油棕果核果肉分離機最優工作條件為作業時間8 min、處理量19 kg、刀軸轉速275 r/min。

根據極差大小（表6），可以判斷各因素對分離率影響的主次關系，即處理量＞作業時間＞刀軸轉速，因此，處理量對油棕果肉分離率的影響最大，其次是作業時間，刀軸轉速影響較小。

2.3 壓榨試驗

利用油棕果搗碎罐處理19 kg殺酵過的油棕果，得到果核果肉混合物，參照文獻［20］得出的最優參數，采用壓榨溫度95℃、壓榨時間25 min、壓榨壓力6.5 kN進行壓榨試驗，得出出油率為22.97%。利用油棕果果核分離機，采用上述試驗得到的最佳配合參數，處理19 kg殺酵過的油棕果，得到13.66 kg油棕果肉。采用相同的壓榨條件進行壓榨試驗，計算得出出油率為38.77%。經過多組重復試驗得出混合壓榨出油率為22%～27%，利用純果肉進行壓榨出油率為35%～40%。本試驗結果表明，油棕去核后壓榨比傳統混合壓榨出油率明顯提高約30%。

表6 油棕果核肉分離試驗結果分析Table 6 Analysis on the experimental results of separation of oil palm kernel and pulp

3 討論

棕櫚油的生產加工一直以來采用的主流加工工藝為機械加工。調查發現我國油棕年產量還不到65萬t，且面積分散［21］，研究小型棕櫚油加工生產設備有利于我國油棕產業發展。劉智強等［22］研制的小型臥式油棕殺酵設備、李玉林等［23］研制的5T-200型油棕果脫果機、鄭爽等［10］研制的蒸汽加熱油棕果搗碎機、李國杰等［11］研制的6YL-180型油棕果榨油機為我國油棕加工產業奠定了技術基礎。張玉峰等［14］研究發現蒸煮殺酵有利于提高棕櫚油品質。鄧干然等［15］研究不同殺酵條件對油棕果肉出油率的影響，李國杰等［16］研究不同壓榨條件對油棕果肉出油率的影響，研究目的與本試驗相同，均以提高出油率為目標，為小型油棕加工生產設備提供數據支持。劉智強等［17］研發的一種簡易油棕果加熱搗碎分離機與本研究出發點一致，提出在油棕加工搗碎環節將果核、果肉分離，改變傳統混合壓榨為純果肉壓榨。本研究著重分析了作業時間、處理量、刀軸轉速對油棕果果肉分離率的影響，果肉分離率越高，棕櫚油損失越少，對應的壓榨出油率越高。

4 結論

通過試驗，明確油棕果肉搗碎過程中影響油棕果核、果肉分離的主要因素及相關關系，得出對分離效果影響最大的是處理量，其次是作業時間，刀軸轉速影響較小。得到影響油棕果果核、果肉分離各因素的最優組合，即作業時間8 min、處理量19 kg、刀軸轉速275 r/min。分離后的油棕果肉進行壓榨試驗，出油率明顯提高，工作能耗降低，多次重復試驗出渣流暢，且出油率達35%～40%，比傳統果核果肉混合壓榨出油率提高30%左右，明顯減少殘油浪費，具有很好的市場應用前景。該技術因分離后的油棕果肉不含果核，不用考慮壓榨壓力過大對果核的破壞，可以采用較大的壓榨壓力、匹配合適的壓榨時間進行試驗，在提高出油率的同時可較好提高生產效率。