米糠油加工技术

2021/2/22 18:09:18

世界大米产量每年约为5亿吨。大部分大米都是在水稻产区附近加工的。从淀粉胚乳(70%)中去除壳(20%)和米糠(10%)的碾米过程通常在小型加工厂进行。在大多数情况下,消费者在家庭作坊碾压稻谷,大米数量够几天家用。以往,米糠经常与稻壳混合在一起。在一些地区,稻谷在收获时被去壳,糙米(米糠层仍然附着在稻谷上)被储存起来,以便以后进行碾磨。在世界上工业化程度较高的地区,水稻在大规模加工中被碾碎,稻壳和米糠成分得到有效分离。在这些地区,从米糠中提取油用于食品和工业用途在经济上是可行的。考虑到世界上有40%到50%的米糠是适合商业性的油脂提取,估计米糠油年生产潜在产量为500到600万吨,然而,实际米糠油的年产量远低于此,只有150万吨,大部分技术质量等级低下,只能用于制造肥皂。

米糠油含有较高的游离脂肪酸,蜡、米糠粉末和色素。这些因素阻碍了米糠油的商业化加工(浸出,精炼)和销售。然而,只要仔细注意加工技术,从碾米厂开始,就可以以经济的成本生产出产量和质量合理的米糠油。

影响米糠油利用的因素

游离脂肪酸

游离脂肪酸(FFA),一个主要问题是米糠油含有高活性的脂肪酶。在碾米过程中,脂肪酶被激活并迅速开始将甘油三酯水解成游离脂肪酸、甘油二酯和单甘油酯。如果不加以抑制,脂肪酶最终会在几个月的时间里分解掉所有的甘油三酯。在更实际的基础上,米糠中所含米糠油的游离脂肪酸含量在研磨后的头几天将以每天5 - 10%的速度增加。在游离脂肪酸含量超过15%后,米糠油的加工就开始接近食品的边际经济效用(无价值),尽管一些加工商仍提炼含有高达30%或者更多的游离脂肪酸含量的油。

脂肪酶的活性

脂肪酶的活性高度依赖于水稻的储藏条件、温度和水分。有些油的降解是水稻储藏期间发生的,即使是最快速加工的米糠也会产生1-3%的游离脂肪酸。如果大米在高温、潮湿的环境中储存很长时间,碾磨后的游离脂肪酸含量可能在10%或以上。这样的大米将会成为有问题食品,所以这不会经常发生。将去壳糙米储存起来用于后续再碾米的做法可以激活脂肪酶,从而提高糙米中游离脂肪酸的含量。

碾米之后,米糠油的脂肪酶的灭活是时间、温度和水分含量的函数。水分含量越高,脂肪酶的活性越高。然而,基于商业化考虑,通常水分含量控制在12%左右。温度是脂肪酶活性的关键变量,最适温度在35到40度之间。温度越低,脂肪酶的活性越低,接近冰点的温度下,游离脂肪酸只有微量的升高。在冰点以下,脂肪酶活性基本为零。

我们后面会讲到,米糠中的脂肪酶可能会以多种方式被灭活。米糠中米糠油的游离脂肪酸含量为2 - 6%,就处在一个稳定的状态,游离脂肪酸超过10%就不再稳定。脂肪酸含量的上限是时间和环境条件的函数(碾米和浸出过程)。

米糠中还含有对米糠油氧化稳定性有不利影响的脂氧合酶。幸运的是,它们不像脂肪酶那样活跃,在加工过程中也被灭活。研究发现,白腊米糠中的米糠油氧化稳定性较差,这可能是由于在加工过程中抗氧化剂的流失。

显然,高游离脂肪酸对米糠油的主要不利影响是精炼的得率。快速稳定的米糠油精炼得率约为90%(10%损失)。极端情况下,高游离脂肪酸的油可能有高达50%或更多的损失。早期的研究表明,羟基化合物,如单甘油酯、甘油二酸酯和糖苷,在炼油损失中起着重要作用。采用乙酸酐处理米糠油,降低游离羟基的数量时,碱精炼损失显著降低。

不幸的是,乙酸酐的成本太高,无法从更高的得率中获得相应的经济回报。也许将来还会找到其他更经济的方法来降低羟基化合物的含量。

蜡的含量

对加工者来说,脱蜡是一个挑战。有许多方法可以实现这一点,稍后将讨论。所有的技术都是关于成本、产量和效率的平衡。

蜡:米糠油的蜡是饱和脂肪酸(c16、c26)和饱和脂肪酸(c24 - c30)乙醇酯。米糠的蜡含量因品种而异,多蜡品种的米糠油含有高达8%的蜡,更典型的数值在2-4%的范围内。米糠油中的蜡量也和浸出工况有关系,在一定的浸出条件下,蜡含量可以达到0.5%或更低。

水稻蜡有两种:软的和硬的。软蜡的熔点小于70摄氏度,硬蜡的熔点大于80摄氏度。大约三分之二的蜡是聚合物形式,其余的是单体。

蜡在精炼过程中容易乳化,从而降低工艺得率。它们还容易附着在白土上,因此脱色过程白土消耗量更大。蜡在室温下给米糠油赋予不透明的外观,这影响了它对消费者的吸引力。入腊的含量太高,会影响米糠油作为煎炸油的使用功能。

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米糠粉末

根据稳定化技术(或没有)和所采用的浸出方法,米糠油可能含有0.5 - 10%或更多的米糠粉末。碾米过程从胚乳中剥离米糠,会将米糠研磨成粉末。传统的工厂使用精细的固体磨料,如石灰石,来促进这一过程。一种新的技术,被称为水雾研磨,消除了固体磨料的需要。

即使加工质量比较稳定的米糠过程中,也有大量的颗粒在运往浸出工段的过程中粉碎为粉末。在浸出之后,这些粉末依然留在毛油中。

过高的粉末含量会导致更高的炼油损失(夹带)。它们会沉积在容器内部,堵塞设备比如混合器、热交换器和离心机,导致设备性能损失和频繁的清洗。由于磨损,细粉也会导致泵、混合器和离心密封过早失效。尤其当使用由石灰石研磨或含有大量米糠粉末时。与蜡一起,粉末可以形成纤维束,这些纤维束往往会聚集在密封表面,导致密封过早失效以及油损失。

色素

米糠油含有常见的植物油色素,如叶绿素。叶黄素、类胡萝卜素和蛋白质降解产物(棕色色素)。叶绿素含量可能非常高,值超过20ppm。蛋白质降解产生的棕色色素的效应会很强烈,导致脱色困难。在稳定化过程中过热的米糠尤其如此。在不利条件下储存的大米也能产出深色的油。尽管添加了过量的白土,成品的米糠油红色仍会达到1.5到2.0的罗维朋(5.25英寸)。

米糠油的提取

为了获得质量的米糠油,必须在提取前稳定米糠。主要目的有四:抑制脂肪酶活性,提高提取效率,减少原油中的细粉数量,稻壳杀菌。由于脂肪酶活性的快速开始,在脱壳后尽快稳定米糠,理想状态下是在1小时之内。这是可以实现的,大型工厂生产足够的米糠,稳定化车间就建设在旁边。然而,世界上大部分的米糠都是在小工厂生产的,因此需要收集和运输到厂外的稳定车间,这种情况下的延迟可能是几天或几周。

稳定米糠的一般方法有五种:干式挤压法或蒸炒法;湿法挤压或软化调质;冷冻;降低pH值;和化学方法。

干式挤压或蒸炒

干式挤压或蒸炒这种方法通常需要使用一个挤压机或炒锅加热米糠,使彻底酶失活(150°C或更高)。这种方法被描述为干式蒸炒,因为没有水被添加到米糠中(本来含有10-14%的水分)。一种常见的方法是使用完全依靠摩擦来产生足够热量的挤出机。许多其他的加热技术已被研究,如微波、红外线、立式炒锅、流化床等。

干式挤压的主要缺点是稳定的米糠仍然很细,由于较高的温度,米糠油的颜色可能比较深,设备维护成本较高。这种稳定的方法通常用在米糠是最终产品(不含油脂)或在缺乏蒸汽的工厂中。

湿式挤压或软化调质

湿法挤压或软化调质。这种方法包括向米糠中注入大约10%的水份,通常是蒸汽。通常情况下,是用一个带有蒸汽喷嘴的膨化设备完成的。添加的水降低了米糠稳定化的温度大约为120°C。另外一个好处是,当米糠从挤出机挤出时,它的水分会蒸发到大气中。这种膨化产生了多孔状态,使浸出的溶剂更容易渗透进来,而提高油脂得率。事实上,这种制备技术也被用于其他油料种子,如大豆和棉籽,特别是有利于帮助油的提取。此外,这种方法的另一个好处是细粉会结成团。

湿挤压法的主要缺点是稳定的米糠必须干燥,这通常是通过热空气穿过米糠料层完成的。

冷冻

低温会限制脂肪酶的活性。然而,酶没有变性,随着温度的升高,活性将恢复。由于在冷藏条件下储存米糠的成本很高,这种方法可能没有商业应用。

降低PH值

在米糠中加入盐酸,使其pH值降低到4.0。在这个pH值上,脂肪酶的活性很小。这个过程没有得到商业上的认可。

化学法

研究了用亚硫酸钠稳定米糠的方法。这种化学物质直接加到米糠中并充分混合。脂肪酶的活性基本被抑制。这项技术尚未获得商业上的认可。

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米糠制取油脂技术

溶剂浸出

世界上大多数米糠油都是在传统的设备中提取的,使用商业化的己烷作为溶剂。粉末含量是渗透率和浸出效率的限制因素。深和浅床浸出器都被成功地使用。串联的旋液分离器是从混合油中去除米糠粉末的一种有效的方法。从而防止这些粉末堵塞蒸发器,并且去除了大部分的毛油中的粉末。

蜡可以溶于热己烷。因此,必须选择合适的浸出温度,以优化油的得率,同时又不能过度的提取蜡。例如,在50摄氏度时,正己烷能够溶解蜡的含量是30摄氏度时的两倍多。

还有其他溶剂,如丙酮、乙酸乙酯和异丙醇,不溶蜡。然而,整体而言,它们并没有己烷那么划算。

机械压榨

米糠油也可以通过机械挤压从米糠中提取。在最常见的方法中,布兰首先会在一个堆叠的甲板设备里进行干燥加热,然后通过螺旋压榨机将油排出。该方法将稳定化和油提取结合在一起。然而,与溶剂i浸出相比,得油率较低,单位成本较高。螺旋压榨法还会导致原油中含有大量的细粉,在后续加工之前,这些细粉必须进行脱除和过滤。此外,如果在加热过程中使用过高的温度和过长的停留时间,油可能会变暗。

机械压榨的优点是降低了成本,相对于浸出工厂更加安全,以及在保健食品中可能的产品市场。

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