專利名稱：一種棉籽的處理方法
我國是世界主要產(chǎn)棉大國，年產(chǎn)棉籽約五百萬噸，如果棉籽資源得到充分利用，每年可得到約200萬噸的優(yōu)質(zhì)棉籽蛋白(蛋白含量約50％)，用以替代魚粉、豆粕等飼料蛋白源，不僅可減少豆粕和魚粉的進(jìn)口量，節(jié)約大量外匯，而且可促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。棉籽蛋白在價格上具有明顯的競爭優(yōu)勢，開發(fā)高質(zhì)量的棉籽蛋白，對人口眾多的中國市場來說前景良好。
棉籽屬可再生資源，對其全面開發(fā)，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，具有優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
我國蛋白質(zhì)飼料資源(主要是餅粕類)有很大缺口。全國飼料工業(yè)辦公室根據(jù)國務(wù)院《九十年代中國食物改革與發(fā)展綱要》、我國中長期畜禽、水產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)劃及農(nóng)業(yè)部發(fā)展綱要等材料對我國2000年和2010年畜牧水產(chǎn)品生產(chǎn)指標(biāo)和飼料資源的供需情況進(jìn)行了預(yù)測，2000年和2010年我國餅粕類的缺口分別為1520萬噸和2560萬噸。據(jù)世界銀行中蒙局對中國飼料供求平衡的預(yù)測表明2000年我國能量飼料和蛋白質(zhì)飼料的缺口分別為6600萬噸和2400萬噸，2010年能量飼料的缺口為4300萬噸和8300萬噸，蛋白質(zhì)飼料的缺口為3800萬噸。因此，我國面臨著飼料糧緊缺問題，特別是餅粕類的嚴(yán)重不足，將成為我國飼料工業(yè)發(fā)展的主要制約因素。
棉籽蛋白可替代大豆、玉米等用于食品、飼料行業(yè)，棉籽蛋白資源的開發(fā)使用可以節(jié)省數(shù)百萬噸的糧食，對人口眾多、耕地較少的我國其意義十分巨大。
含棉酚的棉粕只能做低級飼料或肥料，用途比較狹窄。脫酚后的棉籽蛋白含量達(dá)50％以上(一級豆粕含量44％)，其它主要質(zhì)量指標(biāo)與大豆蛋白相似，可完全取代大豆蛋白用于飼料、食品及生物發(fā)酵等行業(yè)，用途十分廣泛。
棉籽蛋白屬豆類蛋白，具有低纖維、高代謝能和賴氨酸有效值高等特點，是一種優(yōu)質(zhì)食用蛋白質(zhì)，其營養(yǎng)價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于谷蛋白骯。
在食品工業(yè)方面，用脫酚棉籽蛋白制成各種食品，不僅蛋白質(zhì)含量豐富，而且含有各種維生素和人體所須的氨基酸。美國用棉籽蛋白開發(fā)出了許多老人和兒童食品。
棉籽是一種重要的蛋白資源，多年來許多科學(xué)工作者都在探索具有實用價值的棉籽脫酚技術(shù)，做出了很多實驗室成果，但由于脫酚的工業(yè)化技術(shù)未能得到很好的解決，因此棉粕這一寶貴的蛋白資源未能得到充分利用。
由于棉籽含有毒的棉酚，若生產(chǎn)食用和飼料用棉籽蛋白，就必須將棉酚含量降低到安全指標(biāo)以下，同時保持氨基酸的有效性，即生產(chǎn)食用和飼料用棉籽蛋白的任務(wù)是脫酚和保持營養(yǎng)價值。目前采用的熱榨浸出工藝不僅不能有效地脫除棉酚，而且棉籽在高溫蒸炒和熱榨后，蛋白質(zhì)變性，消化率降低，棉酚在加工過程中一部分與蛋白質(zhì)的氨基酸結(jié)合，降低了賴氨酸的有效性，棉籽蛋白的營養(yǎng)價值也受到損失。實際上，按現(xiàn)行工藝生產(chǎn)的棉籽餅粕對人、豬、雞等非反芻動物有毒而且營養(yǎng)也是貧乏的。一般認(rèn)為，棉籽的毒性主要來源于游離棉酚，世界衛(wèi)生組織和糧農(nóng)組織及聯(lián)合國兒童基金會的蛋白質(zhì)顧問小組建議游離棉酚不超過0.06％，總棉酚不超過1.2％的棉粕可供人類食用；美國食品和藥物管理局規(guī)定游離棉酚在食品中的允許劑量是小于0.045％。因此，全價開發(fā)棉籽蛋白的首要任務(wù)是脫酚。
我國為了充分利用棉籽資源，將棉籽脫酚技術(shù)列為“六五”、“七五”重點攻關(guān)項目，投資數(shù)千萬元，開發(fā)出一批棉籽脫酚技術(shù)，主要有化學(xué)法利用棉酚的化學(xué)性質(zhì)添加適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)試劑，在一定條件下將棉酚破壞或形成結(jié)合態(tài)，但無法解決原工藝中的蛋白質(zhì)變性、營養(yǎng)價值降低等問題，因此化學(xué)法僅能解決脫酚問題。微生物發(fā)酵法將棉粕控制在一定的溫度和濕度下，通過微生物發(fā)酵作用，使棉酚分解，變成無毒物質(zhì)，但存在菌種培養(yǎng)、生產(chǎn)條件不易控制等缺陷，占地面積大、難以實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，也只是解決脫酚問題，而不能保證原生產(chǎn)工藝中的蛋白質(zhì)變性、營養(yǎng)價值降低等問題。溶劑萃取法利用丙酮、異丙醇、乙醇等極性溶劑可以溶解棉酚的特性，來提取棉籽中的棉酚；研究較多的有二元(溶劑油和丙酮或乙醇)溶劑和三元(溶劑油、丙酮或乙醇、水)溶劑，該法生產(chǎn)成本低，可在低溫下進(jìn)行，克服蛋白質(zhì)變性問題，脫酚徹底，國內(nèi)因設(shè)備和工業(yè)化技術(shù)等原因，雖然實驗室技術(shù)很成功，但進(jìn)行正常工業(yè)化生產(chǎn)尚需做進(jìn)一步的工作。
本發(fā)明的目的在于供一種棉籽的處理方法，即在得到傳統(tǒng)棉籽加工廠的產(chǎn)品棉籽油和棉殼外，將棉粕變?yōu)檫_(dá)到食用要求的脫酚棉籽蛋白，而且在廢水治理過程中還得到得到粗品低聚糖，使棉籽得到全價合理利用，而且出油率高、脫酚徹底、有效蛋白不損失、工藝簡單、生產(chǎn)成本低、通用性好，適于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
本發(fā)明的主要內(nèi)容是將棉籽進(jìn)行剝殼及殼仁分離，得到棉籽殼和棉仁；棉仁中的油脂和棉酚采用溶劑萃取法提取出來，棉籽油再進(jìn)行精煉達(dá)到國家食用油標(biāo)準(zhǔn)；而萃取棉酚是將棉籽蛋白中的游離棉酚含量降至美國食用棉籽蛋白的標(biāo)準(zhǔn)以下，同時在預(yù)處理、萃取及棉籽蛋白的烘干過程中進(jìn)行低溫(小于80℃)操作，保證棉籽蛋白的營養(yǎng)價值；對萃取棉酚的甲醇液回收甲醇后的廢水進(jìn)行治理，并得到低聚糖粗品。
本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下步驟①棉籽經(jīng)剝殼機(jī)組剝殼并進(jìn)行殼仁分離后，得到棉仁和棉殼，棉仁在下述條件下進(jìn)行預(yù)處理60～80℃軟化；壓胚，；60～80℃烘干，②烘干后的棉仁直接進(jìn)入浸出器，采用6＃溶劑油一次浸出油脂，操作溫度50～55℃，溶劑比為1.1～1.8∶1，浸出時間為100～180分鐘，混合油經(jīng)一蒸、二蒸、汽提脫除溶劑后得到毛油，毛油經(jīng)精煉得到食用油，蒸出的溶劑經(jīng)冷凝器冷卻后分水循環(huán)使用，③含溶濕粕進(jìn)入脫酚萃取器，采用甲醇萃取棉酚，萃取溫度40～55℃，溶劑比為1～1.5∶1，甲醇濃度80～98％、浸出時間為30～60分鐘，④瀝干后的濕粕經(jīng)機(jī)械擠壓脫溶后，使甲醇含量降低至30～40％，然后進(jìn)行烘干，烘干溫度小于80℃，即可得到蛋白質(zhì)含量大于50％、殘油小于2％、游離棉酚含量小于0.04％、殘溶小于0.05％的棉籽蛋白，⑤將萃取棉酚后的甲醇液蒸發(fā)，采用分離方法將脂溶性物質(zhì)及不溶于水的固體雜質(zhì)去除，將水液干燥后即得到粗品低聚糖。
本發(fā)明棉籽剝殼、殼仁分離時仁中含殼小于15％，殼中含仁小于1％。
本發(fā)明的出發(fā)點是將傳統(tǒng)工藝中高溫蒸炒、熱榨工序去掉，避免蛋白質(zhì)變性、營養(yǎng)價值降低的問題；將棉籽中的油脂采用浸出法一次提??；棉籽提油完成后再加溶劑萃取棉酚；采用低溫烘干設(shè)備，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，本發(fā)明具有出油率高、脫酚徹底、有效蛋白不損失、工藝簡單、生產(chǎn)成本低、通用性好等特點。同時，本發(fā)明還適用于大豆的一次浸油并生產(chǎn)低溫豆粕和菜籽的預(yù)榨----浸出工藝。
從棉籽中萃取的主要成分為棉籽油和棉酚，棉籽油是脂溶性物質(zhì)，而棉酚為醇溶性物質(zhì)，根據(jù)“結(jié)構(gòu)相似溶解”的原理，利用6＃溶劑油萃取棉籽中的棉籽油，利用甲醇萃取棉籽中的棉酚。由于棉籽中棉籽油是大量的，而且甲醇對棉籽具有較強(qiáng)的粉化作用，因此采用先萃取棉籽油后萃取棉酚的工藝。棉籽蛋白在80℃以上很容易發(fā)生變性，降低營養(yǎng)價值，要求在棉籽蛋白的生產(chǎn)過程中將溫度控制在80℃以下。
附

圖1為本發(fā)明的工藝流程簡圖。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明1．預(yù)處理由于棉籽含油量較高，溶劑直接浸出殘油率較高，一般采用蒸炒、熱榨預(yù)處理工藝。蒸炒、熱榨的目的是為了得到大部分油脂，減輕浸出負(fù)擔(dān)，提高出油率。但由于蒸炒、熱榨工序的溫度較高(大于100℃)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)大量變性，營養(yǎng)價值下降。本發(fā)明采用低溫預(yù)處理工藝，去掉高溫蒸炒、熱榨等傳統(tǒng)預(yù)處理工序，避免蛋白質(zhì)變性、營養(yǎng)價值降低的問題。
棉籽經(jīng)剝殼機(jī)組剝殼并進(jìn)行殼仁分離后，得到棉仁和棉殼，棉仁軟化、壓胚、烘干后進(jìn)浸出器，棉仁軟化溫度控制在60～80℃，其中70～80℃較佳；壓胚時可控制厚度為0.3～0.5mm；烘干溫度控制在60～80℃，其中70～80℃較佳；入浸出器水分可控制在5～9％。
剝殼和殼仁分離是預(yù)處理的關(guān)鍵，殼中含仁量大，產(chǎn)品(棉籽油和棉籽蛋白)得率下降，經(jīng)濟(jì)效益差；仁中含殼量大，棉籽蛋白產(chǎn)品的蛋白含量低，生產(chǎn)效率下降，棉籽油的得率降低，影響效益。一般國內(nèi)現(xiàn)有企業(yè)控制剝殼和仁殼分離的指標(biāo)是仁中含殼30％左右，殼中含仁小于1％，本發(fā)明的處理工藝控制殼中含仁小于1％、仁中含殼小于15％，同時棉籽仁的粉末度小于8％，滿足了后續(xù)油脂一次萃取的要求，并使得棉籽蛋白產(chǎn)品的蛋白含量大于50％(國內(nèi)同類企業(yè)生產(chǎn)的棉粕蛋白含量小于38％。
國內(nèi)同類企業(yè)采用壓胚后蒸炒、熱榨的工藝來保證棉仁的成型度和入浸水分，本發(fā)明采用烘干(小于80℃)的方式使棉仁的入浸水分達(dá)到要求，同時又不增加粉末度。
2．一次浸出油脂烘干后的棉仁直接進(jìn)入浸出器，采用6＃溶劑油一次浸出油脂，操作溫度可控制在公知的50～55℃，溶劑比為1.1～1.8∶1，例如，每公斤的棉仁所用的溶劑量可為1.1、1.2、1.4、1.6、1.8升，浸出時間為100～180分鐘，例如可控制為100、120、140、160、180分，混合油經(jīng)公知的一蒸、二蒸、汽提脫除溶劑后得到毛油，毛油經(jīng)精煉得到食用油，蒸出的溶劑經(jīng)冷凝器冷卻后分水可循環(huán)使用，由于棉籽剝殼后的棉仁含油率高(約30％)，本發(fā)明將提油和脫酚分步進(jìn)行，實現(xiàn)了一次提油的目標(biāo)，棉籽蛋白產(chǎn)品殘油率≤2％。
2．萃取棉酚含溶濕粕進(jìn)入脫酚萃取器，采用甲醇萃取棉酚，萃取溫度40～55℃；溶劑比為1～1.5∶1，例如每公斤的濕粕所用的甲醇量可為1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5升；甲醇濃度可為80～98％；浸出時間可為30～60分鐘。
本發(fā)明將提油和脫酚分步進(jìn)行，與其它將油脂和棉酚同時萃取的技術(shù)有本質(zhì)的差異。國內(nèi)研究的混合溶劑萃取法是利用極性溶劑和非極性溶劑互溶并形成共沸的特點來同時萃取油脂和棉酚，但溶劑的回收操作及溶劑體系難以保證穩(wěn)定，帶來實際生產(chǎn)中溶劑消耗大、生產(chǎn)成本高等難題。另外混合溶劑也達(dá)不到單一溶劑的萃取效率，而且極性溶劑對棉籽的粉化作用對設(shè)備的要求也提高了，溶劑分離困難，棉酚易于進(jìn)入油脂，對油脂的精煉提出較高的要求。
本發(fā)明是利用6＃溶劑油的提油性能和甲醇的萃酚能力，將棉籽油和棉酚分別提取出來。為了保證6＃溶劑油的提油效率和甲醇的萃取棉酚能力，將萃取油脂和萃取棉酚分步進(jìn)行，充分發(fā)揮了6＃溶劑油的提油效率和甲醇的萃取棉酚能力。同時也不影響原有生產(chǎn)工藝，即在浸出油后加一套溶劑浸出脫酚設(shè)備，此步的目的是將棉酚提取出來，保證產(chǎn)品中的棉酚含量，經(jīng)脫酚處理后的棉籽蛋白中游離棉酚≤0.04％。對現(xiàn)有預(yù)榨一浸出生產(chǎn)廠改造，只需在萃取油脂后加一套萃取棉酚設(shè)備工藝即可完成，不影響原有生產(chǎn)工藝，易于現(xiàn)有生產(chǎn)廠的改造，所說的萃取棉酚設(shè)備可采用ZL 94 2 45540.1專利中公開的“液-固萃取器”。由于甲醇等極性溶劑在萃酚過程中對棉仁有很強(qiáng)的粉化作用，在現(xiàn)有浸出器中很難完成，采用上述“液一固萃取器”可解決這一問題。
4．機(jī)械擠壓脫溶瀝干后的濕粕經(jīng)機(jī)械擠壓脫溶后的甲醇含量從60～80％降低至30～40％，然后進(jìn)行烘干，烘干溫度小于80℃，例如溫度可控制在60～80℃，其中70～80℃較佳(烘出的溶劑經(jīng)冷凝器冷卻后分離循環(huán)使用)，即可得到蛋白質(zhì)含量大于50％、殘油小于2％、游離棉酚含量小于0.04％、殘溶小于0.05％的棉籽蛋白。為了縮短烘干時間、降低甲醇蒸發(fā)量、減少能耗，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，可采用榨油機(jī)、離心機(jī)等機(jī)械擠壓設(shè)備，使棉籽蛋白中的甲醇含量降低至30～40％，能耗大幅度下降，保證了產(chǎn)品的色澤，避免了產(chǎn)品中蛋白質(zhì)的變性。
5．干燥將萃取棉酚后的甲醇液蒸發(fā)可回收甲醇，采用分離方法將脂溶性物質(zhì)及不溶于水的固體雜質(zhì)去除，將水液干燥后即得到粗品低聚糖。
原有的烘干設(shè)備是在高溫(大于100℃)、直接蒸氣的條件下對產(chǎn)品中含有的6＃溶劑油進(jìn)行烘干，而脫酚后需要烘出的溶劑為甲醇，再加直接蒸氣進(jìn)行烘干，不僅導(dǎo)致產(chǎn)品色澤變黑、蛋白質(zhì)變性，而且產(chǎn)品殘留甲醇含量較高，達(dá)不到產(chǎn)品質(zhì)量要求。本發(fā)明選用了低溫(小于80℃)間接加熱方式的烘干工藝設(shè)備，不僅可保證蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值，而且也使產(chǎn)品保持淡黃色，同時產(chǎn)品中溶劑殘留量≤500ppm。
6．廢水治理萃取棉酚后的甲醇液蒸發(fā)回收甲醇，冷卻分離后再循環(huán)使用，殘液主要是水、棉酚、色素、低聚糖等，進(jìn)行固液分離，廢渣拌入煤中焚燒，水液濃縮后可得低聚糖粗品。
權(quán)利要求
1．一種棉籽的處理方法，其特征在于它是由以下步驟組成的①棉籽經(jīng)剝殼機(jī)組剝殼并進(jìn)行殼仁分離后，得到棉仁和棉殼，棉仁在下述條件下進(jìn)行預(yù)處理60～80℃軟化；壓胚；60～80℃烘干，②烘干后的棉仁直接進(jìn)入浸出器，采用6#溶劑油一次浸出油脂，操作溫度50～55℃，溶劑比為1.1～1.8∶1，浸出時間為100～180分鐘，混合油經(jīng)一蒸、二蒸、汽提脫除溶劑后得到毛油，毛油經(jīng)精煉得到食用油，蒸出的溶劑經(jīng)冷凝器冷卻后分水循環(huán)使用，③含溶濕粕進(jìn)入脫酚萃取器，采用甲醇萃取棉酚，萃取溫度40～55℃，溶劑比為1～1.5∶1，甲醇濃度80～98％、浸出時間為30～60分鐘，④瀝干后的濕粕經(jīng)機(jī)械擠壓脫溶后，使甲醇含量降低至30～40％，然后進(jìn)行烘干，烘干溫度小于80℃，即可得到蛋白質(zhì)含量大于50％、殘油小于2％、游離棉酚含量小于0.04％、殘溶小于0.05％的棉籽蛋白，⑤將萃取棉酚后的甲醇液蒸發(fā)，采用分離方法將脂溶性物質(zhì)及不溶于水的固體雜質(zhì)去除，將水液干燥后即得到粗品低聚糖。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的棉籽綜合處理方法，其特征在于棉籽剝殼、殼仁分離仁中含殼小于15％，殼中含仁小于1％。
全文摘要
一種棉籽的處理方法:棉籽殼仁分離后對棉仁進(jìn)行預(yù)處理;烘干后的棉仁采用文檔編號C08B37/00GK1306078SQ00134520
公開日2001年8月1日 申請日期2000年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月11日
發(fā)明者劉進(jìn)才, 房詩宏, 祝強(qiáng), 王毓蓬 申請人:北京中棉紫光生物科技有限公司