摘要：榨油機(jī)行業(yè)個(gè)別企業(yè)為了搶占市場(chǎng)，毫無科學(xué)依據(jù)地惡炒壓榨概念，虛夸壓榨級(jí)數(shù)能達(dá)到五六級(jí)甚至七八級(jí)，讓用戶真假難辨。為了保護(hù)廣大用戶的切身利益，抵制行業(yè)惡性競(jìng)爭(zhēng)之風(fēng)，本文從科學(xué)角度對(duì)榨油機(jī)壓榨級(jí)數(shù)做了較為
摘要：榨油機(jī)行業(yè)個(gè)別企業(yè)為了搶占市場(chǎng)，毫無科學(xué)依據(jù)地惡炒壓榨概念，虛夸壓榨級(jí)數(shù)能達(dá)到五六級(jí)甚至七八級(jí)，讓用戶真假難辨。為了保護(hù)廣大用戶的切身利益，抵制行業(yè)惡性競(jìng)爭(zhēng)之風(fēng)，本文從科學(xué)角度對(duì)榨油機(jī)壓榨級(jí)數(shù)做了較為詳細(xì)的分析，以期為大家科學(xué)選擇壓榨級(jí)數(shù)提供借鑒參考。
一、榨油機(jī)壓榨級(jí)數(shù)現(xiàn)狀
近期發(fā)現(xiàn)，我國榨油機(jī)的銷售市場(chǎng)上出現(xiàn)了二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)、五級(jí)、六級(jí)、七級(jí)壓榨榨油機(jī)，給用戶的選擇增加了難度，一時(shí)讓用戶無從選擇，究其原因是到目前為止，學(xué)術(shù)界還沒有對(duì)壓榨級(jí)數(shù)進(jìn)行科學(xué)地論證和分析，沒有相關(guān)科學(xué)結(jié)論，使得涉及榨油機(jī)產(chǎn)品的個(gè)別企業(yè)不經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)和市場(chǎng)驗(yàn)證，沒有分析壓榨級(jí)數(shù)對(duì)油品質(zhì)量的影響，隨意炒作壓榨概念，隨意夸大高壓榨級(jí)數(shù)的出油效果和壓榨性能，無科學(xué)依據(jù)地宣稱淘汰三、四級(jí)壓榨，這種不尊重科學(xué)，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(zé)任有義務(wù)以科學(xué)和負(fù)責(zé)任的態(tài)度做科學(xué)分析，為我國廣大用戶提供技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)適用的榨油機(jī)產(chǎn)品。
二、榨油機(jī)壓榨原理和過程分析
壓榨取油的原理，油料在榨油機(jī)榨膛內(nèi)推進(jìn)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(jìn)受阻，后面又不斷推著料胚向前推進(jìn)時(shí)產(chǎn)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(jié)構(gòu)，高壓榨螺沒有螺紋，料胚被推進(jìn)到每一節(jié)高壓榨螺時(shí)受到的阻力更大，料胚與榨螺和榨圈之間的摩擦力更大，產(chǎn)生的擠壓力更大，料胚穿過每個(gè)高壓榨螺后榨螺與榨圈容積增大，料胚在下一個(gè)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(xù)受到壓力而發(fā)生塑性變形形成油餅從出餅口擠出。
在壓榨過程中，主要發(fā)生的是物理變化,如物料變形、油脂分離、摩擦發(fā)熱、水分蒸發(fā)等。但由于溫度、水分、微生物等的影響,同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生某些生物化學(xué)方面的變化,如蛋白質(zhì)變性、酶的鈍化和破壞、某些物質(zhì)的結(jié)合等。壓榨時(shí)，料胚在壓力作用下，內(nèi)外表面相互擠緊，致使其液體部分和凝膠部分分別產(chǎn)生兩個(gè)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(jiān)硬的油餅。油脂的擠出可以看成是變形后的多孔介質(zhì)中不可壓縮液體的運(yùn)動(dòng)。因此，油脂流動(dòng)的平均速度主要取決于料胚液層內(nèi)部的摩擦作用(粘度)和推動(dòng)力(壓力)的大小。同時(shí)，油路長(zhǎng)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(shí)，流油路程愈長(zhǎng)、孔隙愈小則會(huì)降低流速而使壓榨過程進(jìn)行的愈慢。在強(qiáng)大擠壓力作用下，料胚表面擠緊到最后階段必然會(huì)產(chǎn)生一個(gè)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(jié)合在表面之間，它已不再遵循一般流體動(dòng)力學(xué)規(guī)律而流動(dòng)，也不可能再從表面間的空隙中壓榨出來。但含量極低。
三、三級(jí)壓榨四級(jí)壓榨的榨膛結(jié)構(gòu)
從壓榨原理并結(jié)合下圖可以看出，1#榨螺和2#榨螺的根徑相同，是為了實(shí)現(xiàn)送料功能;從3#榨螺到最后一個(gè)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(jī)生產(chǎn)中，壓榨空間可以分成多個(gè)壓榨區(qū)域，每個(gè)壓榨區(qū)域由不帶螺紋的高壓榨螺和相對(duì)應(yīng)的高壓榨圈形成阻隔，使得油料料胚經(jīng)過高壓區(qū)域時(shí)形成料胚阻力，以增大擠壓力，當(dāng)油料料胚越過高壓榨螺進(jìn)入下一個(gè)壓榨區(qū)域后，壓榨空間增大，料胚進(jìn)行下一階段的膨化和再擠壓。一般情況下，油料料胚經(jīng)過第一級(jí)壓榨時(shí)已經(jīng)擠壓出90%以上的油脂，因此，再增加壓榨級(jí)數(shù)時(shí)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(shè)計(jì)為三級(jí)壓榨或四級(jí)壓榨，三級(jí)壓榨是將壓榨空間分為三個(gè)壓榨區(qū)域，設(shè)立兩個(gè)高壓榨螺;四級(jí)壓榨是將壓榨空間分為四個(gè)壓榨區(qū)域，設(shè)立三個(gè)高壓榨螺。
四、影響壓榨性能的因素
除榨料本身結(jié)構(gòu)條件以外，壓力、時(shí)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。
壓縮比與擠壓力的關(guān)系
料胚在壓榨前后容積的比值稱作實(shí)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(nèi)外表面的擠緊和油脂被榨出造成的。同時(shí)，水分的蒸發(fā)、排出液體中帶走餅屑、凝膠體受壓后凝結(jié)以及某些化學(xué)轉(zhuǎn)化使密度改變等因素也造成料胚體積收縮。壓榨時(shí)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(gè)限度，此時(shí)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(diǎn)的壓力，稱為“極限壓力”(或臨界壓力)，這一臨界壓力在設(shè)計(jì)時(shí)由選定的壓縮比決定。
擠壓力與壓縮比的關(guān)系式如下：
P=kε'/....................................(1)
式中：P——擠壓力;
k——綜合系數(shù);
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(jí)壓榨選定的壓縮比為ε'=14，三級(jí)壓榨的壓縮比取值ε'=11，這樣可以獲得相對(duì)應(yīng)的擠壓力。
壓縮比的計(jì)算公式如下：
ε'=/ ........................................(2)
式中：——進(jìn)料端容積;
——出料端容積。
從上式可以看出，榨油機(jī)定型就是說壓縮比一定，則進(jìn)料端和出料端的容積比就是一定的，進(jìn)料端增大則出料端容積需要同比例增大，為了保證壓榨產(chǎn)量的增大，就要確保進(jìn)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(yùn)算并進(jìn)行合理的榨螺設(shè)計(jì)，四級(jí)壓榨為了滿足壓縮比ε'=14，將榨膛分成四個(gè)壓榨區(qū)域，經(jīng)試驗(yàn)證明和專家鑒定，四級(jí)壓榨完全能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
‚擠壓力與溫度的關(guān)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(guān)系：
PV=nRT，即P=nRT/V.......(3)
式中：P——壓力;
n——溫度系數(shù);
R——氣體常數(shù);
T——溫度;
V——體積。
在理想氣體條件下，假設(shè)體積V不變，系數(shù)n是初始?jí)毫Τ猿跏紲囟龋ㄟ^壓力改變值，就可以計(jì)算出溫度的改變值。如果在固液混合的物質(zhì)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(gè)最佳溫度值，如果溫度過高而超過某一限度(如130℃)就會(huì)榨膛冒油煙，損耗油品，同時(shí)對(duì)料胚中油分子析出產(chǎn)生阻礙作用，是不允許的。因此不是壓力越大越好。
ƒ壓榨時(shí)間對(duì)壓榨的影響
壓榨時(shí)間與榨膛空余容積的關(guān)系如下：
T=n ·γ·(1-β).........................(4)
式中：T——壓榨時(shí)間;
n——常數(shù);——榨膛內(nèi)空余容積;
γ——油料容重;
β——排渣系數(shù)。
從上式中可以看出，榨膛容積
越大，壓榨時(shí)間T就越長(zhǎng)，油脂被擠壓分離出來的速度就越慢。五級(jí)壓榨比四級(jí)壓榨的榨膛加長(zhǎng)，壓榨容積增大，那么壓榨時(shí)間就比四級(jí)壓榨長(zhǎng)。
五、三級(jí)壓榨/四級(jí)壓榨的可行性
1、壓縮比——提高出油效率
根據(jù)公式(1)和公式(2)以及計(jì)算手冊(cè)，壓縮比是決定榨油機(jī)性能的最重要的技術(shù)參數(shù)，科學(xué)理論數(shù)據(jù)范圍ε'=7.5-14，在理論設(shè)計(jì)和實(shí)際生產(chǎn)中三級(jí)壓榨選擇的壓縮比ε'=11，四級(jí)壓榨選擇的壓縮比ε'=14，經(jīng)過多年實(shí)際驗(yàn)證和專家鑒定，三級(jí)壓榨提高了出油效率，穩(wěn)定了壓榨產(chǎn)量;四級(jí)壓榨進(jìn)一步提高了出油效率，保證了油品的品質(zhì)，使噸料電耗、易損件磨損、榨膛溫度、油品品質(zhì)、壓榨量和出油效率達(dá)到了相應(yīng)的臨界值，是一種可行的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
2、榨膛溫度——保證油品品質(zhì)
榨膛溫度是一個(gè)很重要的參數(shù)，溫度過低，不能有效使油脂中蛋白質(zhì)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(nèi)料胚變硬，同時(shí)已經(jīng)擠出還未排出的油脂會(huì)因高溫而冒青煙，損耗油品，降低油品品質(zhì)。食用油的煙點(diǎn)一般是 170 ℃，但一般食用油經(jīng)高溫 120 ℃時(shí)，就開始產(chǎn)生對(duì)人體有害的物質(zhì)笨并芘。通過實(shí)測(cè)，三級(jí)壓榨的榨膛溫度為95℃-105℃，四級(jí)壓榨的榨膛溫度為100℃-118℃，這是一個(gè)非常合適的榨膛溫度值，因此三級(jí)壓榨和四級(jí)壓榨的榨膛溫度控制是可行的。
3、壓榨時(shí)間——提高壓榨產(chǎn)量
合理的壓榨時(shí)間不僅關(guān)系著出油效果，也影響著榨油機(jī)的壓榨產(chǎn)量，從公式(4)知道，壓榨時(shí)間與榨膛內(nèi)空余容積有關(guān)，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，三級(jí)壓榨和四級(jí)壓榨的壓榨空間有所增大，壓榨時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)，但可以保證最佳出油效率和油品品質(zhì)，如果繼續(xù)增大壓榨空間，設(shè)計(jì)成五級(jí)壓榨甚至六級(jí)壓榨，那么壓榨時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)，出油效率就會(huì)降低，影響榨油機(jī)的綜合性能。
六、五級(jí)壓榨/六級(jí)壓榨的弊端
1、壓榨產(chǎn)量降低
與三級(jí)、四級(jí)壓榨相比，五級(jí)、六級(jí)壓榨的榨膛長(zhǎng)度需加長(zhǎng)，榨膛的壓縮比將縮小，壓榨時(shí)間就會(huì)增加;高壓點(diǎn)增加，壓力增大，油料推進(jìn)的摩擦力和阻力就會(huì)增加，那么在相同時(shí)間內(nèi)，五級(jí)壓榨，六級(jí)壓榨的產(chǎn)量就會(huì)降低。
2、油品品質(zhì)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(shè)置溫度在130℃至180℃之間(不同的油料作物設(shè)置不同的壓榨溫度)，所以壓力不能無限增大，壓榨級(jí)數(shù)不能無限增加，增加壓力會(huì)使榨膛溫度急劇升高，將損失油品的營(yíng)養(yǎng)成分，使料胚變性變硬，油和餅塊顏色也會(huì)變深且?guī)Ы购辔叮€可能產(chǎn)生高危致癌物----苯并芘，用戶利益受損;因此不是壓榨級(jí)數(shù)越高越好。
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(huì)起副作用，不但不能提高出油效率，反而還會(huì)降低出油性能。由于四級(jí)壓榨的擠壓力已經(jīng)達(dá)到理想狀態(tài)，經(jīng)驗(yàn)證出油效率能夠超過BJ/T9793-2013所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，如果繼續(xù)增大擠壓力，進(jìn)而生產(chǎn)五級(jí)壓榨六級(jí)壓榨，繼續(xù)加長(zhǎng)榨膛，增加高壓點(diǎn)，增大料胚與榨螺榨圈的摩擦力，增大料胚在榨膛內(nèi)的推進(jìn)阻力，那么榨膛溫度就將急劇上升，在壓榨過程中榨膛會(huì)產(chǎn)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(shí)五級(jí)壓榨六級(jí)壓榨降低了壓縮比，延長(zhǎng)了壓榨時(shí)間，更不利于油脂的及時(shí)擠出和分離。
4、使用成本上升
五級(jí)、六級(jí)壓榨增大擠壓力時(shí)必然要增大壓榨負(fù)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(shù)增多，僅適用于冷榨的少數(shù)地區(qū)，但是冷榨從原理上講并不可取，增加了資源浪費(fèi)，用戶使用成本將會(huì)上升。
由此可見，五級(jí)壓榨、六級(jí)壓榨對(duì)熱榨的油料而言是不必要的設(shè)計(jì)，既不能有效提高出油效率和增加壓榨量，而且還會(huì)降低油品和油餅的品質(zhì)，增加電能損耗，縮短使用壽命，直接影響購機(jī)用戶的經(jīng)濟(jì)效益。從全國所有榨油機(jī)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)和研發(fā)現(xiàn)狀看，都在根據(jù)具體的油料情況生產(chǎn)相適應(yīng)的三級(jí)壓榨和四級(jí)壓榨，經(jīng)濟(jì)實(shí)用、性能穩(wěn)定、油品質(zhì)量好、易于操作。只有極個(gè)別廠家還在嘗試生產(chǎn)五級(jí)壓榨和六級(jí)壓榨，事實(shí)證明這種嘗試難以獲得市場(chǎng)認(rèn)可，難以給用戶帶來經(jīng)濟(jì)效益。所以筆者建議重點(diǎn)加強(qiáng)宣傳和推廣三級(jí)壓榨和四級(jí)壓榨榨油機(jī)，不推薦生產(chǎn)五級(jí)壓榨和六級(jí)壓榨榨油機(jī)。
作者簡(jiǎn)介：
李志慶，男，生于1963年4月，廣西桂林人，就職于中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究院，高級(jí)工程師，中華人民共和國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)用螺旋榨油機(jī)新舊標(biāo)準(zhǔn)(JB/T9793.1-1999和JB/T9793-2013)首席起草人。研究方向：長(zhǎng)期研究螺旋榨油機(jī)的原理和構(gòu)造。
