如何科学选择榨油机压榨级数

　　摘要：榨油机行业个别企业为了抢占市场，毫无科学依据地恶炒压榨概念，虚夸压榨级数能达到五六级甚至七八级，让用户真假难辨。为了保护广大用户的切身利益，抵制行业恶性竞争之风，本文从科学角度对榨油机压榨级数做了较为详细的分析，以期为大家科学选择压榨级数提供借鉴参考。

 

　　一、榨油机压榨级数现状 

 

　　近期发现，我国榨油机的销售市场上出现了二级、三级、四级、五级、六级、七级压榨榨油机，给用户的选择增加了难度，一时让用户无从选择，究其原因是到目前为止，学术界还没有对压榨级数进行科学地论证和分析，没有相关科学结论，使得涉及榨油机产品的个别企业不经科学实验和市场验证，没有分析压榨级数对油品质量的影响，随意炒作压榨概念，随意夸大高压榨级数的出油效果和压榨性能，无科学依据地宣称淘汰三、四级压榨，这种不尊重科学，不顾及客户利益的行为必须引起科技界的高度重视。为了广大用户的切身利益不受侵害，我们有责任有义务以科学和负责任的态度做科学分析，为我国广大用户提供技术先进、经济适用的榨油机产品。

 

　　二、榨油机压榨原理和过程分析 

 

　　压榨取油的原理，油料在榨油机榨膛内推进过程中，榨螺螺纹逐渐变浅，榨膛容积逐渐变小，油料料胚推进受阻，后面又不断推着料胚向前推进时产生压力而和温度，从而将油脂从料胚中挤压分离出来。由于榨螺的特殊结构，高压榨螺没有螺纹，料胚被推进到每一节高压榨螺时受到的阻力更大，料胚与榨螺和榨圈之间的摩擦力更大，产生的挤压力更大，料胚穿过每个高压榨螺后榨螺与榨圈容积增大，料胚在下一个高压榨螺受到再次挤压，油脂被最大限度挤压出来，油脂分离后的料胚继续受到压力而发生塑性变形形成油饼从出饼口挤出。

 

　　在压榨过程中，主要发生的是物理变化,如物料变形、油脂分离、摩擦发热、水分蒸发等。但由于温度、水分、微生物等的影响,同时也会产生某些生物化学方面的变化,如蛋白质变性、酶的钝化和破坏、某些物质的结合等。压榨时，料胚在压力作用下，内外表面相互挤紧，致使其液体部分和凝胶部分分别产生两个不同过程，即油脂从榨圈空隙中被挤压出来及料胚变形形成坚硬的油饼。油脂的挤出可以看成是变形后的多孔介质中不可压缩液体的运动。因此，油脂流动的平均速度主要取决于料胚液层内部的摩擦作用(粘度)和推动力(压力)的大小。同时，油路长短也是影响这一阶段排油速度的重要因素。一般来说，油脂粘度愈小、压力愈大则从料胚孔隙中流出愈快。同时，流油路程愈长、孔隙愈小则会降低流速而使压榨过程进行的愈慢。在强大挤压力作用下，料胚表面挤紧到最后阶段必然会产生一个极限值,，即在挤紧的表面上最终留下单分子油层，或近似单分子的多分子油层。这一油层由于受到表面巨大分子力的作用而完全结合在表面之间，它已不再遵循一般流体动力学规律而流动，也不可能再从表面间的空隙中压榨出来。但含量极低。

 

　　三、三级压榨四级压榨的榨膛结构 

 

　　从压榨原理并结合下图可以看出，1#榨螺和2#榨螺的根径相同，是为了实现送料功能;从3#榨螺到最后一个榨螺的根径逐渐增大，螺纹的叶面逐渐加宽，压榨空间逐渐缩小。在选定了压缩比的榨油机生产中，压榨空间可以分成多个压榨区域，每个压榨区域由不带螺纹的高压榨螺和相对应的高压榨圈形成阻隔，使得油料料胚经过高压区域时形成料胚阻力，以增大挤压力，当油料料胚越过高压榨螺进入下一个压榨区域后，压榨空间增大，料胚进行下一阶段的膨化和再挤压。一般情况下，油料料胚经过第一级压榨时已经挤压出90%以上的油脂，因此，再增加压榨级数时只能挤出较少的油脂。为了一次性多挤压出这少部分油品，可以将榨膛设计为三级压榨或四级压榨，三级压榨是将压榨空间分为三个压榨区域，设立两个高压榨螺;四级压榨是将压榨空间分为四个压榨区域，设立三个高压榨螺。

 

　　四、影响压榨性能的因素 

 

　　除榨料本身结构条件以外，压力、时间、温度、料层厚度、排油阻力等压榨条件是影响压榨性能的决定因素。

 

　　压缩比与挤压力的关系 

 

　　料胚在压榨前后容积的比值称作实际压缩比。压榨过程中榨料的压缩，主要是由于榨料受压后固体内外表面的挤紧和油脂被榨出造成的。同时，水分的蒸发、排出液体中带走饼屑、凝胶体受压后凝结以及某些化学转化使密度改变等因素也造成料胚体积收缩。压榨时所施压力愈高，粒子塑性变形的程度就愈大，油脂榨出也愈完全。然而，油料料胚的压缩存在一个限度，此时即使压力增加至极大值而其压缩亦微乎其微，因此被称为不可压缩体。此不可压缩开始点的压力，称为“极限压力”(或临界压力)，这一临界压力在设计时由选定的压缩比决定。

 

　　挤压力与压缩比的关系式如下：

 

　　P=kε'/....................................(1)

 

　　式中：P——挤压力;

 

　　k——综合系数;

 

　　ε'——为压缩比。

 

　　从式中可以看出，压缩比越大，那么挤压力越大，压缩比一般取值ε'=7.5-14，为了获得最大的压缩比，通常四级压榨选定的压缩比为ε'=14，三级压榨的压缩比取值ε'=11，这样可以获得相对应的挤压力。

 

　　压缩比的计算公式如下：

 

　　ε'=/　........................................(2)

 

　　式中：——进料端容积;

 

　　——出料端容积。

 

　　从上式可以看出，榨油机定型就是说压缩比一定，则进料端和出料端的容积比就是一定的，进料端增大则出料端容积需要同比例增大，为了保证压榨产量的增大，就要确保进料端的榨膛容积不能过小，所以出料端容积就保证了最佳值，通过取值运算并进行合理的榨螺设计，四级压榨为了满足压缩比ε'=14，将榨膛分成四个压榨区域，经试验证明和专家鉴定，四级压榨完全能够达到设计要求。

 

　　‚挤压力与温度的关系

 

　　在容积一定的条件下，可以借用理想气体方程式来阐述压力与温度的变化关系：

 

　　PV=nRT，即P=nRT/V.......(3)

 

　　式中：P——压力;

 

　　n——温度系数;

 

　　R——气体常数;

 

　　T——温度;

 

　　V——体积。

 

　　在理想气体条件下，假设体积V不变，系数n是初始压力除以初始温度，通过压力改变值，就可以计算出温度的改变值。如果在固液混合的物质条件下，理论也是相同的。总之压力越小，温度就越低，反之压力越大，温度就越高。但料胚温度存在一个最佳温度值，如果温度过高而超过某一限度(如130℃)就会榨膛冒油烟，损耗油品，同时对料胚中油分子析出产生阻碍作用，是不允许的。因此不是压力越大越好。

 

　　ƒ压榨时间对压榨的影响

 

　　压榨时间与榨膛空余容积的关系如下：

 

　　T=n ·γ·(1-β).........................(4)

 

　　式中：T——压榨时间;

 

　　n——常数;——榨膛内空余容积;

 

　　γ——油料容重;

 

　　β——排渣系数。

 

　　从上式中可以看出，榨膛容积 

 

　　越大，压榨时间T就越长，油脂被挤压分离出来的速度就越慢。五级压榨比四级压榨的榨膛加长，压榨容积增大，那么压榨时间就比四级压榨长。

 

　　五、三级压榨/四级压榨的可行性 

 

　　1、压缩比——提高出油效率

 

　　根据公式(1)和公式(2)以及计算手册，压缩比是决定榨油机性能的最重要的技术参数，科学理论数据范围ε'=7.5-14，在理论设计和实际生产中三级压榨选择的压缩比ε'=11，四级压榨选择的压缩比ε'=14，经过多年实际验证和专家鉴定，三级压榨提高了出油效率，稳定了压榨产量;四级压榨进一步提高了出油效率，保证了油品的品质，使吨料电耗、易损件磨损、榨膛温度、油品品质、压榨量和出油效率达到了相应的临界值，是一种可行的设计和应用，具有广阔的市场前景。

 

　　2、榨膛温度——保证油品品质

 

　　榨膛温度是一个很重要的参数，温度过低，不能有效使油脂中蛋白质变性，不能有效软化油料里的油脂分子，不利于油脂分离，温度过高，榨膛内料胚变硬，同时已经挤出还未排出的油脂会因高温而冒青烟，损耗油品，降低油品品质。食用油的烟点一般是 170 ℃，但一般食用油经高温 120 ℃时，就开始产生对人体有害的物质笨并芘。通过实测，三级压榨的榨膛温度为95℃-105℃，四级压榨的榨膛温度为100℃-118℃，这是一个非常合适的榨膛温度值，因此三级压榨和四级压榨的榨膛温度控制是可行的。

 

　　3、压榨时间——提高压榨产量

 

　　合理的压榨时间不仅关系着出油效果，也影响着榨油机的压榨产量，从公式(4)知道，压榨时间与榨膛内空余容积有关，经过反复试验，三级压榨和四级压榨的压榨空间有所增大，压榨时间相应延长，但可以保证最佳出油效率和油品品质，如果继续增大压榨空间，设计成五级压榨甚至六级压榨，那么压榨时间进一步延长，出油效率就会降低，影响榨油机的综合性能。

 

　　六、五级压榨/六级压榨的弊端 

 

　　1、压榨产量降低

 

　　与三级、四级压榨相比，五级、六级压榨的榨膛长度需加长，榨膛的压缩比将缩小，压榨时间就会增加;高压点增加，压力增大，油料推进的摩擦力和阻力就会增加，那么在相同时间内，五级压榨，六级压榨的产量就会降低。

 

　　2、油品品质降低

 

　　油料虽然是通过增大压力来挤出油品的，但是油料中粒子之间的间隙有限，油脂的塑性变形有限，在压榨过程中，榨膛设置温度在130℃至180℃之间(不同的油料作物设置不同的压榨温度)，所以压力不能无限增大，压榨级数不能无限增加，增加压力会使榨膛温度急剧升高，将损失油品的营养成分，使料胚变性变硬，油和饼块颜色也会变深且带焦糊苦味，还可能产生高危致癌物----苯并芘，用户利益受损;因此不是压榨级数越高越好。

 

　　3、出油效率降低

 

　　增大挤压力虽然可以提高出油量，但不是能够无限增大挤压力，出油量也不是能够无限增加，挤压力增大到一定程度后就会起副作用，不但不能提高出油效率，反而还会降低出油性能。由于四级压榨的挤压力已经达到理想状态，经验证出油效率能够超过BJ/T9793-2013所规定的标准，如果继续增大挤压力，进而生产五级压榨六级压榨，继续加长榨膛，增加高压点，增大料胚与榨螺榨圈的摩擦力，增大料胚在榨膛内的推进阻力，那么榨膛温度就将急剧上升，在压榨过程中榨膛会产生青烟，燃烧少量油品，理论上将降低出油量，影响出油效率。同时五级压榨六级压榨降低了压缩比，延长了压榨时间，更不利于油脂的及时挤出和分离。

 

　　4、使用成本上升

 

　　五级、六级压榨增大挤压力时必然要增大压榨负荷，所以电能消耗增加，配件磨损增大，操作难度增加，维修次数增多，仅适用于冷榨的少数地区，但是冷榨从原理上讲并不可取，增加了资源浪费，用户使用成本将会上升。

 

　　由此可见，五级压榨、六级压榨对热榨的油料而言是不必要的设计，既不能有效提高出油效率和增加压榨量，而且还会降低油品和油饼的品质，增加电能损耗，缩短使用寿命，直接影响购机用户的经济效益。从全国所有榨油机生产厂家生产和研发现状看，都在根据具体的油料情况生产相适应的三级压榨和四级压榨，经济实用、性能稳定、油品质量好、易于操作。只有极个别厂家还在尝试生产五级压榨和六级压榨，事实证明这种尝试难以获得市场认可，难以给用户带来经济效益。所以笔者建议重点加强宣传和推广三级压榨和四级压榨榨油机，不推荐生产五级压榨和六级压榨榨油机。

 

　　作者简介：

 

　　李志庆，男，生于1963年4月，广西桂林人，就职于中国农业机械化研究院，高级工程师，中华人民共和国机械行业标准农用螺旋榨油机新旧标准(JB/T9793.1-1999和JB/T9793-2013)首席起草人。研究方向：长期研究螺旋榨油机的原理和构造。