亚麻籽挤压膨化脱毒工艺与机理的研究

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亚麻籽营养丰富,含有不饱和脂肪酸、亚麻籽胶、木脂素等多种营养成分,具有很好的保健功效,但是亚麻籽中的植酸、生氰糖苷、抗维生素B6等抗营养因子,尤其是生氰糖苷的毒性,限制了亚麻籽的利用。目前亚麻籽饼粕除限量用于畜禽饲料外,一般作为肥料处理,其潜在价值远没有开发出来。 采用挤压膨化机作为反应器,解决亚麻籽的脱毒问题,研究亚麻籽挤压膨化脱毒优化工艺,鲜有文章报道,是一种新尝试,与国际上将挤压机作为生物聚合器的新构思相吻合。亚麻籽的热特性研究、膨化工脱毒工艺与机理的研究,可以为亚麻籽工业化生产的工艺路线提供理论依据。 本文研究了亚麻籽的物性,表明随粉碎粒度减少,容积密度减小,休止角增大,滑动摩擦角增大。使用差示扫描量热法(DSC)对亚麻籽的热特性研究表明,亚麻籽粉蛋白质的变性温度较高,在129~141℃之间;随着升温速率的提高,DSC曲线的峰幅增大,峰形尖锐,变性温度升高,吸热焓值变化不大;亚麻籽蛋白质的变性温度与含水率有密切的关系,随含水率升高而降低。 以亚麻籽为原料,采用SLG67-18.5同向旋转双螺杆挤压膨化机进行膨化脱毒处理,研究了亚麻籽粉碎粒度、模孔直径、温度、含水率、螺杆转速和喂料速度、对亚麻籽中HCN去除率和膨化度的影响,得出了挤压膨化工艺参数对亚麻籽膨化脱毒的影响规律,并确定了亚麻籽挤压膨化脱毒的四个工艺参数及适宜取值范围。试验表明,亚麻籽中HCN去除率随粉碎粒度的减小,模孔直径的减小,温度的升高,含水率的增加,螺杆转速的升高而增加;喂料速度过低或者过高,均影响亚麻籽的膨化脱毒效果。 采用四因子二次通用旋转组合设计,研究了温度、含水率、螺杆转速、喂料速度对亚麻籽中HCN去除率、膨化亚麻籽蛋白质体外消化率、膨化度的影响,建立了各评价指标与膨化参数的数学模型,得出各因子影响指标的主次顺序和交互关系。其中,各个因子对亚麻籽膨化度影响均不显著;借鉴多目标优化的理想点法,对各个指标进行标准化后,构造了一个涵盖各指标的新的目标函数,并对该目标函数进行优化,得出经过验证的亚麻籽挤压膨化脱毒的最优工艺条件,即温度155.76℃,含水率16.6%,螺杆转速219r/min,喂料速76.1kg/h,亚麻籽HCN去除率可以达到91.8%,为指导生产和研制机型提供了理论依据。 考察了挤压膨化加工工艺对亚麻籽中营养成分和微观结构的影响。亚麻籽经过膨化后,脂肪和粗纤维均下降,蛋白质含量增加,氨基酸组分变化较大,蛋白质体外消化率增加了9.6个百分点。电镜扫描技术对膨化亚麻籽与原亚麻籽的微观结构观察的结果表明,挤压膨化工艺改变了亚麻籽的膨化微观结构。膨化亚麻籽的颗粒酥松、分层、形状较规则、脆性大,有光泽,颗粒间由无数大大小小的空洞相互链接。膨化的分层越多,颗粒越酥松,膨化亚麻籽蛋白质体外消化率随之增加。
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