油料擠壓膨化即是利用擠壓膨化設(shè)備將經(jīng)過破碎、軋胚或整粒油料轉(zhuǎn)變成多孔的膨化物料的過程。油料擠壓膨化主要應(yīng)用于大豆生胚的膨化浸出工藝，對菜籽生胚、棉籽生胚以及米糠的膨化浸出工藝也得到了應(yīng)用，還可對整籽油料如大豆作擠壓膨化處理以供壓榨取油之用。

擠壓膨化技術(shù)始于20世紀(jì)60年代中期的米糠擠壓膨化，70年代開始嘗試于大豆及其他油籽。現(xiàn)在，油料擠壓膨化浸出工藝和設(shè)備的研究及應(yīng)用已取得很大進(jìn)展，在國內(nèi)外油脂工業(yè)得到廣泛應(yīng)用。膨化機(jī)的型式增多，用途增加，單機(jī)產(chǎn)量提高。可以說，最近20年來油脂制取工藝最大的進(jìn)展就是采用了油料擠壓膨化浸出技術(shù)。

一、油料擠壓膨化的目的及意義

油料經(jīng)擠壓膨化后，膨化料粒的容重增大（較生胚增大約50%），油料細(xì)胞組織被徹底破壞，內(nèi)部具有更多的空隙度，外表面具有更多的游離油脂，粒度及機(jī)械強(qiáng)度增大，在浸出時溶劑對料層的滲透性大為改善（滲透速度較生胚提高約4倍），浸出速率提高，浸出時間縮短，因此可使浸出器的產(chǎn)量增加30%-50%。膨化料粒浸出后的濕粕含溶僅為生胚浸出后濕粕含溶的60%（濕粕含溶由30%降為20%），這可使?jié)衿擅撊茉O(shè)備的產(chǎn)量提高及濕粕脫溶所需的能量消耗大大降低。濕粕脫溶時的結(jié)團(tuán)現(xiàn)象明顯減少，這是由于引起結(jié)團(tuán)的植物蛋白在膨化過程已變性的緣故。且因為膨化顆粒的粉末度減少及豆皮已結(jié)合在膨化顆粒中，濕粕脫溶時混合蒸汽中含粕末量減少，減輕了粕末捕集的負(fù)荷。膨化料粒浸出時的溶劑比較生胚浸出時降低40%左右，約為0.65：1，這使浸出后的混合油濃度達(dá)到30%-35%，大大節(jié)省了混合油蒸發(fā)的能量消耗。且混合油中粉末度減少，減輕了混合油凈化的負(fù)荷，提高了混合油蒸發(fā)效果及浸出毛油的質(zhì)量。由于濕粕含溶的減少和混合油濃度的提高，使浸出生產(chǎn)的溶劑損耗明顯降低。膨化過程鈍化了油料中的脂肪氧化酶、磷脂酶等酶類，使浸出毛油的酸價降低、非水化磷脂含量減少，浸出毛油質(zhì)量提高。豆胚膨化浸出與生胚浸出相比浸出毛油中磷脂含量提高，非水化磷脂含量減少，毛油水化脫膠后殘磷量降低，磷脂得率提高及磷脂中卵磷脂含量提高。此外，膨化浸出工藝降低了對破碎、軋胚工序的要求，使這些設(shè)備的產(chǎn)量提高。但顆粒較大的、堅固的膨化料粒會使溶劑通過料層的速度過快，造成料粒與溶劑的接觸時間明顯縮短，因此對浸出效果產(chǎn)生不利影響。從這一點來說，擠壓膨化料粒更適用于深料層浸出器的浸出，而對淺料層浸出器的不利影響尤為顯著。生產(chǎn)中可以通過減小膨化料粒尺寸及在浸出器內(nèi)增加混合油的循環(huán)速率和循環(huán)量來克服這些不利影響。油料在擠壓膨化過程中蛋白質(zhì)變性，因此，膨化浸出不適合用作提取蛋白質(zhì)的豆粕的生產(chǎn)。          

二、油料擠壓膨化設(shè)備

油料擠壓膨化設(shè)備可以分為三種，一種是用子低含油料生胚的膨化機(jī)（SolvexExpander)，即所謂閉壁式擠壓膨化機(jī)；一種是用于高含油料生胚的膨化機(jī)(Hivex膨化機(jī))，即所謂的開槽壁擠壓膨化機(jī)；一種是用于整粒油籽或破碎油籽的Dox膨化機(jī)。

在圓筒形機(jī)膛內(nèi)裝有一根螺旋軸，螺旋軸上的螺旋葉片間斷而不連續(xù)。固定銷深入圓筒內(nèi)壁突出至各個螺旋葉片之間的間隔之中。工作時，轉(zhuǎn)動的螺旋葉片與固定銷的聯(lián)合作用就給予物料充分的捏合。在接近進(jìn)料端的機(jī)殼壁上裝有加水管，在接近出料端的機(jī)殼壁上裝有蒸汽注入管。噴射直接蒸汽（蒸汽壓力0.6-0.8MPa)的作用是增加水分并供熱使物料軟化。物料入口處有一喂料螺旋輸送機(jī)，物料出口處裝有一塊開有槽孔的模板，模板外有一個隨軸旋轉(zhuǎn)的切割器。

油料生胚由螺旋輸送機(jī)強(qiáng)制且均勻地喂入擠壓膨化機(jī)，在機(jī)膛內(nèi)料胚被螺旋軸向前推進(jìn)的同時受到強(qiáng)烈的擠壓作用，使物料密度不斷增大。同時由于物料與螺旋軸和機(jī)膛內(nèi)壁的摩擦發(fā)熱作用、固定銷與螺旋葉配合形成的切割混合作用以及直接蒸汽的注入，使物料受到充分的混合、加熱、加壓、膠合、糊化作用，從而產(chǎn)生組織結(jié)構(gòu)上的變化。物料呈連續(xù)的繩條狀從膨化機(jī)末端的模板槽孔中擠出，并立即被切割器切割成尺寸一定的顆粒物料。物料在機(jī)膛內(nèi)抵達(dá)模板的時候，已處于1379kPa-4137kPa的高壓之下，物料溫度為112.80C，水分含量為10%-13%。此時內(nèi)部壓力比氣壓大13-40倍，物料被擠出膨化機(jī)的模板槽孔時，壓力瞬間從高壓轉(zhuǎn)變?yōu)槌海瑝毫Φ耐蝗唤档停斐伤盅杆俚貜奈锪辖M織結(jié)構(gòu)中蒸發(fā)出來，物料由此受到強(qiáng)烈的膨化作用，形成具有無數(shù)個微小孔道和表面裂縫的膨化料粒(collets)。膨化機(jī)內(nèi)的蒸煮條件能使油籽的蛋白質(zhì)軟化并膠凝，使蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N膠狀物質(zhì)，它能使物料顆粒結(jié)合起來，并由于膠凝化蛋白質(zhì)具有的彈性，使物料在膨化條件下形成多孔的膨化料粒。

通常所用模板的槽孔直徑為9.5mm-14.3mm。也可以根據(jù)需要更換模板，改變模板上槽孔的大小及數(shù)量。更換模板可以改變機(jī)膛內(nèi)的壓力及膨化料粒直徑，也會對設(shè)備的生產(chǎn)量產(chǎn)生影響。當(dāng)然，擠壓膨化機(jī)的生產(chǎn)量主要是由膨化機(jī)機(jī)膛直徑?jīng)Q定的。

擠壓膨化機(jī)也可裝配上錐形塞而不是模板。錐形塞與裝在擠壓機(jī)卸料處的錐形止推座配合并可進(jìn)行軸向移動，通過改變圓環(huán)形出料縫隙的大小而改變膨化料粒的厚度和機(jī)膛內(nèi)的壓力。錐形塞的移動及工作時位置的固定都由液壓系統(tǒng)控制。液壓系統(tǒng)還可以使圓錐體浮動或自動調(diào)整及部分補(bǔ)償擠壓機(jī)內(nèi)的壓力并把錐體推向到更緊密的位置，從而保持工作時機(jī)膛內(nèi)壓力的恒定。從錐形塞排出的餅流進(jìn)入大氣即膨化，形成4mm^-6mm厚的多孔餅片，餅片的組織結(jié)構(gòu)與模板排出的膨化料粒相似，只是顆粒較小且形狀不規(guī)則。應(yīng)當(dāng)注意，采用摸板不能實現(xiàn)自動調(diào)整以響應(yīng)擠壓機(jī)內(nèi)的壓力變動。

當(dāng)采用閉壁式擠壓機(jī)對高含油料生胚進(jìn)行擠壓膨化時，擠壓膨化過程釋放出來的油將積聚在擠壓機(jī)內(nèi)產(chǎn)生油的緩動，干擾了操作的穩(wěn)定狀態(tài)。因此,Anderson國際有限公司研制了開槽壁擠壓膨化機(jī)（1990）。該膨化機(jī)在出料端的機(jī)殼上裝有一段有縫的排油榨籠(drainage cage)，料胚在擠壓過程中釋放出來的油可通過榨籠縫隙排出，而料胚從膨化機(jī)末端的模板槽孔或錐形卸料器擠出時被膨化，含油20%～30%的膨化料粒被送去浸出取油。

這種膨化機(jī)能用于棉籽、油菜籽、紅花籽、葵花籽、花生仁、玉米胚芽等油料生胚的膨化浸出，從而取代傳統(tǒng)的預(yù)榨浸出，簡化了高含油料的制油工藝，節(jié)省了設(shè)備投資，油脂質(zhì)量提高。如利用膨化處理油菜籽，其毛油磷脂含量為15×10-5mg/kg，游離脂肪酸含量為0.5%，葉綠素為20×10-6～25×10-5mg/kg。而采用傳統(tǒng)預(yù)榨油菜籽，其毛油磷脂含量為3×10-4-4×10-4mg/kg，游離脂肪酸含量為0.6%～0.8%，葉綠素為30×10-4一40×10-4mg/kg。盡管膨化料粒的殘油大于預(yù)榨餅，但因膨化料粒的多孔性更好，浸出速率明顯優(yōu)于預(yù)榨餅，因此并不影響浸出后粕殘油。

8英寸以上的閉壁式擠壓膨化機(jī)均可加裝榨籠（具有互換性）而變成開槽壁膨化機(jī)，互換機(jī)件只需要6-7小時。

閉壁式擠壓膨化機(jī)和開槽壁擠壓膨化機(jī)都可以裝配可調(diào)節(jié)的顆式出料器代替模板及錐形塞而成為Dox膨化機(jī)。可調(diào)節(jié)顆式出料器由一個轉(zhuǎn)動的位于軸末端的圓錐體和兩個側(cè)面安裝的不轉(zhuǎn)動（但可調(diào)節(jié)的）的顆板組成。物料經(jīng)圓錐體和顆板組成的縫隙排出時受到擠壓、剪切和膨化作用。剪切力的大小受圓錐體尖端到兩顆的接近度所影響，也受兩個顆板之間的開度所影響。

Dox膨化機(jī)的一種應(yīng)用是對大豆機(jī)榨前的處理。在大豆擠壓膨化過程中不需噴入蒸汽和水，能在低水分條件下產(chǎn)生高的剪切力來破壞油細(xì)胞，因此又被稱為干式擠壓機(jī)。破碎的或未曾破碎的油籽，可預(yù)熱也可不加預(yù)熱，在環(huán)境水分含量或10%一14%的含水量下進(jìn)入擠壓機(jī)，擠壓過程磨碎了油料顆粒并使油細(xì)胞破裂，同時摩擦發(fā)熱使油料粉粒的溫度上升到121-148.9℃，油料粉粒從擠壓機(jī)排出時，受到顆式出料器高剪切力的擠壓作用，成為一種熱的、泡沫狀的、半流態(tài)的粉粒擠出物，同時水分急劇蒸發(fā)，使其含水量下降。經(jīng)這種擠壓機(jī)處理的物料不需干燥和冷卻即可送入螺旋榨油機(jī)進(jìn)行壓榨取油。在膨化及送往榨機(jī)的過程中，物料含水量降至5%～6%，正好適合壓榨工序所需的條件。一臺常規(guī)的螺旋榨油機(jī)，對其螺旋軸構(gòu)造和轉(zhuǎn)速作某些改良，就能加工這樣的物料。在相同動力及壓榨到相同的殘油率的條件下，產(chǎn)量可提高約2一3倍。Anderson公司的這套系統(tǒng)為“Super Soy System”(用來處理大豆）。

Dox膨化機(jī)的另一種應(yīng)用是加注蒸汽至膨化機(jī)進(jìn)行濕法膨化，以膨化機(jī)代替蒸炒鍋。這種膨化物料可送入榨油機(jī)進(jìn)行壓榨取油，也可以經(jīng)預(yù)榨機(jī)或常規(guī)的膨化機(jī)處理后進(jìn)行溶劑浸出取油。也可將榨籠結(jié)合在Dox膨化機(jī)中形成Dox-Hivex膨化機(jī)，在膨化過程中部分釋放出來的油通過榨籠排放出來，而含油量少的料粒可使后續(xù)設(shè)備的加工能力提高。顯然，常規(guī)的蒸炒設(shè)備不能達(dá)到這種目的。Dox膨化機(jī)在此的應(yīng)用為油籽提供了高溫瞬時的蒸煮作用，尤其對富含酶的油籽，這種處理方式通過快速（膨化時間僅20-30秒）使酶鈍化從而提高油品質(zhì)量。而常規(guī)的蒸炒鍋通常在溫度緩慢上升的情況下需要大約45分鐘蒸炒時間，這種蒸炒過程的終了才達(dá)到使酶鈍化的溫度，升溫蒸炒過程中酶已激活。同時由于料胚在蒸炒鍋內(nèi)過度的蒸炒，使部分料胚不可避免地產(chǎn)生局部過熱，降低了榨油效果及毛油質(zhì)量。

三、油料擠壓膨化浸出工藝

根據(jù)油料品種、制油工藝及膨化機(jī)型式的不同，油料擠壓膨化工藝也不同。對油料生胚的膨化，一般都需要在擠壓膨化之前對其進(jìn)行水分和溫度的調(diào)節(jié)，而從膨化機(jī)排出的膨化料粒溫度和濕度都較高，且顯得松軟易碎，必須經(jīng)過干燥和冷卻才能使其溫度、水分和硬度符合溶劑浸出取油的要求。例如對低含油料大豆，生胚厚度0.3-0.5mm，經(jīng)干燥使其入機(jī)水分達(dá)10%-11%，溫度60-65℃。出膨化機(jī)料粒溫度為100-110℃，水分含量為10%一12%，經(jīng)干燥除去約2%的水分，使其含水量達(dá)8%一10%，溫度50℃左右。對高含油料棉籽，生胚厚度0.2-0.3mm，入機(jī)水分6%-8%，出機(jī)水分lO%-12%。

最先采用擠壓膨化浸出的油料是米糠，米糠含有16%-22%的油脂，且粉末度大，溶劑浸出時料層的滲透性較差，濕粕中含有的過量溶劑也難以脫溶。米糠還含有大量的脂肪酶，它很容易使米糠中的油脂分解，造成米糠油的酸價升高。米糠擠壓膨化不僅可以鈍化脂肪酶，還可以把米糠轉(zhuǎn)變成多孔的膨化狀顆粒，提高浸出生產(chǎn)效果和產(chǎn)品質(zhì)量。

舉例，國產(chǎn)油料擠壓膨化機(jī)YJP250，螺旋直徑250mm，螺桿長度3252mm，主軸轉(zhuǎn)速268r/min，膨化系數(shù)1：1.2-1.4，產(chǎn)量350-500t/24h（大豆生胚），配備動力90-110kW。Anderson國際有限公司生產(chǎn)的8英寸膨化機(jī)，轉(zhuǎn)速330r/min，產(chǎn)量為300t/24h大豆生胚），配備75馬力(HP)'，電機(jī)。目前最大產(chǎn)量的膨化機(jī)是Anderson國際有限公司生產(chǎn)的12英寸Solvex膨化機(jī)，每天可加工1700t大豆。