近紅外品質(zhì)分析技術(shù)在油脂工業(yè)中的應(yīng)用

近紅外品質(zhì)分析技術(shù)：

    原理：

近紅外是光譜中波長(zhǎng)為650納米至2300納米的光。在這個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，特定的原子群(或稱基團(tuán)或組分，如水分基團(tuán)，蛋白基團(tuán)，油脂基團(tuán)等)有對(duì)應(yīng)的特征吸收波長(zhǎng)，而且符合比爾定律(Beer’s Law):即被吸收光量的對(duì)數(shù)值與樣品中吸收該波長(zhǎng)光的原子的聚集度存在線性關(guān)系。這樣，我們就可以通過(guò)測(cè)定樣品對(duì)某一特殊波長(zhǎng)光的吸收值來(lái)計(jì)算這種特殊波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的原子群(成分)的聚集度(百分比含量)。將計(jì)算機(jī)技術(shù)與近紅外光譜技術(shù)結(jié)合，就產(chǎn)生了當(dāng)代的近紅外品質(zhì)分析儀技術(shù)。

系統(tǒng)特征：

快速：測(cè)定一個(gè)典型樣品的時(shí)間為10秒

準(zhǔn)確：經(jīng)AACC-美國(guó)谷物化學(xué)家協(xié)會(huì)和AOAC—美國(guó)油脂化學(xué)家協(xié)會(huì)批準(zhǔn)  

      作為工廠現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定許可方法

多用途：一臺(tái)儀器可以測(cè)定多種產(chǎn)品，可以同時(shí)測(cè)定一個(gè)產(chǎn)品中多種成分

光譜儀器：無(wú)需任何化學(xué)藥劑

操作簡(jiǎn)單：無(wú)需任何專業(yè)知識(shí)和稱量、讀數(shù)、計(jì)算等人工環(huán)節(jié)。

對(duì)于工廠用戶來(lái)說(shuō)，它價(jià)值的特點(diǎn)就是快速和無(wú)需化學(xué)試劑。

一個(gè)典型的油脂加工廠中近紅外技術(shù)的應(yīng)用：

我們以亞洲地區(qū)的油脂加工企業(yè)，與大的油脂生產(chǎn)商新加坡Willimar公司合資的東海糧油（張家港）工業(yè)公司為例，來(lái)分析一下近紅外品質(zhì)分析技術(shù)在油脂加工生產(chǎn)過(guò)程中的作用。該公司在其所有的下屬毛油生產(chǎn)工廠中配備了美國(guó)帝強(qiáng)公司INSTALAB610SBI型近紅外品質(zhì)分析儀。

• 美國(guó)帝強(qiáng)公司INSTALAB610SB在大豆油廠的應(yīng)用：

首先，一個(gè)典型的大豆油生產(chǎn)線的簡(jiǎn)單流程如圖一。黑色實(shí)線為物料流動(dòng)的方向，紅色點(diǎn)為近紅外品質(zhì)分析儀監(jiān)控點(diǎn)，紅色實(shí)線為該點(diǎn)抽檢樣品的流向，綠色箭頭線為現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)近紅外儀分析結(jié)果進(jìn)行反查和調(diào)節(jié)生產(chǎn)線的指向。我們一一對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明：

1、原料收購(gòu)環(huán)節(jié)： 

原料收購(gòu)時(shí)，工廠最頭疼是按質(zhì)定價(jià)問題。對(duì)于油廠來(lái)說(shuō)，愿意為含油量及蛋白含量都較高的原料支付更高的價(jià)格而不愿為劣質(zhì)的原料支付同樣的價(jià)格。但是，原料收購(gòu)季節(jié)性，一般在收購(gòu)?fù)緯r(shí)，廠門口或收購(gòu)點(diǎn)門前總是排著長(zhǎng)長(zhǎng)的送原料的大卡車，使用傳統(tǒng)的索氏抽提法對(duì)樣品中原料的含油量進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)樣品就得花上最少4個(gè)小時(shí)，這樣，化驗(yàn)員非常辛苦卻化驗(yàn)不了幾個(gè)樣品。原料供應(yīng)商也會(huì)等待得焦急不安。但原料的價(jià)格又必須由其品質(zhì)如含油量高低來(lái)確定。在這種情況下，目前生產(chǎn)廠商大多采用經(jīng)驗(yàn)方法，讓有經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)人員靠感觀方法判定其含油量等主要指標(biāo)，并據(jù)此定價(jià)。這個(gè)方法的問題有三個(gè)，一是，原料供應(yīng)商不信任這種感觀定價(jià)，從而導(dǎo)致糾紛發(fā)生；第二，感觀方法畢竟不是一種科學(xué)方法，人為誤差極大，同時(shí)，還確實(shí)有可能發(fā)生檢驗(yàn)人員由于利益驅(qū)使而產(chǎn)生故意的誤差。

一臺(tái)美國(guó)帝強(qiáng)公司的近紅外品質(zhì)分析儀INSTALAB即可解決這個(gè)問題,它的特點(diǎn)是：

快速—同時(shí)測(cè)定多至9種成分的時(shí)間僅為10秒鐘，

準(zhǔn)確—校準(zhǔn)參數(shù)確定后，未經(jīng)，任何人可以操作但不能更改測(cè)定結(jié)果。

結(jié)果清楚可靠—儀器自動(dòng)打印測(cè)定出的各成份的百分含量，白紙黑字，一目了然，原料供應(yīng)商易于接受。

而在這個(gè)環(huán)節(jié)，近紅外品質(zhì)分析儀產(chǎn)生的直接的經(jīng)濟(jì)效益也有兩方面：

以一個(gè)每年收購(gòu)5萬(wàn)噸原料的工廠為例：

1)、按質(zhì)付款，假設(shè)以前的收購(gòu)中，對(duì)原料實(shí)際含油量平均高估了0.5%計(jì)算，每        

年損失的成品毛油為250噸，以市價(jià)6000元/噸計(jì)，為150萬(wàn)。

2)、節(jié)約化驗(yàn)成本：一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)索氏提取實(shí)驗(yàn)的成本為大約6元，如果在不

使用近紅外儀情況下，原料收購(gòu)要作的化驗(yàn)為3000次，則在使用近紅外儀

情況下減少2/3，即2000次，成本節(jié)約為每年2000 ´6=12000。

2、生產(chǎn)線的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控

大豆經(jīng)篩選去雜及預(yù)熱后，即進(jìn)入

1)、脫皮工序：這個(gè)工序中，我們可以設(shè)立一個(gè)近紅外監(jiān)控點(diǎn)監(jiān)控豆皮的成份變化，這是因?yàn)樵诿撈み^(guò)程中，脫出的豆皮被真空吸出方式吸出，真空吸出裝置的吸力大小將直接影響對(duì)豆皮的吸出程度。如果吸力太大，會(huì)將一部份豆肉也吸出，從而造成原料的浪費(fèi)；而如果吸力太小，也會(huì)使豆皮不能被吸出，而進(jìn)入下一道工序，從而使生產(chǎn)線效率降低，并浪費(fèi)藥劑。如果我們將該點(diǎn)的豆皮用近紅外儀進(jìn)行監(jiān)控，如前所述，可在約10秒鐘內(nèi)了解豆皮中蛋白或含油量的多少，從而判斷出豆皮是否被吸出或是否吸出了豆肉，并據(jù)此調(diào)節(jié)吸出力大小，以保證豆皮的充分吸出并不吸出有用的豆肉。

之后是將豆肉破碎至1/8，然后進(jìn)入軋機(jī)進(jìn)行軋胚，軋成的胚片進(jìn)入浸出車間進(jìn)行浸出，從浸出車間得到兩種產(chǎn)品—毛油和浸出粕。

2)、我們將浸出粕作為一個(gè)近紅外儀監(jiān)控點(diǎn)，從生產(chǎn)線中間隔固定時(shí)間取出樣品進(jìn)行分析，在10秒鐘內(nèi)獲得該浸出粕樣品中含油量的多少，從而判斷前面的幾個(gè)工序是否工作正常。

如果我們發(fā)現(xiàn)殘油太高，可以立刻從如下幾個(gè)方面進(jìn)行檢查：

1. 軋胚：胚片的厚度對(duì)浸出效果影響很大，如果胚片太厚，在浸出時(shí)就會(huì)因?yàn)槿軇┎荒芡?/font>

         全進(jìn)入胚片內(nèi)部而導(dǎo)致不能將油浸出；如果胚片太薄，又容易使胚片在浸出

         過(guò)程中打卷或破裂，也不能達(dá)到理想的浸出效果，從而導(dǎo)致浸出粕中殘油過(guò)高。

2. 浸出：如果對(duì)軋胚環(huán)節(jié)的檢查沒有發(fā)現(xiàn)問題，可以接著檢查浸出車間。浸出車間導(dǎo)致浸

         出粕中殘油過(guò)高的異常情況有三個(gè)：一是胚片進(jìn)料太厚，使浸出液—正已烷不能

         充分淹沒料胚，從而使浸出不充分；二是正已烷噴嘴有可能被堵塞，從而不

         能提供充足的正已烷；第三就是浸出腔中不同區(qū)段的泵工作不正常，使各段不能

         按預(yù)期完成其浸出目標(biāo)，最終導(dǎo)致總體浸出效果不佳。

我們當(dāng)然希望粕中的殘油越低越好，但事實(shí)上我們經(jīng)常會(huì)遇到殘油太高的問題。在沒有帝強(qiáng)的近經(jīng)外品質(zhì)分析儀情況下，假設(shè)我們?cè)谠缟?/font>9：00從生產(chǎn)線上取下一個(gè)樣品，送化驗(yàn)室以索氏提取法進(jìn)行測(cè)定，通常需要3-5個(gè)小時(shí)，才能將粕中的殘油測(cè)定出來(lái)，如果不幸在這個(gè)時(shí)段中生產(chǎn)線有上述問題之一，當(dāng)根據(jù)化驗(yàn)室測(cè)定的結(jié)果發(fā)現(xiàn)粕中殘油太高時(shí)，生產(chǎn)線已經(jīng)在此狀態(tài)下工作了好幾個(gè)小時(shí)，這幾個(gè)小時(shí)的粕中就浪費(fèi)了很多的油。以東海糧油為例，它的日處理量是2500噸，即約105噸/小時(shí)。假設(shè)4個(gè)小時(shí)后發(fā)現(xiàn)殘油由正常的0.6%上升至0.8%, 再據(jù)此進(jìn)行調(diào)整時(shí)，生產(chǎn)線上損失的油為：

105 ´ 4 ´ 80%（粗略的原料/粕比）´ (0.8%-0.6%)= 0.672噸毛油

市值：0.672´ 7000=RMB4704

也就是說(shuō)每次這種情況可由于使用近紅外儀而避免約5000元人民幣的損失。

當(dāng)然我們絕大多數(shù)生產(chǎn)商沒有這么大規(guī)模，但這種由于化驗(yàn)手段的非實(shí)時(shí)性而造成的損失日積月累起來(lái)就是非?？捎^的數(shù)目了。

3)、成品粕：建立成品粕監(jiān)控點(diǎn)對(duì)成品粕的品質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，是為了保證按用戶的要求生產(chǎn)特定規(guī)格的粕。在這個(gè)用戶的實(shí)例中，由于全部使用蛋白含量較高的進(jìn)口美國(guó)或南美大豆，如圖一，如果只經(jīng)脫溶、粉碎和干燥，得到的豆粕蛋白含量都在48%以上，但不是所有用戶都需要如此高蛋白含量的粕，他們有的需要44%蛋白的粕，有的需要46%蛋白的粕。在此情況下，工廠可以根據(jù)訂貨和銷售計(jì)劃，制定確切的生產(chǎn)計(jì)劃，在某一特定的時(shí)間段內(nèi)生產(chǎn)確定數(shù)量的特定蛋白含量的豆粕。蛋白含量的調(diào)控是通過(guò)豆皮加入量的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。用美國(guó)帝強(qiáng)近紅外儀在10秒內(nèi)測(cè)定成品粕中的水分、蛋白和含油量，根據(jù)測(cè)定結(jié)果調(diào)整如下環(huán)節(jié)：

1. 干燥過(guò)程中物流速度與蒸汽量：目的是調(diào)整水分。水分含量太高，用戶不能接受，水 

     分含量太低，工廠又吃了虧；

b、  豆皮加入量：保證豆粕中蛋白的含量在一個(gè)特定范圍內(nèi)；

c、  油膠加入量：保證豆粕中含油不至過(guò)高，因?yàn)檫^(guò)高的含油使豆粕容易酸敗。而如果不

     被加入粕中，油膠又會(huì)被白白扔掉或只能以極低的價(jià)格出售；

通過(guò)以上調(diào)節(jié)，即可保證生產(chǎn)線按照計(jì)劃在某一時(shí)段生產(chǎn)某一特定成分要求的粕，并分類存放。粕的價(jià)格由蛋白決定，一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)百分點(diǎn)的蛋白價(jià)格是41元，如48%蛋白的粕價(jià)格是1963元/噸，46%的是1880元/噸，44%是1800元/噸。因此，保證生產(chǎn)出穩(wěn)定品質(zhì)的粕就意味著經(jīng)濟(jì)效益的。

二、花生油、油菜籽油、棉籽油和向日葵油生產(chǎn)廠中近紅外儀的應(yīng)用：

我們?cè)谏厦鎸?shí)例中的用戶是加工大豆獲取大豆油，因此直接獲得浸出粕。如果是加工其它油料，如油菜籽、花生或向日葵，近紅外監(jiān)控點(diǎn)的設(shè)置會(huì)有所區(qū)別。

1、原料收購(gòu)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與大豆油廠是一樣的。

2、初榨餅監(jiān)測(cè)點(diǎn)：與大豆油加工不同的是，它次出油的是初榨工序，初榨后得到部分毛油和初榨餅，這時(shí)應(yīng)該將初榨餅作為一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，通過(guò)對(duì)其含油的快速測(cè)定來(lái)監(jiān)測(cè)初榨工序的正常與否。因?yàn)槌跽ワ灥暮腿绻哂诠に囋O(shè)計(jì)要求，就會(huì)使下一步的浸出效果不佳，從而導(dǎo)致最終的浸出粕中殘油過(guò)高。因此需要在這個(gè)點(diǎn)建立監(jiān)控，以保證對(duì)初榨車間工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3、浸出粕監(jiān)測(cè)點(diǎn)：初榨餅會(huì)進(jìn)入下一工序：浸出，經(jīng)浸出后得到另一部分毛油和浸出粕。對(duì)浸出粕也需建立與在大豆生產(chǎn)線上相同的的監(jiān)控點(diǎn)來(lái)監(jiān)測(cè)浸出車間的工作狀況。這個(gè)點(diǎn)的作用與在大豆油生產(chǎn)廠中是相同的。不過(guò)當(dāng)發(fā)現(xiàn)殘油過(guò)高時(shí)，需要檢查的只有浸出車間，而不象在大豆油生產(chǎn)廠中還需檢查軋胚車間。

4、成品粕監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在浸出粕經(jīng)干燥脫溶后即為成品粕。成品粕的含油已由前面的浸出粕監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)。因此它的主要作用是對(duì)水分含量的監(jiān)控，水分含量的高低可由調(diào)整干燥過(guò)程中的粕流量和蒸汽量來(lái)控制。

這個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)請(qǐng)參見文后所附圖二。

綜上所述，我們說(shuō)近紅外品質(zhì)分析技術(shù)由于其不同于傳統(tǒng)經(jīng)典化學(xué)方法的光譜測(cè)定原理，使油料加工企業(yè)實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)線上物流品質(zhì)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，從而使現(xiàn)場(chǎng)工程師可以獲得實(shí)時(shí)參考數(shù)據(jù)，對(duì)生產(chǎn)線各環(huán)節(jié)進(jìn)行及時(shí)的調(diào)控。其直接的經(jīng)濟(jì)效益一是使高殘油的情況可以被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并進(jìn)行處理，以避免生產(chǎn)線長(zhǎng)時(shí)間在此狀態(tài)下運(yùn)行造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失。其次是大大減少常規(guī)化驗(yàn)的次數(shù)，直接節(jié)約化學(xué)藥劑的開支。間接的經(jīng)濟(jì)效益是可以減少實(shí)驗(yàn)室工作人員的工作強(qiáng)度，可將部分人員充實(shí)到生產(chǎn)或營(yíng)銷一線，并避免原料收購(gòu)時(shí)操作人員人為操縱測(cè)試結(jié)果的情形。

下表顯示了在不同類型的油料加工企業(yè)中，可以設(shè)立的近紅外品質(zhì)監(jiān)控點(diǎn)及相應(yīng)的作用：

在大豆油生產(chǎn)線上，可將如下列中的各點(diǎn)設(shè)為近紅外監(jiān)控點(diǎn)，并達(dá)到第二列所列的對(duì)應(yīng)的目的：

油菜籽油、花生油、棉籽油和向日葵油生產(chǎn)商：