1 橙皮精油回收与离心分离

研究表明，柑橘皮油具有祛痰、止咳、促进胃肠蠕动、促进消化液分泌、镇痛、溶解胆结石及消炎抗菌等作用。柑橘精油是极其重要的化工原料，是食品香精、化妆品香精和香水配料的优质原料。从柑橘皮渣中提取精油的方法有水蒸气蒸馏法、压榨法（冷榨法）、溶剂浸提法（冷磨法）。基于对精油品质以及运行成本的角度考虑，一般工厂多是采用压榨法（冷榨法）提取柑橘皮渣精油。

应用FMC全果榨汁机提汁，在柑橘压榨过程中油胞破裂，利用榨汁机喷淋水装置冲淋，使精油与果皮分离从而获得泥状精油溶液。应用切半式榨汁机，柑橘在榨汁之前需要经过针刺磨皮机，或采用爱文娜磨油机刺破柑橘表面油胞，利用喷淋水装置冲淋，使精油与果皮分离获得泥状精油溶液。然后采用离心分离设备将精油溶液油—水分离，加工成精油产品。

在橙汁加工中回收柑橘皮油，既有利于限制油胞破裂引起精油进入到产品中导致橙汁苦味加重，同时每吨柑橘原料可获得2～4L精制精油。

1.1 橙皮精油回收工艺流程

精油溶液→精制除渣→分离机分离→粗制油→高速离心分离→精油→冷却→过滤→精制精油

1.2 碟片式分离机结构与原理

离心机是柑橘皮油回收的核心设备。碟片分离机其结构是转鼓内组装有一叠锥形碟片，当料液从顶部中央进液管进入高速旋转的转鼓后，料液从碟片组的边缘进入两个相邻碟片之间，料液随转鼓带动高速旋转，由于物料组分密度的差异，在离心力的作用下物料在间隙狭小通道内形成薄层分离，颗粒物在沉降到碟片表面上后向碟片边缘滑动进入分离机排渣腔，然后经排渣口排出；澄清料液通过碟片向转鼓中心方向移动，从上方处料管中排出，这样物料液中的固—液两相得以分离。

碟片式离心机核心部件是转鼓，转鼓内装有形状相同的50～180个碟片、碟片直径20～60cm、碟片间距0.5～1.5mm，转鼓转速5500～10000r/min，高速离心机转速可达16000～18000r/min。锥形碟片的半锥角应大于固体颗粒与碟片表面的摩擦角，一般为34°～45°。

1.3 碟片式分离机类型

1.3.1 按其分离物对象划分

碟片式分离机可分为澄清型与分离型两种类型。澄清型分离机用于固相颗粒0.5～500nm的悬浮液固形物的分离，又称净化；分离型离心机用于两个不相溶液体所组成的乳浊液的分离，即液—液分离。乳浊液中也常含少量的固相，形成液—液—固三相分离（如稀奶油、脱脂乳和固体杂质）。

1.3.2 按分离机排渣方式划分

碟片式离心分离机可分为人工排渣、喷嘴排渣和环阀（活塞）排渣3种类型。

人工排渣：分离机运转一定时间后转鼓壁上聚集的沉渣增多，致使分离液的澄清度下降到低于技术要求时停机，拆开转鼓清除转鼓沉渣后再恢复运行。该型分离机适合分离固体体积浓度低于1%的悬浮物，能够分离的颗粒可小到0.1nm，处理能力可达45m³/h。常用于含固量低的乳浊液分离（液—液—固三相分离）和悬浮液澄清。

喷嘴排渣：离心机的转鼓呈双锥形，转鼓周边具有若干喷嘴，一般2～24个，喷嘴孔径0.5～3.2mm。由于沉渣具有流动性、含液量较高，故喷嘴排渣式分离机多用于浓缩过程。此类离心机的转鼓直径可达900mm，处理量为300m³/h，始于处理固体颗粒直径为0.1～100nm、体积浓度小于25%的悬浮物。

环阀（活塞）排渣：利用转鼓内的环阀间歇开启、关闭排渣孔进行自动排渣。位于转鼓底部的环阀在排渣操作时可上下移动，当环阀位置移动到上部时排渣口关闭，当环阀位置移动到下部时排渣口开启排渣。每次的排渣间隔时间由继电器按预先设定时间进行控制，因排渣时可不停机因此也称自动连续排渣。环阀排渣分离机处理量为40m³/h，始于处理固体颗粒直径为0.1～500nm、固液密度差大于0.01g/cm³、固相浓度小于10%的悬浮物。

1.4 精油回收操作

精油冲洗液首先经过精制机/筛板网孔5～6mm分离杂质，然后经过碟式离心机分离（8000～10000r/min），在分离出的油相内加热水使其温度在30～50℃之间，再经过分离机（16000～18000r/min）高速分离，除去烯萜类、倍半烯萜类物质得到精油。精油在-12℃低温条件下储存1周，过滤后得到精油产品。

精油需要在2℃条件下储存，精油回收率为含油泥状物的50%左右。

1.5 影响精油回收的因素

柑橘水果存放环境温度不能过高、储存时间不能过长，水果失水影响精油得率；手工采摘优于机械化采摘，可保持水果油胞的完整性；水果在运输装卸过程中应预防对柑橘构成伤害；分级合理的榨汁能保持较佳的出油率；均匀的进料可以避免榨汁能保持较佳的出油率；均匀的进料可以避免榨汁机空运行引起油喷淋油水比例波动，一般控制油水比例0.9～1.1:100；用水的较佳温度15℃，冲油水经过过滤可以重复使用；选择螺杆泵输送精油有利限制油、水接触空气，快速分离减少油与谁搅拌混合机会。在橙皮精油回收作业中，碟片式分离机配置通常是3台，其中2用1备。

离心机分离不仅仅应用橙皮精油回收作业，在果蔬汁加工中通常还用于混浊果蔬汁去除汁液中的微小悬浮固体颗粒。另外，在澄清果蔬汁加工中还用于澄清后的果蔬汁去除澄清过程中的凝聚沉淀、吸附剂颗粒，使澄清果蔬汁更容易进行微滤或超滤。

2 柑橘榨汁过程的固液分离

橙汁加工与其它果汁加工相似，榨汁过程实质也是柑橘汁液提取与固形物分离的过程。在橙汁加工中，典型的柑橘榨汁设备有美国FMC公司制造的杯式榨汁机（In-line Juice Extractor）、美国Brown公司制造的布朗切半榨汁机。据悉，近年来相继有杯式、切半式国产榨汁机推出和应用。

2.1 杯式榨汁机

杯式榨汁机的设计源于人工将整个水果挤压柑橘榨汁而来，因是整个水果榨汁也称为全果榨汁机。

2.1.1 杯式榨汁机结构

杯式榨汁机是由机架、动力系统、机械传动系统、榨汁系统、精油喷淋装置、清洗系统、润滑系统、气动与安全控制系统等部分组成。在杯式榨汁机整体设备中，榨汁系统是榨汁机的核心部分，榨汁系统包括上下榨杯、上下切割器、过滤管、通孔管、汁液收集装置。

2.1.2 杯式榨汁机工作原理

震动板和分配器组合作用使得柑橘单体有节奏的、均匀的输入到榨汁机的下榨杯中；传动机构带动上榨杯开始迅速向下移动，上下榨杯完整包住柑橘外部防止柑橘破裂，此时上榨杯下降速度减缓进入榨汁阶段。在压榨初期，上切割器向下移动对柑橘产生压力，上切割器在柑橘顶部切割圆孔，下切割器在下榨杯底部切割圆孔，随上榨杯的压力的增加果肉与果皮分离，上下榨杯的独特结构保证均匀榨汁而柑橘外皮不会被挤破。含有果肉颗粒的汁液、果籽和圆形果皮物质通过下切孔一同被挤压到下榨杯底部的过滤管内。然后，通孔管上升到过滤管中间，使得过滤管内的果肉受到挤压，橙汁和汁胞颗粒透过过滤管网孔进入收集器中被收集，而圆形果皮、部分囊衣皮、籽核等被强行挤入通孔管由通孔管底部的开口处排除。在压榨临近结束时，上榨杯切刀将圆形柑橘皮切断，橙皮从上榨杯的环形口处排出并脱离上榨杯。在榨汁过程结束后上榨杯、通孔管复位，准备下一次的榨汁作业。

再榨汁过程中，由于上榨杯的压力作用使柑橘形状改变，分布在果皮外表层的油胞破裂释放精油。此时，分布在上榨杯帽内的环状水喷射装置喷射，将乳状油混合物冲至榨机下杯座处流出、收集，使得精油与柑橘汁液分离。

2.1.3 榨汁操作

出汁率控制：在一般情况下FMC榨汁机出汁率40%～45%。若是原料储存时间短、环境温度适宜、柑橘含汁充沛，综合出汁率可提升到46%。在一定程度上柑橘原料的品质是影响出汁率的关键因素。

柑橘分级与榨杯规格选择：在榨汁作业中选择使用大型号榨杯压榨小型水果，由于强度压榨会增加苦味物质的引入；相反选择使用小型号榨杯压榨大型水果，由于水果规格超出榨杯规格会使汁液榨取不彻底或出现汁液射出，造成物料消耗损失。榨杯型号与柑橘直径选择对应表如下：

过滤网孔孔径选择：果汁过滤管网孔规格的选择对柑橘的出汁率以及橙汁果肉含量有着直接的影响。通常，加工果肉悬浮物≤12%橙汁，可选择网孔孔径0.5mm过滤管，加工果肉悬浮物≥12%橙汁，可选择网孔孔径0.75mm过滤管。此外，通孔管及时清洁与排出果皮、籽核阻力调节的控制也是十分重要的。

在榨汁过程中，造成橙汁不利风味的柑橘皮和籽大部分物质被分离，橙汁在制汁、过滤、浓缩、灌装作业中，在封闭的物料管线内流动与大气接触有限，因此，橙汁香气、风味、颜色与产品品级有保障，产品实现过程食品卫生相对安全。

3 精制分离

精制是去除或降低橙汁中夹杂的不溶性悬浮物的一种分离方法。采用网孔0.5～0.75mm精制机，粒径0.5～1.5mm悬浮物去除能力约占悬浮物的30%～50%。采用0.5mm孔径筛网分离橙汁其果肉含量一般＜12%。对于要求果肉含量3%～5%的橙汁，在精制后还需要进行离心分离。

橙汁中的微细悬浮物质会使橙汁产生良好的色泽和一定的浊浑效果。但是，含量过高会使橙汁粘稠度增加，流动性降低。在产品浓缩过程中会引起局部焦结，降低热效率，导致产品风味变差。对于橙汁饮料产品而言，在贮藏过程中还会产生悬浮物沉淀，影响产品浑浊状态。相反果浆的含量过低，果汁的色泽和浊度不足味道变淡。

3.1 精制机的结构

精制机是由机架、电机、螺旋推进器、筛板、高压清洗系统和自动排渣系统、进出料口等组成。

3.2 工作原理

待分离的橙汁由进料口进入精制机体内，电机带动螺旋推进器旋转，旋转的叶片推进物料向前移动，橙汁透过筛板被收集，橙汁中的悬浮物质被推移到精制机末端，当排渣压力达到预先设定参数时，气动阀自动开启排渣；筛板的孔径大小以及果肉排放阀开启压力设定决定了悬浮果肉的分离程度；上下两块筛板与上下两个筛框构成筛体，高压清洗系统定时人工移动冲洗筛网，使得筛网能保持清洁及连续作业。

4 橙汁浓缩、脱气、芳香物质回收

浓缩橙汁是将原橙汁中的水分通过分离去除至一定程度或一定比例，使得产品的包装、物流、储藏成本下降、提高产品储藏安全性。

4.1 橙汁浓缩

橙汁的浓缩方法有真空低温浓缩、冷冻浓缩和膜分离浓缩3种形式，一般多采用真空低温浓缩方法。

4.1.1 真空低温浓缩

真空低温浓缩是采用低温、短时、真空状态条件下蒸发浓缩的一种形式，能有效避免橙汁风味发生明显改变。常用蒸发器有板式蒸发器、管式降膜式蒸发器、离心薄膜式蒸发器。

板式蒸发器：其结构是由板式换热器和蒸发分离器两个部分组成的。每两个加热室和两个蒸发室（共4片加热板）构成一个蒸发单元，加热室与蒸发室交替排列。物料液从第一蒸发室（升膜室）上升，在两室之间的加热室顶部流至第二蒸发室（降膜室）下降，蒸发器所有升膜室均与原汁进口相通，所有降膜室均与浓缩汁出口相通。浓缩汁与二次蒸汽的混合物从浓缩汁出口进入蒸汽分离器，在分离器中物料与蒸汽分离，产生的二次蒸汽依次为下级加热器加热利用，分离器末级排出蒸汽通过冷凝器冷凝排出系统，使得物料得到浓缩。

板式蒸发器的优点是结构紧凑、占地面积小、高度有限、易于安装、易于清洗、可实现全自动化作业。

管式降膜式蒸发器蒸发温度50～60℃，蒸发时间仅用3～5s，橙汁浓缩倍数一般为42.0～45.0°Bx或55.0～65.0°Bx。

降膜式蒸发器：料液从蒸发器顶部进入，由料液分布器将料液均匀分布到每根膜管中，并使其呈膜状沿管壁下降流动。液膜受到管壁加热后开始蒸发气化。降膜蒸发器的有效传导温差比较小，料液的汽化不在下降液膜内部，也不在加热管内壁面，而在强烈扰动的下降膜液的外表面进行，即所谓表面蒸发，因而加热管内壁面不易结垢。产生的二次蒸汽通常与降膜并流向下运动，对液膜产生撕裂作用更有利于蒸发。由于汽化表比面积较大，蒸汽中雾沫夹带量较少，下降液膜不必克服重力，反而可利用重力，因而对粘度较大的（0.5～4Pa.s）溶液的蒸发也是适用的。

离心薄膜式蒸发器：蒸发温度≤50℃，蒸发时间仅用3～5s，可从橙汁的初始浓度12.0°Bx浓缩至65.0～70.0°Bx。离心薄膜式蒸发器要求物料悬浮物含量低。

提高浓缩倍数可节省包装、降低储运成本，微生物指标控制更安全。但是，若是在4℃以上温度下存放，浓缩倍数越高，随着贮藏温度的升高以及储存时间的延长，橙汁产品褐变现象就越来越严重。

此外，还有一种刮板式蒸发器适合高浓度橙汁的浓缩，但是，由于热作用时间相对延长，对橙汁品质会产生一定程度的不利影响，因此应用有限。

4.1.2 冷冻浓缩

冷冻浓缩是一种新兴的冷加工技术，近年来发展十分迅速。据文献报道，在葡萄、苹果、橙、柠檬等果汁加工研究中发现这些水果汁经过冷冻浓缩处理后不仅使其保藏期得到延长，而且与传统热浓缩方法相比，天然营养成分及风味物质破坏程度较低，显示出了特有的加工优势。

据报道，华南理工大学曾杨、曾新安进行了冷冻浓缩荔枝汁试验。试验表明：可溶性固形物由15.9°Bx提高到45.3°Bx，相当于3倍原汁浓度，浓缩效果相当显著。通过对冷冻浓缩处理后的各级浓缩荔枝汁的复原汁进行pH、总酸、还原糖、蛋白质、VC等各项营养成分指标测定，并与未经冷冻浓缩的处理荔枝原汁相比，除VC略有下降之外，其它营养成分都能很好地保持。

4.1.3 膜分离浓缩

膜分离浓缩整个浓缩过程不发生热作用，因此，可获得优级浓缩橙汁产品。橙汁除含有糖、酸等可溶性固形物，还含有果胶、含氮物质、纤维素等悬浮物质，悬浮物质的存在，使得任何单一类型的膜分离技术均难以达到预期效果。针对上述情形，通常是采用微滤或超滤反渗透膜分离技术组合实现橙汁浓缩。

据文献报道：Separasystems LP研制出一套组合膜分离装置，包括超滤、反渗透、杀菌和调配等步骤，称为Freshnote系统，可将橙汁浓缩到60.0°Bx以上，而且几乎保持了鲜果汁的风味芳香成分。

Freshnote系统操作首先应用板框式膜组件进行超滤，获得原汁体积95%的超滤透过液、5%超滤截留液；将超滤截留液杀菌处理，将超滤透过液采用反渗透进行再浓缩，操作压力10.2～13.5MPa。然后将超滤截留液与反渗透截留液调配混合。

反渗透系统采用芳香性聚酰胺中空纤维膜，能有效截留橙汁中的糖、酸、VC和矿物质元素以及芳香物质。该类型膜组件在单位体积内装填密度大，并耐高压。

4.2 脱气

离心分离后的柑橘原汁中会混入一定气体，其中氧气除溶解于橙汁中会吸附在果浆及胶体粒子表面，氧的存在会促使橙汁发生氧化，品质变差。因此，在橙汁加工中常采用脱气设备脱出溶解氧气。脱气具有以下作用：抑制好气菌繁殖，防止果浆或其它悬浮物上浮，防止杀菌或灌装时形成泡沫以及减少维生素损失，防止香味和色泽变化。

对于含精油量低的橙汁可在常温下真空脱气，限制橙汁精油损失；而对含油量高的橙汁，通过脱气还可将其含油量减少至0.015%～0.030%，使得橙汁的精油含量达到比较理想的水平。

4.3 芳香物质回收

水果的香味是由其本身所含的各种不同成分的芳香物质决定的。一种水果的香气成分多达几十到几百种。其中起主导作用的碳氢化合物，包括醇、酯、醛、酮以及挥发性的酸类等物质。芳香物质包括水溶性和油溶性两类物质，通常人们将水溶性芳香物质称为香液，油溶性芳香物质称为精油。果蔬汁的芳香物质在加热特别是在蒸发浓缩过程中很难全部保留下来，因此，对于加热浓缩果蔬汁而言，在蒸发浓缩之前可通过蒸发器附属的芳香物质回收设备回收芳香物质。

橙汁中香液的浓缩倍数一般有150倍、200倍，通常是指香液获得的质量与浓缩果汁质量的比例关系，由于香液中的大部分成分是冷凝水，所以一般存放在2～5℃环境中，温度不宜过低或过高。

芳香物质回收是根据液体混合物中各芳香物质组分的挥发度存在差异性，通过加热的方式使混合液形成汽、液两相，各组分在两相中的浓度是不同的，从而实现混合液的分离。橙汁加工中的芳香物质回收过程是橙汁经过换热器预热，然后经过旋风分离器使液相橙汁与不凝结气体分离；不凝结气体再通过精馏塔实现冷凝气体与不凝结的芳香物质分离，挥发的芳香物质通过冷却和二次冷却凝结成香液或精油。

重庆博富文柑橘有限公司引进意大利JBT公司整条浓缩橙汁生产线，于2010年5月投入运行。其中TASTE低温、短时蒸发器设备，集巴氏杀菌、蒸发浓缩、脱气、芳香物质回收多功能为一体，减少重复加工对橙汁品质产生的不利影响，结合其他先进技术手段制造的冷冻浓缩橙汁备受关注。

5 柑橘皮渣烘干技术

橙汁加工产生橙皮渣量约占原料水果质量的50%～55%，这部分柑橘皮渣无论是用于加工饲料和用于后续的综合利用，首先需要通过烘干处理控制水分含量≤12%以解决存储的问题。因此，近几年来柑橘皮渣烘干技术与装备得到广泛应用。

5.1 回转烘干系统

柑橘皮渣烘干大多采用回转烘干系统，系统包括热源设备和烘干设备两个部分。其中热源设备可根据烘干物料技术要求，配置热风或其它类型燃炉提供热能。热风炉配以无级调速炉排、斗式上煤机、刮板出渣机、高温除尘器、引风机、除磷、硫装置等。烘干设备可根据橙渣水分大小、粘性高低等特性，选择适当大小的圆筒干燥机，在滚筒内部配置结构独特的复合抄板，使得干燥机内物料运行流畅，料幕分布均匀，有效解决橙渣水分大、粘性大，不易烘干的难题。干燥机后端配备高效双联除尘器，有效除去尾气所含灰尘。

5.1.1 转筒烘干系统

烘干系统核心部分是一个与水平线略呈倾斜的旋转滚筒。物料在进入烘干之前，首先将物料破碎成粒径8mm左右的颗粒，物料由滚筒较高的一端转筒进入，随转筒的转动物料向前移动，然后从转筒的低端处排出。转筒的长度与直径的比通常是1:4～8。转筒的倾斜度与长度有关，通常倾斜度为0.5～6°，越是不容易干燥的物料，转筒倾斜度越小。转筒外壳上装有两个轮箍，转筒通过轮箍在支撑托轮上滚动，整个滚筒的重力也通过轮箍传递到支撑托轮上。转筒外壳上还装有驱动齿轮，转速一般为1～8r/min。为防止转筒的轴向移动，在轮箍两旁装有止推轮。

对于不能接受污染或粒径很小物料以及易引起大量粉尘飞扬物料的干燥，可采用间接加热法。利用水蒸气或烟道排气作加热介质，热量由加热介质通过金属壁面传递给物料，而空气则作为载湿体。

通常在转筒的内壁上装上若干块抄板，其作用是将物料抄起后再撒下增大干燥表面积，提高干燥速率，促使物料向前移动。转筒每旋转一周，物料就会被抄起和撒下一次，物料前进的距离等于其落下的高度乘以圆筒的倾斜率。在物料入口端的抄板，可制作成螺旋形以方便导入物料并促使物料的初始运动。

5.1.2 百叶窗式转筒干燥器

为提高干燥器容积蒸发效率，可采用百叶窗式转筒干燥器。干燥器由两层圆筒组成，内层壁为锥形百叶窗式。热空气通过两筒之间，由百叶窗缝隙中进入干燥器，并穿过物料颗粒层。当百叶窗滚动时，物料颗粒受热空气压力推动而作上下跳动，并从进口端移至出口端，这种类型的干燥器筒内不需要抄板。由于圆筒是锥形的，在加料口端筒壁上物料层较薄，所以该处的气流阻力较小，气量较大，这正好与进口物料含水量较高，需要大量热量供给以提高蒸发速率相一致。在相同条件下，百叶窗式转筒干燥器的容积蒸发效率比一般的转筒干燥器提高50%。

转筒干燥器的优点是机械化程度高，生产能力大，流体阻力小，对物料适应性强，操作弹性大，操作简便，干燥均匀。缺点是结构复杂，体积庞大，钢材耗用量大，占地面积大。

5.2 柑橘皮渣烘干流程

柑橘皮渣→破碎→二次压榨脱水→烘干→一级冷却→破碎→排气→二级冷却→筛滤→排气→三级冷却→暂储料仓→包装→计量→存储

5.3 橙皮鲜渣烘干操作

由于鲜榨橙皮中含有一定量的果胶以及糖类物质，同时橙皮的尺寸规格较大影响烘干效率。为提高烘干效率，柑橘皮渣在进行烘干处理之前需要进行两级打碎，增大皮渣在干燥机内与热风的接触面积，增加烘干强度，提高生产效率。对含水分特别高的柑橘皮渣物料，视具体情况在必要时还要进行一次压榨，以降低柑橘皮渣水分含量，降低烘干能耗，提高烘干效率。干燥后的皮渣由封闭出料机送到后处理工段，经过除铁、筛分、冷却、粉碎等工序，由成品打包口人工称重打包、入库储存。

6 超临界CO2萃取柑橘精油

6.1 工艺流程

柑橘皮→萃取罐→萃取→一次分离→二次分离→成品

6.2 萃取操作

橙皮原料进入萃取罐内，将CO2升温至70℃、8.3MPa由下而上流经萃取罐，精油与其他亲脂成分被萃取出；萃取液经减压流进入第一分离罐，油质、树脂、色素等大分子量物质，减压后溶解度降低沉降在分离罐的底部，收集富含油质产品。CO2和精油成分经过两次降压，精油沉降在第二分离罐底部，收集富含精油产品，CO2经压缩后循环使用。温州蜜柑精油得率0.2%～0.3%。

6.3 萃取设备

超临界流体萃取主要设备分为高压萃取器和分离器两部分。萃取器作用是完成超临界流体与萃取物料的质量和热量交换，将物料中的有效成分萃取出来。分离器的作用是将从萃取器输出的流态物质中的溶质与溶剂分离。