基于响应面法及多目标遗传算法的山茶油液压压榨方法技术

本发明专利技术属于植物油提取相关技术领域，其公开了一种基于响应面法及多目标遗传算法的山茶油液压压榨方法，该方法包括以下步骤：(1)依次改变压榨温度、压榨时间、压榨压力及山茶籽含水量对山茶籽样本进行单因素试验；(2)以压榨温度、压榨压力、压榨时间和山茶籽含水量为自变量，以出油率和能耗为响应值分别建立多元二次回归方程；并根据所建立的多元二次回归方程进行分析以获得响应面图，继而确认最佳压榨温度、最佳压榨时间、最佳压榨压力及最佳山茶籽含水量；(3)在最佳温度及压力下对含水量为所述最佳山茶籽含水量的山茶籽进行液压压榨，其中压榨时长为所述最佳压榨时间。本发明专利技术降低了成本，提高了出油率，灵活性较好，适用性较强。

【技术实现步骤摘要】
基于响应面法及多目标遗传算法的山茶油液压压榨方法
本专利技术属于植物油提取相关
，更具体地，涉及一种基于响应面法及多目标遗传算法的山茶油液压压榨方法。
技术介绍
山茶油是我国特有的木本油脂，其脂肪酸组成与世界上公认的最好的植物油脂橄榄油相似，有“东方橄榄油”之美称。茶油中还含有多种营养功能成分，具有预防心血管硬化、降血压、降血脂等功效。在工业生产上，油脂的制备方法主要有压榨法和浸出法。浸出法出油率较高，但由于溶剂污染影响出油品质以及增加后续去除残余溶剂的成本等缺陷，限制了应用推广。液压压榨法所获得毛油杂质较少、色泽浅、油品高且操作简单，获得的油茶饼或者油茶粕还可以再利用，因此液压压榨工艺是现今山茶油提取制备的主流工艺，尤其在油茶籽产区的中国南方地区常被采用。此外，本领域相关技术人员已经做了一些研究，如申请号为201610115861.3和201610794976.X的专利均有公开山茶油的液压压榨方法，且获得了色泽清淡、气味清纯、品质极佳的山茶油。但是液压压榨普遍存在出油率较低的问题，加工条件如压榨温度、压榨压力、压榨时间和油茶籽含水量是影响出油率的主要因素，而目前山茶油液压压榨的加工条件选择通常依赖于经验，缺乏对压榨加工条件影响出油率的定量分析，无法获得山茶油压榨的最佳工艺参数，不合适的工艺参数会导致较低的产油率，同时会造成更多能源消耗，增加了生产成本，不利于可持续生产。相应地，本领域存在着发展一种产油率较高的基于响应面法及多目标遗传算法的山茶油液压压榨方法的技术需求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于响应面法及多目标遗传算法的山茶油液压压榨方法，其基于现有山茶油液压压榨方法的特点，针对山茶油液压压榨方法进行了研究及设计。所述液压压榨方法以出油率和能耗为指标，采用响应面法来优化山茶油液压压榨工艺，在一定程度上解决了山茶油液压压榨出油率较低、能耗较高的问题，提高了出油率，降低了加工成本。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于响应面法及多目标遗传算法的山茶油液压压榨方法，该方法包括以下步骤：(1)依次改变压榨温度、压榨时间、压榨压力及山茶籽含水量对山茶籽样本进行单因素试验，以获得不同压榨温度下的出油率及压榨单位质量山茶籽的能耗、不同压榨时间下的出油率及压榨单位质量山茶籽的能耗、不同压榨压力下的出油率及压榨单位质量山茶籽的能耗、以及不同山茶籽含水量下的出油率及压榨单位质量山茶籽的能耗；(2)根据所得到的结果进行试验设计，其中以压榨温度、压榨压力、压榨时间和山茶籽含水量为自变量，以出油率和能耗为响应值分别建立多元二次回归方程；基于得到的所述多元二次回归方程，将最大出油率和最小能耗进作为多目标优化问题以进行多目标搜索，由此确定最佳压榨温度、最佳压榨时间、最佳压榨压力及最佳山茶籽含水量；(3)在所述最佳压榨温度下，采用所述最佳压榨压力对含水量为所述最佳山茶籽含水量的山茶籽进行液压压榨，其中压榨时长为所述最佳压榨时间。进一步地，步骤(2)中建立的多元二次回归方程分别为：Y1＝-4.85089+0.296045A+0.93585B+0.895394C+2.03717D+0.001271AB-0.00265AC-0.014815AD-0.000352BC-0.034476BD+0.019074CD-0.001419A2-0.012569B2-0.012335C2-0.198292D2；Y2＝0.89576-0.012427A-0.019977B-0.024061C-0.078933D+0.000054AB+0.000553AC+0.000314BC-0.000578BD+0.000911CD+0.000074A2+0.00026B2-0.000036C2+0.004639D2；式中，A为压榨温度；B为压榨压力；C为压榨时间；D为山茶籽含水量；响应值Y1、Y2分别为出油率和能耗。进一步地，该多目标优化问题的数学表达式为：MinF(x)＝(f1(x)，f2(x))式中，f1(x)和f2(x)分别表示能耗和出油率，且分别采用得到的多元二次回归方程来表示，xi是第i个因素，xil是第i个因素的取值下限，xiu是第i个因素的取值上限，其中，x1表示压榨温度A；x2表示压榨压力B；x3表示压榨时间C；x4表示山茶籽含水量D。进一步地，所述最佳压榨温度为40℃～85℃。进一步地，所述压榨温度为40.16℃；所述压榨压力为44MPa；所述压榨时间为39.9min；所述山茶籽含水量为0.06％。进一步地，所述最佳压榨压力为10MPa～35MPa。进一步地，所述压榨温度为40℃；所述压榨压力为44.9MPa；所述压榨时间为39.9min；所述山茶籽含水量为0.02％。进一步地，所述最佳山茶籽水含量小于等于2.5％。进一步地，步骤(1)之前还包括山茶籽样本的制备，山茶籽样本的制备包括以下步骤：先将山茶籽在60℃下烘至水分含量为0～9％后剥壳；再将剥壳得到的茶籽壳与茶籽仁按照预定质量比混合均匀以得到混料；接着，称取预定质量的混料作为山茶籽样本。进一步地，所述预定质量比为12.5：87.5。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的基于响应面法及多目标遗传算法的山茶油液压压榨方法主要具有以下有益效果：1.本专利技术基于响应面法及多目标遗传算法进行试验设计，从量化的角度和可视化的角度直观地揭示了不同生产条件及其相互作用对出油率和能耗的影响趋势，为最佳加工条件选取提供了技术支撑，继而根据得到的响应面结果图来分析获得最佳的工艺条件。2.本专利技术同时考虑了实际生产中的出油率和能耗两个重要的指标，获得了山茶油最佳压榨工艺参数，在保证出油品质的同时，提高了出油率，降低了能耗，促进了山茶油的可持续生产，具有工业化生产的指导意义。3.所述液压压榨方法的工艺简单，易于实施，适用性较强，灵活性较好。4.本专利技术获得了压榨时间、压榨温度、压榨压力及山茶籽含水量与出油率及能耗之间的关系式，可以为后续的研究及实际应用提供有力的数据支持，有利于推广应用。附图说明图1是本专利技术提供的基于响应面法及多目标遗传算法的山茶油液压压榨方法的流程示意图；图2是采用图1中的基于响应面法及多目标遗传算法的山茶油液压压榨方法获得的压榨温度与压榨时间对出油率的影响响应面图；图3是采用图1中的基于响应面法及多目标遗传算法的山茶油液压压榨方法获得的压榨温度及压榨压力对出油率的影响响应面图；图4是采用图1中的基于响应面法及多目标遗传算法的山茶油液压压榨方法获得的压榨温度及水分含量对出油率的影响响应面图；图5是采用图1中的基于响应面法及多目标遗传算法的山茶油液压压榨方法获得的压榨时间和压榨压力对出油率的影响响应面图；图6是采用图1中的基于响应面法及多目标遗传算法的山茶油液压压榨方法获得的压榨时间及水分含量对出油率的影响响应面图；图7是采用图1中的基于响应面法及多目标遗传算法的山茶油液压压榨方法获得的压榨压力及水分含量对出油率的影响响应面图；图8是采用图1中的基于响应面法及多目标遗传算法的山茶油液压压榨方法获得的压榨温度和压榨压力对能耗的影响响应面图；图9是采用图1中的基于响应面法及多目标遗传算法的山茶油液压压榨方法获得的压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于响应面法及多目标遗传算法的山茶油液压压榨方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)依次改变压榨温度、压榨时间、压榨压力及山茶籽含水量对山茶籽样本进行单因素试验，以获得不同压榨温度下的出油率及压榨单位质量山茶籽的能耗、不同压榨时间下的出油率及压榨单位质量山茶籽的能耗、不同压榨压力下的出油率及压榨单位质量山茶籽的能耗、以及不同山茶籽含水量下的出油率及压榨单位质量山茶籽的能耗；(2)根据所得到的结果进行试验设计，其中以压榨温度、压榨压力、压榨时间和山茶籽含水量为自变量，以出油率和能耗为响应值分别建立多元二次回归方程；基于得到的所述多元二次回归方程，将最大出油率和最小能耗作为多目标优化问题以进行多目标搜索，由此确定最佳压榨温度、最佳压榨时间、最佳压榨压力及最佳山茶籽含水量；(3)在所述最佳压榨温度下，采用所述最佳压榨压力对含水量为所述最佳山茶籽含水量的山茶籽进行液压压榨，其中压榨时长为所述最佳压榨时间。

【技术特征摘要】
1.一种基于响应面法及多目标遗传算法的山茶油液压压榨方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)依次改变压榨温度、压榨时间、压榨压力及山茶籽含水量对山茶籽样本进行单因素试验，以获得不同压榨温度下的出油率及压榨单位质量山茶籽的能耗、不同压榨时间下的出油率及压榨单位质量山茶籽的能耗、不同压榨压力下的出油率及压榨单位质量山茶籽的能耗、以及不同山茶籽含水量下的出油率及压榨单位质量山茶籽的能耗；(2)根据所得到的结果进行试验设计，其中以压榨温度、压榨压力、压榨时间和山茶籽含水量为自变量，以出油率和能耗为响应值分别建立多元二次回归方程；基于得到的所述多元二次回归方程，将最大出油率和最小能耗作为多目标优化问题以进行多目标搜索，由此确定最佳压榨温度、最佳压榨时间、最佳压榨压力及最佳山茶籽含水量；(3)在所述最佳压榨温度下，采用所述最佳压榨压力对含水量为所述最佳山茶籽含水量的山茶籽进行液压压榨，其中压榨时长为所述最佳压榨时间。2.如权利要求1所述的基于响应面法及多目标遗传算法的山茶油液压压榨方法，其特征在于：步骤(2)中建立的多元二次回归方程分别为：Y1＝-4.85089+0.296045A+0.93585B+0.895394C+2.03717D+0.001271AB-0.00265AC-0.014815AD-0.000352BC-0.034476BD+0.019074CD-0.001419A2-0.012569B2-0.012335C2-0.198292D2；Y2＝0.89576-0.012427A-0.019977B-0.024061C-0.078933D+0.000054AB+0.000553AC+0.000314BC-0.000578BD+0.000911CD+0.000074A2+0.00026B2-0.000036C2+0.004639D2；式中，A为压榨温度；B为压榨压力；C为压榨时间；D为山茶籽含水量；响应值Y1、Y2分别为出油率和能耗...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡友民，黄帅，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42