植物油物理精炼中的脱胶工艺_杨继国

毛油 加热器 酸 混合器 滞留罐 冷却 器 混 水 合器 滞留 罐 加热器 稀碱液 滞留 罐
2. 7
超滤脱胶
超滤脱胶是膜技术在油脂精炼中的应用 , 但是 仅仅依靠甘油三酯和磷脂分子量的差别 ( 900、 700, 相对分子量 ) 是很难通过膜来将两者分开的, 但是磷 脂是一种天然的表面活性剂 , 具有双亲结构, 在无水 环境中形成相对分子量为 20 000 的逆胶束, 因此用 合适的膜就可以将磷脂从甘油三酯中分离出来, 透 过物和滞留物分别为甘油三酯和磷脂 , 主要的色素、 一部分的游离脂肪酸和其他的杂质被包埋于这些胶 束中而同时被除去。 1977 年就 报道了植物油的 超滤脱 胶法, Subra manian 、 Ochoa
称为酸精炼( 磷酸或柠檬酸 ) , 主要是针对高磷脂含 量的油脂 , 如大豆油、 葵花籽油和菜籽油。将油脂加 热到约 60 , 与柠檬酸或磷酸在高剪切力混合器中 充分混合, 之后添加浓碱液中和过量酸, 再加入水 , 混合反应 30 min 后加热由离心机分离出胶质, 整个 工艺如图 1 所示 ( 其中括号内的水洗过程可选 ) 。其 中碱液的添加量是至关重要的 , 中和太低, 则胶质的 黏度太高 , 导致离心机分离困难; 中和太高, 则游离 脂肪酸会转变成皂 , 导致由于过度的乳化而造成较 高的油脂精炼损失。当各类油脂处理后残留含磷量 小于 15~ 30 mg/ kg 时, 需增加水洗过程, 将 进一步 降低含磷量。
毛油 碱液 心分离机 加热器 磷酸 混合 器 滞留罐 热水 混合 器 滞 留灌 离
水化脱胶只能除去水合性磷脂, 而非水合性磷 脂却很难脱除, 水化脱胶后的油脂一般仍含有 80~ 200 mg/ kg 的 磷。德 国 鲁 奇 公 司 推 出 ALCON 工 艺[ 2~ 3] , 即在油料浸出前, 首先对油料进行高温灭酶 处理, 从而使浸出得到的毛油中非水合磷脂含量非 常低, 经水化脱胶后油脂中残留磷量为 10~ 20 mg/ kg 。该法会降低一点粕的质量, 但却能增加浸出产 量和卵磷脂产量及提高油脂的质量。 2. 3 特殊脱胶 特殊脱胶是由 Alfa Laval 公司推广的方法 [ 4] , 也
酸 毛油 滞留罐 加热 器 加热器 混 合器 滞留罐 热水 混 合器 碱液 水 混合 器
第二阶段的重相废水 混合器 离心分离 机 精炼或者干燥贮存
图 3 全 ( TOP) 脱胶工艺
2. 6 S. O. F. T. 脱胶 由 T irtiaux 公司推出的 S. O. F. T . 脱胶工艺如图 4 所示 。预热的毛油或水化脱胶油 , 在添加乳化 剂的条件下 , 用含 2% ~ 5% 螯合剂 ( 通常用 EDTA 或 其盐 ) 的水溶液处理 , 许多与磷脂结合 的金属离子 ( 包括镁、 钙和铁) 被螯合剂夺去 , 形成更为稳定的水 溶性的螯合物, 而非水合磷脂也从油相转移到水相, 通过离心而除去。该方 法的特点是工 艺和设备简 单 , 仅需一台高剪切力混合器和一台自清式离心机, 脱胶效果较好 , 且金属离子能被有 效地除去 ( 小于 0. 1 mg/ kg) , 从而改善脱胶油的氧化稳定性, 降低精 炼油变质的危险。Choukri 等 [ 8] 进一步优化了 S. O. F. T. 脱胶工艺 , 用内在的磷脂代替添加的 乳化剂, 建立了高效经济的两步脱胶工艺, 脱胶油的含磷量 能稳定在 5 mg/ kg 以下。
在食用植物油的精炼中, 为了使植物油得到令 人满意的风味质量 , 要将各种磷脂类物质加以去除 ( 脱胶 ) 。脱胶工序对油脂脱酸、 脱色、 脱臭等精炼的 后段工序影响较大 , 良好的脱胶效果是油脂精炼的 前提, 如果脱胶不完全, 则加重了后段工序的负担 , 增加油脂精炼损失, 对设备影响也比较大, 如设备容 易结焦, 影响传热效果 ; 过滤机滤网容易堵塞, 影响 过滤速度; 脱色困难 , 必须加大白土量等。同时, 成 品油中高含磷量往往伴随着较多的金属离子, 造成 成品油易酸败和回色现象 , 影响油脂的质量。在植 物油的物理精炼中, 脱胶是必须的处理工序, 如何提 高脱胶效果是限制物理精炼的一个瓶颈问题。近年 来, 为建立高效稳定、 经济环保的植物油脱胶方法 , 各国学者做了大量的研究工作 , 发展了多种各有特 色的脱胶方法来满足物理精炼的要求, 本文对此作 一概述, 并结合我们实验室的研究工作 , 重点介绍了 近来取得重大进展的植物油酶法脱胶。 1 植物油中的磷脂 通常所讲的磷脂主要包括磷脂酰胆碱( 卵磷脂 , PC) 、 磷脂酰乙醇胺 ( 脑磷脂, PE) 、 磷脂酰肌醇 ( PI) 、 磷脂酰丝氨酸( PS) 、 磷脂酰甘油 ( PG) 、 磷脂酸( PA) 、 二磷脂 酰 甘 油 ( DPG) 及 N 乙酰 基 磷 脂酰 乙 醇 胺 ( NAPE) 等。植物油中的磷脂包括水合磷脂 和非水 合磷脂。水合磷脂和非水合磷脂的不同主要在于和 磷脂酸的羟基相连 的官能团不同。水合磷脂 包括 PC、 PE 、 PI 、 缩醛磷脂 酰胆碱、 溶 血磷脂酰胆碱 及磷 酸和聚磷酸, 都含有极性较强的基团, 例如胆碱、 乙 醇胺、 丝氨酸、 肌醇等 , 因此具有比较强的亲水性。 非水合磷脂包括具有非脂类性质的含磷物质, 以酸 的形式存在的磷脂酸和聚磷脂酸 , 还包括溶血磷脂
[ 9] [ 10]
加热器 图2
离心 分离 机
冷 却器
离心分离机
精炼或者干燥贮存
超级 / 联合脱胶工艺
2. 5
全( TOP) 脱胶
等也先后对此进行了研究。该法
2004 年第 29 卷 第 2 期
中
国
油
脂
9
具有能耗低、 无需化学试剂和进行废水处理、 大大减 少营养成分及其他有益成分的损失等优点, 但同时 也存在膜的稳定性、 膜污染、 膜通量等问题。随着膜 材料和膜工艺不断地推陈出新 , 超滤膜脱胶法也将 会逐步走上工业化 , 在植物油的精炼中得到越来越 多的应用。 2. 8 吸附脱胶 吸附法精炼油脂 , 具有设备简单、 油耗较低、 无 废水排放等优点 , 是当今油脂加工的发展方向之一 , 其关键在于吸附剂的选择上, 要求对油脂中的极性 组分具有较强的吸附能力 , 而对油脂的吸附能力小。 当前研究较多的是硅法脱胶和稻壳吸附法脱胶。 硅法脱胶是美国开发应用的一种脱胶技术, 关 键是 使 用 了 一 些 新 型 硅 材 料, 例 如 TriSyl 硅 、 MD263 硅 和 SORBSIL 硅 等[ 11, 12] , 这些材料是一 种人造非结晶的硅胶体, 其硅纯度极高 , 设计专门用 来吸附油脂中的极性组分 ( 如磷脂、 肥皂等 ) 。在美 国, 已获得美国食品及药品管理局和农业部批准, 分 别作为间接和直接的食品添加剂。TriSyl 是一种硅 胶水凝胶, 可吸附磷 16. 5 g/ kg 硅胶 , 在最佳条件下 ( 植物油用柠檬酸预处理后 , 加水 TriSyl 吸附磷脂 , 然后油脂立即脱水干燥) 最大吸附能力可达 35 g/ kg 硅胶左右 , 可以有效地脱除油中的磷脂 , 而且只要油 中含有足够的水分 , 皂脚和其他极性杂质一起可同 时被 TriSyl 硅除去; MD263 是一种沉淀硅胶, 对油中 磷的最大吸附能力是 35 g/ kg 硅胶 , 并且不需要立即 对吸附油进行脱水干燥, 就可以发挥最佳吸附作用 ; SORBSIL 硅对皂和磷有很高的吸附能力 , 用此硅进 行化学精炼可替代离心机水洗工序 , 减少废物排放 和油损失 , 还可改善脱色效果 , 减少白土用量。 稻壳中含有 14% ~ 16% 的 SiO2 , 以网络状分布 其中 , 当纤 维素等被部分降 解后, SiO2 的网络点 暴 露, 稻壳表面呈微孔状, 成为理想的吸附剂原料。钱 俊青
收稿日期 : 2003- 10- 24 作者简介 : 杨继 国 ( 1977- ) , 男 , 在 读 硕士 ; 主 要从 事酶 工程和发酵工程的研究工作。通讯联系人。
酸、 溶血磷脂酰丝氨酸及溶血磷脂酰乙醇胺等。非 水合磷脂具有明显的疏水性 , 在水化脱胶中较难与 水结合。Hvolby[ 1] 等人研究发 现, 大豆 油中非水合 磷脂的主要形式为磷脂酸和溶血磷脂酸的钙镁盐。 非水合磷脂含量较多的植物油中往往伴随着较多的 金属离子, 这些金属离子的存在会导致植物油酸败, 使产品具有不良的风味。 2 植物油物理精炼中的脱胶方法 植物油的精炼分为化学精炼和物理精炼两种, 其 差异主要是除去游离脂肪酸的方式不同。通常根据 不同场合而选用, 或同时使用两种方法, 但是 , 有明显 的趋向更多地采用物理法, 因为后者产生的废水和炼 耗均明显降低, 更具经济性和对环境更为有利。由于 精炼方法的不同, 油脂脱胶的形式及要求也有差异。 化学精炼的脱胶可与碱炼一起进行, 而物理精炼则要 求单独进行, 且对脱胶油中的残留磷量要求严格, 脱 胶效果的好坏直接影响到物理精炼的效率和产品的 质量, 一般要 求含磷量 在 15 mg/ kg 以下, 最 好在 5 mg/ kg 左右, 这就要求建立高效稳定的物理脱胶工 艺, 满足物理精炼的要求。物理精炼采用的脱胶工艺 主要有以下几种: 2. 1 简单酸法脱胶 简单酸法脱胶是目前植物油物理精炼中比较常 用的脱胶方法。先将毛油加热到 80~ 90 , 然后与 0. 05% ~ 0. 20% 磷酸或柠檬酸溶液充分混合后, 滞 留反应 5~ 20 min, 再加入 1% ~ 5% 的水 , 剧烈混合 后进入离心机分离。此外 , 还有一种称为干法脱胶 的工艺[ 2~ 3] , 它是 将简 单酸 法处 理后 的 油降 温至 30 后直接进入脱色工段, 利用吸附剂的吸附作用 将油脂中的胶质与色素物质一起脱除。这些方法比 较适合一些磷脂含量低 ( 小于 200 mg/ kg) 的油脂 , 如 棕榈油、 棕榈仁油、 椰子油和动物油脂等。对于其他 种类的含磷量高的油脂 , 在多数情况下其脱胶效果 达不到物理精炼的要求。
炼或者干燥贮存 图 4 S. O. F. T . 脱胶工艺
该法处理后的油脂含磷量约为 15~ 30 mg/ kg 。联合 脱胶是超级脱胶的进一步拓展[ 5] , 它首先将超级脱 胶的油冷却至 40 , 然后 用少量 稀碱处理 , 保持 3 h, 加热后离心分离。这种超级/ 联合脱胶的结果是 磷脂含量能降至 5 mg/ kg 以下 , 同时也可降 低油脂 中的含蜡量。整个工艺如图 2 所示。