油脂脱胶原理及工艺

油脂脱胶原理及工艺 油脂工业中，以压榨法、浸出法、水剂法或熔炼制取得到的末经精炼的动植物油脂，称为粗脂肪，俗称毛油。 毛油的主要成分是甘油三酯，俗称中性油。一般动植物油脂的甘油三酯由4~10种脂肪酸组成。不同的脂肪酸及其不同的排列，组合成很多种分子，因此，油脂的主要成分是多种甘油三酯的混合物。此外，毛油中存在非甘油三酯的成分，这些成分统称为杂质。 毛油属于胶体体系。其中的磷脂、蛋白质、粘液质和糖基甘油二酯等，因与甘油三酯组成溶胶体系而得名为油脂的胶溶性杂质（胶杂）。油脂胶溶性杂质不仅影响油脂的稳定性，而且影响油脂精炼和深度加工的工艺效果。例如油脂在碱炼过程中，会促使乳化，增加操作困难，增大炼耗和辅助剂的耗用量，并使皂脚的质量降低；在脱色工艺过程中，会增大吸附剂的耗用量，降低脱色效果；末脱胶的油脂无法进行物理精炼和脱臭操作，也无法进行深加工。因此，毛油精制必须首先脱除胶溶性杂质。 磷脂由于所含醇的不同，可分为甘油磷脂类和鞘氨醇磷脂类。植物中磷脂的含量随品种、产地、成熟程度的不同而有差异。一般含蛋白质越丰富的油料，磷脂含量越高。毛油中磷脂的含量还受制油方法的不同而变化。 应用物理、物理化学或化学方法将粗油中的胶溶性杂质脱除的工艺过程称为脱胶。脱胶的具体方法分水化脱胶、酸炼脱胶、吸附脱胶、热凝聚脱胶及化学试剂脱胶等。油脂工业上应用最为普遍的是水化和酸炼脱胶。水化脱胶多用于食用油脂的精制，而强酸则很少用于食用油的脱胶。 水化脱胶是利用磷脂等胶溶性杂质的亲水性，将一定量的热水或稀碱、食盐、磷酸等电解质水溶液，在搅拌下加入热的毛油中，使其中的胶溶性杂质吸水凝聚沉降分离的一种脱胶法。在水化脱胶过程中，能被凝聚沉降的物质以磷脂为主，还有与磷脂结合在一起的蛋白质、糖基甘油二酯、黏液质和微量金属离子等。 水化脱胶的基本原理 磷脂是一种表面活性剂，分子由亲水的极性基团和疏水的非极性基团组成，根据稳定体系的热力学条件，自由能达到最小时体系最稳定。当磷脂溶于水时，它的疏水基团破坏了水分子之间的氢键，也改变了疏水基附近水的构型，从而使体系的熵降低，自由能增加，结果一些磷脂分子从水中排挤出来并吸附在溶液周围的界面上，亲水基朝向水相，疏水基则远离水相。磷脂分子与水作用时表现的特殊排列。 水分子与表面活性剂的疏水基接触面积越小，则体系的自由能越低，体系就越稳定。因此，在表面活性剂达到一定浓度时，有形成胶态集合体的倾向，这种集合体就称为胶束。在胶束中疏水基团彼此聚集在一起，大大减少了水分和疏水基之间的排斥。胶束是两性分子在溶剂中的集合体，可以在水相和非水相介质中形成。在非水相系中胶束形成是亲油基朝向外部的油或溶剂中，亲水基转向胶束核内部，这种胶束称为逆相胶束，这便是油中磷脂所形成的胶束。 当水量低时，卵磷脂分子的极性基团朝向中央含水的髓心，随着水量的增加，磷脂分子定向地排列成烃链尾尾相接的双分子层。一个磷脂双分子层与另一个磷脂双分子层之间被一不定数量的水分子隔开，以此方式向空间纵深发展，即成为片（层）状带液体的结晶体；当水量增至很大时，磷脂分子就形成单分子层囊泡。水分子在磷脂分子之间并末破坏磷脂分子，而是引起磷脂有膨胀。实验还表明，若将磷脂悬浮分散在水中，它还可以自发膨胀成多层的类似洋葱状的封闭球形结构-----“多层脂质体”。它的每个片层都是磷脂双分子层结构，片层之间和中心是水。多层脂质体经高频声波处理可变成单层脂质体，它是仅由一层磷脂双分子层围成的小球，球心是水相。 磷脂在油脂中的水化作用和无油时磷脂与水的作用不同。磷脂与甘油三酯溶胶（粗油）接触时，由于磷脂的双亲性均强，起乳化和增溶作用，而使水浸入原来难以进入的油相，形成混合脂质双分子层------磷脂分子和甘油三酯分子往复交替排列的双分子层，水分子在两层混合双分子层之间，因此也出现膨胀现象，呈现更显著的胶体性质。 磷脂、甘油三酯和水三者间的相互作用力取决于组成混合脂质双分子层的磷脂和甘油三酯分子数目的比例。据实验分析脱水胶粒的结果得知：混合脂质双分子层中磷脂占70%，甘油三酯占30%时，三者的相互作用力最大，胶粒最稳定；而甘油三酯占70%磷脂占30%的混合脂质双分子层胶粒的稳定性较差。 发生水化作用的磷脂吸附油中其它胶质，颗粒增大，再互相聚集而逐渐析出悬浮于油相中，随着吸水量的增加，膨胀程度增加，胶粒吸引力所波及的贺周范围扩大，从而由小胶粒相互吸引絮凝成大的胶团，为重力沉降或离心分离奠定了基础。越稳定的胶粒越易与油脂分离，且所得油脚含油量低，炼耗低。 影响水化脱胶的因素 毛油中发生水化作用的磷脂团具有混合双分子层的结构，该结构的稳定程度以及水化胶团的絮凝状况决定了分离效果和水化油脚的含油量。因此，掌握水化和絮凝过程的影响因素，对获得水化脱胶的最佳工艺效果至关重要。 1加水量 2操作温度 3混合强度与作用时间 4电解质 油中的胶体分散相，除了亲水的磷脂外，由于油料欠熟、变质、生长土质以及加工等因素的影响，有时尚含有一部分非亲水的磷脂（β-磷脂、钙镁复盐式磷脂、溶血磷脂、N-酰基脑磷脂等），以及蛋白质降解产物（膘、胨）的复杂结合物，个别油品尚含有由单糖基和糖酸组成的黏液质。这些物质的因其结构的对称性而不亲水，有的则因水合作用，颗粒表面易为水膜所包围（水包分子）而增大电斥性，因此，在水化脱胶中不易被凝聚。对于这类胶体分散相，可根据胶体水合、凝聚的原理，通过添加食盐或明矾、硅酸钠、磷酸、柠檬酸、酸酐、磷酸钠、氢氧化钠等电解质稀溶液改变水合度，促使凝聚。电解质在脱胶过程中的主要作用如下。 1中和胶体分散相质点的表面电荷，消除（或降低）质点的电位或水合度，促使胶体质点凝聚。 2磷酸和柠檬酸等促使钙镁复盐式磷脂、N-酰基脑磷脂和对称式结构β-磷脂转变成亲水性磷脂。 3明矾水解出的氢氧化铝以及生成的脂肪酸铝具有较强的吸附能力，除能包络胶体质点外，还可吸附油中色素等杂质。 4磷酸、柠檬酸螯合、钝化并脱除与胶体分散相结合在一起的微量金属离子，有利于精炼油气味、滋味和氧化稳定性的提高。 5促使胶粒絮凝紧密，降低絮团含油量，加速降速度，提高水化得率与生产率。 水化脱胶时，电解质的选用需要根据毛油品质、脱胶油的质量、水化工艺或水化操作情况来确定。对于一般食用的脱胶油，只有当普通水水化脱不净胶质、胶粒絮凝不好呀操作中发生乳化现象时，才添加电解质。如果选用食盐或磷酸三钠，其量约为油质量的0.2%~0.3%(解除乳化现象不在此例)；若选用明矾和食盐，其量则各占油质量的0.05%；当脱胶作为精制油的前道精炼工序时，而需按油质量的0.05%~0.2%添加85%的磷酸调质，以保证脱胶效果和后续工序的处理质量 5其它因素 水化脱胶过程中，油中胶体分散相的均布程度，影响脱胶效果稳定，因此，水化前粗油一定充分搅拌，使胶体分散相布均匀。水化时添加水的温度对脱胶效果也有影响，当水温与油温相差悬殊时，会形成稀松的絮团，甚至产生局部乳化，以致影响水化油得率，因此通常水温应与油温相等或略高于油温。此外，进油流量、沉降分离温度也影响脱胶效果，操作中需要注意。 （一）   间歇式水化脱胶工艺 间歇式水化脱胶的方法较多，但其工艺程序基本相似，都包括加水（或加直接蒸气）水化、沉降分离、水化干燥和油脚处理等内容。 例如中温水化法，一般中小型油厂应用较普遍的一种水化方法。水化温度通常为60~65℃,；加水量一般为粗油胶质含量的2~3位。操作条件控制适宜，亦能获得较满意的效果。现以花生油脱胶为例对中温水化工艺的操作作简述如下。 采用中温水化工艺脱胶时，将过滤花生油泵入水化罐内，以间接蒸汽加热，配合中速搅拌（40r/min）使油温升到60~65℃，然后按粗油胶质会含量的2~3倍，均匀加入同油温的水，保持温度不变，继续搅拌30~40min，待胶粒絮凝呈现明显分离状态时，取样用滤布滤出净油，作280℃加热试验，若无析出物即可停止搅拌，静置沉降时间不得少于6h。经过静置沉降，上层水化净油经干燥或脱溶、过滤即成水化脱胶油。 低温水化法 低温水化法亦称简易水化法。其特点是在较低温度下，只需添加少量水，就可以达到完全水化的止的。低温水化操作温度一般控制在20~30℃，加水量为粗油胶质含量的0.5倍。静置沉降时间不小于10h。该工艺操作周期长，油脚含油量高，处理麻烦，只适用于生产规模小的企业。 采用低温水化工艺脱胶时，将过滤粗油泵入水化罐内，向换热装置通入冷水冷却油脂，并配合中速搅拌，使胶质均匀分布于油中。待油温降到20~25℃时，将搅拌速度调整到60~70r/min，按粗油胶质量的0.5倍左右加入同温的水进行水化，添加水于7~10min内均匀淋入油中后，继续搅拌20~30min，然后停止搅拌，静置沉降12h，分离水化净油和油脚。上层水化净油转入真空脱水罐脱水，下层油脚转入盐析罐回收油。 盐析油脚时，先以蒸汽或直接火将其加热到80~90℃，然后按油脚质量的30%~50%，均匀加入含量5%~10%的食盐水溶液（70~80℃）,并配合搅拌继续升温到100℃左右，停止加热搅拌，静置沉降24h撇取上浮油脂直到无油析出为止。 （二）   连续式水化脱胶工艺 连续式水化是一先进的脱胶工艺，包括预热、油水混合、油脚分离及油的干燥均为连续操作。含杂质小于0.2%过滤毛油，经计量后由泵送到板式加热器，加热油温到80~85℃后，与一定量的热水（90℃）一起连续进入水化作用，然后泵入碟式离心机进行油胶质的分离。 脱胶后的油中含有0.2%~0.5%的水分，油经加热器升温至95℃左右，进入真空干燥器连续脱水后，由泵送入冷却器冷却到40℃后，转入脱胶油储罐。真空干燥器内操作绝对压力为4Kpa。 连续水化脱胶工艺在处理胶质含量低的原料油脂时，需扩大水化反应器的容量或增设凝聚罐，以确保胶粒的良好凝聚，获得好的脱胶效果。 非水化磷脂的脱除 一、             非水化磷脂的性质 末脱胶的植物油含有不同类型的磷脂。通常大体分为水化磷脂（HP）和非水化磷脂（ＮＨＰ）。它们的不同主要在于和磷脂酸羟基相连的官能团不同，水化磷脂含有极性较强的基团，例如胆碱、乙醇胺、肌醇、丝氨酸，所形成的磷脂分别为磷脂酰胆碱（卵磷脂，ＰＣ）、磷脂酰乙醇胺（脑磷脂，ＰＥ）、磷脂酰肌醇（肌醇磷脂，ＰＩ）和磷脂酰丝氨酸（丝氨酸磷脂，ＰＳ），上述这些磷脂的复合物，共同的特点就是与水接触形成水合物，且在水中析出，但它们的水化速率有差别。ＮＨＰ含有极性较弱的基团，主要形式为磷脂酸（ＰＡ）和溶血磷脂酸的钙镁盐。将非水化磷脂的钙镁盐转化为游离酸形式分析，发现大豆油中非水化磷脂的组成为：肌醇－磷酸（2%）、甘油磷酸（15%）、溶血磷脂酸(28%)、磷脂酸（55%）. 在植物油中，大部分非水化磷脂是以磷脂酸和溶血磷脂酸的钙镁盐的形式存在的。磷脂酸的ＰＫ 值为 K =3.8  K =8.6。这表明磷脂酸在pH值小于1.8时不能解离；pH值等于6时有50%解离；pH值大于10.6时完全解离。因而磷脂酸在水中是以胶粒形式分散的。完全解离的磷脂酸和钙镁离子几乎是以1:1的比例结合，结合的稳定性取决于溶液的PＨ值、离子类型和浓度。