毛油一般指從浸出或壓榨工序由植物油料中提取的含有不宜食用(或工業用)的某些雜質的油脂。毛油的主要成分是甘油三脂肪酸酯的混合物(俗稱中性油)。除中性油外,毛油中還含有非甘油酯物質(統稱雜質),其種類、性質、狀態,大致可分為機械雜質、脂溶性雜質和水溶性雜質等三大類。
1.油脂精煉的目的和方法
(1)油脂精煉的目的油脂精煉,通常是指對毛油進行精制。毛油中雜質的存在,不僅影響油脂的食用價值和安全貯藏,而且給深加工帶來困難,但精煉的目的,又非將油中所有的雜質都除去,而是將其中對食用、貯藏、工業生產等有害無益的雜質除去,如棉酚、蛋白質、磷脂、黏液、水分等都除去,而有益的"雜質",如生育酚等要保留。因此,根據不同的要求和用途,將不需要的和有害的雜質從油脂中除去,得到符合一定質量標準的成品油,就是油脂精煉的目的。
(2)油脂精煉的方法根據操作特點和所選用的原料,油脂精煉的方法可大致分為機械法、化學法和物理化學法三種。
上述精煉方法往往不能截然分開。有時采用一種方法,同時會產生另一種精煉作用。例如堿煉(中和游離脂肪酸)是典型的化學法,然而,中和反應生產的皂腳能吸附部分色素、粘液和蛋白質等,并一起從油中分離出來。由此可見,堿煉時伴有物理化學過程。
油脂精煉是比較復雜而具有靈活性的工作,必須根據油脂精煉的目的,兼顧技術條件和經濟效益,選擇合適的精煉方法。
2.機械方法
(1)沉淀
①沉淀原理沉淀是利用油和雜質的不同比重,借助重力的作用,達到自然分離二者的一種方法。
②沉淀設備沉淀設備有油池、油槽、油罐、油箱和油桶等容器。
③沉淀方法沉淀時,將毛油置于沉淀設備內,一般在20~30℃溫度下靜止,使之自然沉淀。由于很多雜質的顆粒較小,與油的比重差別不大。因此,雜質的自然沉淀速度很慢。另外,因油脂的粘度隨著溫度升高而降低,所以提高油的溫度,可加快某些雜質的沉淀速度。但是,提高溫度也會使磷脂等雜質在油中的溶解度增大而造成分離不完全,故應適可而止。
沉淀法的特點是設備簡單,操作方便,但其所需的時間很長(有時要10多天),又因水和磷脂等膠體雜質不能完全除去,油脂易產生氧化、水解而增大酸值,影響油脂質量,不僅如此,它還不能滿意大規模生產的要求,所以,這種純粹的沉淀法,只適用于小規模的鄉鎮企業。
(2)過濾
①過濾原理過濾是將毛油在一定壓力(或負壓)和溫度下,通過帶有毛細孔的介質(濾布),使雜質截留在介質上,讓凈油通過而達到分離油和雜質的一種方法。
②過濾設備箱式壓濾機、板框式過濾機、振動排渣過濾機和水平濾葉過濾機。
(3)離心分離離心分離是利用離心力分離懸浮雜質的一種方法。
臥式螺旋卸料沉降式離心機,臥式螺旋卸料沉降式離心機是輕化工業應用己久的一類機械產品,近年來在部分油廠用以分離機榨毛油中的懸浮雜質,取得較好的工藝效果。目前海內油廠用于毛油除雜的WL型離心機的技術性能見表1-13。
3.水化法
(1)水化原理所謂水化,是指用一定數量的熱水或稀堿。鹽及其他電解質溶液,加入毛油中,使水溶性雜質凝聚沉淀而與油脂分離的一種去雜方法。
水化時,凝聚沉淀的水溶性雜質以磷脂為主,磷脂的分子結構中,既含有疏水基團,又含有親水基團。當毛油中不含水分或含水分極少時,它能溶解分散于油中;當磷脂吸水濕潤時,水與磷脂的親水基結合后,就帶有更強的親水性,吸水能力更加增強,隨著吸水量的增加,磷脂質點體積逐漸膨脹,并且相互凝結成膠粒。膠粒又相互吸引,形成膠體,其比重比油脂大得多,因而從油中沉淀析出。
(2)水化設備目前廣泛使用的水化設備是水化鍋。一般油廠往往配備2~3只水化鍋,輪流使用。也可作為堿煉(中和)鍋使用。
(3)工藝流程
(4)水化脫膠工藝參數
①毛油的質量要求:水分及揮發物≤0.3%;雜質≤0.4%。
②水的質量要求:總硬度(以CaO計)<250毫克/升;其他指標應符合生活飲用水衛生標準。
③間歇式脫磷加水量可采用膠質含量的3~5倍;連續式脫磷加水量可為油量的1%~3%。
④水化溫度。通常采用70~85℃,水化的攪拌速度,應能變動,間歇式的應至少有兩種速度選擇。
⑤水化脫磷工藝中如添加酸類等情況時,添加量可考慮為油量的0.05%~0.10%。
連續式脫磷設備因膠質分離時帶有少量雜質,大型廠宜采用排渣式離心機,以節省清洗碟片的時間。
⑥水化脫磷設備的選用,處理量小于20噸/天的宜采用間歇式設備;處理量大于50噸/天的應采用連續式設備。
⑦水化脫磷設備布置宜在二層樓房車間,主要設備及操作的儀表開關應放在樓上,中間貯罐及輔助設施放在樓下。
⑧一般新設計車間中,間歇式水化鍋之間的凈空距離可為0.6~0.8米,兩兩成組,組之間凈空距離可為1.2~1.5米,連續式水化離心機之間距離可為1.5~1.8米。
⑨成品質量:
磷脂含油(干基)<50%
含磷脂量<0.15%~0.45%(據不同油品和要求)
含磷量<50~150毫克/千克
雜質<0.15%
水分<0.2%
⑩(連續式)消耗指標:
蒸氣(0.2MPa)60~80千克/噸
水(20℃)0.2~0.4立方米/噸
電3~5千瓦·時/噸
4.堿煉法堿煉,是用堿中和游離脂肪酸,并同時除去部分其他雜質的一種精煉方法。所用的堿有多種,例如石灰、有機堿、純堿和燒堿等。國內應用最廣泛的是燒堿。
(1)堿煉的基本原理堿煉的原理是堿溶液與毛油中的游離脂肪酸發生中和反應。反應式如下:
RCOOH+NaOH→RCOONa+H2O
除了中和反應外,還有某些物理化學作用。
①燒堿能中和毛油中游離脂肪酸,使之生成鈉皂(通稱為皂腳),它在油中成為不易溶解的膠狀物而沉淀。
②皂腳具有很強的吸附能力。因此,相當數量的其他雜質(如蛋白質、黏液、色素等)被其吸附而沉淀,甚至機械雜質也不例外。
③毛棉油中所含的游離棉酚可與燒堿反應,變成酚鹽。這種酚鹽在堿煉過程中更易被皂腳吸附沉淀,因而能降低棉油的色澤,提高精煉棉油的質量。
堿煉所生成的皂腳內含有相當數量的中性油,其原因主要在于:鈉皂與中性油之間的膠溶性;中性油被鈉皂包裹;皂腳凝聚成絮狀時對中性油的吸附。
在中和游離脂肪酸的同時,中性油也可能被皂化而增加損耗。因此,必須選擇最佳條件,以提高精油率。
(2)堿煉方法按設備來分,有間歇式和連續式兩種堿煉法,而前者又可分為低暖和高溫兩種操作方法。對于小型油廠,一般采用的是間歇低溫法。
①間歇式堿煉工藝流程
②連續式堿煉連續式堿煉即生成過程連續化。其中有些設備能夠自動調節,操作簡單,生產效率高,此法所用的主要設備是高速離心機,常用的有管式和碟式高速離心機。
(3)堿煉脫酸工藝參數
①脫膠油的質量要求:水分<0.2%;雜質<0.15%;磷脂含量<0.05%。水的質量要求:總硬度(以CaO計)<50毫克/升;其他指標應符合生活飲用水衛生標準。燒堿的質量要求:雜質≤5%的固體堿,或相同質量的液體堿。
②從處理量來考慮,小于20噸/天的宜采用間歇式堿煉,大于50噸/天的應采用連續式堿煉。
③堿煉中堿液的濃度和用量必須準確選擇,應根據油的酸價(加入其他酸時亦包括在內)、色澤、雜質等和加工方式,通過計算和經驗來確定,堿液濃度一般為10~30波美度,堿煉時的超堿量一般為理論值的20%~40%。
④間歇式堿煉應采用較低的溫度。設備應有二級攪拌速度。
⑤連續式堿煉可采用較高的溫度和較短的混合時間。在采用較高溫度的同時,必須避免油與空氣的接觸,以防止油的氧化。
⑥水洗作業可采用二次水洗或一次復煉和一次水洗,復煉宜用淡堿,水洗水應用軟水,水洗水量一般為油重的10%~20%,水洗溫度可為80~95℃。
⑦水洗脫水后的油的干燥應采用真空干燥,溫度一般為85~100℃,真空殘壓為4000~7000帕,干燥后的油應冷卻至70℃以下才能進入下面的作業或貯存。
⑧成品質量:
酸價間歇式≤0.4
連續式≤0.15或按要求
油中含皂間歇式<150~300毫克/千克
連續式<80毫克/千克,不再脫色可取<150毫克/千克
油中含水<0.1%~0.2%
油中含雜<0.1%~0.2%
⑨消耗指標:
蒸氣(0.2兆帕)200~250千克/噸
軟水0.4~0.6立方米/噸
冷卻水(20℃,循環使用的補充水量)1~1.5立方米/噸
電5~20千瓦·時/噸
燒堿(固體堿,含量95%)FFA含量的1.5~2倍
堿煉損耗(1.2~1.6)×韋森損耗
⑩非冷卻用水廢水排放量及其主要指標:堿煉時的非冷卻用水是植物油廠產生廢水的重要方面,應盡量減少廢水的產生和對環境的污染程度。
排放量<0.4~0.6立方米/噸
主要污染指標:
pH8~10
SS2000~5000毫克/升
COD5000~10000毫克/升
BOD8000~15000毫克/升
含油量500~1000毫克/升
5.塔式煉油法塔式煉油法又稱"澤尼斯煉油法"。該法已用于菜籽油、花生油、王米胚油和牛羊油等的堿煉,同時也適用于棉籽油的第二道堿煉。
一般的堿煉法是堿液分散在油相中和游離脂肪酸,即油包水滴(W/O)型。塔式煉油法與一般的堿煉方法有明顯區別;它是使油分散通過堿液層,堿與游離脂肪酸在堿液中進行中和,即水包油滴(O/W)型。
塔式煉油法由三個階段組成:第一階段是毛油脫膠,第二階段是脫酸,第三階段是脫色。其工藝過程如下:
6.物理精煉油脂的物理精煉即蒸餾脫酸,系根據甘油三酸酯與游離脂肪酸(在真空條件下)揮發度差異顯著的特點,在較高真空(殘壓600帕以下)和較高溫度下(240~260℃)進行水蒸氣蒸餾的原理,達到脫除油中游離脂肪酸和其他揮發性物質的目的。在蒸餾脫酸的同時,也伴隨有脫溶(對浸出油而言)、脫臭、脫毒(米糠油中的有機氯及一些環狀碳氫化合)。