毛油中發生水化作用的磷脂膠團具有混合雙分子層的結構,該結構的穩定程度以及水化膠團的絮凝狀況決定了分離效果和水化油腳的含量油,因此,掌握水化和絮凝過程中的影響因素,對獲得水化脫膠的最佳工藝效果至關重要。
1、加水量
水是磷脂水化的必要條件,它在脫膠過程中的主要作用是:潤濕磷脂分子,使卵磷脂由內鹽式轉變成水化式;使磷脂發生水化作用,改變凝聚臨界溫度;使其他親水膠質吸水改變極化度;促使膠粒凝聚或絮凝。
水化操作中,適量的水才能形成穩定的水化混合雙分子層結構、膠粒才能絮凝良好。水量不足,磷脂水化不完全,膠粒絮凝不好;水量過多,則有可能形成局部的水/油或油/水乳化現象,難以分離。
水化加水量通常與膠質含量和操作溫度有一定的關系。操作溫度高時,膠體質點布朗運動劇烈,誘導極化度大,故凝聚需要的水量大;反之,需要的水量少。
工業生產中,不同的水化脫膠工藝,其如水量(W)粗油膠質含量(X)一般有如下關系:
低溫水化(20~30℃) W=(0.5~1)X;
中溫水化(60~65℃) W=(2~3)X;
高溫水化(85~95℃) W=(3~3.5)X;
具體操作中,適宜的加水量可通過下列小樣試驗來確定。
2、操作溫度
毛油中膠體分散相在外界條件影響下,開始凝聚時的溫度,稱之為膠體分散相的凝聚臨界溫度。臨界溫度與分散相質點粒度有關,質點粒度越大,質點吸引圈也越大,因此,凝聚臨界溫度也就越高。又如前節水化脫膠原理所述,毛油中膠體分散相的質點粒度,是隨水化程度的加深而增大的。因此,膠體分散相吸水越多,凝聚臨界溫度也就越高。水化脫膠操作溫度,一般與臨界溫度相對應(為了有利于絮凝,一般都是稍高于臨界溫度)。這樣,脫膠加水量便成了操作溫度的函數,即脫膠操作溫度高,加水量大,反之則小。
毛油膠粒凝聚的過程是可逆的,已凝聚的膠質可在高于凝聚臨界溫度下重新分散。因此,根據水化作用情況,合理調整操作溫度尤為重要。工業生產中往往是先確定工藝操作溫度,然后根據油中膠質含量計算加水,最后再根據分散相水化凝聚情況,調整操作的最終溫度。但終溫要嚴格控制在水的沸點以下。
3、混合強度與作用時間
水化脫膠過程中,油相與水相只是在相界面上進行水化作用。對于這種非均態的作用,為了獲得足夠的接觸界面,除了注意加水時噴灑均勻外,往往要借助于機械混合。混合時,要求使物料既能產生足夠的分散度,又不使其形成穩定的油/水或水/油乳化狀態。特別是當膠質含量大,操作溫度低的時候尤應注意。因為低溫下膠質水化速度慢,過分激烈的攪拌,會使較快完成水化的那部分膠體質點,有可能在多量水的情況下形成油/水乳化,以致給分離操作帶來困難。連續式水化脫膠的混合時間短,混合強度可以適當高些。間歇式水化脫膠的混合強度須密切配合水化操作,添加水時,混合強度一般要高些,攪拌速度以60~70r/min為宜,隨著水化程度的加深,混合強度應逐漸降低,到水化結束階段,攪拌速度則應控制在30 r/min以下,以使膠粒絮凝良好,有利于分離。
水化脫膠過程中,由于水化作用發生在相界面上,加之膠體分散相各組分性質上的差異,因此,膠質從開始潤濕到完成水化,需要一定的時間,除由小樣試驗確定外,還可由操作經驗加以判斷。在加水量與操作溫度相應的情況下,如果分離時,重相只見乳濁水或分離出的油腳呈稀松顆粒狀、色黃并拌有明水、脫膠油280℃加熱試驗不合格時,即表明水化作用時間不足,反之,當分離出的油腳呈褐色粘膠時,則表明水化時間適宜。
水化脫膠過程包括水化膠粒的絮凝,因此,當粗油膠體分散相含量較少時,為了使膠粒絮凝良好,應該適當的延長作用時間。
4、電解質
油中的膠體分散相,除了親水的磷脂外,由于油料成熟度差、儲藏期品質的劣變、生長土質以及加工條件等因素的影響,有時尚含有一部分非親水的磷脂(β-磷脂、鈣鎂復鹽式磷脂、溶血磷脂、N-酰基腦磷脂等),以及蛋白質降解產物(膘、胨)的復雜結合物,個別油品尚含有由單糖基和糖酸組成的粘液質。這些物質有的因其結構的對稱性而不親水,有的則因水合作用,顆粒表面易為水膜所包圍(水包分子)而增大電斥性,因此,在水化脫膠中不易被凝聚。對于這類膠體分散相,可根據膠體水合、凝聚的原理,通過添加食鹽或明礬、硅酸鈉、磷酸、檸檬酸、酸酐、磷酸三鈉、氫氧化鈉等電解質稀溶液改變水合度、促使凝聚。
電解質在脫膠過程中的主要作用是:
⑴ 中和膠體分散相質點的表面電荷,消除(或降低)質點的ξ電位或水合度,促使膠體質點凝聚。
⑵ 磷酸和檸檬酸等促使鈣鎂復鹽式磷脂、N-酰基腦磷脂和對稱式結構(β-)磷脂轉變成親水性磷脂。
⑶ 明礬水解出的氫氧化鋁以及生成的脂肪酸鋁具有較強的吸附能力,除能包絡膠體質點外,還可吸附油中色素等雜質。
⑷ 磷酸、檸檬酸螯合、鈍化并脫除與膠體分散相結合在一起的微量金屬離子,有利于精煉油氣味、滋味和氧化穩定性的提高。
⑸ 促使膠粒絮凝緊密,降低絮團含油量,加速沉降速度,提高水化得率與生產率。
水化脫膠時,電解質的選用須根據毛油品質、脫膠油的質量、水化工藝或水化操作情況來確定。對于一般食用的脫膠油,只是當普通水水化脫不凈膠質、膠粒絮凝不好或操作中發生乳化現象時,才添加電解質。如果選用食鹽或磷酸三鈉,其量約為油重的0.2%~0.3%(解除乳化現象不在此列);若選用明礬和食鹽,其量則各占油重的0.05%。當脫膠作為精制油的前道精煉工序時,則需按油重的0.05%~0.2%添加磷酸(濃度為85%)調質,以保證脫膠效果和后續工序的處理質量,見表6-6。
表6-6 磷酸調質處理對堿煉油品質的影響
項目
油品 磷酸(85%)添加量(%) 磷脂含量(%) 含皂量(ppm)
粗油 水洗后 水洗前 水洗后
菜籽油 - 0.63 0.20 2300 1000
菜籽油 0.20 0.63 0.005 1300 30
花生油 - 0.84 0.14 1100 260
花生油 0.10 0.84 0.006 480 20
豆油 - 1.10 0.32 2700 1600
豆油 0.20 1.10 0.006 800 60
葵花籽油 - 0.57 0.15 2000 310
葵花籽油 0.20 0.57 0.011 1100 80
棉籽油 - 0.70 0.30 5000 2100
棉籽油 0.20 0.70 0.012 1100 110
5、其他因素
精煉油設備廠家告訴你:在水化脫膠過程中,油中膠體分散相的均布程度影響脫膠效果的穩定。因此,水化前粗油一定要充分攪拌,使膠體分散相分布均勻。水化時添加水的溫度對脫膠效果也有影響,當水溫與油溫相差懸殊時,會形成稀松的絮團,甚至產生局部乳化,以致影響水化油得率,因此通常水溫應與油溫相等或略高于油溫。此外,進油流量、沉降分離溫度也影響脫膠效果,操作中需要注意。
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