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1.油脂干法分提的原理和意義
干法分提是一系列主要依據油脂形成晶體能力的分離工藝,也是最簡單和最經濟的分提工藝。油脂分提是基于不同類型的甘油三酸酯的熔點或在不同溫度下其互溶度不同,通過油脂冷卻結晶,以達到固—液分離分提的目的。分提過程包括三個階段:
①液體或熔化的甘油三酸酯冷卻產生晶核；
②晶體成長；
③固—液相分離、離析和提純。在油脂分提過程中預處理直接影響晶核的形成,因而非常重要。在加工過程中,冷卻條件決定了結晶核的形成、結晶體的數量和大小。冷卻效率和有序性是確保固體的獨特性能和可過濾性的決定性因素。
因此冷卻條件的選擇必須滿足油脂的冷卻和結晶的特性,使結晶出的晶體具有良好的可濾性。油脂分提有兩種不同類型的目的。一是開發(fā)、利用固體脂肪。通常采用固體比較多,飽和度高的油脂生產制造起酥油、人造奶油、代可可脂的固態(tài)脂肪；另一種是提高液態(tài)油的低溫貯藏性能。通常采用固體脂比較少,飽和度比較低的油脂,在低溫下分級結晶,然后把結晶出的固體脂從液態(tài)油中分離出來,以生產色拉油。所以,油脂分提是充分利用油脂資源的重要途徑。
2.油脂干法分提設備
油脂干法分提可用于如氫化魚油、大豆油、牛脂、棕櫚仁油、棉籽油、豬油等各種原料的分提,干法分提操作的關鍵是分離條件的選擇。在最近20年,由于氣密膜過濾機的出現,干法工藝的選擇性大大提高。采用膜過濾機硬脂餅中液體油的百分含量可降低到15%～20%。干法分提工藝的核心部分無疑是結晶部分,如果結晶成功,分離就容易。所以,結晶器的設計顯得尤為重要,對于不同類型的結晶器,都應具有自己的冷卻交換表面,冷卻體系和攪拌結構特征。
結晶條件中冷卻速率、過冷程度、結晶時間和終溫等都是非常重要的參數。例如,快速冷卻將促進不穩(wěn)定多晶型物的結晶,可能形成晶束,導致結晶的互溶性和選擇性差,在此情況下,膜過濾機的使用是分提的最重要方面。而較低的冷卻速率將有利于最穩(wěn)定多晶型的晶體形成,這種多晶型物具有低互溶性和較好結晶選擇性的特點。優(yōu)質的晶體無論采用什么分離設備均容易過濾。
對于半固脂(softstearins)可使用真空過濾機(綢帶過濾機或轉鼓真空過濾機)。現在分提工廠多偏向使用裝有密封膜的自動過濾機,該過濾機的優(yōu)點是在利用氣體或液體進行每一個過濾循環(huán)時,餅粕施壓后產生的液體百分含量高,但不具備真空過濾機連續(xù)操作的優(yōu)點。
根據從硬脂餅中去除油酸酯的壓力需要,使用的密封膜過濾機有兩種:氣壓過濾機(低壓014～110MPa)和液壓過濾機(高壓115～510MPa)。氣壓過濾機具有成本低,投資少的優(yōu)點,一般情況下,如果結晶在良好條件下進行可完全滿足；而液壓過濾機總是用于專用油脂。最近發(fā)明了一種Westafalis分離機,其中專門為干法分提應用設計的噴嘴離心機取得了專利。因為分離機的有效壓力高于過濾機,與同產量的壓濾機相比,分離機的尺寸要小得多,操作為全連續(xù),且硬脂由噴嘴排出。生產量界于膜式過濾機和綢帶過濾機之間。該分離機的問世,給油脂分提帶來了新的開端。在分提油酸甘油酯或優(yōu)質油酸甘油酯的操作中,過冷程度最為重要。液相在油的熔點以下長時間不產生晶體時,可引入晶種促使這些晶體的生長,以提高過濾質量和產量。
3.干法分提工藝的應用
3.1棕櫚油
棕櫚油的分提是干法分提的主要應用對象。并由原來的單級分提發(fā)展到多級干法分提。多級干法分提棕櫚油的工藝流程見圖1,該工藝主要用于生產高碘值的油酸甘油酯(olein)和少量油酸甘油酯的棕櫚中間部分(見表1)。單級分提可生產油酸甘油酯和硬脂(hardstearin)。兩級分提可生產碘值64～66的優(yōu)質油酸甘油酯(superolein),該產品云點低(3～4℃)，若在大豆油中加入30%～35%,可通過色拉油冷凍試驗(0℃、515h)。三級分提可生產碘值70～72，云點在-1℃以下的頂級油酸甘油酯(topolein),能在冰箱溫度下保持澄清透明,可100%作色拉油或色拉油調味料。
分出的硬脂可用于肥皂工業(yè),也可以制造人造奶油或在酯交換工序中(0反式酸產品)作原料油或軟油添加劑,它也可再分提成優(yōu)質硬脂(super2stearin),作為氫化產品的替代品和用于生產起酥油的半固脂(softstearin)。
軟棕櫚脂的中間成分是用于生產起酥油、人造奶油或涂抹油的優(yōu)質原料油,經再分提可生產硬棕櫚脂中間組分。該組分具有類可可脂的特性,具有明顯的熔點范圍(25～35℃)。棕櫚油的特點是呈紅色,主要是胡蘿卜素含量高,工業(yè)脫酸低溫脫臭后,可生產含β2胡蘿卜素的紅色棕櫚油。經分提后產生固體和紅色液體兩個組分,液體組分中色素濃度高,三次分提的頂級油酸甘油酯中β2胡蘿卜素含量高于二次分提的油脂。這些產品因其冷穩(wěn)定性和氧化性可作為富含維生素E的色拉油或在低溫使用的煎炸油,該產品具有防止細胞衰老和預防癌癥的功效,營養(yǎng)價值很高。
3.2無水乳脂
乳脂具有最完全的三酰甘油組成。無水乳脂采用二級或三級分提工藝,其分離效果取決于乳脂的硬度、季節(jié)、動物品種和動物喂養(yǎng)飼料等。三次分提操作(見圖2,表2)可生產不同級別的硬脂的油酸酯,滴點在45℃(硬脂)到6℃(頂級油酸酯)。三次分提中產生的每一種組分各具有熔點范圍。硬脂可用于糕點、餅干制作或加入面包、奶油蛋卷粉團中,也可用作糖果的添加劑、印度酥油產品的基料,在熱帶國家可用于硬奶油的重組(reconstitution)或作為涂抹奶油的代用品。
3.3牛脂
牛脂在組成上與棕櫚油有些相似。可采用一、二和三級分提工藝,其產品為優(yōu)質硬脂(滴點54℃)和頂級油酸酯(云點-1℃)。工藝見圖3,產品特性見表3。分提產品可用于硬起酥油、無氫化餐桌油和松餅—糕餅人造奶油或作為煎炸起酥油及色拉油的配料。
3.4家禽油
家禽油的脂肪酸組成代表著雞、鴨、鵝等重要營養(yǎng)特性,這些特性為飽和三酰甘油的含量低,而不飽和脂肪酸甘油酯含量高,例如,雞脂具有形成晶體的天然特性,該晶體容易用膜過濾機分離。通過簡單地改變終端結晶溫度,可獲得各種產品(見表4),在10℃過濾可獲得硬脂(滴點45℃),在0℃過濾可得富含不飽和脂肪酸的油酸酯(olein)。
3.5魚油
粗魚油中二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)的含量可簡單通過干法分提來提高。低溫分離可產生油酸酯,其特點是多不飽和脂肪酸含量增加,可通過515h冷凍試驗。在干法分提分離這些不穩(wěn)定油脂時,主要問題是油脂在膜過濾機等敞開裝置中易發(fā)生聚合作用。但在噴嘴離心機密封裝置中聚合作用明顯降低。使用噴嘴離心機的另一優(yōu)點是離心機現場清理容易,在冷卻室外安裝,不影響分離效果。基于此,噴嘴離心機分離將成為分離富含n23脂肪酸魚油的一種最理想的方法。
4.結束語
干法分提是最簡單和最經濟的油脂分提結晶工藝,不需要化學試劑,無廢水,無損耗。隨著冷凍結晶技術和分離設備的不斷發(fā)展,干法分提工藝在油脂工業(yè)中將變得越來越重要,應用領域越來越廣泛,尤其是新的過濾設備、離心機和結晶分提裝置的誕生,給干法分提帶來了更大的希望,干法分提工藝的優(yōu)越性將更為明顯。
