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1棕櫚油的分提
棕櫚油甘三酯中的脂肪酸碳鏈長度各異,同時不飽和程度也不盡相同,使得棕櫚油含有相當數量的低熔點及高熔點的甘三酯。棕櫚油分提是指通過控制棕櫚油的冷卻結晶過程并進行分離,把棕櫚油分成低熔點液相(軟脂)及高熔點固相(硬脂)。分提可將棕櫚油分成三個組分:硬脂(palmstearine)、軟脂(palmolein)和中間部分(palmmidfraction)。硬脂主要是S3、β-POP、β-PPO甘三酯,中間部分主要是β-POP,軟脂主要是SU2和U3甘三酯。
分提出的硬脂熔點一般為50℃,軟脂一般為24℃左右。硬脂適用于制造人造奶油和起酥油,不會造成結晶慢、油感和后硬化現象,并且大大改善了脂肪的塑性范圍。比如,70%硬脂和30%菜籽油配合后,氧化穩定性很好,酯交換前是很好的面包用油,酯交換后則是很好的煎炸用油。軟脂是極好的煎炸油。中間部分的熔點范圍窄,且接近人體體溫,可作為可可代用脂使用。
棕櫚油分提方法常用的有三種:干法分提、溶劑分提及表面活性劑分提。這些方法的應用主要取決于所需軟脂和硬脂的某些物理性質和化學性質,其中要強調的是硬脂的性質。通過改變分提的方法和條件,可得到不同物理性質和化學性質的硬脂。同時,還可得到物理及化學性質變化范圍很小的軟脂。
2棕櫚油的分提方法
2.1干法分提
干法分提是一種最經濟的方法,是指不加入任何溶劑,將處于溶解狀態的油脂慢慢冷卻到一定程度,然后過濾分離結晶,析出固體酯的方法。干法分提可以分為三個步驟:加熱處理;用冷卻法形成晶體原子核以及讓晶體增長及成熟;用過濾把軟脂從固體中分離出來,如圖1。通常只需一次分提,而對于某些對硬脂要求比較高的工業(如糖果工業),則需要進行二次分提,如圖2。
2.1.1加熱
棕櫚油在常溫下呈半固體狀態,其飽和酸和不飽和酸各約占50%,甘三酯組成分別為GS3占8%～10%,GS2U約占48%,GSU2占35%～39%,GU3占7%～7.5%。棕櫚油這種獨特的組成決定了其特殊的結晶過程。棕櫚油在加工前通過蒸汽加熱溶解成液態,結晶前一般將棕櫚油繼續加熱到70℃左右,以破壞所有已存在的晶體。
2.1.2冷卻結晶
干法分提工藝的關鍵是冷卻結晶,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。在加工過程中,冷卻結晶條件將決定原子核結晶的開始、結晶體數量和結晶體的大小。冷卻效率和有序性是確保結晶體的獨特形成和可過濾性的決定性因素。只有這樣做才能生產出穩定、均勻及可過濾的結晶體。具體操作是在攪拌和循環水冷卻狀態下,通過設定油與冷卻水間的溫差和冷卻時間控制冷卻過程,形成晶核并慢慢長大。當達到要求溫度時(取決于希望得到的軟脂質量,一般為20℃),停止冷卻。
2.1.3過濾
控制冷卻結晶的條件固然重要,過濾設備的選擇對液體油的得率也有著極大的影響。目前工業上使用的過濾系統有以下幾種:轉鼓式過濾機、Florentine型連續帶式真空過濾機和薄膜式過濾機。在近十幾年中,薄膜式過濾機得到了廣泛的應用。因為薄膜式過濾機與Florentine型連續帶式真空過濾機及轉鼓式過濾機相比,所分提的軟脂得率較高(70%～75%),且硬脂的硬度也較大,而其它兩種過濾器所分離的軟脂得率一般僅為65%。唐萍華的實踐也證明了:以棕櫚液油為主要產品采用小而硬的Tirtiaux一級干法結晶物作為濾漿時,薄膜過濾機與Florentine型連續帶式真空過濾機相比,前者具有相當多的優點,如棕櫚軟脂得率高,過濾機操作與維修方便等。然而,當晶體小而軟時,采用薄膜過濾機就不太合適,此外,當生產一些專用油脂如類可可脂棕櫚油中熔點分提物或較高碘價的棕櫚軟脂(冷穩定性好)時,Florentine型連續帶式真空過濾機仍為最佳的選擇。
2.2溶劑法分提
溶劑分提法是指在油脂中按比例加入某一溶劑形成混合油體系,然后進行冷卻結晶、分提的一種分提方法。溶劑分提法能形成容易過濾的穩定結晶,提高分離效果,增加分離產率,縮短分離時間,提高分離產品的純度,尤其適合組成甘三酯的脂肪酸碳鏈長、并在一定范圍內粘度較大的油脂的分提。選擇溶劑主要是根據物質介電常數(極性大小)確定,兩種物質極性相似則易于溶解,即遵循相似相溶的原理。表1給出了常用分提溶劑的介電常數。
物質的介電常數越大,其極性越強。目前用于工業分提的溶劑有己烷、丙酮及異丙醇等。其中己烷對油脂的溶解度大,與其他的溶劑相比,結晶析出的溫度低,結晶的生成速度慢。而丙酮分離性能好,但低溫時對油脂的溶解力差,并且丙酮易吸水,分提過程中水份含量增加,使油脂的溶解度急劇變化,改變其分離性能,為克服此缺點,常使用丙酮—正己烷為分提溶劑。
具體方法是,先讓棕櫚油溶于溶劑,再冷卻到適宜的溫度,這時會得到較為理想的晶體。如果所要求的溫度很低,則采用鹽水冷卻。含有棕櫚油的晶體和溶劑的混合油被吸入轉鼓過濾器中,經真空吸濾將軟脂混合油和硬脂混合油分離,然后蒸餾掉溶劑以達到分離的目的。軟脂得率一般可達80%。溶劑分提分提效率高,固態脂組分質量好。然而,由于結晶溫度低以及分提過程中涉及溶劑損耗,其投資較大,生產費用高,用作溶劑的己烷,丙酮,異丙醇等具有易燃性,因此,溶劑分提僅用于生產附加值較高產品,典型例子是對棕桐油進行分提得到其中間組分用作類可可脂原料。
2.3表面活性劑法
表面活性劑分提法是指在油脂冷卻結晶后,添加表面活性劑,改善油和脂的界面張力,借脂和表面活性劑間的親和力,形成脂在表面活性劑水溶液中的懸浮液,促進脂晶離析的方法。此方法是20世紀初由FratelliLanea發明的,最初并非用于棕櫚油的分離,到了20世紀50年代,才開始小規模用于棕櫚油的分提。瑞典的Alfa-Laval公司LIPOFRAC工藝使表面活性劑分提工藝得到進一步的發展。其工藝包括冷卻結晶、表面活性劑濕潤、離心分離以及表面活性劑回收等工序。
常用的表面活性劑為十二烷基硫酸鈉,添加量一般為油量的0.2%～0.5%。為穩定O/W體系,防止分離體系乳化,還需添加1%～3%的硫酸鎂、硫酸鋁或氯化鈉等電解質。方法是,讓棕櫚毛油在結晶器中冷卻,首先是高熔點的甘油酯結晶。當溫度達到20℃左右,將含有0.5%的十二烷基硫酸鈉和硫酸鎂電解質的溶液與晶團混合,硬脂晶體被溶液潤濕后進入懸濁的水相。離心后軟脂作為輕相分離,而硬脂仍留在水相中。
隨后用熱水清洗軟脂以除去殘留的溶液,并在儲存前用真空干燥。將水相加熱到95℃～100℃,破乳回收硬脂之后,同樣用熱水洗凈,真空干燥后儲存。這種工藝軟脂的得率一般可達80%。表面活性劑法分提分離效率高,產品品質好,用途廣,適用于大規模生產。然而,采用表面活性劑工藝成本高,且產品受表面活性劑污染也不能令人滿意,在一些國家禁止表面活性劑工藝用于植物油的生產。
3結論
在這三種分提方法中,干法分提工藝的應用前景最廣闊。其具有工藝簡單,自動化控制程度高,蒸汽消耗低,產品質量好,不需用離心式分離機,不需用任何溶劑,沒有廢水產生等優點。然而,目前在干法分提工藝中還存在一些不足之處,如非連續生產,膜的污染與壽命等,所以在生產實踐過程中要注意各因素對分提工藝的影響,以便進一步完善工藝操作,改善工藝產品,降低生產消耗。
