毛油中發(fā)生水化作用的磷脂膠團(tuán)具有混合雙分子層的結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定程度以及水化膠團(tuán)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(guān)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(nèi)鹽式轉(zhuǎn)變成水化式;使磷脂發(fā)生水化作用,改變凝聚臨界溫度;使其他親水膠質(zhì)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(wěn)定的水化混合雙分子層結(jié)構(gòu)、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(xiàn)象,難以分離。
水化加水量通常與膠質(zhì)含量和操作溫度有一定的關(guān)系。操作溫度高時,膠體質(zhì)點(diǎn)布朗運(yùn)動劇烈,誘導(dǎo)極化度大,故凝聚需要的水量大;反之,需要的水量少。
工業(yè)生產(chǎn)中,不同的水化脫膠工藝,其如水量(W)粗油膠質(zhì)含量(X)一般有如下關(guān)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(yàn)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(zhì)點(diǎn)粒度有關(guān),質(zhì)點(diǎn)粒度越大,質(zhì)點(diǎn)吸引圈也越大,因此,凝聚臨界溫度也就越高。又如前節(jié)水化脫膠原理所述,毛油中膠體分散相的質(zhì)點(diǎn)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(yīng)(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(shù),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(zhì)可在高于凝聚臨界溫度下重新分散。因此,根據(jù)水化作用情況,合理調(diào)整操作溫度尤為重要。工業(yè)生產(chǎn)中往往是先確定工藝操作溫度,然后根據(jù)油中膠質(zhì)含量計算加水,最后再根據(jù)分散相水化凝聚情況,調(diào)整操作的最終溫度。但終溫要嚴(yán)格控制在水的沸點(diǎn)以下。
3、混合強(qiáng)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(jìn)行水化作用。對于這種非均態(tài)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(jī)械混合?;旌蠒r,要求使物料既能產(chǎn)生足夠的分散度,又不使其形成穩(wěn)定的油/水或水/油乳化狀態(tài)。特別是當(dāng)膠質(zhì)含量大,操作溫度低的時候尤應(yīng)注意。因?yàn)榈蜏叵履z質(zhì)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(zhì)點(diǎn),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(xù)式水化脫膠的混合時間短,混合強(qiáng)度可以適當(dāng)高些。間歇式水化脫膠的混合強(qiáng)度須密切配合水化操作,添加水時,混合強(qiáng)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(qiáng)度應(yīng)逐漸降低,到水化結(jié)束階段,攪拌速度則應(yīng)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(fā)生在相界面上,加之膠體分散相各組分性質(zhì)上的差異,因此,膠質(zhì)從開始潤濕到完成水化,需要一定的時間,除由小樣試驗(yàn)確定外,還可由操作經(jīng)驗(yàn)加以判斷。在加水量與操作溫度相應(yīng)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(yàn)不合格時,即表明水化作用時間不足,反之,當(dāng)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(dāng)粗油膠體分散相含量較少時,為了使膠粒絮凝良好,應(yīng)該適當(dāng)?shù)难娱L作用時間。
4、電解質(zhì)
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(zhì)的劣變、生長土質(zhì)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(fù)鹽式磷脂、溶血磷脂、N-?;X磷脂等),以及蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物(膘、胨)的復(fù)雜結(jié)合物,個別油品尚含有由單糖基和糖酸組成的粘液質(zhì)。這些物質(zhì)有的因其結(jié)構(gòu)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(jù)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(zhì)稀溶液改變水合度、促使凝聚。
電解質(zhì)在脫膠過程中的主要作用是:
?、?中和膠體分散相質(zhì)點(diǎn)的表面電荷,消除(或降低)質(zhì)點(diǎn)的ξ電位或水合度,促使膠體質(zhì)點(diǎn)凝聚。
?、?磷酸和檸檬酸等促使鈣鎂復(fù)鹽式磷脂、N-?;X磷脂和對稱式結(jié)構(gòu)(β-)磷脂轉(zhuǎn)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(qiáng)的吸附能力,除能包絡(luò)膠體質(zhì)點(diǎn)外,還可吸附油中色素等雜質(zhì)。
?、?磷酸、檸檬酸螯合、鈍化并脫除與膠體分散相結(jié)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(wěn)定性的提高。
?、?促使膠粒絮凝緊密,降低絮團(tuán)含油量,加速沉降速度,提高水化得率與生產(chǎn)率。
水化脫膠時,電解質(zhì)的選用須根據(jù)毛油品質(zhì)、脫膠油的質(zhì)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(dāng)普通水水化脫不凈膠質(zhì)、膠粒絮凝不好或操作中發(fā)生乳化現(xiàn)象時,才添加電解質(zhì)。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(xiàn)象不在此列);若選用明礬和食鹽,其量則各占油重的0.05%。當(dāng)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(diào)質(zhì),以保證脫膠效果和后續(xù)工序的處理質(zhì)量,見表6-6。
表6-6 磷酸調(diào)質(zhì)處理對堿煉油品質(zhì)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(shè)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(wěn)定。因此,水化前粗油一定要充分?jǐn)嚢?,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(dāng)水溫與油溫相差懸殊時,會形成稀松的絮團(tuán),甚至產(chǎn)生局部乳化,以致影響水化油得率,因此通常水溫應(yīng)與油溫相等或略高于油溫。此外,進(jìn)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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