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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(jù)油脂形成晶體能力的分離工藝,也是最簡(jiǎn)單和最經(jīng)濟(jì)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(diǎn)或在不同溫度下其互溶度不同,通過(guò)油脂冷卻結(jié)晶,以達(dá)到固—液分離分提的目的。分提過(guò)程包括三個(gè)階段:
?、僖后w或熔化的甘油三酸酯冷卻產(chǎn)生晶核；
?、诰w成長(zhǎng)；
?、酃?mdash;液相分離、離析和提純。在油脂分提過(guò)程中預(yù)處理直接影響晶核的形成,因而非常重要。在加工過(guò)程中,冷卻條件決定了結(jié)晶核的形成、結(jié)晶體的數(shù)量和大小。冷卻效率和有序性是確保固體的獨(dú)特性能和可過(guò)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(jié)晶的特性,使結(jié)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(kāi)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(chǎn)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(jí)結(jié)晶,然后把結(jié)晶出的固體脂從液態(tài)油中分離出來(lái),以生產(chǎn)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(shè)備
油脂干法分提可用于如氫化魚(yú)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(guān)鍵是分離條件的選擇。在最近20年,由于氣密膜過(guò)濾機(jī)的出現(xiàn),干法工藝的選擇性大大提高。采用膜過(guò)濾機(jī)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(wú)疑是結(jié)晶部分,如果結(jié)晶成功,分離就容易。所以,結(jié)晶器的設(shè)計(jì)顯得尤為重要,對(duì)于不同類型的結(jié)晶器,都應(yīng)具有自己的冷卻交換表面,冷卻體系和攪拌結(jié)構(gòu)特征。
結(jié)晶條件中冷卻速率、過(guò)冷程度、結(jié)晶時(shí)間和終溫等都是非常重要的參數(shù)。例如,快速冷卻將促進(jìn)不穩(wěn)定多晶型物的結(jié)晶,可能形成晶束,導(dǎo)致結(jié)晶的互溶性和選擇性差,在此情況下,膜過(guò)濾機(jī)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(jié)晶選擇性的特點(diǎn)。優(yōu)質(zhì)的晶體無(wú)論采用什么分離設(shè)備均容易過(guò)濾。
對(duì)于半固脂(softstearins)可使用真空過(guò)濾機(jī)(綢帶過(guò)濾機(jī)或轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī))。現(xiàn)在分提工廠多偏向使用裝有密封膜的自動(dòng)過(guò)濾機(jī),該過(guò)濾機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是在利用氣體或液體進(jìn)行每一個(gè)過(guò)濾循環(huán)時(shí),餅粕施壓后產(chǎn)生的液體百分含量高,但不具備真空過(guò)濾機(jī)連續(xù)操作的優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)從硬脂餅中去除油酸酯的壓力需要,使用的密封膜過(guò)濾機(jī)有兩種:氣壓過(guò)濾機(jī)(低壓014～110MPa)和液壓過(guò)濾機(jī)(高壓115～510MPa)。氣壓過(guò)濾機(jī)具有成本低,投資少的優(yōu)點(diǎn),一般情況下,如果結(jié)晶在良好條件下進(jìn)行可完全滿足；而液壓過(guò)濾機(jī)總是用于專用油脂。最近發(fā)明了一種Westafalis分離機(jī),其中專門(mén)為干法分提應(yīng)用設(shè)計(jì)的噴嘴離心機(jī)取得了專利。因?yàn)榉蛛x機(jī)的有效壓力高于過(guò)濾機(jī),與同產(chǎn)量的壓濾機(jī)相比,分離機(jī)的尺寸要小得多,操作為全連續(xù),且硬脂由噴嘴排出。生產(chǎn)量界于膜式過(guò)濾機(jī)和綢帶過(guò)濾機(jī)之間。該分離機(jī)的問(wèn)世,給油脂分提帶來(lái)了新的開(kāi)端。在分提油酸甘油酯或優(yōu)質(zhì)油酸甘油酯的操作中,過(guò)冷程度最為重要。液相在油的熔點(diǎn)以下長(zhǎng)時(shí)間不產(chǎn)生晶體時(shí),可引入晶種促使這些晶體的生長(zhǎng),以提高過(guò)濾質(zhì)量和產(chǎn)量。
3.干法分提工藝的應(yīng)用
3.1棕櫚油
棕櫚油的分提是干法分提的主要應(yīng)用對(duì)象。并由原來(lái)的單級(jí)分提發(fā)展到多級(jí)干法分提。多級(jí)干法分提棕櫚油的工藝流程見(jiàn)圖1,該工藝主要用于生產(chǎn)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(jiàn)表1)。單級(jí)分提可生產(chǎn)油酸甘油酯和硬脂(hardstearin)。兩級(jí)分提可生產(chǎn)碘值64～66的優(yōu)質(zhì)油酸甘油酯(superolein),該產(chǎn)品云點(diǎn)低(3～4℃)，若在大豆油中加入30%～35%,可通過(guò)色拉油冷凍試驗(yàn)(0℃、515h)。三級(jí)分提可生產(chǎn)碘值70～72，云點(diǎn)在-1℃以下的頂級(jí)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(diào)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(chǎn)品)作原料油或軟油添加劑,它也可再分提成優(yōu)質(zhì)硬脂(super2stearin),作為氫化產(chǎn)品的替代品和用于生產(chǎn)起酥油的半固脂(softstearin)。
軟棕櫚脂的中間成分是用于生產(chǎn)起酥油、人造奶油或涂抹油的優(yōu)質(zhì)原料油,經(jīng)再分提可生產(chǎn)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(diǎn)范圍(25～35℃)。棕櫚油的特點(diǎn)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(chǎn)含β2胡蘿卜素的紅色棕櫚油。經(jīng)分提后產(chǎn)生固體和紅色液體兩個(gè)組分,液體組分中色素濃度高,三次分提的頂級(jí)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(chǎn)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(chǎn)品具有防止細(xì)胞衰老和預(yù)防癌癥的功效,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高。
3.2無(wú)水乳脂
乳脂具有最完全的三酰甘油組成。無(wú)水乳脂采用二級(jí)或三級(jí)分提工藝,其分離效果取決于乳脂的硬度、季節(jié)、動(dòng)物品種和動(dòng)物喂養(yǎng)飼料等。三次分提操作(見(jiàn)圖2,表2)可生產(chǎn)不同級(jí)別的硬脂的油酸酯,滴點(diǎn)在45℃(硬脂)到6℃(頂級(jí)油酸酯)。三次分提中產(chǎn)生的每一種組分各具有熔點(diǎn)范圍。硬脂可用于糕點(diǎn)、餅干制作或加入面包、奶油蛋卷粉團(tuán)中,也可用作糖果的添加劑、印度酥油產(chǎn)品的基料,在熱帶國(guó)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(jí)分提工藝,其產(chǎn)品為優(yōu)質(zhì)硬脂(滴點(diǎn)54℃)和頂級(jí)油酸酯(云點(diǎn)-1℃)。工藝見(jiàn)圖3,產(chǎn)品特性見(jiàn)表3。分提產(chǎn)品可用于硬起酥油、無(wú)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(yíng)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(guò)濾機(jī)分離。通過(guò)簡(jiǎn)單地改變終端結(jié)晶溫度,可獲得各種產(chǎn)品(見(jiàn)表4),在10℃過(guò)濾可獲得硬脂(滴點(diǎn)45℃),在0℃過(guò)濾可得富含不飽和脂肪酸的油酸酯(olein)。
3.5魚(yú)油
粗魚(yú)油中二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)的含量可簡(jiǎn)單通過(guò)干法分提來(lái)提高。低溫分離可產(chǎn)生油酸酯,其特點(diǎn)是多不飽和脂肪酸含量增加,可通過(guò)515h冷凍試驗(yàn)。在干法分提分離這些不穩(wěn)定油脂時(shí),主要問(wèn)題是油脂在膜過(guò)濾機(jī)等敞開(kāi)裝置中易發(fā)生聚合作用。但在噴嘴離心機(jī)密封裝置中聚合作用明顯降低。使用噴嘴離心機(jī)的另一優(yōu)點(diǎn)是離心機(jī)現(xiàn)場(chǎng)清理容易,在冷卻室外安裝,不影響分離效果?；诖?噴嘴離心機(jī)分離將成為分離富含n23脂肪酸魚(yú)油的一種最理想的方法。
4.結(jié)束語(yǔ)
干法分提是最簡(jiǎn)單和最經(jīng)濟(jì)的油脂分提結(jié)晶工藝,不需要化學(xué)試劑,無(wú)廢水,無(wú)損耗。隨著冷凍結(jié)晶技術(shù)和分離設(shè)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(lái)越重要,應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛,尤其是新的過(guò)濾設(shè)備、離心機(jī)和結(jié)晶分提裝置的誕生,給干法分提帶來(lái)了更大的希望,干法分提工藝的優(yōu)越性將更為明顯。
