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油脂在高溫下的副反應(yīng)及其控制

來(lái)源:環(huán)球糧機(jī)網(wǎng)發(fā)布時(shí)間:2015-04-29 21:56:04

隨著新材料、新設(shè)備及新技術(shù)的不斷引入,油脂精煉技術(shù)發(fā)生了深刻的變化,從原來(lái)的低溫低真空間歇式生產(chǎn),發(fā)展至今天的高溫高真空連續(xù)生產(chǎn)。在高溫高真空下不僅可以去除油脂的不良?xì)馕?同時(shí)在高真空及直接蒸汽的作用下,還可以去除殘留的農(nóng)藥等有害成分,降低油的顏色。但是,高溫高真空也帶來(lái)了不利的一面。如果油脂在高溫下控制不當(dāng)也可能產(chǎn)生對(duì)健康不利的成分。本文就從這個(gè)角度出發(fā),論述油脂在高溫高真空脫臭條件下可能發(fā)生的副反應(yīng),以便使我們?cè)诮窈蟮墓ぷ髦心軗P(yáng)長(zhǎng)避短,使高溫高真空脫臭技術(shù)得到更好的推廣應(yīng)用。
  
  1、高溫下油脂可能發(fā)生的副反應(yīng)
  
  1.1酯交換作用
  
  早在20年代,有人將三硬脂酸甘油酯和大豆油混合后在250e真空條件下加熱5h,結(jié)果它的熔點(diǎn)比剛混合時(shí)的熔點(diǎn)降低了。在270e將氫化棉籽油和可可脂混合后加熱超過(guò)22h也有類似的現(xiàn)象。人們僅通過(guò)加熱作用可以把雙脂肪酸甘油酯變成一種有三甘酯的混合物,雖然這和我們常規(guī)的脫臭(酸)條件完全不同,但是有理由使大家相信,高溫條件下酯交換是能夠發(fā)生的。
  
  人們對(duì)工業(yè)化的精煉生產(chǎn)過(guò)程中有關(guān)酯交換的情況還沒(méi)有進(jìn)行過(guò)研究。但有的科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室作了模擬正常生產(chǎn)研究工作。他們將部分氫化的葵花籽油(碘值為68)和沒(méi)有氫化的葵花籽油(碘值為139)混合,在220e,600Pa壓力下,通蒸汽脫臭,5h后,發(fā)現(xiàn)脫臭前后油的物理性質(zhì)發(fā)生了變化,這表現(xiàn)在膨脹特性和比熱上。雜質(zhì)的存在,如堿、皂、漂土、無(wú)機(jī)酸(H2SO4,HCl)、金屬氧化物等會(huì)明顯加快酯交換的速度。
  
  在大多數(shù)情況下,脫臭條件下酯交換反應(yīng)對(duì)精煉油的特性并沒(méi)有影響,因此大家的認(rèn)識(shí)也較少。相反,如果人們對(duì)脂肪的溶解特性提出特殊要求,如可可脂或代可可脂,那么就應(yīng)該盡量減少油中雜質(zhì),選擇合適的較低的脫臭溫度,避免酯交換反應(yīng)發(fā)生。
  
  1.2不飽和脂肪酸的異構(gòu)化
  
  在60年代,有人在做大豆油的冷穩(wěn)定試驗(yàn)中觀察到,在4e時(shí)出現(xiàn)霧狀或絮狀物并不一定就是蠟或混入的固體脂。完全精煉的大豆油在冰箱中會(huì)出現(xiàn)絮狀物,而只經(jīng)過(guò)脫色而沒(méi)有脫臭的大豆油則在冰箱中保持清亮??梢酝茰y(cè)這是油酸變成反油酸的異構(gòu)化所致。油酸的熔點(diǎn)為35.2e,反油酸熔點(diǎn)為58.5e,因而大豆油在低溫下會(huì)混濁,大豆油中的反油酸可以用紅外光譜檢測(cè)到,因?yàn)樵谔烊挥椭幸话悴淮嬖诜词剿峤Y(jié)構(gòu)。70年代,科學(xué)家Ackan用氣相色譜在對(duì)精煉菜籽油的脂肪酸組成進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn)下列成分:

  
  可以毫無(wú)疑問(wèn)地說(shuō)明,這是來(lái)自于亞油酸和亞麻酸的異構(gòu)體。所有這些異構(gòu)體只出現(xiàn)在脫臭菜籽油中,而在只通過(guò)脫膠和脫色過(guò)程的菜籽油中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。在230e的條件下脫臭4h,亞油酸異構(gòu)體含量不會(huì)超過(guò)0.8%,而亞麻酸幾乎一半將變成異構(gòu)體,開(kāi)始時(shí)油中亞油酸和亞麻酸含量分別為20.5%和9%。對(duì)大豆油的研究也表明,異構(gòu)體只出現(xiàn)在脫臭油中。研究表明,異構(gòu)化作用隨時(shí)間和溫度而上升。在恒定的時(shí)間下,溫度對(duì)異構(gòu)化作用的大小與油的品種、質(zhì)量,特別是脫臭塔的設(shè)計(jì)、制造材料等有關(guān)。
  
  表1是用Lurgi公司半連續(xù)不銹鋼脫臭塔對(duì)大豆油研究得到的結(jié)果。

      將大豆油加熱到240e,通蒸汽100min(試驗(yàn)A),在產(chǎn)品中測(cè)出含有1.1%的亞麻酸反式異構(gòu)體。在試驗(yàn)B中,溫度升高至270e,測(cè)出亞麻酸反式異構(gòu)體達(dá)到1.6%。用容量為80kg的實(shí)驗(yàn)室不銹鋼中試設(shè)備對(duì)葵花籽油的研究結(jié)果表明,在190e、5h的脫臭中反式酸含量在0.5%以下,其他條件下的試驗(yàn)情況如圖1。

  
  棕櫚油由于只含有微量的不飽和酸,只有在270e時(shí)才能測(cè)得其反式酸含量。I.M.Jauwad等研究了非正常脫臭條件下油脂的變化,即當(dāng)調(diào)節(jié)裝置失靈或人為因素造成脫臭時(shí)間或溫度超過(guò)了工藝要求所發(fā)生的化學(xué)和物理變化。研究是在溫度300e、10h范圍內(nèi)進(jìn)行的。結(jié)果表明,在260e以下反式酸含量呈線性逐步增加,在260e以上時(shí)突然增加很快,超過(guò)280e則共軛酸大量產(chǎn)生,同時(shí)油脂的聚合作用也加強(qiáng)了。
  
  1.3脫臭過(guò)程中聚合物的形成
  
  脫臭或蒸餾脫酸過(guò)程中對(duì)油脂的加熱作用不僅可以形成反式酸,而且可以發(fā)生甘三酯內(nèi)部脂肪酸分子之間或者多個(gè)甘三酯分子之間的聚合作用。這可以進(jìn)一步看成是油脂經(jīng)過(guò)了熱處理的標(biāo)志。在基本無(wú)氧的真空脫臭條件下,一般產(chǎn)生二聚酸較多。
  
  由表1在試驗(yàn)A中240e的情況下聚合物含量沒(méi)有明顯升高。在試驗(yàn)B中270e的情況下則形成有1.5%的聚合物,有明顯的升高。同樣對(duì)葵花籽油的中試系列研究如圖2所示。

  
  2、生育酚的損失
  
  生育酚(VE)為天然抗氧化劑,廣泛存在于油脂中,可以阻止氧氣、光、熱、重金屬等對(duì)油脂的作用,從而達(dá)到保護(hù)油脂不使其變質(zhì)的目的。然而正是由于它的性質(zhì)比較活潑,因此,在精煉過(guò)程中的每一工序都會(huì)導(dǎo)致生育酚含量的下降。

  
  圖3和表2分別表示了在30min時(shí)間下,和280e下生育酚含量的變化。從表2可知,如果大豆油脫臭時(shí)間控制在30min,溫度為280e時(shí)要損失4511%的生育酚,而在1h時(shí),要損失64.5%。若在280e脫臭時(shí)間延長(zhǎng)到2h,83.7%的生育酚要損失掉。

  
  3、結(jié)論
  
  綜上所述,高溫對(duì)油脂的處理,不僅有其有利的一面,同時(shí)也有其不利的一面。特別是高溫下長(zhǎng)時(shí)間的加熱不僅可以產(chǎn)生一些對(duì)人體健康不利的物質(zhì),而且還會(huì)損失油脂中的有用成分。在高溫下進(jìn)行脫臭,溫度隨設(shè)備的類型、油脂的種類以及成品的要求不同而變化。例如椰子油由于它非常低的相對(duì)分子質(zhì)量,加熱極少超過(guò)240e。
  
  另一方面,當(dāng)加工棕櫚油則在275e下脫臭;大豆油和其他油通常在240e或稍低的溫度下加工。因此,針對(duì)我國(guó)國(guó)情及技術(shù)水平現(xiàn)狀,合理選擇蒸餾脫酸、脫臭的溫度和時(shí)間,對(duì)減少和控制副反應(yīng)的發(fā)生,節(jié)約能源都是很重要的。
 

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