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酯交換是在催化劑作用下脂肪酸在甘油三酯上的位置發(fā)生變化(重排),從而改變油脂的熔點和結(jié)晶特性。氫化和酯交換都是在催化劑作用下脂肪酸組成發(fā)生不可逆的化學(xué)變化,這兩種改性方法總伴隨有不良的副反應(yīng):異構(gòu)化、隨機化、部分水解、催化劑的金屬污染。因此,化學(xué)改性方法需要經(jīng)精煉后油脂才可食用。油脂分提是根據(jù)油脂中不同脂肪酸甘油三酯熔點差異,通過冷卻使高熔點組分產(chǎn)生結(jié)晶,經(jīng)過濾或離心分離得到熔點不同的組分。
分提是完全基于熱力學(xué)的完全可逆的物理改性方法,將某種油脂分提成兩種或多種組分,各組分分具不同用途。
油脂分提結(jié)晶技術(shù)始于20世紀(jì)初,應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的方法有3種:表面活性劑分提、溶劑分提、干法分提。油脂分提工藝經(jīng)近百年的發(fā)展,特別是20世紀(jì)70年代中葉棕櫚油產(chǎn)量的迅猛增加,有力地推動了分提工藝的發(fā)展。目前已有2000t/d工業(yè)分提設(shè)備,全世界油產(chǎn)量的10%是通過分提所得。
1油脂分提工藝的歷史
在分提技術(shù)出現(xiàn)前,利用在寒冷天氣油脂中的固脂沉降,將上層液油與下層固脂分開,這種用自然沉降法分離出的固脂含有高達(dá)75%的液油?，F(xiàn)在采用分提工藝將油脂分提成具有多種用途的分提產(chǎn)品,以適應(yīng)不同的需要。
1.1表面活性劑分提
20世紀(jì)初,采用表面活性劑添加到已結(jié)晶的油中改善液油與固脂的方法取得專利。20世紀(jì)50年代,表面活性劑分提工藝有小規(guī)模用于棕櫚油、棕櫚仁油、脂肪酸等的分提,液油與固脂采用碟式離心機來提高分離效率。Alfa-Laval公司的LIPOFRAC工藝使表面活性劑分提工藝得到進(jìn)一步的發(fā)展。
1.2干法分提
盡管分提工藝并非首先應(yīng)用于棕櫚油,但棕櫚油采用干法分提卻是最經(jīng)濟的。20世紀(jì)50年代,轉(zhuǎn)鼓式真空過濾機用于棕櫚油的干法分提,棕櫚液油的得率達(dá)60%～65%(棕櫚液油碘值比棕櫚油增加4～5)。同一時期,用LIPOFRAC表面活性劑工藝棕櫚液油得率達(dá)75%～80%。因而干法分提工藝較低的液油得率不能令人滿意,另一方面,采用表面活性劑工藝成本高,且產(chǎn)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(chǎn)。
1.3溶劑分提
20世紀(jì)50年代,采用溶劑分提法來生產(chǎn)熔點與可可脂相似的產(chǎn)品,如棕櫚油用溶劑法分提棕櫚油中間組分(PMF),PMF用作生產(chǎn)類可可脂CBE(CocoaButterEquivalent)的原料。溶劑分提的特點是分提效率高,固脂組分質(zhì)量好。但它的投資成本大、生產(chǎn)費用高,用作溶劑的己烷、丙酮、異丙醇易燃性要求車間設(shè)計、生產(chǎn)時提供額外的安全保障。因此,溶劑分提僅用于生產(chǎn)附加值較高的產(chǎn)品,典型的例子是棕櫚油分提PMF作CBE的原料,牛油樹脂富含1,3-單不飽和脂肪酸甘油三酯分提組分作CBE的原料。
2分提工藝的發(fā)展
20世紀(jì)70年代中葉,馬來西亞、印度尼西亞棕櫚油產(chǎn)量迅猛增加,對分提工藝的發(fā)展具有重要的影響。此前分提工藝應(yīng)用規(guī)模很小,僅用于棕櫚油、氫化大豆油、牛脂、豬脂等的分提。由于東南亞國家棕櫚油產(chǎn)量的大幅增加,而市場對棕櫚液油的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于棕櫚油,因此分提工藝得到很快的發(fā)展。相繼出現(xiàn)的連續(xù)帶式真空過濾機、隔膜壓濾機對油脂分提工藝產(chǎn)生了重要的影響。
2.1Florentine連續(xù)帶式真空過濾機(見圖1)
由Tirtiaux公司制造的Florentine連續(xù)帶式真空過濾機是轉(zhuǎn)鼓式真空過濾機的改良型式,它采用一條臥式穿孔的不銹鋼帶,帶的下方施用真空抽吸,該裝置先由第一過濾段來的濾液進(jìn)行循環(huán),以保證在一種預(yù)涂的濾餅上過濾,即使油的黏度很高,孔帶上的粗篩眼和所得到的大粒晶體也可用低真空過濾。
Florentine過濾機的出現(xiàn)使得干法分提工藝生產(chǎn)大規(guī)模、高質(zhì)量的產(chǎn)品成為現(xiàn)實。該過濾機用于棕櫚油的干法分提,棕櫚液油得率可達(dá)70%(棕櫚液油碘值比棕櫚油增加4～5),干法分提工藝比表面活性劑分提工藝具有一定的競爭力。
2.2隔膜壓濾機(見圖2)
盡管采用Florentine過濾機棕櫚液油的得率有所增加,但與LIPOFRAC表面活性劑分提工藝相比仍有差距,在真空過濾不能有效提高棕櫚液油得率的情況下,人們探尋使用壓力擠壓固脂回收其夾帶的液油。1984年隔膜壓濾機被成功地應(yīng)用于棕櫚油干法分提工藝中,棕櫚液油的得率增加到80%(碘值增加5),經(jīng)兩級或多級分提,可得到高碘值的棕櫚液油、高硬度的棕櫚硬脂、高質(zhì)量的PMF。
隔膜壓濾機的工作壓力最大可達(dá)3MPa,特殊的可達(dá)5MPa。隔膜壓濾機同樣適用于棕櫚仁油、牛油樹脂、牛脂、豬脂、魚油、乳脂等。以往用溶劑分提才能得到的產(chǎn)品用干法分提同樣可以得到,隔膜壓濾機的應(yīng)用使干法分提工藝更具競爭力。
2.3冷卻結(jié)晶裝置與控制冷卻技術(shù)的發(fā)展
油脂固、液分離技術(shù)取得進(jìn)展的同時,結(jié)晶設(shè)備與控制冷卻技術(shù)也得到發(fā)展。在市場中頗有影響的Tirtiaux、DeSmet、Oiltek等干法分提裝置雖各具特色,但結(jié)晶器攪拌、冷卻方式基本相同,要求結(jié)晶形成大的球形的、均勻穩(wěn)定的、抗機械應(yīng)力強的晶粒,結(jié)晶器總的特點有:大的冷卻面積、高的傳熱系數(shù)[k=150～170W/(m2·℃)]、攪拌勻稱、變頻調(diào)速。
在控制冷卻技術(shù)方面,根據(jù)原料的特點和產(chǎn)品要求,通過選擇結(jié)晶條件和分離溫度,PLC控制冷卻速率。通常油按照預(yù)定的冷卻水溫度曲線進(jìn)行冷卻,或根據(jù)油和冷卻循環(huán)水溫差曲線進(jìn)行冷卻,以形成合適的晶種并控制其成長,為過濾提供良好的條件。
3分提工藝的應(yīng)用
隨著冷卻結(jié)晶、過濾技術(shù)的發(fā)展,干法分提工藝被廣泛應(yīng)用于多種油脂的加工。通過選擇結(jié)晶條件、分離溫度,采用不同路線可得到多種不同的分提產(chǎn)品,最為典型的是棕櫚油經(jīng)干法分提可以得到高碘值的油酸甘油酯、高硬度的硬脂、高質(zhì)量的PMF(見圖3)。
4結(jié)論
近年來,我國上海嘉里糧油、東莞新亞、張家港東海糧油、秦皇島金海糧油和BELLCITY等企業(yè)先后從國外引進(jìn)多條干法分提生產(chǎn)線,用于氫化大豆油、棕櫚油、豬脂等的分提,分提產(chǎn)品中液油用作烹調(diào)油、調(diào)和油,中間組分用于制作類可可脂(CBE)、代可可脂(CBR),硬脂用作起穌油、人造奶油等的原料油。由于干法分提為物理改性過程,生產(chǎn)中無反式酸生成、無催化劑污染,近年來國內(nèi)外對反式異構(gòu)體的質(zhì)疑,國外已對食品中反式異構(gòu)體的含量進(jìn)行限制。因而,干法分提工藝的應(yīng)用前景廣闊。目前在干法分提工藝中還存在一些不足之處,如非連續(xù)生產(chǎn)、膜的污染與壽命等,預(yù)計在不久的將來,這些問題將得到改進(jìn),干法分提工藝將會得到更進(jìn)一步的完善。
