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水蒸气法脱除大豆油脂中非水化磷脂

来源:环球粮机网发布时间:2015-08-23 11:37:01

脱胶是脱除油脂中含有胶体物质的工艺过程。磷脂脱除效果的优劣直接决定着成品油的质量指标,如脱除不净会给成品油贮存及质量造成许多不利,也影响油脂产品的进一步深加工。脱胶工艺中欲脱除的磷脂大体可分为水化磷脂与非水化磷脂,两者在性质和脱除工艺上均有一定差异。传统的脱胶方法主要是水化脱胶和简单的酸法脱胶,而国外的研究者通过膜技术研究出了膜过滤脱胶的方法,该工艺具有能耗小、提纯率高,且省去了碱炼中和等优点。近年来,微生物来源的磷脂酶可以采用发酵的方法大规模生产后,将磷脂酶应用于植物油脱胶的研究越来越深入。
  
  从磷脂酰胆碱化学结构上看,具有黏着性磷脂溶解共存状态中游离脂肪酸是亲油性物质,而其中磷酸基,氮化合物,胆碱部分则具有亲水性,加水后磷脂亲水基附着于水,与油产生比重差,这样就可使油与磷脂进行分离。对多数大豆油来说,仅采用单一水溶液脱胶的效果并不理想,应考虑到同时脱除水化磷脂和非水化磷脂。
  
  非水化磷脂是磷脂的一部分,在碱炼或水化脱胶过程中能够除去80%左右的水化磷脂,余下的主要就是非水化磷脂。Hvolbg认为,一般的油中大约有135mg/kg的磷是以非水化磷脂的形式存在的,非水化磷脂即使经过6次的水洗也不能够除去,它主要是酸与钙镁离子结合成的复盐。通过加热将H2O由液态变为饱和水蒸气,破坏了H2O分子间的氢键,由于氧原子极强的吸电子能力,使共用电子对主要绕氧原子运转,从而使氢原子核裸露在外,具有类似质子的作用具有极高的能量,攻击非水化磷脂中的金属离子,使磷脂酸与二价金属离子解离,结构通式为:
  
  同时由于冷凝作用,使水由气态又变成液态,生成的α-磷脂酸可与之结合,吸水膨胀,在油中溶解降低,凝聚的临界温度升高,而从油中析出、沉淀、除去。
  
  1材料与方法
  
  1.1原料与试剂
  
  2010年新大豆生产的毛油(磷含量为1116.7mg/kg)黑龙江龙江福粮油有限公司;钼酸氨福州会运金属表面前处理产品有限公司;85%磷酸、抗坏血酸天津市天力化学试剂有限公司。
  
  1.2仪器与设备
  
  LDR3-0.7R型蒸汽发生器温州鹿城江心服装机械公司;722型可见分光光度计上海光谱仪器有限公司;恒温水浴锅上海申生科技有限公司;DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器巩义市英峪高科仪器厂;LD4-2A低速离心机北京医用离心机厂。
  
  1.3方法
  
  先将毛油进行水化脱胶,去除水化磷脂,得到水化脱胶油,测其磷含量。再用85%磷酸进行酸脱胶,主要除去非水化磷脂,测其磷含量。同时将水化脱胶油加热进行非水化脱胶,在一定的搅拌速度条件下,通入定量的饱和蒸汽后测磷含量。
  
  2结果与分析
  
  2.1磷含量标准曲线的绘制
  
  按照GB5537—85《植物油脂检验:磷脂测定法》中的钼蓝比色法,用分光光度计在波长650nm处测定吸光度(A),以吸光度为纵坐标、磷含量为横坐标作图得到的标准曲线方程为:y=6.015x+0.0101(R2=0.9986)。
  
  2.2水化脱胶后磷含量
  
  按照常规水化脱胶方法进行,取一定大豆毛油和水放入水浴锅中加热至大约80℃,然后取8%~10%的水放入油中,在较低转速下搅拌30min后离心20min即得水化脱胶油,测其水化脱胶油磷含量为140.5mg/kg。
  
  2.3酸脱胶后磷含量
  
  先将毛油加热到80~90℃,然后与0.05%~0.20%磷酸充分混合后,滞留反应5~20min,再加入1%~5%水,剧烈混合后再分离。测其磷含量为15.8mg/kg。说明了蒸汽脱胶脱除的磷脂主要是非水化磷脂。
  
  2.4蒸汽脱胶对脱胶油磷含量的影响
  
  2.4.1压力对磷含量的影响
  
  选择条件为将油温加热至110℃、搅拌速度90r/min、通气时间40min、蒸汽量为油质量的1.5%。测磷含量结果见图1。
  
  由图1可见,随着压力的增加磷含量逐渐降低,当压力达到0.14MPa时磷含量降至最低,在0.14MPa以后,磷含量下降不明显。这是因为在较强压力、较高温度下,长时间通入水蒸汽导致磷脂酸与钙、镁离子部分解体,促使卵磷脂的内盐式转变为水化式,从而降低了非水化磷脂的含量。
  
  2.4.2油温对磷含量的影响
  
  温度是影响脱胶的关键因素,水化脱胶后将油继续加热至一定温度进行非水化脱胶。选择条件为压力0.14MPa、搅拌速度90r/min、通气时间40min、水蒸气量为油质量的2%。
  
  由图2可见,随着油温的升高磷含量逐渐下降,当温度增加到110℃,磷含量降至最低,在此温度以后,磷含量几乎没有变化。这是因为水化脱胶后将油的温度继续升高,而蒸汽温度与压力是一一对应的,当选择0.14MPa压力时对应的蒸汽温度为110℃,若油温与蒸汽温度相差过大则导致冷热交替,油水飞溅,而油中的水分含量升高,有助于非水化磷脂的形成,因此为避免这种情况发生选择110℃为最佳油温。
  
  2.4.3脱胶时间对磷含量的影响
  
  脱胶时间也是影响脱胶工艺的重要因素。时间过短,底物未充分反应,非水化磷脂不能被有效的脱除;时间过长,不利于工业化生产,从而不利于企业的经济效益。选择条件为压力0.14MPa、油温110℃、搅拌速度100r/min、水蒸气量为油质量的2.5%,测磷含量见图3。
  
  搅拌速度太快会使油脂乳化,太慢则蒸汽与油脂不能充分接触,从而不能降低磷脂酶的活性,即不能降低非水化磷脂的含量。由图4可见,当搅拌速度为90r/min时磷含量降至最低,在此搅拌速度以后,磷含量下降不明显,因此,90r/min的搅拌速度为最佳。
  
  2.4.5水蒸气量对磷含量的影响
  
  为研究水蒸气量对磷含量的影响,选择条件为压力0.14MPa、油温110℃、通气时间50min、搅拌速度90r/min

 


  由图5可见,随着水蒸气量的增加磷含量逐渐下降,当蒸汽量为油质量的2%时,磷含量最低,此后趋于平稳。这可能是因为采用直接蒸汽作用于油脂使磷脂酶失活,而磷脂酶活性是影响非水化磷脂的一个关键因素,其活性使磷脂水解成不易水化的磷脂酸。另外,当磷脂酸与钙、镁金属离子结合时就会形成非水化磷脂钙、镁复盐。因此降低了酶的活性,从而降低了非水化磷脂的含量。
 

  2.5正交试验
  
  根据单因素试验的结果,得出影响脱胶油蒸汽效果的主要因素,即蒸汽压力、水蒸气量、温度、时间、搅拌速度。选用L9(45)正交表进行正交试验,以得到最有利于去除非水化磷脂的工艺参数。因素水平见表1,正交试验结果见表2。
  

 


  从表2可以看出,A3B3C2D2E3为最佳条件,即蒸汽压力0.14MPa、水蒸气量2%、温度110℃、持续时间50min、搅拌速度90r/min。影响因素对蒸汽后磷含量影响的主次顺序为:压力>水蒸气量>温度>时间>搅拌速度。按照正交试验得出的最佳参数进行验证,脱胶油中的磷含量为17.9mg/kg。
  
  3结论
  
  3.1首先将毛油进行水化脱胶,得到水化脱胶油,测其磷含量为140.5mg/kg,利用蒸汽脱胶最佳脱胶条件为油温110℃、搅拌速度90r/min、通入压力0.14MPa的饱和水蒸气、水蒸气量为油量的2%、通气时间50min,脱胶油中的磷含量为17.9mg/kg。
  
  3.2采用饱和蒸汽脱胶的方法降低了水化脱胶油中非水化磷脂的含量,与其他方法相比,蒸汽脱胶未添加任何化学试剂、无残留问题,可为工业化生产提供理论依据。
  
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