毛油中发生水化作用的磷脂胶团具有混合双分子层的结构,该结构的稳定程度以及水化胶团的絮凝状况决定了分离效果和水化油脚的含量油,因此,掌握水化和絮凝过程中的影响因素,对获得水化脱胶的最佳工艺效果至关重要。
1、加水量
水是磷脂水化的必要条件,它在脱胶过程中的主要作用是:润湿磷脂分子,使卵磷脂由内盐式转变成水化式;使磷脂发生水化作用,改变凝聚临界温度;使其他亲水胶质吸水改变极化度;促使胶粒凝聚或絮凝。
水化操作中,适量的水才能形成稳定的水化混合双分子层结构、胶粒才能絮凝良好。水量不足,磷脂水化不完全,胶粒絮凝不好;水量过多,则有可能形成局部的水/油或油/水乳化现象,难以分离。
水化加水量通常与胶质含量和操作温度有一定的关系。操作温度高时,胶体质点布朗运动剧烈,诱导极化度大,故凝聚需要的水量大;反之,需要的水量少。
工业生产中,不同的水化脱胶工艺,其如水量(W)粗油胶质含量(X)一般有如下关系:
低温水化(20~30℃) W=(0.5~1)X;
中温水化(60~65℃) W=(2~3)X;
高温水化(85~95℃) W=(3~3.5)X;
具体操作中,适宜的加水量可通过下列小样试验来确定。
2、操作温度
毛油中胶体分散相在外界条件影响下,开始凝聚时的温度,称之为胶体分散相的凝聚临界温度。临界温度与分散相质点粒度有关,质点粒度越大,质点吸引圈也越大,因此,凝聚临界温度也就越高。又如前节水化脱胶原理所述,毛油中胶体分散相的质点粒度,是随水化程度的加深而增大的。因此,胶体分散相吸水越多,凝聚临界温度也就越高。水化脱胶操作温度,一般与临界温度相对应(为了有利于絮凝,一般都是稍高于临界温度)。这样,脱胶加水量便成了操作温度的函数,即脱胶操作温度高,加水量大,反之则小。
毛油胶粒凝聚的过程是可逆的,已凝聚的胶质可在高于凝聚临界温度下重新分散。因此,根据水化作用情况,合理调整操作温度尤为重要。工业生产中往往是先确定工艺操作温度,然后根据油中胶质含量计算加水,最后再根据分散相水化凝聚情况,调整操作的最终温度。但终温要严格控制在水的沸点以下。
3、混合强度与作用时间
水化脱胶过程中,油相与水相只是在相界面上进行水化作用。对于这种非均态的作用,为了获得足够的接触界面,除了注意加水时喷洒均匀外,往往要借助于机械混合。混合时,要求使物料既能产生足够的分散度,又不使其形成稳定的油/水或水/油乳化状态。特别是当胶质含量大,操作温度低的时候尤应注意。因为低温下胶质水化速度慢,过分激烈的搅拌,会使较快完成水化的那部分胶体质点,有可能在多量水的情况下形成油/水乳化,以致给分离操作带来困难。连续式水化脱胶的混合时间短,混合强度可以适当高些。间歇式水化脱胶的混合强度须密切配合水化操作,添加水时,混合强度一般要高些,搅拌速度以60~70r/min为宜,随着水化程度的加深,混合强度应逐渐降低,到水化结束阶段,搅拌速度则应控制在30 r/min以下,以使胶粒絮凝良好,有利于分离。
水化脱胶过程中,由于水化作用发生在相界面上,加之胶体分散相各组分性质上的差异,因此,胶质从开始润湿到完成水化,需要一定的时间,除由小样试验确定外,还可由操作经验加以判断。在加水量与操作温度相应的情况下,如果分离时,重相只见乳浊水或分离出的油脚呈稀松颗粒状、色黄并拌有明水、脱胶油280℃加热试验不合格时,即表明水化作用时间不足,反之,当分离出的油脚呈褐色粘胶时,则表明水化时间适宜。
水化脱胶过程包括水化胶粒的絮凝,因此,当粗油胶体分散相含量较少时,为了使胶粒絮凝良好,应该适当的延长作用时间。
4、电解质
油中的胶体分散相,除了亲水的磷脂外,由于油料成熟度差、储藏期品质的劣变、生长土质以及加工条件等因素的影响,有时尚含有一部分非亲水的磷脂(β-磷脂、钙镁复盐式磷脂、溶血磷脂、N-酰基脑磷脂等),以及蛋白质降解产物(膘、胨)的复杂结合物,个别油品尚含有由单糖基和糖酸组成的粘液质。这些物质有的因其结构的对称性而不亲水,有的则因水合作用,颗粒表面易为水膜所包围(水包分子)而增大电斥性,因此,在水化脱胶中不易被凝聚。对于这类胶体分散相,可根据胶体水合、凝聚的原理,通过添加食盐或明矾、硅酸钠、磷酸、柠檬酸、酸酐、磷酸三钠、氢氧化钠等电解质稀溶液改变水合度、促使凝聚。
电解质在脱胶过程中的主要作用是:
⑴ 中和胶体分散相质点的表面电荷,消除(或降低)质点的ξ电位或水合度,促使胶体质点凝聚。
⑵ 磷酸和柠檬酸等促使钙镁复盐式磷脂、N-酰基脑磷脂和对称式结构(β-)磷脂转变成亲水性磷脂。
⑶ 明矾水解出的氢氧化铝以及生成的脂肪酸铝具有较强的吸附能力,除能包络胶体质点外,还可吸附油中色素等杂质。
⑷ 磷酸、柠檬酸螯合、钝化并脱除与胶体分散相结合在一起的微量金属离子,有利于精炼油气味、滋味和氧化稳定性的提高。
⑸ 促使胶粒絮凝紧密,降低絮团含油量,加速沉降速度,提高水化得率与生产率。
水化脱胶时,电解质的选用须根据毛油品质、脱胶油的质量、水化工艺或水化操作情况来确定。对于一般食用的脱胶油,只是当普通水水化脱不净胶质、胶粒絮凝不好或操作中发生乳化现象时,才添加电解质。如果选用食盐或磷酸三钠,其量约为油重的0.2%~0.3%(解除乳化现象不在此列);若选用明矾和食盐,其量则各占油重的0.05%。当脱胶作为精制油的前道精炼工序时,则需按油重的0.05%~0.2%添加磷酸(浓度为85%)调质,以保证脱胶效果和后续工序的处理质量,见表6-6。
表6-6 磷酸调质处理对碱炼油品质的影响
项目
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
精炼油设备厂家告诉你:在水化脱胶过程中,油中胶体分散相的均布程度影响脱胶效果的稳定。因此,水化前粗油一定要充分搅拌,使胶体分散相分布均匀。水化时添加水的温度对脱胶效果也有影响,当水温与油温相差悬殊时,会形成稀松的絮团,甚至产生局部乳化,以致影响水化油得率,因此通常水温应与油温相等或略高于油温。此外,进油流量、沉降分离温度也影响脱胶效果,操作中需要注意。
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