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1.油脂干法分提的原理和意义
干法分提是一系列主要依据油脂形成晶体能力的分离工艺,也是最简单和最经济的分提工艺。油脂分提是基于不同类型的甘油三酸酯的熔点或在不同温度下其互溶度不同,通过油脂冷却结晶,以达到固—液分离分提的目的。分提过程包括三个阶段:
①液体或熔化的甘油三酸酯冷却产生晶核；
②晶体成长；
③固—液相分离、离析和提纯。在油脂分提过程中预处理直接影响晶核的形成,因而非常重要。在加工过程中,冷却条件决定了结晶核的形成、结晶体的数量和大小。冷却效率和有序性是确保固体的独特性能和可过滤性的决定性因素。
因此冷却条件的选择必须满足油脂的冷却和结晶的特性,使结晶出的晶体具有良好的可滤性。油脂分提有两种不同类型的目的。一是开发、利用固体脂肪。通常采用固体比较多,饱和度高的油脂生产制造起酥油、人造奶油、代可可脂的固态脂肪；另一种是提高液态油的低温贮藏性能。通常采用固体脂比较少,饱和度比较低的油脂,在低温下分级结晶,然后把结晶出的固体脂从液态油中分离出来,以生产色拉油。所以,油脂分提是充分利用油脂资源的重要途径。
2.油脂干法分提设备
油脂干法分提可用于如氢化鱼油、大豆油、牛脂、棕榈仁油、棉籽油、猪油等各种原料的分提,干法分提操作的关键是分离条件的选择。在最近20年,由于气密膜过滤机的出现,干法工艺的选择性大大提高。采用膜过滤机硬脂饼中液体油的百分含量可降低到15%～20%。干法分提工艺的核心部分无疑是结晶部分,如果结晶成功,分离就容易。所以,结晶器的设计显得尤为重要,对于不同类型的结晶器,都应具有自己的冷却交换表面,冷却体系和搅拌结构特征。
结晶条件中冷却速率、过冷程度、结晶时间和终温等都是非常重要的参数。例如,快速冷却将促进不稳定多晶型物的结晶,可能形成晶束,导致结晶的互溶性和选择性差,在此情况下,膜过滤机的使用是分提的最重要方面。而较低的冷却速率将有利于最稳定多晶型的晶体形成,这种多晶型物具有低互溶性和较好结晶选择性的特点。优质的晶体无论采用什么分离设备均容易过滤。
对于半固脂(softstearins)可使用真空过滤机(绸带过滤机或转鼓真空过滤机)。现在分提工厂多偏向使用装有密封膜的自动过滤机,该过滤机的优点是在利用气体或液体进行每一个过滤循环时,饼粕施压后产生的液体百分含量高,但不具备真空过滤机连续操作的优点。
根据从硬脂饼中去除油酸酯的压力需要,使用的密封膜过滤机有两种:气压过滤机(低压014～110MPa)和液压过滤机(高压115～510MPa)。气压过滤机具有成本低,投资少的优点,一般情况下,如果结晶在良好条件下进行可完全满足；而液压过滤机总是用于专用油脂。最近发明了一种Westafalis分离机,其中专门为干法分提应用设计的喷嘴离心机取得了专利。因为分离机的有效压力高于过滤机,与同产量的压滤机相比,分离机的尺寸要小得多,操作为全连续,且硬脂由喷嘴排出。生产量界于膜式过滤机和绸带过滤机之间。该分离机的问世,给油脂分提带来了新的开端。在分提油酸甘油酯或优质油酸甘油酯的操作中,过冷程度最为重要。液相在油的熔点以下长时间不产生晶体时,可引入晶种促使这些晶体的生长,以提高过滤质量和产量。
3.干法分提工艺的应用
3.1棕榈油
棕榈油的分提是干法分提的主要应用对象。并由原来的单级分提发展到多级干法分提。多级干法分提棕榈油的工艺流程见图1,该工艺主要用于生产高碘值的油酸甘油酯(olein)和少量油酸甘油酯的棕榈中间部分(见表1)。单级分提可生产油酸甘油酯和硬脂(hardstearin)。两级分提可生产碘值64～66的优质油酸甘油酯(superolein),该产品云点低(3～4℃)，若在大豆油中加入30%～35%,可通过色拉油冷冻试验(0℃、515h)。三级分提可生产碘值70～72，云点在-1℃以下的顶级油酸甘油酯(topolein),能在冰箱温度下保持澄清透明,可100%作色拉油或色拉油调味料。
分出的硬脂可用于肥皂工业,也可以制造人造奶油或在酯交换工序中(0反式酸产品)作原料油或软油添加剂,它也可再分提成优质硬脂(super2stearin),作为氢化产品的替代品和用于生产起酥油的半固脂(softstearin)。
软棕榈脂的中间成分是用于生产起酥油、人造奶油或涂抹油的优质原料油,经再分提可生产硬棕榈脂中间组分。该组分具有类可可脂的特性,具有明显的熔点范围(25～35℃)。棕榈油的特点是呈红色,主要是胡萝卜素含量高,工业脱酸低温脱臭后,可生产含β2胡萝卜素的红色棕榈油。经分提后产生固体和红色液体两个组分,液体组分中色素浓度高,三次分提的顶级油酸甘油酯中β2胡萝卜素含量高于二次分提的油脂。这些产品因其冷稳定性和氧化性可作为富含维生素E的色拉油或在低温使用的煎炸油,该产品具有防止细胞衰老和预防癌症的功效,营养价值很高。
3.2无水乳脂
乳脂具有最完全的三酰甘油组成。无水乳脂采用二级或三级分提工艺,其分离效果取决于乳脂的硬度、季节、动物品种和动物喂养饲料等。三次分提操作(见图2,表2)可生产不同级别的硬脂的油酸酯,滴点在45℃(硬脂)到6℃(顶级油酸酯)。三次分提中产生的每一种组分各具有熔点范围。硬脂可用于糕点、饼干制作或加入面包、奶油蛋卷粉团中,也可用作糖果的添加剂、印度酥油产品的基料,在热带国家可用于硬奶油的重组(reconstitution)或作为涂抹奶油的代用品。
3.3牛脂
牛脂在组成上与棕榈油有些相似。可采用一、二和三级分提工艺,其产品为优质硬脂(滴点54℃)和顶级油酸酯(云点-1℃)。工艺见图3,产品特性见表3。分提产品可用于硬起酥油、无氢化餐桌油和松饼—糕饼人造奶油或作为煎炸起酥油及色拉油的配料。
3.4家禽油
家禽油的脂肪酸组成代表着鸡、鸭、鹅等重要营养特性,这些特性为饱和三酰甘油的含量低,而不饱和脂肪酸甘油酯含量高,例如,鸡脂具有形成晶体的天然特性,该晶体容易用膜过滤机分离。通过简单地改变终端结晶温度,可获得各种产品(见表4),在10℃过滤可获得硬脂(滴点45℃),在0℃过滤可得富含不饱和脂肪酸的油酸酯(olein)。
3.5鱼油
粗鱼油中二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)的含量可简单通过干法分提来提高。低温分离可产生油酸酯,其特点是多不饱和脂肪酸含量增加,可通过515h冷冻试验。在干法分提分离这些不稳定油脂时,主要问题是油脂在膜过滤机等敞开装置中易发生聚合作用。但在喷嘴离心机密封装置中聚合作用明显降低。使用喷嘴离心机的另一优点是离心机现场清理容易,在冷却室外安装,不影响分离效果。基于此,喷嘴离心机分离将成为分离富含n23脂肪酸鱼油的一种最理想的方法。
4.结束语
干法分提是最简单和最经济的油脂分提结晶工艺,不需要化学试剂,无废水,无损耗。随着冷冻结晶技术和分离设备的不断发展,干法分提工艺在油脂工业中将变得越来越重要,应用领域越来越广泛,尤其是新的过滤设备、离心机和结晶分提装置的诞生,给干法分提带来了更大的希望,干法分提工艺的优越性将更为明显。
