1、高温下油脂可能发生的副反应
1.1酯交换作用
早在20年代,有人将三硬脂酸甘油酯和大豆油混合后在250e真空条件下加热5h,结果它的熔点比刚混合时的熔点降低了。在270e将氢化棉籽油和可可脂混合后加热超过22h也有类似的现象。人们仅通过加热作用可以把双脂肪酸甘油酯变成一种有三甘酯的混合物,虽然这和我们常规的脱臭(酸)条件完全不同,但是有理由使大家相信,高温条件下酯交换是能够发生的。
人们对工业化的精炼生产过程中有关酯交换的情况还没有进行过研究。但有的科学家在实验室作了模拟正常生产研究工作。他们将部分氢化的葵花籽油(碘值为68)和没有氢化的葵花籽油(碘值为139)混合,在220e,600Pa压力下,通蒸汽脱臭,5h后,发现脱臭前后油的物理性质发生了变化,这表现在膨胀特性和比热上。杂质的存在,如碱、皂、漂土、无机酸(H2SO4,HCl)、金属氧化物等会明显加快酯交换的速度。
在大多数情况下,脱臭条件下酯交换反应对精炼油的特性并没有影响,因此大家的认识也较少。相反,如果人们对脂肪的溶解特性提出特殊要求,如可可脂或代可可脂,那么就应该尽量减少油中杂质,选择合适的较低的脱臭温度,避免酯交换反应发生。
1.2不饱和脂肪酸的异构化
在60年代,有人在做大豆油的冷稳定试验中观察到,在4e时出现雾状或絮状物并不一定就是蜡或混入的固体脂。完全精炼的大豆油在冰箱中会出现絮状物,而只经过脱色而没有脱臭的大豆油则在冰箱中保持清亮。可以推测这是油酸变成反油酸的异构化所致。油酸的熔点为35.2e,反油酸熔点为58.5e,因而大豆油在低温下会混浊,大豆油中的反油酸可以用红外光谱检测到,因为在天然油脂中一般不存在反式酸结构。70年代,科学家Ackan用气相色谱在对精炼菜籽油的脂肪酸组成进行分析时发现下列成分:
可以毫无疑问地说明,这是来自于亚油酸和亚麻酸的异构体。所有这些异构体只出现在脱臭菜籽油中,而在只通过脱胶和脱色过程的菜籽油中没有发现。在230e的条件下脱臭4h,亚油酸异构体含量不会超过0.8%,而亚麻酸几乎一半将变成异构体,开始时油中亚油酸和亚麻酸含量分别为20.5%和9%。对大豆油的研究也表明,异构体只出现在脱臭油中。研究表明,异构化作用随时间和温度而上升。在恒定的时间下,温度对异构化作用的大小与油的品种、质量,特别是脱臭塔的设计、制造材料等有关。
表1是用Lurgi公司半连续不锈钢脱臭塔对大豆油研究得到的结果。
将大豆油加热到240e,通蒸汽100min(试验A),在产品中测出含有1.1%的亚麻酸反式异构体。在试验B中,温度升高至270e,测出亚麻酸反式异构体达到1.6%。用容量为80kg的实验室不锈钢中试设备对葵花籽油的研究结果表明,在190e、5h的脱臭中反式酸含量在0.5%以下,其他条件下的试验情况如图1。
棕榈油由于只含有微量的不饱和酸,只有在270e时才能测得其反式酸含量。I.M.Jauwad等研究了非正常脱臭条件下油脂的变化,即当调节装置失灵或人为因素造成脱臭时间或温度超过了工艺要求所发生的化学和物理变化。研究是在温度300e、10h范围内进行的。结果表明,在260e以下反式酸含量呈线性逐步增加,在260e以上时突然增加很快,超过280e则共轭酸大量产生,同时油脂的聚合作用也加强了。
1.3脱臭过程中聚合物的形成
脱臭或蒸馏脱酸过程中对油脂的加热作用不仅可以形成反式酸,而且可以发生甘三酯内部脂肪酸分子之间或者多个甘三酯分子之间的聚合作用。这可以进一步看成是油脂经过了热处理的标志。在基本无氧的真空脱臭条件下,一般产生二聚酸较多。
由表1在试验A中240e的情况下聚合物含量没有明显升高。在试验B中270e的情况下则形成有1.5%的聚合物,有明显的升高。同样对葵花籽油的中试系列研究如图2所示。
2、生育酚的损失
生育酚(VE)为天然抗氧化剂,广泛存在于油脂中,可以阻止氧气、光、热、重金属等对油脂的作用,从而达到保护油脂不使其变质的目的。然而正是由于它的性质比较活泼,因此,在精炼过程中的每一工序都会导致生育酚含量的下降。
图3和表2分别表示了在30min时间下,和280e下生育酚含量的变化。从表2可知,如果大豆油脱臭时间控制在30min,温度为280e时要损失4511%的生育酚,而在1h时,要损失64.5%。若在280e脱臭时间延长到2h,83.7%的生育酚要损失掉。
3、结论
综上所述,高温对油脂的处理,不仅有其有利的一面,同时也有其不利的一面。特别是高温下长时间的加热不仅可以产生一些对人体健康不利的物质,而且还会损失油脂中的有用成分。在高温下进行脱臭,温度随设备的类型、油脂的种类以及成品的要求不同而变化。例如椰子油由于它非常低的相对分子质量,加热极少超过240e。
另一方面,当加工棕榈油则在275e下脱臭;大豆油和其他油通常在240e或稍低的温度下加工。因此,针对我国国情及技术水平现状,合理选择蒸馏脱酸、脱臭的温度和时间,对减少和控制副反应的发生,节约能源都是很重要的。