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油脂脱胶技术化学理论

来源:环球粮机网发布时间:2015-04-30 11:17:12

油脂脱胶化学理论
  
  1.1脱胶目的
  
  脱胶是脱除油脂中含有胶体物质的工艺过程。在脱除的胶质物中,主要是磷脂和与磷脂结合钙、镁、铁微量金属及其它杂质。其中大豆毛油含有3%左右磷脂,它们对油脂制品风味性和稳定性,及在使用时与油的起泡现象等均有直接关系;此外,脱胶工艺效果对其后脱酸、脱色、脱臭、脱蜡工艺也有一定影响。另一方面,大豆磷脂精制后可作为食品乳化剂等产品,其用途极为广泛。
  
  脱胶工艺中欲脱除的磷脂大体可分为水化磷脂(hydratablePhospholipids,HP)与非水化磷脂(NonhydratablePhospholipids,NHP),两者在性质和脱除工艺上均有一定差异。
  
  1.2水化磷脂脱胶
  
  简言之,水化脱胶是利用磷脂等脂质分子中所含亲水基,将一定量热水或酸,加入到油中,使胶体水溶性脂质吸水膨胀、凝聚,进而采用沉降或离心方式从油中进行分离的一种方法。如图l所示,从磷脂酰胆碱化学结构上看,具有粘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。

  
  1.3非水化磷脂脱胶
  
  经水化脱胶工艺后,油中仍含有一定数量非水化磷脂及钙、镁、铁微量金属等杂质,这些杂质的去除则较为困难。非水化磷脂(NHP)是制油业长期深感烦恼问题之一,大豆受早霜之害,加之在收获期间经常遇到连绵阴雨,及在贮存和运输中大豆发热,使毛油中非水化磷脂含量增高。这样不仅使精炼损耗增大,且从这类毛油中所得到磷脂品质极差,油脂色泽也较深。
  
  在油料压榨和浸出过程中,NHP生成与油料水分,油料细胞破坏,油料中磷脂酶D(PhosholipaseD)活性等密切相关。目前,在制油工程中先后开发出挤压膨化工艺(ExpanderProcess),阿鲁高工艺(ALCONProcess)和SupetExpro工艺等新方法,力图大力减少毛油非水化磷脂。但实际上更多的仍需要在油脂精炼过程中,在传统水化脱胶和酸脱胶基础上,对不同油脂原料开发新的脱胶工艺,以提高脱胶效果,使油脂脱胶后磷脂含量小于5ppm~10ppm以下,铁,镁,钙金属含量小于0.2%,游离脂肪酸量小于2%,以确保物理精炼实施。
  
  研究证实,NHP是由磷脂酰胆碱(Phosphatidycholine,PC)和磷脂乙醇胺(Phosphatidyethanolamine,PE)受磷脂酶作用而生成磷脂酸(Phosphatidicacid,PA)为其主要成分,参见表1。

  
  大豆油、葵花籽油、菜籽油各种脱胶油中NHP组成如表1所示。非水化磷脂主要成分是PA,另外PE,PC约占20%~30%,而磷脂酰肌醇(Phosphatidyinositol,PI)含量很少。PC和PI均呈亲水性(水化性),但PE和PA即呈亲水性(水化性),又呈非亲水性(非水化性),因而成分容易产生变化。

  
  表2为磷脂水化前后各种成分状况,其中PC从大豆油中几乎可完全去除,而PA,PE则很难单独水化,但由于与PC共存,因其之间相互作用也有一定水化性。在它们脱胶过程中,大豆油脱胶难易不仅与磷脂各种成分水化性质有关:同时它们水化性质状况与胶态离子形成临界浓度(CriticalConcentrationofMicelleformation,CMC)也密切相关。实验测定PC,PE,PA的CMC各自为0.085.O.84,及2.6mM;而PC与PE,PA混合形成胶束,PC—PE,PC—PA的CMC是0.16与1_3mM,各为其中间值。因此,如何提高脱胶分离效率,还需从胶体化学着眼,对温度,水溶解度,胶束和临界胶束浓度,及pH值等因素作必要选择。

  
  表3为在脱胶前后大豆油和胶质中金属量。在大豆油脱胶前后分析值中可知,脱胶油中磷脂残留量约为25%时,几乎没有金属钾残留,但金属钙残留85%左右很难除去,金属镁在脱胶油和胶质中大体各为毛油中一半。
  
  另外,大豆油NHP中二价金属总量,与总磷脂数量大体一致。葵花籽油与大豆油数据也大体相同。PC在油中因作为两性离子存在,呈亲水性;PI由于含有肌醇类成分亦为亲水性,PE同样也显示有亲水性和疏水性两种性质。在金属与磷脂离子结合中,如钾金属那样,若系一价金属,PE呈亲水性,而在钙,镁,铁二价金属中则变为非亲水性。PA部分与金属离子形成复合体,同样若为一价金属时,PA呈亲水性,而在二价金属中则也变为非亲水性。
  
  过去,由于对油品质量要求较低,同时缺乏应有环保意识,人们对脱胶理论和工艺并不太重视。现今在对大豆油,葵花籽油,棕榈油及玉米油等油品成功采用物理精炼工艺后,由于经充分脱胶后可不再单独进行脱酸,因此,在这些场合对脱胶工艺水平要求是相当高的,特别是对大豆油非水化磷脂去除,仅仅采用传统水化脱胶等工艺是相当困难的。可以说,磷脂脱胶工艺水平高低已成为能否实施物理精炼的关键所在。
  
  在新开发脱胶工艺中,主要是采用酸脱胶,化学添加剂络和法脱胶,酶法脱胶及超滤脱胶等方法。
  
  在酸脱胶中,通常是添加一些有机酸(醋酸、草酸、马来酸、柠檬酸、酒石酸、丹宁酸等,其中醋酸与无水醋酸脱胶效果,以无水醋酸为佳)与无机酸(磷酸、硫酸、盐酸、硝酸等,其中常用的为磷酸)及碱。根据酸调节分级脱胶原理,即,先加入酸等化学试剂,将非水化磷脂(NHP)转化为水化磷脂(HP),并将其中残存的与PA,PE结合的钙、镁、铁等二价金属离子Ca、Mg、Fe变为游离状态,移动到水相中去除。再通过加入碱在稀碱液相中调节pH值(通常pH值在5左右),进而改善分离条件,降低油脂脱胶精炼工艺中油损耗,在这里碱液主要作用与传统意义上脱酸是不同的。而化学添加剂乙二胺四醋酸脱胶法,则是利用乙二胺四醋酸(Ethylenediamineteraceticacid,EDTA)与油脂中金属钙、镁离子形成络和体进而离心分离。酶法脱胶是利用磷脂酶对磷脂水解作用,进而将NHP转化为HP为基础。有关NHP脱胶简要原理如图2所示。

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