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酯交換是在催化劑作用下脂肪酸在甘油三酯上的位置發(fā)生變化(重排),從而改變油脂的熔點(diǎn)和結晶特性。氫化和酯交換都是在催化劑作用下脂肪酸組成發(fā)生不可逆的化學(xué)變化,這兩種改性方法總伴隨有不良的副反應:異構化、隨機化、部分水解、催化劑的金屬污染。因此,化學(xué)改性方法需要經(jīng)精煉后油脂才可食用。油脂分提是根據油脂中不同脂肪酸甘油三酯熔點(diǎn)差異,通過(guò)冷卻使高熔點(diǎn)組分產(chǎn)生結晶,經(jīng)過(guò)濾或離心分離得到熔點(diǎn)不同的組分。
分提是完全基于熱力學(xué)的完全可逆的物理改性方法,將某種油脂分提成兩種或多種組分,各組分分具不同用途。
油脂分提結晶技術(shù)始于20世紀初,應用于工業(yè)化生產(chǎn)的方法有3種:表面活性劑分提、溶劑分提、干法分提。油脂分提工藝經(jīng)近百年的發(fā)展,特別是20世紀70年代中葉棕櫚油產(chǎn)量的迅猛增加,有力地推動(dòng)了分提工藝的發(fā)展。目前已有2000t/d工業(yè)分提設備,全世界油產(chǎn)量的10%是通過(guò)分提所得。
1油脂分提工藝的歷史
在分提技術(shù)出現前,利用在寒冷天氣油脂中的固脂沉降,將上層液油與下層固脂分開(kāi),這種用自然沉降法分離出的固脂含有高達75%的液油?，F在采用分提工藝將油脂分提成具有多種用途的分提產(chǎn)品,以適應不同的需要。
1.1表面活性劑分提
20世紀初,采用表面活性劑添加到已結晶的油中改善液油與固脂的方法取得專(zhuān)利。20世紀50年代,表面活性劑分提工藝有小規模用于棕櫚油、棕櫚仁油、脂肪酸等的分提,液油與固脂采用碟式離心機來(lái)提高分離效率。Alfa-Laval公司的LIPOFRAC工藝使表面活性劑分提工藝得到進(jìn)一步的發(fā)展。
1.2干法分提
盡管分提工藝并非首先應用于棕櫚油,但棕櫚油采用干法分提卻是最經(jīng)濟的。20世紀50年代,轉鼓式真空過(guò)濾機用于棕櫚油的干法分提,棕櫚液油的得率達60%～65%(棕櫚液油碘值比棕櫚油增加4～5)。同一時(shí)期,用LIPOFRAC表面活性劑工藝棕櫚液油得率達75%～80%。因而干法分提工藝較低的液油得率不能令人滿(mǎn)意,另一方面,采用表面活性劑工藝成本高,且產(chǎn)品受表面活性劑污染也不能令人滿(mǎn)意,在一些國家禁止表面活性劑工藝用于植物油的生產(chǎn)。
1.3溶劑分提
20世紀50年代,采用溶劑分提法來(lái)生產(chǎn)熔點(diǎn)與可可脂相似的產(chǎn)品,如棕櫚油用溶劑法分提棕櫚油中間組分(PMF),PMF用作生產(chǎn)類(lèi)可可脂CBE(CocoaButterEquivalent)的原料。溶劑分提的特點(diǎn)是分提效率高,固脂組分質(zhì)量好。但它的投資成本大、生產(chǎn)費用高,用作溶劑的己烷、丙酮、異丙醇易燃性要求車(chē)間設計、生產(chǎn)時(shí)提供額外的安全保障。因此,溶劑分提僅用于生產(chǎn)附加值較高的產(chǎn)品,典型的例子是棕櫚油分提PMF作CBE的原料,牛油樹(shù)脂富含1,3-單不飽和脂肪酸甘油三酯分提組分作CBE的原料。
2分提工藝的發(fā)展
20世紀70年代中葉,馬來(lái)西亞、印度尼西亞棕櫚油產(chǎn)量迅猛增加,對分提工藝的發(fā)展具有重要的影響。此前分提工藝應用規模很小,僅用于棕櫚油、氫化大豆油、牛脂、豬脂等的分提。由于東南亞國家棕櫚油產(chǎn)量的大幅增加,而市場(chǎng)對棕櫚液油的需求遠遠大于棕櫚油,因此分提工藝得到很快的發(fā)展。相繼出現的連續帶式真空過(guò)濾機、隔膜壓濾機對油脂分提工藝產(chǎn)生了重要的影響。
2.1Florentine連續帶式真空過(guò)濾機(見(jiàn)圖1)
由Tirtiaux公司制造的Florentine連續帶式真空過(guò)濾機是轉鼓式真空過(guò)濾機的改良型式,它采用一條臥式穿孔的不銹鋼帶,帶的下方施用真空抽吸,該裝置先由第一過(guò)濾段來(lái)的濾液進(jìn)行循環(huán),以保證在一種預涂的濾餅上過(guò)濾,即使油的黏度很高,孔帶上的粗篩眼和所得到的大粒晶體也可用低真空過(guò)濾。
Florentine過(guò)濾機的出現使得干法分提工藝生產(chǎn)大規模、高質(zhì)量的產(chǎn)品成為現實(shí)。該過(guò)濾機用于棕櫚油的干法分提,棕櫚液油得率可達70%(棕櫚液油碘值比棕櫚油增加4～5),干法分提工藝比表面活性劑分提工藝具有一定的競爭力。
2.2隔膜壓濾機(見(jiàn)圖2)
盡管采用Florentine過(guò)濾機棕櫚液油的得率有所增加,但與LIPOFRAC表面活性劑分提工藝相比仍有差距,在真空過(guò)濾不能有效提高棕櫚液油得率的情況下,人們探尋使用壓力擠壓固脂回收其夾帶的液油。1984年隔膜壓濾機被成功地應用于棕櫚油干法分提工藝中,棕櫚液油的得率增加到80%(碘值增加5),經(jīng)兩級或多級分提,可得到高碘值的棕櫚液油、高硬度的棕櫚硬脂、高質(zhì)量的PMF。
隔膜壓濾機的工作壓力最大可達3MPa,特殊的可達5MPa。隔膜壓濾機同樣適用于棕櫚仁油、牛油樹(shù)脂、牛脂、豬脂、魚(yú)油、乳脂等。以往用溶劑分提才能得到的產(chǎn)品用干法分提同樣可以得到,隔膜壓濾機的應用使干法分提工藝更具競爭力。
2.3冷卻結晶裝置與控制冷卻技術(shù)的發(fā)展
油脂固、液分離技術(shù)取得進(jìn)展的同時(shí),結晶設備與控制冷卻技術(shù)也得到發(fā)展。在市場(chǎng)中頗有影響的Tirtiaux、DeSmet、Oiltek等干法分提裝置雖各具特色,但結晶器攪拌、冷卻方式基本相同,要求結晶形成大的球形的、均勻穩定的、抗機械應力強的晶粒,結晶器總的特點(diǎn)有:大的冷卻面積、高的傳熱系數[k=150～170W/(m2·℃)]、攪拌勻稱(chēng)、變頻調速。
在控制冷卻技術(shù)方面,根據原料的特點(diǎn)和產(chǎn)品要求,通過(guò)選擇結晶條件和分離溫度,PLC控制冷卻速率。通常油按照預定的冷卻水溫度曲線(xiàn)進(jìn)行冷卻,或根據油和冷卻循環(huán)水溫差曲線(xiàn)進(jìn)行冷卻,以形成合適的晶種并控制其成長(cháng),為過(guò)濾提供良好的條件。
3分提工藝的應用
隨著(zhù)冷卻結晶、過(guò)濾技術(shù)的發(fā)展,干法分提工藝被廣泛應用于多種油脂的加工。通過(guò)選擇結晶條件、分離溫度,采用不同路線(xiàn)可得到多種不同的分提產(chǎn)品,最為典型的是棕櫚油經(jīng)干法分提可以得到高碘值的油酸甘油酯、高硬度的硬脂、高質(zhì)量的PMF(見(jiàn)圖3)。
4結論
近年來(lái),我國上海嘉里糧油、東莞新亞、張家港東海糧油、秦皇島金海糧油和BELLCITY等企業(yè)先后從國外引進(jìn)多條干法分提生產(chǎn)線(xiàn),用于氫化大豆油、棕櫚油、豬脂等的分提,分提產(chǎn)品中液油用作烹調油、調和油,中間組分用于制作類(lèi)可可脂(CBE)、代可可脂(CBR),硬脂用作起穌油、人造奶油等的原料油。由于干法分提為物理改性過(guò)程,生產(chǎn)中無(wú)反式酸生成、無(wú)催化劑污染,近年來(lái)國內外對反式異構體的質(zhì)疑,國外已對食品中反式異構體的含量進(jìn)行限制。因而,干法分提工藝的應用前景廣闊。目前在干法分提工藝中還存在一些不足之處,如非連續生產(chǎn)、膜的污染與壽命等,預計在不久的將來(lái),這些問(wèn)題將得到改進(jìn),干法分提工藝將會(huì )得到更進(jìn)一步的完善。
