详述油脂脱蜡工艺的原理和意义

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详述油脂脱蜡⼯艺的原理和意义
油脂脱蜡是通过冷却和结晶将油中的⾼熔点蜡与⾼熔点固体脂从中析出,再采⽤过滤或离⼼分离操作将其除去的⼯序。
冷却盘管
通常所说油脂脱蜡实际上包含两个⽅⾯意义:
※⼀是将包括⽶糠油、葵花籽油、⽟⽶油、红花籽油、⼩麦胚油等含有⾼熔点的蜡除去,这些蜡本质上是C 20 -C 28 **脂肪酸与C 22 -C 30 **脂肪醇组成蜡脂。
※⼆是将油脂在贮藏中产⽣浑浊的所有固体成分除去,这些固体成分中,既含有蜡的成分,也有油的聚合物、饱和三⽢油酯等成分。
严格说,前者应称为脱蜡,后者应称为冬化,这是两个不同的概念,⼆者不应混同。
蜡多存在植物油料种⽪和胚芽中,不同植物油及不同加⼯⽅法,其蜡的含量各有不同。⽶糠油中蜡含量约为3%-9%,⽟⽶油为0.05%,葵花籽油为0.01%-0.35%,菜籽油为0.0016%。葵花籽中蜡⼤部分含在壳⽪中,不经脱壳制取⽑油,含蜡量为0.02%-0.35%,⽽经脱壳后制取⽑油中蜡含量则为0.011%-0.015%。
通常如葵花籽油、红花油、⽟⽶油、菜籽油等含蜡量较少时,⼀般将油冷却**7-14℃左右静⽌放置,再将析出的结晶⽤压滤机进⾏过滤,在过滤蜡时,油脂中常常存有微量黏性物质、油溶性胶质、皂脚组分等附着在蜡的结晶上,这些物质往往会引起滤布堵塞,给过滤操作带来明显困难。
脱蜡成功与否,怎样过滤使其结晶易于析出,如何提⾼过滤效率,关系到所有过滤操作的难易程度。为了减少这类杂质和⽆结晶物质的析出,尽量避免过滤操作困难,作为需进⾏脱蜡的油,通常不是⽑油,**好是经脱酸、脱⾊后半精炼油。对于不同杂质、⽔分、脂肪酸含量、蜡含量的脱蜡对象油,可选择不同的脱蜡⼯艺,以确保**终产品油的质量。
脱蜡的意义和原理
1.意义
油脂中含有微量蜡脂,会使油脂浊点升⾼,使油品的透明度和消化吸收率下降,并使⽓味和适⼝性变差,从⽽降低油脂的⾷⽤品质、营养价值及⼯业使⽤价值此外,蜡是重要的⼯业原料,可⽤于制蜡纸、防⽔剂、光泽剂等。从油脂中脱除、提取蜡质既可以达到提⾼⾷⽤油脂的品质、营养价值和含油⾷品的质量,⼜能提⾼油脂的⼯业利⽤价值和综合利⽤植物油脂蜡源的⽬的。
脱蜡的⽅法有多种:常规法,溶剂法,表⾯活性剂法,结合脱胶、脱酸法等,此外还有凝聚剂法、尿
素法、静电法等。虽然各种⽅法所采⽤的辅助⼿段不同,但基本原理均属冷冻结晶再进⾏分离的范畴。即根据蜡与油脂的熔点差及蜡在油脂中溶解度(或分解度)随温度降低⽽变⼩的性质,通过冷却析出结晶蜡(或蜡及助晶剂混合体),经过滤或离⼼分离⽽达到油-蜡分离的⽬的。
2.原理
蜡分⼦中存在酰养基使蜡带有微弱的极性,因此蜡是⼀种带有弱亲⽔基的亲脂性化合物。温度⾼于40℃时,蜡的极性微弱,溶解于油脂,随着温度的下降,蜡分⼦在油中的游动性降低,蜡分⼦中的酯键极性增强,特别是低于30℃时,蜡呈结晶析出,并形成较为稳定的胶体系统,低温持续,蜡晶体相互凝聚成较⼤的晶粒,密度增加⽽形成悬浊液,由此可见,油和蜡之间的界⾯张⼒随着温度的变化⽽变化。两者界⾯张⼒的⼤⼩和粘度呈反⽐关系,这就是为什么脱蜡⼯艺必须在较低温度下进⾏的理论依据。
影响脱蜡的因素
影响脱蜡的因素主要有温度、冷却速率、结晶时间、搅拌速率、辅助剂、输送及分离⽅式等。
温度和冷却速率
由于蜡分⼦中的两个羟基碳链都较长,在结晶过程中发⽣过冷现象,加之蜡羟基的亲脂性,使其达到
凝固点时呈过饱和现象,为了确保脱蜡效果,脱蜡温度⼀定要控制在蜡凝固点以下,但也不能太低,否则不但油脂黏度增加,给油-蜡分离造成困难,⽽且熔点较⾼的固态脂也会⼀并析出,分离时固态脂与蜡⼀起从油中分出,增加了油脂的脱蜡损耗。国内多采⽤常规法,其结晶温度为20-30℃,⽽溶剂法控制在20℃。
结晶是物理过程,变化较慢。整个结晶过程可分为三步:熔融含蜡油脂,过冷却、过饱和,晶核的形成和晶体的成长。蜡质熔点⾼,在常温下就可⾃然结晶析出。⾃然结晶的晶粒很⼩,⽽且⼤⼩不⼀,有些在油中胶溶,使油和蜡的分离难以进⾏,因此在结晶前必须调整油温,使蜡晶全部熔化,然后⼈为控制结晶过程,才能创造良好的分离条件——晶粒⼤⽽结实。晶粒的⼤⼩取决于两个因素:晶核⽣成的速率(W)和晶体成长速率(Q)。晶粒的分散度与W/Q成正⽐,结晶过程中应降低W,增加Q。
冷却速率与W、Q关系很⼤,当冷却速率⾜够慢时,⾼熔点的蜡⾸先析出结晶,同时放出结晶热。温度继续下降,熔点较低的蜡也析出结晶。即将析出的蜡分⼦与已结晶析出的蜡晶碰撞,⽽且以已析出蜡晶为核⼼长⼤,使晶粒⼤⽽少。如果冷却的速度较快,⾼熔点蜡析出,还未来得及与低熔点的蜡相互碰撞,较低熔点的蜡就已单独析出,使晶粒⼩⽽多,夹带油脂必然多。
为了保持适宜的冷却速率,要求冷却剂和油脂的温度差不能太⼤,否则会在冷却⾯上形成⼤量晶核,既不利于传热,⼜不利于油-蜡分离。冷却过程要缓慢进⾏,但从⽣产上考虑也不能太慢,适宜的冷却速率可通过冷却实验确定。
结晶时间
为了得到易于分离的蜡晶,冷却必须缓慢进⾏。⽽且当温度逐渐下降到预定的结晶温度后,还需在该温度下保持⼀定时间进⾏养晶(或称⽼化、熟成)。养晶过程中,晶粒继续长⼤,也就是说,从晶核形成到晶体长成⼤⽽结实的结晶,需要⾜够的时间。
搅拌速率
结晶要求在低温下进⾏,但它是放热过程,所以必须进⾏冷却。搅拌不仅可使油脂冷却均匀,还能使结晶即将析出的蜡分⼦碰撞,促进晶粒有较多机会均匀长⼤,搅拌可减少晶簇的形成。结晶中除了晶核长⼤,⼏颗晶体还可能聚集成晶簇,晶簇能将油夹带在内,增加脱蜡时油脂的损耗。反之,不搅拌只能靠布朗运动,结晶速率太慢,但搅拌不能太快,否则会打碎晶粒(⼀般为10-13r/min)。
辅助剂
不同的脱蜡⽅法需要采⽤不同的辅助剂。
1.溶剂
油脂和蜡的结构不同,对溶剂的亲和⼒也不同,尤其在低温下亲和⼒的差异更⼤。溶剂的存在使蜡易
于结晶析出,有助于固(蜡晶)液(油脂)两相较快达到平衡,得到的结晶结实(夹带的油少),冷却速率也可⾼⼀些。同时溶剂可降低体系的黏度,改善油-蜡的分离效果。
2.表⾯活性剂
加⼊表⾯活性剂有助于蜡的结晶。表⾯活性剂分⼦中⾮极性基团与蜡的羟基有较强的亲和⼒⽽形成共聚体,表⾯活性剂具有较强的极性基团,因⽽共聚体的极性远⼤于单体蜡,使油-蜡界⾯的表⾯张⼒⼤⼤增加,⽽且共聚体晶体拉⼤,⽣长速度快,与油脂易于分离。
⽑油中的磷脂、单⽢酯、双⽢脂、游离脂肪酸以及碱炼中⽣成的肥皂,都是良好的表⾯活性剂,能在低温条件下把蜡从油中“拉”出来。这就是⽶糠油等能在低温脱胶和碱炼的同时进⾏脱蜡的主要依据,但是蜡和油之间还存在着⼀定亲和⼒,上述油脂中的表⾯活性物质,尚没有⾜够的“拉⼒”,要将油脂中的全部蜡分⼦分离出来,还要加⼊⼀些强有⼒的表⾯活性剂才能达到理想的脱蜡效果,常⽤的有聚丙烯酸胺、脂肪族烷基硫酸盐及糖脂等。
3.凝聚剂
凝聚剂是⼀种电解质助晶剂,在蜡-油溶胶中加⼊适量的电解质溶液,以增加溶胶中的离⼦浓度,给带负电荷的蜡晶粒创造吸引带相反电荷离⼦的有利条件,降低胶体双电层结构中的电位差,粒⼦间的斥⼒减⼩,溶胶的稳定体系被破坏,
创造吸引带相反电荷离⼦的有利条件,降低胶体双电层结构中的电位差,粒⼦间的斥⼒减⼩,溶胶的稳定体系被破坏,从⽽使蜡晶粒凝聚。
4.尿素
尿素能选择性地把蜡包含在结晶形成的螺旋状管道体内,该包合物易沉淀⽽与油脂分离,由于蜡和尿素在⽔中溶解度不同,蜡和尿素很易分离。
5.静电脱蜡
是利⽤外加不均电场使蜡分⼦极化,带负电荷的蜡晶粒在电场作⽤下,从⽽在阳极富集并沉降,使油-蜡分离的⼀种⽅法。
6.输送及分离⽅式
各种输送泵在输送流体时,所造成的紊流强弱不⼀,紊流愈强,流体收到的剪切⼒愈⼤。为了避免蜡晶受剪切⼒⽽破碎,在输送含有蜡晶的油脂时,应使⽤弱紊流、低剪切⼒的往复式柱塞泵,或者⽤压缩空⽓,**好⽤真空吸滤。蜡-油分离时,过滤压⼒要适中,因为蜡是可压缩性的,压⼒过⾼会造成蜡晶滤饼变形,堵塞过滤缝隙⽽影响过滤速率,但压⼒太低,会导致过滤速率降低⽽不能⽣产。采⽤助滤剂能提⾼过滤速率。
7.油脂品质
油脂中的胶性杂质会增⼤油脂的黏度,不但影响蜡晶形成,降低蜡晶的结实度,给油-蜡分离造成困难,⽽且还降低了蜡的质量(含油及胶杂量均⾼),因此油脂在脱蜡之前应先脱胶。蜡质对于碱炼、脱⾊、脱臭⼯艺都有不利的影响。⽑油脱胶后先经脱蜡,然后再进⾏碱炼、脱⾊、脱臭是⽐较合理的。但国内油⼚常常在脱臭后进⾏脱蜡,这是由我国采⽤的精炼⼯艺所决定的,我国⼀般采⽤常规法脱蜡,且不加助滤剂,这样可以与成品油过滤合并进⾏,从⽽少⼀套过滤设备的成本。

本文发布于:2023-05-09 17:41:35,感谢您对本站的认可!

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