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。
油脂脱蜡设备冷却盘管生产中
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,一般将油冷却至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,较好是经脱酸、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。
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)。
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,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,较好用真空吸滤。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投资。
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