精炼：脱臭脱蜡

第五章脱臭 一原理二影响因素三脱臭工艺四脱臭设备 脱臭 又称水汽蒸馏 汽提 物理精炼 它们的原理 工艺 设备几乎一致 脱臭原理 臭味 油脂中各种气味组分 低分子醛 酮 FFA 主要 烃天然 豆油中的烃 菜油的异硫氰酸酯加工 焦糊味 溶剂味 漂土味 氢化味臭味成分含量很少 但有些在ng kg级即可感觉有些气味不受人们欢迎脱臭 脱除油脂中各种低分子组分的工序在高温 高真空下 借助水蒸汽蒸馏 脱除臭味物质的工艺过程 臭味与甘三酯分离的依据 臭味物质共同点 同温下 其蒸汽压远大于甘三酯 二者挥发性显著不同油脂是热敏性物质 常压高温下稳定性差 易氧化分解如何避免 高真空下 通入与油不相溶的水蒸气 水蒸汽穿过含臭味的油脂 汽液表面接触 水蒸汽被挥发的臭味组分所饱和 并按其分压比率逸出 由此 大幅度降低臭味的沸点 在大大低于甘三酯分解温度下脱除臭味 不同压力下脂肪酸沸点 脱臭对油品质的影响 提高烟点降低色泽 脱臭油质量评价 过去 感官评价 如色泽 风味等目前 对油脂营养潜在影响 微量成分如生育酚 反式 氧化 聚合物含量 脱臭与蒸馏脱酸的关系 臭味主要组分是FFA 其余臭味组分含量很少 仅0 1 左右FFA 臭味组分 FFA量可以作为脱臭效果指标FFA0 1 时 油仍有气味FFA降至0 01 0 03 时 气味 0脱臭比脱酸需要更多的蒸汽 脱臭与脱溶的关系 脱臭脱酸脱溶 蒸馏脱酸特点 辅料省 不用碱 用水减少75 废水减少90 废水含油50mg kg精炼率高 避免中性油皂化和乳化损失特别适合高酸值油脂 工艺简单 直接获得脂肪酸副产品一塔多用 脱酸 脱溶 脱臭 脱毒和部分脱色 节省投资不锈钢制造 耐FFA蒸汽腐蚀 增加投资不适用所有种类和品质的油脂 棉籽油 鱼油 劣质油必须碱炼予处理成本高 蒸馏不当 油色深时 后脱色困难 成本 FFA 化学精炼 物理精炼 2 0 1 2 二种精炼方法的成本 假设 待脱臭油是理想溶液 臭味组分为溶质根据拉乌尔 Lavore 定律 可推导间歇式ln V1 V2 EPvAS PO KPvS PO连续式V1 V2 1 KPvS POE 1 1 ek Ft式中E 汽提 脱臭 效率K 校正系数P 系统总压力A 活动系数Pv 臭味组分蒸汽压S 水蒸汽物质的量 mol k 臭味组分扩散常数O 中性油脂物质的量 mol F 汽油接触面积V1 脱臭前臭味组分物质的量 mol T 汽油接触时间V2 脱臭后臭味组分物质的量 mol 汽提公式 脱臭效果 脱臭后臭味组分的浓度V2V2与PV成反比 总外压P固定时 温度 PV V2 V2与P成正比 P 则V2 V2与 S O 成反比 S O 则V2 如脱臭程度V2已定 且脱臭温度恒定 则PV恒定则由式知 P S之比也必恒定如果P 则蒸汽用量S 如果P 真空 则S 低至极限 公式分析 V1 V2 1 KPvS PO 这就是为什么汽提脱臭必须尽可能处于最大真空度下作业的理论根据 1 蒸发效率E与脱臭塔的结构有关接触时间t长 接触面积F最大时 E 1间歇式脱臭罐 E值一般在0 7 0 9 半连续脱臭塔则为0 992 如何提高E汽化主要产生在液体 油 表面上 因此 油须循环 部分表面暴露 使油脂有较大的自由表面传统的浅盘型脱臭器用分布管或喷射泵喷入水蒸气气泡提供动能 破坏液膜 而液膜阻止在表面上的汽化 公式分析 E 1 1 ek Ft 蒸发效率 在薄膜系统中 油脂分布成薄层状油脂进入填料装置 靠重力形成薄层状或由强制循环和喷雾成薄层状水蒸气以真正逆流的形式与油脂接触 游离脂肪酸原有 水解总损耗的20 30 甾醇及不皂化物60 中性油水解成的甘一 二酯 飞溅损耗 蒸馏损耗 脱臭损耗 间歇式脱臭飞溅损耗 3 3kp 1 3kp 蒸汽通量kg h 损耗kg h 0 50 600 1000 总损耗 不考虑游离脂肪酸 待脱臭油中气味组分一般不超过油重0 10 然而 脱臭过程中 实际损耗 0 10 在先进的设备及合理的操作条件下 对游离脂肪酸含量小于0 10 的油脂 在压力0 4kpa 230 270 下 脱臭最小损耗一般为0 2 0 4 再加上待脱臭油中FFA含量的1 05 1 2倍 二影响脱臭因素 尽可能高的温度尽可能低的压力适量的蒸汽合理的喷射系统 温度 脱臭程度V2一定时温度 则PV 蒸汽消耗量S 真空度P一定时温度 则PV 臭味逸出速率 温度 色泽 V1 V2 1 KPvS PO 温度与棕榈酸分压及其逸出速率 温度每 17 脱臭时间减半 温度极限 温度过高 增加油耗 降低稳定性 一般温度 230 270 油脂水解聚合被蒸馏出 油脂加工工序中的操作温度 操作压力 真空度 经济上可行 低至极限的真空度 P 0蒸汽量S与P成正比 P S 蒸汽引起的蒸馏损耗 P 臭味沸点 时间 有利油脂品质P 水解 水解引起的蒸馏损耗 油品的FFA值 目前优良的脱臭蒸馏塔 P一般0 27 0 40KPa V1 V2 1 KPvS PO 油脂加工中的压力 蒸汽通汽速率与时间 要使臭味降到V2 需足够蒸汽量S 理论上1 1蒸汽量 通汽速率 时间通汽速率 E 以油脂不飞溅为度时间 E 但油脂聚合 热分解 脱除定量臭味所需的蒸汽量S 随臭味含量的减少而增加在脱臭最后阶段 要有足够时间和充足蒸汽量当压力和通汽速率固定不变时 温度 则PV 时间 蒸汽占油量间歇式为5 15 半连续式设备为4 5 连续式为4 左右间歇脱臭 3 8小时 连续脱臭 15 120分钟 E 1 1 ek Ft 直接蒸汽与油脂直接接触 其质量至关重要如果直接蒸汽是低压蒸汽 必须过热处理直接蒸汽要求干燥 不含氧锅炉水富含金属离子 锅炉蒸汽必须分水 才能进入脱臭器设备 管道 阀门 泵等 严格密闭不漏气 以免真空度下降和油脂氧化 直接蒸汽质量 脱臭设备结构 多级逆流循环的连续式脱臭塔 能在每个交换级中建立汽 液相平衡 蒸汽耗用量S 油层深 层内绝对压力P 单位蒸汽体积 脱臭效果 液面以上空间要合适太大 蒸出的臭味冷凝回流到液相太小 增加飞溅损耗应有防飞溅装置 蒸馏液回流结构 折流板 水蒸汽的体积 待脱臭油品质 臭味组分的初浓度V1V2取决于成品油的要求 不要随意提高品级要求越低 脱臭越易完成 消耗也少 成品油的贮藏性能也较好待脱臭油要很好除去胶质 色素 微量金属若毛油极度酸败 大部分天然抗氧剂已失去 那么它很难精炼成稳定性好的油脂 待脱臭油和成品油质量 三脱臭工艺 间歇式半连续式连续式 连续式 热量回收 节约40 蒸汽 脱臭操作 冷却过滤脱臭油经油 油换热器回收热量后 仍有100 高温需通过水冷却器冷却至40 以下 方可接触空气进行过滤脱臭油过滤 目的是脱除金属等杂质 称作安全过滤安全过滤不同于毛油净化过滤 滤布要及时清理 经常更换过滤成品油 及时包装或添加抗氧化剂真空系统运行脱臭真空度0 4 1 3kp 3 10mmHg 用三级蒸汽喷射泵德国Korting 四脱臭设备 连续 蒸汽加热盘管 飞溅油的回收 脂肪酸 馏出物 捕集器 第六章冬化 夏化 一目的和原理二影响冬化的因素三脱蜡工艺与设备 一目的和原理 冬化脱蜡 脱硬脂脱蜡 从油中脱除或提取蜡质脱硬脂 将熔点高的甘三酯组分结晶并分离提高食用油品质综合利用蜡 硬脂资源 熔点80 40 以上 溶于油脂 压榨还是浸出毛油 都含蜡常温 30 以下 溶解度低 析出蜡的细晶粒而成为很稳定的油溶胶 影响油品透明度和消化吸收率 滋味和适口性任何一种精炼 水化 中和 漂白 脱臭 都不能完全消除蜡质 因此从油脂中除去有一定困难油中含蜡量 10ppm 才能保证精制油冷藏稳定性蜡质使已精炼的油脂和氢化造成过滤困难蜡是重要的工业原料 制蜡纸 防水剂 光泽剂 蜡 蜡 各种毛油含蜡量差异很大料胚中含壳量的增加 蜡增加含蜡量则较高毛油 玉米胚芽油0 01 0 04 葵花籽油0 06 0 2 米糠油含1 5 脱硬脂 提高液体油低温贮藏性冷餐油 凉拌油要求低温下清晰透明 对硬脂的含量有限制 脱蜡机理 蜡分子结构O酰氧基 R C O 弱亲水基微弱极性 40 极性微弱 溶于油 30 低温下持续一段时间 蜡晶体相互凝聚成较大的晶粒 比重增加而变成悬浊液 结晶析出蜡是亲脂性化合物 温度是确定油中蜡稳定的因素之一 脱蜡法的共同点 温度 25 溶液 胶体 悬浮体 脱硬脂依据 天然油脂混甘三酯混合物前混后混甘三酯分子中脂肪酸分布的不同 导致甘三酯理化性质上的差异理化性质主要指熔点 从 50 到80 的变化分离方法在一定温度下分段结晶 甘三酯理化性质差异 脱蜡脱硬脂的共性 工艺过程冬化 液油冷却 结晶 然后固液分离 属于分提 是分提的一种脱蜡去液油中高熔点蜡脂脱硬脂去液油中高熔点固脂由于脱去蜡和硬脂的量 10 通常看成是油脂精炼的一部分在某种意义上 冬化是为了去高熔点成分 软油是希望得到的产品 而固体部分无足轻重 冬化是物理变化过程 缓慢分为三步含蜡 固脂熔融油脂过冷却 过饱和晶核形成 生成速度W晶体成长 成长速度Q 冬化的共性 影响冬化因素 冬化温度 油温予调整 熔化自然晶体蜡 固脂熔点较高 常温下可自然结晶自然结晶晶粒很小 大小不一 在油中胶溶 难以分离冬化温度 在冬天进行的分提冷却剂和油温差不能太大 否则 会在冷却面上形成大量晶核 不利于传热 又不利于油蜡分离脱蜡温太低粘度增加 油 蜡分离难高熔点的固脂也析出增加脱蜡损耗 降温速度 与W Q关系很大降温过程要缓慢进行降温速度足够慢时 高熔点蜡首先结晶 同时放出结晶热温度继续下降 熔点较低蜡也析出 并与已析出的结晶碰撞 以已析出的蜡晶为核心长大 晶粒大而少降温速度快 高熔点蜡刚析出 较低熔点蜡就已单独析出 来不及碰撞 晶粒多而小 夹带油多从生产角度考虑 不能太慢 通过冷却试验确定降温速度 冬化曲线 结晶时间 结晶时间 冷却 养晶当温度逐渐冷却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 老化 熟成 养晶过程中 晶粒继续长大从晶核形成到晶体成长为大而结实的结晶 需要足够的时间 搅拌速度 结晶要在低温下进行但结晶是放热过程 所以必须冷却 搅拌不搅拌 只有布朗运动 结晶太慢搅拌可使油脂中各处的降温均匀搅拌可使晶核与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 形成 减少冬化损耗搅拌速度 以利于晶体成长为准 10 13转 分搅拌太快 会打碎晶粒 助晶剂 溶剂油和蜡 固脂对溶剂亲和力差异大 固液两相平衡快 结晶结实 包油少降低体系粘度 加快降温速度 结晶易于析出 改善分离效果表面活性剂表面活性剂与蜡烃基有亲和力 形成共聚体 使油蜡界面表面张力增加 共聚体晶粒大 生长速度快 易于分离磷脂 单 双甘酯 FFA 皂米糠油碱炼脱蜡聚丙烯酰胺 脂肪族烷基硫酸盐凝聚剂电解质助晶剂 蜡晶粒带负电荷尿素选择性地把蜡包合 沉淀而与油脂分开蜡和尿素分离水溶解度不同 输送及分离方式 紊流愈强 流体受到的剪切力愈大蜡晶受剪切力而破碎弱紊流 低剪切力的输送泵往复式柱塞泵压缩空气真空吸滤最好冷冻油脂中少量蜡质悬浮晶体的存在 提高了粘度 过滤十分困难过滤压力要适中 因为蜡是可压缩性的助滤剂 提高过滤速率 油质品质 油中的胶质 油的粘度 影响晶体形成降低晶体的硬度 分离困难降低晶体的质量因此