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如何提升精炼效益和油脂质量

发布日期:2017-10-20 中国油脂网

左青1,钱胜峰1,杨辉祥2,左晖3

(1.江苏牧羊集团有限公司,江苏扬州225127;2.中粮祥瑞粮油工业(荆门)有限公司,

湖北钟祥431900;3.广州星坤机械有限公司,广州510460)

摘要:为了提高食用油的市场竞争力和油脂质量、满足消费者的需求,对精炼厂进行技术改造和维修,采取适度精炼,尽可能多地保存活性物质(如甾醇、维生素E),控制反式酸增量在0.8%以内,控制缩水甘油酯含量(≤50mg/kg)、3-氯丙醇酯含量(≤2μg/kg),是降低生产成本、辅料消耗,提高油脂质量的必要措施。

关键词:食用油;质量;适度精炼;反式酸;缩水甘油酯;3-氯丙醇酯

中图分类号:TS224.6;TQ644文献标识码:B

文章编号:1003-7969(2017)06-0155-06

现在大规模建油厂的时代已经过去[1],在2000年后建的精炼生产线,其技术含量较高,经长期使用后,部分设备的寿命接近报废。随着市场竞争日益激烈,精炼油脂质量提升、辅料消耗下降,降低生产成本,提升精炼的效益和油脂质量[2-3],技术改造成为企业永恒的话题。

我们经历的精炼厂,主要生产大豆油和菜籽油。毛油分为:①未脱胶大豆油:美国大豆油、阿根廷大豆油、巴西大豆油、乌拉奎大豆油和霉变热损率高的高酸值油[4];②脱胶大豆油:新鲜脱胶油和轮储油;③进口菜籽油和国产菜籽油,分机榨油和浸出油。

植物油料在种植、加工、储存过程中受到水、热、光、酶、化学试剂、白土等的催化作用[5],会产生对人体有害的物质,如油料含农药残留、化肥残留,油脂含反式酸、缩水甘油酯、3-氯丙醇酯。因此,国家和消费者对油脂安全越来越重视[6-7]。

对现有的精炼工艺和设备加以改造和完善,针对不同的油品选择适合工艺,在操作中防止过度精炼。对精炼的要求:①尽可能多地保存油脂中的维生素E、甾醇,控制缩水甘油酯含量(≤50mg/kg)、3-氯丙醇酯含量(≤2μg/kg)(欧盟)[8];②降低辅料用量,减少辅料对油脂的接触;③节能降耗;④提高成品油脂氧化稳定性,控制反式酸的增量和油脂返色程度;⑤提高精炼得率。

1油脂精炼各工段操作和设备改造途径

1.1原料质量

(1)在使用化学品方面,要求取样准确。在冬季寒冷地区,大油罐的油上中下的品质有差异,把油罐区的油泵到精炼车间的油罐,混合均匀后取样测出含磷量和酸值,这样加酸准确。在户外油罐储存毛油,在油罐的上部和下部酸值和饱和酸含量不一样[9],进生产线前在毛油罐循环均质,这样取样化验数据准确,可准确配酸和配碱。

(2)影响精炼得率的主要因素是含磷量和酸值。把1000mg/kg和56mg/kg含磷量的原料油混合为335mg/kg的油,把罐底油与其他油混合,采取均一化处理,避免原料油品质差别大。

(3)调整进精炼车间油品均匀。把油罐底的油脚添加到油中,碱炼经过离心机分离后皂脚含油控制在30%以内。但是如果皂脚含油太高,调整加酸加碱量,降低离心机的处理量。一般处理库区油罐油脚方法是,抽走上部的油,挖走底部的结实油脚。

(4)高酸值油容易导致缩水甘油酯生成[10]。

(5)累计公司加工过的原料油酸值和含磷量,针对性地选择加酸量、碱浓度、超量碱。

(6)遇到难炼的劣质毛油,采取两种油混炼。如巴西大豆油与美国大豆油按2∶1混合,减少精炼操作困难,成品油达到色泽Y6、R0.6,酸值(KOH)回升小于0.02mg/g[11]。

(7)对包装调和油,先测算、小样配合试验,主要是油酸和亚油酸含量,在小样试验合格后再生产。

1.2酸炼

(1)软水通过锅炉房省煤器后引1根热水回水管。

(2)增加1台列管换热器,用65℃精炼成品油与25℃毛油换热,毛油温度升到45℃,降低蒸汽用量3kg/t。

(3)用成品油最后冷却用的冷却水,加热进精炼车间的毛油,提升毛油的温度,节省蒸汽5~6kg/t。

(4)防止磷酸大量结晶,把磷酸浓度从85%降到75%,避免管道结晶。

(5)依据毛油中的非水化磷脂含量和含杂量准确加酸,经小试分析数据,一般控制加酸后酸值(KOH)上升0.15~0.35mg/g调到0.2~0.5mg/g,水洗水用量从脱皂油量的8%~15%降到6%~13%。过量加酸则多消耗碱,增加成本。

1.3碱炼

(1)适当降低碱液浓度。

(2)控制碱炼油酸值(KOH)在0.05~0.08mg/g。

(3)在碱炼中,多选用1台隔膜式计量泵,蜗轮长时间运行磨损,造成流量不稳定,并联1台离心泵流量稳定,维修简便。

(4)在中和时选用静态混合器,减少油品乳化。在中和过程中防止中性油过度皂化,设计中和反应滞留时间在10~15min。

(5)离心机的排渣间隔时间在1~60min,在适合油品需要情况下,延长离心机排渣间隔时间。根据出油含皂量、皂脚含油量调整背压和向心泵开启率。控制皂脚含油量最大不能超过30%。控制油含皂量小于500mg/kg,避免水洗时出现乳化现象。

(6)碟片清洗池碱煮、磷酸煮洗,现在改用1个SS316桶,用20%磷酸浸泡碟片组,1组3h,再用布擦洗干净。

(7)水洗时软水温度要高于油温5℃,水洗水pH控制在5~6,避免油品乳化。控制水洗水的含油在1600~2000mg/kg。

(8)在分油箱旁安装水泵,把水洗水泵入离心机皂脚管道,冲洗离心机的皂脚,对600t/d规模的精炼,每天节省10t软水和污水处理费。

(9)油品切换,调整操作参数,观察出皂进行微调。在精炼过程中因油品变化要改变操作参数,考虑油品变化的时间长,碱炼工段增加时间很少,但是从脱色到脱臭要增加6h。

1.4脱色

(1)适度降低干燥油含水量,可以降低白土单耗。油脂水分能增加共轭二烯酸等极性物质,活性白土对水的羟基吸附能降低白土的活性。

(2)脱色剂选用。沸石、海泡石、高岭土、活性炭、硅藻土的脱色率小于活性白土的50%。活性白土以膨润土为原料,经强酸置换出金属离子后,形成许多内部微孔结构,对色泽有很强的吸附力,但是也有很强的催化能力,可加速油脂氧化生成不良风味的挥发性物质。在pH7.9条件下碱化白土制得脱色剂,对葵花籽油脱色的主要参数为加脱色剂量1.5%、脱色温度70℃、脱色时间30min,可得到较好的气味。但是随着碱化程度加深,异味逐步变小,脱色力下降。适度碱化的活性白土具有脱色和保留油风味能力。

白土的游离酸含量高能促使油脂产生水解和氧化,高活性度和高游离酸含量的白土使油脂返色。一般选择白土活性低于200,游离酸在0.2%(硫酸),pH在2~5为宜。白土用量与油脂催化氧化及异构化呈正相关。

低活性脱色剂凹凸棒土脱色改变大豆油的品质,提高油脂稳定性,凹凸棒土吸附色素比吸附磷脂有效,对皂类吸附比色素更有效,故脱除所有磷脂所需的凹凸棒土比脱色物质多,脱除所有色素物质所需的凹凸棒土比脱除皂类多。

(3)定期清理白土预混合罐、脱色塔,改善混合效果。定期测试辅料质量,定期清理白土死角。

(4)依据原料油色泽和成品油色泽的要求选择白土用量,按历史生产数据和原料油来源,选择合适的白土品种、白土混合比例,有针对性地进行调整。一般对于巴西大豆油,活性白土、凹凸棒土1∶2或者活性白土、助滤剂、凹凸棒土1∶1∶2。对于美国大豆油,全部用凹凸棒土。在每批油到后做脱色试验,确定白土用量,观察酸值回升、金属离子含量和脱色效果。

(5)减少蒸汽带水,在脱色吹饼前汽包排水,提高蒸汽饱和度来降低废白土含油,保证吹饼蒸汽的饱和度,定期检查疏水阀的运行状态。控制废白土含油量在23%以下。

(6)脱色塔保持较高的液位,防止油在塔内短路。

(7)调整过滤机的排渣振动时间,由原12min调整到5min,可以降低空压机50%用电量。

(8)过滤机蒸汽吹饼:脱色过滤机吹饼蒸汽瞬时流量在0.8t/h,产生蒸汽压力下降,影响真空稳定性。在过滤机吹饼蒸汽管道进口处加装6mm孔板,蒸汽流量由1.8t/h降到1.2t/h,并提高蒸汽压力的稳定性。

(9)控制脱色油酸值(KOH)从小于等于0.3mg/g调到小于等于0.4mg/g。

1.5脱臭

(1)减少汽提蒸汽用量,避免汽提蒸汽带水。

(2)把脱色油和脱臭油换热器的进油管改为一段弯管,更换进出油管位置,增加逆流效果,脱色油和脱臭油充分换热,脱色油升到208℃。

(3)在脱色、脱臭真空系统各增加1台水环真空泵[12],减少1台蒸汽喷射泵,降低蒸汽20~30kg/t。保持真空稳定,减少波动。

(4)如有可能,油-油换热器选用螺旋换热器,换热效率高,经过两次换热,油温达到228~230℃,节省高压蒸汽用量。

(5)低温短时捕集脱臭技术[13],在填料塔和板式塔的组合塔中,把板式塔第4~6层塔板的外部通过DN150管道连接,通过调节三通阀开闭来选择油品在脱臭塔的板层数,控制脱臭时间。脱臭温度235~240℃,脱臭时间45~60min,直接汽用量0.8%~1%,控制反式酸增量[14-15]在0.6%、维生素E降低7%~10%,控制馏出物的酸值(KOH)大于100mg/g。

在脱臭温度达200℃以上,温度是导致3-氯丙醇酯[8]形成的重要因素,在230℃以上增加明显,菜籽油在脱臭过程中产生3-氯丙醇酯量低于棕榈油,3-氯丙醇酯产生的主要原因是前体氯和二甘酯。

(6)高压锅炉原用红外线信号在高温下易受到干扰,紫外线抗干扰且稳定传输,所以改为紫外线。高压锅炉烟道上增加换热器和车间工艺软水换热。

(7)600t/d精炼的冷水真空系统中冷冻机运行电流在143.1A,满载电流在179.4A,在保证产品质量条件下,降低真空蒸汽压力,减少蒸汽量和降低水温。冷冻水真空:7.2℃水,保持真空150~180Pa,保持热井水保洁,真空稳定。

1.6冬化

(1)葵花籽油和菜籽油脱蜡[16],结晶罐和养晶罐用DN200管道连接,停止用泵,各罐液位保持稳定,利于脱蜡成型。从第一个结晶罐到多个结晶罐靠重力压差逐个溢流到最后一个结晶罐,在溢流过程中油温下降4~6℃,不需搅拌混合不用油泵。成品油[17]经冷冻试验(0℃)30h。

(2)成品油温度低,与原料油换热,降低进油温度,减轻冷冻机的负荷,同时提高成品油温度,减少后续精炼蒸汽用量。

1.7废水废气处理

(1)在源头控制或减少污水量,控制精炼车间的污水含油量在2000mg/kg以内,在隔油池及时回收。

(2)把清洗设备的废碱水存放,用于调节污水处理前的pH,减少用碱量,同时避免高浓度废碱水对系统的冲击。

(3)把浸出车间废水从进隔油池改为综合池,延长精炼废水在隔油池静置时间,减少用药量。

(4)对处理后的中性水重复使用,用于卫生冲地和浇花。

(5)排放水出口安装COD在线监测仪和流量计。按照污水排放等级,如一级排放标准,COD为90mg/L、BOD为20mg/L,过度处理成本上升。

(6)臭味捕集处理:收集后降温10℃,经过液化、降解低分子、加压处理和稀释,控制排出气体在20(无量纲)以下。

2工艺调整

2.1二次碱炼工艺——低温长混碱炼

二次碱炼工艺是针对劣质毛油如棉籽油和米糠油[16],可有效脱除糖类、蛋白质等。在游离脂肪酸超过3%所用,如果一次碱炼,加超量碱太高,可能形成浓皂浆。经二次碱炼后油脂色浅(如对菜籽油经一次碱炼油色泽在Y4.5,经二次碱炼达到Y2.2)、含磷量小于等于5mg/kg、微量元素、蛋白质和糖类等含量减少、减少中性油皂化,在脱色中白土不会被磷脂等黏液物吸附,减少白土用量,脱色油含磷量一般在15~20mg/kg,在水洗时不加柠檬酸,残皂量小于等于50mg/kg(一般在70mg/kg),减少脱臭时间。用于大豆油,提升煎炸性,但炼耗增加0.5%,废水量增加。

在精炼南美大豆油(热损率高)和劣质毛油时[18-19],二次碱炼能彻底地清理杂质,减少脱色白土用量,延长脱臭塔工作周期。

2.1.1工艺流程

毛油暂存罐→毛油过滤器→计量→换热器→多效混合器→酸反应罐→冷却器→冷却油罐→多效混合器→碱反应罐→加热器→自清式离心机→多效混合器→二次碱反应罐→加热器→自清式离心机→多效混合器→换热器→水洗离心机→真空干燥器。

2.1.2操作要求

(1)脱除杂质:如果毛油的含杂量多1%,炼耗增加0.8%。

(2)添加磷酸:加0.05%~0.2%食用级磷酸(75%~85%),油温在80~85℃,进入多效混合器,进酸反应罐滞留15~20min。

(3)低温碱炼:把酸炼油降温到25~40℃添加碱液,使用9.4%~12.6%的碱液,碱液温度和油温等同,加碱量按酸值计算,超量碱按80%~100%,进入多效混合器,混合后油进碱反应罐,滞留40~60min,在反应后进换热器加热到85~90℃,进入离心机分离。

在第一次碱炼油中添加4.0%~5.3%碱液,添加量按酸值计算,碱液温度和油温相同,经混合器混合后进二次碱反应罐,滞留10~15min,进分离机分离。

(4)水洗:在油中加10%~15%软水,水温在95℃,高于油温5℃,进混合器、滞留罐,洗涤后进分离机分离,油中含水0.3%~0.5%。

(5)真空干燥:真空在6.66kPa、器内温度在90℃左右。

2.2碱炼二次水洗

菜籽毛油→碱炼→脱色→脱臭→成品油[20]。

在碱炼后,进行二次水洗,加水量10%~15%,按化验结果,碱炼、水洗过程重复。脱色白土添加量2%左右,按白土量的5%~15%添加活性炭。脱臭在180Pa、245~250℃进行,冷却到50℃出车间。

2.3在板式脱臭塔后增加后脱酸、二次捕集、冷冻水系统[21]

在填料塔-板式脱臭塔后增加后脱酸,脱除在脱臭塔内氧化、水解产生的小分子酸性物质,提高脱臭油氧化稳定性,提升烟点。以国储油为例,在没有后脱酸前,脱臭油酸值(KOH)0.1mg/g,烟点212~214℃,增加后脱酸酸值(KOH)0.06mg/g,烟点217℃。

二次捕集器:一次捕集,进口油温115℃,出口115℃,捕集的维生素E含量在14%;二次捕集,进口温度52℃,出口52℃。第一级捕集馏分富含维生素E和甾醇,第二级捕集脂肪酸,酸值(KOH)115.4mg/g。第一级馏分重新循环到脱臭塔倒数第二层板中,减少脱臭过程中维生素E、甾醇损失。注意的是第二级捕集器的捕集温度要大于42℃,否则脂肪酸凝固后贴在管内壁上,降低真空度,要用高温热水冲洗融化。

冷冻机系统出水温度在7~7.2℃,保持热井中清洁,循环捕集脂肪酸的温度要保证脂肪酸不处在凝固状态,在线测定pH,维持微碱性,热井的水要常加碱,如设置自动检测和自动加碱装置。

3精炼过程中控制大豆油返色程度[22-23]

大豆油返色与原料中含青绿色、未成熟豆、高水分大豆相关;根据常年的生产统计,一般美国大豆油的质量稳定、阿根廷大豆油次之、巴西大豆油质量最差。

大豆油返色与加工储存过程有关。金属含量影响返色,色泽随着储存时间延长而加深,储存中变化明显,出现多次返色现象,另外油中维生素E含量低,返色加深;浸出中的汽提脱溶温度对返色影响很大,如浸出车间汽提温度大于等于100℃,返色、返味很明显;过氧化值[11]与返色呈正比,过氧化值与油入罐温度有关,在油温大于等于50℃时,油氧化速度较快,小包装与灌装饱和度有关,油瓶的液位越高保存时间越久;与保存方式有关,储存油脂注意避光。

3.1脱磷

残留磷脂在脱臭后发生磷脂的吡咯化(4,5-环氧基-2-庚烯醛和很多个含氨基磷脂反应生成聚合物吡咯磷脂),产生非酶性褐变,引起回色。

3.2脱酸

加入一定量的超量碱,降低酸值、过氧化值和金属离子,提升油品的稳定性。

3.3脱色

色泽与脱色温度和脱色时间有关[19,24],脱色温度不宜太高,脱色时间不宜过长。脱色温度:活性白土或活性炭100~106℃,天然漂土105~132℃;脱色时间在15~20min。脱色剂与油脂接触时间过长,也会使精炼油产生回色和酸值上升现象。

3.4脱臭

对于填料塔和板式塔的组合塔,脱臭温度在235~245℃,真空在150~250Pa,保持稳定,脱臭时间100min。如果增加后脱酸,控制真空在120~150Pa,脱臭时间缩短至80min以内,脱臭油的氧化稳定性明显提高[25],脱臭油在真空冷却到50℃以下进油罐。在油中添加60mg/kg的TBHQ防止氧化、延长返色。

4精炼生产成本

4.1生产成本

中粮下属工厂的一级油精炼生产成本[21]分为变动成本和固定成本。变动成本含辅料消耗和能源消耗,辅料消耗含磷酸、白土、碱等,能源消耗含水、电、天然气、蒸汽。固定成本含维修、油罐区、污水处理、化验费、折旧、职工薪。变动成本含能耗27.46元/t、辅料消耗22.39元/t,共计49.85元/t;固定成本含维修3.01元/t、化验3.39元/t、污水处理12.68元/t、油罐费9.7元/t,共计28.78元/t,生产成本是78.63元/t(不含折旧和职工薪)。污水处理费含电费、水费、药品、石灰、人工费、折旧、维修、污泥处理措施及其他,平均在12.68元/t。

中储粮油脂公司精炼生产成本统计和中粮存在差别。如中储粮油脂公司一家工厂的一级油精炼生产成本如表1所示。

 


各公司的一级油精炼生产成本对标在能源消耗,多数控制在电耗13~14kW·h/t,汽耗60kg/t,天然气2.5m3/t或柴油3.25kg/t,重点控制汽耗和电耗。

根据对AlfaLaval精炼装置测试蒸汽消耗数据,脱臭蒸汽泵用汽25kg/t,脱色搅拌用汽5~6kg/t,吹饼用汽5kg/t,脱臭汽提用汽5~6kg/t(按油质量0.6%~0.7%计)。精炼主要用汽设备是脱臭塔,真空残压对汽提用汽量的影响很大,对于软塔和板式塔结合的脱臭塔脱臭时间在65~75min、温度在230~250℃,采集数据分别是:在500Pa,直接蒸汽量17kg/t;在400Pa,直接蒸汽量13.5kg/t;在300Pa,直接蒸汽量10kg/t;在200Pa,直接蒸汽量7kg/t;在160Pa,直接蒸汽量小于5kg/t。所以维持高真空,经常检查冷冻系统的换热器的换热效果和水质清洁程度。蒸汽压力对蒸汽用量影响也大,使用0.6MPa蒸汽用量比1MPa蒸汽用量多30%~40%。

电耗:冷冻机的排气压力在1300Pa,可下调到1100Pa(在气温低时),冷冻机循环水停37kW的水泵。

4.2辅料用量

对于不同品质的大豆油,辅料用量差异较大,体现在磷酸、液碱和白土的用量。我们在储备油(酸值(KOH)2mg/g、含磷量90mg/kg)、新鲜脱胶油(酸值(KOH)1mg/g、含磷量90mg/kg)和新鲜毛油(酸值(KOH)1.5mg/g、含磷量700mg/kg)进行了生产对比。超量碱均为12%,辅料用量分别见表2、表3和表4。

 

由表2可见,新鲜毛油含磷量高,酸化时磷酸用量大;储备油和新鲜脱胶油含磷量相当,磷酸用量也相当。

说明:

(1)在储备油酸值(KOH)为2mg/g,中和脂肪酸液碱用量4.99kg/t,中和磷酸液碱用量1.29kg/t,合计液碱用量6.28kg/t。

(2)在新鲜脱胶油酸值(KOH)为1mg/g,中和脂肪酸液碱用量2.5kg/t,中和磷酸液碱用量1.29kg/t,合计液碱用量3.79kg/t。

(3)在新鲜毛油酸值(KOH)为1.5mg/g,含磷量为700mg/kg,在酸炼时磷酸一般用量为0.7kg/t,而中和磷酸液碱用量3.0kg/t,中和脂肪酸液碱用量3.74kg/t,合计液碱用量6.74kg/t。

 


由表4可见,因储备油储存后,色泽不易脱,白土用量高;新鲜脱胶油和新鲜毛油均为新鲜油,白土用量相当。

4.3考核指标和精炼成本

(1)精炼得率:大豆脱胶油到一级大豆油97.23%~97.36%;大豆毛油到一级大豆油95.11%~95.57%;菜籽毛油到一级菜籽油95.35%~95.73%;四级菜籽油到一级菜籽油96.26%~96.37%;大豆毛油到四级大豆油97.72%~97.80%;脱蜡一级菜籽油99.74%~99.82%。

理论精炼得率=100-(水洗损耗+1.25×酸值/2+含磷量×26.31/10000+水分+杂质)。

提高精炼得率:在每批油精炼前,要计算理论得率,要求实际得率优于理论得率。在油脂精炼过程中,碱炼损耗占70%左右,脱色、脱臭损耗相对稳定,得率每提高0.1%,成本降低3元,一般是油价的0.5%,油价升高后相应降低的成本会增加。

(2)精炼损耗的推算公式:

精炼一级油:

中和损失=0.3(水洗损耗)+1.25(皂脚含油)×(P(含磷)×26.31/10000+酸值/2+水杂+0.3(超量碱))

脱色损失=白土比例×废白土含油/(1-废白土含油)

脱臭损失=0.2(飞溅油)+1.1(损耗系数)×(脱色油酸值/2+POV/80+0.1(短碳链物)

四级菜籽油损耗=0.3(水洗损耗)+1.25(脱磷量)(ΔP(含磷)×26.31/10000+Δ酸值/2(脱除FFA)+水杂)

(3)精炼一级油在各阶段的损耗:

用脱胶油:中和76%~80%,脱色9%~11%,脱臭11%~13%。

用未脱胶油:中和87%~90%,脱色4%~6%,脱臭6%~7%。

5结束语

5.1成品油处理

在冬季,精炼成品油经过油罐储存后,在灌装后大豆油发朦、菜籽油有微量结晶,造成外观差。如果二次精炼增加费用,可采取下列措施:

(1)成品油调配,把冷冻试验20h的油和3h的油按比例混合成冷冻时间9h发货。

(2)把冷冻试验期短的油售给没有冷冻要求的散户。

5.2降低生产成本

榨油厂毛油的出油率、毛油扣除沉渣比例、罐区毛油罐底油脚数量、毛油质量等要与相同规模精炼厂对标。在改进工艺和设备后,辅料的消耗下降,在操作过程中精准操作,不但减少辅料消耗,同时也减少辅料和油脂的接触量,减少衍生有害物,有利于提升油脂质量。

致谢:AlfaLaval李晓光高级工程师、华南理工大学杨博教授、武汉轻工大学何东平教授、中粮粮油工业(巢湖)有限公司章从龙高级工程师的技术支持!

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