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利用干法分提生产线进行葵花籽油脱蜡改造

发布日期:2017-10-20 中国油脂网

王志刚1,2,姚行权1,杨剑3

(1.湖北天星粮油股份有限公司,湖北随州430000;2.天津科技大学食品工程与生物技术学院,天津300457;

3.天津中医药大学中医药研究院,天津300000)

摘要:近年来葵花籽油得到消费者的普遍认可,但是葵花籽油中的蜡使油品浊点和消化率下降,影响了其食用品质和商品价值。利用干法分提生产线进行葵花籽油脱蜡改造,采用冷冻结晶工艺分离出葵花籽油中的蜡。通过将棕榈油干法分提生产线改造成能进行葵花籽油脱蜡的生产线,使同一套设备具备多种油品加工工艺,并利用干法分提技术提高葵花籽油脱蜡生产工艺效率、降低生产成本、提升产品抗冻性。

关键词:葵花籽油;脱蜡;干法分提;多效换热;结晶曲线

中图分类号:TQ644;TS224文献标识码:B

文章编号:1003-7969(2017)09-0153-04

近年来,葵花籽油得到了消费者的普遍认可,其家庭烹饪的使用量占比扩大。但由于压榨或浸出法获得的葵花籽毛油含有高熔点蜡和高熔点固体脂,影响产品透明度和适口性,进而降低消费者认可性和其商品价值。为了获取优质的葵花籽油,使其在任何贮存条件下都保持清澈透明,普遍进行冷却和结晶工艺,将油中含有的高熔点蜡与高熔点固体脂析出并除去。葵花籽油中一般含0.06%~0.2%的蜡,纯净的葵花籽油中蜡熔点为76~77℃。蜡溶于油中呈共熔体,这种共熔体对于温度的敏感性较大,随着温度的降低,蜡质的溶解度相应下降,不过在一定的温度下,只有当共熔体达到饱和状态4h以上,蜡才结晶析出[1-2]。

1干法分提结晶机理

1.1油脂分提

蜡酯是C20~C28高级脂肪酸与C22~C30高级脂肪醇形成的。油脂脱蜡是通过冷却结晶将油中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。油脂分提,就是将油脂进行冷却、析出结晶、固液相分离提纯的过程。脱蜡与冬化脱脂属于分提的一种特殊情况,分离脱除高熔点的蜡或脱除高熔点的固体脂。分提一般分为3个过程:①油脂冷却;②油脂结晶;③固液相分离(即晶体分离)。

1.2油脂结晶

油脂结晶过程分为3个阶段,即熔融油脂过冷却(或过饱和)、晶核形成和晶体生长。当熔融油脂温度比热力学平衡温度低得多,即过冷却(或稀溶液变得过饱和)时,油脂中一些熔点(或凝固点)相对较高的甘油三酯或蜡首先结晶,形成许多微观晶粒,这些晶粒和油脂中可能存在微观固体杂质颗粒,在结晶过程中起到晶核作用。液态油脂中未结晶甘油三酯不断凝结至这些晶核表面,晶核也就不断长大,成为宏观晶体。过饱和形成浓度差是晶核形成和晶体成长的浓度推动力[3],其大小影响脂晶黏度及黏度分布。溶液中晶核有3种成晶现象,即在液相中均匀成核、外来物质异类成核及微小晶粒从固体晶核上剥离,并作为二次成核晶粒[4]。

2分提脱蜡

脱蜡工艺是将油脂温度降低,使油脂中蜡质的溶解度相应下降,达到饱和状态后,蜡结晶析出。其结晶过程与棕榈油干法分提一致。利用棕榈油干法分提生产线进行葵花籽油脱蜡生产线改造,一是通过干法分提生产线进行脱蜡生产线改造,一次性分离葵花籽油中高熔点蜡和高熔点固体脂;二是通过干法分提生产线结晶控制点位多的特点,得到优于传统脱蜡生产工艺的产品,提升了产品的品质效益。

目前我国的干法分提设备主要以加工棕榈油为主,而脱蜡工艺则普遍采用与全精炼工艺连用的设备,给设备综合利用加工多种油品带来了限制。油脂加工要脱除其中蜡,不同熔点的油脂产品都要经过冷冻结晶环节,故此高效的冷却换热比和结晶控制技术成为技术的关键。

2.1传统脱蜡生产线

脱蜡生产线普遍采用与精炼串联的连续式脱蜡工艺(见图1)。

由图1所示,原料经加热器升温至破晶温度进入结晶罐。在第1个结晶罐中添加硅藻土,并搅拌均匀。添加硅藻土促进结晶,使葵花籽油中蜡和易结晶高熔点甘油三酯,与硅藻土一同形成晶体。葵花籽油经结晶罐冷却降温,逐罐之间为溢流结构,水温设定为逐罐降低,葵花籽油连续进入结晶罐中,平稳降温,经溢流在最后一个结晶罐中达到终温。在最后一个结晶罐中添加硅藻土有助于过滤的进行。一般情况下,整个工艺过程中硅藻土使用比例为5%,先加入2%~3%,其余部分最后加入,提高其过滤性能。

 

2.2干法分提生产线改造为脱蜡生产线

利用棕榈油干法分提生产线,改造成同时满足脱蜡工艺的分提生产线(见图2)。

 

由图2所示,利用多效换热器快速降温,降温后的葵花籽油从底部进入结晶罐。从结晶罐底部进油可以有效降低油品接触空气发生氧化的情况。硅藻土由原来的直接添加到结晶罐,改为硅藻土预先注入预混罐与葵花籽油定量预混,通过螺杆泵定量输出到各结晶罐中。在预混罐中预混可以防止混合不均,同时防止晶体被搅拌破坏。每个结晶罐都是独立的降温单元,可以独立设定降温工艺曲线。依次执行开始冷却工艺菜单实现连续生产。过滤是根据冷却工艺情况,依次进入过滤机组,达到连续结晶过滤的工艺设计。

2.3多效换热器提高冷却速率

应用多效连用降温换热器提高生产效率。需脱蜡油经供油泵供入,经升温换热器、油油换热器、冷却换热器后进入结晶罐。充分进行了热回收利用,省去了在结晶罐中消耗冷量所产生的成本。经升温换热器的葵花籽油升到工艺温度,将热量通过油油换热器给刚进入系统的毛油升温破晶,再到冷却换热器,即可减少升温带来的蒸汽成本,也可以减少水冷却的负荷。利用此多效换热系统,达到快速冷却进油的目的。

2.4影响分提的因素[4]

(1)油脂及其品质。油脂中胶质、非固体游离酸、甘油二酯、甘油一酯和过氧化物存在都会影响结晶分离效果,所以油脂分提前需精炼。

(2)加热破晶工段。油脂在精制、运输过程中会由于非匀速降温而产生不均匀晶核,不均匀晶核晶型各异,晶粒大小不一,在冷冻结晶阶段不利于脂晶均匀成长和成熟。因此,分提过程中油脂在进入冷冻阶段前,加热油品使其中的高熔点蜡和高熔点固体脂完全熔化后进入结晶罐,使油脂呈现均一状态。

(3)晶种。在分提过程中添加晶种。利用结晶关系原理,在介稳区区间添加晶种,促使晶体生成及成长。选择晶种类型、添加量与添加时间是关键控制点。晶种类型应用最多的有分提硬脂和已结晶好的油脂。

(4)结晶温度和冷却速率。过冷度太大,同时会形成很多晶核,使整个体系黏度增加,分子移动困难阻碍结晶成长。温差大,急骤冷,易形成无法分离玻璃质体,应缓慢冷却至一定结晶温度,才能获得相应晶型。

(5)结晶时间。固体脂结晶时间不仅与体系黏度、多晶性、冷却速率及某种饱和或不饱和甘油三酯结成稳定晶型性质等因素有关,且受结晶塔结构设计直接影响。

(6)搅拌速度。具有搅拌功能的结晶罐,能加快热传递速度,保持油温和各成分均匀状态,能加快结晶分提速度。但若搅拌力度不够,会产生局部晶核;若搅拌太剧烈,会使结晶被撕碎,导致过滤发生困难,则更为不利。为了使蜡微粒之间的聚集碰撞增加,又能使油冷却均匀,应控制适当搅拌速度,一般为8~13r/min。

(7)助滤剂。一般添加硅藻土或珍珠岩,相当于增加晶核,加速结晶过程。高熔点的蜡或固体脂附着在助滤剂上,晶核颗粒逐渐成长变大。添加助滤剂还可以改善过滤速率。

(8)输送。输送过程中应尽量避免受絮流剪切,一般选择螺杆泵输出。螺杆泵输出可以稳定控制压力和流量,同时减少对晶体的破坏。

(9)分离方式。干法分提普遍采用膜式过滤机,膜式过滤机所使用滤布透气率对最终产品产生影响。滤布分为抗静电的和不抗静电的,透气率在30~250L/(dm2·min),透气率越小分离出细小晶体越好,但也造成过滤速度下降。

2.5降温控制形式

破晶温度一般在60~70℃,油脂进入结晶罐后,温度一般会在过程中有所损失。图3为传统脱蜡工艺结晶曲线。由图3所示,该曲线的温度控制点较少,逐级冷却降温,通过进油流量调节降温速率。

 

图4为目前应用的干法分提冷却降温曲线,在油品升温达到破晶温度后开始分步降温,同时打开搅拌使结晶罐内油品与冷却盘管充分接触。在冷却的初始阶段油品处于稳定区间,在此区间对油品迅速降温不会生成晶核颗粒,在设备允许范围内快速冷却可以节省冷却时间。由图4所示,油温达到过饱和区域后,通过持续降温让油品温度达到不稳定区域自发形成晶核,或者在油品温度处于介稳区域时添加晶种,加速油品结晶成型过程。无论哪种方法都要晶核缓慢成长为大的晶体颗粒,利于过滤。在晶核生成后缓慢养晶,使晶体逐渐成长,最终达到过滤终温。

 

图5为快速进油法工艺曲线。由图5所示,通过多效换热器使原料油先后进行预热升温-破晶升温-热回收-降温阶段,进入结晶罐后缩短前期降温时间,提高了结晶工段生产效率。尤其在夏季将大大降低电耗及蒸汽消耗。在快速进油过程中,必须保证结晶罐内没有残留晶核,不能影响后期结晶。

 

3结束语

利用棕榈油干法分提生产线改造成可以同时满足油品脱蜡工艺的生产线,同时利用快速进油提高热能利用率和降低冷却成本,利用硅藻土预混工艺实现预混添加,诱导晶核生成、成长。利用干法分提生产线进行脱蜡工艺改造后,生产的一级葵花籽油0℃冷冻试验达到72h以上,一级葵花籽油库存一周以后,其酸值(KOH)小于等于0.1mg/g,过氧化值小于等于0.9mmol/kg,色泽R0.7/Y7~R0.8/Y8。在原有生产线基础上进行工艺改善,提高了设备综合利用率,并应用干法分提技术机理生产高品质脱蜡葵花籽油,可以使企业效益大幅增长。

参考文献:
[1] 张晶. 葵花籽油常规脱蜡技术的探讨[J]. 粮食与食品工业,2001(3):31-34.
[2] 赵国志,刘喜亮,刘智锋. 油脂脱蜡技术[J]. 粮食与油脂,2003(11):7-11.
[3] 薛斌,曹洁,李奇璋. 我国食用油脂冬化分提技术及其应用概述[J]. 粮食与油脂,2011(4):12-14.
[4] 蔡丽丽,钱林. 油脂分提工艺研究进展与应用[J]. 粮食与油脂,2006(10):22-25.


 

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