利用干法分提生產(chǎn)線進(jìn)行葵花籽油脫蠟改造

王志剛，姚行權(quán)，楊 劍

(1.湖北天星糧油股份有限公司，湖北 隨州 430000；2.天津科技大學(xué) 食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津 300457；3.天津中醫(yī)藥大學(xué) 中醫(yī)藥研究院，天津300000)

應(yīng)用技術(shù)

利用干法分提生產(chǎn)線進(jìn)行葵花籽油脫蠟改造

王志剛1，2，姚行權(quán)1，楊 劍3

(1.湖北天星糧油股份有限公司，湖北 隨州 430000；2.天津科技大學(xué) 食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津 300457；3.天津中醫(yī)藥大學(xué) 中醫(yī)藥研究院，天津300000)

近年來葵花籽油得到消費者的普遍認(rèn)可，但是葵花籽油中的蠟使油品濁點和消化率下降，影響了其食用品質(zhì)和商品價值。利用干法分提生產(chǎn)線進(jìn)行葵花籽油脫蠟改造，采用冷凍結(jié)晶工藝分離出葵花籽油中的蠟。通過將棕櫚油干法分提生產(chǎn)線改造成能進(jìn)行葵花籽油脫蠟的生產(chǎn)線，使同一套設(shè)備具備多種油品加工工藝，并利用干法分提技術(shù)提高葵花籽油脫蠟生產(chǎn)工藝效率、降低生產(chǎn)成本、提升產(chǎn)品抗凍性。

葵花籽油；脫蠟；干法分提；多效換熱；結(jié)晶曲線

近年來，葵花籽油得到了消費者的普遍認(rèn)可，其家庭烹飪的使用量占比擴(kuò)大。但由于壓榨或浸出法獲得的葵花籽毛油含有高熔點蠟和高熔點固體脂，影響產(chǎn)品透明度和適口性，進(jìn)而降低消費者認(rèn)可性和其商品價值。為了獲取優(yōu)質(zhì)的葵花籽油，使其在任何貯存條件下都保持清澈透明，普遍進(jìn)行冷卻和結(jié)晶工藝，將油中含有的高熔點蠟與高熔點固體脂析出并除去。葵花籽油中一般含0.06%～0.2%的蠟，純凈的葵花籽油中蠟熔點為76～77.℃。蠟溶于油中呈共熔體，這種共熔體對于溫度的敏感性較大，隨著溫度的降低，蠟質(zhì)的溶解度相應(yīng)下降，不過在一定的溫度下，只有當(dāng)共熔體達(dá)到飽和狀態(tài)4 h以上，蠟才結(jié)晶析出[1-2]。

1 干法分提結(jié)晶機(jī)理

1.1 油脂分提

蠟酯是C20～C28高級脂肪酸與C22～C30高級脂肪醇形成的。油脂脫蠟是通過冷卻結(jié)晶將油中高熔點蠟與高熔點固體脂從中析出，再采用過濾或離心分離操作將其除去的工序。油脂分提，就是將油脂進(jìn)行冷卻、析出結(jié)晶、固液相分離提純的過程。脫蠟與冬化脫脂屬于分提的一種特殊情況，分離脫除高熔點的蠟或脫除高熔點的固體脂。分提一般分為3個過程：①油脂冷卻；②油脂結(jié)晶；③固液相分離(即晶體分離)。

1.2 油脂結(jié)晶

油脂結(jié)晶過程分為3個階段，即熔融油脂過冷卻(或過飽和)、晶核形成和晶體生長。當(dāng)熔融油脂溫度比熱力學(xué)平衡溫度低得多，即過冷卻(或稀溶液變得過飽和)時，油脂中一些熔點(或凝固點)相對較高的甘油三酯或蠟首先結(jié)晶，形成許多微觀晶粒，這些晶粒和油脂中可能存在微觀固體雜質(zhì)顆粒，在結(jié)晶過程中起到晶核作用。液態(tài)油脂中未結(jié)晶甘油三酯不斷凝結(jié)至這些晶核表面，晶核也就不斷長大，成為宏觀晶體。過飽和形成濃度差是晶核形成和晶體成長的濃度推動力[3]，其大小影響脂晶黏度及黏度分布。溶液中晶核有3種成晶現(xiàn)象，即在液相中均勻成核、外來物質(zhì)異類成核及微小晶粒從固體晶核上剝離，并作為二次成核晶粒[4]。

2 分提脫蠟

脫蠟工藝是將油脂溫度降低，使油脂中蠟質(zhì)的溶解度相應(yīng)下降，達(dá)到飽和狀態(tài)后，蠟結(jié)晶析出。其結(jié)晶過程與棕櫚油干法分提一致。利用棕櫚油干法分提生產(chǎn)線進(jìn)行葵花籽油脫蠟生產(chǎn)線改造，一是通過干法分提生產(chǎn)線進(jìn)行脫蠟生產(chǎn)線改造，一次性分離葵花籽油中高熔點蠟和高熔點固體脂；二是通過干法分提生產(chǎn)線結(jié)晶控制點位多的特點，得到優(yōu)于傳統(tǒng)脫蠟生產(chǎn)工藝的產(chǎn)品，提升了產(chǎn)品的品質(zhì)效益。

目前我國的干法分提設(shè)備主要以加工棕櫚油為主，而脫蠟工藝則普遍采用與全精煉工藝連用的設(shè)備，給設(shè)備綜合利用加工多種油品帶來了限制。油脂加工要脫除其中蠟，不同熔點的油脂產(chǎn)品都要經(jīng)過冷凍結(jié)晶環(huán)節(jié)，故此高效的冷卻換熱比和結(jié)晶控制技術(shù)成為技術(shù)的關(guān)鍵。

2.1 傳統(tǒng)脫蠟生產(chǎn)線

脫蠟生產(chǎn)線普遍采用與精煉串聯(lián)的連續(xù)式脫蠟工藝(見圖1)。

由圖1所示，原料經(jīng)加熱器升溫至破晶溫度進(jìn)入結(jié)晶罐。在第1個結(jié)晶罐中添加硅藻土，并攪拌均勻。添加硅藻土促進(jìn)結(jié)晶，使葵花籽油中蠟和易結(jié)晶高熔點甘油三酯，與硅藻土一同形成晶體。葵花籽油經(jīng)結(jié)晶罐冷卻降溫，逐罐之間為溢流結(jié)構(gòu)，水溫設(shè)定為逐罐降低，葵花籽油連續(xù)進(jìn)入結(jié)晶罐中，平穩(wěn)降溫，經(jīng)溢流在最后一個結(jié)晶罐中達(dá)到終溫。在最后一個結(jié)晶罐中添加硅藻土有助于過濾的進(jìn)行。一般情況下，整個工藝過程中硅藻土使用比例為5%，先加入2%～3%，其余部分最后加入，提高其過濾性能。

圖1 傳統(tǒng)脫蠟生產(chǎn)工藝

2.2 干法分提生產(chǎn)線改造為脫蠟生產(chǎn)線

利用棕櫚油干法分提生產(chǎn)線，改造成同時滿足脫蠟工藝的分提生產(chǎn)線(見圖2)。

圖2 干法分提生產(chǎn)線改造為脫蠟生產(chǎn)線

由圖2所示，利用多效換熱器快速降溫，降溫后的葵花籽油從底部進(jìn)入結(jié)晶罐。從結(jié)晶罐底部進(jìn)油可以有效降低油品接觸空氣發(fā)生氧化的情況。硅藻土由原來的直接添加到結(jié)晶罐，改為硅藻土預(yù)先注入預(yù)混罐與葵花籽油定量預(yù)混，通過螺桿泵定量輸出到各結(jié)晶罐中。在預(yù)混罐中預(yù)混可以防止混合不均，同時防止晶體被攪拌破壞。每個結(jié)晶罐都是獨立的降溫單元，可以獨立設(shè)定降溫工藝曲線。依次執(zhí)行開始冷卻工藝菜單實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。過濾是根據(jù)冷卻工藝情況，依次進(jìn)入過濾機(jī)組，達(dá)到連續(xù)結(jié)晶過濾的工藝設(shè)計。

2.3 多效換熱器提高冷卻速率

應(yīng)用多效連用降溫?fù)Q熱器提高生產(chǎn)效率。需脫蠟油經(jīng)供油泵供入，經(jīng)升溫?fù)Q熱器、油油換熱器、冷卻換熱器后進(jìn)入結(jié)晶罐。充分進(jìn)行了熱回收利用，省去了在結(jié)晶罐中消耗冷量所產(chǎn)生的成本。經(jīng)升溫?fù)Q熱器的葵花籽油升到工藝溫度，將熱量通過油油換熱器給剛進(jìn)入系統(tǒng)的毛油升溫破晶，再到冷卻換熱器，即可減少升溫帶來的蒸汽成本，也可以減少水冷卻的負(fù)荷。利用此多效換熱系統(tǒng)，達(dá)到快速冷卻進(jìn)油的目的。

2.4 影響分提的因素[4]

(1)油脂及其品質(zhì)。油脂中膠質(zhì)、非固體游離酸、甘油二酯、甘油一酯和過氧化物存在都會影響結(jié)晶分離效果，所以油脂分提前需精煉。

(2)加熱破晶工段。油脂在精制、運輸過程中會由于非勻速降溫而產(chǎn)生不均勻晶核，不均勻晶核晶型各異，晶粒大小不一，在冷凍結(jié)晶階段不利于脂晶均勻成長和成熟。因此，分提過程中油脂在進(jìn)入冷凍階段前，加熱油品使其中的高熔點蠟和高熔點固體脂完全熔化后進(jìn)入結(jié)晶罐，使油脂呈現(xiàn)均一狀態(tài)。

(3)晶種。在分提過程中添加晶種。利用結(jié)晶關(guān)系原理，在介穩(wěn)區(qū)區(qū)間添加晶種，促使晶體生成及成長。選擇晶種類型、添加量與添加時間是關(guān)鍵控制點。晶種類型應(yīng)用最多的有分提硬脂和已結(jié)晶好的油脂。

(4)結(jié)晶溫度和冷卻速率。過冷度太大，同時會形成很多晶核，使整個體系黏度增加，分子移動困難阻礙結(jié)晶成長。溫差大，急驟冷，易形成無法分離玻璃質(zhì)體，應(yīng)緩慢冷卻至一定結(jié)晶溫度，才能獲得相應(yīng)晶型。

(5)結(jié)晶時間。固體脂結(jié)晶時間不僅與體系黏度、多晶性、冷卻速率及某種飽和或不飽和甘油三酯結(jié)成穩(wěn)定晶型性質(zhì)等因素有關(guān)，且受結(jié)晶塔結(jié)構(gòu)設(shè)計直接影響。

(6)攪拌速度。具有攪拌功能的結(jié)晶罐，能加快熱傳遞速度，保持油溫和各成分均勻狀態(tài)，能加快結(jié)晶分提速度。但若攪拌力度不夠，會產(chǎn)生局部晶核;若攪拌太劇烈，會使結(jié)晶被撕碎，導(dǎo)致過濾發(fā)生困難，則更為不利。為了使蠟微粒之間的聚集碰撞增加，又能使油冷卻均勻，應(yīng)控制適當(dāng)攪拌速度，一般為8～13 r/min。

(7)助濾劑。一般添加硅藻土或珍珠巖，相當(dāng)于增加晶核，加速結(jié)晶過程。高熔點的蠟或固體脂附著在助濾劑上，晶核顆粒逐漸成長變大。添加助濾劑還可以改善過濾速率。

(8)輸送。輸送過程中應(yīng)盡量避免受絮流剪切，一般選擇螺桿泵輸出。螺桿泵輸出可以穩(wěn)定控制壓力和流量，同時減少對晶體的破壞。

(9)分離方式。干法分提普遍采用膜式過濾機(jī)，膜式過濾機(jī)所使用濾布透氣率對最終產(chǎn)品產(chǎn)生影響。濾布分為抗靜電的和不抗靜電的，透氣率在30～250 L/(dm2·min)，透氣率越小分離出細(xì)小晶體越好，但也造成過濾速度下降。

2.5 降溫控制形式

破晶溫度一般在60～70.℃，油脂進(jìn)入結(jié)晶罐后，溫度一般會在過程中有所損失。圖3為傳統(tǒng)脫蠟工藝結(jié)晶曲線。由圖3所示，該曲線的溫度控制點較少，逐級冷卻降溫，通過進(jìn)油流量調(diào)節(jié)降溫速率。

圖3 傳統(tǒng)脫蠟工藝結(jié)晶曲線

圖4為目前應(yīng)用的干法分提冷卻降溫曲線，在油品升溫達(dá)到破晶溫度后開始分步降溫，同時打開攪拌使結(jié)晶罐內(nèi)油品與冷卻盤管充分接觸。在冷卻的初始階段油品處于穩(wěn)定區(qū)間，在此區(qū)間對油品迅速降溫不會生成晶核顆粒，在設(shè)備允許范圍內(nèi)快速冷卻可以節(jié)省冷卻時間。由圖4所示，油溫達(dá)到過飽和區(qū)域后，通過持續(xù)降溫讓油品溫度達(dá)到不穩(wěn)定區(qū)域自發(fā)形成晶核，或者在油品溫度處于介穩(wěn)區(qū)域時添加晶種，加速油品結(jié)晶成型過程。無論哪種方法都要晶核緩慢成長為大的晶體顆粒，利于過濾。在晶核生成后緩慢養(yǎng)晶，使晶體逐漸成長，最終達(dá)到過濾終溫。

圖4 干法分提結(jié)晶曲線

圖5為快速進(jìn)油法工藝曲線。由圖5所示，通過多效換熱器使原料油先后進(jìn)行預(yù)熱升溫-破晶升溫-熱回收-降溫階段，進(jìn)入結(jié)晶罐后縮短前期降溫時間，提高了結(jié)晶工段生產(chǎn)效率。尤其在夏季將大大降低電耗及蒸汽消耗。在快速進(jìn)油過程中，必須保證結(jié)晶罐內(nèi)沒有殘留晶核，不能影響后期結(jié)晶。

圖5 快速進(jìn)油法工藝曲線

3 結(jié)束語

利用棕櫚油干法分提生產(chǎn)線改造成可以同時滿足油品脫蠟工藝的生產(chǎn)線，同時利用快速進(jìn)油提高熱能利用率和降低冷卻成本，利用硅藻土預(yù)混工藝實現(xiàn)預(yù)混添加，誘導(dǎo)晶核生成、成長。利用干法分提生產(chǎn)線進(jìn)行脫蠟工藝改造后，生產(chǎn)的一級葵花籽油0.℃冷凍試驗達(dá)到72 h以上，一級葵花籽油庫存一周以后，其酸值(KOH)小于等于0.1 mg/g，過氧化值小于等于0.9 mmol/kg，色澤R0.7/Y7～R0.8/Y8。在原有生產(chǎn)線基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝改善，提高了設(shè)備綜合利用率，并應(yīng)用干法分提技術(shù)機(jī)理生產(chǎn)高品質(zhì)脫蠟葵花籽油，可以使企業(yè)效益大幅增長。

[1] 張晶.葵花籽油常規(guī)脫蠟技術(shù)的探討[J].糧食與食品工業(yè)，2001(3)：31-34.

[2] 趙國志，劉喜亮，劉智鋒.油脂脫蠟技術(shù)[J].糧食與油脂，2003(11)：7-11.

[3] 薛斌，曹潔，李奇璋.我國食用油脂冬化分提技術(shù)及其應(yīng)用概述[J].糧食與油脂，2011(4)：12-14.

[4] 蔡麗麗，錢林.油脂分提工藝研究進(jìn)展與應(yīng)用[J].糧食與油脂，2006(10)：22-25.

TQ644;TS224

B

1003-7969(2017)09-0153-04

2017-04-06；

2017-07-10

王志剛(1985)，男，工程師，在讀碩士，主要從事油脂生產(chǎn)銷售及研發(fā)管理工作(E-mail)15922148543@163.com。