地溝油脫色過程工藝優(yōu)化

相玉琳，焦玉榮，王立鵬

(榆林學院 化學與化工學院，陜西 榆林 719000)

地溝油實際上是一個泛指的概念，是人們在生活中對于各類廢棄油脂的統(tǒng)稱。其成分復雜，含有大量有毒物質，一些不法分子將地溝油勾兌于食用油中，嚴重擾亂社會秩序，危害人類健康。因此如何將其無害化利用已成為人們越來越關心的話題，而以目前的技術，無論是制備生物柴油還是生產洗衣粉、肥皂，都需要首先進行脫色處理[1]。這樣不僅可以減少對環(huán)境的污染，同時也有利于實現地溝油的最佳利用，并且也可有效遏制地溝油流入食用油市場，對維護食品安全有著重要意義。

目前常用的脫色方法主要有吸附脫色、化學脫色、非化學脫色等[2-4]。其中吸附脫色法是依靠吸附劑選擇性脫色來除去色素及其他雜質[4]。常用的吸附劑有活性白土、活性炭等；化學法脫色主要包括熱化學脫色、氧化脫色、還原脫色等[5]。

本文在前期研究的基礎上采用吸附與化學聯合的方法對地溝油進行脫色處理。擬采用粉煤灰聯合雙氧水對地溝油進行脫色研究，考察雙氧水以及粉煤灰用量、攪拌時間、溫度等因素對脫色效果的影響，并利用響應曲面優(yōu)化法，確定最佳脫色工藝參數。

1 實驗部分

1.1 材料

地溝油取自榆林市榆陽區(qū)某食堂，粉煤灰取自榆林市某煤電廠。H2O2為化學純，購于天津市科密歐化學試劑有限公司。

1.2 實驗過程

1.2.1原材料預處理

地溝油在低溫時為固態(tài)，為了除去不溶性雜質，需要把地溝油置于電熱套中加熱并趁熱用抽濾機過濾。

粉煤灰置于燒杯中在150℃恒溫干燥箱中活化2h，活化后的粉煤灰置于干燥器中待用。

1.2.2 脫色實驗

將10g地溝油盛于容積為50mL的燒杯中，在數顯集熱式磁力攪拌器中進行脫色試驗。通過變化雙氧水添加量(0.3～1.8 mL)，粉煤灰投入量(0.1～0.8g)，攪拌時間(5～30min)，水浴溫度(40～90℃)，確定最佳脫色條件。

1.3 分析方法

采用722N可見分光光度計測定地溝油的吸光度。以蒸餾水作參比，用1cm比色皿，經過測定可知，實驗油脂的最大吸收波長410 nm，在此波長下實驗用油的吸光度為1.698。

脫色效果(R)采用下式(1)計算[6]。

(1)

式中，A0表示脫色處理前地溝油的吸光度，A為脫色后油脂的吸光度。

2 結果與討論

2.1 單因素實驗結果

2.1.1雙氧水對脫色率的影響

圖1雙氧水對脫色率的影響

由圖1可知，脫色效果隨著雙氧水用量的增加而增大，當雙氧水用量超過0.9mL后，脫色率開始變小，油脂出現乳化現象。雙氧水用量的增多可以使油脂中羥基自由基增加，有利于其中有色成分的降解，但是當超過一定量后，就可能導致局部過氧化，使色素凝集，造成脫色效果下降。因此雙氧水的最佳用量為0.9mL(占油質量的8.79%)。

2.1.2 粉煤灰對脫色率的影響

由圖2可知，粉煤灰用量在0.1～0.6g時，脫色率隨粉煤灰用量的增大而增大，這是因為粉煤灰選擇性吸附的比表面積增大，從而吸附作用增強，當粉煤灰用量繼續(xù)增加，脫色率無明顯變化，這可能是因為粉煤灰選擇性吸收的色素已基本吸收完畢，與溶液中的色素達到了動態(tài)平衡。因此粉煤灰的最佳用量為0.6g。

圖2 粉煤灰對脫色率的影響

2.1.3攪拌時間對脫色率的影響

圖3 攪拌時間對脫色率的影響

在脫色時間為5～25min內，脫色率隨脫色時間的推移而逐漸增大，這說明在這段時間內，地溝油與粉煤灰、雙氧水充分接觸。當反應進行到25min以后，脫色率基本不變，表明反應可能已近完成。因此攪拌的最佳時間范圍為20～30min。

2.1.4反應溫度對脫色率的影響

溫度在40～60℃時，隨著反應溫度的升高，脫色效果隨著反應溫度的提高而顯著增加，當反應溫度升高到60℃左右時脫色效果最好。當溫度繼續(xù)升高，脫色率反而降低。這可能是溫度過高加速了雙氧水的分解，也可能是溫度過高導致了粉煤灰的結構發(fā)生了變化，從而導致了其脫色率的降低。

圖4 反應溫度對脫色率的影響

2.2 響應曲面實驗結果

四因素三水平響應曲面實驗安排及結果見表1。

表1 響應曲面實驗安排與結果

231.20(1)0.60(0)20.00(-1)60.00(0)69.8241.20(1)0.70(1)25.00(0)60.00(0)76.2251.20(1)0.60(0)30.00(1)60.00(0)67.8261.20(1)0.60(0)25.00(0)70.00(1)69.8270.90(0)0.50(-1)20.00(-1)60.00(0)64.2280.90(0)0.70(1)30.00(1)60.00(0)65.8290.60(-1)0.70(1)25.00(0)60.00(0)68.2

以脫色率為響應值建立模型，假設Y代表脫色率，X1、X2、X3、X4分別代表雙氧水用量，粉煤灰用量，攪拌時間和反應溫度，利用Design-Expert軟件得到二次多項回歸模型如下式(2)所示:

(2)

由數學模型得出當雙氧水量為0.91mL，粉煤灰量0.60g，攪拌時間24.85min，溫度60.93℃，脫色率達到最大，最大值為80.0191%。

為了驗證該模型的有效性，同時考慮實驗室現有儀器精度問題，在最佳條件附近進行三組平行試驗進行驗證，驗證結果見表2。發(fā)現在該條件附近，地溝油脫色率實驗值與模型預測值十分接近。說明該模型可以較好地描述地溝油的脫色過程。

表2 驗證試驗結果

3 結論

本研究以地溝油為研究對象，對其進行脫色研究。通過單因素試驗及響應曲面分析，得出最佳脫色工藝條件為：在地溝油中加入0.91mL的雙氧水以及0.60g的粉煤灰，加熱至60.93℃，攪拌24.85min即可以達到最佳脫色效果(80.0191%)。在近似該條件下進行實驗驗證，所得出的實驗結果與模型預測值十分接近，說明該模型在實際生產中具有較強的可應用性，可為后續(xù)研究提供一定的理論依據。

實驗過程中還發(fā)現，經脫色處理后的油脂在經歷較長時間的靜置后，其顏色變淡，達到了用于工業(yè)化生產原料的條件，實現了資源利用率的提高，可為生產肥皂、生物柴油等下游產品提供原材料，并且可以在一定程度上解決廢棄油脂回流進入食用油市場和污染環(huán)境的問題，具有一定的社會、環(huán)保以及經濟效益。