食用油和食品級(jí)潤滑油在食品機(jī)械潤滑中的應(yīng)用對(duì)比分析

胡紀(jì)根 李常馥 丁磊

摘 要：食品安全一直是當(dāng)今社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)問題，針對(duì)食品生產(chǎn)過程中食品機(jī)械潤滑劑的選擇和使用仍沒有明確的國家標(biāo)準(zhǔn)可以參考和執(zhí)行，而食品生產(chǎn)行業(yè)對(duì)于食用油是否可以用于食品機(jī)械的潤滑仍存在很大的爭議。因此本文針對(duì)食用油和食品級(jí)潤滑油在潤滑領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了簡要的對(duì)比分析，結(jié)果顯示由于食用油存在諸多性能缺陷，很難滿足現(xiàn)代食品加工機(jī)械各種工況條件下的潤滑要求，同時(shí)也指出食品生產(chǎn)行業(yè)使用食品級(jí)潤滑油的必要性以及制定相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的緊迫性。

關(guān)鍵詞：食品機(jī)械潤滑;食用油;食品級(jí)潤滑油;食品安全

隨著人們生活水平的日益提高，食品的安全性問題越來越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，其中轉(zhuǎn)基因食品、食品添加劑的選擇以及過量使用逐漸成為現(xiàn)今社會(huì)討論的熱點(diǎn)話題。在食品安全問題中，除了原材料選擇環(huán)節(jié)，常忽視食品加工過程中所使用的食品機(jī)械及其可能存在的安全隱患。由于部分食品機(jī)械在生產(chǎn)過程中不可避免要與食品發(fā)生接觸，所以這些機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中所使用的潤滑劑也存在與食品發(fā)生接觸的可能性，因此美國國家衛(wèi)生基金會(huì)（NSF）詳細(xì)規(guī)定了3類可用于食品、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)加工設(shè)備上的專用潤滑劑[1]。①H1。用于在食品加工過程中有可能與食品發(fā)生接觸的設(shè)備或機(jī)械部件上。所用原材料或成分必須滿足美國食品和藥品監(jiān)督管理局（FDA）的美國聯(lián)邦法規(guī)安全準(zhǔn)則指導(dǎo)21條CFR178.3750的要求。②H2。用于在食品加工過程中不可能與食品接觸的設(shè)備或機(jī)械部件上。該類潤滑劑不得含有銻、砷、鎘、鉛、汞、硒等重金屬，也不得含有致癌物、突變劑、致畸劑和無機(jī)酸。③H3。典型的乳化油或食用油，主要用于清潔和防止設(shè)備生銹。

由于目前國內(nèi)關(guān)于食用油是否可以應(yīng)用于食品機(jī)械的潤滑尚存在一定的爭議，《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品生產(chǎn)通用衛(wèi)生規(guī)范》（GB 14881—2013）中針對(duì)生產(chǎn)設(shè)備潤滑油的使用也只作了簡要的概述，并且規(guī)定可以將食用油脂用于食品機(jī)械的潤滑，所以針對(duì)食用油和食品級(jí)潤滑油做了下述討論分析。

1 食用油的優(yōu)缺點(diǎn)

食用油的主要成分是甘油和長鏈脂肪酸（飽和或不飽和脂肪酸）形成的甘油三酸酯，長鏈脂肪酸主要有飽和脂肪酸（月桂酸、豆蔻酸、硬脂酸等）、單不飽和脂肪酸（油酸、棕櫚酸等）和多不飽和脂肪酸（亞油酸、亞麻酸等）。不同的動(dòng)植物油脂由于所含長鏈脂肪酸的種類及含量不同，其理化性能均有所不同，幾種植物油的結(jié)構(gòu)組成和性能見表1[2]。

1.1 氧化安定性

由于動(dòng)植物油的長鏈脂肪酸分子中含有大量的C=C雙鍵，尤其是含有多個(gè)雙鍵的亞油酸或亞麻酸組分，這些組分極易被氧化，因此這些組分的含量極大地影響油脂的氧化安定性。碘值是有機(jī)化合物不飽和度的量度，碘值越大，不飽和度越大，氧化安定性也越差，由表1的可知，植物油的氧化安定性普遍較差。

食用油脂的氧化過程中首先會(huì)形成一次性氧化產(chǎn)物——?dú)溥^氧化物，這些氫過氧化物通過裂解會(huì)形成自由基，進(jìn)而繼續(xù)發(fā)生分解和聚合反應(yīng)。分解反應(yīng)生成二級(jí)氧化產(chǎn)物，如醛類、酮類、醇類和烴類化合物，這些化合物也是食用油脂變質(zhì)的主要原因，導(dǎo)致了食物的異味和酸敗。在上述化合物中，降解產(chǎn)生的氧化不飽和醛被認(rèn)為是致癌物質(zhì)，會(huì)對(duì)人體健康造成重大威脅[3]。除了分解反應(yīng)，這些氫過氧化物也會(huì)通過聚合反應(yīng)生成環(huán)氧化物、二聚體及多聚體產(chǎn)物等。上述這些產(chǎn)物都具有一定毒性，會(huì)導(dǎo)致各種人類疾病的發(fā)生，如衰老、動(dòng)脈硬化、關(guān)節(jié)炎、炎癥性腸病、神經(jīng)退行性疾病和一些眼病[4]。

1.2 低溫流動(dòng)性

由于動(dòng)物油脂的長鏈脂肪酸的飽和程度比植物油脂更高，所以很多動(dòng)物油在常溫條件下是固態(tài)的，低溫流動(dòng)性很差。植物油中大量的甘油三酯結(jié)構(gòu)使其在低溫下易于發(fā)生堆積作用而形成較大的晶體，其低溫性能也較差[5]。動(dòng)植物油脂的氧化安定性和低溫流動(dòng)性兩者相互矛盾，組分中的雙鍵含量越多低溫流動(dòng)性能越好，氧化安定性能卻越差。

1.3 水解穩(wěn)定性

食用油脂結(jié)構(gòu)中含有3個(gè)酯鍵，因而其水解穩(wěn)定性較差。

1.4 潤滑性

動(dòng)植物油分子結(jié)構(gòu)中含有酯基等極性基團(tuán)，可在金屬表面形成吸附膜，同時(shí)植物油中的脂肪酸可與金屬表面反應(yīng)形成金屬皂單層膜，兩者共同作用可以起到減摩抗磨的作用，但這些油膜在高負(fù)荷條件下抗磨能力較差[6]。

1.5 可生物降解性能

由于食用油中的酯基易水解，脂肪酸長鏈中的不飽和雙鍵易受微生物攻擊而發(fā)生氧化，因此食用油具有較強(qiáng)的生物降解能力，由表1可知天然植物油的生物降解性都很強(qiáng)。

1.6 過濾性

植物油比礦物油更易起泡且過濾性差，易產(chǎn)生油泥和沉淀。

綜合以上特點(diǎn)，食用油脂諸多性能存在缺陷，已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代食品加工機(jī)械各種復(fù)雜條件下的潤滑要求。例如食品級(jí)高溫鏈條油必須滿足超高溫條件下的潤滑，基礎(chǔ)油必須具有優(yōu)異的熱氧化安定性和低揮發(fā)性;食品級(jí)低溫潤滑脂必須滿足低溫條件下的潤滑，基礎(chǔ)油必須具有優(yōu)異的低溫流動(dòng)性和抗磨損能力;食品級(jí)空壓機(jī)油必須具有優(yōu)異的防銹、抗泡和抗乳化性能。

2 植物油的改性

植物油由于具有非常好的生物降解性，所以被作為綠色可再生潤滑劑的潛在開發(fā)對(duì)象，但其氧化穩(wěn)定性、低溫流動(dòng)性和水解穩(wěn)定性都較差，為了解決上述問題，研究發(fā)現(xiàn)可以通過改性技術(shù)拓寬其應(yīng)用范圍。

2.1 生物技術(shù)改造

植物油氧化安定性的高低主要由油脂中多不飽和脂肪酸的含量決定，因此可以通過遺傳基因改造減少多不飽和脂肪酸的組分含量來提高植物油的氧化安定性，國外已經(jīng)培育出高油酸（一元不飽和脂肪酸）含量的葵花籽油和菜籽油，油酸含量都在90%以上，提高了油脂的氧化安定性。

2.2 化學(xué)改性

通過化學(xué)改性的方法可以提高油品飽和度和支鏈化程度，從而提高植物油的熱穩(wěn)定性、氧化安定性和水解穩(wěn)定性。目前化學(xué)改性主要通過氫化、聚合、支鏈化、酯交換和環(huán)氧化等方法完成的。

①氫化。使用優(yōu)選的催化劑選擇性的將油脂中的多不飽和脂肪酸轉(zhuǎn)變成單不飽和脂肪酸，這樣不僅獲得了優(yōu)異的氧化安定性，同時(shí)也不會(huì)影響油脂的低溫流動(dòng)性。②聚合。通過聚合反應(yīng)將植物油中的不飽和脂肪酸轉(zhuǎn)變成單聚、二聚或者三聚脂肪酸，聚合得到的產(chǎn)物具有更好的粘溫特性[7]。③支鏈化。在植物油的分子鏈上增加支鏈化基團(tuán)，這些支鏈化基團(tuán)的空間位阻作用使得油品具有更好的低溫流動(dòng)性、更強(qiáng)的水解穩(wěn)定性和更高的閃點(diǎn)。④酯交換。通過植物油與低分子醇進(jìn)行酯交換反應(yīng)，從而增強(qiáng)其氧化安定性;同時(shí)低碳醇的引入也使得其粘度降低，低溫流動(dòng)性更強(qiáng)。⑤環(huán)氧化。環(huán)氧化是將植物油中的C=C雙鍵轉(zhuǎn)變成環(huán)氧化基團(tuán)從而改善其氧化安定性的方法，但由于環(huán)氧化基團(tuán)具有很高的活性，所以需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步功能化反應(yīng)，從而得到更好的氧化安定性和低溫流動(dòng)性。

這些經(jīng)過改性的植物油可以應(yīng)用于機(jī)械潤滑的各個(gè)領(lǐng)域，但由于改性過程中所涉及的成分比較復(fù)雜，所以大多數(shù)改性產(chǎn)品只能應(yīng)用于工業(yè)潤滑領(lǐng)域。雖然這些改性產(chǎn)品物理化學(xué)性能得到了改善，但其成本也相應(yīng)地增加，同時(shí)改性過程中也要保留其良好的生物降解性，否則改性將失去意義。

3 食品級(jí)潤滑油組成及其性能

食品級(jí)潤滑油根據(jù)其采用的基礎(chǔ)油的種類可以分為深度精制的礦物型與合成型食品級(jí)潤滑油。深度精制的礦物型潤滑油（也稱食品級(jí)白油）一般指經(jīng)加氫裂解處理的精制礦物油，這種深度精制的礦物油經(jīng)過白土處理、加氫精制、溶劑脫蠟等工藝制備而成，具有芳香族成分少、不易被氧化和乳化等優(yōu)點(diǎn)。合成型食品級(jí)潤滑油一般采用的基礎(chǔ)油是聚α烯烴和合成酯類油。聚α烯烴是一種飽和烯烴低聚物，具有寬的溫度操作范圍、高粘度指數(shù)、熱氧化安定性和水解安定性好和與各種材料高相容性等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快的基礎(chǔ)油;合成酯類油是通過化學(xué)合成的方式制備得到的一類酯類油，包括多元醇酯、雙酯和復(fù)合酯等，相比較食用油脂，它的成分更單一，特性更一致，熱氧化安定性和低溫性能更加突出。

食品級(jí)基礎(chǔ)油都是經(jīng)過高度精制的油，生產(chǎn)過程中濾除了有致癌隱患的各種芳烴類化合物、過氧化物、硫化物以及鉛砷等重金屬成分，真正達(dá)到了可食用級(jí)別。食品級(jí)潤滑油的添加劑也是優(yōu)選安全無毒的物質(zhì)，通過將各類食品級(jí)基礎(chǔ)油和添加劑進(jìn)行優(yōu)化組合可以調(diào)配出滿足各種功能要求的食品級(jí)潤滑油脂。

4 食品機(jī)械潤滑油的使用現(xiàn)狀及潛在風(fēng)險(xiǎn)

雖然食品級(jí)潤滑油有上述諸多優(yōu)點(diǎn)，但由于受到價(jià)格的限制，并且許多企業(yè)認(rèn)知度低，目前大多數(shù)食品企業(yè)仍然使用非食品級(jí)潤滑劑，甚至一些企業(yè)會(huì)選擇使用食用油，如色拉油、花生油和豬油，將其應(yīng)用于食品機(jī)械的潤滑，這些食用油很難滿足食品機(jī)械的各種潤滑要求，造成機(jī)械部件的磨損，降低設(shè)備的使用壽命，增加企業(yè)的運(yùn)行成本，還存在食用油脂氧化產(chǎn)物污染食品及引入過敏原和轉(zhuǎn)基因物質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)語

潤滑劑常處于高速、高（低）溫和高濕等工作環(huán)境中，對(duì)潤滑劑的熱氧化安定性、負(fù)載能力、減摩抗磨性、水解穩(wěn)定性、低溫流動(dòng)性、抗泡性、抗乳化性以及防腐性都提出了較高的要求。食品級(jí)潤滑油脂是針對(duì)食品行業(yè)不同工作環(huán)境、工藝及設(shè)備開發(fā)的，具備優(yōu)良的抗氧化、耐高（低）溫、抗乳化及潤滑性能，操作溫度范圍寬、粘溫性能好、黏度指數(shù)高、傾點(diǎn)低和蒸發(fā)損失小，使用壽命長，能很好地減少機(jī)械磨損率、防止金屬表面銹蝕，而且組分純凈單一、無毒無害，對(duì)添加劑感受性也好。所以，對(duì)于食品企業(yè)來說，由于每臺(tái)設(shè)備的潤滑條件不盡相同，所以根據(jù)加工設(shè)備的不同使用條件選擇適合的食品級(jí)潤滑油脂就顯得極為關(guān)鍵。

現(xiàn)階段，我國食品級(jí)潤滑油還處于初級(jí)使用階段，針對(duì)食品機(jī)械所涉及的潤滑油的成分、使用等方面仍沒有制定非常明確的標(biāo)準(zhǔn)，這就迫切要求我們盡快制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，促使食品生產(chǎn)企業(yè)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，使得食品級(jí)潤滑油脂在食品生產(chǎn)過程中發(fā)揮更大的作用，為人民群眾的身體健康保駕護(hù)航。

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