精炼油成套设备-毛油脱胶
毛油中含的磷脂、蛋白质、黏液质和糖基甘油二酯等杂质,因与油脂组成溶胶体系而称之为胶溶性杂质。这些胶溶性杂质的存在不仅降低了油脂的使用价值和储藏稳定性,而且在油脂的精炼和加工中,有一系列不良的影响,导致最终使成品油质量下降。例如胶质使碱炼时产生过度的乳化作用,使油、皂不能很好地分离,即皂脚夹带中性油增加,导致炼耗增加,同时使油中含皂增加,增加水洗的次数及水洗引起的油脂损失;脱色时胶质会覆盖脱色剂的部分活性表面,使脱色效率降低;脱臭时温度较高,胶质会发生碳化,增加油脂的色泽;氢化时会降低氢化速率等。因此油脂精炼工艺中一般是先脱胶。
脱除毛油中胶溶性杂质的工艺过程叫作脱胶。因毛油中胶溶性杂质主要是磷脂,所以工业生产中常把脱胶称为脱磷。在碱炼前先除胶溶性杂质,可以减少中性油的损耗,提高碱炼油质量,可以节约用碱量,并能获得有价值的副产品一磷脂。
精炼油成套设备脱胶的方法很多,如水化脱胶、酸炼脱胶、吸附脱胶、热聚脱胶及化学试剂脱胶等。油脂工业中应用最普遍的是水化脱胶和酸炼脱胶。对于磷脂含量多或希望磷脂作为副产品提取的毛油,在脱酸前通常进行水化脱胶。而要达到较高的脱胶要求,可能需要用酸脱胶,主要是用磷酸、柠檬酸等弱酸,而硫酸很少用于食用油的脱胶。一般用酸脱胶得到的油脚色深,且部分磷脂变质,不能作为制取食用磷脂的原料。
油脂水化脱胶
水化脱胶是利用磷脂等胶溶性杂质的亲水性,把一定数量的水或电解质稀溶液在搅拌下加入毛油中,使毛油中的胶溶性杂质吸水膨胀,凝聚并分离除去的一种脱胶方法。在水化脱胶过程中,能被凝聚沉降的物质以磷脂为主,此外还有与磷脂结合在一起的蛋白质、黏液物和微量金属离子等。
3.1.1水化脱胶的基本原理
水化脱胶的原理基于胶体体系的基本特性和毛油中胶溶性杂质的胶体性。
3.1.1.1溶胶的基本特性
溶胶体系最基本的特性是分散性和不稳定性。
(1)分散性溶胶中粒子与介质间存在着界面,表(界)面积随粒子分散度的增加而增大。分散度是指单位体积物质的表面积,即比表面积S。,它与总表面积S和总体积V有如下关系:
So=S/V
当胶粒为立方体时,若边长为L,则
SO=6ZJ/L3=6/L
当胶粒为球形时,若粒子半径为r,则
So=4"2/(4/3"3)=3/r
可见,比表面积与胶粒的大小成反比。胶粒越小,胶体的分散度越大,总表面积也越大。粒子的表面积大,意味着表面能大、吸附能力强及热力学上的不稳定性。若加入微量电解质,使胶粒吸附离子带上电荷,互相排斥,方可保持溶胶的高分散度。这里电解质对溶胶体系起到稳定剂的作用。
(2)不稳定性由于溶胶粒子具有高表面能,故粒子总要趋向降低表面能达到稳定的平衡状态,即粒子趋向于凝聚而沉降。如油脂在容器中保存一定的时间后,在其底部往往会有—些沉淀物。
在一定条件下,添加适量电解质以中和胶粒所带的电荷,或加热至适当温度,加剧布朗运动,增加粒子间的碰撞机会,并通过膨胀作用减弱胶核对离子的吸附作用,从而减少胶粒所带的电荷。这些方法都可加速胶粒的聚沉,此过程称为凝结,聚沉物称为凝胶。溶胶除了会凝结聚沉之外,其状态改变还有一种形式一胶凝,即在溶胶浓度相当大的时候,在少量电解质作用下,胶粒先定向排列,然后随着温度的变化形成网状体型结构,溶剂被包在网状结构的空隙中,使胶凝不能流动,呈现既非液态、又非固态的块状。在毛油水化过程中,因溶胶浓度小,一般不会发生胶凝现象,但在用盐析法回收碱炼皂脚中的中性油时,若条件控制不当,会发生胶凝。
3.1.1.2毛油中胶溶性杂质的胶体性
毛油中的磷脂是多种含磷类脂的混合物。它主要由卵磷脂和脑磷脂组成。卵磷脂的化学名称为磷脂酰胆碱,脑磷脂过去认为就是磷脂酰乙醇胺。根据近年的研究报告,这种醇不溶性的脑磷脂是磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸和磷脂酰肌醇的混合物。磷脂分子比油脂(甘油三酸酯)分子中的极性基团多,属于双亲性的聚集胶体,既有酸性基团,又有碱性基团,所
以它们的分子能够以游离羟基式和内盐式存在:
当毛油中含水很少时,磷脂以内盐式结构存在,这时极性很弱,能溶解于油中;毛油中有一定数量的水分时,水就与磷脂分子中的成盐原子团结合,以游离羟基式结构存在。在磷脂酰胆碱分子中,有两个游离羟基,一个在磷酸根上,是强酸性的;另一个在季铉碱上,是强碱性的,其酸碱强度相当,因此磷脂酰胆碱是中性的。磷脂酰乙醇胺分子中,磷酸根上有强酸性的游离羟基,氨基醇上有弱碱性的氨基,因此呈微酸性。磷脂酰丝氨酸分子中,有一个强酸性的游离羟基,一个弱酸性的琉基和一个弱碱性的氨基,所以呈酸性。磷脂酰肌醇分子中,有酸性的游离羟基,无碱性基团,所以也呈酸性。
当水分散成小滴加入油中时,磷脂分子便在水滴和油的界面上形成定向排列,疏水的长碳氢链留在油相,亲水的极性基团则投入水相。因为磷脂具有强烈的吸水性,其极性基团会结合相当数量的水。另外,水分子还会渗入极性基团邻近的亚甲基(一CH?—)周围,以及进入两个磷脂分子之间。水的进入并没有破坏磷脂分子的结构,只是引起磷脂的膨胀。在水的作用下,磷脂分子可电离成既带阳电又带阴电的两性离子。磷脂不是以单分子分散在油中,而是以多分子聚集体-——胶粒分散在油中,并且疏水基聚集在胶粒内部,亲水基朝向外部,胶粒表现为亲水性从油中析出。由于卵磷脂分子中酸性基团与碱性基团强度相当,电离后带的正、负电荷数量相等,因而卵磷脂分子缔合成的胶粒表面不存在扩散双电层,也就不存在一般胶粒间的电排斥力,由于卵磷脂胶粒间的色散力而存在引力,故容易聚结。脑磷脂分子中,由于其亲水基团的酸性大于碱性,因而电离后通常使脑磷脂离子带负电荷。由脑磷脂分子缔合成的胶粒,以及脑磷脂和卵磷脂缔合成的胶粒表面带负电荷。系统中一部分正离子(系水部分电离或电解质电离产生)排列在磷脂胶粒表面附近形成紧密层,该紧密层表面粗糙不平,在此紧密层的界面区域之外。随着与表面距离的增大,正离子由多到少,呈扩散状分布,构成了扩散双电层。脑磷脂粒子总是带着界面上紧密层的离子不断运动,这样在滑动界面上产生电位差,称为动电位。由于该动电位的存在,使胶粒之间存在着相互排斥的作用力。随着水化作用的进行,磷脂胶粒吸水越来越多,体积越来越大,使胶粒周围的扩散双电层发生重叠,这时胶粒之间的吸引力大于排斥力,胶粒在引力的作用下逐渐聚结。如果水化时加入的是电解质的稀溶液,由于电解质能电离出较多的阳离子,使表面双电层的厚度受到压缩,这样就降低了动电位,胶粒间的排斥力减弱,因此电解质的加入有利于胶粒的凝聚。电解质浓度越高,凝聚作用越显著。
水化时,在水、加热、搅拌等联合作用下,磷脂胶粒逐渐合并、长大,最后絮凝成大胶团。因为胶团的密度大于油脂的密度,所以可以利用其重力从油中沉降,或利用离心力使油和磷脂分离。胶团内部,疏水基之间持有一定数量的油脂。油脂、磷脂和水三者之间具有相互作用的力。当磷脂与油脂比例为7:3时,三者有最大的作用力,此时胶团很稳定,即使使用转速很高的离心机,也很难把油脂从胶团中分离出来,须通过适当的方法予以回收。