<453A5CCAB3C6B7BFC6D1A73131C4EA3134C6DA5C3134C6DA5C3031B9A4D2D5>

Size: px

Start display at page:

Download "<453A5CCAB3C6B7BFC6D1A73131C4EA3134C6DA5C3134C6DA5C3031B9A4D2D5>"

妨粥唐
5 years ago
Views:

1 19 李振岚 1, 陈晓慧 1, 江维 2, 张立国 2, 于殿宇 1, * (1. 东北农业大学食品学院, 黑龙江哈尔滨 15000; 2. 哈尔滨工大高新技术产业开发股份有限公司中大植物蛋白分公司, 黑龙江哈尔滨 15008) 对板式脱臭塔进行改造, 采用外部加热的方式, 进行两段式脱臭, 将脱色油通过双螺旋加热器加热到 170, 使其进入上段板式塔, 经初步汽提后的油引出脱臭塔, 进入残压 2Torr 的双螺旋加热器加热到 248, 然后进入下段板式塔蒸馏脱臭过程中上段脱臭塔中蒸汽用量为油质量的 1%, 下段脱臭塔中蒸汽用量为油质量的 2%, 脱臭时间 45min, 油在脱臭塔中滞留的时间大大缩短, 油脂中反式脂肪酸相对含量仅为 1.15%, 是一种绿色节能的新型脱臭设备大豆油 ; 两段式脱臭 ; 残压 ; 反式脂肪酸 Characteristics of Two-stage Deodorizer and Optimization of Oil Deodorization LI Zhen-lan 1,CHEN Xiao-hui 1,JIANG Wei 2,ZHANG Li-guo 2,YU Dian-yu 1, * (1. School of Food Science, Northeast Agricultural University, Harbin 15000, China; 2. Harbin Gongda High-tech Enterprise Development Co. Ltd., Zhongda Plant Protein Branch, Harbin 15008, China) Abstract :In this study, tray type deodorizer was modified by external heating strategy to achieve two-stage deodorization. In this deodorization process, decolorized soybean oil was heated by double-helix heater to the optimal temperature of 170. After the oil entered the upper section of tray type column, primary gas stripping was carried out. Then, the oil was again transferred to double-helix heater where the residual pressure was set at 2 Torr and heated to 248 before distillation in the bottom section of tray type column. Steam amount in the upper section of tray type column represented 1% of total oil weight and in the bottom section 2%, and the total deodorization time was set at 45 min. As a result, oil retention time in deodorizer was largely shortened and the trans-fatty acids content in soybean oil was only 1.15%. Therefore, two-stage deodorizer reveals pollution-free and energy-saving properties. Key words:soybean oil;two-stage deodorization;residual pressure;trans-fatty acids 中图分类号 :TS224.6 文献标识码 :A 文章编号 : (2011) 反式脂肪酸 (trans fatty acids,tfa), 是所有含有反式非共轭双键的不饱和脂肪酸的总称, 包括单不饱和反式脂肪酸和多不饱和反式脂肪酸, 其空间构象呈线 [1-2] 性, 性质接近饱和脂肪酸, 通常顺式脂肪酸多为液态, 熔点较低 ; 反式脂肪酸多为固态或半固态, 熔点 [] [4] 较高 Mensink 等关于反式脂肪酸与血脂关系的报告引发了学术界和政府团体的激烈争论后, 反式脂肪酸的 [5] 营养与安全评价一直备受关注研究表明: 反式脂肪酸能够阻碍必需脂肪酸在人体内正常代谢, 抑制脂溶性维生素吸收和利用, 增加了心血管疾病心脏病和肥 [6] 胖病的发生几率长久以来, 脱臭一直是油脂精炼工艺中非常重要的一个环节, 油脂脱臭伴随着过氧化物热敏色素的分解和游离脂肪酸等物质的挥发其原理大致相同, 即利用油脂中臭味物质与甘油三酸酯挥发度的差异, 在高 [8] 温和高真空条件下借助水蒸气脱除臭味物质影响脱臭工艺质量的有诸多因素, 如温度真空度通汽速率脱臭时间脱臭器的结构及待脱臭油本身的质量等脱臭进行的优劣将直接影响反式脂肪酸的含量高 [9] 低, 这是由于油中活性很大的多不饱和脂肪酸被暴露在高温下, 油脂中的二烯酸酯三烯酸酯发生热聚合 [10] 反应, 一些脂肪酸的顺式双键会转化成相反的形式, 收稿日期 : 基金项目 : 黑龙江省科技攻关计划项目 (GA09B401-); 十一五国家科技支撑计划重点项目 (2009BADB9B08-1) 作者简介 : 李振岚 (1987 ), 女, 硕士研究生, 研究方向为食品加工技术 lizhenlan1017@126.com * 通信作者 : 于殿宇 (1964 ), 男, 教授, 硕士, 研究方向为大豆精深加工技术 dyyu2000@yahoo.com.cn

2 , Vol. 2, No. 14 食品科学工艺技术从而使反式脂肪酸的含量增加所以在客观条件一定的前提下, 不同的脱臭系统对 [11] 成品油的质量起着至关重要的作用目前国内常用的连 [12-1] 续脱臭系统的脱臭塔结构主要有板式和填料式两种, 在传统脱臭工艺中为了脱除油脂中带有的游离脂肪酸醛酮类等异味物质, 通常要在 250 以上的高温条件下处理 2h [14], 产生一定数量的反式脂肪酸本实验对脱臭塔进行改进, 选择外加热式汽提蒸馏脱臭塔, 通过双螺旋换热器进行加热, 解决现有板式塔加热器在没有达到极限真空条件下, 即加热至高温, 导致加热过程中, 油脂发生氧化现象, 再经脱臭会引起油脂中极性物质增多, 油脂中反式脂肪酸含量增加的问题本实验以脱色大豆油为原料, 在进油流量一定的条件下, 研究了脱臭温度脱臭时间蒸汽用量及残压对反式脂肪酸含量的影响 1 材料与方法 1.1 材料与试剂脱色大豆油九三粮油工业集团 ; 脂肪酸甲酯标准品 C18:1n-9(trans) C18:2n-9,12(trans) C18:2n-9(cis),12(trans) C18:2n-9(trans),12cis) C18:2n-9(cis),12(cis) 美国 Sigma 公司 ; 乙醚天津市东丽区天大化学试剂厂 ; 甲醇天津市科密欧化学试剂有限公司 ; 正己烷天津市化学试剂三厂 ; 氢氧化钾天津市大陆化学试剂厂仪器与设备 7890A 型气相色谱仪美国安捷伦公司 ;CP-Sil-88 强极性毛细管气相色谱柱美国瓦里安公司 ; 油浴锅江苏金坛市环宇科学仪器厂 ; 蒸汽发生器温州鹿城江心机械有限公司 ;2XZ-1 型旋片式真空泵海门市新东真空泵厂 1. 方法 1..1 脱臭塔的改进对脱臭塔结构进行改进, 增加双螺旋加热器, 进行两段式脱臭, 脱色油进入双螺旋加热器后, 温度得到提高, 进入上段板式塔, 可以脱除酮类醛类等具有较高蒸汽压的物质, 初步汽提后的油引出脱臭塔, 进入残压极低的双螺旋加热器继续加热, 升高到一定温度后, 进入下段板式塔蒸馏, 可以脱除高沸点的脂肪酸烃类等在残压 2Torr 真空状态下对油脂进行升温加热至高温, 避免在有氧状态下将油脂加热至高温后送入脱臭塔, 由于大豆油在高温条件下脱臭时间短, 不易形成反式脂肪酸, 控制了反式脂肪酸的形成通过调整第四级蒸汽喷射泵的蒸汽流量来调节设备内的残压 1..2 油脂脱臭工艺流程成品油过滤冷却脂肪酸捕集器脱色油换热加热上段汽提下段蒸馏外加热图 1 脱臭工艺流程 Fig.1 Flow chart of deodorization process 如图 1 所示, 脱色油进入双螺旋加热器, 温度得到提高, 进入上段板式塔, 酮类醛类等具有较高蒸汽压的物质在上段板式塔内脱除, 初步汽提后的油引出脱臭塔, 进入残压极低的双螺旋加热器继续加热, 升高到一定温度后, 进入下段板式塔, 脱除高沸点的脂肪酸烃类后, 从塔底流出, 经螺旋板换热器与进塔油热交换后冷却, 得到脱臭大豆油 1.. 指标测定对脱色油上段脱臭后油脂下段脱臭后油脂进行气相色谱分析, 测出油脂中反式脂肪酸含量 1..4 油脂中反式脂肪酸的分析甲酯化 - 气相色谱法准确称取油脂样品 0.02g, 加入 2mL 乙醚溶解, 加入 2mL 甲醇, 加入 1mol/L KOH-CHOH 溶液 2mL, 再加入 2mL 正己烷, 振荡 15min 加 2mL 蒸馏水, 摇匀, 静置分层后, 取上清液, 用 0.45μm 膜滤后分别吸取样液 1μL 进样以各组分的峰面积值, 用校正百分率法计算反式脂肪酸甲酯混标的质量分数气相色谱分析条件标样 :C 18:1n-9(trans) C 18:2n-9,12(trans) C 18:2n-9(cis),12(trans) C 18:2n-9(trans),12(cis) C 18:2n-9(cis),12(cis), 其他次要反式脂肪酸标样没有考虑, 因此所测结果与实际油脂成分略有偏差 CP-Sil-88 强极性毛细管气相色谱柱 (100m 0.25nm, 0.2μm), FID 检测器 ; 载气为高纯氮气, 纯度 %, 流速 10mL/min; 燃气为高纯 H 2, 纯度 %, 流速 0mL/min; 助燃气为空气, 流速 00 ml/min; 进样口温度 260, 检测器温度 260, 柱箱初始温度 45, 保留 4min, 以 1 /min 升至 175, 保留 10min, 以 4 /min 升至 215, 保留 6min; 进样方式为分流进样, 分流比 1:5, 隔垫扫吹为 ml/min 进样体积 μl, 以保留时间定性, 峰面积定量反式脂肪酸甲酯混标色谱图见图 2

3 时间 /min 1. 溶剂 ;2. C18:1n-9(trans);. C18:2n-9,12(trans); 4. C18:2n-9(cis),12(trans);5. C18:2n-9(trans),12(cis);6. C18:2n-9(cis),12(cis) 图 2 反式脂肪酸混标气相色谱图 Fig.2 Gas chromatogram of mixed trans-fatty acid standards μv( 10 4 ) 1..5 单因素及正交试验设计本实验对脱臭塔结构进行改进, 增加双螺旋加热器, 进行两段式脱臭以反式脂肪酸含量为指标, 通过单因素与正交试验, 研究脱臭温度脱臭时间蒸汽用量及残压对反式脂肪酸含量的影响, 确定最佳反应条件 2 结果与分析 2.1 大豆油的品质分析大豆脱色油的品质分析脱色油通过色谱分析得知 :C 18:2n-9,12(trans) 的含量为 0.002%,C18:1n-9(trans) 的含量为 %,C18:2n-9(cis),12(trans) 的含量为 0.002%,C18:2n-9(trans),12(cis) 的含量为 %, 总反式脂肪酸含量为 0.01% 2. 大豆成品油的品质分析 μv( 10 5 ) 时间 /min 1. 溶剂 ;2. 其他脂肪酸 ;. 其他脂肪酸 ;4. C18:1n-9(trans);5. C18:1n-9(cis); 6. C18:2n-9,12(trans);7. C18:2n-9(cis),12(trans);8. C18:2n-9(trans),12(cis) 图 248 脱臭 55min 的大豆油脂肪酸甲酯的色谱图 Fig. Chromatogram of fatty acid methyl esters of deodorized soybean oil at 248 for 55 min 大豆成品油通过色谱分析得知 :C 18:2n-9,12(trans) 含量 0.109%,C18:1n-9(trans) 含量 %,C18:2n-9(cis),12(trans) 含量 0.281%,C18:2n-9(trans),12(cis) 含量 0.178%, 总反式脂肪酸含量为 1.15% 2.2 脱臭工艺条件对反式脂肪酸含量的影响脱臭温度对反式脂肪酸含量的影响首先对上段脱臭塔内的油脂, 温度控制为 170, 进油流量确定为.5m /h, 通入压力 0.5MPa 蒸汽, 为油质量的 1%, 脱臭 10min 之后, 取样检测, 此时油中总反式脂肪酸含量仅为 0.019%, 由于该过程对油中反式脂肪酸影响较小, 所以重点研究进油流量为.5m /h 时, 下段脱臭塔中脱臭过程对反式脂肪酸的影响反应温度对反式脂肪酸含量有很大的影响, 为了研究脱臭温度对反式脂肪酸含量的影响, 选择条件为脱臭时间 45min 蒸汽用量 1% 残压 2Torr, 由图 4 可看出 : 在 244 以下, 反式脂肪酸形成的速度较慢, 含量较低, 在 244 以上, 大豆油中反式脂肪酸含量增大, 继续升高温度, 则大豆油中反式脂肪酸的形成速度明显加快, 随着脱臭温度的上升, 脱臭大豆油中反式脂肪酸含量呈明显上升趋势这是因为反式构型比顺式构型更稳定, 高温导致部分顺式双键转化成反式双 [15] 键, 使反式脂肪酸含量不断增大脱臭温度 / 图 4 脱臭温度对反式脂肪酸含量的影响 Fig.4 Effect of deodorization temperature on trans fatty acids content in soybean oil 脱臭时间对油脂反式脂肪酸含量的影响工艺条件确定为脱臭温度 244 蒸汽用量 1% 残压 2Torr, 研究脱臭时间对大豆中反式脂肪酸含量的影响脱臭时间 /min 图 5 脱臭时间对大豆油中反式脂肪酸含量的影响 Fig.5 Effect of deodorization time on trans fatty acids content in soybean oil 从图 5 可以看出, 在指定的脱臭温度条件下, 随着脱臭时间的延长, 反式脂肪酸的含量逐渐增大总

4 , Vol. 2, No. 14 食品科学工艺技术的来看, 在 45min 以下大豆油中反式脂肪酸的形成速度相对缓慢, 相对含量较低, 若继续延长脱臭时间, 则反式脂肪酸的相对含量较高 2.2. 蒸汽用量对反式脂肪酸含量的影响工艺条件确定为脱臭温度 244 脱臭时间 45min 残压 2Torr, 探讨蒸汽用量对大豆油中不同种类反式脂肪酸形成量的影响脱臭时间越长, 反式脂肪酸含量越高 2. 正交试验在单因素试验基础上, 选择适宜的因素和水平进行正交试验设计, 改变脱臭时间脱臭温度蒸汽用量和残压 4 个因素, 以油中反式脂肪酸相对含量为指标, 选用 L 9( 4 ) 正交表进行正交试验, 确定最佳反应条件因素水平表见表 1, 正交试验结果见表蒸汽用量 /% 图 6 蒸汽用量对大豆油中反式脂肪酸含量的影响 Fig.6 Effect of steam amount on trans fatty acids content in soybean oil 从图 6 可以看出, 随着蒸汽用量的增大, 反式脂肪酸含量逐渐增加, 蒸汽量在 2% 时, 反式脂肪酸含量低, 但由于臭味物质具有较高蒸汽压, 在相同温度下, 需要较高的蒸汽用量, 才能将其脱除故蒸汽用量过少, 则臭味物质脱除不完全在 1.5%~2.5% 范围内, 反式脂肪酸形成速度加快, 这是因为脱臭温度一定时, 蒸汽量与脱臭操作压力呈正比, 蒸汽用量越大, 则压力随之增大, 反式脂肪酸含量增多残压对反式脂肪酸含量的影响残压 /Torr 图 7 残压对大豆油中反式脂肪酸含量的影响 Fig.7 Effect of residual pressure in double-helix heater on trans fatty acids content in soybean oil 为防止油脂在高温下氧化, 脱臭操作都要求有较低的残压工艺条件确定为脱臭温度 244 脱臭时间 45min 蒸汽用量 1.5%, 研究残压对反式脂肪酸含量的影响由图 7 可知, 随着残压的升高, 反式脂肪酸含量越高, 这是因为残压越高, 所需直接蒸汽量就越大表 1 正交试验因素水平表 Table 1 Factors and levels in orthogonal array design 水平因素 A 脱臭时间 /min B 脱臭温度 / C 蒸汽用量 /% D 残压 /Torr 表 2 油脂脱臭工艺优化正交试验设计与结果 Table 2 Orthogonal array design and corresponding experimental results 试验号因素 A B C D 反式脂肪酸含量 /% k k k R 由表 2 可得, 各因素对反式脂肪酸相对含量的影响主次顺序为脱臭温度 > 残压 > 脱臭时间 > 蒸汽用量, 由正交试验得出最佳试验条件为 A 2B C D 2, 即脱臭时间 45min 脱臭温度 248 蒸汽量为油质量的 2% 残压 2Torr 结论对脱臭塔结构进行改进, 增加双螺旋加热器, 进行两段式脱臭, 油脂分段脱臭的目的在于缩短高温条件下油脂和直接蒸汽接触的时间, 减少极性物质的产生由于大部分脂肪酸和易挥发的臭味物质都在上段板式塔中脱除, 油在下段板式塔中滞留的时间大大缩短, 约 40min 左右, 因此, 油脂中反式脂肪酸相对含量降低, 仅为 1.15%, 脱臭效果更好, 为开发绿色安全营

5 14 养的植物油提供一种全新的途径参考文献 : [1] 郭桂萍, 王匀. 反式脂肪酸的来源危害和各国采取的措施 [J]. 中国食物与营养, 2005(11): [2] COOK R. Thermally induced isomerism by deodorization[j]. Inform, 2002, 1(1): [] 朱综, 陈丙卿. 反式脂肪酸与人体健康 [J]. 国外医学 : 卫生学分册, 1998(): [4] MENSINK R P, KATANM B. Effect of dietary trans fatty acids on highdensity and low-density lipoprotein cholesterol levels in healthy subjects [J]. New Engl Jmed, 1990, 2(7): [5] STENDER S, DYERBERG J. Influence of trans fatty acids on health[j]. Ann Nutr Metab, 2004, 48(2): [6] 赖晓英, 武德银, 伍飏. 反式脂肪酸的危害及其检测方法 [J]. 现代食品科技, 2006, 2(2): 鲁志成, 梁少华, 马传国. 影响油脂脱臭效果因素的分析与探讨 [J]. 中国油脂, 200, 28(11): [8] 何东平. 油脂精炼与加工工艺学 [M]. 北京 : 化学工业出版社, [9] 刘永霞, 忻耀年. 结构填料塔在油脂脱臭中的应用 [J]. 中国油脂, 1998, 2(2): [10] 宋伟, 杨慧萍, 沈崇钰. 食品中的反式脂肪酸及其危害 [J]. 食品科学, 2005, 26(8): [11] 贾友苏, 张武平. 利用板式塔和填料塔进行油脂连续脱臭 [J]. 中国油脂, 1997, 22(): [12] 李宁, 刘华. 新一代油脂脱臭脱酸设备 : 组合式脱臭塔 [J]. 中国油脂, 2005, 0(8): [1] 左青. 如何限制油脂反式脂肪酸含量和摄入量 [J]. 中国油脂, 2004, 29(7): 70. [14] 赵国志, 刘喜亮, 刘智锋. 反式脂肪酸的控制技术 [J]. 粮油食品科技, 2006, 14(): [15] 罗晓岚. 油脂在脱臭后反式脂肪酸的生成及维生素 E 的损失问题的探讨 [J]. 中国油脂, 2000, 25(1):

结果与讨论

结果与讨论苏德森陈涵贞林虬对花生油大豆油菜籽油玉米油和葵花籽油分别进行加热试验采用气相色谱法测定其不同加热温度和不同加热时间脂肪酸组成分析研究食用油中反式脂肪酸形成和变化特点及其影响因素结果表明食用油加热至时其反式脂肪酸含量是未加热时的倍以上随着加热温度的升高或加热时间的延长食用油中反式脂肪酸种类和含量都增加加热温度加热时间和食用油中脂肪酸组成均是影响反式脂肪酸形成和变化的因素