脱臭原理与工艺
又称汽提)脱臭的原理, 系水蒸汽通过含有臭味组分的油脂,汽—— 液表面相接触,水蒸汽被挥发的臭味组分 所饱和,并按其分压的比率逸出,从而达 到了脱除臭味组分的目的。
• 一般认为汽化主要产生在液体的自由表面上。 因此,必须要有暴露液体部分表面的条件。在 传统的间歇式和浅盘型脱臭器中,是由容器底 部分布(分布器)管或喷射(大型)泵喷入的 水蒸气通过油层时扩大其气泡表面积,同时气 泡通过表面时爆裂产生飞溅(splash)的效果, 由设置于非常靠近自由液体表面的挡板或喷射 器帽来增强飞溅的效果。采用这种方法循环油, 使油脂有比较大的自由表面,充分汽化不需要 的成分。
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在工业生产中,在260℃、0.4kPa下, 除加热和冷却期间蒸汽的搅拌,间歇式脱 臭器所需汽提蒸汽是2%~4%,连续式和半 连续式浅盘设计需0.75%~1.5%,而薄 膜式系统只需要0.3%~0.6%的蒸汽就足 够了
(二)脱臭损耗
• 前已述及油脂中的气味组分量是极少 的,一般不超过油重的0.10%。然而,我 们发现油脂脱臭过程中的实际损耗却远大 于该数值。这是因为在任何情况下,蒸馏 引起的损耗均取决于脱臭时间、通汽速率、 操作压力和温度、油脂中游离脂肪酸和不 皂化物的含量以及甘三酯的组分等因素。 在汽提脱臭过程中,有相当数量的油脂是 由于飞溅在汽提蒸汽中而损失的。因此, 脱臭总损耗包括蒸馏损耗和飞溅损耗。
• 水蒸气还提供动能来破坏液膜,而液膜阻 止在表面上的汽化同时增加已挥发物质的 速度。但是,需要喷入间歇式或浅盘式脱 臭器的大部分水蒸气起混合作用和引起飞 溅的作用。因此,当水蒸气与油以错流方 式喷人非常大的油液时,蒸汽汽提理论与 之相关。
• 在薄膜系统中,由油脂分布成薄层状增大 了油脂自由表面与体积的比率,油脂进入 填料装置中靠重力形成薄层状或由强制循 环和喷雾形成薄层状。因此,为了混合和 搅拌只需要极少的汽提水蒸汽。此外,水 蒸气以真正逆流的形式与油脂接触。
• 油脂脱臭不仅可除去油中的臭味物质,提 高油脂的烟点,改善食用油的风味,还能 使油脂的稳定度、色度和品质有所改善。 因为在脱臭的同时,还能脱除游离脂肪酸、 过氧化物和一些热敏性色素,除去霉烂油 料中蛋白质的挥发性分解物,除去小分子 量的多环芳烃及残留农药,使之降至安全 程度内。因此,脱臭在高等级油脂产品的 生产中倍收重视。
• 引起油脂臭味的主要组分有低分子的醛、 酮、游离脂肪酸、不饱和碳氢化合物等。 如已鉴定的大豆油气味成分就有乙醛、正 己醛、丁酮、丁二酮、3一羟基丁酮[2]、庚 酮[2]、辛酮[2]、乙酸、丁酸、乙酸乙脂、 二甲硫等十多种。在油脂制取和加工过程 中也会产生新的异味,如焦糊味、溶剂味, 漂土味、氢化异味等。此外,个别油脂还 有其特殊的味道,如菜油中的异硫氰酸酯 等硫化物产生的异味。
张新哲
脱臭原理
• 纯净的甘油三酸酯是没有气味的,但用不 同制取工艺得到的油脂都具有不同程度的 气味,有些为人们所喜爱,如芝麻油和花 生油的香味等,有些则不受人们欢迎,如 菜油和米糠油所带的气味。通常将油脂中 所带的各种气味统称为臭味,这些气味有 些是天然的,有些是在制油和加工中新生 的。气味成分的含量虽然很少,但有些在 几个PPb即可被觉察。
• 油脂中除了游离脂肪酸外,其余的臭味组 分含量很少,仅0.1%左右。经验告诉我们, 气味物质与游离脂肪酸之间存在着一定关 系。当降低游离脂肪酸的含量时,能相应 地降低油中一部分臭味组分。当游离脂肪 酸达0.1%时,油仍有气味,当游离脂肪酸 降至0.01~0.03%(过氧化值为0)时, 气味即被消除,可见脱臭与脱酸是非常相 关的。
• 不同的油脂、不同的设备及不同的操作条 件,其脱臭总损耗是不尽一致的。在先进 的设备及合理的操作条件下,对于游离脂 肪酸含量小于0.10%的油脂,在操作压力 为0.4kpa、温度为230~270℃条件下,脱 臭制得的良好产品,其脱臭最小损耗一般 为0.2~0.4%再加上脱臭原料油中FFA含 量的1.05~1.2倍。
• 天然油脂是含有复杂组分的混甘三酯的混合物, 对于热敏性强的油脂而言,当操作温度达到臭 味组分汽化强度时,往往即会发生氧化分解, 从而导致脱臭操作无法进行。为了避免油脂高 温下的分解,可采用辅助剂或载体蒸汽,其热 力学的意义在于从外加总压中承受一部分与其 本身分压相当的压力。辅助剂或载体蒸汽的耗 量与其分子量成正比。因此,从经济效益出发, 辅助剂应具有分子量低、惰性、价廉、来源容 易以及便于分离等特点,这些便构成了水蒸汽 蒸馏的基础。
一、脱臭的理论
• • (一)水蒸汽蒸馏理论 油脂脱臭是利用油脂中臭味物质与甘油三酸酯 挥发度的很大差异,在高温和高真空条件下借助水 蒸汽蒸馏脱除臭味物质的工艺过程。对水蒸汽蒸馏 脱酸和脱臭时从油脂中分离出的挥发性组分的蒸汽 压与温度曲线图进行分析可知:酮类具有最高的蒸 汽压,其次是不饱和碳氢化合物,最后为高沸点的 高碳链脂肪酸和烃类。在工业脱臭操作温度(250 ℃)下,高碳链脂肪酸的蒸汽压约为26~2.6Kpa。 然而,天然油脂和高碳链脂肪酸相应的甘三脂的蒸 汽压却只有1.3×10-9~1.3×10-10KPa。
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1、蒸馏损耗
汽提脱臭过程中,低分子的醛类、酮类及 游离脂肪酸最容易蒸馏出来,随着脱臭过程的 加深,油脂内原有游离脂肪酸经脱臭后几乎完 全被除去,因此,蒸馏损耗应包括油脂脱臭前 的游离脂肪酸的含量。此外,根据反应方程可 知,汽提蒸汽不可避免地要引起部分油脂的水 解,因油脂水解所生成的这部分脂肪酸,便也 构成了蒸馏损耗。
• 根据经验,当游离脂肪酸含量降低至 0.015~0.03%时,游离脂肪酸的脱除速 率与裂解生成的速率即达到平衡,这可由 前述蒸发效率E值和相关公式计算求得。据 报导,当棉籽油在温度为248℃、压力为 0.4kpa条件下脱臭时,每公斤汽提蒸汽带 出的游离脂肪酸约为0.034~0.058kg。
• 在工业间歇式脱臭罐内容许有一定的回流量, 计算求得的损耗与实际损耗基本相符。在一系 列的试验中,将游离脂肪酸含量低的油脂脱臭, 并将气压冷凝器的排水取样分析测定脂肪酸的 数量和成分,当操作压力为1.3kpa,操作温 度为210℃和238℃时,测得的损耗以每千克汽 提蒸汽带出的游离脂肪酸公斤数表示,其结果 分别为0.005~0.012和0.008~0.011kg。 实际上,在这些条件下的工业脱臭操作,以游 离脂肪酸形式引起的蒸馏损耗常不超过总损耗 的20~30%。