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油料加工
油料加工是将油料加工成食品油的过程。包括油脂制备、精炼、改质及食品油生产等。
将油料加工成食品油的过程。油料指作为油源的草本及木本植物的种子,如花生、茶籽等。加工过程包括油脂制备、精炼、改质及食品油生产等。副产品饼粕原用作肥料或饲料,现已发展为提取蛋白质,作为食品的原料。某些油料,如大豆在一些地区已转成为提取蛋白质而加工。
  发展简况 中国从油料制取油已有数千年历史。明代宋应星编著的《天工开物》中描述了原始的水代法及压榨法取油。水代法是用石磨把油料磨碎成浆,然后兑水振荡,再用水把油代出。压榨法用杠杆或撞击方法把油压出,设备均为木制。这两种方法仍在应用,只是设备材料改用钢铁并提高了机械化程度。1900年用螺旋连续挤压油料而取油的榨油机在美国首先制造成功,使取油方法从间歇式变为连续式,产量剧增,榨油遂从手工业变为机械化的工业。其后出现了用溶剂从油料中萃取油的浸出法。萃取法几乎能将油料中的油全部取出,从1919年连续式生产进入实用阶段后,通过数十年的不断改进,此法已在全世界油脂制备中占主导地位。中国第一个间歇式浸出厂在1922年建于大连,第一个连续式浸出厂1957年建于东北。油脂精炼及改质的过程发展较晚,1933年以前基本上是间歇式生产,随着食品油市场的扩展,以及离心机等新设备的日臻完善,连续式已占绝对优势。油料加工的技术发展趋势,在油脂制备方面是寻找不易燃易爆、价格合理、能大量生产的溶剂,代替目前使用的轻汽油和己烷。较有希望的是异丙醇及二氧化碳超临界气体浸出。已达到小型化生产阶段的有以水作溶剂的水浸法。此法在中国已应用于花生油及花生蛋白的生产。目前存在的问题是工序多,得率低,而成本又高。精炼方面在研究应用分子膜分离技术使非油杂质与中性油分离。其优点是减少工序,提高得率。在一些问题解决后,会有较大的发展前途。酯交换方面正研究利用酶促使脂肪酸定位重排,以便用廉价油生产高价油代用品,或生产有特殊性能要求的油品。
  油脂制备 制备方法大致分一般油料的油脂制备方法和特殊油料的油脂制备方法两种。特殊油料是指油棕和油橄榄。油棕主要产于热带和亚热带,如马来西亚等国,中国的海南岛也有少量种植。其油脂制备过程是:棕果经发酵、脱果、掏碎、压榨得到棕榈油。棕榈渣滓经分渣、剥壳得棕仁,再经破碎、蒸炒、压榨得棕油。油橄榄多产于地中海沿岸或温带地区。油橄榄果经洗果、粉碎、装饼、压榨、油水分离而得橄榄油。橄榄油属优质食用油,不经精炼以保持天然风味,多用作色拉油。

加工工艺

一般油料是绝大部分油料植物的含油种籽,如大豆、花生、棕仁、茶籽等。油脂制备方法有水代法、压榨法、预榨浸出法、浸出法。普遍采用的是后 3种方法。它们的通用工序是预处理。

预处理

通过物理方法,把各种形状及含杂质的油料处理成为有共同性质、适于提油的物料。处理的程序是:①清理,即清除油料在收获储存中带来的杂质。主要利用筛分,风力,或风筛结合,磁力等。②剥壳、分离,使油料壳与仁分离。棉籽在剥壳前还需脱短绒,以便取得这种有价值的副产品。③破碎、轧片,把不同大小的籽仁破碎成粒度大致相等的碎片,然后用轧辊轧成薄片,以便蒸炒处理后胚片的性能趋于一致。并缩短处理的时间。纤维质较多或蛋白质含量高的油籽,为了减少轧片后的粉末,在轧片前还需经轻度的热处理,这个过程称为软化。④蒸炒,用水热处理使料胚成为适于压榨或预榨的物料。经过预处理的油料,其细胞大部分被破坏,油滴凝聚,可用挤压或萃取的方式把油取出。

压榨法

根据施压的方法分为水压机法与螺旋榨油机法。水压机把包成薄片的饼内的油压出,但工效低,劳动强度大,已日渐淘汰,仅橄榄油制取仍沿用此法,以获得较高的油品质量。螺旋榨油机利用变距变径螺旋产生高压,把油挤出,故可以连续生产。螺旋榨油机按榨膛及榨螺的结构及榨油转速,又细分为高速薄饼型与低速厚饼型两种。前者压力较低,适用于冷榨,多用小型厂;后者工效较佳,已发展为日处理200~300吨的大型机组,并作预榨机使用。

预榨浸出法

含油较高的油料,采用通常的预处理方法,胚片的浸透性能差,用直接浸出法取油,不易取得较好的效果,粕残油高,故适于先用螺旋榨油机取出部分油脂,然后用浸出法把预榨饼残油浸出。预榨饼尚含残油约13~18%。

浸出法

按采用的工艺可分为:①轻汽油浸出法,即采用己烷或轻汽油为溶剂,通常浸出厂均采用此法。②混合溶剂浸出法,即利用不同溶剂对不同物料有不同溶解度的原理,使油料内油脂及有害物质分别从油料中提出,并予以分离,达到油料及饼粕均符合食用或饲用的要求。③低温浸出法,在较低的温度下对油料萃取,使油料中高熔点的蜡质留于饼粕内,以减少炼油工序,此法多用于米糠浸出。④低温脱溶法,采用溶剂蒸汽脱除粕内溶剂,避免或减少蛋白质变性,广泛用于制取食用蛋白粕。

按采用的设备可分为间歇式及连续式浸出法

。①间歇式浸出法:使用一组密闭的带搅拌的罐,油料与溶剂在罐内浸泡。采用逆流浸出的方式,使混合油顺序通过含油保留较多的胚料,使最浓的混合油通过新鲜料胚后排出,而残油最低的粕通过新鲜溶剂后排出,达到最后混合油浓度最高,饼粕残油最低的目的。每组浸出罐由4~18个罐组成。此法在连续法发展后,只用于小型厂。
②连续式浸出法:目前主要的浸出形式。所用浸出器有履带式、平转式等。但基本结构均是一个密闭的连续循环输送装置。料胚在进入器内输送过程中,与同时连续进入器内的溶剂相向运动,最后在浸出器两端分别排出,得到与间歇式逆流浸出相同的效果。浸出系统除浸出器外,还包括:a.粕脱溶系统:浸出后的含溶剂粕,利用直接蒸汽和(或)间接蒸汽,使溶剂蒸发,然后通过烘干、冷却、粉碎、包装变为成品粕。b.混合脱溶系统:带溶剂的油,通过升膜式的第一、第二长管蒸发器,脱除大部分溶剂,使混合油浓度由20~30%升至95%,然后进入汽提塔,利用直接蒸汽脱除残余溶剂。达到浸出成品油的要求。c.溶剂回收系统:从粕脱溶系统及混合油脱溶系统出来的溶剂及水蒸气的混合汽,通过一组冷凝器冷凝后,进入分水器使溶剂与水分开。回收的溶剂再进入循环系统。水通过升温脱除残留溶剂后排出。d.不凝气体内溶剂的回收:简称尾气回收。物料进入浸出系统时夹带的空气,在与溶剂接触后,变为含溶剂汽的空气,含量与温度有关。回收这部分溶剂有用矿物油吸收及冷冻回收等方法。前者利用矿物油与溶剂的互溶性,后者利用温度愈低,空气含溶剂汽的饱和度愈低的原理,降低排出废气的含溶剂量。回收的溶剂,也进入分水器分水后重复使用。

油脂精炼

油脂精炼 包括过滤、脱胶、脱酸、脱色、脱臭、脱蜡等。经过过滤、脱胶、脱酸的油称半炼油。继而经过脱色、脱臭、脱蜡的油称全炼油。一些含固体脂的油在作为凉拌油使用时,还需除去固体脂,这一过程称冬化。由于固体脂属中性油,脱除的固体脂也用作起酥油等食用油的原料,其工作原理与分提相同,故一般不把它列入精炼范围。
  过滤
使油通过滤布或筛网,截留及除去其中固体杂质。使用的设备有开式和密闭式两种,后者多用不锈钢丝布作过滤件,自动化程度较高。过滤最高压力3~4×105Pa,目前均为间歇操作,多配备两台过滤机交换使用。
  脱胶
有间隙式和连续式两种方法,以连续式使用较普遍。配备于压榨或浸出后的脱磷工序,多先加水脱除亲水性磷脂,然后干燥作为脱磷毛油,所得磷脂干燥后用作乳化剂或食品添加剂等。配备于碱炼工序前的,则加磷酸以破坏疏水性磷脂,然后与皂脚一起从油中分离,此过程称脱胶。其主要目的是提高油皂的分离效率。
  脱酸
脱酸有化学法、物理法。两种方法按工艺分为多种方法。对不同毛油用相应的方法可取得较佳效果。但适应性较广的是离心机法。因此,对毛油来源不稳定的厂家多采用此法。除了离心机法外,化学法还有泽尼斯法、混合油精炼法,物理法有蒸汽蒸馏法和薄膜蒸发法。①泽尼斯法:又称塔式炼油法。立式高塔内装有稀碱液,油从塔底进入,形成小油滴从中通过,游离脂肪酸被中和,得到的中性油从塔上部排出。此法对酸价低的油效益较好。②混合精炼法:多用于棉籽浸出油,并附于浸出车间内,利用溶剂与油混合后粘度降低的特点,使皂脚易于分离,提高了精炼油得率。混合油经配比后,与碱液混合,然后用离心机分离。使用的离心机应是防爆式的。③离心机法:此法流程如图1所示。使用的离心机有管式和碟式两种,前者多用于小型厂。碟式又有密闭和常压两种类型。密闭型的是使油在4×105Pa的压力下进入离心机,有效地与空气隔绝,油品质量较有保证。但密闭装置要求较高。常压型采用上进油形式,优缺点与密闭型相反。④高真空蒸汽蒸馏法:又称物理精炼法。油在温度220~270℃、真空残压200Pa下通过直接蒸汽蒸馏,把游离脂肪酸馏出。较化学法省去皂脚水解以制取脂肪酸的工序,油的质量也达到全炼油标准。此法最初只适用棕榈油,因棕榈油含磷量极低。目前由于脱磷技术有所突破,多种植物油毛油可脱至残磷5ppm以下,故此法已推广至多种油品。物理精炼是较有前途的方法,它的工艺关键是脱磷的预处理,目前较多采用的预处理流程如图2所示。⑤薄膜蒸发法:主要用于游离脂肪酸含量较高的油的预脱酸,出来的油还需经碱炼才能达到脱酸油的要求。当油在蒸发塔内呈薄膜状运动时,高温高真空的条件使游离脂肪酸迅速蒸发,并即在同一容器内的冷却面上冷凝和分离。此法对设备要求较高,且只对处理游离脂肪酸高的油有利,因此采用得不多。
脱色
利用白土对色素的吸附作用,脱除油中的色素。油与白土均匀混合后,升温至80~100℃,历时20分钟左右,经过滤即得脱色油。工艺方法有间歇式、连续式和半连续式。脱色工艺的主要要求是白土与油混合均匀,且作用时间一致。间歇式由于体积大,连续式由于油及白土可能短路,均不可能完全达到这个要求。半连续式是为避免这些缺点而发展起来的,自动化程度要求较高。普遍使用的是预混白土的连续法(图3 )。
脱臭
主要利用在高温、高真空度条件下,蒸汽对油中易挥发物质的汽提作用,以除去臭味物质及游离脂肪酸。主要的工艺条件是真空度、温度和蒸汽处理时间(即脱臭时间)。工艺方法有间歇式、连续式和半连续式。半连续式是考虑使脱臭时间均匀而发展起来的,因阀门要求高,控制装置复杂,维护费用增加,故使用不普遍。连续法也有多种形式,但区别只在于脱臭塔的形式、热能利用的程度和高温加热方法等,基本处理流程相同(图4)。脱臭的工艺过程及设备与物理精炼基本相同,后者较之前者真空度要求高,脂肪酸捕集装置大。使用的高温发生装置要求能产生 320℃热源,一般用导热矿物油作导热介质,也有用联苯的,用自循环高压锅炉的也很普遍。 脱蜡  利用低温使油中蜡质结晶成固体,通过过滤将其除掉。工艺过程和所用设备与冬化完全相同。冬化油特征是能通过冷冻试验,即在0℃时经5.5小时不混浊。因此冬化与脱蜡的显著区别是冷冻结晶的终温不同。后者终温较高。其一般流程如图5所示。

油脂改质

油脂主要由脂肪酸的三甘酯构成。脂肪酸因饱和程度不同,或碳元素含量多寡,而使油脂具有不同的物理性质。另外油脂中的 3个脂肪酸根分布位置及反式异构体的存在,也影响油脂结晶时的晶相和熔点。改质就是通过加氢、酯交换等方法,改变油脂的饱和度或脂肪酸分布,使油脂具有适合要求的物理性质。改质工艺包括的范围,除氢化与酯交换外,还包括分提。分提是用冷冻结晶、过滤的办法把原油的固体脂与液体脂分开,分开的油与原油的物理性质不同,故也属于改质范围。

氢化

改质最古老而用途最广的方法。氢化有全氢化、轻度氢化和选择性氢化 3种。全氢化是通过加氢把不饱和脂肪酸全变成饱和脂肪酸。选择性氢化是通过控制氢化条件如温度、压力、催化剂的品种和浓度,使某些不饱和脂肪酸的氢化速度加快或减慢,而得到不同程度氢化,也就是物理性质不同的油脂。

酯交换

油脂与脂肪酸、醇类或其他脂类相互反应,彼此交换脂肪酸根,因而产生新的酯类,称酸解、醇解或酯交换。油脂本身或几种油脂的混合油,通过酯交换后,虽然它们总的脂肪酸构成并没有变化,但因脂肪酸位置的变化,其物理性质如晶相、塑性等有显著的变化。酯交换的一般工艺过程为:将油或混合油送入混合器,并加接触剂进行混合,然后将混合物送入反应器进行反应,所得反应物(新的酯类)加钝化剂进一步混合,即得成品油。

分提

自从发现天然油脂是棕榈酸、月桂酸、硬脂酸、油酸等脂肪酸的甘油酯后,为分离这些不同的脂肪酸以便分类,逐渐发展了分提技术。分提技术应用于获取不同性质的食用油的方法有干分提法和溶剂分提法两大类。前者应用于晶体粒大且易于过滤或离心分离的油品;后者用于溶剂的稀释能力使分离容易、得率较高、应用范围较广,但工序多(图6)及有爆炸危险。分提与酯交换法配合可使酯交换的可逆反应偏向一方,称定向酯交换法,也是改质的方法之一。

油品分类

食品油

食用油通过精炼及改质技术加工成适于家庭或食品工业各种用途的油,称为食品油。其主要品种有色拉油、烹调油、煎炸油、人造奶油、起酥油等。

色拉油

又称凉拌油。直接加入食品,特别是生菜、凉菜中食用。它要求藏于冷藏箱中不混浊,因此必须冷冻试验合格,即在0℃以下,经5.5小时澄清透明。一般含固体脂不多的油如菜籽油,经脱胶、脱酸、脱色、脱臭即可达到冷冻试验合格。含固体脂多的油如棉籽油,须经冬化以除去固体脂才达到要求。对含多不饱和酯的油如大豆油,须经轻度氢化减少多不饱和酯的含量,以增加它的稳定性,再经冬化除去轻度氢化时产生的固体脂,方可达到凉拌油的要求。

烹调油

家庭或餐厅炒菜用的油。要求烟点不能过低,以免烹调时冒烟。一般烟点可通过脱臭提高,但脱臭前必须经脱酸、脱色。因此一般的三脱油就是合格的烹调油。含多不饱和酯高的油经轻度氢化后也可达到烹调油的要求。

煎炸油

食品行业专作煎炸食品用的油。这种油反复使用,且长期在高温状态下暴露于空气中,特别易于氧化变质,因此要求氧化稳定性高。一般三脱油须经选择性氢化才能达到要求。

人造奶油

用植物油或部分动物油经调配加工的制品,用以替代由牛奶制成的天然奶油。由于技术发展,使它在营养方面和使用功能方面均优于天然奶油,目前产量已超过天然奶油。按形状分为硬质、软质、液状、粉末人造奶油 4种。按用途分为家庭用及食品工业用两种,前者又分餐桌涂抹面包用、烹调用及高亚油酸型人造奶油,后者又分面包糕点装饰用、制作酥皮用及制作馅饼点心用 3种不同用途的人造奶油。不同品种的人造奶油,主要是配方和使用的原料油和原料油的改质要求不同,其加工工艺和设备(图7 )是一样的(液状和粉末状除外,前者不经A单元和B单元,后者另有成型的工艺设备)。

起酥油

最初是用植物油经氢化处理代替猪油作为起酥油。由于油脂加工技术的发展,它的用途日益扩展。目前在大部分国家,起酥油几乎成为除色拉油外所有食品油的代名词。起酥油按形态分为固态、流态、液态和粉末起酥油 4种。按用途可分为烘焙用起酥油和煎炸用起酥油两大类。烘焙用起酥油主要有糕点用、奶霜装饰用、面包用、饼干用、馅饼用、多层酥饼用起酥油及通用型起酥油。起酥油与人造奶油的主要差别,是它的配方不带水相物料,并且充入氮气或空气。不同品种的起酥油主要是配方和原料油改质的要求不同,加工的工艺设备是一样的,且可与人造奶油的设备通用。
 

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