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植物油循环充氮工艺

2019年08月29日

摘 要

     油脂的氧化酸败速度与溶于油脂中的氧量有关,油脂的吸氧量可达其体积的15%-150%或质量的0.02%-0.2%,利用溶气泵的高强度气液混合特性,将99.99%的氮气在氮气压力0.05-0.15MPa、流量5.0-150.0L/min条件下,与植物油进行充分循环混合12-24h,强行替换、排出油脂中吸收的氧气,以提高植物油的储存稳定性,并有效防止PET包装瓶的瘪瓶现象。

        我国是世界上人口最多和油脂消费量最大的国家,对食用植物油有着强烈的刚性需求。国家粮油信息中心数据显示,2015年我国食用植物油的消费量为3295万t。市场上必须存放一定数量的食用植物油以保证正常供应周转,延长包装食用植物油的贮存时间,防止油脂氧化酸败是各油脂生产企业的重要目标。油脂的氧化速度与溶于油脂中的氧量有关,利用氮气置换储油瓶(罐)内空间的氧,可以提高油脂的储存稳定性。

1 油脂氧化酸败

        油脂在氧作用下的劣变被称为氧化酸败,其起始步骤是氧加在一个脂肪酸链的双键上或靠近双键的部位,形成不稳定化合物,即通常所说的过氧化物。油脂氧化主要包括自动氧化、光氧化(光氧合作用)和酶促氧化。油脂的自动氧化是一种自由基链式反应,包括引发、传播和终止3个步骤。油脂氧化产生挥发性和非挥发性的化合物,导致油脂的风味和气味发生劣变,直到发生聚合和降解,油脂黏度增加。油脂的吸氧量可达其体积的15%-150%或质量的0.02%-0.2%。在温度22-23℃时氧在大豆油中的溶解度较高(2.1mL/100mL),假如完全反应,溶解的氧足以使油脂的过氧化值达到18meq/kg。

2 充氮延缓油脂劣变的机理

        油脂的氧化酸败速度与溶解于油脂中的氧含量及分压有关,还与密闭容器内空间的氧含量、空气所占比例和空气中氧的分压有关。因此,降低油脂中氧含量、容器内气体空间氧的分压,即可控制油脂氧化的程度。氮气作为一种惰性气体,性质稳定、容易制作,可以有效减少油脂与氧气的接触,从而延缓油脂的氧化酸败,提高油脂稳定性,延长油脂的保质期。本工艺利用溶气泵的特性,在植物油灌装前通过溶气泵将油脂与99.99%的高纯度氮气进行充分循环混合一定的时间,强行替换、排出油脂中吸收的氧气,同时充入油中的氮气也会慢慢溢出,并逐步替换油罐、包装瓶上部剩余空间的空气,使罐顶、包装瓶内空气中的氧分压、含量降低,从而抑制油脂氧化、提高油脂的稳定性、防止PET包装瓶的瘪瓶现象。

3 充氮工艺

3.1 充氮工艺流程示意图

充氮工艺流程示意图如图1所示。

3.2 工艺流程说明

3.2.1 调配罐

       调配罐为标准或非标的立式圆筒形钢制焊接储罐,容量50、100、200、500t等皆可,设有呼吸阀、雷达液位计、测温计、人孔、透光孔等。底部进油、底部出油;在距底板300-400mm高处设十字或米字形循环管(根据罐容量大小确定管径及分布数量),在管的斜45°方向上钻5-8mm的孔,循环管的出口(溶气泵的进油口)在罐壁距罐底1/3处。

3.2.2 溶气泵

        溶气泵也叫气液混合泵,利用高速旋转的泵叶轮边吸植物油边吸氮气,并在泵内加压混合,产生的微细气泡直径为20-30μm,气体与液体充分溶解,溶解效率可达80%-100%。溶气泵工作原理如图2所示。

3.2.3 操作说明

       首先调配罐内送入植物油,达到所需液位后启动溶气泵;溶气泵启动运转后信号反馈给电磁阀,电磁阀打开,99.99%的高纯度氮气通过气体三联件的过滤调压、流量调节后经进气接管进入溶气泵腔体;植物油从调配罐侧边出口被溶气泵进油口吸入,在泵腔体内被加压混合,通过泵出口、罐内循环管均匀排到调配罐内底部,空气、氮气被释放,穿透过油层达到罐顶气体空间,从呼吸阀中排出,如此反复循环将调配罐内的植物油进行循环充氮气,植物油中的氧逐渐被替换排出,同时调配罐的顶部剩余空间的空气也被氮气替换而排出。

3.2.4 工艺参数

氮气压力:0.05-0.15MPa

氮气流量:5.0-150L/min

充氮时间:12-24h

溶气泵流量:5.0-50m3/h

3.3 工艺特点

        目前工厂大多使用的充氮工艺主要有罐体氮封(包括单罐、多罐系统),在线灌装充氮(包括灌装前、灌装中、灌装后)两种。

        罐体氮封为油罐顶部充氮气,根据气压自动补充氮气,仅将罐体内的油与顶部的空气隔离,减少油脂与空气接触,起到延缓油脂氧化的作用。

       在线灌装充氮(包括灌装前、灌装后)也是将PET油瓶内的空气或顶部的空气替换,起到隔绝接触,提高PET油瓶内的压力,减少瘪瓶现象的作用。灌装中在线充氮是在输油管道上充入一定量氮气,接触时间短,混合效果不太理想,氮气与油品迅速分离,也主要起到隔绝接触,提高PET油瓶内的压力,减少瘪瓶现象的作用。

        图3为本工艺的现场使用情况。该工艺经过12-24h溶气泵的高强度混合,既能将油中溶解的氧气替换出去,又能因氮气饱和而逸出将油罐、PET油瓶顶部的空气排出,从内、外两方面减少油脂与氧气的接触,从而抑制油脂氧化,提高油脂的稳定性。

4 结束语

        罐体氮封工艺适合储备库等需要中长期储存毛油、四级油的情况;在线灌装充氮在一定程度上减少了氧含量、提高油脂稳定性,但在生产安全中存在一定的隐患,因为包装车间为洁净封闭区间,灌装前、灌装后充氮提高了洁净区间内氮气的浓度、减少空气中的氧,不利于操作人员的身体健康。植物油循环充氮工艺安装投入不大、操作简单、效果明显,值得推广使用。


 
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