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          植物油循環充氮工藝

          2019年08月29日

          摘 要

               油脂的氧化酸敗速度與溶于油脂中的氧量有關,油脂的吸氧量可達其體積的15%-150%或質量的0.02%-0.2%,利用溶氣泵的高強度氣液混合特性,將99.99%的氮氣在氮氣壓力0.05-0.15MPa、流量5.0-150.0L/min條件下,與植物油進行充分循環混合12-24h,強行替換、排出油脂中吸收的氧氣,以提高植物油的儲存穩定性,并有效防止PET包裝瓶的癟瓶現象。

                  我國是世界上人口最多和油脂消費量最大的國家,對食用植物油有著強烈的剛性需求。國家糧油信息中心數據顯示,2015年我國食用植物油的消費量為3295萬t。市場上必須存放一定數量的食用植物油以保證正常供應周轉,延長包裝食用植物油的貯存時間,防止油脂氧化酸敗是各油脂生產企業的重要目標。油脂的氧化速度與溶于油脂中的氧量有關,利用氮氣置換儲油瓶(罐)內空間的氧,可以提高油脂的儲存穩定性。

          1 油脂氧化酸敗

                  油脂在氧作用下的劣變被稱為氧化酸敗,其起始步驟是氧加在一個脂肪酸鏈的雙鍵上或靠近雙鍵的部位,形成不穩定化合物,即通常所說的過氧化物。油脂氧化主要包括自動氧化、光氧化(光氧合作用)和酶促氧化。油脂的自動氧化是一種自由基鏈式反應,包括引發、傳播和終止3個步驟。油脂氧化產生揮發性和非揮發性的化合物,導致油脂的風味和氣味發生劣變,直到發生聚合和降解,油脂黏度增加。油脂的吸氧量可達其體積的15%-150%或質量的0.02%-0.2%。在溫度22-23℃時氧在大豆油中的溶解度較高(2.1mL/100mL),假如完全反應,溶解的氧足以使油脂的過氧化值達到18meq/kg。

          2 充氮延緩油脂劣變的機理

                  油脂的氧化酸敗速度與溶解于油脂中的氧含量及分壓有關,還與密閉容器內空間的氧含量、空氣所占比例和空氣中氧的分壓有關。因此,降低油脂中氧含量、容器內氣體空間氧的分壓,即可控制油脂氧化的程度。氮氣作為一種惰性氣體,性質穩定、容易制作,可以有效減少油脂與氧氣的接觸,從而延緩油脂的氧化酸敗,提高油脂穩定性,延長油脂的保質期。本工藝利用溶氣泵的特性,在植物油灌裝前通過溶氣泵將油脂與99.99%的高純度氮氣進行充分循環混合一定的時間,強行替換、排出油脂中吸收的氧氣,同時充入油中的氮氣也會慢慢溢出,并逐步替換油罐、包裝瓶上部剩余空間的空氣,使罐頂、包裝瓶內空氣中的氧分壓、含量降低,從而抑制油脂氧化、提高油脂的穩定性、防止PET包裝瓶的癟瓶現象。

          3 充氮工藝

          3.1 充氮工藝流程示意圖

          充氮工藝流程示意圖如圖1所示。

          3.2 工藝流程說明

          3.2.1 調配罐

                 調配罐為標準或非標的立式圓筒形鋼制焊接儲罐,容量50、100、200、500t等皆可,設有呼吸閥、雷達液位計、測溫計、人孔、透光孔等。底部進油、底部出油;在距底板300-400mm高處設十字或米字形循環管(根據罐容量大小確定管徑及分布數量),在管的斜45°方向上鉆5-8mm的孔,循環管的出口(溶氣泵的進油口)在罐壁距罐底1/3處。

          3.2.2 溶氣泵

                  溶氣泵也叫氣液混合泵,利用高速旋轉的泵葉輪邊吸植物油邊吸氮氣,并在泵內加壓混合,產生的微細氣泡直徑為20-30μm,氣體與液體充分溶解,溶解效率可達80%-100%。溶氣泵工作原理如圖2所示。

          3.2.3 操作說明

                 首先調配罐內送入植物油,達到所需液位后啟動溶氣泵;溶氣泵啟動運轉后信號反饋給電磁閥,電磁閥打開,99.99%的高純度氮氣通過氣體三聯件的過濾調壓、流量調節后經進氣接管進入溶氣泵腔體;植物油從調配罐側邊出口被溶氣泵進油口吸入,在泵腔體內被加壓混合,通過泵出口、罐內循環管均勻排到調配罐內底部,空氣、氮氣被釋放,穿透過油層達到罐頂氣體空間,從呼吸閥中排出,如此反復循環將調配罐內的植物油進行循環充氮氣,植物油中的氧逐漸被替換排出,同時調配罐的頂部剩余空間的空氣也被氮氣替換而排出。

          3.2.4 工藝參數

          氮氣壓力:0.05-0.15MPa

          氮氣流量:5.0-150L/min

          充氮時間:12-24h

          溶氣泵流量:5.0-50m3/h

          3.3 工藝特點

                  目前工廠大多使用的充氮工藝主要有罐體氮封(包括單罐、多罐系統),在線灌裝充氮(包括灌裝前、灌裝中、灌裝后)兩種。

                  罐體氮封為油罐頂部充氮氣,根據氣壓自動補充氮氣,僅將罐體內的油與頂部的空氣隔離,減少油脂與空氣接觸,起到延緩油脂氧化的作用。

                 在線灌裝充氮(包括灌裝前、灌裝后)也是將PET油瓶內的空氣或頂部的空氣替換,起到隔絕接觸,提高PET油瓶內的壓力,減少癟瓶現象的作用。灌裝中在線充氮是在輸油管道上充入一定量氮氣,接觸時間短,混合效果不太理想,氮氣與油品迅速分離,也主要起到隔絕接觸,提高PET油瓶內的壓力,減少癟瓶現象的作用。

                  圖3為本工藝的現場使用情況。該工藝經過12-24h溶氣泵的高強度混合,既能將油中溶解的氧氣替換出去,又能因氮氣飽和而逸出將油罐、PET油瓶頂部的空氣排出,從內、外兩方面減少油脂與氧氣的接觸,從而抑制油脂氧化,提高油脂的穩定性。

          4 結束語

                  罐體氮封工藝適合儲備庫等需要中長期儲存毛油、四級油的情況;在線灌裝充氮在一定程度上減少了氧含量、提高油脂穩定性,但在生產安全中存在一定的隱患,因為包裝車間為潔凈封閉區間,灌裝前、灌裝后充氮提高了潔凈區間內氮氣的濃度、減少空氣中的氧,不利于操作人員的身體健康。植物油循環充氮工藝安裝投入不大、操作簡單、效果明顯,值得推廣使用。


           
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