脱臭资料

1 第五节 脱臭

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。

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。

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。

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。

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。

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。 2 水蒸汽蒸馏（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。

假设被脱臭油脂（含甘三酯和臭味组分）符合理想溶液状态，令pv为游离脂肪酸及臭味组分在油脂内的平衡压力；Pv为纯脂肪酸及臭味组分的蒸汽压；V为游离脂肪酸及臭味组分的摩尔数；O为甘三酯的摩尔数，则根据拉乌尔（Lavore）定律，脂肪酸和臭味组分的蒸汽压将等于其在纯粹状态下的蒸汽压乘上它在油脂中的浓度，即：

pv= Pv （ V ） O+V

（6-16）

正常情况下，由于中性油脂与游离脂肪酸及臭味组分具有较大的摩尔体积比，O可看作O+V的近似值，因此，公式（6-16）可简化成：

（6-17）

根据道尔顿定律，在任何瞬间，来自脱臭器的蒸汽馏出物中，挥发性物质与水蒸气摩尔之比等于其分压之比值，有以下公式：

dS = ps

d V pv /

（6-18）

式中：V——脂肪酸及臭味组分的摩尔数；

S——水蒸汽的摩尔数；

pv /——脂肪酸及臭味组分的实际分压；

ps——水蒸汽的实际分压。

由于水蒸汽蒸馏过程中，水蒸汽用量大，脂肪酸及臭味组分的实际分压pv /与水蒸汽的实际分压ps比较，其数值是很小的，ps可近似地看作总压力P（P= ps + pv /）。因此，公式（6-18）可演变为：

dS = P

d V pv /

（6-19）

若以E代表水蒸汽蒸馏过程脂肪酸和臭味组分的蒸发效率，则：

pv = Pv V

O

E= pv /

pv 3 （6-20）

根据公式（6-17）、（6-20）可推导出脂肪酸及臭味组分的实际分压：

（6-21）

将公式（6-21）代入公式（6-19）则

dS = PO

DV EPv V

（6-22）

对公式（6-22）积分可得：

S= PO ln （ V1

）

EPv V2

（6-23）

式中：V1——油脂中游离脂肪酸及臭味组分的最初浓度；

V2——油脂中游离脂肪酸及臭味组分的最终浓度。

由于汽提脱臭过程中，部分中性油脂在高温下会水解产生脂肪酸，一些热敏性组分也会分解产生新的挥发性组分，因此，油脂在汽提脱臭过程中，一定温度下组分的实际分压总是小于相同温度下理想状态所具有的压力，故水蒸汽实际耗量较公式（6-23）的理论值有误差。若以K代表校正系数，A代表脂肪酸和臭味组分的活动系数，则接近于生产实际的汽提脱臭方程可用下式表示：

S= PO ln （ V1

） EPvA V2

（6-24）

或

ln （ V1

） = EPvAS = KPvS

V2 PO PO

（6-25）

式中：E——蒸发效率；

Pv——纯脂肪酸及臭味组分的蒸汽压；

P——系统总压力；

A——活动系数；

K——校正系数；

S——水蒸汽的摩尔数；

O——中性油脂的摩尔数。 pv /= EPv V

O 4 公式（6-25）是根据理想状态推导出的汽提方程式，适用于间歇式脱臭（或称分批脱臭）过程，其中蒸发效率E是用以衡量蒸汽通过油层时被脂肪酸及臭味组分所饱和的能力，它与脱臭罐（塔）的结构有关，当水蒸汽与油脂有较长的接触时间和最大的接触面积时，E值接近于1，对于结构合理的间歇式脱臭罐，E值一般在0.7~0.9；半连续脱臭塔则为0.99。活动系数A常由试验求得。根据沙卡地（D.S.Sarkadi）报导，当油脂中游离脂肪酸浓度较低时，活动系数A可达1.5。游离脂肪酸及臭味组分的蒸汽压Pv通常也可由试验确定或根据试验选用。由于游离脂肪酸及臭味组分复杂，因此，对于不同品种的油脂，需相应地改变操作条件，以确保操作效果。

当汽提脱酸脱臭是在连续式脱臭塔作业时，则公式（6-25）中的变量参数就变成了与时间有关联的变量。“O”的函义表示为每小时中性油流量的摩尔数，“S”、“V1”、“V2”相应表示为每小时蒸汽的摩尔数和每小时油脂流量中游离脂肪酸及臭味组分的最初和最终摩尔数，则每小时进入脱臭塔的中性油脂O中必含有V1摩尔的游离脂肪酸及臭味组分，离塔的汽提蒸汽中，则必含有（V1-V2）摩尔游离脂肪酸及臭味组分，离塔的脱臭味油中，游离脂肪酸及臭味组分的浓度则为：

V2

O+V2

（6-26）

正常情况下，由于游离脂肪酸及臭味组分相对于中性油脂而言是极其微量的，O+V2接近于O的数值，故离塔油脂中游离脂肪酸及臭味组分的浓度可简化成：

V2

O

（6-27）

同理，离塔蒸汽中脂肪酸及臭味组分的浓度也可简化成：

V1-V2

S

（6-28）

根据拉乌尔定律，脱臭塔盘液面上游离脂肪酸及臭味组分的分压PV/为：

（6-29）

式中：Pv/——游离脂肪酸及臭味组分在油面上的压力；

V2——离塔油脂中游离脂肪酸及臭味组分的摩尔数。

同理，气相中脂肪酸及臭味组分的分压Pv/为： Pv/= EV2P2

O 5 Pv/= V1-V2 Ps S

（6-30）

由于Pv相对于Ps是极微量的，因此，Ps可近似地看作气相总压力P，则公式（6-30）可演变为：

Pv/= V1-V2 P S

（6-31）

将公式（6-29）代入公式（6-31）可得

V1-V2 P= EV2Pv

S O

解21VV即得：

V1

= 1+ EPv(S)

V2 P(O)

（6-32）

与间歇式汽提公式（6-25）同理，实际操作中需考虑由蒸发效益E和活动系数A构成的校正系数K，则连续式汽提脱臭方程式可表示为：

V1

= 1+ KPv(S)

V2 P(O)

（6-33 ）

式中：V1——每小时进塔油脂中游离脂肪酸及臭味组分摩尔数；

V2——每小时离塔油脂中游离脂肪酸及臭味组分摩尔数。

由间歇式汽提公式（6-25）和连续式汽提公式（6-33 ），我们可以得知脱臭罐（塔）的蒸发效率，均与设备操作温度，压力和水蒸汽量/油量三个主要参数有关，它们之间的关系可概括如下：

1、V2与操作温度成反比。在固定压力下，随着操作温度的提高，PV增大，则脱臭油脂中游离脂肪酸及臭味组分的最终浓度降低。

2、V2与P成正比。也即降低操作压力P，则V2也相应降低。

3、V2与（S/O）成反比。也即随着（S/O）比值的增大，脱臭油脂中游离脂肪酸及臭味组分的摩尔数V2降低。

如果我们固定脱臭深度，也即使V2定为脱臭成品油脂的质量指标，若操作温度保持不变，系统内压力P与水蒸汽用量S之比恒定，则由以上两个汽提公式可以得出结论：操作压力如能接近真空，则汽提水蒸汽的用量即会大幅度的降低，这就是为什么汽提脱臭操作必须尽可能处于最大限度的负压下作业的理论根据。 6 汽提脱臭过程中，游离脂肪酸及臭味组分的蒸发效率，实际上是水蒸汽通过油脂后，其游离脂肪酸及臭味组分达到饱和程度的量度根据气体吸收双膜理论，可知游离脂肪酸及臭味组分从油脂内到蒸汽泡中的速率，等于蒸汽泡中的饱的蒸汽压与实际压力之差乘以蒸汽泡的表面积，再乘以水蒸汽与油脂的特性常数，可由下列数学方程式表示：

dpv/ = KF(pv-pv/) dt

（6-34）

式中：t——水蒸汽泡与油脂的接触时间；

F——水蒸汽泡表面积；

K——气体扩散数；

将公式（6-34 ）积分可得：

FKt=ln( pv ) = ln( 1 ) pv-pv/ 1- pv

pv/

= ln( 1 ) 1- E

（6-35）

或 E=1-e-ky （6-36）

由公式（6-35）或（6-36）可以看出，增大水蒸汽泡的总面积以及水蒸汽与油脂接触的时间，则游离脂肪酸及臭味组分的蒸发效率即可增大。不管由公式（6-36）计算得到的蒸发效率其绝对的可靠性如何，但其对在不同条件下的汽提效率及水蒸汽利用率却有一个合适相对比较，因此，对脱臭设备的设计是重要参考价值的。

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。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，需要喷人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。