吹制植物油制备方法

专利名称：吹制植物油制备方法
背景技术：
本发明涉及将粗制植物油进行精制的方法，特别是将粗制大豆油进行精制，并将其用于工业用途的方法。
精制植物油及其衍生的化合物和原料可用于多种工业用途。例如，精制大豆油可作为生态替代品来代替自石油衍生且用于制造聚氨酯泡沫之制品。然而，利用该精制植物油的一项困难在于，与精制流程有关的成本过高，使精制植物油在用于工业用途时过于昂贵。
从含油的植物原料中提取的粗制油通常为深色浑浊液体，需要进行进一步精制，使其成为有用的油产品。有大量的已知技术可用来将粗制植物油精制成有用的植物油。由于大多数精制植物油供人消费，因此大多数用于加工植物油的普通方法和设备旨在除去导致不希望的味道、颜色和气味，以及其他不希望的属性的杂质。这些杂质包括含磷污染物，如能水合的和不能水合的磷脂、游离脂肪酸、着色体和微量矿物质。已知的植物油精制方法通常包括若干步骤，如脱胶、中和(碱精制)、漂白和脱臭。脱胶步骤通常需要在粗制油中添加水和其他化学品，如磷酸，并将该混合物在50-70℃的温度下加热并搅拌一段时间(约10-30分钟)，然后将混合物离心脱水，以将水和油分离。脱胶步骤可重复多次，以便进一步减少粗制油中的含磷脂量。
随后，脱胶油还需要经过几道额外的精制步骤来去除其他有害成分，如游离脂肪酸、着色体和其他杂质。在这些精制步骤中，必须先将游离脂肪酸皂化，然后将油中的皂洗去，再将油中和并进行进一步洗涤，以去除过量的化学物质和皂。随后还要对油进行漂白处理以去掉着色体，最后进行脱臭处理。由于在皂化游离脂肪酸时需要使用碱，因此，将该精制工序被称为碱精制或化学精制。
化学精制工序所需设备的成本十分昂贵。例如通常用于将油与洗涤水分离的离心机和过滤设备的维护需要很高的成本。化学精制的许多步骤还十分复杂，并且由于每道精制步骤都会产生残留物，并携带了一定量的可用的油，因此不可避免地会造成油的损失，进而减少精制油的产量。
由于化学精制设备成本高、操作费用高，并且会造成成品油的损失，因此近年来希望采用一种称为物理精制的方法。在物理精制方法中，粗制油需要经过几道预处理加工步骤，首先在真空状态下将容器中的粗制油置于高温(250℃或更高)下，使蒸汽在处理过程中喷射进油品。温度和保持时间应恰到好处，使游离脂肪酸和其他杂质能够挥发或被蒸馏掉。然后通常要将处理过的油冷却，再通过补充漂白程序将油的颜色进一步亮化。
尽管物理精制具有降低资本成本和操作成本的优点，但是粗制油仍然需要经过实质的预处理步骤，包括添加化学品以去除粗制油中的至少某些杂质。这些预处理步骤提高了物理精制工序的成本，使通过该方法生产出的完全精制油在经济性方面仍然难以满足工业用途的需要。
本发明旨在提出一种物理精制方法，该方法能够省略实质的预处理步骤，使通过该方法生产出的部分精制油可用于工业用途。
本发明的另一个目标在于提出一种精制植物油制造方法，该方法可减少或避免产量损失。
本发明进一步的目标在于提出一种精制植物油制造方法，该方法可避免对粗制油进行化学预处理。
所属技术领域的技术人员经由本发明及其他现有技术，应当可以了解本发明的上述和其他目标及优点。
本发明一方面是一种将粗制植物油(如大豆油)进行部分精制之方法。首先对粗制油进行脱胶，将油放置一段时间，使磷脂、游离脂肪酸和其他杂质沉淀下来。将油与杂质分离后，把油加热到第一温度，同时进行搅动，使多余的水分从植物油中蒸发。然后将油冷却到第二温度，约170-180°F之间，并将压缩空气导入油中，其作用是在冷却之后对油进行充气(aerate)。随后将油温保持在170-180°F之间，同时对油进行充气和搅动，直到获得符合预期粘度要求的部分精制油。
本发明另一方面是一种将粗制植物油进行部分精制的方法，其中采用了一种替代的脱胶程序。该替代脱胶程序包括将粗制植物油用蒸汽加热到第一温度，约270-300°F之间，同时进行搅动。当将油加热到第一温度后，停止加热和搅动，使油沉淀成数层，其中底层实质包含了磷脂和游离脂肪酸杂质。将油与杂质分离后，经过与上述相同的冷却和温度保持步骤，便可获得符合预期粘度要求的部分精制油。
将提取出的大豆油装进储藏罐，并沉淀一段时间，使提取方法中所产生的细微杂质和其他不可溶解杂质，以及能水合和不能水合的磷脂或粗制油中的胶质沉淀到储藏罐的底部。该沉淀步骤通常需要约20天。在这段时间内，由于胶质沉淀到了底部，粗制油中的磷的含量减少了。
沉淀结束之后，用泵将粗制油抽入吹制罐(blowing tank)，注意不要抽取含有胶质和其他杂质的底层。
然后将吹制罐中的脱胶粗制油加热到一定温度，使油中的多余水分沸腾并蒸发到罐的顶部。加热的温度需达到约260-270°F，270°F为最佳温度。超过270°F将导致油变黑或烧焦，而低于260°F则无法使多余水分从油中蒸发出来。
在加热油的同时还需不断地进行搅动，以加速水分的蒸发。用于完成加热和搅动方法的设备可以是大豆油加工技术领域的技术人员已知的任何加热和搅动设备。例如为了完成该方法，可在吹制罐的底部附近配备蒸汽盘管(steam coil)，用于加热油，并可为吹制罐配备叶轮，用于完成搅动。
当吹制罐中的油温达到270°F时，停止加热和搅动，然后将压缩空气导入吹制罐对油进行充气。尽管有多种充气设备可用于完成充气步骤，但一种有效的设计是在靠近吹制罐底部的地方安置多孔管(perforated pipe)。
应以足够的气压和速率将空气导入油，使空气充分接触并渗透罐中的粗制油。导入空气时的最佳气压为约120磅/平方英寸，最佳速率为约30立方英尺/分钟。
油中最好含有少量水分，比如，约占0.03-0.05％。在加热和搅动步骤中，过多的水分从油中蒸发出去，导致水分含量不足0.03-0.05％。于是便需要将水分含量提高到最佳范围，这一目的可通过在充气步骤中使用潮湿空气来完成。湿度量的多少并不重要，环境温度下的环境空气中通常含有足够的水分，足以将油中水分的含量提高并保持为约0.05％。假如不需要向油中添加额外的水分，即水分含量已经达到了约0.05％，则可在将空气导入吹制罐之前用干燥机使空气干燥。
当对油进行吹气处理时，应停止加热，使油温下降。当油温达到约170°F时，导入空气的量增加到约130立方英尺/分钟，以确保空气完全接触和渗透油。在充气步骤余下的时间里，将油温保持在170-180°F的范围内。为了保持温度，可以打开蒸汽盘管进行必要的加温。或者，假如温度超过了180°F，则可在盘管中加水，使温度下降到170-180°F的理想范围。
尽管油温也可保持在170-180°F的范围以外，但是这并非最佳温度。当温度低于170°F时，油的粘度将过大，并且空气无法在油中充分地分散。如果油温高于180°F，则油会有聚合和颜色变深的危险。
在充气步骤中，最好能够搅动油，使空气与油充分混合。但是，必须确保油温不超过约270°F，因为高温将导致油烧焦。因此，在充气步骤中，在导入空气之前应关闭搅动器，因为同时进行搅动和充气可产生自然摩擦，从而导致油温超过约270°F。在充气步骤中，当油温下降时，可断续地打开搅动器，以确保空气与油充分混合，同时又将温度上升的风险降至最低。通常，每小时搅动5分钟就已经足够。假如油温下降到约170°F以下，则可进行连续搅动，因为此时由于摩擦力缘故导致油温过高的危险微乎其微。
继续进行充气和搅动，直至油到达预期的粘度。通常，预期粘度取决于部分精制油的预期用途。预期粘度通常在约30-40泊(poise)之间。当油到达预期粘度时，应停止充气和搅动，并让油冷却。油在冷却时可能聚合，因而导致粘度增大。为了防止油的聚合，可将一层氮气导入吹制罐。经过本发明的制造方法生产出的油具有以下特征游离脂肪酸 3.8到2％水分0.05到0.06酸值1.4到3.6羟值50到125磷 25ppm到110ppm加纳尔颜色(Gardner color) 5经过本发明的方法制造出的油为适用于工业用途的低成本油。本发明与现有技术的化学和物理精制方法的不同之处在于，避免了添加化学品对粗制油进行精制或预处理，因而无须使用昂贵的设备，如离心机，并省略了额外的处理步骤。
在某些生产情况下，由于急需使用部分精制油，使长达20天的沉淀期变得不切实际。在这些情况下，可在本发明中采用一种替代脱胶程序来代替沉淀期，用于去除胶质和其他杂质。
在该替代脱胶程序中，直接用泵将提取的粗制油抽取到吹制罐中。然后用通过多孔管导入的生蒸汽加热吹制罐中的粗制油。最佳的蒸汽气压为约150磅/平方英寸。将油加热到能够降低粘度的温度，使磷脂、游离脂肪酸和其他杂质能够沉淀出来。通常，应将油加热到约270-300°F之间，优选达到300°F。在这一温度范围内可获得最佳粘度，并且通常不会因为各种杂质的存在导致油烧焦或变黑。当加热粗制油时，应不断进行搅动以确保蒸汽与油完全混合。
当温度达到约300°F时，应停止加热和搅动，使油在罐中沉淀。在沉淀过程中，磷脂、游离脂肪酸和其他杂质沉淀到吹制罐的底部，并被排出。通常，杂质沉淀到罐的底部需要大约5个小时。
当磷脂、游离脂肪酸和其他杂质排出之后，采用与处理上述经过20天沉淀的粗制油相同的充气步骤对油进行处理。同样，将空气以约120磅/平方英寸的气压和约30立方英尺/分钟的速率导入吹制罐。为了确保油中的水分保持在约0.03-0.05％之间，在充气步骤中可能需要用干燥空气代替潮湿空气。
当温度达到约170°F时，导入空气的量可增加到约100立方英尺/分钟，使空气能够完全接触和渗透油。在剩余的充气步骤时间里，将油温保持在170-180°F的范围内。
如前所述，在充气步骤中最好对油进行搅动。同样，在油温从约300°F下降到170-180°F的范围内时进行断续搅动，当油温保持在170-180°F的范围内时进行连续搅动。
当油到达预期粘度时，停止充气和搅动，并让油冷却。经过采用替代脱胶程序的制造工序生产出的油具有以下特征游离脂肪酸 2.75到2％水分 0.05到0.006酸值 2到3.6羟值 50到72磷 5ppm到15ppm加纳尔颜色 5采用替代脱胶程序生产出的油的磷含量更低，因为与仅沉淀进行脱胶的油相比，在脱胶程序中使用蒸汽可吸收掉更多的磷。
在不脱离上述方法的基本概念的前提下，可对该方法进行各种修正。虽然本发明以一种或更多特定实施例进行了详细说明，但是所属技术领域的技术人员在不脱离本发明之精神和范围内，应当可以作各种更动，本发明的保护范围以后附的权利要求中所界定的为准。
权利要求
1.一种将含有胶质和其他杂质的粗制植物油进行部分精制的方法，该方法包括以下步骤(a)让粗制植物油沉淀一段时间，使油至少分成两个不同的层，其中一层包含胶质，而油含量很少，而第二层包含油，以及少量原本就包含在油中的胶质；(b)将油层与胶质层分开，将油层加热到第一温度，使油中含有的水分蒸发；(c)在将油加热到所述第一温度的同时对油进行搅动；(d)让油冷却到第二温度，约170-180°F之间；(e)在油冷却到所述第二温度的同时将压缩空气导入油；(f)将油温保持在170-180°F的温度范围内一段时间，以便获得预期的粘度；(g)在步骤(f)进行的同时搅动油，并且在步骤(f)进行的过程中用压缩空气对油进行充气；(h)停止搅动或充气，让油冷却到环境温度，获得部分精制植物油。
2.根据权利要求1所述的方法，其中第一温度的范围为约260-270°F。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在将油加热到所述第一温度时，需对油进行搅动。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(e)中是以约120磅/平方英寸的气压导入空气。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在步骤(e)中是以约30立方英尺/分钟的速率导入空气。
6.根据权利要求1所述的方法，其中在当油冷却到所述第二温度时，对油进行断续搅动。
7.根据权利要求1所述的方法，其中当油温保持在170-180°F的范围之间时，对油进行连续搅动。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(f)中是以约120磅/平方英寸的气压将空气用于对油进行充气。
9.根据权利要求8所述的方法，其中在步骤(f)中是以约130立方英尺/分钟的速率将空气用于对油进行充气。
10.一种将含有胶质和其他杂质的粗制植物油进行部分精制的方法，该方法包括以下步骤(a)将粗制植物油加热到第一温度，约300°F；(b)在将植物油加热到所述第一温度时，对油进行搅动；(c)让加热的植物油冷却并沉淀一段时间，使油至少分成两个不同的层，其中一层包含胶质，而油含量很少，而第二层包含油，以及少量原本就包含在油中的胶质；(d)将胶质层与油层分开，使油冷却到第二温度，170-180°F之间；(e)在油冷却到所述第二温度的同时将压缩空气导入油；(f)将油温保持在170-180°F的范围内的温度一段时间，以便获得预期的粘度；(g)在步骤(f)进行的同时搅动油，并且在步骤(f)进行的过程中用压缩空气对油进行充气；(h)停止搅动或充气，让油冷却到环境温度，获得部分精制植物油。
11.根据权利要求10所述的方法，其中在将油加热到所述第一温度时，需对油进行搅动。
12.根据权利要求10所述的方法，其中步骤(a)中的加热是通过将压缩蒸汽导入粗制植物油来进行。
13.根据权利要求10所述的方法，其中在步骤(e)中是以约120磅/平方英寸的气压导入空气。
14.根据权利要求13所述的方法，其中在步骤(e)中是以约30立方英尺/分钟的速率导入空气。
15.根据权利要求10所述的方法，其中在当油冷却到所述第二温度时，对油进行断续搅动。
16.根据权利要求10所述的方法，其中当油温保持在170-180°F的范围之间时，对油进行连续搅动。
17.根据权利要求10所述的方法，其中在步骤(f)中是以约100立方英尺/分钟的速率将空气用于对油进行充气。
全文摘要
提出一种利用物理精制技术对粗制植物油进行部分精制的方法。首先通过以下步骤对粗制植物油进行脱胶(1)让粗制油沉淀一段时间，如20天，使油分成至少两层，其中一层包含胶质，而油含量很少，而第二层包含油，以及少量原本就包含在油中的胶质，然后分离油层和胶质层；或者(2)将粗制油边搅动边加热到约270－300℉，然后将粗制油冷却并沉淀一段时间，直到油分成至少两层。然后将脱胶油在170－180℉的范围内保持一段时间，同时进行充气和搅动，以获得预期的粘度。采用该方法生产出的部分粗制植物油适合于工业用途，如制造聚胺酯泡沫。
文档编号C11B3/00GK1420921SQ01807381
公开日2003年5月28日 申请日期2001年2月23日 优先权日2000年2月23日
发明者L·马赫卢姆 申请人:南达科他大豆加工公司