[科普中國(guó)]-油脂改性

油脂加氫氫化（Hydrogenation）

油脂氫化是指在催化劑的作用下，油脂的不飽和雙鍵與氫氣發(fā)生的加成反應(yīng)。油脂經(jīng)催化加氫后，能夠提高油脂熔點(diǎn)，改變塑性，增強(qiáng)抗氧化能力，并能防止回味。油脂氫化拓寬了油脂的使用領(lǐng)域，提高了油脂的使用價(jià)值。油脂加氫氫化是目前最為成熟、工業(yè)化應(yīng)用最為成功的油脂改性技術(shù)。目前生產(chǎn)人造奶油的基料油脂基本都是氫化油脂。

20世紀(jì) 80 年代以來(lái)，人們對(duì)食品安全要求日趨嚴(yán)格，希望降低乃至消除食物中的有害成分。氫化油脂含有 50% 左右的反式酸，食用反式酸含量高的食品，將會(huì)導(dǎo)致增加患冠心病、糖尿病、老年癡呆癥等疾病的幾率，對(duì)此，美國(guó)食品藥品管理局開(kāi)始要求在食品中標(biāo)明反式酸含量。但同時(shí)歐洲的一些學(xué)者認(rèn)為，反式酸對(duì)人體基本沒(méi)有不利影響。公眾和學(xué)術(shù)界對(duì)反式酸的這一爭(zhēng)論，對(duì)油脂氫化提出了新的挑戰(zhàn)。油脂氫化過(guò)程中最主要的是催化劑的選擇和制備技術(shù)。

油脂加氫催化劑的研究目前油脂氫化生產(chǎn)中采用的催化劑除了能夠產(chǎn)生大量反式酸外，還存在其它缺陷，如鎳系催化劑對(duì)人體的致癌性、銅系催化劑所產(chǎn)生的加速油脂氧化作用，這一切都要求研制新型催化體系及采用不同以往的催化手段來(lái)解決。國(guó)外已開(kāi)始研究多種不同金屬催化劑間的協(xié)同作用，從而希望不僅能夠在反應(yīng)活性和選擇性方面保持原有特點(diǎn)，同時(shí)降低反式酸含量。相對(duì)國(guó)外對(duì)油脂加氫特別是油脂選擇性加氫催化劑的研究，我國(guó)對(duì)油脂加氫催化劑的研究就顯得比較落后，一般是在工業(yè)現(xiàn)成催化劑基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)單的模仿，著重在鎳系或鎳-銅系、銅-鉻催化劑的研究上。近年來(lái)對(duì)新型催化劑的研究工作取得了一定的成績(jī)，對(duì)反式脂肪酸的產(chǎn)生機(jī)理、加工和使用過(guò)程中反式脂肪酸的產(chǎn)生及對(duì)油脂理化指標(biāo)的影響都有所研究。

油脂氫化的趨勢(shì)近年來(lái)，油脂加氫特別是選擇性加氫技術(shù)發(fā)展迅速，催化劑研究工作也隨之發(fā)展得很快，一些以前未重視的問(wèn)題（如反式酸對(duì)公眾健康的影響）開(kāi)始引起重視，今后要求開(kāi)發(fā)出具有高活性、低反式酸、低消耗的催化劑體系，以不斷滿(mǎn)足人們對(duì)健康食品的要求。為了達(dá)到此目的，除了進(jìn)一步開(kāi)發(fā)研制具有高活性、低成本的貴金屬催化劑之外，還需要采用一些新型催化劑和催化手段，如納米催化劑、離子液及超臨界催化等技術(shù)。另外非晶態(tài)催化劑是目前研究的熱點(diǎn)，也是油脂加氫催化劑的發(fā)展趨勢(shì)。催化劑載體及活性組分的負(fù)載技術(shù)一直是催化劑研究的重點(diǎn)。由方開(kāi)泰等創(chuàng)立的均勻設(shè)計(jì)法能夠合理安排試驗(yàn)，考察不同因素對(duì)催化劑活性的影響，以及通過(guò)分析試驗(yàn)結(jié)果找出較好的制備方法，從而解決了催化劑研究的一個(gè)難題。

油脂分提（Fractionation）油脂分提是指在一定溫度下利用構(gòu)成油脂中的各種甘三酯的熔點(diǎn)及溶解度的不同，把油脂分成固、液兩部分。根據(jù)分離出的組分性質(zhì)的不同，滿(mǎn)足不同用途的需要。油脂分提結(jié)晶技術(shù)始于 20 世紀(jì)初，經(jīng)近百年的發(fā)展，特別是20世紀(jì)70年代棕櫚油產(chǎn)量的迅猛增加，有力地推動(dòng)了分提工藝的發(fā)展。目前已有2000 t/d 的大型工業(yè)分提設(shè)備，全世界油脂產(chǎn)量的10% 是通過(guò)油脂分提得到的。油脂分提工藝有干法分提、表面活性劑分提和溶劑分提。

干法分提在不添加其它成分的條件下，將液態(tài)的油脂慢慢冷卻到一定程度，分離析出結(jié)晶固體脂的方法稱(chēng)為干法分提。干法分提適用于產(chǎn)品在有機(jī)溶劑中溶解度相近的脂肪酸甘油三酯的分離，待分離組分結(jié)晶大，可以借助壓濾或離心進(jìn)行分離。干法分提包括冬化、脫蠟、液壓及分級(jí)等方法。

表面活性劑分提表面活性劑分提是指油脂冷卻結(jié)晶后，添加表面活性劑水溶液，改善液體油與固體脂的界面張力，借助固體脂與表面活性劑間的親和力，形成固體脂在表面活性劑水溶液中的懸浮液，促進(jìn)固體晶體離析的分提工藝。20 世紀(jì)初，將表面活性劑添加到油脂中來(lái)分離液體油與固體脂的方法取得專(zhuān)利，從此表面活性劑分提法開(kāi)始得到應(yīng)用。20 世紀(jì) 50 年代，表面活性劑分提工藝已開(kāi)始小規(guī)模地應(yīng)用于棕櫚油、棕櫚仁油、脂肪酸等的分提。這種分提可迅速分離工藝液體油與固體脂，容易得到固體脂，但分提工藝成本高，且產(chǎn)品容易受表面活性劑污染，因此一些國(guó)家禁止表面活性劑分提用于食用植物油的生產(chǎn)。目前表面活性劑分提在國(guó)內(nèi)有一定的發(fā)展，但工業(yè)化應(yīng)用不多。

溶劑分提溶劑分提是指在油脂中按比例加入某一種溶劑構(gòu)成黏度較低的混合油體系，然后進(jìn)行冷卻結(jié)晶的一種分提工藝。20 世紀(jì) 50 年代，溶劑分提法已應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)熔點(diǎn)與可可脂相似的產(chǎn)品，如棕櫚油用溶劑分提法分提棕櫚油中間組分 PMF，PMF 是生產(chǎn)類(lèi)可可脂CBE（Cocoa Butter Equivalent）的原料。溶劑分提的特點(diǎn)是分提效率高、固體脂組分質(zhì)量好。但它的投資成本大、生產(chǎn)費(fèi)用高，用作溶劑的己烷、丙酮、異丙醇等易燃，要求車(chē)間設(shè)計(jì)、生產(chǎn)時(shí)提供額外的安全保障。因此，溶劑分提僅用于生產(chǎn)附加值較高的產(chǎn)品。

油脂分提的發(fā)展趨勢(shì)隨著冷卻結(jié)晶、過(guò)濾技術(shù)的發(fā)展，干法分提工藝被廣泛應(yīng)用于多種油脂的加工。通過(guò)選擇結(jié)晶條件、分離溫度，采用不同路線可得到多種不同的分提產(chǎn)品，最為典型的是棕櫚油經(jīng)干法分提可以得到高碘值的油酸甘油酯、高硬度的硬脂和高質(zhì)量的PMF。上海嘉里糧油、東莞新亞、張家港東海糧油、秦皇島金海糧油和 BELL CITY 等企業(yè)先后從國(guó)外引進(jìn)多條干法分提生產(chǎn)線，用于氫化大豆油、棕櫚油、豬脂等的分提，分提產(chǎn)品中液態(tài)油用作烹調(diào)油、調(diào)和油，中間組分用于制作類(lèi)可可脂（CBE）、代可可脂（CBR），硬脂用作起酥油、人造奶油等的原料油。油脂分提是物理改性過(guò)程，避免了氫化產(chǎn)生大量反式酸的缺點(diǎn)，同時(shí)干法分提無(wú)溶劑、無(wú)催化劑污染，在食品安全逐漸受到重視的當(dāng)今社會(huì)，這一油脂改性方法逐漸受到重視，應(yīng)用前景廣闊。但目前干法分提工藝中還存在一些不足之處，如不能連續(xù)化生產(chǎn)、過(guò)濾用的膜容易受污染及使用壽命較短等，以后應(yīng)重點(diǎn)解決這些不足，以推動(dòng)干法分提工藝進(jìn)一步完善。

油脂酯交換（Interesterification）油脂酯交換是通過(guò)改變甘三酯中脂肪酸的分布來(lái)改變油脂的性質(zhì)，尤其是使油脂的結(jié)晶及熔化特征發(fā)生改變的方法。目前酯交換可分為酶法酯交換和化學(xué)法酯交換。

酶法酯交換酶法酯交換是利用酶作為催化劑的酯交換反應(yīng)，酶按其來(lái)源可分為動(dòng)物酶、植物酶、微生物酶等。酶法酯交換特點(diǎn)如下：1. 專(zhuān)一性強(qiáng)（包括脂肪酸專(zhuān)一性，底物專(zhuān)一性和位置專(zhuān)一性）；2. 反應(yīng)條件溫和；3. 環(huán)境污染?。?. 催化活性高，反應(yīng)速度快；5. 產(chǎn)物與催化劑易分離，且催化劑可重復(fù)利用；6. 安全性好。酶法酯交換被廣泛用于油脂改性制備結(jié)構(gòu)脂質(zhì)。利用相應(yīng)的酶可制備類(lèi)可可脂、人乳脂代用品、改性磷脂、脂肪酸烷基酯、低熱量油脂和結(jié)構(gòu)甘油酯等。隨著基因等生物技術(shù)的發(fā)展，人們已能利用基因技術(shù)來(lái)工業(yè)化生產(chǎn)比動(dòng)物酶專(zhuān)一性更強(qiáng)的微生物酶，這為酶法酯交換工業(yè)化提供了廣闊的發(fā)展前景。

化學(xué)酯交換化學(xué)酯交換是利用堿金屬、堿金屬氫氧化物、堿金屬烷氧化物等作為催化劑的酯交換反應(yīng)?；瘜W(xué)催化劑與酶催化劑相比，具有價(jià)格低廉、反應(yīng)容易控制等優(yōu)點(diǎn)。目前使用最為廣泛的催化劑是鈉烷氧基化合物（如甲醇鈉），其次是鈉、鉀、鉀-鈉合金及氫氧化鈉-甘油等?；瘜W(xué)酯交換又分為隨機(jī)酯交換和定向酯交換。一般認(rèn)為，化學(xué)酯交換不具有催化選擇性，也稱(chēng)隨機(jī)酯交換，使甘三酯分子隨機(jī)重排，最終按規(guī)則達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)。

酯交換的趨勢(shì)化學(xué)酯交換經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，工藝技術(shù)日臻完善；酶法酯交換相對(duì)來(lái)說(shuō)發(fā)展較晚，近些年酶法酯交換研究比較活躍，相比于化學(xué)酯交換，酶法酯交換具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但酶的價(jià)格比較高，限制酶法酯交換的工業(yè)化。隨著蛋白工程與基因工程的迅猛發(fā)展，獲得性能優(yōu)良、價(jià)格便宜的脂肪酶已成為可能，這給油脂酯交換帶來(lái)了新的契機(jī)。酶法酯交換研究至今，無(wú)論是在理論上還是在實(shí)際應(yīng)用中都取得了巨大進(jìn)步?，F(xiàn)在研究開(kāi)發(fā)的固定化酶應(yīng)用范圍廣、活性高，轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的潛力很大。但是，脂肪酶在酯交換中催化機(jī)理方面的研究還落后于其它酶。由于酶法酯交換比較復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題，如用于酶反應(yīng)器設(shè)計(jì)，沒(méi)有動(dòng)力學(xué)方程是不可能的，至少很難做到最佳反應(yīng)。目前，酶反應(yīng)器的研究與應(yīng)用已進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)期，各種反應(yīng)器脫穎而出，但各種反應(yīng)器對(duì)于酶的催化性質(zhì)影響還有待進(jìn)一步研究。在結(jié)合油脂與營(yíng)養(yǎng)的基礎(chǔ)上，用酶催化油脂改性制備功能性油脂制品已成為油脂酯交換發(fā)展趨勢(shì)2。