CN113943605B - 一种微生物油脂冬化分提的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微生物油脂冬化分提的方法。该微生物油脂冬化分提的方法包括如下步骤：1)向ARA脱溶油中加入三饱和脂肪酸甘油酯后冬化，所述ARA脱溶油与所述三饱和脂肪酸甘油酯的质量比为2:1～1.25:1；所述三饱和脂肪酸甘油酯中饱和脂肪酸的占比不低于90％；2)板框过滤分提。本发明提供的微生物油脂冬化分提方法可以在短时间内使ARA脱溶油中形成大量且稳定性好的晶型，可较长时间保持颗粒形态，便于有效分离，ARA脱溶油经一次冬化分提就能获得低温下澄清透亮的油脂产品，且该方法使用的是常用的冬化分离设备，可重复循环使用，用时少，适合大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及油脂分离纯化技术领域，更具体地，涉及一种微生物油脂冬化分提的方法。
背景技术
微生物油脂主要由甘油三酯组成，其中的各组分含有不同链长和不同饱和度的脂肪酸，多样的脂肪酸基团通过酯键结合在甘油骨架上，然而富含多不饱和脂肪酸的微生物油脂在较低温度下储放时容易出现絮状沉淀物，需要对这样的微生物油脂进行进一步的处理，将容易产生絮状或沉淀的固脂分离出来，保留液态油脂。由于不同的微生物油脂的脂肪酸结构差异较大，在进一步分离液态油脂时，存在一定的复杂性。
花生四烯酸油脂简称为ARA，其脂肪酸组成具有其独特性，饱和脂肪酸的分布使其在低温下能够分离出固体油脂的占比低于20％甚至更少，且由于饱和脂肪酸分布并不具有对称性，所以当ARA在常规的低温分离固液态油脂工艺中，会出现呈现絮状且凝结状态细小的晶体，不仅需要较长的凝结时间，还给后续的过滤分离操作带来较大的难度，由此影响得到的液态油存放过程中的稳定性。
在面对ARA油的纯化难题上，现有技术中通常采用溶剂法进行降温纯化，如ZL02828043中加入丙酮等溶剂帮助ARA中的长链饱和脂肪酸沉降，但是溶剂法需要得到的产品进行再次脱溶，并且与目前倡导的无溶剂提取纯化工艺有所背离。同时，在微生物油脂的分离过滤中，板框过滤因其经济且效率高在实际生产过程中受到广泛的应用，但是现有技术中，将微生物油脂冬化后再使用板框过滤并不能有效且经济的得到在低温下依然保持澄清透亮的油脂产品。
对于ARA油脂中液态油脂的分离急需解决的问题是，如何使固体脂肪含量较低的ARA油脂中的长链饱和脂肪酸在短时间内析出，并且析出的固脂能够有利于后续分离板框过滤工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微生物油脂冬化分提的方法，该微生物油脂冬化分提的方法包括如下步骤：
1)向ARA脱溶油中加入三饱和脂肪酸甘油酯后冬化，所述ARA脱溶油与所述三饱和脂肪酸甘油酯的质量比为2:1～1.25:1；所述三饱和脂肪酸甘油酯中饱和脂肪酸的占比不低于90％；
2)板框过滤分提；
其中，所述三饱和脂肪酸甘油酯中饱和脂肪酸为碳原子数为14-18的长链饱和脂肪酸。
本发明通过大量的研究发现，在需要使用板框过滤的ARA脱溶油的冬化步骤前加入特定质量比的三饱和脂肪酸甘油酯(其中饱和脂肪酸的占比不低于90％)后，在冬化后可以在短时间内形成大量固脂并析出。ARA脱溶油经一次冬化分提后就能获得低温下澄清透亮的油脂产品。
在本发明中，三饱和脂肪酸甘油酯可以选用市售的三饱和脂肪酸甘油酯，可以通过常规手段处理，只要确保三饱和脂肪酸甘油酯中对应的饱和脂肪酸的占比不低于90％即可。
在本发明一个优选实施方式中，本发明使用的三饱和脂肪酸甘油酯由甘油和饱和脂肪酸在金属碱催化下制得。具体的制备方法优选为：将甘油、饱和脂肪酸和金属碱催化剂按摩尔比1:(3-5):(3-5)混合，在180-190℃下通入氮气搅拌反应24-48h，降温至80-85℃，加入水搅拌1-3h后静置分层，取上清液加入二氧化硅，在80-85℃下搅拌1-3h后，过滤。其中，水的加入量优选为反应体系中油总质量的50-100％。所述二氧化硅的加入量优选为反应体系中油总质量的4-8％。其中，金属碱催化剂优选为氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠、乙醇钾中的一种。
在本发明中，若无特别说明，“％”为质量百分比。
在本发明中，三饱和脂肪酸甘油酯中饱和脂肪酸优选为棕榈酸，三饱和脂肪酸甘油酯优选为三棕榈酸甘油酯，其中棕榈酸的占比不低于90％。在本发明一个优选实施方式中，即本发明使用的三棕榈酸甘油酯的制备方法包括如下步骤：将甘油、棕榈酸和催化剂按摩尔比1:(3-5):(3-5)混合，在180-190℃下通入氮气搅拌反应24-48h，降温至80-85℃，加入水搅拌1-3h后静置分层，取上清液加入二氧化硅，在80-85℃下搅拌1-3h后，过滤。
在本发明一个优选实施方式中，所述冬化的具体步骤包括：
将ARA脱溶油在氮气保护下升温至80～85℃，按质量比加入三饱和脂肪酸甘油酯，搅拌混合，以0.4～3℃/h的平均速率边搅拌边降温至结晶温度，并保温养晶16h以上。
为了进一步提高分提效果，平均降温的速率优选为0.4～1℃/h。
在本发明一个优选实施方式中，步骤2)中“板框过滤分提”的具体步骤包括：
使用板框机在过滤压力1～3bar下进行过滤，收集液油。其中，板框机的滤布优选为3000目。
本方法中由于加入了特定质量比的三饱和脂肪酸甘油酯(其中饱和脂肪酸的占比不低于90％)，可有效减小过滤压力，优选为1-1.5bar下即可顺利分离固酯。得到的产品至少在100h后才开始出现浊点。在该压力下滤饼层形成较好，能够拦截其它粒径细微的固脂，且软脂透过性较优。压力越高会使细微的固脂透过，影响油脂澄清度水平。
经过板框过滤后收集液油，即得到经冬化分提后的ARA油脂，可以根据生产需要进行后续的产品处理，如脱臭等步骤。板框内剩余的固脂为本发明的方法中使用的三饱和脂肪酸甘油酯(优选为三棕榈酸甘油酯)，简单处理后可以重复多次使用，在实际操作过程中，为了使重复使用的三饱和脂肪酸甘油酯更加纯化，可以将板框内固脂回温至40℃保持8h后，通过氮气将熔化油脂顶吹出做后续的脱臭，产生为其它产品，板框内剩余固脂为纯化后的三饱和脂肪酸甘油酯。
本发明中的ARA脱溶油是由发酵法得到的富含花生四烯酸的甘油三酯。本领域技术人员公知的是，ARA脱溶油通常通过干菌体经过萃取得到毛油，再经过水化、碱炼、脱色、脱溶得到的。
本发明提供的方法特别适用于常温以及低温(通常是指低于10℃)下固脂占比不高于20％的ARA脱溶油，即本发明一个优选实施方式中，该ARA脱溶油中固脂占比不高于20％。
本发明的另一目的在于提供一种降低微生物油脂冬化分提难度的三饱和脂肪酸甘油酯，该三饱和脂肪酸甘油酯的制备方法包括如下步骤：
将甘油、饱和脂肪酸和金属碱催化剂按摩尔比1:(3-5):(3-5)混合，在180-190℃下通入氮气搅拌反应24-48h，降温至80-85℃，加入水搅拌1-3h后静置分层，取上清液加入二氧化硅，在80-85℃下搅拌1-3h后，过滤。
在上述方案中，优选的是一种降低微生物油脂冬化分提难度的三棕榈酸甘油酯，该三棕榈酸甘油酯的制备方法包括如下步骤：
将甘油、棕榈酸和金属催化剂按摩尔比1:(3-5):(3-5)混合，在180-190℃下通入氮气搅拌反应24-48h，降温至80-85℃，加入水搅拌1-3h后静置分层，取上清液加入二氧化硅，在80-85℃下搅拌1-3h后，过滤即得。
在上述方案中，水的加入量优选为反应体系中油总质量的50-100％。所述二氧化硅的加入量优选为反应体系中油总质量的4-8％。其中，金属碱催化剂具体可以优选为氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠、乙醇钾。
本发明提供了一种微生物油脂冬化分提的方法，该方法特别适合常温下固脂占比不高于20％的ARA脱溶油，该方法可以在短时间内使ARA脱溶油中形成大量且稳定性好的晶型，可较长时间保持颗粒形态，便于有效分离，是一种可以有效降低后续板框过滤分提的难度的油脂纯化方法，ARA脱溶油经一次冬化分提就能获得低温下澄清透亮的油脂产品，且该方法使用的是常用的冬化分离设备，可重复循环使用，用时少，适合大规模生产。使用本发明的方法得到的油脂产品澄清度优良、抗冻质量高，易于产业化。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
除特别说明以外，本发明实施例制备的三棕榈酸甘油酯(PPP)的制备方法为：
(1)选用甘油、棕榈酸在金属碱催化下制备高纯度的三棕榈酸甘油酯(PPP)。将两种原料(甘油和棕榈酸)与金属碱催化剂按摩尔比为1:3:3混合，在180℃下通入氮气搅拌反应24h。
(2)降温至80℃，加入混合油重50％(w:w)的85℃纯水在80～85℃下搅拌1h后静置分层。
(3)取步骤(2)中的上清液加入油重5％(w:w)的二氧化硅在80～85℃下搅拌1h，过滤获得三棕榈酸甘油酯PPP，PPP含量为92％，备用。
实施例1
调配罐中将油温85℃的800kg ARA精炼脱溶油(固脂占比18％)在100rpm转速下，加入80～85℃的640kg制备PPP混合1h，后转入2m3冬化罐，在15rpm转速下以2℃/h平均速率降温，降至0℃时保持转速15rpm保温养晶16h。
通过过滤面积10㎡配备3000目滤布的板框机：
(1)在用1bar的过滤压力时，液油滤速稳定衰减，需提高过滤压力。
(2)在最高过滤压力1.5bar下，收集液油650kg。取5g装入带密封盖的玻璃瓶中，充氮气保护并上盖密封，置于0℃水域中进行测试，观察168h时瓶内油脂开始出现浊点；前次分提固脂在室温下形态硬实不易软化，进行粒径检测在150～250μm。
实施例2
本实施例提供的方法与实施例1的方法基本相同，不同之处在于，本实施例将结晶时的平均降温速率调整为1℃/h。
通过过滤面积10㎡配备3000目滤布的板框机：
(1)在用1bar的过滤压力时，液油滤速稳定略微衰减，无需提高过滤压力。
(2)在最高过滤压力1bar下，收集液油544kg，取5g装入带密封盖的玻璃瓶中，充氮气保护并上盖密封，置于0℃水域中进行测试，观察168h未出现浊点；前次分提固脂在室温下形态硬实不易软化，进行粒径检测在240～300μm。
实施例3
调配罐中将油温85℃的800kg ARA精炼脱溶油(固脂占比18％)在100rpm转速下，加入80～85℃的400kg制备PPP混合1h，后转入2m3冬化罐，在15rpm转速下以1℃/h平均速率降温，降至0℃时保持转速15rpm保温养晶16h。
通过过滤面积10㎡配备3000目滤布的板框机：
(1)在用1bar的过滤压力时，液油滤速稳定略微衰减，无需提高过滤压力。
(2)在最高过滤压力1bar下，收集液油636kg，取5g装入带密封盖的玻璃瓶中，充氮气保护并上盖密封，置于0℃水域中进行测试，观察168h未出现浊点；前次分提固脂在室温下形态硬实不易软化，进行粒径检测在200～270μm。
实施例4
本实施例提供的方法与实施例3的方法基本相同，不同之处在于，本实施例将结晶时的平均降温速率调整为0.4℃/h。
通过过滤面积10㎡配备3000目滤布的板框机：
(1)在用1bar的过滤压力时，液油滤速稳定略微衰减，无需提高过滤压力。
(2)在最高过滤压力1bar下，收集液油628kg，取5g装入带密封盖的玻璃瓶中，充氮气保护并上盖密封，置于0℃水域中进行测试，观察168h未出现浊点；前次分提固脂在室温下形态硬实不易软化，进行粒径检测在280～310μm。
实施例5
本实施例提供的方法与实施例3的方法基本相同，不同之处在于：本实施例使用的三棕榈酸甘油酯PPP是市售的三棕榈酸甘油酯PPP，采用溶剂法进行分提，使其中棕榈酸的占比>90％。
通过过滤面积10㎡配备3000目滤布的板框机：
(1)在用1bar的过滤压力时，液油滤速稳定略微衰减，无需提高过滤压力。
(2)在最高过滤压力1bar下，收集液油628kg。取5g装入带密封盖的玻璃瓶中，充氮气保护并上盖密封，置于0℃水域中进行测试，观察168h未出现浊点；前次分提固脂在室温下形态硬实不易软化，进行粒径检测在220-300μm。
实施例6
本实施例提供的方法与实施例3的方法基本相同，不同之处在于，本实施例使用的三棕榈酸甘油酯PPP是市售的三棕榈酸甘油酯PPP，采用溶剂法进行分提，使其中棕榈酸的占比为83％。
通过过滤面积10㎡配备3000目滤布的板框机：
(1)在用1bar的过滤压力时，液油滤速稳定衰减，需提高过滤压力。
(2)在最高过滤压力1.5bar下，收集液油635kg，取5g装入带密封盖的玻璃瓶中，充氮气保护并上盖密封，置于0℃水域中进行测试，观察120h出现浊点；前次分提固脂在室温下形态硬实不易软化，进行粒径检测在180-260μm。
实施例7
本实施例使用的三硬脂酸甘油酯sss，为市售的三硬脂酸甘油酯，采用溶剂法进行分提，使其中硬脂酸的占比>90％。
将油温90℃的800kg ARA精炼脱溶油(固脂占比18％)与400kg sss转入2m3冬化罐，在15rpm转速下直接以1℃/h平均速率降温，降至0℃时保持转速15rpm保温养晶16h。
通过过滤面积10㎡配备3000目滤布的板框机：
(1)在用1bar的过滤压力时，液油滤速稳定略微衰减，无需提高过滤压力。
(2)在最高过滤压力1.0bar下，收集液油560kg。取5g装入带密封盖的玻璃瓶中，充氮气保护并上盖密封，置于0℃水域中进行测试，观察168h未出现浊点；前次分提固脂在室温下形态硬实不易软化，进行粒径检测在200～250μm。
实施例8
本实施例提供的方法与实施例1的方法基本相同，不同之处在于，本实施例将结晶时的平均降温速率调整为3℃/h。
通过过滤面积10㎡配备3000目滤布的板框机：
(1)在用1bar的过滤压力时，液油滤速在分提前期衰减较快，需提高过滤压力。
(2)在最高过滤压力2bar下，收集液油685kg，取5g装入带密封盖的玻璃瓶中，充氮气保护并上盖密封，置于0℃水域中进行测试，观察5min时瓶内油脂开始出现浊点；前次分提固脂在室温下形态松软易熔化，进行粒径检测在10～70μm。
对比例1
调配罐中将油温85℃800kg的ARA精炼脱溶油(固脂占比18％)转入2m3冬化罐，在15rpm转速下直接以1℃/h平均速率降温，降至0℃时保持转速15rpm保温养晶16h。
通过过滤面积10㎡配备3000目滤布的板框机：
(1)在用1bar的过滤压力时，液油滤速稳定衰减，需提高过滤压力。
(2)在最高过滤压力2.5bar下，收集液油650kg，取5g装入带密封盖的玻璃瓶中，充氮气保护并上盖密封，置于0℃水域中进行测试，观察5min时瓶内油脂开始出现浊点；分提固脂在室温下形态松软易融化，进行粒径检测在10～70μm。
对比例2
调配罐中将油温85℃的800kg的ARA精炼脱溶油(固脂占比20％)与40kg制备的PPP转入2m3冬化罐，在15rpm转速下直接以0.4℃/h平均速率降温，降至0℃时保持转速15rpm保温养晶16h。
通过过滤面积10㎡配备3000目滤布的板框机：
(1)在用1bar的过滤压力时，液油滤速稳定衰减，需提高过滤压力。
(2)在最高过滤压力1.5bar下，收集液油642kg，取5g装入带密封盖的玻璃瓶中，充氮气保护并上盖密封，置于0℃水域中进行测试，观察约18h出现浊点；前次分提固脂在室温下形态硬实但易软化，进行粒径检测在70～250μm。
实施例1中软脂产品得率为81.3％，分提需要1.5bar最高滤压，产品中混入固脂、其抗冻性不强；实施例2的软脂产品得率为68％，因PPP加入量偏大而降低了产品的收率，但产品中未有能在0℃形成的固脂、其抗冻性强；实施例3的软脂产品得率为79.5％，固脂晶粒较大易于压滤，分提仅需1bar最高滤压，其抗冻性强。实施例4的软脂产品得率为78.5％，虽产品也具备抗冻性强的特点，但降温速率减慢影响了工时产能。实施例5提供的方法的效果比实施例3和4的稍差。实施例6中加入的三棕榈酸甘油酯纯度较低，冬化时晶粒偏小，需要增加压力才能有效的进行过滤。实施例7使用的是硬脂酸的占比>90％的三硬脂酸甘油酯sss，效果稍差于三棕榈酸甘油酯。实施例8的软脂产品得率为104.4％，因有细微固脂晶粒存在，分提需要2bar最高滤压，产品中混入固脂、其抗冻性较差。对比例1中晶粒较小，要用较高的压力分离的同时，分离效果也差，造成抗冻实验出现浊点。对比例2中软脂产品得率为80.3％，因有细微固脂晶粒存在，分提需要1.5bar最高滤压，产品中混有少量固脂、其抗冻性一般。
最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种微生物油脂冬化分提的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）向ARA脱溶油中加入三饱和脂肪酸甘油酯后冬化，所述ARA脱溶油与所述三饱和脂肪酸甘油酯的质量比为2:1~1.25:1；所述三饱和脂肪酸甘油酯中饱和脂肪酸的占比不低于90%；所述冬化的具体步骤包括：
将ARA脱溶油在氮气保护下升温至80~85℃，按质量比加入三饱和脂肪酸甘油酯，搅拌混合，以0.4~1℃/h的平均速率边搅拌边降温至结晶温度，并保温养晶16h以上；
2）板框过滤分提；
其中，所述三饱和脂肪酸甘油酯中饱和脂肪酸为棕榈酸；所述三饱和脂肪酸甘油酯为三棕榈酸甘油酯。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三饱和脂肪酸甘油酯由甘油和饱和脂肪酸在金属碱催化下制得。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述三饱和脂肪酸甘油酯的制备方法包括如下步骤：
将甘油、饱和脂肪酸和金属碱催化剂按摩尔比1:(3-5):(3-5)混合，在180-190℃下通入氮气搅拌反应24-48h，降温至80-90℃，加入水搅拌1-3h后静置分层，取上清液加入二氧化硅，在80-90℃下搅拌1-3h后，过滤。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述水的加入量为反应体系中油总质量的50-100%，所述二氧化硅的加入量为反应体系中油总质量的4-8%。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述的金属碱催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠、乙醇钾中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述ARA脱溶油中固脂占比不高于20%。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2）中“板框过滤分提”的具体步骤包括：
使用板框机在最高过滤压力1~3bar下进行过滤，收集液油。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述板框机的滤布为3000目。
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