[科普中国]-油脂改性

油脂加氢氢化（Hydrogenation）

油脂氢化是指在催化剂的作用下，油脂的不饱和双键与氢气发生的加成反应。油脂经催化加氢后，能够提高油脂熔点，改变塑性，增强抗氧化能力，并能防止回味。油脂氢化拓宽了油脂的使用领域，提高了油脂的使用价值。油脂加氢氢化是目前最为成熟、工业化应用最为成功的油脂改性技术。目前生产人造奶油的基料油脂基本都是氢化油脂。

20世纪 80 年代以来，人们对食品安全要求日趋严格，希望降低乃至消除食物中的有害成分。氢化油脂含有 50% 左右的反式酸，食用反式酸含量高的食品，将会导致增加患冠心病、糖尿病、老年痴呆症等疾病的几率，对此，美国食品药品管理局开始要求在食品中标明反式酸含量。但同时欧洲的一些学者认为，反式酸对人体基本没有不利影响。公众和学术界对反式酸的这一争论，对油脂氢化提出了新的挑战。油脂氢化过程中最主要的是催化剂的选择和制备技术。

油脂加氢催化剂的研究目前油脂氢化生产中采用的催化剂除了能够产生大量反式酸外，还存在其它缺陷，如镍系催化剂对人体的致癌性、铜系催化剂所产生的加速油脂氧化作用，这一切都要求研制新型催化体系及采用不同以往的催化手段来解决。国外已开始研究多种不同金属催化剂间的协同作用，从而希望不仅能够在反应活性和选择性方面保持原有特点，同时降低反式酸含量。相对国外对油脂加氢特别是油脂选择性加氢催化剂的研究，我国对油脂加氢催化剂的研究就显得比较落后，一般是在工业现成催化剂基础上进行简单的模仿，着重在镍系或镍-铜系、铜-铬催化剂的研究上。近年来对新型催化剂的研究工作取得了一定的成绩，对反式脂肪酸的产生机理、加工和使用过程中反式脂肪酸的产生及对油脂理化指标的影响都有所研究。

油脂氢化的趋势近年来，油脂加氢特别是选择性加氢技术发展迅速，催化剂研究工作也随之发展得很快，一些以前未重视的问题（如反式酸对公众健康的影响）开始引起重视，今后要求开发出具有高活性、低反式酸、低消耗的催化剂体系，以不断满足人们对健康食品的要求。为了达到此目的，除了进一步开发研制具有高活性、低成本的贵金属催化剂之外，还需要采用一些新型催化剂和催化手段，如纳米催化剂、离子液及超临界催化等技术。另外非晶态催化剂是目前研究的热点，也是油脂加氢催化剂的发展趋势。催化剂载体及活性组分的负载技术一直是催化剂研究的重点。由方开泰等创立的均匀设计法能够合理安排试验，考察不同因素对催化剂活性的影响，以及通过分析试验结果找出较好的制备方法，从而解决了催化剂研究的一个难题。

油脂分提（Fractionation）油脂分提是指在一定温度下利用构成油脂中的各种甘三酯的熔点及溶解度的不同，把油脂分成固、液两部分。根据分离出的组分性质的不同，满足不同用途的需要。油脂分提结晶技术始于 20 世纪初，经近百年的发展，特别是20世纪70年代棕榈油产量的迅猛增加，有力地推动了分提工艺的发展。目前已有2000 t/d 的大型工业分提设备，全世界油脂产量的10% 是通过油脂分提得到的。油脂分提工艺有干法分提、表面活性剂分提和溶剂分提。

干法分提在不添加其它成分的条件下，将液态的油脂慢慢冷却到一定程度，分离析出结晶固体脂的方法称为干法分提。干法分提适用于产品在有机溶剂中溶解度相近的脂肪酸甘油三酯的分离，待分离组分结晶大，可以借助压滤或离心进行分离。干法分提包括冬化、脱蜡、液压及分级等方法。

表面活性剂分提表面活性剂分提是指油脂冷却结晶后，添加表面活性剂水溶液，改善液体油与固体脂的界面张力，借助固体脂与表面活性剂间的亲和力，形成固体脂在表面活性剂水溶液中的悬浮液，促进固体晶体离析的分提工艺。20 世纪初，将表面活性剂添加到油脂中来分离液体油与固体脂的方法取得专利，从此表面活性剂分提法开始得到应用。20 世纪 50 年代，表面活性剂分提工艺已开始小规模地应用于棕榈油、棕榈仁油、脂肪酸等的分提。这种分提可迅速分离工艺液体油与固体脂，容易得到固体脂，但分提工艺成本高，且产品容易受表面活性剂污染，因此一些国家禁止表面活性剂分提用于食用植物油的生产。目前表面活性剂分提在国内有一定的发展，但工业化应用不多。

溶剂分提溶剂分提是指在油脂中按比例加入某一种溶剂构成黏度较低的混合油体系，然后进行冷却结晶的一种分提工艺。20 世纪 50 年代，溶剂分提法已应用于工业化生产熔点与可可脂相似的产品，如棕榈油用溶剂分提法分提棕榈油中间组分 PMF，PMF 是生产类可可脂CBE（Cocoa Butter Equivalent）的原料。溶剂分提的特点是分提效率高、固体脂组分质量好。但它的投资成本大、生产费用高，用作溶剂的己烷、丙酮、异丙醇等易燃，要求车间设计、生产时提供额外的安全保障。因此，溶剂分提仅用于生产附加值较高的产品。

油脂分提的发展趋势随着冷却结晶、过滤技术的发展，干法分提工艺被广泛应用于多种油脂的加工。通过选择结晶条件、分离温度，采用不同路线可得到多种不同的分提产品，最为典型的是棕榈油经干法分提可以得到高碘值的油酸甘油酯、高硬度的硬脂和高质量的PMF。上海嘉里粮油、东莞新亚、张家港东海粮油、秦皇岛金海粮油和 BELL CITY 等企业先后从国外引进多条干法分提生产线，用于氢化大豆油、棕榈油、猪脂等的分提，分提产品中液态油用作烹调油、调和油，中间组分用于制作类可可脂（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过程，避免了氢化产生大量反式酸的缺点，同时干法分提无溶剂、无催化剂污染，在食品安全逐渐受到重视的当今社会，这一油脂改性方法逐渐受到重视，应用前景广阔。但目前干法分提工艺中还存在一些不足之处，如不能连续化生产、过滤用的膜容易受污染及使用寿命较短等，以后应重点解决这些不足，以推动干法分提工艺进一步完善。

油脂酯交换（Interesterification）油脂酯交换是通过改变甘三酯中脂肪酸的分布来改变油脂的性质，尤其是使油脂的结晶及熔化特征发生改变的方法。目前酯交换可分为酶法酯交换和化学法酯交换。

酶法酯交换酶法酯交换是利用酶作为催化剂的酯交换反应，酶按其来源可分为动物酶、植物酶、微生物酶等。酶法酯交换特点如下：1. 专一性强（包括脂肪酸专一性，底物专一性和位置专一性）；2. 反应条件温和；3. 环境污染小；4. 催化活性高，反应速度快；5. 产物与催化剂易分离，且催化剂可重复利用；6. 安全性好。酶法酯交换被广泛用于油脂改性制备结构脂质。利用相应的酶可制备类可可脂、人乳脂代用品、改性磷脂、脂肪酸烷基酯、低热量油脂和结构甘油酯等。随着基因等生物技术的发展，人们已能利用基因技术来工业化生产比动物酶专一性更强的微生物酶，这为酶法酯交换工业化提供了广阔的发展前景。

化学酯交换化学酯交换是利用碱金属、碱金属氢氧化物、碱金属烷氧化物等作为催化剂的酯交换反应。化学催化剂与酶催化剂相比，具有价格低廉、反应容易控制等优点。目前使用最为广泛的催化剂是钠烷氧基化合物（如甲醇钠），其次是钠、钾、钾-钠合金及氢氧化钠-甘油等。化学酯交换又分为随机酯交换和定向酯交换。一般认为，化学酯交换不具有催化选择性，也称随机酯交换，使甘三酯分子随机重排，最终按规则达到一个平衡状态。

酯交换的趋势化学酯交换经过多年的发展，工艺技术日臻完善；酶法酯交换相对来说发展较晚，近些年酶法酯交换研究比较活跃，相比于化学酯交换，酶法酯交换具有明显的优势，但酶的价格比较高，限制酶法酯交换的工业化。随着蛋白工程与基因工程的迅猛发展，获得性能优良、价格便宜的脂肪酶已成为可能，这给油脂酯交换带来了新的契机。酶法酯交换研究至今，无论是在理论上还是在实际应用中都取得了巨大进步。现在研究开发的固定化酶应用范围广、活性高，转化为实际应用的潜力很大。但是，脂肪酶在酯交换中催化机理方面的研究还落后于其它酶。由于酶法酯交换比较复杂，在实际应用中会带来一些问题，如用于酶反应器设计，没有动力学方程是不可能的，至少很难做到最佳反应。目前，酶反应器的研究与应用已进入一个新的时期，各种反应器脱颖而出，但各种反应器对于酶的催化性质影响还有待进一步研究。在结合油脂与营养的基础上，用酶催化油脂改性制备功能性油脂制品已成为油脂酯交换发展趋势2。