專利名稱：改善植物油的酶促脫膠和減少下游加工設(shè)備結(jié)垢的方法
與相關(guān)申請(qǐng)的相互參照2003年12月19日提出的臨時(shí)專利申請(qǐng)系列No.60/531,192并入本文作參考。
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明總體上涉及改善植物油的酶促脫膠的方法。該方法減少反應(yīng)后設(shè)備中的結(jié)垢。本發(fā)明尤其適用于其中處理食用油而制備色拉油品質(zhì)的食用油的生產(chǎn)線。更具體地說，本發(fā)明涉及方法改進(jìn)，它在被加工的油中產(chǎn)生使這樣處理的油流過的設(shè)備上的積聚最少化的條件。
相關(guān)技術(shù)的描述基于植物的食用油一直被加工成色拉油。這種加工的基本方法是所謂的苛性法。在這種方法中，粗植物油可能或可能沒有過濾，并且可能或可能沒有進(jìn)行過酸法脫膠或水法脫膠。僅僅當(dāng)從水法脫膠生產(chǎn)“清亮和鮮明的”食品級(jí)卵磷脂時(shí)，才利用粗油的過濾。借助于酸而使粗油脫膠時(shí)，燃燒卵磷脂而產(chǎn)生不希望的產(chǎn)物。在水法脫膠中，將粗油與水混合并且制備脫膠的粗產(chǎn)物，膠被脫除后如果需要的話就收集。水法脫膠能除去粗油中存在的約三分之二的膠。通常，將磷酸注入脫膠后的粗產(chǎn)物，接著添加氫氧化鈉以提供苛性處理的油，脫除皂腳后如果需要的話就收集。然后，將二氧化硅加到該苛性處理的油中，再除去廢二氧化硅。隨后將漂白土加到二氧化硅處理過的油中以提供漂白的油，再除去廢粘土。然后在脫臭過程中將水加到漂白的油中，分離溜出液。這種苛性法的一個(gè)缺點(diǎn)是較低的產(chǎn)率，加之需要進(jìn)行很多步驟以達(dá)到所要求的色拉油品質(zhì)油。
磷酸的作用是處理油中的卵磷脂組分。該方法包括，磷酸的回加中和，需要它來中和游離的脂肪酸，產(chǎn)生分離出的鈉皂。人們認(rèn)識(shí)到，在油加工工業(yè)中采用與苛性油精制不同的方法具有優(yōu)勢(shì)。
已經(jīng)提出了這樣的方法，即，通過酶促法將食用油產(chǎn)品加工成色拉油產(chǎn)品，其間脂肪酸保留在油中，而不是按照苛性精制的分離法，將所含的脂肪酸轉(zhuǎn)化并保留在植物油中直到例如通過離心將它分離。
在油的精制技術(shù)中，文獻(xiàn)例如Aalrust等的美國(guó)專利No.5,264,367(將它并入本文作參考)講授了食用油的酶促處理。在這類方法中，通過將油與磷脂酶A1、A2或B的水溶液接觸然后將水相與處理過的油分離，利用酶促分解而減少已經(jīng)過濕法精制的食用植物油或動(dòng)物油的含磷組分。據(jù)說這樣可較大程度地減小油中的磷含量。雖然酶促處理法表現(xiàn)良好的潛力，但本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)這些方法的改進(jìn)。本發(fā)明提供了改善油脫膠工藝的方法。
本發(fā)明提供了一種新方法，它促進(jìn)酶在食用油精制、包括脫膠操作中的應(yīng)用。本發(fā)明結(jié)合了反應(yīng)后添加以減少結(jié)垢。更具體地說，在酶反應(yīng)器的下游迅速地添加防污組分。防污組分賦予脫膠的油提高了的加工性能。
開發(fā)了酶促脫膠技術(shù)以提供，例如，水合要求脫膠的卵磷脂或脂肪酸天然油組分的選定的切割位點(diǎn)的能力。具有A1特性的那些酶切割甘油三酯分子的A1位點(diǎn)、具有A2特性的酶在A2或B或中部位點(diǎn)切割、以及具有C特性的那些酶在A3位點(diǎn)切割，它們?cè)谶@些類型的甘油三酯中具有不希望的磷原子。
此前，還沒有意識(shí)到這類酶促脫膠操作導(dǎo)致下游設(shè)備例如熱交換器和離心設(shè)備的葉片和其它工作面上不希望的殘?jiān)e聚。根據(jù)本發(fā)明，反應(yīng)器后添加防污組分和酶促精制法的結(jié)合導(dǎo)致高產(chǎn)率和平穩(wěn)操作的工業(yè)規(guī)模食用油加工設(shè)備。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，提供了具有改善植物油酶促脫膠的特性的方法。這些方法具有作為主要組分的防污組分或添加劑在基本的脫膠反應(yīng)后的應(yīng)用，即，在酶與食用油反應(yīng)而根據(jù)酶的特異性切割以后。優(yōu)選的防污添加劑是食品級(jí)的酸。
本發(fā)明的一般目的和方面是提供一種方法，它在相當(dāng)?shù)某潭壬细纳撇僮魈匦远伙@著改變結(jié)合了很有利的酶反應(yīng)法的工業(yè)規(guī)模食用油脫膠操作。
本發(fā)明的另一方面或目的是，它以有效的方式提供了脫膠的食用油，并且縮短了帶來產(chǎn)率優(yōu)勢(shì)的酶促法引起的停機(jī)時(shí)間。
本發(fā)明的另一方面或目的是，它通過酶促脫膠法提供了色拉油品質(zhì)的食用油，同時(shí)通過顯著減少反應(yīng)器后加工設(shè)備的結(jié)垢而解決了嚴(yán)重的加工問題。
結(jié)合顯示某些具體特征的附圖，從如下根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的描述將懂得本發(fā)明的其它方面、目的和優(yōu)點(diǎn)，包括不同結(jié)合中應(yīng)用的各種特征。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是闡釋根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的總操作工序的示意圖，它始于反應(yīng)室或儲(chǔ)槽中的食用油；圖2是根據(jù)本發(fā)明的典型工業(yè)規(guī)模操作的流程圖；圖3是高剪切反應(yīng)器切去一部分的透視圖，該反應(yīng)器特別適合以很有效的、有優(yōu)勢(shì)的方式將酶與食用油反應(yīng)；圖4是可優(yōu)選用于本方法的操作混合裝置和方法切去一部分的透視圖，它顯示流動(dòng)作用和操作細(xì)節(jié)；以及圖5是闡釋適合結(jié)合本發(fā)明的加工工序的示意圖。
對(duì)優(yōu)選的實(shí)施方案的描述根據(jù)需要，本文描述了本發(fā)明的詳細(xì)的實(shí)施方案；然而，應(yīng)懂得，公開的實(shí)施方案僅僅列舉可能以各種形式體現(xiàn)的本發(fā)明。因此，本文公開的具體細(xì)節(jié)不能被解釋為限制性的，而僅僅作為權(quán)利要求的基礎(chǔ)和作為啟示本領(lǐng)域技術(shù)人員以實(shí)際上任何合適的方式不同地應(yīng)用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。
本發(fā)明涉及通過包括脫膠操作的方法精制食用油。生產(chǎn)包括，通過酶反應(yīng)分裂成水合位點(diǎn)，隨后以控制不希望的積聚(它降低下游設(shè)備的操作效率)的方式處理所述油。
在酶促脫膠中，在保留反應(yīng)器的下游的熱交換單元和離心設(shè)備被釋放出的鈣鹽和鎂鹽或皂迅速地變污。酶反應(yīng)的自然pH有利于迅速結(jié)垢。在反應(yīng)器之后和下游設(shè)備之前，例如在熱交換器中，注入較少量的防污組分，就消除污垢或者至少很顯著地減少污垢。
用某些形式的磷脂酶A-1進(jìn)行植物油的酶促脫膠需要4.0～5.0之間的反應(yīng)pH。該反應(yīng)的最適pH在4.5～5.0之間。然而，在最適pH范圍內(nèi)，在酶促反應(yīng)中釋出的鈣和/或鎂與用來控制反應(yīng)條件的緩沖酸或螯合酸結(jié)合，通常導(dǎo)致鹽的生成和與其接觸的設(shè)備的結(jié)垢。
如果沒有本發(fā)明的益處，結(jié)合的鈣鹽和鎂鹽就會(huì)在熱表面例如熱交換器和離心機(jī)盤組(disk stacks)上沉淀。就熱交換器來說，如果不防止這樣的結(jié)垢，就需要用強(qiáng)酸熱溶液洗滌數(shù)小時(shí)以清除沉積物。就離心機(jī)來說，就不得不通過手工拆卸裝置和物理刮擦每一塊盤片來除去積聚物。離心機(jī)的清潔工序通?？赡苄枰?0個(gè)工時(shí)才能完成。
可以領(lǐng)會(huì)的是，如果在靠近pH4.0操作反應(yīng)，污垢可能少得多。然而，這樣帶來一個(gè)相當(dāng)大的缺點(diǎn)是，在更低pH水平，反應(yīng)速率更低。此外，在這樣的情況下難于保持pH不下降到4.0以下，在這種情況下反應(yīng)完全停止。所以，直接添加酸性介質(zhì)來降低pH值具有嚴(yán)重的生產(chǎn)問題。
本發(fā)明能使酶促反應(yīng)在它的最適pH下操作，在大多數(shù)情況下4.5～5.0的pH。在酶促脫膠反應(yīng)器的出口添加防污劑，就在油流向反應(yīng)器后的設(shè)備之前不久添加。反應(yīng)器后注入防污劑或防污組分提供脫膠反應(yīng)完畢后具有降到更低水平的pH的酶脫膠油和作用劑的混合物。已發(fā)現(xiàn)該水平是不結(jié)垢水平。
關(guān)于防污劑或防污組分，同樣優(yōu)選的是適用于食品加工的有機(jī)酸或無(wú)機(jī)酸。該酸應(yīng)當(dāng)將pH降到4.5或以下，并且可起金屬螯合劑的作用。實(shí)例包括檸檬酸、馬來酸、蘋果酸、磷酸等。
與植物油相容的、并且具有小于4.0的pKa的有機(jī)酸或無(wú)機(jī)酸是優(yōu)選的。將這種防污劑或防污組分注入生產(chǎn)線并且在混合物進(jìn)入熱交換器和/或離心機(jī)或其它下游設(shè)備以前離開酶促反應(yīng)器。
控制流量使它與油流量成比例，并且使反應(yīng)器下游混合物的水相pH在約2～4.5之間，優(yōu)選在約3.5～4.2之間，最優(yōu)選在約3.8～約4.0之間。在很多情況下，保持水相在約4.0的pH是很合適的目標(biāo)。更低的pH值也將實(shí)現(xiàn)該預(yù)期的效果，但是浪費(fèi)酸和下游中和劑。
就防污劑來說，優(yōu)選應(yīng)用檸檬酸控制來自酶促脫膠反應(yīng)器的流體的pH。這種酸對(duì)于該目的是有利的，并且在工業(yè)規(guī)模油加工廠中是容易獲得的。還可根據(jù)成本和實(shí)用性而應(yīng)用其它植物油相容的酸，例如磷酸、蘋果酸或馬來酸。該酸必須足夠強(qiáng)從而將混合物水相的pH降到低于4.5，通常在4.0或略低，但不由于反應(yīng)性或氧化性作用而破壞油。
參考可在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的酶活性，在不同切割位點(diǎn)的磷脂酶作用方式可歸納如下 X取代基可以是氫、膽堿、乙醇胺、絲氨酸、肌醇等中的任一種。
酶對(duì)卵磷脂的作用方式如下列反應(yīng)順序所示 卵磷脂溶血卵磷脂 FFA這闡釋了一般的酶作用方式，它是關(guān)于實(shí)施本發(fā)明的酶反應(yīng)過程的典型方式。該特定的闡釋顯示了卵磷脂生成溶血卵磷脂和游離脂肪酸的酶反應(yīng)。
脂質(zhì)(即，通常稱為卵磷脂和脂肪)的結(jié)構(gòu)可如下所示，其中，R1、R2和R3等各自表示不同的脂肪酸鏈，而且其中，X表示氫、膽堿、乙醇胺、絲氨酸、肌醇等。在這些結(jié)構(gòu)中有可利用的反應(yīng)位點(diǎn)。
卵磷脂 脂肪一個(gè)典型的現(xiàn)有技術(shù)酶反應(yīng)順序如圖1所示。容器11表示一批脫膠的油。在位置12引入作用劑例如檸檬酸，而流體繼續(xù)流過強(qiáng)力混合器19a，例如Alpha Laval的MX-90型。該流體隨后流到酸保持場(chǎng)所13。然后流向工業(yè)上稱為“節(jié)約裝置”的熱交換器14。在導(dǎo)引器15處顯示出苛性物質(zhì)的添加，接著流過另一個(gè)強(qiáng)力混合器19b。在流入冷卻器17以前，可在位置16添加水以提供熱交換作用。在位置18處顯示出酶的添加，借助于分散混合器21將油脫膠。該分散混合器可以是多級(jí)在線分散混合器DispaxTM反應(yīng)器，可得自IKA。在該現(xiàn)有技術(shù)方法中，在位置12引入的酸(通常是有機(jī)酸)和在15引入的苛性物質(zhì)(通常是氫氧化鈉)構(gòu)成pH為4.5～5.2的緩沖液。當(dāng)在18添加相同的物質(zhì)時(shí)，該緩沖的pH范圍對(duì)于實(shí)現(xiàn)最佳酶性能是有價(jià)值的。通常，以添加的酸的約1.5摩爾當(dāng)量添加苛性物質(zhì)。
圖2闡釋了結(jié)合本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案的加工線。前文關(guān)于圖1的描述適合圖2，一直到流入分散混合器21的細(xì)節(jié)。圖3和圖4中闡釋了一個(gè)典型的分散混合器，例如IKA的DispaxTM反應(yīng)器。優(yōu)選的分散混合器是強(qiáng)力高機(jī)械剪切混合器，例如IKA工作100馬力DispaxTM反應(yīng)器。這樣產(chǎn)生很穩(wěn)定的機(jī)械乳液，并且由于利用了高機(jī)械剪切力而不需乳化劑。該乳液能使酶與磷脂反應(yīng)，將它們轉(zhuǎn)化為水溶性溶血磷脂。從這樣的分散混合器流出后，酶和油可流入槽22，該槽可稱為保持槽或反應(yīng)槽。
與本發(fā)明一致，在23通過適當(dāng)?shù)淖⑷胙b置添加防污劑或防污組分。如本文別處討論的，該添加將pH降到低于4.5，在油流到下游設(shè)備以前進(jìn)行這種降低，下游設(shè)備一般是一個(gè)或更多個(gè)熱交換器、離心機(jī)和其它油加工設(shè)備。在闡述的優(yōu)選實(shí)施方案中，當(dāng)油流過熱交換器或節(jié)約裝置14、流過預(yù)熱器24、以及流入和流過離心機(jī)25時(shí)存在降低的pH條件。認(rèn)為至少所述節(jié)約裝置和所述預(yù)熱器幫助將防污劑混合和/或分散入油中。從下游離心機(jī)流出的流體將是流過一條管道的精制植物油急流26，將它與皂腳和/或二次膠27分離。
如果沒有在熱交換器和離心機(jī)上游這樣的部位添加防污劑的該方面，這些反應(yīng)后組件就經(jīng)歷了結(jié)垢。這樣的結(jié)垢導(dǎo)致這些組件內(nèi)的背壓急劇增大。經(jīng)歷該條件如此嚴(yán)重，以致所述那個(gè)或多個(gè)離心機(jī)將開始變得不平衡，引起振動(dòng)。經(jīng)驗(yàn)還表明，在離心機(jī)位置之前、但在熱交換器(例如預(yù)熱器和節(jié)約裝置)之后添加防污劑或防污組分，并不能解決結(jié)垢問題。反之，離心機(jī)與板框式熱交換器經(jīng)歷了不可接受的結(jié)垢。
還確定了，防污劑或防污組分添加的效果將隨該作用劑或組分的濃度而變。通常，防污劑濃度應(yīng)當(dāng)是至少100ppm。高達(dá)300ppm的值作用良好，但不如更低水平那樣成本低。合理的工作范圍是約100ppm～約200ppm，優(yōu)選的范圍是約125ppm～約175ppm。從效果和成本考慮，約140ppm～約160ppm是特別優(yōu)選的。
實(shí)現(xiàn)防污效果的另一因素是該油流到達(dá)離心機(jī)以前防污劑在油中的滯留時(shí)間長(zhǎng)短。流過該流路區(qū)段應(yīng)當(dāng)在不長(zhǎng)于約一分鐘、優(yōu)選不長(zhǎng)于約45秒、最優(yōu)選不長(zhǎng)于約30秒內(nèi)完成。
通常用泵進(jìn)行防污劑的添加。優(yōu)選地，泵出的流體與連續(xù)油流體混合以添加準(zhǔn)確濃度的防污劑，所以需要的pH降低發(fā)生在其中有效力的防污組分是可溶解的范圍。例如，當(dāng)檸檬酸是防污劑時(shí)，檸檬酸鈣和檸檬酸鎂保持可溶。
已發(fā)現(xiàn)，不論操作中應(yīng)用何種特定的酶，本發(fā)明都將是有益的?？蓱?yīng)用磷脂酶，包括A-1、A-2、B、C和D。酶的用量將取決于從酶生產(chǎn)商提供的酶的濃度，以及酶的活性。典型的最大用量應(yīng)當(dāng)是約1重量％。酶的濃度主要隨酶和油而變化，與防污劑的作用和工藝并不特別相關(guān)。
本發(fā)明的方法的總流程圖見于圖5。就本發(fā)明來說，通常以約20ppm～約60ppm數(shù)量級(jí)的水平投配酶，應(yīng)用高剪切混合器(如附圖中所示)將酶與油混合。然后將油保持在約45℃的溫度。僅僅2％的低水含量是對(duì)通過該物理加工方法處理的油所要求的一切。這樣減小干燥費(fèi)用。
通過按照本發(fā)明使用防污劑或防污組分，有利地保持低的pH。這樣可防止檸檬酸鈣形成和沉淀析出。該檸檬酸鈣沉積而且其它可能形成的鹽將在下游形成不希望的沉積物。例如，要不然，在下游設(shè)備的工作組件上將形成檸檬酸鹽沉積物。
成品油具有通常低于2ppm的磷含量。在該酶促脫膠和物理精制后，油中的磷含量不大于約2～約5ppm。相比之下，通過前述苛性法的化學(xué)精制留下的磷含量在不低于8～10ppm的數(shù)量級(jí)。所以，借助于本發(fā)明實(shí)施的方法具有需要更少二氧化硅的優(yōu)點(diǎn)，通常摻入二氧化硅來吸附脫膠后殘余的磷。
能理解的是，已描述的本發(fā)明的實(shí)施方案只是闡述本發(fā)明的原理的一些應(yīng)用。本領(lǐng)域技術(shù)人員可進(jìn)行很多修改而不偏離本發(fā)明的真正實(shí)質(zhì)和范圍，包括本文分別公開的或聲稱的那些特征的組合。
權(quán)利要求
1.一種減少工業(yè)級(jí)食用油加工設(shè)備的結(jié)垢的方法，它包括將食用油源與酶接觸，從而分解食用油源的脂肪組分而提供水合位點(diǎn)和產(chǎn)生分解的組分以提供反應(yīng)的食用油；將反應(yīng)后防污組分加到反應(yīng)的食用油中以提供它的混合物；讓所述反應(yīng)的食用油和防污組分的混合物流體通入和流過下游加工設(shè)備；以及于是通過所述反應(yīng)的食用油內(nèi)存在的、下游加工設(shè)備中也存在的所述防污組分的作用來防止下游加工設(shè)備的工作面上結(jié)垢。
2.權(quán)利要求1的方法，其中，所述防污組分是適合與人類消費(fèi)的食品一起應(yīng)用的有機(jī)酸或無(wú)機(jī)酸。
3.權(quán)利要求2的方法，其中，所述防污組分是檸檬酸、磷酸、馬來酸或蘋果酸。
4.權(quán)利要求2的方法，其中，所述防污組分將所述反應(yīng)的食用油的水相的pH減小到不大于4.5pH。
5.權(quán)利要求4的方法，其中，所述反應(yīng)的食用油的水相被減小到約3.5～4.2pH。
6.權(quán)利要求4的方法，其中，在所述反應(yīng)過程中，所述食用油的水相處于4.5～5.2之間的pH。
7.權(quán)利要求1的方法，其中，所述反應(yīng)的特征在于剪切混合。
8.權(quán)利要求1的方法，其中，在所述反應(yīng)過程中，所述防污劑以至少約100ppm的含量存在。
9.權(quán)利要求8的方法，其中，所述防污劑的含量是約100ppm～約200ppm。
10.權(quán)利要求1的方法，其中，所述通入下游加工設(shè)備是在所述添加防污組分之后不多于一分鐘內(nèi)完成的。
11.權(quán)利要求1的方法，其中，所述反應(yīng)步驟的酶選自下組磷脂酶A-1、A-2、B、C和D中任一種。
12.根據(jù)一種包括下列步驟的方法制備的脫膠食用油將食用油源與酶接觸，從而分解食用油源的脂肪組分而提供水合位點(diǎn)和產(chǎn)生分解的組分以提供反應(yīng)的食用油；將反應(yīng)后防污組分加到反應(yīng)的食用油中以提供它的混合物；讓所述反應(yīng)的食用油和防污組分的混合物流體通入下游加工設(shè)備，于是防止下游加工設(shè)備的工作面上結(jié)垢；以及由此，所述脫膠的食用油具有不大于約5ppm的磷含量。
13.權(quán)利要求12的產(chǎn)品，其中，所述防污組分是適合與人類消費(fèi)的食品一起應(yīng)用的有機(jī)酸或無(wú)機(jī)酸，而且所述反應(yīng)的食用油的水相具有約3.5～4.2之間的pH。
14.權(quán)利要求12的產(chǎn)品，其中，所述防污組分是檸檬酸、磷酸、馬來酸或蘋果酸，而且所述反應(yīng)的食用油的水相具有約3.5～4.2之間的pH。
15.權(quán)利要求12的產(chǎn)品，其中，在所述反應(yīng)過程中，所述防污劑以至少約100ppm的含量存在。
16.權(quán)利要求12的產(chǎn)品，其中，所述防污劑的含量是約100ppm～約200ppm。
17.權(quán)利要求12的產(chǎn)品，其中，所述通入下游加工設(shè)備是在所述添加防污組分之后不多于45秒內(nèi)完成的。
18.權(quán)利要求12的產(chǎn)品，其中，所述反應(yīng)步驟的酶選自下組任一磷脂酶A-1、A-2、B、C和D。
全文摘要
一種控制酶促脫膠特性的方法，所述特性引起工業(yè)規(guī)模食用油加工的反應(yīng)器后設(shè)備的結(jié)垢。在反應(yīng)器之后和任意反應(yīng)器后設(shè)備例如熱交換器和離心機(jī)之前添加包括有機(jī)酸或無(wú)機(jī)酸的防污劑。通常以大于油的約100ppm添加防污劑，而且通常所述油的水相pH是約3.5～4.2。
文檔編號(hào)C11B3/04GK1906281SQ200480040629
公開日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月19日
發(fā)明者C·L·G·戴頓, K·P·斯托勒, T·L·伯克希爾 申請(qǐng)人:邦奇油類公司