一种萃取脱除废茶油中游离脂肪酸的工艺 |
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| 申请号 | CN202311858383.1 | 申请日 | 2023-12-29 | 公开(公告)号 | CN117701337A | 公开(公告)日 | 2024-03-15 |
| 申请人 | 中南粮油食品科学研究院有限公司; | 发明人 | 陶伟明; 甘平洋; 陈昌勇; 邓湘鸿; 刘海军; | ||||
| 摘要 | 一种萃取脱除废茶油中游离 脂肪酸 的工艺，包括以下步骤：（1）预处理：将废茶油过滤去除固体杂质后，于干燥处储藏备用；（2）萃取脱酸：将步骤（1）预处理后的废茶油与四丁基 氯化铵 混合均匀，在超声加热搅拌的条件下，萃取脱酸，离心分离后，取上层油相，即为脱酸茶油；（3）旋蒸处理：在步骤（2）离心分离后所得下层四丁基氯化铵含油混合物中，加入正己烷，涡旋辅助萃取后，离心分离，取上层正己烷 混合液 ，经旋转 蒸发 后，分别得中性油和正己烷。本 发明 工艺所得脱酸茶油的脱酸率高，油的总收率高，所得中性油营养丰富、品质稳定，脱酸反应条件温和、绿色无污染，工艺简单、高效，成本低，适宜于工业化生产。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种萃取脱除废茶油中游离脂肪酸的工艺，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种萃取脱除废茶油中游离脂肪酸的工艺技术领域背景技术[0002] 由于人口不断增加，餐厨废油的产量空前增长，我国每年产生大约2000万吨的废弃食用油，并且数量在逐年增长。茶油作为我国主要的食用油，每年废弃量巨大。废食用茶油可以替代动植物油来制备生物柴油，实现变废为宝，极大地降低了原料成本，但是，由于废食用茶油中含有大量的游离脂肪酸、色素等多种杂质，成分复杂，因此，在生产生物柴油前常需要进行预脱酸处理。现有技术中，大都采用碱炼脱酸的方式进行处理，然而，这种方式中性油得率不高，尤其不宜用于高酸价油脂，同时，碱炼对油脂中的营养物质破坏较大，水洗产生的废水还会带来一定的环境污染问题，因此，寻找绿色环保、能耗低的脱酸方法很有必要。 [0003] CN113061486A公开了一种酶催化脱除油脂中游离脂肪酸的方法，是利用脂肪酶构建的多功能性天然低共熔溶剂体系脱除植物油中的脂肪酸。虽然其催化效率高，但是，酶反条件，比如温度、pH、离子强度等不易控制，操作难度大，且酶易失活，不易保存，价格昂贵。 [0004] CN111909781A公开了一种萃取植物毛油中游离脂肪酸的方法，是利用多元醇类低共熔溶剂萃取脱除植物毛油中的游离脂肪酸。虽然其操作简单，但是，游离脂肪酸脱除率低，且萃取剂无法重新利用。 [0005] CN1458255A公开了一种从花生油中提取不饱和脂肪酸的分离提纯方法，是采用分子蒸馏装置从花生油中脱除游离脂肪酸。虽然其分离程度高，但是，分子蒸馏设备价格昂贵，分子蒸馏装置必须保证体系压力达到高真空度，对材料密封要求较高，且蒸发面和冷凝面之间的距离要适中，设备加工难度大，造价高，不易应用于常规工业化生产。 [0006] CN101717689A公开了酒精萃取脱酸制备一级茶油的方法，是利用极性溶剂酒精对茶籽毛油萃取脱酸。虽然其得油率高，但是，游离脂肪酸脱除效果一般，且需在真空高温高压下反应、时间长、过程复杂、难以控制。 [0007] 因此，亟待开发一种以低共熔溶剂萃取脱除废茶油中游离脂肪酸的工艺，所得脱酸茶油的脱酸率高，油的总收率高，所得中性油营养丰富、品质稳定，脱酸反应条件温和、绿色无污染，工艺简单、高效，成本低，适宜于工业化生产。 发明内容[0008] 本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种所得脱酸茶油的脱酸率高，油的总收率高，所得中性油营养丰富、品质稳定，脱酸反应条件温和、绿色无污染，工艺简单、高效，成本低，适宜于工业化生产的萃取脱除废茶油中游离脂肪酸的工艺。 [0009] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种萃取脱除废茶油中游离脂肪酸的工艺，包括以下步骤：（1）预处理：将废茶油过滤去除固体杂质后，于干燥处储藏备用； （2）萃取脱酸：将步骤（1）预处理后的废茶油与四丁基氯化铵混合均匀，在超声加热搅拌的条件下，萃取脱酸，离心分离后，取上层油相，即为脱酸茶油； （3）旋蒸处理：在步骤（2）离心分离后所得下层四丁基氯化铵含油混合物中，加入正己烷，涡旋辅助萃取后，离心分离，取上层正己烷混合液，经旋转蒸发后，分别得中性油和正己烷。 [0011] 优选地，步骤（1）中，所述过滤采用400～600目的滤网。 [0012] 优选地，步骤（2）中，所述预处理后的废茶油与四丁基氯化铵的质量比为1:0.1～0.5。本发明工艺所使用的低共熔溶剂四丁基氯化铵作为一种新型溶剂，首先，可与废茶油进行化学反应，四丁基氯化铵具有亲脂性，能与废茶油中的游离脂肪酸形成稳定的氢键，从而高效清除油脂中的游离自由基，其次，可以作为萃取剂萃取植物原料中的生物活性物质，如多酚、多糖、酚酸等有益成分，还可以分离富集油脂及其副产物中的微量组分，如生育酚等。萃取剂用量会影响与茶油中游离脂肪酸的接触面积以及游离脂肪酸在两相中的传质速度。 [0013] 优选地，步骤（2）中，所述萃取脱酸的超声功率为300～900W，温度为25～70℃，搅拌的转速为400～1200r/min，时间为5～15min。合适的萃取脱酸条件可使四丁基氯化铵与废茶油中的游离脂肪酸充分接触，从而提高萃取效率。 [0014] 优选地，步骤（2）中，所述离心分离的转速为1000～5000 r/min，时间为10～30min。合适的离心分离条件可促使脱酸茶油与四丁基氯化铵分层，若转速过快，则会导致少量油溶解进下层液相中。 [0015] 优选地，步骤（3）中，所述正己烷与预处理后的废茶油的体积质量比mL/g为8～18:100。正己烷有利于充分溶解四丁基氯化铵含油混合物中残留的中性油。 [0016] 优选地，步骤（3）中，所述涡旋辅助萃取的时间为1～8min。涡旋辅助萃取的作用是让正己烷与下层四丁基氯化铵含油混合物充分混匀反应，以尽可能多的萃取中性油，减少油的损失。 [0017] 优选地，步骤（3）中，所述离心分离的转速为1000～4000r/min，时间为10～30min。合适的离心分离条件可促使上层正己烷混合液与下层四丁基氯化铵充分分离。 [0018] 优选地，步骤（3）中，所述旋转蒸发的温度为45～75℃，时间为20～60min。中性油即是萃取脱酸损失的部分脱酸茶油，若采用搅拌会导致少量油溶解进入下层液相中，由于正己烷易挥发，采用旋转蒸发进行常压蒸馏沸腾即可蒸出正己烷，同时减少中性油的损失。 [0019] 优选地，步骤（3）中，将涡旋辅助萃取后，离心分离的下层四丁基氯化铵，经真空脱溶处理后，进行重复利用。通过真空脱溶处理可进一步去除四丁基氯化铵表面残留的油和溶剂。 [0020] 优选地，所述真空脱溶处理的温度为60～70℃，真空压力为‑0.08～‑0.10MPa，时间为15～25min。 [0021] 本发明工艺的有益效果如下：（1）本发明工艺采用低共熔溶剂进行脱酸处理后，所得脱酸茶油的脱酸率高达 97.49%，油的总收率高达92.70%，脱酸茶油中的游离脂肪酸含量低至0.11%，中性油中的游离脂肪酸含量低至0.06%；本发明工艺所得中性油的颜色较浅、色泽清亮透明、营养物质丰富、品质稳定； （2）本发明工艺所使用的四丁基氯化铵具有稳定、不易挥发等特点，且经处理后可重复利用，脱酸反应条件温和、绿色无污染； （3）本发明工艺简单、高效，成本低，适宜于工业化生产。 具体实施方式[0022] 下面结合实施例对本发明作进一步说明。 [0023] 本发明实施例所使用的废茶油中游离脂肪酸的质量分数为3.85%，来源于茶油沸腾后，油炸冷冻鱼4min所得废油；本发明实施例和对比例所使用的原料或化学试剂，如无特殊说明，均通过常规商业途径获得。 [0024] 本发明实施例和对比例原料和产品中的游离脂肪酸采用国标GB 5009.2229‑2016《食品安全国家标准 食品中酸价的测定》方法中，测定脱酸前后油脂酸价的方法进行检测。 [0025] 实施例1（1）预处理：将废茶油采用500目的滤网过滤去除固体杂质后，于干燥处储藏备用； （2）萃取脱酸：将100g步骤（1）预处理后的废茶油分别依次与40g、10g、30g、50g四丁基氯化铵（分别记为实施例1‑1～实施例1‑4）混合均匀，在超声功率为600W，温度为55℃，搅拌的转速为1000r/min的条件下，萃取脱酸10min，在转速为5000r/min下，离心分离20min后，取上层油相，即为脱酸茶油； （3）旋蒸处理：分别在步骤（2）离心分离后所得下层四丁基氯化铵含油混合物中，加入10mL正己烷，涡旋辅助萃取5min后，在转速为2000r/min下，离心分离20min，取上层正己烷混合液，在75℃下，经旋转蒸发40min后，分别得中性油和正己烷。 [0026] 步骤（3）中，将涡旋辅助萃取后，离心分离的下层四丁基氯化铵，在65℃，‑0.09MPa下，经真空脱溶处理20min后，进行重复利用。 [0027] 本发明实施例1在不同萃取剂用量下处理废茶油后，所得脱酸茶油和中性油中游离脂肪酸总脱除率（计算公式= 1‑(脱酸茶油质量g *脱酸茶油游离脂肪酸含量%+中性油质量g *中性油游离脂肪酸含量%)/(100g*3.85%)*100%，下同）以及脱酸茶油和中性油的总收率（计算公式=(脱酸茶油质量g+中性油质量g)/100g*100%，下同），如表1所示。 [0028] 表1 本发明实施例1处理废茶油后的游离脂肪酸总脱除率以及油的总收率表[0029] 由表1可知，萃取剂四丁基氯化铵的用量会影响其与茶油中游离脂肪酸的接触面积以及游离脂肪酸在两相中的传质速度。 [0030] 实施例2（1）预处理：将废茶油采用500目的滤网过滤去除固体杂质后，于干燥处储藏备用； （2）萃取脱酸：将100g步骤（1）预处理后的废茶油与40g四丁基氯化铵混合均匀，在超声功率均为600W，温度分别依次为25℃、40℃、55℃、70℃（分别记为实施例2‑1～实施例 2‑4），搅拌的转速均为400r/min的条件下，均萃取脱酸5min，在转速为2000r/min下，离心分离20min后，取上层油相，即为脱酸茶油； （3）旋蒸处理：在步骤（2）离心分离后所得下层四丁基氯化铵含油混合物中，加入 12mL正己烷，涡旋辅助萃取5min后，在转速为1500r/min下，离心分离30min，取上层正己烷混合液，在75℃下，经旋转蒸发40min后，分别得中性油和正己烷。 [0031] 步骤（3）中，将涡旋辅助萃取后，离心分离的下层四丁基氯化铵，在65℃，‑0.09MPa下，经真空脱溶处理20min后，进行重复利用。 [0032] 本发明实施例2在不同萃取温度下处理废茶油后，所得脱酸茶油和中性油中游离脂肪酸总脱除率以及脱酸茶油和中性油的总收率，如表2所示。 [0033] 表2 本发明实施例2处理废茶油后的游离脂肪酸总脱除率以及油的总收率表[0034] 由表2可知，由于萃取剂四丁基氯化铵在室温下为固态，在较低的温度下很难与游离脂肪酸形成均一透明的液态低共熔溶剂相，适当的升高温度有助于四丁基氯化铵与游离脂肪酸形成氢键，同时可以降低茶油的黏度，提高游离脂肪酸在两相中的传质速度，但是，若温度过高，则会导致茶油中甘油三酯分解出游离脂肪酸，使酸值升高。 [0035] 实施例3（1）预处理：将废茶油采用500目的滤网过滤去除固体杂质后，于干燥处储藏备用； （2）萃取脱酸：将100g步骤（1）预处理后的废茶油与30g四丁基氯化铵混合均匀，在超声功率为600W，温度为55℃，搅拌的转速为800r/min的条件下，分别依次萃取脱酸5min、 7.5min、10min、15min（分别记为实施例3‑1～实施例3‑4），在转速为2000r/min下，离心分离 20min后，取上层油相，即为脱酸茶油； （3）旋蒸处理：在步骤（2）离心分离后所得下层四丁基氯化铵含油混合物中，加入 14mL正己烷，涡旋辅助萃取5min后，在转速为1500r/min下，离心分离20min，取上层正己烷混合液，在75℃下，经旋转蒸发40min后，分别得中性油和正己烷。 [0036] 步骤（3）中，将涡旋辅助萃取后，离心分离的下层四丁基氯化铵，在65℃，‑0.09MPa下，经真空脱溶处理20min后，进行重复利用。 [0037] 本发明实施例3在不同萃取时间下处理废茶油后，所得脱酸茶油和中性油中游离脂肪酸总脱除率以及脱酸茶油和中性油的总收率，如表3所示。 [0038] 表3 本发明实施例3处理废茶油后的游离脂肪酸总脱除率以及油的总收率表[0039] 由表3可知，在合适的萃取时间下有利于达到萃取平衡，从而提高游离脂肪酸总脱除率以及油的总收率，若萃取时间过短，则不利于达到萃取平衡，若萃取时间过长，则会增加生产成本。 [0040] 实施例4（1）预处理：将废茶油采用500目的滤网过滤去除固体杂质后，于干燥处储藏备用； （2）萃取脱酸：将100g步骤（1）预处理后的废茶油与50g四丁基氯化铵混合均匀，在超声功率为600W，温度为70℃，搅拌的转速分别依次为400r/min、800r/min、1000r/min、 1200r/min（分别记为实施例4‑1～实施例4‑4）的条件下，萃取脱酸10min，在转速为2000r/min下，离心分离20min后，取上层油相，即为脱酸茶油； （3）旋蒸处理：在步骤（2）离心分离后所得下层四丁基氯化铵含油混合物中，加入 16mL正己烷，涡旋辅助萃取5min后，在转速为2000r/min下，离心分离30min，取上层正己烷混合液，在75℃下，经旋转蒸发40min后，分别得中性油和正己烷。 [0041] 步骤（3）中，将涡旋辅助萃取后，离心分离的下层四丁基氯化铵，在65℃，‑0.09MPa下，经真空脱溶处理20min后，进行重复利用。 [0042] 本发明实施例4在不同萃取搅拌速度下处理废茶油后，所得脱酸茶油和中性油中游离脂肪酸总脱除率以及脱酸茶油和中性油的总收率，如表4所示。 [0043] 表4 本发明实施例4处理废茶油后的游离脂肪酸总脱除率以及油的总收率表[0044] 由表4可知，合适的搅拌速度可以使四丁基氯化铵与废茶油中的游离脂肪酸充分接触，提高萃取效率。 [0045] 综上，本发明工艺中，萃取剂的用量，萃取温度、萃取时间和搅拌速度是影响茶油脱酸效果的重要因素，在合适的条件下，有助于获得游离脂肪酸高脱除率和废茶油的高收率。 [0046] 对比例1称取100 g酸值为105.35mg/g的茶油毛油，按1:2.5的比例加入88%乙醇混合溶液，使用恒温加热磁力搅拌器，在60℃的温度下充分搅拌，随后倒入分液漏斗，静置40min，当出现上层为醇相，下层为油相的明显分层时，取下层油相重复2次萃取操作，萃取完毕后，两相分别使用真空旋转蒸发器旋蒸，回收乙醇。在此最佳工艺条件下，脱酸后茶油酸值为12.81 mg/g，脱酸率为87.84%。 [0047] 本对比例中茶油游离脂肪酸脱除率87.84%低于本发明实施例，且萃取剂乙醇混合溶液的价格昂贵，脱酸后回收的乙醇溶液浓度降低，重复利用难度高。 |
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