白新鹏博士工作室

海南大学食品学院 海南省食品研究所

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原生态|椰子油|应用|分提|原理|技术|意义

原生态椰子油的应用
1 在食品行业的应用
VCO由于口感好,易消化,可作为人体的快速能源,在食品行业有着广泛的应用。它可以直接作为天然健康食物,还可作为烹调油、天然新鲜面包的涂抹油以及其他食品添加剂的稳定载体等[15]。此外VCO含有大量的MCT,非常适宜为肝胆肠疾病患者、手术后体弱者和婴幼儿人群食用;MCT可迅速补充能量,代谢后产能低,不会导致肥胖症, 因此VCO也非常适宜于作为运动员食品、保健食品、或其他功能性食品原料[29]。
2 在医药行业中的应用
由于VCO富含MCT,多年来MCT一直是婴儿食品配方中的一种重要成分,因此可以将VCO应用于儿童医药食品中,VCO也可以作为肥胖病人的减肥食品。VCO具有降低血浆胆固醇的作用,因此可以作为辅助药物用于相关的病人。VCO中的多酚化合物可以通过减少羰基的形成来抑制 LDL的氧化,起到抗动脉粥样硬化和冠心病的作用[6]。VCO也可以作为抗菌和抗病毒药物的成分。此外,VCO可以作为按摩油减少身体疼痛,并可使身体凉爽。它还可用来减轻湿疹和其他轻微的皮肤病,例如皮疹等[34-35]。随着世界人口和药物价格的迅速发展和提高,人们对安全、有效和天然治疗产品的需求越来越大,因此VCO也可用作草药或天然药物作为合成药物的补充。
3 在日用品行业中的应用
因为椰子油可被皮肤快速吸收,并且没有粘的感觉。VCO的使用感觉,完全是自然而然地扩展开来,当轻轻摩擦以后,它便迅速地被皮肤吸收,并伴随一种丝绒般柔软光滑而绝无油腻的感觉,且留下椰子的微微清香。因此,VCO可在皮肤保湿剂、婴儿护肤油、发乳、面霜、奶液等化妆品中使用,还可作为有机化妆品的基本成分,用以代替矿物油(白油)及其他合成酯类。VCO甚至在盐水中也能起泡,因此是制作肥皂和洗发精最好的天然油脂。
2 油脂分提简介
自1869年人们利用分级牛油生产人造奶油以来,相继出现了分提(fractionation)、氢化(hydrogenation)及酯交换(interesterification)三种油脂改性方法[1]。改性的目的为了开拓天然油脂的用途。大部分天然油脂,因为它们特有的化学组成使得天然形式的油脂的应用十分有限,这三种基本方法单独使用或进行组合,可以制造出多种专用油脂制品(如人造奶油、起酥油、代可可脂及结构酯等)。这三种基本方法,都是利用不同脂肪酸组成和结构的酯其物理、化学、和营养性质的差异,把液态油脂加工转换成固体的脂肪,或者分离其构成组分,或者使其结晶构造发生变化,制成希望的熔点和可塑性的油脂,或是改变酯的结构形式以提高油脂的生物利用价值[1]。氢化和酯交换反应均是以脂肪组成发生一种不可逆的化学变化为基础的。由于催化剂的污染,化学改性方法需要通过精炼除杂,以便使改性后的油脂可以食用;而在分提中,脂肪组成的改变是通过有选择的物理分离脂肪的不同组分。分提是一种完全可逆的改性方法,它是基于一种热力学的分离方法,将多组分的混合物物理分离成具有不同理化特性的两种或多种组分,这种分离是以不同组分在凝固性、溶解度或挥发性方面的差异为依据的。分提与氢化和酯交换的区别主要有[36-41]:氢化与酯交换必须加入催化剂,而分提可加也可以不加;氢化与酯交换是不可逆的,而分提是可逆的;氢化与酯交换所用原料油必须是精炼油,而分提中原料油可以是精炼油也可以是毛油;氢化与酯交换反应完成后,所得产品须经精炼、脱臭,而分提在除去添加物后不必精制,所以很适用于精炼后风味易丧失的油;氢化与酯交换改变甘三酯的化学结构而分提不改变甘三酯的化学结构。
1 分提原理
油脂由各种熔点不同的甘三酯组成,导致油脂的熔点范围有所差异。在一定的温度下,利用构成油脂的各种甘三酯的熔点差异及溶解度的不同,把油脂分成固、液两部分,这就是油脂分提。而要使油脂固液分离,不管采用哪种分离方法,都要首先析出结晶。
溶质从溶液中结晶出来,要经历两个步骤:首先产生微观的晶粒作为结晶的核心,成为晶核;然后晶核长大,形成宏观的晶体。溶液中晶核有三种成晶现象,即在液相中均匀成核;外来物质异类成核;及当微小晶粒从固体晶核上剥离,并作为二次成核晶粒[42]。无论是晶核形成还是晶体成长,都必须有一个推动力,这种推动力称为溶液的过饱和度。过饱和度的大小直接影响晶核形成过程和晶体生长的快慢,而这两个过程的快慢又影响着结晶产品中晶体的粒度及其分布,因此,过饱和度是考虑结晶问题时的一个极其重要的因素。
过饱和度常以浓度推动力△C表示。溶液过饱和度与结晶的关系如图1-1所示。图1-1中的AB线线为普通的溶解度曲线,CD线代表溶液过饱和而能自发产生晶核的浓度曲线(即超溶解曲线),它与溶解度曲线大致平行。这两条曲线将浓度一温度图分割为三个区域。在AB线以下是稳定区域,在此区域中溶液尚未达到饱和,因此没有结晶的可能。AB线以上为过饱和区,此区又分为两部分,在AB与CD线之间称为介稳区,在该区域中不会自发产生晶核,如溶液中已加入晶种(在过饱和溶液中人为地加入少量溶质晶体的小颗粒,称为加晶种),那么,这些晶种就会长大。CD线以上是不稳定区,在此区域中,溶液能自发产生晶核。若原始浓度为E的溶液冷却到F点,溶液刚好达到饱和,此时由于缺乏作为结晶推动力的过饱和度,因此不能结晶。从F点继续冷却到G点后,溶液才能自发产生晶核,越深入不稳区(如H点),自发产生晶核越多。可见过饱和度是影响晶核形成速率的主要因素。

图1-1 溶液过饱和度与结晶关系
Fig.1-1 The relationship between supersaturation and crystallization
在过饱和溶液中已有晶核形成或加入晶种后,以过饱和度为推动力,晶核或晶种将长大。晶体的生长过程由三个步骤组成:待结晶的溶质借扩散穿过靠近晶体表面的一个静止液层,以浓度差作为推动力,从溶液中转移到晶体表面;到达晶体表面的溶质进入晶面使晶体增大,同时放出结晶热;放出的结晶热借传导回到溶液中。结晶热量不大,对整个结晶过程影响很小。成核速率与晶体生长速率应匹配,冷却速率过快,成核速率大,生成的晶体体积小,不稳定,过滤困难[1]。
将熔化的油脂冷却到熔点以下,抑制了高熔点甘三酯的自由活动能力,变成过饱和溶液的不稳定状态。在此状态下,首先形成晶核,通过甘三酯分子逐步转移至晶核表面,使结晶生长到一定体积及形状,以便有效地分离。在晶体成长的固相内,还发生相转移,即结晶的多晶现象。油脂一般有α、β′、β三种晶型,以这个顺序,结晶的稳定性、熔点、溶解潜热、溶解膨胀逐步增大。这三种晶型之间是可以转化的,但只能从α转化为β/或 β,或者从β/转化为β,且这种转化是不可逆的,转化的程度和速度取决于油脂的分子组成与排列,结晶条件以及储存条件。要想再获得α或β/,只有把样品重新加热熔化,重新冷却结晶。一般来讲,将油脂急速冷却后,首先生成不稳定的α晶型,然后该晶型逐渐向稳定的β/型和β型转化,转化速度与甘三酯的结构有很大关系,其中单相转化速度α向β/的转化速度较快,而β/向 β转化速度较慢。油脂结晶时是容易取得β型还是β/型的稳定晶型,主要取决于油脂结晶习性。椰子油主要产生β型的稳定晶型。
2 分提方法
1 干法分提
无有机溶剂存在的情况下,将处于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。干法分提可以分为三个步骤:加热处理;用冷却法形成晶核以及让晶体增长及成熟;固液脂进行分离[43]。干法分提包括冬化、脱蜡、液压及分级等方法。干法分提具有以下优点[41]:(1)没有废水产生;(2)操作简单、安全,全部过程都由电脑控制;(3)完全灵活性,可加工任何原料;(4)自动化控制确保稳定性;(5)产品质量更好,没有任何溶剂洗涤剂污染;(6)不需用离心式分离机;(7)不需任何溶剂因而降低生产成本。
虽干法分提有其独特优越性,但干法分提效率低,固态脂中液体油含量较高,使固态脂和液态油的晶级低。所以,可以在油脂冷却结晶阶段添加NaCl、Na2SO4等作为助晶剂,促进固态脂结晶,提高分提效率[44]。
2 溶剂分提
溶剂分提法是指在油脂中按比例加入某一溶剂形成混合油体系,然后进行冷却结晶、 分提的一种分提方法[43]。溶剂分提法能形成容易过滤的稳定结晶,提高分离效果,增加分离产率,缩短分离时间,提高分离产品的纯度,尤其适用于组成甘三酯的脂肪酸碳链长、并在一定范围内粘度较大的油脂的分提。但由于结晶温度低及溶剂回收时耗能大,因此成本较高[1]。
油脂在溶剂中的溶解度是影响溶剂分提最重要的因素。一般情况下,饱和甘三酯荣低昂,溶解性差;反式酸甘三酯较顺式酸甘三酯的熔点高,溶解度低。适用于油脂分提的溶剂主要有丙酮、己烷、甲乙酮、2-硝基丙烷等。具体溶剂的选择取决于油脂中甘三酯的类型及对分离产品特性要求等。
3 表面活性剂分提
表面活性剂法的第一步与干法分提相似,冷却预先熔化的油脂,析出β型或β′型结晶,然后添加表面活性剂(如十二烷基磺酸钠)水溶液并搅拌,水溶液润湿固体结晶的表面,使结晶分散,悬浮于水溶液,利用密度差,将油水混合物离心分为油层和包含结晶的水层两部分。加热水层,结晶溶解分层,使高熔点的油脂和表面活性剂水溶液分离开。为防止分离体系乳化,往往会加入无机盐电解质如NaCl、Na2SO4等[45]。
3 分提的意义
油脂进行分提可达到一下几个目的:一是开发、利用固体脂肪。通常采用固体比较多, 饱和度高的油脂生产制造起酥油、人造奶油、代可可脂的固态脂肪;二是提高液态油的低温贮藏性能。通常将固体脂比较少,饱和度比较低的油脂在低温下分级结晶,去除油脂中高熔点甘三酯或非脂类物质,以至在温度较低条件下油脂也能保持澄清;三是增加油中饱和脂肪酸甘油三酯含量,以提高其功能特性(例如与软脂混合用作煎炸油)。因此,油脂分提是充分利用油脂资源的重要途径[42,46]。
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