油脂改性

油脂氫化是指在催化劑的作用下，油脂的不飽和雙鍵與氫氣發生的加成反應。油脂經催化加氫後，能夠提高油脂熔點，改變塑性，增強抗氧化能力，並能防止回味。油脂氫化拓寬了油脂的使用領域，提高了油脂的使用價值。油脂加氫氫化是最為成熟、工業化應用最為成功的油脂改性技術。生產人造奶油的基料油脂基本都是氫化油脂。

20世紀 80 年代以來，人們對食品安全要求日趨嚴格，希望降低乃至消除食物中的有害成分。氫化油脂含有 50% 左右的反式酸，食用反式酸含量高的食品，將會導致增加患冠心病、糖尿病、老年痴呆症等疾病的幾率，對此，美國食品藥品管理局開始要求在食品中標明反式酸含量。但同時歐洲的一些學者認為，反式酸對人體基本沒有不利影響。公眾和學術界對反式酸的這一爭論，對油脂氫化提出了新的挑戰。油脂氫化過程中最主要的是催化劑的選擇和製備技術。

油脂氫化生產中採用的催化劑除了能夠產生大量反式酸外，還存在其它缺陷，如鎳系催化劑對人體的致癌性、銅系催化劑所產生的加速油脂氧化作用，這一切都要求研製新型催化體系及採用不同以往的催化手段來解決。國外已開始研究多種不同金屬催化劑間的協同作用，從而希望不僅能夠在反應活性和選擇性方面保持原有特點，同時降低反式酸含量。相對國外對油脂加氫特別是油脂選擇性加氫催化劑的研究，我國對油脂加氫催化劑的研究就顯得比較落後，一般是在工業現成催化劑基礎上進行簡單的模仿，着重在鎳系或鎳-銅系、銅-鉻催化劑的研究上。近年來對新型催化劑的研究工作取得了一定的成績，對反式脂肪酸的產生機理、加工和使用過程中反式脂肪酸的產生及對油脂理化指標的影響都有所研究。

近年來，油脂加氫特別是選擇性加氫技術發展迅速，催化劑研究工作也隨之發展得很快，一些以前未重視的問題（如反式酸對公眾健康的影響）開始引起重視，今後要求開發出具有高活性、低反式酸、低消耗的催化劑體系，以不斷滿足人們對健康食品的要求。為了達到此目的，除了進一步開發研製具有高活性、低成本的貴金屬催化劑之外，還需要採用一些新型催化劑和催化手段，如納米催化劑、離子液及超臨界催化等技術。另外非晶態催化劑是研究的熱點，也是油脂加氫催化劑的發展趨勢。催化劑載體及活性組分的負載技術一直是催化劑研究的重點。由方開泰等創立的均勻設計法能夠合理安排試驗，考察不同因素對催化劑活性的影響，以及通過分析試驗結果找出較好的製備方法，從而解決了催化劑研究的一個難題。

油脂分提是指在一定温度下利用構成油脂中的各種甘三酯的熔點及溶解度的不同，把油脂分成固、液兩部分。根據分離出的組分性質的不同，滿足不同用途的需要。油脂分提結晶技術始於 20 世紀初，經近百年的發展，特別是20世紀70年代棕櫚油產量的迅猛增加，有力地推動了分提工藝的發展。已有2000 t/d 的大型工業分提設備，全世界油脂產量的10% 是通過油脂分提得到的。油脂分提工藝有幹法分提、表面活性劑分提和溶劑分提。

在不添加其它成分的條件下，將液態的油脂慢慢冷卻到一定程度，分離析出結晶固體脂的方法稱為幹法分提。幹法分提適用於產品在有機溶劑中溶解度相近的脂肪酸甘油三酯的分離，待分離組分結晶大，可以藉助壓濾或離心進行分離。幹法分提包括冬化、脱蠟、液壓及分級等方法。

表面活性劑分提是指油脂冷卻結晶後，添加表面活性劑水溶液，改善液體油與固體脂的界面張力，藉助固體脂與表面活性劑間的親和力，形成固體脂在表面活性劑水溶液中的懸浮液，促進固體晶體離析的分提工藝。20 世紀初，將表面活性劑添加到油脂中來分離液體油與固體脂的方法取得專利，從此表面活性劑分提法開始得到應用。20 世紀 50 年代，表面活性劑分提工藝已開始小規模地應用於棕櫚油、棕櫚仁油、脂肪酸等的分提。這種分提可迅速分離工藝液體油與固體脂，容易得到固體脂，但分提工藝成本高，且產品容易受表面活性劑污染，因此一些國家禁止表面活性劑分提用於食用植物油的生產。表面活性劑分提在國內有一定的發展，但工業化應用不多。

溶劑分提是指在油脂中按比例加入某一種溶劑構成黏度較低的混合油體系，然後進行冷卻結晶的一種分提工藝。20 世紀 50 年代，溶劑分提法已應用於工業化生產熔點與可可脂相似的產品，如棕櫚油用溶劑分提法分提棕櫚油中間組分 PMF，PMF 是生產類可可脂CBE（Cocoa Butter Equivalent）的原料。溶劑分提的特點是分提效率高、固體脂組分質量好。但它的投資成本大、生產費用高，用作溶劑的己烷、丙酮、異丙醇等易燃，要求車間設計、生產時提供額外的安全保障。因此，溶劑分提僅用於生產附加值較高的產品。

隨着冷卻結晶、過濾技術的發展，幹法分提工藝被廣泛應用於多種油脂的加工。通過選擇結晶條件、分離温度，採用不同路線可得到多種不同的分提產品，最為典型的是棕櫚油經幹法分提可以得到高碘值的油酸甘油酯、高硬度的硬脂和高質量的PMF。上海嘉裏糧油、東莞新亞、張家港東海糧油、秦皇島金海糧油和 BELL CITY 等企業先後從國外引進多條幹法分提生產線，用於氫化大豆油、棕櫚油、豬脂等的分提，分提產品中液態油用作烹調油、調和油，中間組分用於製作類可可脂（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過程，避免了氫化產生大量反式酸的缺點，同時幹法分提無溶劑、無催化劑污染，在食品安全逐漸受到重視的當今社會，這一油脂改性方法逐漸受到重視，應用前景廣闊。但幹法分提工藝中還存在一些不足之處，如不能連續化生產、過濾用的膜容易受污染及使用壽命較短等，以後應重點解決這些不足，以推動幹法分提工藝進一步完善。

油脂酯交換是通過改變甘三酯中脂肪酸的分佈來改變油脂的性質，尤其是使油脂的結晶及熔化特徵發生改變的方法。酯交換可分為酶法酯交換和化學法酯交換。

酶法酯交換是利用酶作為催化劑的酯交換反應，酶按其來源可分為動物酶、植物酶、微生物酶等。酶法酯交換特點如下：1. 專一性強（包括脂肪酸專一性，底物專一性和位置專一性）；2. 反應條件温和；3. 環境污染小；4. 催化活性高，反應速度快；5. 產物與催化劑易分離，且催化劑可重複利用；6. 安全性好。酶法酯交換被廣泛用於油脂改性製備結構脂質。利用相應的酶可製備類可可脂、人乳脂代用品、改性磷脂、脂肪酸烷基酯、低熱量油脂和結構甘油酯等。隨着基因等生物技術的發展，人們已能利用基因技術來工業化生產比動物酶專一性更強的微生物酶，這為酶法酯交換工業化提供了廣闊的發展前景。

化學酯交換是利用鹼金屬、鹼金屬氫氧化物、鹼金屬烷氧化物等作為催化劑的酯交換反應。化學催化劑與酶催化劑相比，具有價格低廉、反應容易控制等優點。使用最為廣泛的催化劑是鈉烷氧基化合物（如甲醇鈉），其次是鈉、鉀、鉀-鈉合金及氫氧化鈉-甘油等。化學酯交換又分為隨機酯交換和定向酯交換。一般認為，化學酯交換不具有催化選擇性，也稱隨機酯交換，使甘三酯分子隨機重排，最終按規則達到一個平衡狀態。

化學酯交換經過多年的發展，工藝技術日臻完善；酶法酯交換相對來説發展較晚，近些年酶法酯交換研究比較活躍，相比於化學酯交換，酶法酯交換具有明顯的優勢，但酶的價格比較高，限制酶法酯交換的工業化。隨着蛋白工程與基因工程的迅猛發展，獲得性能優良、價格便宜的脂肪酶已成為可能，這給油脂酯交換帶來了新的契機。酶法酯交換研究至今，無論是在理論上還是在實際應用中都取得了巨大進步。2017年研究開發的固定化酶應用範圍廣、活性高，轉化為實際應用的潛力很大。但是，脂肪酶在酯交換中催化機理方面的研究還落後於其它酶。由於酶法酯交換比較複雜，在實際應用中會帶來一些問題，如用於酶反應器設計，沒有動力學方程是不可能的，至少很難做到最佳反應。酶反應器的研究與應用已進入一個新的時期，各種反應器脱穎而出，但各種反應器對於酶的催化性質影響還有待進一步研究。在結合油脂與營養的基礎上，用酶催化油脂改性製備功能性油脂製品已成為油脂酯交換髮展趨勢 ^[2]  。