•   原标题:二氧化硅水凝胶(Silica Hydrogel)在食用油加工中的应用

      各种自然界来源的动植物毛油经过精炼工艺,以去除可能对最终产品的外观、味道或稳定性产生负面影响的污染物。此类污染物包括游离脂肪酸、微量金属、磷脂、色素和氧化产物。

      精炼过程中的一个重要步骤是使用吸附剂去除油中的污染物。吸附剂作为自由流动的粉末放入油中。然后,在所需的温度下搅拌混合物一段时间,使污染物被吸附在颗粒的表面。一旦污染物与吸附颗粒的表面结合,对混合物进行过滤以去除废吸附剂。传统上,食用油加工中的吸附处理步骤称为漂白(脱色),涉及使用粘土基吸附剂(称为漂白土或漂白粘土)处理油[1-3]。顾名思义,脱色步骤的主要目的是去除油中的色体,例如叶绿素和胡萝卜素。然而,脱色过程负责去除许多其他污染物,包括磷脂、微量的金属和氧化产物,以及精炼过程中上游产生的肥皂。

      硅水凝胶,有时称为水凝胶[4],之所以被称为高水分含量(通常为60-65%湿基)。这种纯二氧化硅和水的基质是一种自由流动的细质地白色粉末。这些产品通常被称为合成非晶态硅凝胶。

      硅水凝胶是通过用酸反应硅酸钠溶液产生的[4]。硅酸钠溶液,俗称水玻璃,由一种带电荷平衡钠离子的聚合硅酸盐阴离子组成。矿物质酸的添加会破坏硅酸盐溶液的稳定,迫使硅酸盐聚合物形成胶体硅颗粒,称为硅氢醇。胶体颗粒的大小(通常为 1.5 至2.0 nm)取决于二氧化硅浓度、电解质水平、过量酸量和温度。高度活性的胶体二氧化硅颗粒继续相互作用,在基质中与水固定形成紧密的固体结构。将刚性半透明硅水凝胶被分解成碎片,然后洗涤以去除多余的酸和盐副产品。水凝胶在适当的pH值下老化,在硅颗粒内形成相互连接的空隙或孔洞。一旦开发所需的孔隙结构,对颗粒进行粉碎和分类,以提供精心控制的适宜的颗粒尺寸,使其具有优异的过滤性能和高纯度。

    二氧化硅水凝胶(Silica Hydrogel)正在食用油加工中的

      表1显示了合成二氧化硅水凝胶(PQ公司生产的Sorbsil®R92)的典型物理性质。为了进行比较,还展示了漂白粘土基天然硅酸盐吸附剂的典型性能。

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      高比表面积和高孔容相结合,使硅水凝胶比粘土基吸附剂具有更强的吸附能力。两种吸附剂的平均粒径测量结果相似。然而,渗透率是非常不同的。以达西为单位度量的渗透率是对粉末的可滤性的度量。一个达西——渗透率的单位——相当于一立方厘米的流体在一秒钟内,在一种大气压下,通过一平方厘米面积、一厘米长的多孔介质。它是对通过滤床的流体流速的测量。测定的渗透值越大,粉末的过滤性能越好。硅水凝胶的透气性明显优于粘土基吸附剂。两种吸附剂的全粒径分布比较(图2)说明了过滤性能差异的原因。这张图显示了每种吸附剂粉末在浆料中的颗粒大小分布,测量方法是使用Malvern Mastersizer (Malvern Instruments Ltd, UK)进行激光散射测量。虽然每种材料的平均粒径相似,但硅水凝胶的粒径分布较窄。特别是,在粘土样品中看到的细颗粒的尾部在硅水凝胶粉末中是不存在的。当吸附剂材料形成滤饼时,细小颗粒可以进入较大颗粒之间形成的空隙中,起到堵塞滤床、降低渗透的作用。硅水凝胶细小的颗粒分布保持了滤饼中颗粒之间的空隙,从而提高了滤饼的可滤性。

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      图 2. 二氧化硅水凝胶与粘土基吸附剂的粒度分布比较(用马尔文粒度仪测量)。

      因为合成的无定形二氧化硅水凝胶是由精心挑选的高质量原料制成的,它们的纯度很高。表2显示了典型二氧化硅水凝胶(Sorbsil®R92来自PQ公司)与粘土基吸附剂相比的化学性质。

      二氧化硅水凝胶的高含水率提高了二氧化硅对油中极性杂质的亲和力,提高了吸附剂的净化性能。二氧化硅水凝胶的较低pH值有助于水化和去除油中一些所谓的非水化磷脂和肥皂通常与微量金属镁和钙有关,这些非水化磷脂更容易被低ph的二氧化硅水凝胶水合。

      上述几种物理和化学性质的结合,使二氧化硅水凝胶具有优异的吸附特性,可用于去除甘油三酯油中的磷脂、微量金属和残皂。

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      图3比较了二氧化硅水凝胶对肥皂的吸附与粘土基吸附剂的吸附。两项试验都使用了残皂量约为130ppm的苛性碱精制大豆油,每种试验均使用0.1%吸附剂。经吸附处理后,经硅水凝胶处理后,油中残皂含量明显降低。

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      图4显示了两种吸附剂的磷脂吸附等温线。这些等温线是用一系列吸附剂负载在相同温度下处理相同的脱胶油而得到的。在每个试验中,测量油的残余磷含量,并根据油的初始磷含量和最终磷含量之差除以%wt吸附剂负载计算出被吸附的磷脂量。与粘土相比,硅水凝胶具有更大的磷脂吸收。在低残留磷水平的油脂(通常)

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      图5显示了两种吸附剂去除痕量金属的比较,镁和钙含量。二氧化硅水凝胶对油中微量金属杂质的吸附能力一直很强。

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    2019-11-28 20:46
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