• 《食品安全導刊》刊號:CN11-5478/R 國際:ISSN1674-0270

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    食用油和食品級潤滑油在食品機械潤滑中的應用對比分析

    2021-10-17 11:12:34 來源: 食品安全導刊

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    胡紀根,李常馥,丁 磊

    (河南倍佳潤滑科技股份有限公司,河南漯河 462005)

    摘 要:食品安全一直是當今社會關注的焦點問題,針對食品生產過程中食品機械潤滑劑的選擇和使用仍沒有明確的國家標準可以參考和執行,而食品生產行業對于食用油是否可以用于食品機械的潤滑仍存在很大的爭議。因此本文針對食用油和食品級潤滑油在潤滑領域應用的優缺點進行了簡要的對比分析,結果顯示由于食用油存在諸多性能缺陷,很難滿足現代食品加工機械各種工況條件下的潤滑要求,同時也指出食品生產行業使用食品級潤滑油的必要性以及制定相關行業標準法規的緊迫性。

    關鍵詞:食品機械潤滑;食用油;食品級潤滑油;食品安全

    隨著人們生活水平的日益提高,食品的安全性問題越來越成為人們關注的焦點,其中轉基因食品、食品添加劑的選擇以及過量使用逐漸成為現今社會討論的熱點話題。在食品安全問題中,除了原材料選擇環節,常忽視食品加工過程中所使用的食品機械及其可能存在的安全隱患。由于部分食品機械在生產過程中不可避免要與食品發生接觸,所以這些機械在運轉過程中所使用的潤滑劑也存在與食品發生接觸的可能性,因此美國國家衛生基金會(NSF)詳細規定了3類可用于食品、醫藥、化妝品等行業加工設備上的專用潤滑劑[1]。①H1。用于在食品加工過程中有可能與食品發生接觸的設備或機械部件上。所用原材料或成分必須滿足美國食品和藥品監督管理局(FDA)的美國聯邦法規安全準則指導21條CFR178.3750的要求。②H2。用于在食品加工過程中不可能與食品接觸的設備或機械部件上。該類潤滑劑不得含有銻、砷、鎘、鉛、汞、硒等重金屬,也不得含有致癌物、突變劑、致畸劑和無機酸。③H3。典型的乳化油或食用油,主要用于清潔和防止設備生銹。

    由于目前國內關于食用油是否可以應用于食品機械的潤滑尚存在一定的爭議,《食品安全國家標準 食品生產通用衛生規范》(GB 14881—2013)中針對生產設備潤滑油的使用也只作了簡要的概述,并且規定可以將食用油脂用于食品機械的潤滑,所以針對食用油和食品級潤滑油做了下述討論分析。

    1 食用油的優缺點

    食用油的主要成分是甘油和長鏈脂肪酸(飽和或不飽和脂肪酸)形成的甘油三酸酯,長鏈脂肪酸主要有飽和脂肪酸(月桂酸、豆蔻酸、硬脂酸等)、單不飽和脂肪酸(油酸、棕櫚酸等)和多不飽和脂肪酸(亞油酸、亞麻酸等)。不同的動植物油脂由于所含長鏈脂肪酸的種類及含量不同,其理化性能均有所不同,幾種植物油的結構組成和性能見表1[2]。

    1.1 氧化安定性

    由于動植物油的長鏈脂肪酸分子中含有大量的C=C雙鍵,尤其是含有多個雙鍵的亞油酸或亞麻酸組分,這些組分極易被氧化,因此這些組分的含量極大地影響油脂的氧化安定性。碘值是有機化合物不飽和度的量度,碘值越大,不飽和度越大,氧化安定性也越差,由表1的可知,植物油的氧化安定性普遍較差。

    食用油脂的氧化過程中首先會形成一次性氧化產物——氫過氧化物,這些氫過氧化物通過裂解會形成自由基,進而繼續發生分解和聚合反應。分解反應生成二級氧化產物,如醛類、酮類、醇類和烴類化合物,這些化合物也是食用油脂變質的主要原因,導致了食物的異味和酸敗。在上述化合物中,降解產生的氧化不飽和醛被認為是致癌物質,會對人體健康造成重大威脅[3]。除了分解反應,這些氫過氧化物也會通過聚合反應生成環氧化物、二聚體及多聚體產物等。上述這些產物都具有一定毒性,會導致各種人類疾病的發生,如衰老、動脈硬化、關節炎、炎癥性腸病、神經退行性疾病和一些眼病[4]。

    1.2 低溫流動性

    由于動物油脂的長鏈脂肪酸的飽和程度比植物油脂更高,所以很多動物油在常溫條件下是固態的,低溫流動性很差。植物油中大量的甘油三酯結構使其在低溫下易于發生堆積作用而形成較大的晶體,其低溫性能也較差[5]。動植物油脂的氧化安定性和低溫流動性兩者相互矛盾,組分中的雙鍵含量越多低溫流動性能越好,氧化安定性能卻越差。

    1.3 水解穩定性

    食用油脂結構中含有3個酯鍵,因而其水解穩定性較差。

    1.4 潤滑性

    動植物油分子結構中含有酯基等極性基團,可在金屬表面形成吸附膜,同時植物油中的脂肪酸可與金屬表面反應形成金屬皂單層膜,兩者共同作用可以起到減摩抗磨的作用,但這些油膜在高負荷條件下抗磨能力較差[6]。

    1.5 可生物降解性能

    由于食用油中的酯基易水解,脂肪酸長鏈中的不飽和雙鍵易受微生物攻擊而發生氧化,因此食用油具有較強的生物降解能力,由表1可知天然植物油的生物降解性都很強。

    1.6 過濾性

    植物油比礦物油更易起泡且過濾性差,易產生油泥和沉淀。

    綜合以上特點,食用油脂諸多性能存在缺陷,已經很難滿足現代食品加工機械各種復雜條件下的潤滑要求。例如食品級高溫鏈條油必須滿足超高溫條件下的潤滑,基礎油必須具有優異的熱氧化安定性和低揮發性;食品級低溫潤滑脂必須滿足低溫條件下的潤滑,基礎油必須具有優異的低溫流動性和抗磨損能力;食品級空壓機油必須具有優異的防銹、抗泡和抗乳化性能。

    2 植物油的改性

    植物油由于具有非常好的生物降解性,所以被作為綠色可再生潤滑劑的潛在開發對象,但其氧化穩定性、低溫流動性和水解穩定性都較差,為了解決上述問題,研究發現可以通過改性技術拓寬其應用范圍。

    2.1 生物技術改造

    植物油氧化安定性的高低主要由油脂中多不飽和脂肪酸的含量決定,因此可以通過遺傳基因改造減少多不飽和脂肪酸的組分含量來提高植物油的氧化安定性,國外已經培育出高油酸(一元不飽和脂肪酸)含量的葵花籽油和菜籽油,油酸含量都在90%以上,提高了油脂的氧化安定性。

    2.2 化學改性

    通過化學改性的方法可以提高油品飽和度和支鏈化程度,從而提高植物油的熱穩定性、氧化安定性和水解穩定性。目前化學改性主要通過氫化、聚合、支鏈化、酯交換和環氧化等方法完成的。

    ①氫化。使用優選的催化劑選擇性的將油脂中的多不飽和脂肪酸轉變成單不飽和脂肪酸,這樣不僅獲得了優異的氧化安定性,同時也不會影響油脂的低溫流動性。②聚合。通過聚合反應將植物油中的不飽和脂肪酸轉變成單聚、二聚或者三聚脂肪酸,聚合得到的產物具有更好的粘溫特性[7]。③支鏈化。在植物油的分子鏈上增加支鏈化基團,這些支鏈化基團的空間位阻作用使得油品具有更好的低溫流動性、更強的水解穩定性和更高的閃點。④酯交換。通過植物油與低分子醇進行酯交換反應,從而增強其氧化安定性;同時低碳醇的引入也使得其粘度降低,低溫流動性更強。⑤環氧化。環氧化是將植物油中的C=C雙鍵轉變成環氧化基團從而改善其氧化安定性的方法,但由于環氧化基團具有很高的活性,所以需要對其進行進一步功能化反應,從而得到更好的氧化安定性和低溫流動性。

    這些經過改性的植物油可以應用于機械潤滑的各個領域,但由于改性過程中所涉及的成分比較復雜,所以大多數改性產品只能應用于工業潤滑領域。雖然這些改性產品物理化學性能得到了改善,但其成本也相應地增加,同時改性過程中也要保留其良好的生物降解性,否則改性將失去

    意義。

    3 食品級潤滑油組成及其性能

    食品級潤滑油根據其采用的基礎油的種類可以分為深度精制的礦物型與合成型食品級潤滑油。深度精制的礦物型潤滑油(也稱食品級白油)一般指經加氫裂解處理的精制礦物油,這種深度精制的礦物油經過白土處理、加氫精制、溶劑脫蠟等工藝制備而成,具有芳香族成分少、不易被氧化和乳化等優點。合成型食品級潤滑油一般采用的基礎油是聚α烯烴和合成酯類油。聚α烯烴是一種飽和烯烴低聚物,具有寬的溫度操作范圍、高粘度指數、熱氧化安定性和水解安定性好和與各種材料高相容性等優點,是目前應用最廣、發展最快的基礎油;合成酯類油是通過化學合成的方式制備得到的一類酯類油,包括多元醇酯、雙酯和復合酯等,相比較食用油脂,它的成分更單一,特性更一致,熱氧化安定性和低溫性能更加突出。

    食品級基礎油都是經過高度精制的油,生產過程中濾除了有致癌隱患的各種芳烴類化合物、過氧化物、硫化物以及鉛砷等重金屬成分,真正達到了可食用級別。食品級潤滑油的添加劑也是優選安全無毒的物質,通過將各類食品級基礎油和添加劑進行優化組合可以調配出滿足各種功能要求的食品級潤滑油脂。

    4 食品機械潤滑油的使用現狀及潛在風險

    雖然食品級潤滑油有上述諸多優點,但由于受到價格的限制,并且許多企業認知度低,目前大多數食品企業仍然使用非食品級潤滑劑,甚至一些企業會選擇使用食用油,如色拉油、花生油和豬油,將其應用于食品機械的潤滑,這些食用油很難滿足食品機械的各種潤滑要求,造成機械部件的磨損,降低設備的使用壽命,增加企業的運行成本,還存在食用油脂氧化產物污染食品及引入過敏原和轉基因物質的風險。

    5 結語

    潤滑劑常處于高速、高(低)溫和高濕等工作環境中,對潤滑劑的熱氧化安定性、負載能力、減摩抗磨性、水解穩定性、低溫流動性、抗泡性、抗乳化性以及防腐性都提出了較高的要求。食品級潤滑油脂是針對食品行業不同工作環境、工藝及設備開發的,具備優良的抗氧化、耐高(低)溫、抗乳化及潤滑性能,操作溫度范圍寬、粘溫性能好、黏度指數高、傾點低和蒸發損失小,使用壽命長,能很好地減少機械磨損率、防止金屬表面銹蝕,而且組分純凈單一、無毒無害,對添加劑感受性也好。所以,對于食品企業來說,由于每臺設備的潤滑條件不盡相同,所以根據加工設備的不同使用條件選擇適合的食品級潤滑油脂就顯得極為關鍵。

    現階段,我國食品級潤滑油還處于初級使用階段,針對食品機械所涉及的潤滑油的成分、使用等方面仍沒有制定非常明確的標準,這就迫切要求我們盡快制定相應標準,促使食品生產企業嚴格按照標準執行,使得食品級潤滑油脂在食品生產過程中發揮更大的作用,為人民群眾的身體健康保駕護航。

    參考文獻

    [1]美國威氏煉油公司.食品生產企業為何要使用食品級潤滑劑[J].食品安全導刊,2011(7):76-77.

    [2]黃文軒.環境兼容潤滑劑的綜述[J].潤滑油,1997,12(4):1-8.

    [3]梅江,陳奕,謝明勇.油脂氧化產生的氧化α,β不飽和醛的研究進展[J].中國糧油學報,2016,31(3):133-138.

    [4]HALLIWELL B.Free radicals, antioxidants, and human disease: curiosity, cause, or consequence?[J].Lancet(London, England),1994,344(8924):721-724.

    [5]LIU Z, SHARMA B K,ERHAN S Z, et al.Oxidation and low temperature stability of polymerized soybean oil based lubricants[J].Thermochimica Acta,2015,601:9-16.

    [6]劉建芳,顧卡麗.植物油基環保潤滑劑的研究概況[C]//第二屆全國工業摩擦學大會暨第七屆全國青年摩擦學學術會議論文集.福州:中國機械工程學會摩擦學分會,2004:4.

    [7]CERMAK S, ISBELL T. Estolides - the next biobased functional fluid[J]. Inform,2004,15(8):515-517.

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