CN1101667A

CN1101667A - 脂肪组合物的分级方法

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Publication number: CN1101667A
Application number: CN93118080.5A
Authority: CN
Inventors: P·J·迪根; T·阿历斯; 小·J·W·迪恩
Original assignee: Pall Corp
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 1992-09-28
Filing date: 1993-09-27
Publication date: 1995-04-19
Also published as: NL9301423A; DK109593D0; AU4220196A; AU4206593A; SE9302819D0; JPH0853691A; CA2084578A1; JPH06228588A; IT1260678B; ITTO930701A0; US5395531A; CN1173532A; GB2270925B; BE1007448A3; AU664759B2; DE4330256A1; AU677928B2; DK109593A; SE507165C2; GB9314983D0

Abstract

本发明提供了一种将含脂肪甘油酯混合物的脂肪组合物(例如奶油)分级成两个或更多级分的快速方法。

另外，还提供了一种处理脂肪组合物(例如粗奶油)的方法，以制得细菌含量比原始的脂肪组合物低的脂肪组合物。

Description

本发明一般而言涉及脂肪加工的领域，具体地说，涉及脂肪分级的领域。

天然脂肪，例如奶油，是多种组分的复杂混合物，其中含有甘油三酯作为主要组分，这些酯均为多达三个脂肪酸与甘油所成之酯。各个脂肪酸的特性随来源而异。即使是来自某一指定来源，甘油酯也会随时间和季节而有很大变化。这种多变性对使用者（例如面包师）造成了困难，因为脂肪组分的微小成分变化可以对最终产品的质量和性质有重大影响。因此，这些天然脂肪产品的使用者必须不断地调整配方和工艺变量以适应天然脂肪来源的这种变化。

一般而言，奶油极其多变而且是脂肪酸甘油酯的复杂的混合物，因此其性质和特征不定，例如其熔点通常存在一个很宽的温度范围。它的性质和特征也随季节和气候而变。

因为存在这种多变性，所以最好是有一种方法能提供具有某种程度一致性的各种脂肪产品，以避免使用者必须不断地监测和调整加工条件。在烘烤和烹调业中，特别需要拥有可用的性质变动很小的脂肪组分，例如熔点范围小和完全确定。

另外，众所周知，在消费者食物中使用的天然脂肪有很多（即使不是大多数）含有大量的饱和脂肪。奶油是一个最好的例子。对于许多消费者的使用，希望通过减小在起始脂肪组分（例如奶油）中的饱和脂肪含量来降低最终产品中的饱和脂肪含量。因此，希望有一种通用的方法能够将饱和脂肪的数量降至比未加工的天然产品（例如奶油）低。

虽然曾经采用过各种技术和方法处理天然的脂肪物质（如奶油），以期能得到具有特定特征的脂肪级分。但是大多数这类方法不仅改变物质的成分，它们还对产品的质量，特别是产品的味道、芳香或质地有不利的影响。

例如当考虑奶油时，任何可为消费者接受的产品必须保持奶油的风味和质地。还希望有从冰箱中取出后的可展布性。

因为饱和脂肪一般而言熔点高于不饱和脂肪，所以通过选择性地除去至少一部分高熔点的脂肪，有可能得到饱和脂肪较少的脂肪级分，同时又是可展布的，因为这种不饱和的级分中低熔点组分较多，使其同样可以展布。

已经尝试了多种工业化方法来制造具有确定性质的天然脂肪组合物的各个级分，用于烹调和烘烤业。这些方法包括分子蒸馏、超临界萃取和熔融结晶。一般而言，这些方法会得到含有高熔点脂肪的“硬”级分和含有低熔点脂肪的“软”级分。当起始物是奶油时，“硬”级分可用于烘烤和起酥油。软级分则可作为奶油使用。

熔融结晶法的应用最广，这主要是因为立法及经济原因。主要的方法称作“Tirtiaux”法。根据该方法，将奶油加热到约60℃的温度使其熔化。然后以大约每小时3℃的很慢的冷却速度使奶油冷却，结果形成了大的脂肪晶体，大小约300微米。预期会有1-600微米的很宽的粒度分布。这些晶体是由高熔点组分组成的，而液体则主要由低熔点组分组成。液相中主要含不饱和组分部分。使用真空过滤床将晶体滤出，遗憾的是会有大量液体与晶体留在一起。结晶周期约需20小时才能从原始的奶油原料制得一个级分，而完成两个结晶周期所需的整个时间将超过60小时。这样加工过的奶油在风味方面也会明显变差。

在目前使用的方法中，一般采用三个步骤。根据第一个步骤，将奶油加热并保持在60℃以消除任何先前的受热史。然后在严密控制的温度条件下诱发成核和结晶生长。此第二步骤很花时间，而且所需的设备价格昂贵。对于每次分级此步骤约需10至18小时。所形成的晶体一般粒径约300微米。这种大晶体是由于极慢的冷却造成的缓慢生长的结果，冷却速度通常约为0.01℃/分。快速冷却对于Tirtiaux方法是很不利的，因为快速冷却会形成难以过滤的小晶体和粘度很高的流体，使得过滤和加工困难。对奶油进行长时间的热处理也会由于较小分子量的风味增强化合物的挥发而使奶油风味受损。

此外，目前的奶油加工需要一个巴氏杀菌步骤，在该步骤中使奶油中的细菌和其它微生物减少。遗憾的是，在巴氏灭菌过程中需要的较高温度对奶油的风味有不利影响。另外，即使使用这样的高温，巴氏灭菌法并未完全除掉不良的细菌。因此，需要一种能降低奶油中的细菌数目而无需巴氏灭菌的方法。

本发明首次提供了一种将含脂肪甘油酯混合物的脂肪组合物分级成两个或更多级分的快速方法。另外，本发明还首次提供了一种将脂肪组合物分级而不会对起始脂肪组合物中造成器官感觉的合意组分有不利影响的方法。

考虑到所有的用诱发形成脂肪甘油酯的晶体来分级脂肪组合物的先有技术方法都依靠极慢的冷却技术来得到可过滤的脂肪晶体，本发明的方法确实是出人意料的。如前所述，这种缓慢冷却一般需要许许多多小时。但是，现已发现可以快速冷却脂肪组合物（例如奶油）并迅速得到可过滤的脂肪甘油酯晶体。

通过选择性地选择冷却速度和液化的脂肪组合物的冷却温度，可以调节脂肪甘油酯诱发析晶的特性，并同时控制过滤之后所形成的滤液和浓缩液的性质。

本发明的方法还可以使脂肪组合物迅速分级。为了将液化的脂肪组合物冷却、诱发析晶以形成脂肪晶体的悬浮液以及通过过滤除掉脂肪晶体，所需的全部时间可以少于1小时。

本发明的方法包括将脂肪组合物加热到使所有组分成液态的温度，将液化的脂肪组合物冷却到某个预定的温度，在该温度下至少一部分脂肪甘油酯以固体形式存在，冷却速度约为5℃/分，以便形成部分脂肪甘油酯晶体的悬浮液，该晶体的粒度约为0.1至50.0微米。用动态微孔过滤法将形成的悬浮液过滤，以形成基本上无晶体的第一滤液和晶体浓度增加的第一浓缩液。

已经发现，滤液（通过滤器的奶油部分）中含有的胆固醇的百分率比不能透过滤器的浓缩液高。因此，采用这种过滤方法，可以降低奶油级分中的胆固醇含量。重复这一方法，使用来自前一过滤循环的浓缩液作为第二循环的进料，可以将胆固醇的含量进一步降低。

在本发明的一项实施方案中，在过滤之前向液化的脂肪组合物进料物流中加入水来降低粘度，并且保持脂肪晶体和脂肪液滴处于稀释状态。当液化的脂肪组合物是奶油时，加水量一般不超过进料总重量的约10%，通常是从约2%至约10%，最好是约为5%。对于其它的脂肪组合物，加水量可以变化。如果先用疏水性物质（例如脂肪）将滤器饱和，然后根据本发明的这一实施方案使用过滤元件，则可以快速过滤脂肪晶体和脂肪液滴的稀水溶液，而不会有任何水份进入滤液中，水全都被保留在浓缩液中。

这样从滤液中选择性地排除水是可能的，只要滤器的压力不超过临界穿透压力，在该压力下脂肪将会从过滤元件中被取代，而水份将穿过滤器。

本发明的一个重要的优点是所得到的脂肪级分保持存留着大部分（即使不是全部）原来存在的嗅觉和味觉组分，因为奶油只受到短时间的加热处理。

本发明的方法能够制得与商业方法的化学和物理特征相近的奶油级分。本方法大大节省了加工时间。

因此，本发明首次提供了一种奶油级分，它具有起始奶油组合物中的合意的嗅觉和味觉组分，其制法包括将奶油组合物加热到所有组分均呈液态的某一温度，将液化的奶油组合物冷却到预定的温度，在该温度下至少一部分脂肪甘油酯以固体形式存在，冷却速度至少为0.5-5℃/分，以便形成部分脂肪甘油酯晶体的悬浮液，该晶体的粒度约为0.1-50微米，将所形成的悬浮液过滤，形成基本上不含晶体的第一滤液和晶体浓度增加的第一浓缩液。

另外，提供了一种处理脂肪组合物（例如粗奶油）以得到细菌含量比粗脂肪低的处理过的脂肪组合物的方法，该方法是使液化形式的脂肪组合物通过一个微孔过滤器进行动态微孔过滤，该过滤器的平均孔径足以减少流过滤器的脂肪组合物的细菌含量，以得到细菌含量低于起始粗脂肪组合物的滤液和细菌含量高于起始粗脂肪组合物的浓缩液。与已知的其它方法相比，细菌的减少更为有效。

图1是根据本发明得到的硬脂精奶油级分的示差扫描量热图。

图2是根据本发明得到的三油精奶油级分的示差扫描量热图。

图3是在指定的温度条件下在奶油进料组合物、图1的硬脂精组合物和图2的三油精组合物中存在的固体脂肪组分（“SFC”）百分含量，用脉冲式核磁共振测得。

优选实施方案的详细描述一般加工考虑

在对于任何给定的脂肪分级设定具体条件时，必须考虑几个因素。例如，脂肪被加热的起始温度和在该温度下保持的时间可以随具体的脂肪成分而变。例如，一些脂肪组合物比另一些含有较多的饱和脂肪，因此需要在预定的温度下比饱和脂肪含量较少者保持更长的时间。另外，脂肪的本性也会使其链长各异，一般而言，高分子量的脂肪比低分子量脂肪的熔化温度高。

根据本发明，现已发现当天然脂肪（如奶油）冷却时，几乎立即产生可过滤的脂肪晶体。在适当的条件下骤冷到过滤温度时，有可能形成微米大小的晶体，该晶体可以用合适的过滤方法除去。

预处理加工

在使用本发明之前，经常对脂肪组合物进行传统的预处理加工，例如利用过滤方法净化。当奶油是被加工的天然产物时，通常将其加热至某一温度，例如约60℃，使之完全熔化并消除任何的受热史，水份则可以用沉降、干燥或离心方法除掉。如前所述，如果用一个被疏水物饱和的膜进行分离，则不需要单独的除水步骤。

接着将熔化的脂肪过滤，例如通过一个高污物容量的过滤器（如Pall公司出售的商品Profile和HDC），以除掉任何外来的固体或污物。这些过滤器可以是列为10微米级的过滤器。

熔化的脂肪组合物的冷却

经过预过滤的熔化的脂肪组合物最好是转移到一个带夹套的加工容器中，它在其中可以迅速地以所希望的速度冷却到所要求的温度。此加工容器保持与过滤单元的温度相同，例如用温度控制装置和程序控温器。

最好是对于熔化的脂肪组合物进料在过滤前于骤冷温度下或在反应器中保持的时间加以控制，因为晶体的大小和过滤特性将随时间而变。一般最好是确定一个从进料开始骤冷到过滤时刻的设定时间。显然，此时间将随各种进料和设备而异。但是，一般认为，进料应该在从骤冷时刻起的约5分钟到约2小时内进行过滤，大多数情形里最好是在约10分钟之内。保持时间一般随膜过滤元件孔径的减小而增加。

最好是使形成的结晶可以过滤并且有相当均匀的大小分布。利用将脂肪熔体冷却的方法形成的晶体大小及大小分布取决于冷却速度、保持的温度及保持时间。所形成的晶体大小通常由可利用的成核位数决定，而可利用的成核位数本身又取决于冷却速度。在快速冷却脂肪时，形成大量的晶核，结果生成大量的小尺寸晶体，例如尺寸从约0.5到约2微米。形成小晶体的动力学很快，所形成的尺寸通常处在很小的尺寸分布范围内。结晶体的均匀性使得对于给定的一组条件容易选择膜过滤元件。

先有技术中使用的缓慢冷却方法只会形成少量的成核位，因此形成的晶体较少。进一步缓慢冷却则使晶体生长。在常规的脂肪分级方法中采用的晶体粒径范围为10到800微米。

脂肪固有地能在开始结晶前保持过冷状态。将熔化的脂肪骤冷至某一加工温度并立即过滤，会使过冷的脂肪在过滤膜的孔中成核并结晶，最终将膜堵塞。因此必须在过滤前使脂肪在加工温度下保持一段时间。在使用小孔径的聚合膜过滤元件时这一点尤为重要。

所用的骤冷速度同样可以有很大变化。起始骤冷速度一般为每分钟约0.5至5℃，最好是每分钟约1℃。骤冷速度和从骤冷到过滤的时间应当设定成使过滤的晶体大小约为0.1至50微米，从0.5至5微米较好，最好是为1微米左右。

从过滤的角度来看，脂肪晶体的大小很重要，显然，理想的尺寸将随设备而有所变化。另外，从所希望的分级程度的角度来看，脂肪晶体的成分也很重要。经过几次循环将温度冷却到每次循环只递增很少几度，例如每次循环5到10℃，有可能从单一的脂肪源得到多个脂肪级分，第一级分的性质与特征的变动范围都很小。

对奶油来说，在初始加工中以大约0.5到约5℃/分的速度冷却到约为0.5至30℃的过滤温度，所得的浓缩液中含有主要是硬脂精的甘油三酯，其熔点比滤液中主要含有的三油精高。

最好是例如利用容器夹套中的冷水，将奶油从约60℃的起始温度骤冷到约35℃，使冷却速度至少约为每分钟2℃，最好是每分钟约3℃至5℃，同时保持温和的搅拌。然后将奶油以可控方式冷却到约5-30℃。将奶油在此温度下保持约5分钟至2小时。

冷却设备可以是一种刮面式热交换器（例如APV Crepaco公司销售的那些）、带夹套的容器、冷却筒（如Buf lovak公司产品）或其它设备，例如在美国专利4，439，461中所提到的。冷却介质可以是任何市售的传热介质、冷水、二醇或空气，依具体方法而定。

过滤设备及方法

过滤设备可以是任何合适的结构和类型。因为要除去的脂肪晶体的优选尺寸约为1微米，所以如下所述，很多不同的过滤装置都适合使用。

合适类型的过滤膜包括多孔金属过滤器、微孔聚四氟乙烯（PTFE）膜、微孔聚偏氟乙烯膜等。

微孔过滤器的孔径尺寸应能阻留在快速冷却后形成的脂肪晶体，同时仍然保持可接受的穿过微孔过滤器的流速。可用的膜包括微孔薄膜，该薄膜具有良好的流动性质、狭窄的孔径分布和始终一致的除去所关心的细菌的性能。微孔过滤器膜的孔径值，按照本领域中已知的称作“气泡点”（ASTM F 361-86）和K_L法（美国专利4，340，479）的这些方法测定，应该是从约0.1到约10.0微米。孔径数值优选0.2到2微米。最好是所用的过滤器的孔径大小为约1.0微米。这种微孔过滤器是众所周知的并且容易得到。

可以根据本发明使用的优选的微孔膜包括Pall公司销售的商品Ultipor N66、Fluorodyne和Posidyne;Cuno公司销售的商品Zetapor和Millipore公司的Durapore。

用在本发明中的园筒形膜元件包括可以根据本领域中已知的方法以紧密不漏的方式贴合到载体上的那些膜。

或者是，过滤器可以由孔径大小为约5.0微米或更小、经常是2.0微米的不锈钢制成，因为这种孔径尺寸容易从市场购得。当使用不锈钢过滤器时，有可能将所有的加工设备都用不锈钢制造。这种结构是理想的，因为它易于清洗和维修，不污染产品，否则将会对产品质量有不利影响。因为不锈钢一般只有孔径较大的商品，例如1.0微米左右，所以使用不锈钢过滤器经常意味着必须调整工艺条件，使得自快速冷却中得到的脂肪晶体的尺寸比使用微孔过滤膜时所需要的大。此外，通常需要较长的结晶时间来完成这一步骤。

就多孔金属过滤器而言，根据美国专利4，562，039（在本发明中引用作为参考资料）制成的那些不锈钢过滤器在本发明的方法中特别适用，其商业化产品为Pall公司销售的Pall PMM金属膜过滤器，例如MO20和MO50，其绝对去除值分别为2微米和5微米，99%去除值为0.5微米和2微米。

过滤器类型和尺寸值的选择取决于多种因素，其中最重要的是脂肪晶体的大小。脂肪晶体越小，过滤器必须越细，同时，每单位表面积的过滤器或膜的过滤操作时间越长。

在脂肪分级的情形，方法的效率由单位时间内加工的进料数量和两种产品流（滤液和浓缩液）的质量决定。一般地说，希望滤液中不含硬脂精晶体而浓缩液中没有三油精液体。另一个主要的有关因素是在薄膜清洗循环之间的设备可操作的时间长短。

很显然，就实施本发明而言，使用死端过滤法是不合适的，因为在少量的三油精透过膜之后在膜过滤器的表面上形成了晶体的滤饼层。防止滤饼层形成的一种方法是使晶体夹带在以相当高的速度流过膜表面的液流中，例如在交叉流动过滤模式中那样。

使用纯粹的交叉流动过滤技术对于本发明是不够的。在交叉流动模式中，浓缩液流的流速约为滤液的10到20倍，产生约10米/分的流过膜面的速度。较快的表面速度是以增加压力降为代价得到的。较高的压力降对于过滤速度来说是固有的不利条件，因为晶体倾向于堆积和团聚，另外，滤液流量的很小增加就耗费大量的泵能。

在交叉流动技术中，浓缩液流被液体分级物大大稀释，而且不得不藉助接连去除三油精不断地再循环，以达到任何程度的结晶浓度。这就造成了许多加工问题，包括每通过一次粘度要增加，泵能较高，由于不断的再循环产生的切变热量使晶体熔化，以及一般来说不控制浓缩液质量。

动态过滤特别适合本方法。在动态过滤中，给予进料物流一个第二速度分量，此速度分量与膜表面相切并与进料物流的方向垂直。此第二速度分量与进入过滤室的进料速度无关，由膜过滤元件本身的运动或靠近膜过滤器表面的某个表面的运动来控制。另外，由于第二速度与进料泵无关，因此可以产生高得多的表面速度而不会有过多的压力降或泵能损耗。

在一项优选的实施方案中，使一圆筒形的膜过滤元件沿其垂直轴在压力过滤室中旋转。物料进入过滤室的底部并且在进料泵的作用下得到沿膜过滤器元件轴向的轴向速度和沿膜过滤元件转动方向与膜表面相切的第二速度分量。物料进入过滤室中，然后以螺旋形式沿膜表面移动。

切向速度只由膜过滤元件的旋转速度决定。一般来说，滤液流量随切向速度增加而增加。在此方法中，可以采用10-500米/分的切向速度，最好是50-200米/分。采用更高的切向速度的主要缺点是由于膜过滤元件的转动而产生剪切热量。因为产生的剪切热量与速度的平方成正比，所以必须选择一个最佳速度来防止过滤室中的晶体熔化。使用有冷却剂附属装置的带夹套的过滤室，可以使本方法能在较高的切向速度下操作而不会造成晶体熔化。

在清洗堵塞的膜过滤元件期间或是当需要得到具有高熔点的浓缩液级分时，也可以使用较高的切向速度。

速度的轴向分量决定了物料的螺旋形途径的螺距，因此也决定了物料在过滤室中的停留时间。通过控制在过滤体积内的物料螺旋形途径的螺距，有可能控制浓缩液的质量。较短的螺距造成了在过滤室内停留时间较长，因此浓缩程度较大。此停留时间与单位体积的进料物质和膜过滤元件接触的时间长短直接有关。停留时间越长，从浓缩物中被排除并透过膜过滤元件的三油精的数量越多。显然，轴向速度在决定浓缩液流的质量方面起主要作用。

轴向速度可以从0.005至10米/分变化，依进料物质、进料物流中的固体浓度和加工温度而定。

类似情况也适用于其它类型的动态过滤器。例如，当所用的过滤设备是转盘式过滤器时，进料泵提供了轴向速度分量，而在靠近膜过滤元件处的固体圆盘的旋转提供了切向速度。透过流量同样受切向速度控制，浓缩物的质量和生产速度则受轴向速度控制。在这一特定实施方案中，当进料从接近圆盘式动态过滤器的外径处引入时，物料以半径渐减的螺旋形式移动。

所用的过滤设备的具体类型并不重要，重要的是所过滤的流体有两个速度分量，第一个分量控制滤液流量，第二个控制浓缩液的质量和产生速度。

在一项优选的实施方案中，过滤设备是一个动态交叉流动微孔过滤器，其中的过滤介质本身旋转。优选的动态交叉流动装置包括使用旋转圆筒式过滤器的那些装置，例如在美国专利4，956，162、4，900，440、4，427，552、4，093，552、4，066，554和3，797，662中提到的那些。其它的这类装置公开在美国专利5，037，562中，该专利涉及油/液动态分离旋转圆盘过滤器系统。另一种旋转圆盘式过滤器叙述在美国专利3，997，477中，而美国专利4，956，102则涉及另一种旋转圆筒式过滤器。在本申请中提到的所有专利都作为参考文献并入本文。

熔化的脂肪可以连续地传送到过滤单元，例如用一个循环泵。当采用交叉流动过滤时，典型的循环压力是从约3到约15或20巴，最好是最高到约10巴。在给定的流速下，平均过滤流速可以是进料流速的约30%至约80%，而平均的浓缩物流速是进料流速的约20%至约50%。透过过滤器的液体级分可以再循环到加工槽中。被过滤器阻留在浓缩物一边的固体结晶材料可以泵送到第二贮料槽中。

进料中固体级分的数量随所要的产物而变。它可以在2%至60%之间变化，视具体的分级要求而定。当希望得到较大数目的特征完全确定的级分时，进料中的固体脂肪含量保持在约2%-10%。降低进料物流中的固体脂肪含量会降低进料的粘度，最终使加工速度提高。如前所述，快速冷却的问题之一是进料物流形成很高的粘度，结果使得用传统方法过滤即使是可行，也会非常困难。

现已发现，可以在过滤之前加水并保持脂肪晶体和脂肪液滴处于悬浮状态，来减小进料物流的粘度。如果过滤元件先用疏水性物质（例如脂肪）饱和，然后根据本发明的方法使用该元件，则可以将上述的脂肪晶体和脂肪液滴的水悬浮液过滤，而不让任何水进入滤液，水全部都保留在浓缩液中。

这种从滤液中选择性地排除水是可能的，只要施加在过滤元件上的压力不超过临界穿透压力，在该压力下脂肪将从过滤元件中被顶替走，水份将穿过滤器。此穿透压力将随具体的过滤元件的孔径数值、构成过滤元件的材料形式、该元件的几何形状、用来预浸过滤元件的具体的脂肪等因素而变。一般而言，此压力通常在约2到约20磅/平方英寸的范围内。当过滤元件是1.0微米级的金属圆筒过滤元件、而且该元件已在奶油中预浸过时，穿透压力约为6至10磅/平方英寸。因此，只要施加在过滤元件上的压力保持低于约8至10磅/平方英寸，水将不会透过。例如，可以使用一种自动的止回阀来保证施加在过滤元件上的压力不超过预定数值。

使用脂肪的水基悬浮液的这样一种实施方案只有在采用孔径较小的过滤器或膜时才能使用。一般来说，孔径必须在1.0微米左右或更小。

超过了穿透压力会使水顶替走膜孔内的一些油，最终使膜堵塞。

在本实施方案中使用一种旋转圆筒式动态过滤器，水的穿透压力将比静态膜的要高，因为，水比油重，结果在膜过滤元件旋转造成的离心力作用下被驱离膜的表面。

添加水还将影响产品质量，因为水会取代一些包封在硬脂精或浓缩物相中的三油精。使用水能在较低的过滤压力下操作，这也防止了晶体形成无法处理的团聚体。

脂肪来源

一般来说，脂肪中含有脂肪酸的甘油酯，其酸链从C₄至C₁₈变化。奶油含有的酸链是从C₄到C₁₈酸有饱和的或不饱和的共四种类型，有1到3个双键。植物脂肪的变化范围很大，有些以C₈酸为最短链长组分，例如棕榈仁油的情形，而另一些含有C₁₆酸作为最短链长的酸，例如豆油。大多数植物油含有C₁₈酸作为它们的最高链长的组分，而有些植物油则含有高达C₂₂的脂肪酸，例如花生油和菜籽油。

从大多数陆生哺乳动物得到的脂肪产品，例如猪油和牛油，含有C₁₄酸作为它们的最短链长组分，C_18-20作为它们的最高链长组分。另一方面，由海生动物得到的脂肪可含有相当多的C₂₂脂肪酸，它们中的一些可以是高度不饱和的，存在多达6个双键。

很容易了解，因为可能的天然脂肪来源如此多变，对各种脂肪产物进行分级的工艺变量可以有很大变化。但是，本发明的分级方法可以用于任何脂肪物质，与脂肪的来源以及是天然的或合成的均无关系。

可以根据本发明加工的具体的脂肪包括以下各种：

植物脂肪：巴巴苏油、蓖麻油、椰子油、玉米油、棉籽油、亚麻子油、奥蒂树籽油、橄榄油、棕榈油、棕榈仁油、花生油、油菜籽油（通常的和低芥酸的，例如从Canbra或Canola得到的）、红花油（通常的和高油酸的）、芝麻油、大豆油、葵花油、稻糠油、山茶油、紫苏油、大麻子油、吉贝油、茶籽油和桐油。

动物脂肪：奶油、猪油、牛脂

海生动物脂肪：鲸油、鲱油、沙丁鱼油和曼哈顿鲱油。

本发明将通过以下的非限制性实施例加以说明。

过滤装置说明

这些试验使用的圆筒式动态微孔过滤器（圆筒式DMF）是Sulzer Brothers有限公司（Winterthur，瑞士）的产品。Rebsamen等介绍过该设备（生物技术中的动态微过滤和超过滤，Rebsamen，E.和Zeigler，H.Proceedings of the World Filtration Congress Ⅳ，1986，（Ostend，B.））。也可参考美国专利4，066，554和4，093，552，它们并入本发明中作为参考文献。

所用膜过滤元件的说明

在这些实验中使用的膜过滤元件是从Pall公司（Glencove，NY）购得的各种等级的聚四氟乙烯膜和多孔金属膜PMM及PSS。采用的孔径为0.2、0.45、0.65、0.10、2.0、5.0和10.0微米。膜过滤元件的表面积为0.04平方米。它是将膜以紧密不漏的方式围绕着多孔圆筒形载体而制成的。圆柱的直径为0.06米，长0.2米。这形成了0.04平方米的总过滤表面。

方法

方法A：奶油的熔融和净化

将测量过数量的冰冻奶油放在容器内加热到约60℃。使奶油保持在此温度，直到看不出有未熔化的部分。然后将其静置15分钟。一般会形成三相：一个富含水的底层，一个中间的油层和含有多种固体的第三层。将顶层撇去，油层则倒入另一容器中。然后将倒出的油层用一个10微米的HDC过滤器过滤。收集滤液并冰冻之，直到进一步使用，或将其保持在60℃，然后进一步加工。

方法B：温度处理以形成可过滤的结晶

方法B1：用一个尺寸合适的带夹套容器作为加工容器。用循环热水将奶油热至60℃，在此温度下保持10分钟。然后用冷的传热的冷流体代替热水以便按照所希望的方式降低奶油的温度，一般是约0.5-5℃/分。当奶油温度已达到加工温度的90%左右时，用比加工温度低几度的流体代替冷却流体，持续一段合适的时间，最好是约30分钟。在整个过程中用锚形叶轮温和地搅动奶油。

方法B2：将方法A处理过的奶油快速冷却到-5℃。静置约15分钟，然后用合适的传热介质将奶油温和地加热到加工温度。

方法B3：将方法A中的奶油转移到带夹套的容器中缓慢冷却。一般在此过程中奶油被缓慢冷却（0.01-0.2℃/分）。进行此种处理以形成大晶体。此处理是利用加工容器夹套中的传热流体进行的。用坡升一均热型（ramp and soak type）温度控制器将热水的温度预编程序。

方法C：圆筒式动态微孔过滤器的操作

在操作之前先用热碱液将设备消毒，然后用去离子水冲洗，空气干燥。接着将前面提到的膜过滤元件装入动态微孔过滤器（DMF）中。用排液泵将欲过滤的流体从加工桶泵入圆桶式DMF中。用联接在浓缩液部分上的第二台泵或卸压阀来控制浓缩液的数量。在实验过程中的不同时间，通常是每隔10分钟，记录进料、滤液和浓缩液的温度及流速以及进料压力。圆筒式DMF的标准操作条件是转速为600转/分、进料压力为2.0-8.0巴。此装置的所有实施例均用恒定的进料流速进行。

各级分的质量和流量取决于多种因素。它们可总结如下：

进料特点

φ（T）：一定温度下进料中的固体脂肪含量%。如果进料流是正常的奶油，则φ（T）是确定的，用φ′（T）表示。

W：用体积%表示的水浓度。

结晶过程

Cr：结晶期间的冷却速度，℃/分

τh：结晶期间的保持时间，分

Th：保持的温度

过滤过程

Tf：过滤温度，℃。在整个过滤步骤中将要过滤的流体保持在此温度下。因为过滤过程中会产生一些热量，所以Tf通常比Th高几度，是在过程单元中停留给定的时间达到的稳态温度。此参量在很大程度上受Va和Vr的影响。

Pf：过滤压力，巴。

Va：轴向速度，米/分。

Vr：切向速度，米/分，只由膜过滤元件的转速确定。随着Vr增加，滤液一般会增加。此速度分量的增加也会产生更多的热量。

ψ：膜的孔径，微米

τ：流体在过滤室内的平均停留时间，分。

分析方法的描述：

碘值

磺值是脂肪样品中不饱和度的量度，根据美国油化学家协会的方法Cd 1-25测量。

示差扫描量热法（DSC）

将20-30毫克脂肪样品置于铝坩锅中。测量室用氦清洗（50毫升/分）。然后将奶油加热到80℃并保持10分钟以消除先前的受热史。以10℃/分的速度将样品冷却到-40℃。将样品在-40℃至80℃的范围内以10℃/分的速度加热，监测晶体的熔化。所报导的数据是用焦耳/克表示的样品在6℃（代表液态级分）和24℃（代表固体级分）交换能量的积分值。

用脉冲NMR测得的固体脂肪含量

用一台Bruker公司mini-spec型脉冲NMR仪测定样品在特定温度下的固体脂肪含量。所采用的技术是根据美国油化学家协会的方法Cd 16-81。此处报道的数据是样品在25℃的固体脂肪含量（SFC）。

实施例

将奶油加热到约60℃的温度以便其完全熔化并消除任何受热史，用沉降法除掉水。然后将熔化的脂肪通过高污物容量的过滤器过滤，使用10微米的过滤器除掉任何外来的固体或污物。接着将预过滤的熔融奶油转移到带夹套的10升加工容器中，在其中保持15分钟。

利用容器夹套中的冷水以约3到5℃/分的冷却速度将奶油骤冷到约35℃，同时保持温和的搅拌。然后以可控方式将奶油冷却到约28至30℃。奶油在此温度下保持约30到40分钟。

用循环泵将奶油连续地转移到动态微孔过滤器过滤单元中。循环压力约为3.6巴。在200毫升/分的流速下，平均滤液流速约为140毫升/分，而浓缩物平均流速约为60毫升/分。以150转/分的转速操作装有孔径为2.0的不锈钢膜的动态微孔过滤器。将透过过滤器的液体级分再循环到加工桶中。被过滤器阻留在浓缩液一边的固体物质则泵送到第二贮槽中。滤液流量在稳态时达到3.0磅/分/平方米。

浓缩液中含有相当大量的较高熔点的甘油三酯，主要是硬脂精，相比之下，滤液中主要是三油精，其情形如图1和2所示，它们分别是硬脂精级分和三油精级分的示差扫描量热图。

图3表示对比实施例的样品进行固体脂肪含量（SFC）分析的结果，用脉冲NMR测得。很显然，与进料相比，硬脂精在各个温度都有较高的SFC，而滤液（油精）的SFC则低得多。

实施例1-2

死端过滤

实施例1

为确定结晶条件对传统的死端过滤的影响，进行三个实验。用方法A将三磅奶油预处理。然后将其分成每份1磅的三份，用方法B1、B2和B3结晶。每种情形的结晶温度都保持为25℃。随后用装有0.65微米Ultipor

膜的90毫米压力过滤夹具将预处理过的奶油过滤。在所有三种情形里，在压力升高到不能继续过滤之前，都只有几滴三油精透过膜。

实施例2

用孔径较大的膜（10微米HDC）重复实施例1。此时发现用方法B3冷却的油的滤液总体积最大（95毫升）。其它两种冷却方法的滤液总体积几乎相同，约为65毫升。

实施例1和2表明，不管油的冷却方式如何，在以死端过滤方式操作时，滤液的流量将由于在膜表面上形成滤饼而逐渐减少至零。膜的孔径越小，膜的堵塞发生越快。

实施例3-7

在不同过滤温度下和用不同孔径的膜达到的流速和质量

实施例3

10磅奶油用方法A预处理，然后用方法B1结晶到29℃。将奶油以约1℃/分的速度从60℃冷却到26℃。再保持此条件30分钟，在此期间奶油的温度达到28℃。在此保持期结束时，将温度处理过的奶油以约0.35磅/分的速度泵入动态微孔过滤器。在动态微孔过滤器中装有一孔径为2.0微米的金属膜过滤元件PMM。此动态过滤器按前述方式操作。

典型的操作条件是转速为600转/分，切向速度为120米/分，过滤压力4-5巴。其它的操作条件列在表1中。利用在动态微孔过滤器夹套中的冷却剂将过滤温度保持在28℃左右。继续过滤，直到供送的奶油过滤完。将滤液和浓缩液收集在分别的容器中，每隔几分钟监测各自的流速和物流温度。这些数值的平均值和固体奶油含量数据列在表2中。

实施例4

重复实施例3，但是过滤温度降低到25℃。加工条件列在表1中。流量和固体脂肪含量数据则列在表2中。

实施例5

重复实施例3，但是使用孔径1.0微米的聚合物膜。结晶的保持时间为1小时，过滤温度为29℃。加工条件列在表1中。流量和固体脂肪含量数据列在表3中。

实施例6

重复实施例5，但是过滤温度采用26℃。加工条件列在表1中。流量和固体脂肪含量数据则列在表3中。

实施例7

重复实施例4，但是用0.1微米的膜作为分离介质。加工条件列在表1中。流量和固体脂肪含量数据列在表4中。

实施例3和4在相似的条件下进行，但是实施例4中使用的过滤温度较低。如表2所示，生产速度受加工温度的影响。过滤温度还显示出对产物质量有影响。在实施例3中，滤液级分变化11%，浓缩液级分变化24%。在较低温度下操作，例如在实施例4中，此差别分别改变成17%和46%。

在比较实施例5和6时得到类似的结果，这些实施例用聚合物膜在相同的条件下进行，只是过滤温度不同。在奶油的情形里温度的影响特别显著，因为固体脂肪含量可以从32℃的约2%增加到15℃时的约60%。

使用不同孔径的膜的作用可以通过比较实施例4、6和7来估计。正如所预料的，当使用孔径较小的膜时，滤液流速将减小。这一减小与净水流量的减小的比例大致相同，说明此效应纯粹是由于较小孔径的膜的阻力增加。

在使用较小孔径的膜时产物的质量改善。表2、3和4表明在使用较小孔径的膜时滤液质量有显著提高。浓缩液级分的质量不完全取决于所用膜的孔径，但是与采用的轴向速度很有关系。与实施例6相比，实施例7中固体脂肪含量较低显然是由于采用了较高的轴向速度，据信这造成了某些液体级分被夹带在浓缩物中。

实施例8、9A和9B多次分级

实施例8

重复实施例4，但是进料是实施例的滤液级分，而不是通常的奶油。加工条件列在表5中。实施例得到的数据列在表6。

实施例9A

重复实施例4，数据列在表9。收集滤液作为实施例9B的进料。

实施例9B

重复实施例9A，但是所用的进料是实施例9A的滤液，而且所用的膜的孔径为0.65微米。数据列在表5中。

实施例8、9A和9B表明一个单独的进料物流可以用几种不同方式加工以制得性质上有相当大差别的各个级分。在实施例9B的情形，滤液级分与实施例9A的原始进料有很大差别。

这些实施例还表明，选择合适的过滤温度和所用膜的孔径，各级分的性质可以根据需要订制。

实施例10-11加入水的影响

实施例10

重复实施例4，不同之处在于，在温度处理之前向奶油中加入4%重量的水，并且采用2巴的过滤压力。数据列在表8中。与实施例4相比，可以清楚地看出当使用水时分级的程度改进。

实施例11

重复实施例6，不同之处在于，在温度处理之前向奶油中加入4%重量的水，并且采用2巴的过滤压力。数据列在表9中。

实施例4和10在相同条件下进行，但是实施例10中加水并采用较低的过滤压力。表8表明，把水加到脂肪中使每单位压力降的滤液流量增加。还看到了滤液质量的显著提高。实施例6和11的比较显示出类似的结果。应该注意，实施例11的浓缩液级分比实施例6的质量低，这可能是由于实验期间对轴向速度控制不好而在浓缩液中夹带了部分液体。

实施例12

重复实施例4，但是使用10微米的膜过滤元件。与进料物流相比，滤液和浓缩液级分中看不出有明显的变化。因此，孔径为10微米或更大的膜对于在本发明中实际使用显然是太大了。

Claims

1、一种将含有脂肪甘油酯混合物的脂肪组合物分级成两个或更多级分的方法，该方法包括：将脂肪组合物加热到所有的脂肪甘油酯均呈液态的某一温度；将该液化的脂肪组合物冷却到预定的温度，在此温度下至少一部分脂肪甘油酯以固体形式存在，冷却速度至少约为每分钟0.5℃，以便形成所述的部分脂肪甘油酯晶体的悬浮液，该晶体的粒度为约0.1至约50微米；用动态微孔过滤法将所形成的悬浮液过滤，形成基本上不含晶体的第一滤液和所述晶体浓度增加的第一浓缩液。

2、权利要求1的方法，其中所述滤液中保留着原始脂肪组合物的嗅觉和味觉特点。

3、权利要求1的方法，其中所述脂肪组合物是奶油。

4、权利要求1的方法，其中所述的脂肪甘油酯晶体的悬浮液经过一个有效孔径约为0.2至0.65微米的微孔过滤器过滤。

5、权利要求4的方法，其中滤过膜的流量至少约为100磅/小时/平方米。

6、权利要求1的方法，其中从开始冷却到除掉脂肪甘油酯晶体的时间约为1小时或更短。

7、权利要求6的方法，其中将脂肪组合物加热到从约45℃到约75℃的某一温度。

8、权利要求7的方法，其中脂肪组合物在所述的高温下保持的时间少于约10分钟。

9、权利要求1的方法，其中将第一浓缩液加热到所有剩余组分均呈液态的某一温度;将该液化的第一浓缩液冷却到预定的温度，在此温度下至少一部分脂肪甘油酯以固体形式存在，冷却速度至少为每分钟约2℃，以形成所述的部分脂肪甘油酯晶体的悬浮液，该晶体的粒度约为0.1至50微米;将所形成的悬浮液过滤，形成基本上不含晶体的第二滤液和晶体浓度增加的第二浓缩液。

10、权利要求9的方法，其中对第二浓缩液重复该分级方法，形成第三滤液和第三浓缩液。

11、权利要求10的方法，其中起始的脂肪组合物选自巴巴苏油、蓖麻油、椰子油、玉米油、棉籽油、亚麻子油、奥蒂树籽油、橄榄油、棕榈油、棕榈仁油、花生油、油菜籽油、红花油、芝麻油、大豆油、葵花子油、稻糠油、山茶油、紫苏油、大麻子油、吉贝油、茶籽油、桐油、奶油、猪油、牛脂、鲸油、鲱油、沙丁鱼油和曼哈顿鲱油。

12、权利要求1的方法，其中在过滤之前先用疏水性物质将过滤器饱和，在过滤之前向液化的脂肪组合物中加水，用已被疏水性物质饱和的过滤器过滤含水的液化脂肪组合物，过滤时的压力不超过临界穿透压力，因为在该压力下疏水性物质会被从过滤器中顶替走，水则会透过滤器。

13、权利要求12的方法，其中的脂肪组合物选自巴巴苏油、蓖麻油、椰子油、玉米油、棉籽油、亚麻子油、奥蒂树籽油、橄榄油、棕榈油、棕榈仁油、花生油、油菜籽油、红花油、芝麻油、大豆油、葵花子油、稻糠油、山茶油、紫苏油、大麻子油、吉贝油、茶籽油、桐油、奶油、猪油、牛脂、鲸油、鲱油、沙丁鱼油和曼哈顿鲱油。

14、一种减少脂肪组合物中细菌含量的方法，它包括将脂肪组合物加热到所有的脂肪甘油酯均呈液态的某一温度，将液化的脂肪组合物用动态微孔过滤法过滤，以形成细菌含量减少的第一滤液和细菌含量增加的浓缩液。

15、权利要求14的方法，其中滤液保留着原始脂肪组合物的嗅觉及味觉特征。

16、权利要求14的方法，其中的脂肪组合物是奶油。

17、权利要求14的方法，其中的液化脂肪组合物经过一个有效孔径约为0.2到0.65微米的微孔过滤器过滤。

18、权利要求14的方法，其中的脂肪组合物选自巴巴苏油、蓖麻油、椰子油、玉米油、棉籽油、亚麻子油、奥蒂树籽油、橄榄油、棕榈油、棕榈仁油、花生油、油菜籽油、红花油、芝麻油、大豆油、葵花子油、稻糠油、山茶油、紫苏油、大麻子油、吉贝油、茶籽油、桐油、奶油、猪油、牛脂、鲸油、鲱油、沙丁鱼油和曼哈顿鲱油。