乳化剂对专用油脂晶体网络多尺度结构的影响及控制机理研究

With the improvement of the people living's standard, as the major problem in plastic oils indusry, the sandiness in palstic oils has been paid more and more attention. This program focuses on the effect of emulsifiers on the improvement of the quality of plastic oils, is aimed at the internal mechanism of the effect of emulsifiers on the crystallization behavior, multi-structure of crystal network and physical properties of plastic oils, and will investigate the variation of solid-liquid conversion, crystal transition, grain growing, viscoelasticity and hardness of plastic oils after adding the emusifiers. Various modern analytical instruments will be used to illustrate the change of the multi-scale structre (lamella, nanoplatelets and crystal agglomerate) of the crystal network with the emulsifiers, express of the mechanism between the emulsifiers and the multi-scale structre of crystal network, bulid the models which relating the emulsifiers with the multi-scale structre of the crystal network and pysical properties of plastic oils and find the key control point of emulsifiers on the multi-scale structure network which will be used to rationally control the quality and structure of plastic oils. This research will provide a scientific basis for the solution of the sandiness in plastic oils which is the key scientific problem in oil industry, and will propose scientific theory foundation for control administration production of plastic oils with high quality.

专用油脂的起砂问题是目前国内外专用油脂行业的一大难题，随着人们生活水平的提高，该问题愈来愈受到关注。本项目将乳化剂引入专用油脂起砂问题的改善研究中，以掌握乳化剂分子对专用油脂结晶行为、晶体网络多尺度结构及物理性质变化间内在机制为研究目标，系统地考察添加乳化剂之后专用油脂的固液转化、晶型转变、颗粒生长等结晶行为以及粘弹性、硬度等物理性能变化规律。借助现代分析手段研究油脂的晶体网络多尺度结构（纳米甘油三酯分子层、纳米小板、微米的晶体束）随乳化剂种类及用量的变化规律，揭示乳化剂分子作用下油脂晶体网络多尺度结构变化所遵循的机制，建立关联乳化剂、油脂晶体网络多尺度结构及宏观物理性能的模型，找到乳化剂对专用油脂晶体网络多尺度结构的控制点，理性控制专用油脂结构及品质。本项目的研究成果为解决和预防专用油脂的起砂这一油脂行业难题提供科学依据，为高品质塑性脂肪的可控化生产奠定基础。

专用油脂的起砂问题是目前国内外专用油脂行业的一大难题，随着人们生活水平的提高，该问题愈来愈受到关注。本项目将乳化剂引入专用油脂起砂问题的改善研究中，以掌握乳化剂分子对专用油脂结晶行为、晶体网络多尺度结构及物理性质变化间内在机制为研究目标。以棕榈油为主，选择单硬脂酸甘油酯（Glycerin Monostearate，GMS），单棕榈酸甘油酯（Glycerol Monopalmitate，GMP），单棕榈酸山梨糖醇酯（Sorbitol Monopalmitate，SMP）作为乳化剂添加到其中，添加量分别为0、1%、2%、4%；获得乳化剂对油脂的固体脂肪含量、同质多晶衍变、等温结晶行为、结晶熔化曲线、质构及流变特性的影响规律。利用电子显微技术及小角X射线散射研究乳化剂分子对专用油脂晶体多尺度结构（纳米级的甘油三酯分子层及纳米小板、微米尺度的晶体束）影响规律。获得主要结论如下：.加入了不同种类及浓度的乳化剂的塑型脂肪所得的晶型均为β′型，乳化剂则是通过影响纳米小板的大小进而影响晶体的大小及分布来影响塑性脂肪的宏观物理性质的。对于与样品含有相同脂肪酸但是分子结构不同（单棕榈酸山梨糖醇酯）的乳化剂，明显增加结晶速率，缩短了结晶时间，生成不同尺度大小的纳米甘油三酯分子层，显著促进甘油三酯分子层的叠加，但降低纳米小板的长度，同时抑制纳米小板的进一步聚集，降低晶体尺寸。对于与样品含有相同脂肪酸且分子结构相同（单棕榈酸甘油酯）的乳化剂，则同样促进甘油三酯分子层的叠加，使纳米小板的厚度成为空白样品的2倍，但纳米小板长度大小不一，同时抑制纳米小板的进一步聚集，降低晶体尺寸，但抑制效果弱于含有相同脂肪酸但是分子结构不同的乳化剂。对于含有不同脂肪酸且分子结构相同（单硬脂酸甘油酯）的乳化剂，则同样促进甘油三酯分子层的叠加，使纳米小板的厚度成为空白样品的2倍，但延长了纳米小板的长度，同时抑制纳米小板的进一步聚集，降低晶体尺寸，但效果弱于含有相同脂肪酸且分子结构相同的乳化剂及含有相同脂肪酸但是分子结构不同的乳化剂。获得乳化剂与塑性脂肪多尺度结晶网络结构及宏观性质之间关系的研究中最佳的神经网络模型，结构为9-13-2型。该研究结论对于应用乳化剂去改善塑性脂肪的品质具有重要的指导意义及理论依据。