相玉琳，焦玉榮，王立鵬

(榆林學(xué)院 化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 榆林 719000)

地溝油實(shí)際上是一個(gè)泛指的概念，是人們?cè)谏钪袑?duì)于各類廢棄油脂的統(tǒng)稱。其成分復(fù)雜，含有大量有毒物質(zhì)，一些不法分子將地溝油勾兌于食用油中，嚴(yán)重?cái)_亂社會(huì)秩序，危害人類健康。因此如何將其無(wú)害化利用已成為人們?cè)絹?lái)越關(guān)心的話題，而以目前的技術(shù)，無(wú)論是制備生物柴油還是生產(chǎn)洗衣粉、肥皂，都需要首先進(jìn)行脫色處理[1]。這樣不僅可以減少對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)也有利于實(shí)現(xiàn)地溝油的最佳利用，并且也可有效遏制地溝油流入食用油市場(chǎng)，對(duì)維護(hù)食品安全有著重要意義。

目前常用的脫色方法主要有吸附脫色、化學(xué)脫色、非化學(xué)脫色等[2-4]。其中吸附脫色法是依靠吸附劑選擇性脫色來(lái)除去色素及其他雜質(zhì)[4]。常用的吸附劑有活性白土、活性炭等；化學(xué)法脫色主要包括熱化學(xué)脫色、氧化脫色、還原脫色等[5]。

本文在前期研究的基礎(chǔ)上采用吸附與化學(xué)聯(lián)合的方法對(duì)地溝油進(jìn)行脫色處理。擬采用粉煤灰聯(lián)合雙氧水對(duì)地溝油進(jìn)行脫色研究，考察雙氧水以及粉煤灰用量、攪拌時(shí)間、溫度等因素對(duì)脫色效果的影響，并利用響應(yīng)曲面優(yōu)化法，確定最佳脫色工藝參數(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料

地溝油取自榆林市榆陽(yáng)區(qū)某食堂，粉煤灰取自榆林市某煤電廠。H2O2為化學(xué)純，購(gòu)于天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.2.1原材料預(yù)處理

地溝油在低溫時(shí)為固態(tài)，為了除去不溶性雜質(zhì)，需要把地溝油置于電熱套中加熱并趁熱用抽濾機(jī)過(guò)濾。

粉煤灰置于燒杯中在150℃恒溫干燥箱中活化2h，活化后的粉煤灰置于干燥器中待用。

1.2.2 脫色實(shí)驗(yàn)

將10g地溝油盛于容積為50mL的燒杯中，在數(shù)顯集熱式磁力攪拌器中進(jìn)行脫色試驗(yàn)。通過(guò)變化雙氧水添加量(0.3～1.8 mL)，粉煤灰投入量(0.1～0.8g)，攪拌時(shí)間(5～30min)，水浴溫度(40～90℃)，確定最佳脫色條件。

1.3 分析方法

采用722N可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定地溝油的吸光度。以蒸餾水作參比，用1cm比色皿，經(jīng)過(guò)測(cè)定可知，實(shí)驗(yàn)油脂的最大吸收波長(zhǎng)410 nm，在此波長(zhǎng)下實(shí)驗(yàn)用油的吸光度為1.698。

脫色效果(R)采用下式(1)計(jì)算[6]。

(1)

式中，A0表示脫色處理前地溝油的吸光度，A為脫色后油脂的吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1雙氧水對(duì)脫色率的影響

圖1雙氧水對(duì)脫色率的影響

由圖1可知，脫色效果隨著雙氧水用量的增加而增大，當(dāng)雙氧水用量超過(guò)0.9mL后，脫色率開(kāi)始變小，油脂出現(xiàn)乳化現(xiàn)象。雙氧水用量的增多可以使油脂中羥基自由基增加，有利于其中有色成分的降解，但是當(dāng)超過(guò)一定量后，就可能導(dǎo)致局部過(guò)氧化，使色素凝集，造成脫色效果下降。因此雙氧水的最佳用量為0.9mL(占油質(zhì)量的8.79%)。

2.1.2 粉煤灰對(duì)脫色率的影響

由圖2可知，粉煤灰用量在0.1～0.6g時(shí)，脫色率隨粉煤灰用量的增大而增大，這是因?yàn)榉勖夯疫x擇性吸附的比表面積增大，從而吸附作用增強(qiáng)，當(dāng)粉煤灰用量繼續(xù)增加，脫色率無(wú)明顯變化，這可能是因?yàn)榉勖夯疫x擇性吸收的色素已基本吸收完畢，與溶液中的色素達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡。因此粉煤灰的最佳用量為0.6g。

圖2 粉煤灰對(duì)脫色率的影響

2.1.3攪拌時(shí)間對(duì)脫色率的影響

圖3 攪拌時(shí)間對(duì)脫色率的影響

在脫色時(shí)間為5～25min內(nèi)，脫色率隨脫色時(shí)間的推移而逐漸增大，這說(shuō)明在這段時(shí)間內(nèi)，地溝油與粉煤灰、雙氧水充分接觸。當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到25min以后，脫色率基本不變，表明反應(yīng)可能已近完成。因此攪拌的最佳時(shí)間范圍為20～30min。

2.1.4反應(yīng)溫度對(duì)脫色率的影響

溫度在40～60℃時(shí)，隨著反應(yīng)溫度的升高，脫色效果隨著反應(yīng)溫度的提高而顯著增加，當(dāng)反應(yīng)溫度升高到60℃左右時(shí)脫色效果最好。當(dāng)溫度繼續(xù)升高，脫色率反而降低。這可能是溫度過(guò)高加速了雙氧水的分解，也可能是溫度過(guò)高導(dǎo)致了粉煤灰的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，從而導(dǎo)致了其脫色率的降低。

圖4 反應(yīng)溫度對(duì)脫色率的影響

2.2 響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)結(jié)果

四因素三水平響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)安排及結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)安排與結(jié)果

231.20(1)0.60(0)20.00(-1)60.00(0)69.8241.20(1)0.70(1)25.00(0)60.00(0)76.2251.20(1)0.60(0)30.00(1)60.00(0)67.8261.20(1)0.60(0)25.00(0)70.00(1)69.8270.90(0)0.50(-1)20.00(-1)60.00(0)64.2280.90(0)0.70(1)30.00(1)60.00(0)65.8290.60(-1)0.70(1)25.00(0)60.00(0)68.2

以脫色率為響應(yīng)值建立模型，假設(shè)Y代表脫色率，X1、X2、X3、X4分別代表雙氧水用量，粉煤灰用量，攪拌時(shí)間和反應(yīng)溫度，利用Design-Expert軟件得到二次多項(xiàng)回歸模型如下式(2)所示:

(2)

由數(shù)學(xué)模型得出當(dāng)雙氧水量為0.91mL，粉煤灰量0.60g，攪拌時(shí)間24.85min，溫度60.93℃，脫色率達(dá)到最大，最大值為80.0191%。

為了驗(yàn)證該模型的有效性，同時(shí)考慮實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有儀器精度問(wèn)題，在最佳條件附近進(jìn)行三組平行試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)表2。發(fā)現(xiàn)在該條件附近，地溝油脫色率實(shí)驗(yàn)值與模型預(yù)測(cè)值十分接近。說(shuō)明該模型可以較好地描述地溝油的脫色過(guò)程。

表2 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

本研究以地溝油為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行脫色研究。通過(guò)單因素試驗(yàn)及響應(yīng)曲面分析，得出最佳脫色工藝條件為：在地溝油中加入0.91mL的雙氧水以及0.60g的粉煤灰，加熱至60.93℃，攪拌24.85min即可以達(dá)到最佳脫色效果(80.0191%)。在近似該條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，所得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模型預(yù)測(cè)值十分接近，說(shuō)明該模型在實(shí)際生產(chǎn)中具有較強(qiáng)的可應(yīng)用性，可為后續(xù)研究提供一定的理論依據(jù)。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)，經(jīng)脫色處理后的油脂在經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)間的靜置后，其顏色變淡，達(dá)到了用于工業(yè)化生產(chǎn)原料的條件，實(shí)現(xiàn)了資源利用率的提高，可為生產(chǎn)肥皂、生物柴油等下游產(chǎn)品提供原材料，并且可以在一定程度上解決廢棄油脂回流進(jìn)入食用油市場(chǎng)和污染環(huán)境的問(wèn)題，具有一定的社會(huì)、環(huán)保以及經(jīng)濟(jì)效益。