◎ 童愈元，蒋守业，余华峰

（国粮武汉科学研究设计院有限公司，武汉 430079）

在储存、运输与灌装等环节，食用植物油中饱和程度较低的脂肪酸甘油酯的稳定性差，易发生氧化酸败。各种油脂长期储存后都会出现不同程度的氧化酸败，油脂氧化后先产生过氧化物，而后分解或聚合成多种产物，如醛类、酮类、醇类等，从而导致油脂风味劣变。过去为中断氧化反应，阻止形成过氧化物，以防止油脂酸败，通常采用添加抗氧化剂。但是天然抗氧化剂的成本较高，而氮气作为一种易制作且性质稳定的惰性气体，能有效将油脂与氧气隔绝，从而提高油脂稳定性，继而延长油脂的保质期。

1 充氮系统工艺

现有充氮系统工艺主要有罐顶氮封充氮、罐底循环充氮、油罐进油口在线充氮3 种方式，下面一一介绍3 种工艺方式的优劣。

1.1 罐顶氮封充氮

罐顶氮封系统如图1 所示，氮气在充入罐体之前需进行减压，压力一般为1 kPa 左右，通过1 组减压阀和大管径与罐顶连接，使油罐顶部充满氮气，起到隔绝氧气氮封的作用。

图 1 罐顶氮封充氮示意图

为保持油罐顶部氮气压力稳定，对氮封系统加以控制，装置配备氮气调节阀与呼吸阀。当油罐出油时，开启出油口阀门，罐内液位下降，此时，增大氮气调节阀开度，向罐内补充氮气使液面上方压力增加到设定值，而当出油的速度过大，氮气来不及补充时，此时呼吸阀可自动开启并吸入空气来维持压力稳定；当油罐进油时，关闭出油口阀门，开启进油口阀门，罐内液位上升，气体部分容积减小，氮气压力上升，此时氮气调节阀自动关闭，为保持压力稳定，在压力控制器作用下，呼吸阀向罐外排出氮气，使液面上方压力降低到设定值。此套装置的压力安全保障系统全靠呼吸阀来实现，所以，应在罐顶设置2 套呼吸阀。为防止呼吸阀和氮封系统同时失灵，出现储罐内超压或负压的情况，还可采取从罐顶接入管道至液封罐，这样又需要多增加1 套装置，从而增加成本，此功能都可通过设置2 套呼吸阀来完成。在罐顶管道连接上，氮气供气管接口需远离呼吸阀接口，并由罐顶部插入储罐内约200 mm，这样氮气进罐后不直接被排出，以达到氮封目的。

1.2 罐底循环充氮

罐底循环充氮即油罐内先进油，而后将氮气从罐底通入罐内，其原理是使氮气与油充分混合，循环一定的时间，从而替换排出油中所溶解的氧气，进而融入油中的氮气在溢出的过程中，逐步替换液面上部空间的空气。在这个过程中，使得油罐中油和空气中的氧含量降低，从而抑制油脂氧化、提高油脂的稳定性[1]。其充氮工艺一般有2 种方式：①通过输油管道，从油罐下部直接充入氮气的方式进行。此时进油管伸入罐中心底部，利用底部进氮气的压力使罐内油品翻滚，达到强行替换氧气的作用。②如图2 所示，在油罐边上设置溶气泵，将油罐内的油循环，在溶气泵的进口泵腔内通入一定量的氮气，使油与氮气充分混合。通过进油口将植物油输送至油罐内，当油品的液位到达一定高度后再启动溶气泵，溶气泵在运转时，通过信号控制打开电磁阀，将调节过流量与压力的氮气通过进气接管进入溶气泵腔体，同时，与从油罐侧边出口进入溶气泵的植物油在泵内加压混合，而后通过溶气泵与罐内循环管，将其泡状气液混合物输送至油罐底部，从而置换溶解于油中的空气，继而油脂沉淀，氮气与空气向上穿透油层，释放至液面上部空间，并从呼吸阀中排出，在此反复循环过程中，将油中的氧气逐渐置换，同时，液面上部剩余空间的空气也被氮气替换而排出[2]。

图 2 罐底溶气泵循环充氮示意图

1.3 油罐进油口在线充氮

油罐进油口在线充氮是指在油罐进油的过程中，将氮气直接充入进油管道，使油与氮气一起进入罐内，使罐内充满氮气，起到充氮和氮封作用。图3 为进油口在线充氮示意图，如图3 所示，在线充氮系统包括充氮管、油气混合装置与呼吸阀。充氮管接于安装在进油管上的油气混合装置，氮气通过此装置可实现进油的同时，将油与氮气进行充分混合，而后一起进入油罐中，从而实现在线充氮的功能。其氮气逸出置换氧气的原理与罐底循环充氮一样。为保证油罐压力稳定，安全进出油，同样需要在罐顶设置2 套呼吸阀，其原理也与以上2 种方式一样。

图 3 进油口在线充氮示意图

对于以上充氮系统的氮气计量控制系统，一般设置如下：氮气→手动调压阀→单项节流阀→气体流量计→电磁阀→氮气。

以上形式充氮系统的油罐都需设置呼吸阀、微压压力变送器，对油罐内的压力进行监测，以保证油罐的安全使用。

2 不同生产环节适用的充氮系统工艺

2.1 油脂储存

在油罐内储存的过程中，油脂一直保持在静置状态，油脂中的水分、杂质会沉积到罐底，形成沉积物，静置的油脂仅有油面与顶部气体接触，接触面小。当采取罐底循环充氮时，油罐内的油脂会产生翻滚，沉积在罐底的水分、杂质会重新混合，增大了油脂与罐内气体的接触概率，在缓解油脂氧化方面，其效果不如罐顶氮封充氮工艺理想。所以，在一般储存油品的环节，采取进油口在线充氮的方式较合适，在储存一级成品油的油罐内，采取进油口在线充氮与罐顶氮封相结合的方式。

2.2 食用油调配

在食用油调配的工艺系统中，成品油需要在罐内进行循环，调配为调和油，此时油品不是静置储存的状态，而是不断混合、搅动的状态，所以，选择配置溶气泵的罐底循环充氮系统较合适。

2.3 食用油灌装

在食用油灌装阶段，使用氮气将瓶内的氧气置换出来，不仅可以防止油脂氧化，还可增加瓶内的压力，使其大于大气压力，从而有效减少憋瓶现象。在灌装前进行在线充氮[3-5]，融于食用油中的高纯度氮气在灌入瓶内时气液分离，随着油瓶内的液位上升，食用油中的氮气持续被排出，瓶内的空气被迅速排出，其含氧量也逐渐减小，以此提高瓶装油的稳定性。此种方法可操作性比较强，也无需配备较多成套设备，对灌装机也没有什么特殊要求，是目前灌装线应用较广泛的方式。

2.4 吹扫工艺

在油罐与管道更换油品时，需要将管道内的油吹回油罐排出，或是将附着在管道内的残油清除干净，也需要使用高流速的氮气进行吹扫，从而既可以减少因更换油品而造成的新老油品的混合污染程度，又可通过吹扫充入的氮气而降低管内壁的金属氧化速度，所以，使用氮气吹扫管道比压缩空气吹扫更加适用于成品油系统。

3 结论

充氮系统被广泛应用于食用油的储存、调配、灌装与管道吹扫工艺中，以保证油品的品质，对减缓油脂的氧化酸败起到了积极的作用。综上所述，对于中长期需要储存的油脂，采取罐顶氮封工艺；对于需要进行调配的油脂，采取配置溶气泵的罐底循环充氮系统工艺；对于一般生产运输特别是灌装的系统，采取进油口在线充氮工艺；对于清除管道内的油脂或者更换油品则使用氮气吹扫工艺。