食用油和食品级润滑油在食品机械润滑中的应用对比分析

　　摘要：食品安全一直是当今社会关注的焦点问题，针对食品生产过程中食品机械润滑剂的选择和使用仍没有明确的国家标准可以参考和执行，而食品生产行业对于食用油是否可以用于食品机械的润滑仍存在很大的争议。因此本文针对食用油和食品级润滑油在润滑领域应用的优缺点进行了简要的对比分析，结果显示由于食用油存在诸多性能缺陷，很难满足现代食品加工机械各种工况条件下的润滑要求，同时也指出食品生产行业使用食品级润滑油的必要性以及制定相关行业标准法规的紧迫性。

　　关键词：食品机械润滑；食用油；食品级润滑油；食品安全

　　随着人们生活水平的日益提高，食品的安全性问题越来越成为人们关注的焦点，其中转基因食品、食品添加剂的选择以及过量使用逐渐成为现今社会讨论的热点话题。在食品安全问题中，除了原材料选择环节，常忽视食品加工过程中所使用的食品机械及其可能存在的安全隐患。由于部分食品机械在生产过程中不可避免要与食品发生接触，所以这些机械在运转过程中所使用的润滑剂也存在与食品发生接触的可能性，因此美国国家卫生基金会（NSF）详细规定了3类可用于食品、医药、化妆品等行业加工设备上的专用润滑剂。① H1。用于在食品加工过程中有可能与食品发生接触的设备或机械部件上。所用原材料或成分必须满足美国食品和药品监督管理局（FDA）的美国联邦法规安全准则指导21条CFR178.3750的要求。② H2。用于在食品加工过程中不可能与食品接触的设备或机械部件上。该类润滑剂不得含有锑、砷、镉、铅、汞、硒等重金属，也不得含有致癌物、突变剂、致畸剂和无机酸。③ H3。典型的乳化油或食用油，主要用于清洁和防止设备生锈。

　　由于目前国内关于食用油是否可以应用于食品机械的润滑尚存在一定的争议，《食品安全国家标准 食品生产通用卫生规范》（GB 14881—2013）中针对生产设备润滑油的使用也只作了简要的概述，并且规定可以将食用油脂用于食品机械的润滑，所以针对食用油和食品级润滑油做了下述讨论分析。

　　1、食用油的优缺点

　　食用油的主要成分是甘油和长链脂肪酸（饱和或不饱和脂肪酸）形成的甘油三酸酯，长链脂肪酸主要有饱和脂肪酸（月桂酸、豆蔻酸、硬脂酸等）、单不饱和脂肪酸（油酸、棕榈酸等）和多不饱和脂肪酸（亚油酸、亚麻酸等）。不同的动植物油脂由于所含长链脂肪酸的种类及含量不同，其理化性能均有所不同，几种植物油的结构组成和性能见表1。

　　1.1、氧化安定性

　　由于动植物油的长链脂肪酸分子中含有大量的C=C双键，尤其是含有多个双键的亚油酸或亚麻酸组分，这些组分极易被氧化，因此这些组分的含量极大地影响油脂的氧化安定性。碘值是有机化合物不饱和度的量度，碘值越大，不饱和度越大，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较差。

　　食用油脂的氧化过程中首先会形成一次性氧化产物——氢过氧化物，这些氢过氧化物通过裂解会形成自由基，进而继续发生分解和聚合反应。分解反应生成二级氧化产物，如醛类、酮类、醇类和烃类化合物，这些化合物也是食用油脂变质的主要原因，导致了食物的异味和酸败。在上述化合物中，降解产生的氧化不饱和醛被认为是致癌物质，会对人体健康造成重大威胁。除了分解反应，这些氢过氧化物也会通过聚合反应生成环氧化物、二聚体及多聚体产物等。上述这些产物都具有一定毒性，会导致各种人类疾病的发生，如衰老、动脉硬化、关节炎、炎症性肠病、神经退行性疾病和一些眼病。

　　1.2、低温流动性

　　由于动物油脂的长链脂肪酸的饱和程度比植物油脂更高，所以很多动物油在常温条件下是固态的，低温流动性很差。植物油中大量的甘油三酯结构使其在低温下易于发生堆积作用而形成较大的晶体，其低温性能也较差。动植物油脂的氧化安定性和低温流动性两者相互矛盾，组分中的双键含量越多低温流动性能越好，氧化安定性能却越差。

　　1.3、水解稳定性

　　食用油脂结构中含有3个酯键，因而其水解稳定性较差。

　　1.4、润滑性

　　动植物油分子结构中含有酯基等极性基团，可在金属表面形成吸附膜，同时植物油中的脂肪酸可与金属表面反应形成金属皂单层膜，两者共同作用可以起到减摩抗磨的作用，但这些油膜在高负荷条件下抗磨能力较差。

　　1.5、可生物降解性能

　　由于食用油中的酯基易水解，脂肪酸长链中的不饱和双键易受微生物攻击而发生氧化，因此食用油具有较强的生物降解能力，由表1可知天然植物油的生物降解性都很强。

　　1.6、过滤性

　　植物油比矿物油更易起泡且过滤性差，易产生油泥和沉淀。

　　综合以上特点，食用油脂诸多性能存在缺陷，已经很难满足现代食品加工机械各种复杂条件下的润滑要求。例如食品级高温链条油必须满足超高温条件下的润滑，基础油必须具有优异的热氧化安定性和低挥发性；食品级低温润滑脂必须满足低温条件下的润滑，基础油必须具有优异的低温流动性和抗磨损能力；食品级空压机油必须具有优异的防锈、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，所以被作为绿色可再生润滑剂的潜在开发对象，但其氧化稳定性、低温流动性和水解稳定性都较差，为了解决上述问题，研究发现可以通过改性技术拓宽其应用范围。

　　2.1、生物技术改造

　　植物油氧化安定性的高低主要由油脂中多不饱和脂肪酸的含量决定，因此可以通过遗传基因改造减少多不饱和脂肪酸的组分含量来提高植物油的氧化安定性，国外已经培育出高油酸（一元不饱和脂肪酸）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、化学改性

　　通过化学改性的方法可以提高油品饱和度和支链化程度，从而提高植物油的热稳定性、氧化安定性和水解稳定性。目前化学改性主要通过氢化、聚合、支链化、酯交换和环氧化等方法完成的。

　　①氢化。使用优选的催化剂选择性的将油脂中的多不饱和脂肪酸转变成单不饱和脂肪酸，这样不仅获得了优异的氧化安定性，同时也不会影响油脂的低温流动性。②聚合。通过聚合反应将植物油中的不饱和脂肪酸转变成单聚、二聚或者三聚脂肪酸，聚合得到的产物具有更好的粘温特性。③支链化。在植物油的分子链上增加支链化基团，这些支链化基团的空间位阻作用使得油品具有更好的低温流动性、更强的水解稳定性和更高的闪点。④酯交换。通过植物油与低分子醇进行酯交换反应，从而增强其氧化安定性；同时低碳醇的引入也使得其粘度降低，低温流动性更强。⑤环氧化。环氧化是将植物油中的C=C双键转变成环氧化基团从而改善其氧化安定性的方法，但由于环氧化基团具有很高的活性，所以需要对其进行进一步功能化反应，从而得到更好的氧化安定性和低温流动性。

　　这些经过改性的植物油可以应用于机械润滑的各个领域，但由于改性过程中所涉及的成分比较复杂，所以大多数改性产品只能应用于工业润滑领域。虽然这些改性产品物理化学性能得到了改善，但其成本也相应地增加，同时改性过程中也要保留其良好的生物降解性，否则改性将失去意义。

　　3、食品级润滑油组成及其性能

　　食品级润滑油根据其采用的基础油的种类可以分为深度精制的矿物型与合成型食品级润滑油。深度精制的矿物型润滑油（也称食品级白油）一般指经加氢裂解处理的精制矿物油，这种深度精制的矿物油经过白土处理、加氢精制、溶剂脱蜡等工艺制备而成，具有芳香族成分少、不易被氧化和乳化等优点。合成型食品级润滑油一般采用的基础油是聚α烯烃和合成酯类油。聚α烯烃是一种饱和烯烃低聚物，具有宽的温度操作范围、高粘度指数、热氧化安定性和水解安定性好和与各种材料高相容性等优点，是目前应用最广、发展最快的基础油；合成酯类油是通过化学合成的方式制备得到的一类酯类油，包括多元醇酯、双酯和复合酯等，相比较食用油脂，它的成分更单一，特性更一致，热氧化安定性和低温性能更加突出。

　　食品级基础油都是经过高度精制的油，生产过程中滤除了有致癌隐患的各种芳烃类化合物、过氧化物、硫化物以及铅砷等重金属成分，真正达到了可食用级别。食品级润滑油的添加剂也是优选安全无毒的物质，通过将各类食品级基础油和添加剂进行优化组合可以调配出满足各种功能要求的食品级润滑油脂。

　　4、食品机械润滑油的使用现状及潜在风险

　　虽然食品级润滑油有上述诸多优点，但由于受到价格的限制，并且许多企业认知度低，目前大多数食品企业仍然使用非食品级润滑剂，甚至一些企业会选择使用食用油，如色拉油、花生油和猪油，将其应用于食品机械的润滑，这些食用油很难满足食品机械的各种润滑要求，造成机械部件的磨损，降低设备的使用寿命，增加企业的运行成本，还存在食用油脂氧化产物污染食品及引入过敏原和转基因物质的风险。

　　润滑剂常处于高速、高（低）温和高湿等工作环境中，对润滑剂的热氧化安定性、负载能力、减摩抗磨性、水解稳定性、低温流动性、抗泡性、抗乳化性以及防腐性都提出了较高的要求。食品级润滑油脂是针对食品行业不同工作环境、工艺及设备开发的，具备优良的抗氧化、耐高（低）温、抗乳化及润滑性能，操作温度范围宽、粘温性能好、黏度指数高、倾点低和蒸发损失小，使用寿命长，能很好地减少机械磨损率、防止金属表面锈蚀，而且组分纯净单一、无毒无害，对添加剂感受性也好。所以，对于食品企业来说，由于每台设备的润滑条件不尽相同，所以根据加工设备的不同使用条件选择适合的食品级润滑油脂就显得极为关键。

　　现阶段，我国食品级润滑油还处于初级使用阶段，针对食品机械所涉及的润滑油的成分、使用等方面仍没有制定非常明确的标准，这就迫切要求我们尽快制定相应标准，促使食品生产企业严格按照标准执行，使得食品级润滑油脂在食品生产过程中发挥更大的作用，为人民群众的身体健康保驾护航。