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脱氧剂的原理与研究进展可行性研究报告

   第一节 脱氧剂的概念
 
   脱氧剂又名去氧剂、吸氧剂,是可吸收氧气、减缓食品氧化作用的添加剂,是目前食品保藏中正在采用的新产品。 它是一组易与游离氧或溶解氧起反应的化学混合物,把它装在有一定透气度和强度的密封纸袋中,如同干燥剂袋那样,在食品袋中和食品一起密封包装,能除去袋中残留在空气中的氧,防止食品因氧化变色、变质和油脂酸败,也对霉菌、好氧细菌和粮食害虫的生长有抑制作用。目前脱氧剂不但用来保持食品品质,而且也用于谷物、饲料、药品、衣料、皮毛、精密仪器等类物品的保存、防锈等。(可行性研究报告)
 
 
   第二节 脱氧剂的作用
 
   脱氧剂也叫吸氧剂、或除氧剂,在日本叫脱酸素剂。它可以在半天或者两天时间内,将规定密封包装中的氧气的浓度由21%降至1%以下,从而达到防止各种物品和食物的霉脱氧剂是食品中保鲜新材料,他有着独特的优点。其与食品装在同一个包装袋中,脱氧剂吸收袋中的氧,使包装袋中无氧状态,食品得以保存。万一误食对人体也无害。
 
   脱氧剂一般以铁粉为基本原料,在一般食品中使用,能保持食品品质及延长货架寿命,在健康食品中使用能防止油脂氧化,防止褪色及保持营养素。在食品中保鲜应用也极为广泛,主要有月饼、糕点、大米、杂粮、营养米粉、麦片、奶油制品、各类瓜子、核桃、琥珀核桃仁、开心果、红枣、果仁、花生、油炸花生、多味豆、油炸青豆、麻花、桂圆、干荔枝、莲子、面包、夹有果仁的酥脆食品、猪牛肉制品、腊肠、香肚、腊肉、火腿、紫菜、干海鲜、茶叶、烟草、中成药、等等,已成为我国食品行业目前应用范围最广泛的先进常温保鲜技术及完全可靠的物品包装技术。
 
   第三节 脱氧剂的原理
 
   氧气是引起食品变质的重要因素之一。食品中有许多组分都与氧的存在密切相关。从生化角度看,脂肪遇氧会氧化哈败,维生素和多种氨基酸会失去营养价值,氧还会使不稳定色素变色或褪色;从微生物角度看,大部分的微生物都会在有氧的环境中良好生长,即使氧的含量在包装环境中低至2~3% ,大部分的需氧菌和兼性厌氧菌仍能生长,生化反应也仍会进行。故在包装中除去氧气,具有非常重要的现实意义。通过化学反应,短时间内除去密闭容器中氧气,使食品处于无氧状态(O2浓度 0.01% 以下),有效控制细菌、霉菌等微生物的生长,防止油脂氧化,从而能有效地保持食品的色、香、味,防止维生素等营养物质被氧化破坏,延长食品保质期。
 
   脱氧剂根据其组成可分为两种:(1)是以无机基质为主体的脱氧剂,如还原铁粉。其原理是铁粉在氧气和水蒸气的存在下,被氧化成氢氧化铁。又如亚硫酸盐系脱氧剂,它是以连二亚硫酸盐为主剂,以Ca(OH)2和活性碳为副剂,在有水的环境中进行反应。(2)是以有机基质为主体,如酶类、抗坏血酸、油酸等。抗坏血酸(AA)本身是还原剂,在有氧的情况下,用铜离子作催化剂可被氧化或脱氢抗坏血酸(DHAA),从而除去环境中的氧,常用此法来除去液态食品中的氧,抗坏血酸脱氧剂是目前使用脱氧剂中安全性较高一种,酶系脱氧剂常用的是葡萄糖氧化醇,是利用葡萄糖氧化成葡萄糖酸时消耗氧来达到脱氧目的的。
 
   脱氧剂常用的反应原理有铁粉氧化(铁系)、酶氧化(酶系)、抗坏血酸氧化、光敏感性染料氧化等。目前使用的大部分脱氧剂都是基于铁粉氧化反应。这种铁系脱氧剂可做成袋状,放入包装内,使氧的浓度降到0.01%。一般要求1g铁粉能和300mL的氧反应,使用时可根据包装后残存的氧气量和包装膜的透氧性选择合适的用量。应用的产品包括糖果、干制的海产品小吃、熟肉制品、米糕、面食、干酪、干制蔬菜。除袋装脱氧剂外,还将含有活性铁粉的塑料标签或各种卡片插入包装内。
 
   除了铁系脱氧剂,酶系脱氧剂应用也很广。酶系脱氧剂对pH、Aw、盐含量、温度和其他因素的变化都很敏感,在反应时还需水的参与,因此,在低水分含量的食品中应用效果不好。但在瓶装啤酒或白酒饮料中,这种脱氧剂可直接做成小袋,放入瓶盖内。另外,也可将酶系固定在聚丙烯或聚乙烯膜上。还有一类脱氧剂是光敏感性染料脱氧剂,这种脱氧技术是在透明包装袋的内顶部密封一乙基纤维素膜小簿片(内部溶解有光敏染料和单线态氧受体),当包装膜受到合适波长的光照时,激发的染料分子就会将环境中渗入包装膜的氧分子致敏成单线态氧,此单线态氧分子与受体分子反应而被消耗掉。澳大利亚的02TM是为一系列塑料包装材料设计的,此材料中的反应组分经紫外线或高的能量激活后才呈现活性,因此适合于加工成膜、片层和涂层等。对含在柔性层的02TM进行测试表明:在没有二氧化碳的条件下,霉菌能被抑制,甚至能阻止火腿在可见光下褪色。
 
   炼钢用脱氧剂主要有硅铝钡钙铁,硅钙包芯线,铝线,铝锰铁,钢芯铝,电石和碳化硅等,主要作用是与铁水中溶解的氧反应,主要生成非金属化合物,形成沉淀上浮至渣层中,加以除去即可得纯净的铁水。
 
   脱氧剂可单独使用,也可与气调包装结合使用。实践中多采用气调包装除去大部分氧气,再使用较少数量的脱氧剂脱除包装内残余氧的办法。
 
   主要的脱氧方式有沉淀脱氧,扩散脱氧和真空脱氧等。此外现代炼钢也可以采用真空设备加以脱氧,如VD炉,VOD炉等等。
 
 
   第四节 脱氧剂的研究进展
 
   各种系列脱氧剂均有自身上的优势及不足之处。近年来国内外许多研究者成功地研制出复合型脱氧剂,使其脱氧效果更加先进。
 
   日本昭和电工株式会社研制出氧化物载铂盐和铅盐的净化剂,用来脱除丙烯中的一氧化碳和氧。先将铂盐溶解在稀酸中,再加入氧化物载,将溶液全部吸收,再用氢气干式还原或用甲酸钠水溶液等湿式还原,然后洗去酸根,并干燥之后,将铅盐放进上述干燥催化剂中浸渍,最后干燥即可。这种脱氧剂载铂量在0.1%~0.2%,铅/铂原子比最好在0.5~8.0之间。该脱氧剂在温度40℃,压力4.0MPa,液空速2.0 h-1条件下,可将丙烯中0.7×10-6的一氧化碳和3.8×10-6氧均脱除至0.1×10-6以下。国内某单位在研制的钯质量分数为0.1%~0.2%的贵金属脱氧剂中加入60%~90%的变价氧化物氧化锰,使脱氧剂既有催化脱氧性能,又具有化学吸收脱氧性能,同时又加入1%~10%的氧化钙10%~20%二氧化硅及
 
   5%~30%水泥等作为促进剂及增强剂,既提高了脱氧性能,又增加了脱氧剂的强度。制备脱氧剂时先将适量的氧化铝、氧化钙、二氧化硅和水泥充分粉碎,混合均匀后成型,经干燥和焙烧后制成载体,再用含钯溶液浸渍,最后将钯还原活化后制成成品。该脱氧剂在常温11 000 h-1空速下,用于脱除普氢中含量为4000×10-6残氧时,出口氧可达0.003×10-6以下。在70~120℃,5 000 h-1空速下,用于脱除氮气中氧时,出口氧可达0.01×10-6以下。脱氧容量大于8 mL/g。可以看出改进后的脱氧剂,制备方法简单,脱氧活性高,在较低温度条件下,也可使原料气深度脱氧。为了克服贵金属脱氧剂价格昂贵,铜、镍及锰系脱氧剂反应条件和实际应用相差较大,不易储存和运输的不足,宋兴福等最新研制出了CoMo/Al2O3高效脱氧催化剂。该催化剂采用等体积浸渍法制备,氧化态的活性组分在载体上呈蛋壳形分布,可在80~350℃和3000~12000 h-1达到出口残氧体积分数低于1.0×10-6。纵秋云等发明了一种高强度耐硫变换脱氧剂,该剂以镁铝尖晶石为载体,以钴、钼为活性组分,脱氧率与工业脱氧剂相当,显著地提高了强度,较好地解决了脱氧剂的粉化问题,满足了工业生产的要求。目前,非耐硫性脱氧剂品种逐年增加,其中复合型因制备工艺简单、性能又好,更受用户青睐,成为目前研究的热点,耐硫型脱氧剂仅局限用于合成氨、合成甲醇和城市煤气化工业的耐硫变换工艺中的脱氧,以保护耐硫变换催化剂的失活。


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