橄榄果浆在融合的时候，会发生了复杂的物理和生物化学作用。这些作用对橄榄油提取率，以及橄榄油的营养和感官品质，都有重大的影响。融合的时候，最佳的时间-温度控制关系，是一个半对数曲线图。只有严格控制橄榄果浆温度，选用合适的热交换器加热，保持良好稳定的加热温度，以及精确控制橄榄果浆在融合器中的融合时间，才能达到最佳的融合工艺效果。
1 融合现象
融合的主要目的，是使在随后的传统压榨，或离心分离制油工艺中的橄榄油，更容易分离，以及油品质量更佳。在当代特级，或初榨橄榄油加工中，融合是一系列连续工艺中的唯一不连续工段。在前面，已有洗涤和粉碎碾磨的连续操作，且随后是卧螺离心分离、蝶式离心分离的连续分离的工艺操作。融合这种不连续性的工序，要有一定的缓慢融合过程，不可能会在很短的时间内完成。如果我们将所有用于处理特级初榨橄榄油的时间，从粉碎、研磨橄榄果，到最终离心分离和整理算在一起，橄榄果加工工艺，融合时间约占三分之二。
融合对橄榄果浆，分离油脂非常重要。数千年前，都有橄榄果压榨制取橄榄油的历史记录。古人曾观察到，橄榄果浆的缓慢混合，引起油相渐进地上升到果浆浆料的表面。有人还发现，加入一点点水加速并改善了油分离。这种现象，被称为“聚结”，即使到了今天，也是橄榄油分离非常有效的措施，卧螺离心分离机，就是快速分离油脂的一种应用方式。
与此同时，在知识和科学进步前提下，融合工艺使橄榄果肉细胞中的微细油滴，被融合积聚成大友滴，与此工艺相关联的主要工艺，和物性变化现象列于表1中。
表1 橄榄果浆融合时物料变化类型和效果
转化形式的类型
转化形式的现象
机械
用切割和剪切作用破坏细胞组织结构
混合作用
流变学变化
物理
控制热交换温度
控制顶部空气成分
水相和油相之间的扩散与平衡现象
物理-化学
改变疏水-亲水平衡
油滴聚集作用
化学和生物化学
酶催化反应
细胞呼吸现象
不饱和脂肪酸在 Cu++，Fe+++存在下的化学氧化
表中这些相互关联的现象非常复杂，他们中的一些粗略关联关系如图1 所示。
图1 橄榄果浆融合时的流变、物理、化学和生物化学变化
图引自 Peri C (2013).
供给融合器的浆料是一个固体分散于以水为连续相的介质中，果浆中的小油滴，直径小于 30μm 并均匀地分散在果肉亚细胞组织中。融合时油滴聚集、触发果浆内源复杂的水解酶，氧化酶、脂氧合酶（LOX），以及油脂的复杂链式反应酶的活性等。融合时油滴合并，橄榄果浆发生显著的流变性变化。包括在相结合和使粘度增加作用，以及橄榄浆料进一步融合导致相分离和粘度降低作用。橄榄果浆融合时，内源酶活性发生相当大的变化，改变疏水和亲水性化合物的平衡。形成部分单甘油酯和具有两亲性质甘油二酯，油脂成分部分特性发生变化。如吡喃葡萄糖水解酶作用，减小橄榄苦苷的亲水性，将一些橄榄苦苷的苷元转移到油相中。
复杂的酶反应，作用于多不饱和亚油酸，-亚麻酸，形成短链羰基和醛类衍生物。这些衍生物，对油的风味特性具有重要影响。酶的作用引起果浆物料的呼吸代谢，引起融合设备顶部空间的氧气减少和二氧化碳增加。在合适温度条件下融合用的影响，会形成新的化学成分，通过相变慢慢转移到油中。
融合的最终形成混合物，与进入融合器中的果浆性质有很大的差异。超过 80％的油的已转到含新极性和两亲化合物的油相体系中。这些化合物对油的营养和感官评价，起到关键作用。
1.1 聚集作用
聚集，是橄榄果浆中水分子的极性作用，疏水-亲水平衡现象的结果。事实上，水由结合到一个氧原子上的两个氢原子组成。氧带负电荷，而氢带正电荷。因此，水分子是偶极子，通过氢键链接到一起。
在融合时，可能会出现油滴集聚结成连续的脂质相。在融合油滴聚结，水是通过分子相互吸引与其它水聚集集结起来，从含水的介质中把油分子挤出来，融入脂质相使油滴增大。
总之，水通过氢键结合，并提供了用于分离油脂的作用力。更精确地说，这种油脂分离的原理，是被果浆细胞中所含的水“驱逐”出去，而不是被“萃取”出来。
破碎后的橄榄果浆经融合之后，果浆中的油滴由小变大，破碎后的果浆中，小于45μm的油滴数量减小，大于 45μm 的油滴数量增加，特别是75-150μm 的油滴，融合后油滴直径，比破碎后融合前增大了4倍，大于150μm 的油滴直径增大3倍。融合对破碎后的橄榄果浆中油滴直径的影响，其大小分布状态如表2所示。
表2 破碎和融合对油滴直径变化的影响
油滴直径μm
＜15
15-30
30-45
45-75
75-150
＞150
破碎后
6
49
21
14
4
6
融合后
2
18
18
18
19
25
引自 Di Giovacchino,1996
橄榄果浆中的油滴变大，有利于传统压榨法，有效地将其橄榄油从果浆中压榨出来，也更有利于离心分离时，增大橄榄油与其他果渣成分离心力的差异，有利于橄榄油从橄榄果渣中分离出来，更利于提高橄榄油制取效率。
1.2 温度和时间对融合作用的影响
温度对融合工艺的影响，一是观察到增加油的温度和降低粘度，有利于油脂聚结，油滴体积增加；二是油滴从水相到油相中的物质扩散，由于温度的增加而加速。
另一方面，过高的融合温度，可能对油橄榄品质有害：果浆中的脂肪氧化酶活性增加，容易促使脂肪氧化降解；油中的挥发物，也会随蒸汽压增加，香味物质会丢失。
在工艺中，选择时间-温度的融合条件，应尽量减少影响产率和油品质量的不利因素。
1.2.1 时间-温度对融合作用的关系
在一般情况下，融合效果的物性转换的程度，取决于反应速率和时间。反应速率按温度指数关系增加而加速，而与时间转换的程度呈线性关系。
代表时间/温度关系的技术操作方法，如图2的半对数曲线图。横坐标上温度的线性刻度，纵坐标上为时间对数标示方法。在这种类型的曲线图中，在该时间-温度条件下，产生转换，或反应的等效作用由斜线表示。
图2 是适合最佳融合作用的时间-温度关系图。横坐标上的温度为20 和35℃之间隔，而时间是以对数刻度的纵坐标，从10 至100min 范围。两个斜线，表示其内聚结作用产生的一个合适的条件。图中的25 和30℃，与20 至50min 的矩形区域，是获得最佳产量和质量的融合工艺参数范围。
图2 融合作用中的时间和温度关系
引自: Peri C. (2013)
根据图2 的融合时间-温度关系图，对通常的油橄榄制油工艺要求，最佳融合温度范围为 25~30℃。
1.2.2 融合时间和温度对橄榄油得率的影响
油橄榄果浆融合，是制取优质橄榄油，和提高制油得率的一个重要步骤。在一般情况下，增加融合时间，会提高橄榄油制取率。考虑到经济效益，生产者往往不会无限制增加融合时间。根据油橄榄果特性，平均的融合时间范围为 45 至60min。许多研究者研究了油脂制取得率与融合时间的关系，随着橄榄果浆融合时间延长，橄榄油制取得率上升。然而，融合时间的增加，融合器上面的空气中的氧气，与橄榄果浆中的油脂接触作用加大，导致初榨橄榄油的某些营养特性的下降。Amirante 等人，研究了初榨橄榄油提取率的三种不同的温度（27、32 和35℃），和时间（30、45 和60min）对融合作用的影响。制取得率为融合时间函数的曲线，这种三种融合温度和时间，呈圆屋顶形分布图（图3）。分析曲线图看出，最初融合温度的增加，由于内源活性酶的作用，破坏含油细胞壁，有利于油脂从细胞中释放出来，提高了橄榄油得率。制取橄榄油得率达到最大值后，随着融合时间增加，由于橄榄油与其他包括水混合作用增强，乳化现象严重，降低了制取油脂得率。在上述温度范围内，最佳融合时间都在 45min 左右。
图3 三种不同温度（27、32 和 35℃）的三种融合时间（30、45 和 60min）对初榨橄榄油得率（kg 油/100kg 橄榄果）的影响
(引自 Amirante et al., 2001).
1.2.3 融合温度的加热方式和对橄榄油品质的影响
橄榄果浆融合时需要维持一定的融合温度，除了常规的循环热水加热维持融合温度方式之外，近年来，从食品加工经验中引进超声波和微波加热技术。Clodoveo M L 对比了常规加热和超声波、微波加热橄榄果浆如图4 的加热方式的加热效率。
图4 20℃橄榄果浆预热到30℃所需加热时间
●超声波加热 ◆微波加热 ■常规加热
引自 Clodoveo M L 等 (2013).
分析图4 由20℃的橄榄果浆，预加热到30℃的三种加热方式所需要的加热时间。超声波仅需要3min，微波需要10min，常规加热需要26min。常规加热方法所用时间最长，微波加热次之，超声波加热时间最短。同样以三种不同的加热方式，在30℃温度条件下融合30min，检测油橄榄果浆中得到油脂的过氧化值、酸值、消光(K232 and K270)系数等参数列于表3中。
表3 不同加热方式对橄榄油酸值、过氧化值、消光(K232 和 K270)系数的影响
游离酸度%
过氧化值(meq O2/kg)
K232
K270
Ⅰ
Ⅱ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅰ
Ⅱ
常规加热
0.30
0.35
6.19
6.65
1.48
1.49
0.10
0.11
超声波加热
0.31
0.36
5.77
6.45
1.48
1.49
0.11
0.12
微波加热
0.29
0.34
6.31
7.1
1.49
1.49
0.10
0.11
注：Ⅰ Ⅱ分别在不同时间中的两个样品的测定值。引自：Clodoveo M L. 2013
比较表3中数值，说明从三种不同方式加热融合的橄榄果浆中，获得的橄榄油游离酸度、过氧化值和消光(K232和K270)系数的数值接近。尽管微波和超声波加热速度快，工业生产的油橄榄果浆融合时，仍然是采用传统的加热融合方式。
2 融合器
融合器内有水平轴，轴上安装一组不锈钢带式搅拌刮刀，外部有环形不锈钢保温腔。为了保证最佳的混合效果和避免油脂乳化，搅拌旋转轴速度不超过 20r/min。旋转轴上的刮刀叶片确保浆料的充分混合，带状刮刀又连续地将融合器壁浆料刮去，更有利于热交换器利用，和降低果浆过热。这种带状旋转刮刀的旋转，将果浆朝向排出口挤压，通过出料闸阀将融合好的橄榄果浆，输送到下一分离工段。
融合器中装有热水循环夹套，便于根据融合温度进行加热，融合器上还装有密闭安全和检查的窗盖。老式的敞篷融合器，由于不安全和不利于优质橄榄油生产，逐渐被淘汰。
某些融合器，在顶部空间装备有注入惰性气体的设置。在正常工作融合条件下，顶部空间中含有足够的氧气，对促进这种油的气味和风味发生有一定的影响。与此同时，油脂氧化分解，导致进一步消耗氧气，和产生二氧化碳。有些融合工艺，是在一个密闭融合器中，发生酶促分解反应，都是在具有大气成分自动控制装置下，以及保证有限和最佳的氧气条件下进行。
2.1 融合温度的控制
融合器是一个效果不良的热交换器。首先，相比果浆，被加热的加热面很小。再说，在融合器壁上，果浆粘度高，移动缓慢，热传导系数非常低。结果果浆与融合器边温度梯度相差很大，边壁上的果浆会受到过热作用。
如果水温上升，以试图加热，热传递效率不会增加太多。因为传热的阻力在融合器壁上的果浆层；另一方面，果浆层过热，会加大橄榄油质量损坏的风险。
尽管存在以上明显的不利因素，在许多工厂中的，果浆是用温水加热维持果浆融合。作为经验，认为与融合器壁接触的果浆层的温度，要比水的温度低1-2℃。
如果水的温度为控制在40℃时，层壁果浆温度为 38-39℃。而实际测得的果浆温度，要低得多。
工业橄榄果浆融合中的控制系统，设定加热水的固定的恒定最大温度为 30℃。可以通过热交换器的自动调节，保证生产温水限制在此规定。并设置控制水的流速，才能保证水在夹套和融合器内的果浆之间，具有合适的平均温度差的。
图5是一个水循环加热控制系统示意图。控制进入夹套中水所选定的恒定温度（例如30℃），同时用温度计测量浆料的温度。温度计连接到温度控制器中，要求的温度显示为实际果浆温度。温度控制器再根据设定温度需要，调节恒温水的流量；实际和目标温度相差越大，需要控制更高流量达到物料融合恒温作用。当实际温度接近目标温度，水的流速减少，甚至接近于零，并且系统操作只以保持恒定温度。
图5 融合器中的温度控制图
为了最佳的操作监测，建议浆料的温度和水温要做记录。在一些工厂，水和浆料之间的热量热交换，是通过水的紊流作用来改善的。
图5是预加热融合工艺示意图。这是利用融合器前面串联一个板式热交换器。果浆预先通过具有加热功能的连续板式热交换装置，进行融合预加热。当预加热到恒定温度的橄榄果浆，进入融合器融合的时候，会提高融合效率和产品质量。
图6 利用刮板表面换热将橄榄果浆加热、融合、分离
刮板式热交换器，适于半液体、粘稠状的物料。特别是橄榄果浆的融合工艺，这种热交换器非常有效。
这种设备形状为圆柱形，内部的旋转叶片旋转，将边壁上果浆刮下，并与其他连续进来的果浆混合。周而复始的连续和有效的混合，保证了热交换器较高的传热效率。配备精确和有效的产物和加热流体的温度自动控制，加上热交换器壁最佳混合和剪切作用，能够有效、稳定的提高产品得率，和保证产品质量。
从图6工艺可以看出，从破碎机输送来的橄榄果浆，连续地在预加热换热器中，通过刮板连续热交换的混合工作，达到融合作用的最佳温度，通过泵将其输送到温度为 27℃的融合器中。已达最佳融合温度的果浆，在融合器中以恒定温度（如27℃）融合作用。保温外套中的水温，也能保持在最佳的恒定温度。
2.2 融合时间的控制
融合器融合果浆时，果浆在融合器中停留多长时间，顺其流程连续出料，没有具体的时间要求。融合器的边壁和底部的果浆，有可能再次经历第二个周期重复融合。在第二批次融合结束时，前一批的残余部分粘在融合器的边壁上，残留到再下一批的浆料中。这种小部分的残余物料，会在在融合器这种温度下反复循环，不仅降低设备生产能力，甚至衍生出成品油的感官缺陷。
对解决这个常常引起油脂劣化的问题，方法很简单，一是决不串联融合器，始终保持并联状态；二是仔细把残留在融合环壁内的果浆清除干净。
工业生产应用的融合器，根据融合器结构，可以分为立式和卧式两大类型融合器。传统的压榨法橄榄果制油工艺，主要为立式融合器，卧螺离心机生产制取橄榄油工艺，采用如图7所示的卧式融合器
图7 橄榄果浆融合器
长期的橄榄果浆融合生产实践中，卧式融合器结构也由传统式，逐渐发展成环形和卵形结构。三个不同形式的卧式融合器，其内部结构示意图如图8所示。
（a）传统式（b）环形式（c）卵形式
图8 不同结构形式的融合器示意图
三种不同结构形式的卧式融合器，果浆在此融合停留时间不同，设备的工艺操作如下说明。
图8（a）传统融合器。融合器下部是加热保温层，融合期内表面为一个较大表面面积，与设备中的旋转叶片和旋转刮刀接触。每一批融合物料，如果没有仔细洗涤和清洁，果浆固体和液体残留物，会粘到边壁和融合器的盖板上，数小时过后，橄榄果浆中的油脂，会氧化和降解。
图8（b）改进型融合器。改善加热表面与传热比例更大。融合器的死点，叶片和螺旋运动刮刀刮不到，果浆容易残留粘在融合器的边壁上，这个问题需要设法解决。某些现代油脂加工厂，果浆在融合器融合出料后，用装有喷水嘴装置进行洗涤。但要慎重考虑，融合器中喷水清洗，要避免死角和清洗不完善。
图8（c）卵形融合器。备有喷嘴清洗装置，清洗效果容易达到最佳清理要求。
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本文经周瑞宝教授授权同意，摘自《油橄榄加工与应用》一书。