ПРОДОЛЖЕНИЕ ЛЕКЦИИ № 21

10. Получение растительных масел методом экстракции

Прессовым способом невозможно добиться полного обезжиривания мезги. На частичках жмыха, который выходит из пресса, всегда остаются тонкие слои масла, которые удерживаются большими поверхностными силами, во много раз превышающими давление, развиваемое в современных прессах.

После прессов с максимальным съемом масла масличность жмыха остается 4...7%, а после форпрессов жмых имеет масличность 15...17%.

Единственным способом, который обеспечивает практически полное извлечение масла, является экстракционный способ.

Растворители для растительных масел. Для экстракции растительных масел применяются органические растворители, которые должны соответствовать определенным требованиям.

Эти требования связаны с достижением наибольшего выхода масла при сохранении биологической ценности продуктов экстракции – масла и шрота.

Промышленный растворитель должен обладать следующими характеристиками:

- хорошо и быстро растворять масло и не растворять другие вещества, содержащихся в экстрагируемом материале;

- быть химически однородным веществом с низкой температурой кипения, низкой теплоемкостью, низкой теплотой парообразования. Это требование, с одной стороны, определяет экономичность процесса по линии энергозатрат, с другой стороны, гарантирует качество масла со стороны температурного воз-действия;

- не изменять своего химического состава и свойств при хранении и в ходе технологического процесса;

- не смешиваться с водой и не образовывать с ней азеотропных смесей;

- полностью удаляемым из масла и шрота, не придавать им постороннего запаха и вкуса, не образовывать химические вещества, опасных для животных и человека;

- не разрушать технологическое оборудование;

- безвредным для здоровья окружающих;

- пожаро- и взрывобезопасным;

- доступным и дешевым для применения в больших промышленных масштабах.

Растворитель, удовлетворяющий всем перечисленным требованиям, можно охарактеризовать как идеальный. Такого растворителя в природе не существует, а используемые в промышленности экстрагенты лишь частично приближаются по свойствам к идеальному растворителю.

Экстракция масла из масличного сырья. Метод экстракции применяется в двух вариантах технологических схем:

1 – в схеме прямой экстракции;

2 – в схеме экстракци в комбинации с форпрессованием.

Прямую экстракцию можно применять для любого вида масличного сырья, но особенно метод применим для сои и отходов кориандра. При этом экстрагируют мятку, подвергшуюся влаготепловой обработке и пропущенную через вальцовые станки для формования пластинок-лепестков (сырой лепесток).

По схеме форпрессование - экстракция перерабатывают основное масличное сырье, кроме сои и отходов кориандра. Для этого на первом этапе прессования извлекают 80...85% масла, что облегчает проведение второго этапа – экстракцию. Форпрессовый жмых измельчают до крупки, затем также проводят лепесткование за исключением хлопчатника, так как его жмыховая крупка лепесткованию не поддается.

В последнее время разработан способ получения форпрессового жмыха в виде гранул, которые направляются на экстракцию.

В зависимости от подготовки материала к экстракции состояние масла в нем будет различным. Различают два состояния:

а) свободное масло, которое находится на внешних и внутренних поверхностях, но удерживается поверхностными силами. Оно присутствует в мятке и сыром лепестке. Для его растворения достаточно обеспечить свободный доступ растворителя;

б) связанное масло, которое находится в частично деформированных и не разрушенных клетках и закапсулировано во вторичных структурах. Такое массло встречается, в основном, в форпрессовом жмыхе. Извлекается с трудом. Для его извлечения необходимо два диффузионных потока: один – проникновение растворителя через стенки внутрь клетки и вторичные структуры и второй – растворенного масла в обратном направлении.

Подготовка материала к экстракции. Целью операции является создание оптимальной внешней и внутренней структуры и уменьшение энергии связывания масла с материалом для ускорения последующей экстракции и наиболее полного извлечения масла.

Для большинства экстракционных линий и масличных культур такими структурами являются:

- сырой лепесток;

- крупка из форпрессового жмыха;

- форпрессовой лепесток;

- гранулы после прессов-грануляторов.

Эффективная экстракция масла невозможна без тщательной подготовки экстракционного материала. Для схемы прямой экстракции и схемы форпрессование – экстракция набор подготовительных операций будет несколько отличаться, так как исходный материал для экстракции будет различным.

При переработке форпрессового жмыха подготовительные операции включают в себя: измельчение жмыха; влаготепловую обработку; плющение (лепесткование).

Типовая технологическая схема подготовки форпрессового жмыха к экстракции представлена на рис. 21.5.

Рис. 21.5.  Типовая технологическая схема подготовки форпрессового жмыха.

Жмых после форпрессования шнеком 1 и норией 2 подается на электромагнитный сепаратор 3, где освобождается от ферропримесей. Затем шнеком 4 распределяется на дисковые дробилки 5. Полученная крупка по шнеку 6 поступает на сортировочный грохот 7 для отбора крупных фракций (более 6-8 мм), которые возвращаются на повторное дробление. Мелкие фракции собираются шнеком 8 и норией 9 и шнеком 10 подаются на кондиционирование. Эта операция осуществляется в шестичанных кондиционерах 11. По необходимости увлажнение можно производить непосредственно в шнеке 10. Из жаровен шнеком 12, норией 13 и шнеком 14 крупка подается на двухпарные плющильные станки 15 для формирования лепестка. Полученный лепесток редлером 16, тихоходной норией 17 через электромагнитный сепаратор 18, вторым редлером 19 транспортируется в экстракционный цех.

Излишки лепестка по отводной трубе поступают в запасной бункер 20, откуда тихоходной норией 17 подаются в редлер 19.

Кондиционирование осуществляется в чанных жаровнях, причем любых – трех-, пяти-, шестичанных, которые имеют тихоходные мешалки, т.к. меньше измельчают крупку при перемещении из чана в чан.

Если необходимо кондициионировать только по температуре, то используют охладители:

- шестичанный кондиционер, в качестве которого может выступать жаровня с тихоходной мешалкой, охлаждающая вода подается только в днище;

- применяется также охладитель ДГ шахтного типа, а также охлаждение атмосферным воздухом в холодное время года.

При переработке масличных семян методом прямой экстракции для кондиционирования по температуре и влажности и одновременного получения пористых гранул применяются агломераты.

По данной схеме можно подготавливать к экстракции жмых любого масличного материала. Схема универсальна, при необходимости может быть упрощена. Если экстракцию проводят не из лепестка, а из крупки или гранул, то материал минует плющильные станки и после жаровен сразу подается на экстракцию.

Семена сои экстрагируют по схеме прямой экстракции сырой мятки (лепестка). Это связано с рядом факторов, так как соя относится к весьма ценному виду масличного сырья.

Ее отличают:

- высококачественное пищевое масло (80÷85% ненасыщенных кислот, самая высокая биологическая ценность);

- высокое содержание ценнейшего растительного белка (36÷50%), содержащего все незаменимые аминокислоты, которые не синтезируются организмом человека. Водорастворимая фракция белков сои составляет 80÷90%, они легко усваиваются организмом;

- большое количество фосфатидов, которые переходят в масло при его производстве (до 4,0%) и из которого производят фосфатидный концентрат.

Таким образом, высокой питательной ценностью обладает не только масло сои, но и ее шрот. Чтобы сохранить питательную ценность и масла и  шрота при переработке, необходимо экстракцию проводить в мягких условиях, особенно по температуре, исключая денатурацию белков, разрушение витаминов. Поэтому прямая экстракция сырого лепестка является наиболее целесообразной схемой получения соевого масла и пищевого шрота. Из пищевого шрота в дальнейшем вырабатывают соевую муку. Последовательность подготовительных операций соевых семян следующая:

- очистка от ферромагнитных примесей дважды через промежуточное хранение;

- очистка от крупных минеральных примесей на камнеотборнике;

- кратковременная влаготепловая обработка семян до влажности 14% и температуры 60÷70^оС;

- сушка семян нагретым воздухом на ротационной сушилке;

- очистка от поверхностных загрязнений на зернообоечных машинах, одновременно частичное отделение от оболочки, муки и зародыша;

- разделение на сепараторе: мука, оболочка, зародыш – в линию кормового шрота;

- дробление на однопарных рифленых вальцовых станках;

- разделение на сепараторе на недоруш, оболочку, ядро, муку, зародыш. Оболочка, мука, зародыш – в линию кормового шрота;

- инактивация дробленого ядра в шнеке-инактиваторе до 80…90^оС и влажности до 15%;

- кондиционирование в чанных жаровнях при температуре 60…70^оС и  влажности 8,0…9,5%;

- электромагнитное сепарирование;

- плющение на двухпарных плющильных вальцовых станках;

- готовый лепесток на экстракцию.

Температура материала, поступающего на экстракцию, должна быть на 5^оС ниже температуры кипения растворителя и не должна превышать 50^оС при обезжиривании бензином марки А или нефрасом. При необходимости материал охлаждают.

Способ прямой экстракции постепенно внедряется и на другие масличные культуры, особенно целесообразно его внедрить на высокомасличных сортах, чтобы получить и масло, и шрот с высокой питательной ценностью.

Однако существующие экстракторы не пригодны для извлечения масла из сырой мятки высокомасличных культур, т.к. она очень слеживается.

Раствор масла в легколетучем растворителе называют мисцеллой. Миссцелла, выходящая из экстрактора, увлекает за собой  некоторые частицы экстрагируемого материала, которые отделяют фильтрованием. В дальнейшем растворитель переводят в парообразное состояние. Этот процесс в масложировой промышленности называют дистилляцией мисцеллы.

В процессе дистилляции растворитель должен быть как можно полнее удален (до тысячных долей процента) при минимальных температурах в воз-можно короткий срок. Полнота отгонки растворителя контролируется по температуре вспышки масла, которая должна быть не менее 225°С. Дистилляция мисцеллы производится в 2…4 стадии. На первых стадиях, при повышении массовой доли масла в мисцелле с 12…20 до 55…60%, температура кипения мисцеллы незначительно увеличивается с увеличением содержания масла. Поэтому дистилляция мисцеллы на этих стадиях напоминает обыкновенную выпарку. В дальнейшем с повышением содержания масла в мисцелле температура ее кипения возрастает значительно. Особые трудности испытывают при удалении последних 5% бензина.

На последней стадии дистилляции мисцеллы с целью интенсификации массообмена процесс ведут под разрежением, и в аппарат подают инертное по отношению к мисцелле вещество – перегретый водяной пар, за счет которого, прежде всего, происходит снижение парциального давления паров бензина в смеси паров. Кроме того, распылением или применением других методов увеличивается межфазная поверхность жидкость-пар,  увеличивается коэффициент массообмена при переходе от жидкой фазы к газообразной.

Выходящий из экстрактора шрот содержит 25…40% растворителя. С целью сокращения расхода растворителя и придания шроту товарных свойств (шрот является ценным белоксодержащим кормом для животных) растворитель отгоняют из шрота.

Отгонку растворителя из шрота производят или в горизонтальных шнековых испарителях, или в вертикальных чанных испарителях – тосте.

11. Рафинация  масла

Очистка масел от сопутствующих веществ получила название рафинации. Существуют следующие методы рафинации: физические (отстаивание, центрифугирование, фильтрование), химические (гидратация, щелочная рафинация) и физико-химические (адсорбционная рафинация, дезодорация).

Удаление из масел крупных твердых частиц, увлекаемых маслом при маслодобывании, производится отстаиванием в механизированных гущеловушках-отстойниках или в горизонтальных шнековых центрифугах.

Осветление масел (удаление мелких твердых частиц) производится на саморазгружающихся центрифугах или фильтрованием на фильтр-прессах.

Гидратацию (удаление фосфолипидов с помощью воды) производят невзирая на то, что в физиологическом отношении фосфолипиды полезны для человека, и они являются антиокислителями, предохраняющими масла от окисления, но при хранении масел выпадают в легко разлагающийся осадок. Кроме того, фосфолипиды, являясь поверхностно-активными веществами, мешают проведению ряда дальнейших технологических процессов при переработке масел.

При гидратации масло тщательно перемешивают с горячей водой. Смесь масла с водой при температуре 45…60°С выдерживают в течение 20…30 минут для коагулирования фосфолипидов и формирования осадка. Осадок отделяют в отстойниках или  сепараторах.

С целью сохранения осадок высушивают на роторных пленочных аппаратах в тонкой турбулизованной пленке материала. Масло высушивают в распыли-тельных сушилках, нагретых  до  температуры 100…110°С, до остаточного содержания влаги в масле не более 0,1%.

Щелочная рафинация производится с целью удаления из масел свободных жирных кислот. При этом тщательно смешивают водный раствор щелочи с маслом. Свободные жирные кислоты реагируют со щелочью с образованием мыла и воды. Мыло выпадает в осадок, увлекая за собой разнообразные примеси: красящие вещества, белки, слизи и др. Образующийся осадок после щелочной рафинации называют соапстоком. Щелочная рафинация сопровождается также частичным разложением нейтрального жира, что нежелательно, так как приводит к уменьшению выхода рафинированного масла.

Адсорбционная рафинация производится с целью удаления красящих веществ из масла (отбеливание масла). При щелочной рафинации цвет масла тоже несколько снижается, так как идет частичная сорбция пигментов соапстоком. Однако жирорастворимые пигменты остаются в масле.

Для отбеливания масел используют бентонитовые глины, активированные кислотной обработкой. Основными компонентами бентонитовых глин являются алюмосиликаты. Активные глины вводят в масло в количестве до 2,0…2,5% от массы масла (для хлопкового масла 4…5%). Процесс отбеливания масла заключается в создании суспензии масла и отбеливающей глины. Суспензию при активном перемешивании выдерживают при разрежении в аппарате. Отбельную глину отделяют от масла фильтрованием. Отбелка происходит при остаточном давлении в аппарате, равном 3,4 кПа. Продолжительность отбеливания составляет примерно 30 минут.

Дезодорация масел применяется для удаления веществ, придающих  маслам специфические вкус и запах. Частично эти вещества удаляются на предыдущих этапах рафинации, но недостаточно.

Масло, подвергшееся щелочной рафинации, подогревают до температуры 60°С, после чего подают в деаэратор для удаления растворенного воздуха из масла, где оно распыляется под вакуумом и подогревается до температуры 130…180°С. После деаэрации масло дополнительно подогревают и подают в дезодоратор. Дезодорацию ведут при температуре 190…250°С и остаточном давлении в аппарате 0,4…1,3 кПа.  Для снижения парциального давления одорирующих веществ в дезодоратор подают острый перегретый водяной пар. В этих условиях из масел испаряются более легколетучие одорирующие вещества. После дезодорации масло охлаждают до температуры 40°С. Для предотвращения окисления дезодорированное масло хранят без доступа кислорода воздуха (под вакуумом или в атмосфере инертного газа).

12. Гидрогенизация  жиров

Задача гидрогенизации жиров – превращение жидких масел, содержащих ненасыщенные жирные кислоты (жирные кислоты, имеющие двойные и тройные связи между атомами углерода), в твердые жиры. При этом двойные и тройные связи между атомами углерода расщепляются и в присутствии катализаторов замещаются атомами водорода.

В качестве катализатора гидрирования жиров используют в основном порошкообразный никелевый катализатор, промотированный медью. В последнее время стали использовать никелевый катализатор на кизельгуре.

Для гидрирования жиров необходим водород. Среди разнообразных методов производства водорода наиболее распространенным является электролитический метод. Практически электролизу постоянным током подвергаются водные растворы щелочей или кислот. Хранят водород в газгольдерах.

На гидрирование направляется тщательно отрафинированное масло. Процесс гидрирования ведут в вертикальных цилиндрических автоклавах, снабженных рубашкой, турбинной мешалкой и барботером для водорода. На многих предприятиях процесс гидрирования ведут непрерывным способом в батарее из трех автоклавов, в которых масло проходит последовательно через автоклавы батареи. Гидрированное масло (саломас) из последнего автоклава направляется в сборник, откуда подается на фильтрацию для отделения катализатора. Использованный катализатор частично применяют повторно для гидрирования, а частично – для регенерации.

Для производства пищевого саломаса используют только свежий водород, а технического – смесь с очищенным оборотным водородом. Температура масла при производстве пищевого саломаса при гидрировании составляет 210…230°С, а при производстве технического саломаса 240…250°С. Масса катализатора, добавляемого в масло при гидрировании, составляет 0,5…2,0 кг никеля на 1 т масла. Температура плавления пищевого саломаса 31…33°С, а технического – от 33…36 до 45…48°С.

13. Технология маргарина

Маргарин представляет собой физико-химическую систему, в которой один из ос­новных компонентов - вода (дисперсная фаза) распределен в другом - масле (дисперсион­ной среде) в виде мельчайших капелек, образуя эмульсию типа «вода в масле». В состав маргарина входят высококачественные пищевые жиры, молоко, соль, сахар, эмульгаторы, красители, ароматизаторы, витамины и другие компоненты. В жировую основу маргарина входят рафинированные дезодорированные растительные масла, животные жиры, пищевые саломасы, а также переэтерифицированные жиры. Для придания маргарину вкуса и аромата сливочного масла в него вводят молоко в натуральном или сквашенном виде. С этой же целью вводят ароматизаторы, а для получения стойкой эмульсии «вода в мас­ле» - эмульгаторы. Пищевые красители придают маргарину цвет сливочного масла, соль и сахар - полноту вкуса. Кроме того, присутствие соли повышает стойкость маргарина при хранении.

Технологическая схема получения маргарина включает такие основные операции, как приготовление эмульсии из предварительно подготовленного жирового сырья, молока, эмуль­гаторов и других нежировых компонентов, получение и фасование маргарина.

В основу получения маргарина входят процессы переохлаждения эмульсии «вода в масле» с одновременной механической обработкой. При приготовлении маргарина непре­рывным способом компоненты рецептуры дозируют в основном весовым методом, хотя известны разные способы дозирования смешиваемых компонентов.

Компоненты смешивают в вертикальном цилиндрическом смесителе, в котором про­исходит также предварительное эмульгирование. Грубая эмульсия из смесителя поступает затем в эмульсатор, где происходит диспергирование эмульсии до размера частиц с диаметром 6-15 мкм. После эмульсатора маргариновая эмульсия, пройдя через уравнитель­ный бак, подается насосом высокого давления в переохладитель.

Температура эмульсин на выходе из третьего цилиндра составляет 12-13°С Затем эмульсия поступает в кристаллизатор, где ей придаются необходимая кристаллическая структура, требуемая твердость, однородность и пластичность, необходимые для фасова­ния маргарина. Температура маргарина при этом повышается до 16-20°С за счет теплоты кристаллизации. При охлаждении маргариновой эмульсин происходят сложные процессы кристаллизации и рекристаллизации триацилглицеринов - жировой основы маргарина, определяющих качественные показатели готовой продукции - консистенцию, пластичность и температуру плавления.

Качество готового маргарина должно соответствовать ГОСТ 240 «Маргарин. Техни­ческие условия». По физико-химическим показателям маргарин должен содержать не ме­нее 82% жира. В настоящее время масложировая промышленность выпускает также мар­гарин с низким содержанием жира (70-60%). Содержание воды и летучих веществ в различных маргаринах составляет 16-17%. Температура плавления жира, выделенного из маргарина, колеблется в пределах 27-36°С в зависимости от назначения маргарина.

Кроме маргарина промышленность выпускает кондитерские и кулинарные жиры, а также жиры для пищеконцентратов, хлебобулочных изделий и майонезы.

В отличие от маргарина кулинарные и кондитерские жиры, а также жиры для пищеконцентратов и хлебобулочных изделий практически не содержат воды. Физико-химические показатели кулинарных и кондитерских жиров должны соответствовать тре­бованиям ОСТ 18-197.

Получение гидрированных жиров. Для производства таких продуктов, как маргарин, кондитерские и кулинарные жиры, мыла, стеарин, технологические смазки различного на­значения, необходимы пластичные, высокоплавкие и твердые (при комнатной температу­ре) жиры. Они могут быть получены из жидких растительных масел путем гидрогениза­ции. Задача гидрогенизации масел и жиров - целенаправленное изменение жирно-кислотного, а следовательно, и ацилглицеринового состава исходного жира в результате присоединения водорода в присутствии катализатора к ненасыщенным остаткам жирных кислот, входящим в состав ацилглицеринов подсолнечного, хлопкового, соевого, рапсово­го и других жидких масел.

Гидрирование жиров проводят при участии катализаторов. Технологическая схема гидрогенизации масел и жиров представлена на рис. 21.6.

Рис. 21.6. Технологическая схема гидрогенизации масел и жиров.

Наиболее распространенный метод получения водорода для гидрирования - электро­литический, позволяющий полагать наиболее чистый водород. Практически электролизу подвергают не воду, а слабые водные растворы щелочей и кислот в электролизерах. Хра­нят водород в газгольдерах. На гидрирование поступает тщательно отрафинированное масло, так как примеси способны снизить активность катализаторов. В промышленности в основном применяют непрерывный процесс гидрирования. Для непрерывного гидрирова­ния масел применяют последовательно работающие реакторы с турбинными мешалками. Температура масла при гидрировании составляет 210-230°С (для пищевого саломаса) и 240-250°С (для технического саломаса). Количество катализатора колеблется от 0,5 до 2 кг (в пересчете на никель) на 1 т масла. Давление водорода в реакторе равно 0,5 МПа. Обыч­но колонные реакторы устанавливаются в батареи из двух-трех аппаратов.

Качественные показатели саломасов должны соответствовать ОСТ 18-262 «Саломас нерафинированный для маргариновой промышленности» и ОСТ 18-263 «Саломас технический».

          Контрольные вопросы.

1. Какие важнейшие виды растительного масличного сырья перерабатываются в Азербайджане?
2. Какие операции входят в технологическую схему получения растительных масел?
3. Какие операции выполняются при переработки растительного масличного сырья?
4. Какие режимы применяют при хранении масличных семян?
5. Как происходит порча масличных семян при хранении?
6. Назовите признаки порчи масличных семян и способы их предотвращения.
7. Как происходит дыхание масличных семян и какие факторы влияют на его интенсивность?
8. Как происходит жизнедеятельность микрофлоры в семенной массе?
9. Какие меры борьбы применяют с жизнедеятельностью микрофлоры в семенной массе?
10. Дайте характеристику основных режимов хранения масличных семян.
11. В основном какие методы применяют для очистки масличных семян от примесей?
12. Назовите все примеси находящихся в маслосеменах.
13. Перечистлите основные требования к хранилищам масличных семян и особенности хранения семян отдельных масличных культур.
14. В чем заключается необходимость отделения оболочки от ядра при переработке масличных семян?
15. Какие механические воздействия необходимо применять для обрушивания масличных семян с различными свойствами?
16. В чем заключается цель обрушивания масличных семян?
17. В чем заключается цель операции сепарирования рушанки?
18. В чем заключается цель измельчения масличных семян и характер изменений в составе и структуре, происходящих при этом?
19. Какие машины применяют для измельчения масличных семян?
20. Какие основные виды сырья применяют для производства масел и жиров?
21. Каковы особенности химического состава ацилглицеринов?
22. Какова пищевая ценность масел и жиров?
23. Назовите основные приемы подготовки масличного сырья к извлечению масла.
24. Какие методы применяют для получения масел?
25. Какие методы применяют для рафинации масел?
26. Как протекает процесс гидрогенизации масел и жиров?
27. Каковы особенности и основные этапы технологии получения маргариновой продукции?
28. Какие основные типы сушилок используют для сушки масличных семян?
29. В чем состоит необходимость сушки масличных семян?
30. Какие виды сушки применяют в технологии производства растительных масел?