 |
|
Основы производства растительных масел
Сырье. Согласно классификации В.Г. Щербакова, масличные растения делят на несколько групп в зависимости от использования.
Чисто масличные — эти растения выращиваются с целью получения масла, а другие продукты при этом являются вторичными. Это подсолнечник, сафлор, кунжут, тунг.
Прядильно-масличные — это растения, выращиваемые не только для извлечения масла, но и для получения волокна. Это хлопчатник, лен, конопля. Так, до 1860 г. хлопчатник возделывали главным образом для получения волокна, но вот уже более 140 лет семена хлопчатника используют для производства масла.
Эфирно-масличные растения — в их семенах наряду с жирными содержатся эфирные масла. Представителем этой группы растений является кориандр. Путем извлечения из него эфирного масла получают техническое жирное масло.
Условно выделяют еще две подгруппы растений, пищевая ценность которых обусловлена нелипидной частью. Это белково-масличные культуры — соя и арахис и пряно-масличные растения, представителем которых является горчица.
Наряду с семенами масличных растений для извлечения масла используют маслосодержащие части семян немасличных растений — зародыши пшеницы, кукурузы, риса, плодовые косточки и др.
Согласно классификации проф. В.В. Белобородова, технологические процессы современного производства растительных масел делятся на: механические — очистка семян, обрушивание семян, отделение от ядер плодовых и семенных оболочек, измельчение ядра и жмыха; диффузионные и диффузионно-тепловые — кондиционирование семян по влажности, жарение мятки, экстракция масла, отгонка растворителя из мисцеллы и шрота; гидромеханические — прессование мезги, отстаивание и фильтрация масла; химические и биохимические процессы — гидролиз и окисление липидов, денатурация белков, образование липидно-белковых комплексов.
По технологическому признаку технологические процессы делятся на шесть групп: подготовка к хранению и хранение масличных семян; подготовка семян к извлечению масла; собственно извлечение масла; рафинация полученного масла; розлив; упаковка и маркировка.
Подготовка к хранению и хранение масличных культур. Она включает следующие технологические процессы: очистку семян от примесей, кондиционирование семян по влажности, хранение семян.
Очистка семян от примесей. Семенная масса, поступающая на хранение и переработку, представляет собой неоднородную смесь из семян и органических (стебли растений; листья, оболочки семян), минеральных (земля, камни, песок), масличных (частично поврежденные или проросшие семена основной масличной культуры) примесей. Очистку семян от примесей производят на очистительных машинах — сепараторах, аспираторах, камнеотборниках, используя следующие методы:
разделение семенной массы по размерам путем просеивания через сита с отверстиями разных размеров и формы. При просеивании получают две фракции: проход (часть, проходящая через отверстия) и сход (часть, оставшаяся на сите); разделение семенной массы по аэродинамическим свойствам путем продувки слоя семян воздухом; разделение металлопримесей и семян по ферромагнитным свойствам.
Кондиционирование семян по влажности. Длительному хранению подлежат семена, влажность которых на 2—3% ниже критической. Кроме того, кондиционирование по влажности улучшает технологические свойства семян. Для уменьшения влажности семян применяют метод сушки в промышленных сушилках шахтного, барабанного типов и сушилки с кипящим слоем, а также метод активного вентилирования в специальных хранилищах, оборудованных устройствами для подвода и распределения воздуха по семенной массе.
В отличие от других масличных культур семена хлопчатника перед обработкой подвергают увлажнению до 11%.
Хранение семян преследует цели сохранения их от порчи для получения при переработке продуктов высокого качества с минимальными потерями; улучшения качества семян для их более эффективной переработки.
Подготовка семян к извлечению масла.Эта подготовка предусматривает очистку семян от примесей, калибрование семян по размерам, кондиционирование семян по влажности, аналогичные соответствующим операциям перед закладкой семян на хранение; обрушивание семян; разделение рушанки на фракции; измельчение ядра.
Обрушивание семян и отделение ядра от оболочки. Масличные семена по характеру оболочек делят на две группы — кожурные (подсолнечник, хлопчатник) и бескожурные (лен, рапс, сурепка, кунжут). Кожурные семена перерабатывают после отделения оболочки, бескожурные — без ее отделения.
Обрушивание — разрушение оболочек масличных семян путем механического воздействия осуществляется в семенорушках бичевого типа МРН, обрушивающими элементами которой являются колосники с волнистой поверхностью — деки. Более современная модель — центробежная обрушивающая машина РЗ-МОС. Разрушают оболочки семян хлопчатника на дисковых (АС-900) и ножевых шелушителях. Семена .сои перед отделением оболочки подвергают дроблению на вальцовых станках.
В результате обрушивания семян получают рушанку, представляющую собой смесь нескольких фракций: целых семян — целяка, частично необрушенных семян — недоруша, целого ядра, половинок ядра, разрушенного ядра — сечки, масличной пыли и лузги (оболочки подсолнечника, у хлопчатника — шелуха). Установлены нормы содержания целяка, недоруша, сечки и масличной пыли.
Разделение рушанки на фракции. Для разделения рушанки используют аспирационные семеновейки Р1-МСТ, электросепараторы СМР-11, для разделения рушанки хлопчатника — пурифайеры, для разделения дробленки сои — сепараторы Граностар воздушно-ситового типа.
Рушанку разделяют на ядро и лузгу (шелуху).
Отделение оболочек от ядр имеет большое значение. При этом повышается качество масла, так как в него не переходят липиды оболочек, содержащие большое количество сопутствующих веществ; повышается производительность оборудования; уменьшаются потери масла с лузгой за счет замасливания.
Измельчение ядра. Целью этой операции является разрушение клеточной структуры ядра для максимального извлечения масла при дальнейших технологических операциях. Для измельчения ядра и семян используют однопарные, двупарные и пятивалковые станки с рифлеными и гладкими поверхностями. В результате получают сыпучую массу мятку. При лепестковом помоле на двупарной плющильной вальцовке и двупарном плющильно-вальцовом станке ФВ-600 получают лепесток — пластинки сплющенного жмыха толщиной менее 1 мм.
Собственно извлечение масла. Извлечение масла производят двумя способами: прессованием и экстракцией. На основе этих двух способов разработаны следующие технологические схемы производства растительных масел: однократное прессование; двукратное прессование — извлечение масла путем предварительного отжима — форпрессования с последующим окончательным отжимом — экспеллированием; холодное прессование — извлечение масла из сырья без предварительной влаготепловой обработки; форпрессование — экстракция — предварительное обезжиривание масла путем форпрессования с последующим его извлечением путем экстракции бензином; прямая экстракция — экстракция растворителем без предварительного обезжиривания.
Влаготепловая обработка мятки — жарение. Для эффективного извлечения масла из мятки проводят влаготепловую обработку при непрерывном и тщательном перемешивании. В производственных условиях процесс влаготепловой обработки состоит из двух этапов:
1-й этап — увлажнение мятки и подогрев в аппаратах для предварительной влаготепловой обработки мятки — инактиваторах или про-парочно-увлажнительных шнеках. Мятку нагревают до температуры 80—85 "С с одновременным увлажнением водой или острым паром. При этом происходят избирательное смачивание и уменьшение энергии связи масла с нелипидной частью семян на поверхности мятки. Влажность семян подсолнечника после увлажнения составляет 8—9%.
2-й этап — высушивание и нагрев увлажненной мятки в жаровнях различных конструкций. При этом изменяются физические свойства масла — уменьшаются вязкость, плотность и поверхностное натяжение.
Материал, получаемый в результате жарения, называется мезгой.
Предварительный отжим масла — форпрессование. Прессованием называется отжим масла из сыпучей пористой массы — мезги. В результате прессования извлекается 60—85% масла, т. е. осуществляется предварительное извлечение масла — форпрессование. Для прессования применяют прессы различных конструкций. В зависимости от давления на прессуемый материал и масличности выходящего жмыха шнековые прессы делят на прессы предварительного съема масла — форпрессы и прессы окончательного съема масла — экспеллеры.
Окончательный отжим масла — экспеллирование осуществляется в более жестких условиях, в результате чего содержание масла в жмыхе снижается до 4—7%.
Извлечение масла методом экстракции органическими растворителями эффективнее прессового метода, так как содержание масла в проэкстрагированном материале — шроте — менее 1%.
В нашей стране в качестве растворителей для извлечения масла из растительного сырья применяют экстракционный бензин марки А и нефрас с температурой кипения 63—75 °С.
Экстракция — это диффузионный процесс, движущей силой которого является разность концентраций мицеллы — растворов масла в растворителе внутри и снаружи частиц экстрагируемого материала. Растворитель, проникая через мембраны клеток экстрагируемой частицы, диффундирует в масло, а масло из клеток — в растворитель. Под влиянием разности концентраций масло перемещается из частицы во внешнюю среду до момента выравнивания концентраций масла в частице и в растворителе вне ее в этот момент экстракция прекращается.
Экстракцию масла из масличного сырья проводят двумя способами: погружением и ступенчатым орошением.
Сырье в виде лепестка или крупки поступает в загрузочную колонну, подхватывается витками шнека, перемещается в низ загрузочной колонны, проходит горизонтальный цилиндр и попадает в экстракционную колонну, где с помощью шнека поднимается в верхнюю ее часть. Одновременно с сырьем в экстрактор подается бензин температурой 55—60 °С. Бензин перемещается навстречу сырью и проходит последовательно экстрактор, горизонтальный цилиндр и загрузочную колонну. Концентрация мисцелы на выходе из экстрактора составляет 15—17%.
Обезжиренный остаток сырья — шрот выходит из экстрактора с высоким содержанием растворителя и влаги (25—40%), поэтому его направляют в шнековые или чанные (тостеры) испарители, где из него удаляют бензин.
К преимуществам экстракции погружением относятся: высокая скорость экстракции, простота конструкторского решения экстракционных, аппаратов, безопасность их эксплуатации. Недостатками этого способа являются: низкие концентрации конечных мицелл, высокое содержание примесей в мисцеллах, что осложняет их дальнейшую обработку.
Экстракция способом ступенчатого орошения. При этом способе непрерывно перемещается только растворитель, а сырье остается в покое в одной и той же перемещающейся емкости или движущейся ленте. Этот способ обеспечивает получение мисцеллы повышенной концентрации (25-30%), с меньшим количеством примесей. Недостатки этого способа — большая продолжительность экстракции, повышенная взрывоопасность производства.
После экстракции мисцелла содержит до 1% примесей, и ее направляют на ротационные дисковые или патронные фильтры для очистки.
Дистилляция — это отгонка растворителя из мисцеллы. Наиболее распространены трехступенчатые схемы дистилляции.
На первых двух ступенях мисцелла обрабатывается в трубчатых пленочных дистилляторах. На первой происходит упаривание мисцеллы. На второй — мисцелла обрабатывается острым паром при температуре 180—220 °С и давлении 0,3 мПа, что вызывает кипение мисцеллы и образование паров растворителя. Пары растворителя направляются в конденсатор. На третьей ступени высококонцентрированная мисцелла поступает в распылительный вакуумный дистиллятор, где в результате барботации острым паром под давлением 0,3 мПа происходит окончательное удаление следов растворителя. После дистилляции масло направляют на рафинацию.
Рафинация жиров. Это процесс очистки жиров и масел от сопутствующих примесей. К примесям относятся следующие группы веществ: сопутствующие триглицеридам вещества, переходящие из доброкачественного сырья в масло в процессе извлечения; вещества, образующиеся в результате химических реакций при извлечении и хранении жира; собственно примеси — минеральные примеси, частицы мезги или шрота, остатки растворителя или мыла.
Помимо нежелательных примесей из жиров при рафинации удаляются и полезные для организма вещества: жирорастворимые витамины, фосфатиды, незаменимые полиненасыщенные жирные кислоты.
Рафинированные жиры легче подвергаются окислительной порче, так как из них удаляются естественные антиокислители — фосфатиды и токоферолы. Поэтому рафинацию стремятся проводить таким образом, чтобы при максимальном извлечении нежелательных примесей сохранить полезные вещества.
Все методы рафинации делятся на: физические — отстаивание, центрифугирование, фильтрация, которые используются для удаления механических частиц и коллоидно-растворенных веществ; химические — сернокислая и щелочная рафинация, гидратация, удаление госсипола, которые применяются для удаления примесей, образующих в маслах истинные или коллоидные растворы с участием удаляемых веществ в химических реакциях; физико-химические — отбеливание, дезодорация, вымораживание, которые используются для удаления примесей, образующих в маслах истинные растворы без химического изменения самих веществ.
Физические методы. Механические примеси (частицы мезги и жмыха) не только ухудшают товарный вид жира, но и обусловливают ферментативные, гидролитические, окислительные процессы. Белковые вещества способствуют протеканию реакции Майара (меланоидинообразования) и образованию липопротеидных комплексов. Механические примеси удаляют сразу же после получения масла.
Отстаивание — это процесс естественного осаждения частиц, находящихся во взвешенном состоянии в жидкой среде, под действием силы тяжести. При длительном отстаиваний масла происходит выделение из него части коллоидно-растворенных веществ — фосфоли-пидов, слизей, белков за счет их коагуляции. Масло после отделения осадка становится прозрачным. На промышленных предприятиях для отстаивания применяются механизированные двойные гущеловушки с электромеханическими вибраторами.
Центрифугирование — процесс разделения неоднородных систем под действием центробежных сил. В промышленности применяют корзиночные, тарельчатые, трубчатые центрифуги, например, горизонтальную осадительную центрифугу непрерывного действия НОГШ-325, сепаратор Al-МСП. Для разделения тонких систем используют скоростные центрифуги: разделительные — для разделения двух несмешивающихся фаз (вода—жир) и осветляющие — для выделения из жидкостей тонкодисперсных механических примесей.
Фильтрация — процесс разделения неоднородных систем с помощью пористой перегородки, которая задерживает твердые частицы, а пропускает жидкость и газ. Форпрессовое и экспеллерное масла подвергают фильтрации дважды. Сначала проводят горячую фильтрацию при температуре 50—55 °С для удаления механических примесей и отчасти фосфатидов. Затем — холодную фильтрацию при температуре 20—25 °С для коагуляции мелких частиц фосфатидов.
Химические методы. Гидратация — процесс обработки масла водой для осаждения гидрофильных примесей (фосфатидов, фосфопроте-идов). В результате гидратации фосфатиды набухают, теряют растворимость в масле и выпадают в осадок, который отфильтровывают. Для полного удаления фосфопротеидов применяют слабые растворы электролитов, в частности хлорид натрия.
В целом гидратация сводится к тому, что масло нагревается до определенной температуры (подсолнечное и арахисовое — до 45—50 °С), смешивается с водой или барботируется острым паром, выдерживается для образования хлопьев с последующим отделением масла от осадка.
В результате гидратации получают пищевое масло, пищевой и кормовой фосфатидные концентраты, масло для дальнейшей рафинации.
Щелочная рафинация — обработка масла щелочью с целью выведения избыточного количества свободных жирных кислот. В процессе нейтрализации образуются соли жирных кислот — мыла. Мыла нерастворимы в нейтральном жире и образуют осадок — соапсток. Мыло обладает высокой адсорбирующей способностью, благодаря которой из жира удаляются пигменты, белки, слизи, механические примеси. Соапсток удаляется отстаиванием или центрифугированием.
Процесс щелочной нейтрализации состоит из следующих операций: обработка фосфорной кислотой для разрушения негидратируемых фосфатидов; нейтрализация щелочью; первая промывка водой температурой 90—95 °С для удаления мыла; вторая промывка водой; обработка лимонной кислотой для удаления следов мыла; сушка в аппаратах под вакуумом.
Нейтрализацию проводят непрерывным и периодическими методами.
Периодический способ разделения фаз в гравитационном поле с водно-солевой подкладкой основан на растворении мыла в воде или в водном растворе хлорида натрия. При периодическом методе нейтрализацию осуществляют в нейтрализаторе. Это аппарат цилиндрической формы сконическим дном, с паровой рубашкой и грабельной мешалкой для перемешивания жира и щелочи. Щелочь подают сверху через распылители или снизу через змеевики. Через распылители подают также раствор соли и воду.
Непрерывные методы:
• с применением сепараторов для отделения масла от соапстока под действием центробежных сил;
• с разделением фаз в, мыльно-щелочной среде, при котором тонкодиспергированный жир пропускают через раствор щелочи, образующееся мыло растворяется в щелочи, нейтрализованный жир всплывает и отводится из аппарата;
• рафинация в мисцелле — рафинация масла, выходящего в виде мисцеллы из экстрактора, без операции дистилляции, устраняется воздействие высоких температур на масло.
Физико-химические методы. Отбеливание — процесс извлечения из жиров красящих веществ путем их обработки сорбентами. Для отбеливания жиров и масел широко используют отбельные глины — отбельные земли (гумбрин, асканит, бентонин). Они представляют собой нейтральные вещества кристаллического или аморфного строения, содержащие кремниевую кислоту или алюмосиликаты. Для усиления эффекта отбеливания в отбельные глины добавляют активированный уголь. Кроме того, при добавлении к смеси отбельной глины и угля карбонатов никеля и меди выводится сера из рапсового масла. Процесс отбеливания заключается в перемешивании жира с отбельной глиной в течение 20—30 мин в вакуум-отбельных аппаратах. После отбеливания адсорбент отделяют с помощью рамных фильтр-прессов с ручной выгрузкой осадка. Используют также непрерывно действующие линии для отбеливания жиров, оснащенные герметичными саморазгружающимися фильтрами фирм «Де Смет», «Альфа-Лаваль».
Дезодорация — процесс отгонки из жира летучих веществ, сообщающих ему вкус и запах: углеводородов, альдегидов, спиртов, низкомолекулярных жирных кислот, эфиров и др. Дезодорацию проводят для получения обезличенного масла, необходимого в маргариновом, майонезном, консервном производствах.
Процесс дезодорации основан на разнице температуры испарения ароматических вещестй и самих масел. i
В промышленности используют способы периодического и непрерывного действия дезодорации жира.
Периодический способ. Основным методом дезодорации является отгонка вкусоароматических веществ в токе водяного пара — дистилляция. Профильтрованные жиры помещают в специальные аппараты-дезодораторы, добавляют лимонную кислоту для повышения стойкости к окислению. Жир нагревают до 170 °С и под вакуумом с острым паром температурой 250-350 °С отгоняют вкусоаромати-ческие вещества. Производительность дезодораторов периодического действия в среднем 25 т/сут.
Непрерывные способы дезодорации жира осуществляются как на отечественных, так и импортных установках.
Вымораживание — процесс удаления воскообразных веществ, которые переходят в масла из семенных и плодовых оболочек масличных растений. Вымораживание проводят в начале или после рафинации. Сущность процесса вымораживания заключается в охлаждении масла до температуры 10—12 °С и последующей выдержке при этой температуре при медленном перемешивании для образования кристаллов . воска. Затем масло подогревают до 18—20 °С, для снижения вязкости и фильтруют. Профильтрованное масло прозрачное, не мутнеет при охлаждении даже до 5 °С.
Особенностью рафинации хлопкового масла является предварительное выведение госсипола антраниловой кислотой. При этом образуется осадок антранилата госсипола, который отделяют от масла, а масло направляют на дальнейшую обработку.
Лекция № 20