Лекция 10. Способы рафинации растительных масел

1. Назначение рафинации

2. Способы гидратации масел

3. Выделение восков

Цель лекции: Изучить основные способы рафинации различных растительных масел.

Готов освоить -ОК-10 -ПК – 5 - ПК-10 ПК-13 ПК-16ПК-40 ПК-27

.

Рафинация объединяет ряд важнейших технологических процессов обработки жиров (масел) с целью удаления из них примесей и тех сопутствующих веществ, которые снижают каче­ство и технологические свойства.

Рафинация позволит повысить качественные показатели масла, в результате чего становится возможным перевести некоторые из них из разряда технических и даже токсичных в разряд пищевых.

Рафинация представляет собой сложный комплекс различных физических и химических процессов, применение которые позволяет избирательно воздействовать на сопутствующие вещества, ослаблять их связь с триглицеридами и выводить из масла характер и последовательность этих процессов определяются, с одной стороны, природой масел и их качеством, с другой, - требуемой глубиной очистки.

В связи с этим большое внимание уделяется выбору таких условий проведения отдельных этапов рафинации, при которых триглицеридная часть жиров максимально предохраняется от не­благоприятного воздействия влаги, кислорода воздуха, тепла и химических агентов. Кроме того, задачей рафинации является максимальное выделение из масла наиболее ценных сопутст­вующих веществ с сохранением их свойств для использования в качестве побочных продуктов. Такими продуктами, например, являются фосфатиды, свободные жирные кислоты, восковые ве­щества.

К рафинированным маслам в зависимости от целевого на­значения предъявляется ряд основных требований. Масла и жи­ры, идущие непосредственно на пищевые цели, должны рафини­роваться по полному циклу, который охватывает следующие процессы: выделение фосфорсодержащих и воскоподобных ве­ществ, удаление свободных жирных кислот, красящих и одори­рующих веществ.

Масла, используемые для различных технических целей или направляемые на гидрогенизацию, подвергаются более короткому циклу рафинации (в этом случае исключается удаление одорирующих веществ).

Методы рафинации

Различное качество масел и жиров, поступающих на рафи­нацию, а также разнообразные требования, предъявляемые к рафинированным жирам, указывают на то, что в каждом отдельном случае необходимо применять разные методы рафинации или же различные их сочетания. Определяющим фактором является спо­собность применяемых реагентов или методов избирательного воздействия на отдельные сопутствующие вещества, разрушая или ослабляя их связи между собой и триглицеридами.

Классификация методов рафинации жиров приведена в таблице 4

Процессы	Методы рафинации	Основное назначение
'Гидромеханиче­ские	Отстаивание Центрифугирование Фильтрование	Разделение суспензии или несмешивающихся жидкостей
Физико-химические	Гидратация Вымораживание Нейтрализация Промывка Сушка	Извлечение фосфатидов и других гидрофильных веществ Извлечение высоко­плавких веществ Удаление свободных жирных кислот Удаление мыла и дру- гих водорастворимых веществ Удаление влаги
массообменные	Отбелка Дезодорация Дистилляционная ра­финация (бесщелоч­ная)	Удаление пигментов и других окрашенных веществ, а также мыла Удаление одорирую щих веществ Удаление свободных жирных кислот и одорирующих веществ

Использование каждого из перечисленных методов без учета их взаимосвязи может привести к неправильному построению всего процесса рафинации в целом. Поэтому обязанностью технолога является четкое знание основных принципов каждого метода, его потенциальных возможностей, а также наиболее рациональное их сочетание для достижения необходимой глубины очи­стки масла.

Гидратации масла

Гидратация осуществляется с целью извлечения фосфатидов масел, Она представляет собой первый этап комплексного про­цесса рафинации, предопределяющий не только качество рафи­нированного масла, но и эффективность последующих стадий его

переработки.

Фосфолипиды составляют наиболее широкую и ценную группу веществ, сопутствующих глицеридам. В масличных семе­нах они локализованы преимущественно в нежировой фазе в сво­бодном и связанном с белками и углеводами состоянии; в зави­симости от способов и режимов получения нерафинированных масел степень одновременного извлечения фосфатидов из мас­личного сырья составляет от 20 до 90%.

Хотя фосфатиды присутствуют в маслах сравнительно в не­больших количествах, но благодаря своей активности оказывают существенное влияние на качество масла и его свойства. Фосфа­тиды не устойчивы в масле и даже при его кратковременном хра­нении частично выделяются, образуя осадок. На тех стадиях ра­финации, где используется вода или водные растворы, они стаби­лизируют эмульсии, в результате чего возникают трудности при разделении фаз. При отбелке некоторые фосфатиды собираются поверхностью сорбента, что приводит к увеличению его расхода. В процессе гидрогенизации масел фосфатиды взаимодействуют с поверхностью катализатора, снижая его активность и осложняют последующее отделение катализатора от саломаса отстаиванием

и фильтрованием.

Все это приводит к необходимости извлекать фосфатиды из нерафинированного масла перед его дальнейшей промышленной переработкой.

Учитывая высокие физиологические и пищевые достоинства фосфатидов, а также их важное значение как эмульгаторов и раз-

жителей, предусматриваются не только извлечение фосфата­ми, но и их облагораживание с целью производства самостоятельного продукта, так называемого фосфатидного концентрата.

Технология гидратации

В промышленной практике применяют различные условия осуществления гидратации, отличающиеся аппаратурным оформлением процесса, параметрами и качеством перерабаты­ваемого масла.

Однако независимо от способа осуществления гидратация

состоит из следующих этапов:

смешивание масла с гидратирующим агентом (температура и количество агента определяются в зависимости от природы

масла и его качества);

выдержка (экспозиция) смеси масло - вода для обеспечения

процесса коагуляции фосфатидов;

разделение образовавшихся фаз гидратированное масло -

фосфатидная эмульсия;

высушивание гидратированного масла и получение товар­ного продукта;

высушивание фосфатидной эмульсии, получение фосфатид­ного концентрата и его фасовка.

Количество гидратирующего агента зависит от содержания фосфатидов и гидрофильных веществ, их состава, структуры и устанавливается с помощью пробной лабораторной гидратации для каждой партии масла, оно колеблется от 0,5 до 6,0 %. Наи­большее количество воды используется для гидратации соевого масла. Уменьшение количества агента приводит к неполной гид­ратации, а увеличение - к образованию стабильных эмульсий, что

затрудняет разделение фаз.

Так как гидратация фосфатидов протекает на поверхности раздела фаз вода - масло, то для обеспечения наибольшего эф­фекта, особенно на начальных этапах процесса, требуется макси­мально развить поверхность, что обычно достигается при помо­щи интенсивного перемешивания.

Оптимальные температурные режимы зависят от вида масла и его качества. Для подсолнечного, арахисового масел темпера­тура составляет 45-50 °С, для соевого, кукурузного - 60-70 °С. Гидратация протекает с выделением тепла, поэтому при сниже нии температуры можно ожидать большей глубины гидратации но при этом возрастает вязкость масла, что затрудняет после дующее разделение фаз. Температура выше оптимальной приводит к ухудшению процесса за счет повышения растворимости фосфатидов в горячем масле и повышает возможность пептизациискоагулированных фосфатидов.

Эффект отделения коагулированных частиц фосфатидов тем выше, чем больше разность между плотностями разделяемых фаз и крупнее агенты частиц. Поэтому необходимо некоторое время для набухания и разделения гидратных оболочек фосфатидов . экспозиция, которая обычно составляет 10-30 мин. При непре­рывном перемешивании смеси с целью поддержания фосфатидов во взвешенном состоянии интенсивность механического или ино­го воздействия регулируется так, чтобы не разрушить образовав­шиеся коагуляты. Проведение гидратации с соблюдением всех требуемых условий приводит к улучшению некоторых качест­венных показателей масла:

снижается кислотное число на 0,4-0,5 мг КОН в основном за счет выделения кислых форм фосфатидов, титруемых щелочью при определении кислотного числа:

снижается интенсивность цвета масла, что связано с сорб­цией пигментов на поверхности фосфатидов, а также, возможно, с извлечением окрашенных соединений типа меланофосфатидов; вместе с фосфатидами удаляются белки, слизи, а также об­рывки клеточных тканей и механические взвеси, составляющие в масле отстой по массе.

Пробная гидратация, выход гидратированного масла

Пробная гидратация проводится для определения необхо­димого количества воды или другого гидратирующего агента, температуры процесса, а также для уточнения других технологических параметров процесса.

Принцип метода. Основан на определении условий, обеспе­чивающих максимальное выведение в осадок фосфолипидов, рас­творенных в масле.

Способы гидратации масел

В различных схемах гидратации для непрерывного дозиро­вания и смешивания гидратирующего агента и масла использу­ются струйные смесители или реакторы-турбулизаторы (послед­ние обеспечивают более интенсивный контакт реагирующих фаз).

Гидратация с разделением фаз на тарельчатом отстойнике рис 34, теплообменник 5 и ротаметр 6 - в смеситель 8. Гидратирующий агент через стабилизатор уровня 7 и ротаметр 6 направляется также в смеситель 8. Смесь масла с фосфатидной эмульсией по­ступает в экспозитор 9. Объем экспозитора обеспечивает тридца-гиминутное пребывание масла в аппарате. Здесь при перемеши­вании мешалкой с частотой вращения 13 об./мин проходит коагу­ляция и укрупнение выделившихся хлопьев фосфатидов. Затем масло с фосфатидной эмульсией направляется на разделение в тарельчатый отстойник 10. Мутные порции поступают из отстой­ника 10 в бак 2, а гидратированное масло - в бак 13, откуда насо­сом 14 передается на высушивание, если предприятие отгружает потребителю только гидратированное масло. Если же масло предназначено для промышленной переработки, то оно без вы­сушивания может поступать на последующие этапы рафинации. Фосфатидная эмульсия собирается в баке 11 и насосом 12 пере­дается на высушивание для получения фосфатидного концентра­та

.Гидратация с разделением фаз на сепараторах

Сепараторы установлены как в импортных, так и в отечест­венных линиях; производительность сепараторов составляет 80-180 и 200-300 т/сут. Эти линии могут эксплуатироваться само­стоятельно, обеспечивая выпуск товарного гидратированного масла, или входить в состав полной линии рафинации для выпус­ка рафинированного масла. Достоинством является использова­ние герметических сепараторов, работающих под давлением, благодаря чему можно выводить из сепаратора довольно вязкие жидкости, что позволяет повысить концентрацию фосфатидов ифосфатидной эмульсии и довести соотношение в нем фосфатиды: масло до 1:0,7. Кратковременное пребывание разделяемой жид­кости в сепараторе снижает окисление фосфатидов кислородом воздуха. Легкость регулирования процесса сепарирования путем дросселирования масла на линии его выхода при помощи регули­рующего клапана позволяет получить конечные продукты с по­стоянно высокими качественными показателями. На трубопрово­дах для входа ивыхода масла устанавливают контрольные фона­ри.

Технологическая схема гидратации с разделением фаз на се­параторах представлена на рис 34.

Рис. 34. Технологическая схема гидратации с разделением фаз на сепараторах

Нерафинированное масло, взвешенное на автоматических весах 1, поступает в бак 2 и насосом 3 через теплообменник 4 и ротаметр 5 подается в смеситель 7.

Гидрат ирующий агент через стабилизатор уровня 6 и рота­метр 5 также поступает в смеситель 7. Отсюда увлажненное мас­ло попадает в экспозитор 8, где происходит коагуляция и форми­рование хлопьев осадка. Маслофосфатидная эмульсия разделяет­ся на сепараторе 10. Из сепаратора масло собирается в бак 13 и насосом 14 передается на дальнейшую рафинацию. Фосфатидная эмульсия из сборника 11 насосом 12 передается на высушивание.. Мутные порции масла из сепаратора 10 поступают в бак 9, откуда насосом 3 подаются вновь на гидратацию или на сепарирование.

Недостатком этих, схем является использование повышенно­го количества воды, что определяется необходимостью придания фосфатидной эмульсии подвижности для лучшего разделения на сепараторах.

При выработке товарного гидратированпого масла, подле­жащего отгрузке, завершающей стадией процесса является его высушивание. Влажное гидратированное масло не подлежит да­же кратковременному хранению, так как в присутствии влаги ин­тенсивно протекают окислительные процессы, приводящие к на-

коплению в масле продуктов окисления, а в некоторых случаях и

к росту кислотного числа.

В непрерывных схемах гидратации используют непрерывно действующие вакуум-сушильные аппараты колонного типа или вертикальные ротационно-пленочные.

Вакуум -сушильный аппарат колонного пита. Масло при температуре 85-90 ^дС поступает в аппарат по трубе и распыляет­ся при помощи трех форсунок. Каплеотбойник препятствует уно­су капель в вакуумную систему. В нижней части аппарата распо­ложены контактные поверхности, состоящие из тарелок, обеспе­чивающих дополнительное испарение влаги из пленки масла. Процесс сушки осуществляется при остаточном давлении не бо­лее 2,66 кПа. Разрежение создается трехступенчатым пароэжек-торным или водокольцевым вакуум-насосом, подключенным к патрубку. Высушенное масло непрерывно откачивается через штуцер 1 из нижней части аппарата с помощью насоса, установ­ленного на 5-6 м ниже аппарата для преодоления разрежения. На нагнетательной линии насоса, откачивающего масло из аппарата, имеется отвод, соединенный с регулятором уровня. Если уровень масла в аппарате ниже нормы, поплавок регулятора уровня спус­кается и открывает запорное устройство; часть масла по отводной трубе возвращается в аппарат.

Полная схема гидратации

Современная полная схема гидратации является наиболее перспективной (рис 35). Нерафинированное масло после первич­ной очистки из бака 10 вместимостью, рассчитанной на пребыва­ние в нем масла в течение не более 30 мин, насосом 6 через рота­метр 3 подается в коагулятор 9. Одновременно во всасывающую линию насоса 6 через ротаметр насосом 2 подается конденсат. На нагнетательном трубопроводе от насоса 6 находится ротаметр 3 для учета производительности и специальный смеситель-дефлектор 8 для обеспечения тесного контакта. Смесь в коагуля­торе находится 30-40 мин. Для предотвращения возможности оседания хлопьев фосфатидов коагулятор снабжен пропеллерной мешалкой с частотой вращения 400 об./мин. Из коагулятора

Рис. 35. Технологическая схема гидратации с получением фосфатидного

концентрата

Насос снабжен вариатором скоростей, позволяющим син­хронизировать поступление смеси на сепарирование. Кроме того, конструкция насоса предусматривает сохранение структуры агре­гированных частиц фосфатидов перед сепарированием. В бараба­не сепаратора смесь разделяется на три фазы: гидратированное масло, фосфатидная эмульсия, шлам, который накапливается в грязевом пространстве барабана сепаратора. Первые две фракции выводят непрерывно, а шлам выгружают 1-2 раза в смену.

Фосфатидная эмульсия поступает в сборник 16, а гидратируемое масло собирается в сборнике 20, из которого самотеком через подогреватель 22 поступает в вакуум-сушильный аппарат 19. Разрежение в аппарате создается водокольцевым насосом 23. Пары воды конденсируются в поверхностном конденсаторе 21 И сливаются в сборник 4. Высушенное масло из вакуум-сушильного аппарата непрерывно откачивается насосом 24 и пе­редается на охлаждение в пластинчатый теплообменник 18. Если гидратированное масло направляется на дальнейшую рафинацию, его откачивают, минуя теплообменник.

Фосфатидная эмульсия из сборника 16 винтовым насосом 17 передается на высушивание в ротационно-пленочный аппарат 12 смесь насосом 11 подается в герметический саморазгружающ конического типа. Перед высушиванием фосфатидная эмульсия нагревается в сборнике 16 и в коммуникациях от насоса 17 пере­дается на высушивание в ротационно-пленочный аппарат 12 ко­нического типа. Перед высушиванием фосфатидная эмульсия на­гревается в сборнике 16 и в коммуникациях от насоса 17 до су­шилки. Высушенный фосфатидный концентрат насосом 13 пере­дается в промежуточный сборник 15, откуда фасуется во фляги, банки или бочки.