Лекция № 1. Производство растительных масел

ЛЕКЦИЯ № 1. ПРОИЗВОДСТВО РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ

	Способы получения масел

                                                    

                              

                                                          Прессовый             Экстракционный

 

МАСЛИЧНОЕ СЫРЬЕ, ХАРАКТЕРИСТИКА, ПРИЕМ, ХРАНЕНИЕ

 

Масличное сырье – это маслосодержащие продукты, из которых экономически целесообразно получать жирное масло.

 

ВИДЫ МАСЛИЧНОГО СЫРЬЯ

· Специального назначения – подсолнечник, клещевина, лен масличный,

                                                 рапс, рыжик и др.

· Многоцелевого назначения:

- прядильно-масличные растения (конопля, лен-долгунец, хлопчатник)

- белково-масличные (соя)

- эфиро-масличные (кориандр)

- пряно-масличные (горчица)

· Вторичное сырье – зародыши кукурузы, пшеницы, риса, плодовые,

                                  виноградные косточки, семена арбузов, томатов,

                                  мака, табака, чая и др.

· Импортное – соя, мякоть кокосового ореха (копра), пальмовое ядро

 

По содержанию масла семена подразделяются на 3 группы:

1. Низкомасличные (содержание масла в ядре 15 – 35 %) – соя

2. Среднемасличные (масла в ядре 36 – 55%) – горчица,

                                             рапс, хлопчатник

3. Высокомасличные (масла в ядре 56 – 75% и выше) – подсолнечник,

                                  лен масличный, клещевина, кунжут

                                  ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СЕМЯН

 

Химический состав семян зависит от их сорта, от степени зрелости, от зоны земледелия, климата, погодных условий, от агротехники. Свойства семян даже одной культуры варьируют в широких пределах даже на одном растении. Такие свойства семян, как форма, размеры, плотность, парусность имеют большое значение при послеуборочной обработке семян, хранении и переработке.

 

 

Качество семян регламентируется ГОСТами по показателям влажности, засоренности, зараженности амбарными вредителями, по к.ч. масла семян, опушенности для семян хлопчатника.    

ГОСТами устанавливаются базисные нормы – по ним определяется зачетная масса семян и ведется оплата стоимости, и ограничительные нормы. Приемка семян с превышением ограничительных норм требует дополнительных затрат на очистку и сушку.

 

Таблица 1.1 – Требования к качеству семян сои, ГОСТ 17109-88

 

Показатели качества сои, ГОСТ 17109-88	Базисные нормы (расчетные)	Ограничительные нормы
Влажность, %	12	18
Сорная примесь, %	2	5

 

По влажности семена ГОСТом делятся:

- на сухие, их влажность меньше влажности критической                 (W < W_кр)  

- на средней сухости, их влажность равна влажности критической  (W = W_кр)

- на сырые и влажные, их влажность больше влажности критической    (W >W_кр)

Критическая влажность это предельное количество связанной влаги. Она зависит от масличности семян. Чем выше масличность, тем меньше критическая влажность.

 

ВИДЫ ХРАНИЛИЩ

· Элеваторы (хранилище силосного типа)

· Механизированные склады шатрового типа с наклонными полами

· Полумеханизированные склады шатрового типа с горизонтальными

полами – для слеживающихся семян и для семян с хрупкой оболочкой

 

ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ В СЕМЕНАХ ПРИ ХРАНЕНИИ

Таблица 1.2 – Процессы, протекающие в семенах при хранении

Процессы	Последствия	Активизирующие факторы · Зараженность семян микроорганизмами · Повышение влажности семян до критической и выше Меры по предупреждению порчи семян очистка сушка вентилирование контроль за температурой
1. Дыхание семян     2. Жизнедеятель ность микро- организмов   3. Самосогревание	Поглощается кислород, окисляются и распадаются углеводы, белки, жиры. Выделяется тепло и углекислый газ, увеличивается кислотное число   Постепенно изменяется цвет семян, блеск теряется, появляются пятна, затхлый запах, семена теряют сыпучесть, увеличивается их температура, начинается самосогревание   Изменяются цвет, запах, вкус; технологические, пищевые и фуражные достоинства; посевные качества; устойчивость к хранению; резко повышается кислотное число; семена становятся дефектными. Температура повышается до 50 0С и выше.

 

СПОСОБЫ ОЧИСТКИ СЕМЯН

1. Разделение семян и сора по размерам путем просеивания на ситах

2. Отделение примесей от семян в воздушном потоке

3. Очистка от металлопримесей с помощью электромагнитов

Как правило, используется комбинированная очистка семян от примесей

с использованием двух и более способов.

 

 

СУШКА СЕМЯН

Цель сушки – довести влажность семян до величины безопасной для хранения. Для сушки семян используются шахтные, барабанные, газоворе-циркуляционные сушилки.Температура сушильных газов 115 – 160 или 240 – 350 ⁰C в зависимости от вида сушилки. Температура семян в процессе сушки 50-60 ⁰С. Съем влаги от 4 до 8 %. После сушки семена охлаждают до температуры не выше 5⁰С температуры наружного воздуха.

 

 

ПОДГОТОВКА СЕМЯН К ИЗВЛЕЧЕНИЮ МАСЛА

Семена

                             Производственная очистка                                              Сор  

 

                          

                                       Кондиционирование семян по влажности и размерам

 

                                 Обрушивание семян                                                          

                                                                  рушанка (смесь ядра, лузги, недоруша, сечки,

                                                                                     масличной пыли)

 

                                Выделение ядра из рушанки                                           Лузга                           

                                                                                      

                                                                                       Недоруш на повторное обрушивание     

                                          Ядро                      

 

Создание необходимой структуры для прессования

Измельчение ядра

                                                                                       Мятка

                                                     

                                                                                                                                       

	Влаготепловая обработка мятки

                                                                                                                      Мезга

                                                                                                                                        

	Извлечение масла прессованием

Жмых

Масло

на очистку                                                                                                                                                                                                                                   

     

Рисунок 1.2. Схема подготовки семян к извлечению масла прессованием

Цель отделения оболочки от ядра (для семян, у которых нет срастания внешней оболочки с ядром):

 

- повышается производительность оборудования

- уменьшается износ рабочих деталей машин

- повышается выход масла и его качество

- повышается качество жмыха (шрота)

  Цель измельчения семян и ядер:

- масло содержится в клетках ядра, поэтому, чем больше будет разрушен-                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         

ных клеток, тем меньше потребуется внешних воздействий для извлечения

масла, тем больше будет выход масла.

 Цель влаготепловой обработки мятки:

- преодолеть или заметно ослабить силы, связывающие масло с поверх-

ностью частиц мятки.

Мезга, приготовленная для прессования, должна иметь пластичную и упругую структуру, при которой создается высокое давление в прессе для оптимального отжима масла. Поэтому мезга должна иметь оптимальное соотношение влажности и температуры.

Конкретные требования к свойствам мезги зависят от вида и качества перерабатываемых семян и от способов ее дальнейшей переработки (одно или двукратное прессование или форпрессование перед экстракцией).

 

В ШНЕКОВЫХ ПРЕССАХ

	Мезга
					Заполнение всех пор маслом 2, 3 виток
			Сокращение количества пустых пор   1 виток

Уплотнение

Давление

Отжим  масла

                   

 

 

Повышение температуры

Давление

 

Рисунок 1.3. Физическая сущность процесса прессования мезги в шнековых прессах

1.2.3 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ДВУКРАТНОГО ПРЕССОВАНИЯ             

Предварительный съем масла в форпрессах

Масло на реализацию или на рафинацию

Мятка

Масло

Отделение зеерной осыпи на вибросите

Дробление, охлаждение

Окончательный съем масла в экспеллерах

Острый  насыщеный     пар

	Масло

М ~ 5 – 6 %

Жмых

Жмых на склад

                                                                                                                                   

 

 

 

Рисунок 1.4. Схема двукратного прессования

ЭКСТРАКЦИЕЙ

1. Оптимальная структура экстрагируемого материала (оптимальная степень разрушения клеточной структуры + внешняя пористость)

2. Оптимальная влажность экстрагируемого материала (8 – 9,5 %)

3. Температура процесса (приближенная к точке кипения растворителя)

4. Скорость и режим движения растворителя (турбулизованный)

5. Определенное соотношение растворителя и экстрагируемого материала (1,0 - 0,6:1) или (0,6 – 0,3:2) в зависимости от способа экстракции

 

СХЕМА ПОДГОТОВКИ СЕМЯН СОИ К ПРЯМОЙ ЭКСТРАКЦИИ

ОЧИСТКА МИСЦЕЛЛЫ

Содержание взвешенных частиц шрота в мисцелле может достигать 0,8 – 1,0 %. Устойчивая работа оборудования по обработке мисцеллы возможна при содержании примесей не более 0,02 %. Механические примеси при отгонке растворителя из мисцеллы:

- повышают отстой в масле

- вызывают вспенивание и образование нагара на греющих поверхностях

- затрудняют теплопередачу в установках

- снижают качество экстракционного масла

Наиболее распространенный способ очистки мисцеллы – фильтрация.

 

ДИСТИЛЛЯЦИЯ МИСЦЕЛЛЫ

Это процесс отгонки (выпаривания) растворителя из мисцеллы. Несмотря на сравнительно низкую температуру кипения растворителя, температура кипения мисцеллы с увеличением концентрации возрастает и одним нагреванием полностью отогнать растворитель (без глубоких нежелательных изменений качества масла) невозможно. Чтобы избежать воздействия на масло высоких температур, дистилляцию мисцеллы проводят в два приема.

В первый период нагревают глухим насыщенным паром при атмосферном давлении или разряжении. К концу первого периода мисцелла должна достичь такой концентрации, чтобы температура кипения ее не превышала

100 ⁰С. Во втором периоде дистилляция проводится под разрежением и с применением острого перегретого пара. Разряжение предотвращает нежелательные окислительные процессы масла за счет снижения температуры кипения мисцеллы. Применение острого перегретого пара позволяет более полно отогнать бензин из высококонцентрированной мисцеллы при сравнительно невысоких температурах (110 – 115 ⁰С).     Основные требования к процессу дистилляции мисцеллы – это наиболее полная отгонка растворителя при минимальных температурах и минимальной продолжительности процесса.

Дистилляция мисцеллы проводится тремя способами: распылением мисцеллы, в пленке мисцеллы и слое мисцеллы. Эффективность отгонки растворителя оценивается по температуре вспышки масла. Она должна быть не ниже 225 ⁰С. Нерафинированное экстракционное масло предназначается только для промышленной переработки.

СОСТАВ МАСЛА

Таблица 2.1 – Состав масла

 

Триглицериды ЖК	Примеси	Сопутствующие вещества
H2- C- OCOR           I H – C- OCOR           I H2- C- OCOR	- мезга - жмых - шрот - вода - ядохимикаты	I  группа	II группа
		- фосфолипиды - СЖК - пигменты (каротины,   хлорофилл, госсипол) - витамины (Е, К) - стерины - воски - одорирующие вещества	- продукты окисления (альдегиды, кетоны) низкомолекулярные ЖК)   - продукты термического и гидролитического превращения липидов (НМЖК и др..вещества)

Таблица 2.2 – Влияние примесей и сопутствующих веществ на качество масла

 

Примеси

Ускоряют окисление, ферментативный гидролиз     ухудшается биологическая ценность масла, его органолептические свойства, затрудняется переработка масла.

Сопутствующие вещества

Фосфолипиды – имеют высокие физиологические и пищевые достоинства, но затрудняют технологическую переработку масла Содержание в маслах от 0,5 до 6% - зависит от вида масла и способа его получения. СЖК – снижают качество масла, его пищевую ценность,вызывают коррозию аппаратуры, ценное сырье для различных отраслей. Пигменты – окрашивают масла в различные цвета. Хлорофилл – стимулятор окисления. Госсипол – токсичен (имеется в хлопковом масле). Каротины – в организме переходят в витамин А. Витамины: Е – антиоксидант;                   К – обладает кровеостанавливающим действием                     Стерины – провитамины, обогащают масло Воски – образуют в масле муть, ухудшая товарный вид Одорирующие вещества – придают маслам вкус и запах

 

Рафинация – это ряд важнейших технологических процессов обработки жиров и масел с целью удаления из них примесей и тех сопутствующих веществ, которые снижают качество и технологические свойства. Требованияк рафинации: 1).Максимальная защита глицеридов от неблагоприятного воздействия различных факторов (кислород + температура).   

2). Сохранение свойств выводимых наиболее ценных сопутствующих веществ для использования их в качестве самостоятельных продуктов.

 

Таблица 2.3 – Классификация методов рафинации жиров

 

Методы рафинации	Основное назначение
Физические: · Отстаивание · Центрифугирование · Фильтрация   · Вымораживание	- Самостоятельное значение при первичной очистке масла. Вспомогательное значение на отдельных ста- диях рафинации для разделения фаз   - Выведение восков
Химические: · Гидратация · Обработка хлопкового масла антраниловой кислотой · Щелочная нейтрализация   · Кислотная рафинация	- Удаление фосфолипидов водой - Выведение госсипола     - Нейтрализация свободных жирных кислот раствором щелочи - Очистка технических жиров для мыловарения, удаление негидратируемых фосфолипидов
Физико-химические: · Отбелка · Дезодорация · Дистилляционная рафинация	- Удаление пигментов - Удаление одорирующих веществ - Одновременное удаление СЖК и дезодорация

 Рафинированные жиры используются как для пищевых, так и для технических целей. Масла и жиры, идущие на производство маргарина, майонеза

рафинируются по полному циклу, включая дезодорацию.

 

СПОСОБЫ ЩЕЛОЧНОЙ РАФИНАЦИИ

Таблица 2.4 – Способы щелочной рафинации

 

Способ нейтрализации	Назначение	Достоинства, недостатки
Периодический с разделением фаз отстаиванием     Непрерывные: - c разделением фаз в цен- тробежном поле   - c разделением фаз в мыльно-щелочной среде	Для небольших партий, для очистки сборных жиров   Для больших партий любых видов масел и жиров, любого качества     Для больших партий   светлых жиров и масел с кислотным числом не > 5 мг КОН	Длительное отстаивание для отделения соапстока. Большие отходы жира в соапсток     Небольшие отходы жира, исключено окисление жира, же-лаемая концентрация соапстока   Наименьшее количество отходов жира Большие объемы мыльных растворов. Чувствительность к окислению и содержанию фосфолипидов.

АДСОРБЦИОННАЯ РАФИНАЦИЯ ЖИРОВ (ОТБЕЛКА)

 

Цель отбелки – удаление пигментов из нейтрализованных, промытых и высушенных жиров с помощью отбельных глин – алюмосиликатов Al₂O₃*nSiO₂

Способы отбелки – периодические и непрерывные.

В периодических схемах сорбент под вакуумом подают в вакуум-сушильный аппарат при температуре 90..95 ⁰С и после перемешивания сорбент отфильтровывают.

Для всех схем непрерывного отбеливания стадии процесса общие:

· Приготовление масляной суспензии адсорбента

· Деаэрация

· Предварительное и окончательное отбеливание

· Отделение адсорбента на фильтрах

Условия отбеливания:

· Количество отбельной глины составляет 0,3 -2 %

· Температура отбеливания 75 – 80 ⁰С

· Давление в отбельных аппаратах 4 кПа

· Время отбеливания 20 – 30 минут

Эффективность отбеливания определяется цветностью отбеленных жиров, расходом глины и выходом отбеленного жира.

 

ДЕЗОДОРАЦИЯ ЖИРОВ

 

Вещества, обуславливающие вкус и запах жиров: НМЖК, эфирные масла, альдегиды, кетоны, оксикислоты, продукты распада витаминов, фосфатидов, каротиноидов. Мыльный привкус – плохая промывка. Землистый привкус – большой расход глины при отбелке. Значительное накопление и образование веществ – носителей вкуса – происходит при гидрогенизации.

Дезодорация – это дистилляционный процесс, в результате которого одорирующие вещества улетучиваются. Чтобы снизить температуру отгонки одорирующих веществ и тем самым предотвратить возможность полимеризации и окисления жиров воздухом, проникающим через неплотности аппаратуры или содержащимся в жире, дезодорацию ведут под вакуумом при подаче в жир острого сухого пара.

Металлы и их соли, присутствующие в жирах, являются катализаторами окисления. Для инактивации металлов жиры в процессе дезодорации подвергают обработке лимонной кислотой.

Способы дезодорации – периодические и непрерывные.

Температура дезодорации – 170 ⁰С и до 250 ⁰С в зависимости от способа.

Остаточное давление в дезодораторах не выше 0,13…0,66 кПа в зависимости от способа.

Дезодорация позволяет удалить из жиров и масел ядохимикаты.

После хорошей дезодорации полученный жир трудно отличить по вкусу и запаху один от другого. Качество дезодората оценивают по 50-бальной шкале. Для переработки допускается использовать жир, получивший оценку 43 балла.

РЕВМАТОИДНЫЙ

АРТРИТ