автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.06, диссертация на тему:Исследование и разработка рекомендаций по использованию различных методов нагрева жиров перед дезодорацией

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЖИРОВ

_ На нравах рукописи

. ' и

УДК 664.014:547.96 КАМОЗЛ Татьяна Леонтьевна

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ НАГРЕВА ЖИРОВ ПЕРЕД ДЕЗОДОРАЦИЕЙ

Специальность 05.18.06 — Технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов

Автореферат

диссертации на соискание- ученой степени кандидат технических наук

С.-ПЕТЕРБУРГ — 1998

Диссертация выполнена во Всероссийском ипучно-нсследова-тельском институте жиров (В1ПШЖ) и Красноярском государственном торгово-экономическом институте.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

Доктор технических наук, профессор В. В. Белобородое.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

Доктор технических наук, профессор Н.С. Арутюнян

Кандидат технических наук, ст. науч. сотрудник Л. Т. Прохорова Ведущее предприятие—ОАО «Красноярский маргариновый запил». Зашита диссертации состоится « года.

.Зашита ■1:0..

в часов ...... минут на заседашш < диссертационного

совета Д 020.0£01 при Всероссийском научно-нсследопательском институте жиров.

Просим Вас принять участие в работе совета или прислать заверенный печатью письменный отзыв в двух экземплярах по адресу; 191119, С.-Петербург, ул. Черняховского, 10, ученому секретарю диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться н библиотеке ВПИПЖа Автореферат разослан 11 ноября 1998 года

Ученый секретарь (диссертационпогс , совета, кандидат технических наук ' ^ В. Н. Григорьева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время в услозиях рыночной экономики и роста доли импортируемых продуктов питания на российском рынке задача совершенствования качества продукции отечественной масло-жировой промышленности стоит особенно остро. При заданном качестве сырья качество готовой продукции формируется в процессе производства, в частности, на этапе дезодорации. Одним из основных параметров, определяющих качество дезодората, является температура дезодорации. При этом важен не только абсолютный уровень температуры, но и способ нагрева, используемый в дезодорзционной линии.

В настоящее время задача окончательного нагрева жира перед дезодорацией решается несколькими методами, каждый из которых обладает своими достоинствами и недостатками. Основным недостатком существующей оценки способов нагрева жира перед дезодорацией является отсутствие данных о влиянии используемых методов нагрева на качество дезодората. Кроме этого, не уделено должного внимания разности температур между греющей стенкой нагревателя и нагреваемым жиром и скорости изменения температуры (темпу нагрева) при различных способах нагрева. Именно эти два фактора, наряду с абсолютным уровнем температуры и продолжительностью нагрева, способны оказывать большое влияние на качество дезодората.

Под действием высокой температуры при нагреве перед дезодорацией и непосредственно в процессе дезодорации в жире протекают гидролитические и окислительные процессы, оказывающие существенное влияние на качество готового продукта. Работы, выполненные до настоящего времени по изучению влияния нагрева на качественные показатели жира, объединяет одно - нагрев является периодическим. В современных промышленных установках жир, как правило, нагревается

непрерывно до заданных температур. При непрерывном нагреве степень турбулентности потока жира выше, чем при периодическом, возникают иные условия кагрева. Данных о влиянии непрерывного нагреза на качественные показатели жира в литературе не обнаружено.

Поэтому актуальной является задача изучения влияния различных непрерывных способов нагрева жиров перед дезодорацией на качество последних с целью разработки научно обоснованных рекомендаций по использованию данных способов в линиях непрерывной дезодорации жиров.

Цели исследования:

1. Оценка различных способов непрерывного нагрева жиров перед дезодорацией с точки зрения их влияния на качество последних.

2. Разработка рекомендаций промышленности по использованию различных непрерывных способов нагрева жиров перед их дезодорацией или физической рафинацией.

Задачи исследования:

1. Рассмотреть и проанализировать разность температур между греющей стенкой и нагреваемым жиром, а также темп нагрева (скорость изменения температуры за единицу времени) при различных способах непрерывного нагрева жиров (паром высокого давления, электронагрев сопротивлением, индукционный нагрев). Определить приоритет влияния указанных показателей на качество жира.

2. Изучить влияние различных непрерывных способов нагрева жиров (см. п. 1) на изменения их качества и содержание металлов.

3. Изучить влияние различных непрерывных способов нагрева жиров (см. п. 1) совместно с их дезодорацией на изменения их качественных показателей и содержание металлов.

4. Обобщить экспериментальные данные по изменению качества жиров и содержанию в них металлов при их непрерывном нагреве и

дезодорации. Сформулировать рекомендации промышленности по использованию различных непрерывных способов нагрева жиров при дезодорации (физической рафинации).

Научная новизна.

1. Установлена зависимость качества подсолнечного масла от разности температур между греющей стенкой и маслом; при этом показано, что чем больше эта разность температур, тем глубже протекают гидролитические и окислительные процессы (эффект «ожога»).

2. Показано, что при непрерывном нагреве подсолнечного масла перед дезодорацией по возрастающей степени отрицательного воздействия на его качество методы нагрева располагаются в ряд: паровой нагрев - индукционный нагрев - электрический нагрев сопротивлением.

3. При непрерывном нагреве саломаса между паровым и индукционным способами нагрева различий по изменениям качества не обнаружено. ■

4. Показано, что при сочетании непрерывного индукционного догрева перед дезодорацией с собственно' непрерывной дезодорацией (Де-Смет) саломаса происходит улучшение качества последнего по таким показателям: 1) органолептическая оценка, 2) кислотное число, 3) содержание карбонильных соединений, 4) содержание эпоксидного кислорода.

5. При непрерывном нагреве происходит увеличение содержания массовой доли Ре, Си, 1п и РЬ в подсолнечном масле и Ре, Си и РЬ - в саломасе; при непрерывной дезодорации саломаса наблюдается тенденция снижения содержания Ре, Си, возрастающая с ростом температуры дезодорации.

Практическая значимость. На основании полученных результатов разработаны рекомендации по использованию в промышленности различных методов непрерывного нагрева жиров перед дезодорацией (см. выводы и рекомендации).

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы доложены на региональной научно-практической конференции «Проблемы формирования рынка потребительских товаров и услуг» (Департамент продовольственных ресурсов и маркетинга г. Красноярска, КГТЭИ, г. Красноярск, 1996г); научно-практической конференции молодых специалистов «Экологические проблемы Красноярского края (КГТА, г. Красноярск, 1997г); региональной научно-практической конференции «Достижения науки и техники - развитию города Красноярска» (г. Красноярск, 1997г); на Президиуме ученого совета ВНИИЖа.

Публикации.

По материалам диссертационной работы опубликовано 6 работ.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа включает введение, обзор литературы, экспериментальную часть, выводы и практические рекомендации, список литературы и приложения.

Содержание работы изложено на 121 странице машинописного текста, включает 33 таблицы, 21 рисунок, библиографический список из 150 источников, в том числе 54 иностранных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы.

В обзоре литературы рассмотрен состав жиров подвергаемых дезодорации (физической рафинации), дан подробный обзор методов определения качественных показателей жиров (органолептических, физических, химических), рассмотрена сущность процесса дезодорации (физической рафинации) и основные технологические параметры процесса. Уделено внимание физико-химическим изменениям, происходящим при нагреве и дезодорации (физической рафинации) жиров, дана

предварительная сравнительная оценка способов нагрева жиров при дезодорации (физической рафинации). На основании обобщения литературных данных сформулированы цели и задачи исследования.

В экспериментальной части представлена организация проведения эксперимента, дана характеристика объектов и методов исследования, представлена схема экспериментальной установки, приведены и проанализированы результаты экспериментов, сделаны выводы и изложены рекомендации промышленности.

Объекты исследования

В качестве объектов исследования использовались: масло рафинированное недезодорированное (ГОСТ 1129-93), саломас подсолнечный рафинированный недезодорированный марки М1 (ТУ 9145-1820033534-95), саломас подсолнечный нерафинированный (ТУ 9145-18100334534-95).

Методы исследования

Отбор проб жиров и масел в камеральных условиях производился согласно разработанных методик, в промышленных условиях - согласно ТУ 9145-181-00334534-95.

Взвешивание проб осуществлялось согласно ГОСТ 23676-79.

Кислотное число определяли титриметрическим методом с визуальной индикацией согласно ГОСТ 5476-80, для саломасов - ГОСТ 97981.

Йодное число определяли химическим методом согласно ГОСТ 5475-69 (Метод Гюбля).

Коэффициент преломления измеряли по ГОСТ 5482-90 (ИСО 632085) с применением контролируемого термостатирования при температуре 20°С ± 0,1 для растительных масел, и при 60°С ± 0,1 - для саломасов. Использовался рефрактометр ИРФ-454Б.

. Перекисное число определяли йодометрическим методом согласно ГОСТ 26593.

Содержание влаги и летучих веществ определяли согласно ГОСТ 11812 (Метод А).

Содержание карбонильных соединений в подсолнечном масле и саломасе определяли спектрофотометрическим методом с использованием спектрофотометра СФ-46.

Кроме перечисленных показателей в полученных пробах было определено содержание металлов атомно-абсорбционным методом с использованием спектрофотометра ААЭ-ЗО. Минерализация проб проводилась согласно ГОСТ 26929-86. В пробах саломаса определяли содержание никеля, железа, меди, свинца. В пробах подсолнечного масла -содержание цинка, железа, меди, свинца.

Для определения содержания эпоксидного кислорода был использован метод прямого определения с применением бромистого водорода.

Процент окисленных веществ определяли как суммарное содержание продуктов окисления, нерастворимых в петролейном эфире.

Органолептические показатели дезодорированного саломаса были определены согласно ТУ 9145-182-003345-34-95.

УФ спектроскопию проводили в интервале длин волн 200-400 нм на спектрофотометре и\/-300 фирмы «БЫтодги». Снимали спектры растворов саломасов и подсолнечного масла в гексане, концентрация для сало,масов 0,1%, для растительных масел 10 мкл:10мл. Ширина кюветы 10мм.

ИК-спектры были записаны на спектрофотометре «Бресогс1-751К» в диапазоне 600-1900 см"1 (в растворе СС14 при концентрации 40 мг:5 мл и ширине кюветы 10 мм).

Содержание каротиноидов определяли спектрофотометрическим методом. Были сняты спектры подсолнечного масла в интервале длин волн 300-700 нм на спектрофотометре и\/-300. Ширина кюветы 10мм.

Исследования проводили в трехкратной повторности с количеством параллельных определений, оговоренных используемой методикой.

Результаты исследований обрабатывались общепринятыми методами математической статистики на персональном компьютере Р-166 ММХ.

Результаты исследований и их анализ

В разделе 2.2 дано описание экспериментальной лабораторной установки. Основными элементами данной установки являются нагреватели проточного типа (индукционный, паровой, электрический) при расчете и изготовлении которых учитывалось следующее:

1. Нагреватели должны быть похожи по конструкции и иметь одинаковые площади нагреваемых поверхностей.

2. Тепловые мощности, потребляемые нагревателями, и расход жира должны быть равными.

При выполнении вышеуказанных условий при различных способах нагрева обеспечиваются одинаковые гидродинамические режимы.

С помощью системы запорных кранов создаются такие условия, что каждый нагреватель можно использовать автономно, независимо от другого.

Все детали установки выполнены из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Вд, запорные краны - из латуни марки Л70. Лабораторная установка собиралась в двух вариантах. Схемы лабораторной установки представлены на рис. 1,2.

Для проведения измерений в схемы включены следующие измерительные приборы: расходомер, манометры ОБМ1-ЮО, электропотенциометр КСП-4 с хромель-капелевыми термопарами, измерительный

комплект К 505, система регулирования расхода жира. Для обеспечения работы установки используются пульт управления и автотрансформатор.

Циркуляция жира в системе обеспечивается при помощи насоса 4, соединенного через муфту с электродвигателем 3 (см. рис 1, 2). Расход жира регулируется изменением скорости вращения насоса, приводимого в движение электродвигателем постоянного тока, напряжение на обмотках которого регулируется с помощью автотрансформатора.

При проведении исследований на экспериментальной установке система заполняется растительным маслом через воронку 7, при этом должны быть открыты все запорные краны, кроме крана 14 (см. рис. 1). По мере заполнения системы маслом воздух удаляется через гусаки 19 и 20. После того, как из гусаков покажется масло, перекрываем краны 13, 16, 15 и включаем электродвигатель 3, который начинает вращать насос 4. Затем перекрываем запорные краны используемой магистрали и подаем напряжение на соответствующий нагреватель.

При первоначальном заполнении системы происходит заполнение и пробоотборника. Взятие пробы на анализ производится при работающем насосе. Перед тем, как произвести отбор пробы, открываем краны 15 и 16 (см. рис. 1) и сливаем масло объемом 200 см3 для того, чтобы гарантированно заполнить пробоотборник маслом из системы, затем перекрываем краны 15 и 16. Масло, поступившее в пробоотборник, охлаждаем проточной водой до температуры 50-60°С. Затем, при работающем насосе, открываем краны 15 и 16 и сливаем из пробоотборника анализируемую пробу объемом 100 см3 в подготовленную тару из темного стекла.

Температура измеряется с помощью термопар и фиксируется потенциометром через заданный промежуток времени. Расположение

термопар на нагревателях показано на рис. 3, 4. При этом на индукционном нагревателе и нагревателе сопротивлением термопары (см. рис. 3):

1) 1, 1', 2, 2' - измеряют температуру внешнего цилиндра рабочей камеры на входе и выходе;

2)3, 3', 4, 4' - измеряют температуру внутреннего цилиндра рабочей камеры на входе и выходе;

3) 5, 5' - измеряют температуру масла на входе в нагреватель;

4)6, 6' - измеряют температуру масла на выходе из нагревателя.

Температура, фиксируемая шестой термопарой, считается конечной температурой, до которой нагревзется масло.

В разделе 2.3 представлены результаты и дан анализ исследований на лабораторной установке.

На данном этапа были изучены в сравнении индукционный нагрев и электронагрез сопротивлением (см. рис. 1). В качестве объекта исследования было использовано масло подсолнечное рафинированное не-дезодорированное, которое нагревали непрерывно указанными способами в течении 35,40 и 45 минут до температур 175, 185-190, 200-205°С При пропускании подсолнечного масла через каждую систему производились следующие измерения:

1) конечной температуры, до которой нагревалось масло;

2) длительности термического воздействия;

3) температуры стенок нагресателя.

Значения температур фиксировались на потенциометре через каждые пять минут.

Для определения интенсивности температурного воздействия на масло при индукционном нагрева и электронагрезэ сопротивлением была расчитана разность температур между греющими стенками нагревателей и нагреваемым маслом. Средние данные по разности температур

и темпу нагрева помещены в табл. 1, где представлены следующие значения:

1)ДиР1 - средняя разность температур между температурой внутреннего цилиндра рабочей камеры на выходе и температурой масла на выходе;

2) Мер 2 -средняя разность температур между наружным цилиндром рабочей камеры на выходе и температурой масла на выходе;

3) сИ/йт - темп нагрева.

Таблица 1

Нагрев сопротивлением Индукционный нагрев

Atcc 1 °С AWC dt/dt град/мин Atco 1 °С Atco2°C dt/dx грзд/мин

132,8 90,8 3,8 32,5 9,5 3,7

Установлено, что Д^р 1 и дц 2 при электронагреве сопротивлением выше в 4,0 - 9,4 раза, чем при индукционном, т.е. масло при электронагреве сопротивлением контактирует с более сильно нагретыми теплоот-дающими стенками нагревателя. Выявлено, что данный факт оказывает существенное влияние на изменения качественных показателей масла, нагреваемого непрерывно различными способами, что подтверждается данными табл. 2. Кислотное число при обоих способах нагрева с повышением температуры возрастает. Значение кислотного числа по сравнению с исходным увеличилось на 41% при индукционном нагреве, на 64% - при электронагреве сопротивлением. При снижении перекисного числа наблюдается рост содержания карбонильных соединений.

При электронагреве сопротивлением содержание карбонильных соединений по сравнению с исходным маслом увеличилось в 28,5 раза, что в 2,8 раза больше, чем при индукционном нагреве (увеличение в 10,2 раза). Учитывая, что при непрерывном нагреве масла с помощью индукционного нагревателя и нагревателя сопротивлением в течении одного и того же времени (35, 40, 45 мин), примерно до одних и тех же

температур (170, 185-190, 200-205°С), обнаружены разные значения разности температур между греющей стенкой нагревателя и нагреваемым маслом (см. табл. 1) и существенно отличающиеся показатели качества (см. табл. 2), имеющие тенденцию к ухудшению при увеличении значений АЦ 1 и ЛЦ 2 , можно утверждать, что наблюдается эффект «ожога».

При непрерывном нагреве подсолнечного масла индукционным способом и с помощью электронагрева сопротивлением в течение 45 минут отмечен рост содержания металлов (Ре, Си, Zn, РЬ) по сравнению с исходным маслом (см. табл. 3).

Таблица 3.

Содержание металлов в подсолнечном масле

Способ нагрева Массовая концентрация металлов, мг/кг

Ре Си РЬ

Индукционный нагрев Нагрев сопротивлением Исходное масло 1,1±0,019 1,79+0,11 0,71+0,009 0,47±0,026 1,27±0,047 0,137±0,008 0,09+0,004 0,119+0,006 0,011+0,0005 0,91+0,032 1,4610,06, 0,18±0,006

При изучении в сравнении нидукционного нагрева и нагрева паром высокого давления (см. рис. 2) в качестве объектов исследования использовались масло подсолнечное рафинированное недезодорирован-ное и саломас подсолнечный рафинированный недезодорированный. Масло (саломас) нагревали непрерывно до 185, 200, 220°С указанными выше способами. Значения температур фиксировались через каждые 5 минут. Физические параметры нагрева масла (саломаса) в момент отбора проб помещены в табл. 4.

14

Таблица 2

Химические показатели качества подсолнечного масла при индукционном нагреве и нагреве сопротивлением

Способ нагрева Продолжитель ность нагрева, мин Температура нагрева, °С Кислотное число, мг КОН/г Перекисное число, 1/2 0 ммоль/кг Содержание карбонильных соединений, мкмоль/г

Исходное масло 0,372±0,004 8,14+0,002 1,1510,08

Индукцион ный нагрев 35 175 0,46210,007 2,68±0,04 10,2210,41

40 45 185 200 0,480±0,004 0,523±0,007 2,67±0,03 2,57±0,04 10,9110,24 11,7010,28

Нагрев сопротивл ением 35 40 45 175 190 205 0,563±0,004 0,585±0,007 0,61110,009 2,53±0,09 2,72±0,08 3,1210,09 29,3510,38 31,7810,19 32,7810,44

Таблица 4

Физические характеристики нагрева масла (саломаса) в момент отбора проб

Рафинированное масло Рафинированный саломас

№ Паровой нагрев Индукционный нагрев Паровой нагрев Индукционный нагрев

опыто Продолжите Температура Продолжите Температура Продолжите Температура Продолжите Температура

в льность на- нагреэа, °С льность на- нагрева, °С льность на- нагрева, °С льность на- нагрева, °С

грева, мин грева, мин грева, мин грева, мин

1 45 185 45 185 45 180 30 180

2 55 200 55 203 55 200 45 200

3 70 220 70 220 60 220 55 220

1 50 . 180 40 184 40 180 ' 30 180

2 65 203 55 204 50 200 40 200

3 75 220 70 220 65 220 50 220

1 50 185 40 186 40 180 35 180

2 60 200 50 204 50 200 45 200

3 70 220 65 218 65 220 55 220

Данные по изменению температуры представлены в табл. 5, где А^ред - средняя разность температур между греющей стенкой и маслом (саломасом) на выходе из нагревателя, йШх - темп нагрева.

Таблица 5

Подсолнечное масло Саломас

Л^зел. Град. сШт, гра, д/мин Л^оеп, град. сШт, град/мин

паровой индукци онный паровой индукци онный паровой индукци онный паровой индукци онный

13,0 18,9 2,8 2,9 20,1 28,6 2,6 3,0

Установлено, что Д^ред для индукционного нагрева несколько больше, чем для парового, но с другой стороны, темп нагрева при индукционном способе несколько выше, чем при паровом, т.е. для нагрева до одной и той же температуры требуется меньше времени, иначе говоря, контактирование масла (саломаса) с нагретой стенкой менее продолжительно.

При непрерывном индукционном нагреве и нагреве паром высокого давления в течении 55-75 мин до заданных температур в масле (саломасе) протекают гидролитические и окислительные процессы, что подтверждается данными табл. 6, 7.

Показано, что незначительный рост кислотного числа по сравнению с исходным происходит как в масле, так и в саломасе, но существенного отличия между способами нагрева нет.

Установлено, что при непрерывном нагреве обоими способами до 220°С в течении относительно непродолжительного времени в масле (саломасе) наблюдается распад нестабильных продуктов окисления (гидропероксидов, эпокисей) и накопление вторичных продуктов окисления, содержащих карбонильную группу. Перекисное число масла в среднем снижается на 79% при нагреве паром высокого давления и на 75% -при индукционном. Содержание эпоксидного кислорода в саломасе уменьшилось на 40% (паровой нагрев), на 41% (индукционный нагрев).

Таблица 6

Изменения физико-химических показателей подсолнечного масла

Показатели качества Исходное масло Температура нагрева, °С Паровой нагрев Индукционный нагрев

Кислотное число, мг КОН 0,399±0,011 185 200 220 0,46710,104 0,51410,078 0,51910,076 0,47410,021 0,51610,054 0,52810,054

Перекисное число, 1/2 О ммоль/кг 0,4510,09 185 200 220 3,7710,24 2,8810,449 1,9510,18 2,8510,29 2,7810,16 2,3310,33

Содержание карбонильных соединений, мкмоль/г 0,9910,009 185 200 220 5,5910,6 5,6910,17 6,5510,66 11,9610,50 10,8710,56 11,9610,64

Йодное число, 12/100г 12910,34 185 200 220 12810,80 12710,44 12710,60 12811,03 12810,25 12710,33

Коэффициент преломления, п020 1,475311,1x10"4 185 200 220 1,475512,16x10"4 1,475313,14x1o"4 1,475611,44x10"4 1,475613,19x1o"4 1,475912,22x1o"4 1,475713,86x1o"4

Содержание оксиранового кислорода, % 0,020110,8x10"J 185 200 220 0,019811,1x10"J 0,19711,2x10'3 0,01911,8x10"3 0,017110.8x10"' 0,015911,9х10"3 0,01410,9х10"3

Содержание продуктов окисления, нерастворимых в петролейном эфире, % 0,1410,2x10"' 185 200 220 0,24614,9x10й 0,25215,1х10"2 0,256+4,9x10"2 0,26510,7x10'¿ 0,27310,6x10"2 0,28711,7x10'2

е,'* при х=232 нм 2,8 220 3,4 3,8

я,'* при А=268 нм 0,2 220 0,7 1,2

Таблица 7

Изменения физико-химических показателей саломаса

Показатели качества Исходное масло Температура на- Паровой нагрев Индукционный

грева, °С нагрев

Кислотное 0,2±0,006 180 0,236±0,031 0,27610,016

число, мг КОН/г 200 0,253±0,025 0,28410,003

220 0,264±0,017 0,292±0,012

Перекисное число, 2,83±0,012 180 0,46±0,09 0,77±0,053

1/2 О ммоль/кг 200 0,43+0,05 0,40±0,017

220 0,90±0,082 0,23+0,056

Содержание карбонильных 5,93±0,11 180 10,24±0,61 10,16±0,62

соединений, 200 11,13±0,72 10,6±0,21

мкмоль/г 220 11,75±1,1 11,2310,67

Йодное число, 80±0,28 180 78±0,50 7810,64

12/100г 200 79±0,63 7810,54

220 78±0,59 7810,38

Коэффициент 1,454211,12x1o"4 180 1,454110,5x10^* 1,454110,94x1o"4

преломления, п/° 200 1,4541±0,72х10~4 1,454110,72x1o"4

220 1,454110,86x1o"4 1,454110,61x1o"4

Содержание оксиранового 0,016211,3x10^ 180 0,010918,4x10"* 0,011319,1x10""

кислорода, % 200 0,0104±7,9х10"4 0,010618,5x10^

220 0,009717,6x10^ 0,0096181x10"4

Содержание продуктов 0,210±3,2х10л 180 0,26116,9x10"J 0,25819,2x10"'

окисления, нерастворимых 200 0,26519,2x10"3 0,26218,9x10"3

а петролейном эфире, % 220 0,268112,7х10'3 0,264111,1x10"3

£,'* при А=232 нм 3,1 220 3,4 3,3

при Х=268 нм 0,16 220 0,2 0,2

Содержание карбонильных соединений в масле увеличивается в среднем в 6,3 раза при нагреве паром еысокого давления и в 12,1 раза - при индукционном нагреве. Для саломаса при обоих способах нагрева происходит увеличение карбонильных соединений в среднем в 2 раза.

Наблюдается рост содержания вторичных продуктов окисления, нерастворимых в петролейном эфире (полиоксикислот, продуктов конденсации окисленных жирных кислот). Данный показатель для масла вырос в среднем в 1,3 раза при паровом нагреве, и в 2,1 раза - при индукционном. Для саломаса при обоих способах нагрева содержание вторичных продуктов окисления увеличилось в среднем в 1,3 раза.

Рост содержания вторичных продуктов окисления подтверждается данными ИК-спектроскопии (см. рис. 5-10). При нагреве масла (саломаса) происходит расширение основания полосы VC=0 1748-1750 см"1, что свидетельствует о накоплении в масле (саломасе) карбонильных соединений. Ширина полосы VC=0 с115служит характеристикой уровня накопления в масле (саломасе) вторичных продуктов окисления. Величина d15 измерялась на расстоянии Т=15% от базисной линии XX1 полосы VC=0. Величины dis для растителного масла зависят от способа нагрева. У исходного масла d15 =33,Зсм"1 у масла, прогретого с помощью пара высокого давления d15= 40см"1, индукционным способом - dis -46см"1. У исходного саломаса d16=40cM"1, прогретого различными способами - di5=46,7cM"1. Полученные данные находятся в соответствии со значениями содержания карбонильных соединений, определенных спек-трофотометрическим методом (см. табл. б, 7).

Установлено, что при нагреве в масле (саломасе) идет накопление сопряженных диеновых и триеновых систем, что подтверждается ростом значений удельного поглощения при Х=232 и 268 нм (см. табл. 6, 7) и УФ-спектрами масла и саломаса (см. рис. 11, 12).

Особенно интенсивно происходит накопление диеновых и триено-вых структур в подсолнечном масле, причем в большей степени при индукционном нагреве.

По сравнению с исходным значением произошло увеличение коэффициента преломления масла. Среднее значение Апм0 при нагреве до 220°С при паровом способе 0,0003, при индукционном - 0,0004. Для саломаса коэффициент преломления существенно не изменился.

Более интенсивное протекание окислительных процессов при нагреве в масле по сравнению с саломасом объясняется высоким процентом непредельных жирных кислот в составе ацилглицеринов подсолнечного масла.

Показано, что процессы полимеризации с использованием двойных связей протекают в очень незначительной степени, так как йодные числа масла (саломаса) в процессе нагрева заметно не изменяются, как по сравнению с исходными значениями, так и в зависимости от способа нагрева. •

В целом установлено, что значительных различий между индукционным нагревом и нагревом паром высокого давления не наблюдается, однако просматривается определенная тенденция роста содержания карбонильных соединений, вторичных продуктов окисления, коэффициента преломления, содержания диеновых и триеновых структур при индукционном нагреве масла.

Для подсолнечного масла подтверждена зависимость между разностью температур (ДЦед) и качеством продукта. При более высоких знамениях разности температур между греющей стенкой и нагреваемым маслом при индукционном нагреве по сравнению с паровым (см. табл. 5) подсолнечное масло, прогретое индукционным способом, имеет худшие показатели качества (см. табл. 6).

Показано, что более высокая разность температур между греющей стенкой и нагреваемым саломасом при индукционном нагреве по сравнению с паровым не оказывает влияния на качество последнего. Для саломаса эти способы нагрева являются равноценными.

Установлено, что при нагреве масла (саломаса) обоими способами по сравнению с исходными данными произошел рост содержания всех металлов (Ре, Си, 2п, РЬ), кроме № (см. табл. 8). При этом содержание массовой доли одноименных металлов при различных способах нагрева существенно не отличается, за исключением железа. Наблюдаемый рост можно объяснить попаданием ионов металлов в масло (саломас) из материала оборудования установки.

Таблица 8

Содержание массовой доли металлов (мг/кг)

Объект ис- Метал Исходное Паровой на- Индукционный

следования лы сырье грев нагрев

Масло Ре 0,51+0,002 0,90+0,05 0,53±0,02

подсолнечное Си 0,10±0,007 0,60±0,05 0,46±0,04

РЬ 0,003±0,0004 0,033+0,003 0,025±0,002

гп 0,10+0,003 0,50+0,03 0,55±0,03

Саломас N1 0,49±0,005 0,50±0,02 0,47±0,04

Ре 0,64±0,009 1,51±0,08 0,184+0,06

Си 0,17+0,008 0,48+0,03 0,53+0,04

РЬ 0,003+0,0007 0,08310,006 0,07110,005

В разделе 2.4 представлены результаты и дан анализ исследований на промышленной установке. На базе цеха рафинации Московского маргаринового завода был проведен эксперимент с целью изучения влияния различных способов нагрева жира при дезодорации на качество последнего.

Объект исследования - саломас подсолнечный нерафинированный марки Рафинация саломаса осуществлялась методом щелочной нейтрализации на непрерывной установке «Альфа-Лаваль». Дезодора-

ция проводилась непрерывный методом на установке Да Смет производительностью 80 т/сутки. В данной линии задача окончательного нагрева жира решается с помощью пара высокого давления (3,4 Мпа). Предприятие не может обеспечить цех рафинации паром таких параметров, поэтому дезодорация осуществляется при температуре 180-190°С. Это отрицательно сказывается на качества готовой продукции.

Для того, чтобы повысить температуру дезодорации в линий Дэ Смет после парового нагревателя, последовательно, был вмонтирован индукционный нагреватель жира проточного типа. Технологическая схема непрерывной дезодорации с использованием индукционного нагревателя представлена на рис. 13. Дезодорация может осуществляться как с использованием данного нагревателя, так и без него.

Были отобраны средние пробы до и после дезодорации со смещением во времени 1,5 часа при использовании парового нагревателя и парового и индукционного нагревателей, подключенных последовательно.

Физические параметры дезодорации в момент отбора проб приведены в табл. 9, где 1) - температура саломаса после деаэратора-теплообменника; 12 - температура саломаса после парового нагревателя; 13 - температура саломаса после индукционного нагревателя; и - температура саломаса в нижней части дезодорационной колонны, 15 температура острого пара.

Оргаколептические и физико-химические показатели саломаса до и после дезодорации при различных способах приведены в табл. 10.

Показано, что при дезодорации саломаса непрерывным методом происходит снижение кислотного числа, перекисного, оксиранового чисел, снижение содержания карбонильных соединений, наблюдается незначительное увеличение суммарного содержания вторичных продуктов окисления и небольшой рост диеновых структур.

Установлено, что использование индукционного нагревателя а линии дезодорации Де Смет способствует улучшению качества саломаса за счет повышения температуры дезодорации а среднем на 25°С.

Таблица 9

Физические параметры процесса дезодорация

№ опыта Способ нагрева ti,°C t2,°c 1з,°С t4,°C ts,°C Давле ние на вакуум метре кгс/см

1 2 3 Паровой 144-148 147-148 145-148 181-186 185-188 184-186 183-187 185-188 183-186 271-291 271-292 271-291 -1,15 -1,2 -1,2

1 2 3 Паро-вой+ин дукцио ниый 160-172 158-168 166-169 182-190 182-189 186-189 198-208 198-212 208-210 205-212 202-208 210-212 272-292 272-292 273-291 -1,5 -1,2 -1,5

Проведение процесса при более высокой температуре способствует наиболее полной отгонке одорирующих веществ, остатков свободных жирных кислот, летучих веществ, содержащих карбонильную группу, снижению содержания оксиранового кислорода. При дезодорации с использованием парового нагревателя кислотное число саломаса снизилось на 18,8%, при использовании индукционного нагревателя - на 34,5%. Снижение эпокисей при паровом нагреве, в среднем, составило 41%, при индукционном - 50%. При использовании нагрева паром высокого давления при дезодорации отгоняется, в среднем, 3% веществ, имеющих карбонильную группу, в то время как при использовании индукционного нагревателя эта цифра увеличивается до 12%. Соответственно выглядят УФ-спектры саломаса (см. рис. 14, 15) и величины удельных поглощений (см. табл. 10). Органолептическая оценка саломаса при использовании индукционного нагревателя повысилась на 1 балл.

24

Таблица 10

Физико-химические и органолептические показатели саломаса до и после дезодорации

Наименование показателей Паровой нагрев Индукционный + паровой нагрез

до дезодорации после дезодорации до дезодорации после дезодорации

Кислотное число, мг КОН/г Перекисное число, 1/20 ммоль/кг Содержание карбонильных соединений, мкмоль/г Йодное число, г12/100г Коэффициент преломления, По60 Содержание оксиранового кислорода, % Содержание продуктов окисления, нерастворимых в петролейном эфире, % £,'* при >.=232 нм ££ при ^=268 нм Органолептическая оценка, баллы 0,196±0,010 0,32±0,001 7,1±0,12 82+0,34 1,454510,27x10-" 0,0140+0,71х10"3 0,32410,067x10-1 4,45 0,44 0,15910,013 не обн. 6,910,23 8310,43 1,454510,27х10"4 0,008210,41х10"3 0,42910,082x10"1 4,65 0,47 43 0,20610,005 0,1910,002 8,710,41 8310,21 1,454710,27x10"4 0,0149+0,67х10'3 0,33310,115х10"1 4,45 0,44 0,13510,011 не обн. 7,610,36 8410,16 1,454710,2Х10-4 0,007410,44x10" 3 0,42210^111x10" 4,5 0,47 44

Показано, что значения йодных чисел и коэффициента преломления практически не изменяются как в процессе дезодорации, так и в зависимости от способа нагрева.

Установлено, что при дезодорации существует тенденция к снижению содержания металлов, которая усиливается при повышении температуры дезодорации за счет использования индукционного нагревателя (см. табл. 11). При нагреве паром высокого давления в процессе дезодорации содержание меди в среднем снижается на 16,4%, никеля на 11,5%, железа - на 18,8%. При использовании индукционного нагревателя, подключенного последовательно после парового, содержание меди, в среднем, уменьшилось на 22,9%, никеля - на 13,6%, железа - на 27,9%. Несколько большее снижение содержания металлов связано, по-видимому, с более высокой температурой дезодорации.

Наиболее полная отгонка свободных жирных кислот и карбонильных соединений, более высокий процент удаления металлов на фоне улучшения органолептической оценки саломаса, говорит о позитивном влиянии индукционного нагрева на качество готового продукта и о целесообразности использования его для догрева саломаса при дезодорации.

Таблица 11

Содержание металлов в саломасе до и после дезодорации при разных

способах нагрева

Содержание металлов, мг/кг

Паровой нагрев Индукционный нагрев

Си № Ре Си N1 Те

до дезодорации

0,055± 0,131+0,015 1,801+0,272 0,157+0,015 0,450+0,032 1,809±

0,004 0,101

после дезодорации

0,046± 0,116±0,015 1,462+0,225 0,121±0,007 0,389+0,027 1,304+

0,008 0,094

Выводы и рекомендации

1. В работе впервые с помощью специально разработанной установки было изучено влияние непрерывных способов нагрева на качественные характеристики масла и саломаса при нагреве до высоких температур (180-220°С) и установлено влияние разности температур меходу греющей стенкой и нагреваемым маслом (саломасом) на качество последнего.

2. При различных способах непрерывного нагрева (индукционном, паровом, нагреве сопротивлением) наблюдаются различные значения разности температур между греющей стенкой и нагреваемым маслом (саломасом) и различные значения темпа нагрева. Самые высокие средние значения температур между греющей стенкой и нагреваемым жиром наблюдались при электронагреве сопротивлением (90,8-132,8°С), при индукционном нагреве данная разность составила 18,9-32,5°С, при паровом - 13,0-20,1°С. Самый высокий темп нагрева масла был отмечен при нагреве сопротивлением (3,8 град/мин), при индукционном нагреве средние значения данного показателя для масла и саломаса составили 2,9-3,7 град/мин, при паровом - 2,6-2,8 град/мин.

3. Лучшие качественные показатели имело растительное масло, прогретое непрерывно до 220°С с помощью пара высокого давления. По сравнению с паровым нагревом индукционный нагрев масла имеет тенденцию роста содержания карбонильных соединений, диеновых и триеновых структур и незначительную тенденцию роста содержания вторичных продуктов окисления, нерастворимых в пет-ролейном эфире. Масло, прогретое непрерывно с помощью электронагрева сопротивлением, по сравнению с индукционным нагревом имеет более высокое кислотное число и значительно более высокое содержание карбонильных соединений. Данный способ нагре-

еэ не следует применять в технологических линиях непрерывной дезодорации.

4. При непрерывном нагреве саломаса индукционным методом и паром высокого давления различий в показателях качества не обнаружено, для саломаса данные способы нагрева являются равноценными.

5. При непрерывном нагреве масла (саломаса) различными способами наблюдается рост содержания металлов.

6. На качество масла при непрерывном нагреве оказывает большое влияние разность температур между греющей стенкой и нагреваемым жиром. По сравнению с темпом нагрева этот показатель в большей степени влияет на качество продукта. Чем выше указанная разность температур, тем хуже качественные показатели масла, т.е. имеет место эффект «ожога».

7. Подключение индукционного нагревателя последовательно после парового в линию непрерывной дезодорации Де Смет позволяет повысить температуру дезодорации и улучшить органолептические и физико-химические характеристики подсолнечного саломаса.

8. При дезодорации саломаса подсолнечного обнаружена тенденция к снижению содержания металлов. Данная тенденция усиливается при увеличении температуры дезодорации за счет подключения индукционного нагревателя.

9. На предприятиях МЖП, обеспеченных паром высокого давления (3-4 Мпа), полная замена парового нагревателя индукционным нецелесообразна и лишь в тех случаях, когда предприятие имеет линию дезодорации в состав которой входит паровой нагреватель, работающий при более низком давлении пара и не удается достичь высокой температуры дезодорации (200-220°С), имеет смысл ис-

пользовать индукционный нагреватель для догрева жира до необходимой температуры.

Выводы и рекомендации, представленные в данной работе, относятся только к подсолнечному маслу и саломасу. Другие виды жиров в

работе не рассматривались.

По тема диссертации опубликованы следующие работы:

1. Камоза Т.Л., Коновалов М.Л. Стенд для оценки влияния индукционного нагрева на качество жира при дезодорации //Проблемы формирования рынка потребительских товаров и услуг: Тезисы докладов региональной научно-практической конференции. - Красноярск, 1996. -С.231-233.

2. Камоза Т.Л., Белобородое В.В., Коновалов М.Л. Влияние различных способов нагрева при дезодорации на интенсивность окислительных процессов и степень отгонки вредных веществ //Экологические проблемы Красноярского края: Тезисы докладов краевой научно-практической конференции молодых специалистов. - Красноярск, 1997.-С.31.

3. Камоза Т.П., Белобородое В.В., Коновалов М.Л., Половинкина Н.И. Изменение качества жиров при их непрерывном паровом и индукционном нагреве //Масло-жировая промышленность. -1997. - №5. - С.

4. Камоза Т.Л., Белобородое В.В. Содержание металлов в саломасе при непрерывной дезодорации с использованием индукционного нагрева //Масло-жировая промышленность. - 1997. - №5. - С.

5. Камоза Т.Л., Белобородов В.В., Енютина С.Г. Индукционный нагрев и изменение качественных показателей саломаса при дезодорации //Масло-жировая промышленность. - 1997. - №5. - С.

6. Камоза Т.Л., Коновалов М.Л., Макарова Л.Г. Повышение экологической чистоты и качества дезодорированных растительных масел и жиров //Достижения науки и техники - развитию города Красноярска: Тезисы

докладов региональной научно-практической конференции. - Красноярск, 1977. -С.233-234.

Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной лабораторной установки

с индукционным и электрическим нагревателями:

1 - индукционный нагреватель; 2 - электрический нагреватель;

3 - электродвигатель; 4 - насос; 5 - манометр; 6 - пробоотборник;

7 - воронка; 8; 9; 10; 11; 12; 13; 14; 15; 16 - запорные краны;

17 - расходомер; 18 - слыпной бачок; 19 - гусак для удаления воздуха;

20 - гусак для отбора проб; 21 - муфта.

Рис. 2. Принципиальная схема экспериментальной лабораторной установки с индукционным и паровым нагревателями:

1 - индукционный нагреватель; 2 - нагреватель паром высокого давления; 3 - электродвигатель; 4 - насос; 5 - манометр; 6 - пробоотборник; 7 - воронка; 8; 9; 10; 11; 12; 13; 14; 15; 16 - запорные краны; 17 - расходомер; 18 - сливной бачок; 19 - гусак для удаления воздуха; 20 - гусак для отбора проб; 21 - муфта.

Рис. 3. Расположение термопар на нагревателях: I - электрическом; Г - индукционном; 1 - внутренний цилиндр рабочей камеры; 2 - внешний цилиндр рабочей камеры.

Рис. 4. Расположение термопар на нагревателе паром высокого давления I, - температура масла на входе; - температура масла на выходе; I, - температура наружной стенки рубашки нагревательной камеры парового нагревателя.

tOO

Т/. SOSO го а-so toso-го m о*

Я t? м /r tf я tf /о

r e to*.

* -- Х-'

1 / rv \

г у/г V, sA Y л. /

1/ \ л Л \ \

Í /

V

?

>3 j? a & « л /¿ /о

Рис.5 ИК-спектр исходного масла.

е/о* с«-'

\ \

V ч. Л Л

V чЛ 1 / ч \

\ ( / X

\

У

■

1

■/g /г /tf /3 tí // /о 9 S ? 6М*СЦ ■

Рис. 6 ИК-спектр масла, прогретого непрерывно до 220 С с помощью парового нагревателя

в

/ОАл

Л4 \Д \ \ /

[у

/

и 1? # & ^ "

Рис. 7 ИК-спектр масла, прогретого непрерывно до 220УС с помощью индукционного нагревателя.

д 8 * 6*Огсн' .о,

Ту 90

60

?0

и

£0

40

30

'го <о О

)

\ Г \

1 V —\ Г

V г У \ \ /

/ \ /

V

1

/6 /¿Г /4 Я <47 # е 7 Ыо'слг-

Рис. 8 ИК-спектр исходного саломаса.

Т/. 90

ев:

70

и во 40 но го 10

-л.

1 \

г V- V 1

\ V Лх*4- \ /

\ V, г

V

•

I

/ч

л

/¿> У/

7

-О-

# 17 Л

Рис. 9 ИК-спектр саломаса, прогретого непрерывно до 22СГС с помощью парового нагревателя

\ / \

1 г V (

1/ \ N 7 V к /

/

1/

---

у/ л» /г /з // /г »V /<? ^ й ;

Рис. 10 ИК-спектр саломаса, прогретого непрерывно до 220°С с помощью индукционного нагревателя

б/е'с"'

Рис. 110УФ-спектры подсолнечного масла, непрерывно прогретого до 220 С: 1 - исходное масло; 2 - индукционный нагрев;

3 - паровой нагрев.

Рис.13. Технологическая схема непрерывной дезодорации на установке Де Смет с использованием индукционного нагревателя: 1 - так для рафинированного саломаса; 2, 4, 8 - насосы; 3 - дэазратор-теплообменник; 5 - нагреватель жиров паром- высокого давления; 6 - индукционный нагреватель жира;7 - дезодоратор; 9 - холодильник; 10 - нагреватель паром низкого давления; 11 - сепаратор-каплесборник;12 - вакуумная система.

/

/ \ \

I \

V __ i ¿

Нм

Рис. 14 УФ-спектры саломаса: 1 - саломас нерафинировзный; 2 - саломас рафинированный; 3 - саломас рафинированный, дезодорированный с использованием индукционного нарева.

г а

А

\ \

\

^ -А ——тт^ 5 4

aso ~ 2PS 500

Рис. 15 УФ-спектры саломаса: 4 - саломас нерафинированный; 5 - саломас рафинированный; 6 - саломас рафинированный, дезодорированный с использованием парового нагрева.

т

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЖИРОВ

На правах рукописи УДК 664.014:547.96

КАМОЗА ТАТЬЯНА ЛЕОНТЬЕВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ НАГРЕВА ЖИРОВ ПЕРЕД

ДЕЗОДОРАЦИЕЙ

Специальность 05.18.06 - Технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор В.В. Белобородое

С.ПЕТЕРБУРГ-1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................................4

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР..............................................................................6

1.1. Состав жиров, подвергаемых дезодорации...........................................6

1.2. Обзор методов определения качественных показателей жиров.......... 7

1.2.1. Органолептические показатели.........................................................8

1.2.2. Химические и физические показатели............................................10

1.3. Технология дезодорации (физической рафинации).............................15

1.3.1. Сущность процесса дезодорации...................................................15

1.3.2. Основные технологические параметры процесса дезодорации... 21

1.3.3. Дистилляционная рафинация..........................................................23

1.4. Физико-химические изменения при нагреве и

дезодорации (физической рафинации) жиров............................................29

1.5. Предварительная сравнительная оценка методов нагрева жиров

при дезодорации (физической рафинации).................................................38

1.6. Цели и задачи исследования.................................................................42

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ................................................................44

2.1. Организация проведения экспериментальных работ. Объекты

и методы исследования................................................................................44

2.1.1. Организация и порядок проведения эксперимента.......................44

2.1.2. Объекты исследования...................................................................45

2.1.3. Методы исследований......................................................................45

2.2. Экспериментальная установка..............................................................48

2.2.1. Описание экспериментальной установки. Схема и

принципы действия.....................................................................................48

2.2.2. Основные элементы установки.......................................................50

2.2.2.1. Индукционный нагреватель..................................................50

2.2.2.2. Электрический нагреватель..................................................55

2.2.2.3. Паровой нагреватель............................................................55

2.2.2.4. Пробоотборник.......................................................................58

2.2.3. Методика проведения исследований на

экспериментальной установке...................................................................58

2.2.4. Метод отбора проб.............................................................................60

2.3. Результаты исследований на лабораторной установке и их анализ.. 60

2.3.1. Результаты исследования на лабораторной установке с использованием индукционного способа нагрева и

омического (электронагрева сопротивлением)........................................60

2.3.2. Результаты исследований на лабораторной установке с использованием индукционного способа нагрева и нагрева

паром высокого давления..........................................................................70

2.3.2.1. Условия проведения эксперимента......................................70

2.3.2.2. Изменения температуры.......................................................72

2.3.2.3. Изменения кислотного числа................................................78

2.3.2.3. Изменения окисленности жиров...........................................80

2.3.2.4. Изменение содержания каротиноидов.................................91

2.3.2.5. Изменение содержания металлов........................................94

2.4. Исследования на промышленной установке........................................96

2.4.1. Технологическая схема непрерывной дезодорации

с использованием индукционного нагревателя жира..............................97

2.4.2. Метод отбора проб...........................................................................99

2.4.3. Результаты эксперимента и их анализ...........................................99

Выводы и рекомендации..........................................................................107

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК...............................................................109

ч

ВВЕДЕНИЕ

Дезодорация представляет собой конечную стадию процесса рафинации и имеет своей целью получение обезличенных по вкусу и запаху жиров. Одним из основных параметров, определяющих качество дезодорируемого продукта, является температура дезодорации. При этом важен не только абсолютный уровень температуры, но и способ нагрева, используемый в дезодорационной линии.

В настоящее время задача окончательного нагрева жира перед дезодорацией решается следующими методами:

1) использование пара высокого давления (3-4 МПа);

2) нагрев жира с помощью промежуточных теплоносителей (минеральное масло, высококипящие органические теплоносители);

3) использование электронагрева с применением омических нагревателей;

4) использование индукционного нагрева.

Каждый из перечисленных методов имеет свои достоинства и недостатки. Следует отметить, что использование ВОТ (дифенильных смесей) в России запрещено, так как они очень токсичны. Минеральное масло также является вредным для организма соединением, при использовании его в качестве промежуточного теплоносителя возникает потенциальная опасность попадания данного масла в дезодорируемый жир, что может привести к пищевому отравлению. Поэтому использование данного метода нагрева при дезодорации нежелательно.

В ряде работ [30; 105; 51] дается оценка рассмотренных способов нагрева жиров перед дезодорацией. Основным недостатком указанных работ является отсутствие данных о влиянии перечисленных способов нагрева на качество дезодората. Кроме этого, не уделено должного внимания разности температур между греющей стенкой нагревателя и нагреваемым жиром и скорости изменения температуры (темпу нагрева) при различных способах нагрева. Именно эти два фактора наряду с абсолютным уровнем тем-

пературы и продолжительностью нагрева способны оказывать большое влияние на качество дезодората.

При нагреве перед дезодорацией и, непосредственно, в процессе дезодорации происходят изменения качественных показателей жира. Под действием высокой температуры в жире протекают гидролитические и окислительные процессы. Работы, выполненные до настоящего времени по изучению влияния нагрева на качественные показатели жира [49; 34; 93], объединяет одно - нагрев является периодическим. В современных промышленных установках жир, как правило, нагревается непрерывно до заданных температур. При непрерывном нагреве степень турбулентности потока жира выше, чем при периодическом (особенно без перемешивания). Возникают иные условия нагрева. Данных о влиянии непрерывного нагрева на качественные показатели жира в литературе не обнаружено.

В соответствии с обозначенными проблемами в данной работе были поставлены следующие цели:

1. Дать оценку различных непрерывных способов нагрева жира перед дезодорацией с точки зрения их влияния на качество последнего.

2. Дать рекомендации промышленности по использованию различных способов нагрева при дезодорации (физической рафинации) жиров.

Данная работа была выполнена в рамках темы: «Прогрессивные, экологически безопасные технологии хранения и комплексной переработки сельхозпродукции для создания продуктов питания повышенной пищевой и биологической ценности», входящей в план научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ВНИИЖа.

ч

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Состав жиров, подвергаемых дезодорации

Жиры состоят в основном из ацилглицеринов. Это сложные эфиры, образованные трехатомным спиртом глицерином и высшими карбоновыми кислотами. Помимо ацилглицеринов в жиры входят: моно- и диацилглице-рины, фосфолипиды, токоферолы, свободные жирные кислоты (СЖК), сте-ролы, вода, вещества, обуславливающие вкус и запах, и ряд других компонентов.

Формула триглицеринов выглядит следующим образом: О

I II

СН-О-С-Р

Т о 2

I II

снг - о - с - рз

где Р2; Р3 - остатки высших карбоновых кислот.

Состав и строение остатков жирных карбоновых кислот оказывает большое влияние на свойства ацилглицеринов.

Из масличных культур в России наиболее распространен подсолнечник. Жирнокислотный состав подсолнечного масла отличается высоким содержанием непредельных кислот и, в первую очередь, линолевой кислоты [87] (см. табл. 1).

Таблица 1

Жирнокислотный состав подсолнечного масла

Условное обозначение кислоты Наименование кислоты по тривиальной номенклатуре Массовая доля жирных кислот (% к сумме жирных кислот)

С 16:0 пальмитиновая 3-10

Сшо стеариновая 1,0-10,0

С 18:0 олеиновая 14-35,0

С 18:0 линолевая 50,0-75,0

Сг0:0 арахидоновая до 1,5

С22.0 бегеновая до 1,5

Масло, поступающее на дезодорацию, прошло все предыдущие стадии процесса рафинации, в результате чего содержание природных анти-

оксидантов в нем, по сравнению с нерафинированным маслом, резко снизилось. Известно, что в процессе гидратации содержание токоферолов уменьшается на 5-10%, каротинов - на 20-30%. В процессе рафинации (или нейтрализации) масел с последующим вымораживанием наблюдается снижение токоферолов на 30-45% по сравнению с нерафинированным маслом. При отбелке теряется 80% каротинов [70]. К группе веществ, инициирующих окисление масел, относятся металлы переменной валентности. В масло из семян переходит около 3% металлов, содержание которых в масле зависит от вида масличных культур и условий их произрастания. Значительная доля металлов входит в состав фосфолипидов (55%) [53]. Кроме этого, металлы могут входить в состав жиров в виде окислов [56] и солей жирных кислот [70]. Наиболее активными являются медь и железо. Ни одна из стадий процесса рафинации не обеспечивает полного удаления металлов из масла. Рафинированное масло, поступающее на дезодорацию, может содержать от 0,5-0,8 мг/кг Ре и 0,07-0,3 мг/кг Си [70]. Высокий процент содержания ли-нолевой кислоты, низкое содержание природных антиоксидантов и наличие металлов переменной валентности способствует протеканию процессов окисления при дезодорации растительных масел.

Помимо растительных масел дезодорации подвергают и саломасы. В настоящее время отечественной промышленностью выпускается 7 марок саломасов. В отличие от растительных масел групповой жирнокислотный состав саломасов отличает более высокий процент насыщенных кислот: от 5-15% у саломаса марки М4 до 96-100% - марки Мб. Доля диненасыщенных жирных кислот снижается до 2-30%, в результате этого саломасы менее подвержены процессам окисления, чем растительные масла [13].

1.2. Обзор методов определения качественных показателей жиров

Продукция МЖП, поступающая в торговую сеть, должна соответствовать определенным требованиям качества. Эти требования включают определение как органолептических, так и физико-химических показателей. Оценка уровня качества производится на основании требований ГОСТов и ТУ на продукцию МЖП.

\

1.2.1. Органолептические показатели

Органолептическая оценка для масел подсолнечных различной степени очистки, согласно ГОСТу [7], определяется такими показателями, как прозрачность, запах и вкус. Для рафинированного дезодорированного подсолнечного масла показатели по определению вкуса и запаха ограничиваются формулировкой «без запаха; вкус обезличенного масла». В [68] приведена шкала оценки качества дезодорированного масла по 50-ти бальной системе, которая представлена в таблице 2.

Таблица 2

Шкала оценки качества дезодорированного масла

Вкус Вкусовая оценка, баллы

Без запаха и вкуса 47-50

Вкус дезодорированного жира с едва заметным отклонением 43-46

Вкус дезодорированного жира со сла-бовыраженным привкусом 41-42

Нечистый (по вкусу) 30-40

Оценка 39 баллов означает, что продукция должна быть забракована.

Приведенная шкала не конкретна, не учитывает характер следов вкуса и запаха, обусловленного тем или иным отклонением от технологического режима и, как следствие, вкусовых особенностей дезодората, полученного из масел и жиров различной природы.

Сотрудники ВНИИЖ предложили новую шкалу оценки качества дезодората по 10-ти бальной системе [41], учитывая указанные недостатки, а также официально принятый в мировой практике метод органолептической оценки дезодорированных масел по 10-ти бальной шкале, разработанный «AOCS Flovor Nomencloture and Standart Com», которая была опробована дегустационной комиссией НПО «Масложирпрома» (см. табл. 3).

Таблица 3

Органолептическая оценка дезодорированного масла по 10-и бальной

системе

Балльная оценка по шкале Степень пригодности Описание интенсивности вкуса и запаха

Существующей Предлагаемой

47-50 10 Идеальный Без запаха, вкус обезличенного масла

43-46 9 8 Хороший Едва заметный привкус орешка, неиспорченный. Слабый привкус, не характерный для данного вида масла

42 7 Слабовыраженный привкус исходного масла

41-42 6 Удовлетвори тельный Умеренно слабый привкус, запах исходного масла, слегка окисленный

30-40 5 Неудовлетво рительный Привкус исходного масла, окисленный привкус горечи

4 Выраженный привкус горечи, металлический привкус

3 Прогорклый рыбный привкус, запах полиме-ризованного масла

2 Сильно окисленный олеинистый

1 Испорченный, отталкивающий

По последним данным, для масел идентифицировано двенадцать ти-

пов посторонних привкусов и разработана система дегустационной оценки дезодорированных пищевых масел с учетом градации привкусов по степени их интенсивности [70]. По данной системе оценка в 10 баллов должна отвечать превосходному вкусу и запаху (обезличенный полностью продукт). Оценка в 1 балл должна отвечать самому плохому качеству по органолептике.

Одним из инструментальных методов определения веществ, обуславливающих вкус и запах продукта, является метод газо-жидкостной хроматографии (ГЖХ) или ГЖХ, совмещенной с масс-спектроскопией. С помощью метода ГЖХ определяется состав и концентрация летучих веществ в воздушном пространстве над продуктом. Из-за сложности состава и трудности идентификации веществ, обеспечивающих вкус и запах, используют методику полуколичественного анализа, при которой фиксируется хроматограмма этих веществ в пробе воздуха над продуктом или так называемый профиль [70]. Согласно нормативной документации [14] основными показателями органолептической оценки саломаса рафинированного являются вкус, запах и цвет (при 1 - 15-20°С).

1.2.2. Химические и физические показатели

Основные показатели качества растительных масел и саломасов определяются нормативными документами. Одним из таких показателей является кислотное число [9, 68], значение которого зависит от качества сырья, способа получения масла или жира. Кислотное число указывает на относительное содержание в жире свободных жирных кислот [18]. В зависимости от цвета и степени очистки масел используются несколько способов определения данного показателя: 1) титриметрический метод с визуальной индикацией; 2) индикаторный метод потенциометрического титрования; 3) солевой метод; 4) метод рН-метрии [9; 71; 16; 135].

Йодное число позволяет судить о степени ненасыщенности жирных кислот, входящих в состав жира. По этому показателю можно рассуждать о степени непредельности жира, способности его к окислению, высыханию и т.д. [37]. Определение йодного числа основано на том, что некоторые галогены обладают способностью количественно насыщать этиленовые связи в условиях, при которых эта реакция не сопровождается замещением водорода на галоген. Скорость насыщения двойных связей галогенами в молекулах ненасыщенных жирных кислот, входящих в состав ацилглицеринов, зависит от числа и месторасположения двойных связей и от длины углеродной цепи. Для определения йодного числа помимо химических методов

\

(Гюбля, Гануса, Кауфмана, Вийса и т.д.) [68, 8, 80] используются рефрактометрический [18] и расчетный методы [73]. Существует способ определения йодного числа пищевых масел сочетанием методов экстракции диоксидом углерода в сверхкритическом состоянии и инфракрасной спектроскопии [126].

Число омыления характеризует среднюю молекулярную массу смеси свободных жирных кислот и кислот, входящих в состав ацилглицеринов исследуемого жира. По числу омыления определяют также чистоту и природу жира. Число омыления моно- и диацилглицеринов ниже числа омыления соответствующего триацилглицерина, поэтому повышение количества моно- и диацилглицеринов влечет за собой понижение числа омыления.

Эфирное число показывает расход едкого кали на омыление жирных кислот, связанных только в ацилглицеринах.

Ацетильное число зависит от числа гидроксильных групп, от молекулярной массы и от длины цепи исследуемого вещества. При анализе жиров ацетильное число применяется для исследования оксикислот, образующихся при окислении жира, содержащего ненасыщенные жирные кислоты.

Все описанные выше числа определяются по реакциям атомных группировок жира с соответствующими реагентами в строго нормируемых условиях [38].

Из перечисленных показателей качества ГОСТом нормируется определение кислотного и йодного чисел.

К физическим показателям качества жиров относятся: 1) температура плавления, 2) температура застывани�