автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.06, диссертация на тему:Научно-практические основы совершенствования технологии производства растительных масел из семян подсолнечника современных сортов с использованием методов физико-химической активации технологических операций

ПО л

О 2 ИЮН 1997

На правах рукописи

ТАРАСОВ ВАСИЛИЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ

С77

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ ИЗ СЕМЯН ПОДСОЛНЕЧНИКА СОВРЕМЕННЫХ СОРТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ

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

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Краснодар - 1997

Работа выполнена в Кубанском государственном технологическом университете

Научный консультант: Доктор технических наук,профессор

Кошевой Е.П..

Официальные оппоненты: Доктор технических наук,профессор

Нечаев А.П.

Доктор технических наук,профессор Надыкта В. Д.

Доктор технических наук, старший научный сотрудник Быкова С.Ф.

Ведущая организация: Российская академия сельскохозяйственных наук, всероссийский научно-исследовательский институт жиров (ВНИИЖ)

Защита состоится "13" ыая 1997г. в 14°° часов на заседании диссертационного совета Д.063.40.01 Кубанского государственного технологического университета- по адресу: 350072, г.Краснодар, ул.Московская 2, конференц-зал ( корп. А).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета {ул.Московская 2).

Автореферат диссертации разослан "..."....'....... 1997г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд.техн.наук,доцент

/

1.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1. Актуальность темы

Отечественная масло-жировая промышленность в настоящее время работает в условиях обостряющегося дефицита сырьевых и знерги-тических ресурсов. Развернувшаяся конкурентная борьба на рынке с зарубежными партнерами требует значительного повышения качества продукция и снижения ее стоимости. Это определяет направления поиска решений в Совершенствовании существующих технологий и разработке новых, позволяющих получать высококачественную продукцию при высоких технико-экономических показателях.

Практика работы промышленности в последние годы показала, что в связи с широким районированием новых селекционных сортов и гибридов семян подсолнечника, имеющих специфические свойства, применение традиционной в настоящее время технологии производства, растительных масел, без учета этих свойств, приводит к значительному ухудшению технико-экономических показателей работы производства. Для эффективной переработки новых сортов и гибридов семян подсолнечника требуется существенное изменение технологии.

Главная проблема - изменившиеся свойства семян на уровне локализации масла ( мелкие клетки, увеличенная доля и толщина мембран ), а также технологические свойства семян ( обрушиваемость). Существующие технологические операции неэффективны. Технология в целом остается многооперационной, чувствительной к .качеству сырья, что ведет к потерям и затратам.

Путь совершенствования - последовательное применение системного подхода, т.е. рассмотрение возможностей совершенствования всей технологии, преследуя общую цель на различных иерархических уровнях технологии, как системы:

- изучение структуры масличного материала, в том числе локализации масла, как основы определения эффективных - методов улучшения технологических свойств материала; \

- анализ технологических операций, с целью, реализации их новыми совершенными способами;

- рассмотрение структуры и связей технологической- системы в целом в направлении их рационализации.

Для этого необходимо:

1) углубить представление и обобщить данные об объекте переработки - современных сортах семян подсолнечника;

2) развить представление о механизме воздействия различных факторов физико-химической активации технологических операций;

3) дать общие рекомендации по построению рациональных технологических структур ^производства растительных масел из современных сортов семян подсолнечника.

До последнего времени совершенствование технологии подготовки масличного сырья к извлечен™ масла основыв^ась на изменении основных параметров: влашюсти, температуры и времени температурной обработки. Однако, рассматривая масличный материал как сложную биологическую систему, имеются предпосылки целенаправленного воздействия на нее с изменением свойств за счет обработки электролитами.

Имеющиеся предпосылки повышения эффективности подготовки масличных материалов к извлечению масла за счет применения поверхностно- активных веществ (ПАВ) с учетом того, что целый ряд отходов рафинационного производства могут рассматриваться как поверхностно-активные вещества, открывают'возможности создания безотходных или малоотходных технологий при выпуске рафинированных растительных масел в системе добывающих предприятий.

Вместе.с тем, научная проработка вышеупомянутых технологических операций недостаточная.Представление о формах связи масла в материале, происходящих изменениях на стадиях подготовки материала к извлечению и в процессе извлечения носят качественный характер. Разработанные теоретические положения извлечения масла, как прессованием, так и экстракцией, не учитывают действия сил адсорбции. • Не ясна роль сил поверхностного натяжения, концентрации и природы ПАВ на процессы извлечения масла.Вопросы воздействия электролитов на адсорбционные свойства белка, ферментную систему, изменения состояния структурных липидов ставятся впервые.

Кроме того, проблема увеличения объемов выпуска пшцевых рафинированных и дезодорированных масел может быть решена на маслодобывающих предприятиях при создании безотходных или малоотходных технологий в результате использования образующихся жировых отходов на отдельных стадиях производства масел.

Диссертация выполнена в рамках работы, проводимой по прог->амме 02.02.11 "Нетрадиционные технологии" ГНТП России "Перспек-'ивные процессы в перерабатывающих отраслях. АПК", приказ Мин.нау-м РФ N 73 Ф от, 18.02.93г, (Госрегестрация N 81069377).

1.2. Цель работ

Целью работы являлось создание теоретических основ комплекс-гой переработки новых сортов семян подсолнечника , разработка и Фактическая реализация высокоэффективных технологий: подготовка «асличного материала к извлечению масла на основе применения методов физико-химической активации с использованием поверхност-ю-активных веществ и электролитов,обоснование гидратации фосфо-шпидов и рафинации растительных масел в системе маслодобывающих [редприятий для создания замкнутой безотходной или малоотходной 'ехнологией.

1.3. Задачи исследования

- обобщение данных , характеризующих технологические свойс-■ва новых сортов семян подсолнечника;

- исследование влияния методов физико-химической активации ¡а эффективность технологических операций подготовки масличного ¡атериала к извлечен™ масла:

- развитие, представлений о механизме экстрагирования масла с )азработкой моделей статики и кинетики процесса;

- разработка новой технологии подготовки масличного материа-1а к извлечению масла и гидратации фосфолипидоь с применением ме-юдов физико-химической активации;

- практическая реализация производства рафинированных расти-'ельных масел на'действующих промышленных предприятиях' с безот-:одной или малоотходной технологией.

1.4. Научная новизна ' - _ .

На основании проведенных теоретических обобщений и экспери-[ентальных исследований : • - '

- сформулировано новое направление в совершенствовании технологии производства растительных масел с использованием методов физико-химической активации путем ввода в материал Ееществ, обладающих поверхностной активностью, и электролитов с различными значениями рН, позволяющее увеличить выход масла, улучшить технологические свойства.масличного материала, повысить качество получаемых масел, жмыХов и шротов, организовать выпуск рафинированных растительных масел на маслодобывающих предприятиях;

- развиты представления о механизме экстрагирования масла как процесса многокомпонентной диффузии, осложненного структурными и адсорбционными эффектами. Впервые разработаны модели статики и кинетики экстрагирования из пористых частиц с учетом действия сил адсорбции и концентрационнозависящего коэффициента диффузии;

- выявлено влияние вида и концентрации ПАВ на стадии извлечения масла как прессованием, так и экстракцией, а также влияние на последующие стадии переработки масел и их качество.Установлено, что адсорбционные свойства рассматриваемых ПАВ к твердой фазе в порядке уменьшения эффективности можно расположить в ряд: нормальные мыла -кислые мыла - фосфолипиды.

Предложен механизм воздействия ПАВ 'на масличный материал, объясняющий увеличение выхода масла и интенсификацию процесса его извлечения, за счет сорбирования ПАВ на поверхности материала и изменения соотношения "свободной" и'"связязанной" форм масла в материале;

- определено влияние и количество рН электролита , вводимого в масличный материал, на глубину извлечения масел и их качество, на активность ферментной системы и качество белков шрота. Показано, что обработка масличного материала электролитами приводит к увеличению выхода масла, изменению массовой доли фосфолипидов в маслах; при этом обработка электролитом с рН<7 приводит к уменьшению выхода фосфолипидов, а электролитами с рН>7 к их увеличению; ферментная система чувствительна к рН применяемого электролита - при рН<4 и рН>9 возможно достижение полной инактивации ферментной системы; при этом происходит более глубокая денатурация белка. Предложен механизм воздействия электролитов на масличный материал на стадии влаго-тепловой обработки, объясняющий увеличение выхода масла и воздействие на белковую систему;

- обоснована возможность использования в качестве эффективных электролитов - электроактивированных водных систем, полученных методом электролиза хлорида натрия с целью увеличения эффективности ионного воздействия. Предложен механизм, объясняющий повышенную эффективность применения электроактивированных жидких систем (ЭАЖС).

1.5. Практическая ценность работ

Разработана технология подготовки масличных материалов к извлечению масла с использованием в качестве поверхностно-активных веществ кислых мыл жирных кислот, полученных при нейтрализации растительных масел ( технология защищена авторским свидетельством N 1161540 (СССР) Б.И. N 22, 1985 г.)'.

Разработана технология получения легкогидратируемых растительных масел с применением в качестве поверхностно-активных веществ фосфолипидов, полученных на стадии гидратации ( технология защищена авторским свидетельством N 13211745 (СССР) Б.И. N 25, 1987г.).

Разработана технология получения масел из масличного материала с применением на стадии увлажнения материала раствором электролита с рН 1-2 и рН 11-12. В качестве электролита с рН 1-2 используется раствор соляной кислоты, а с рН 11-12 раствор гид-роксида натрия ( технология защищена Патентом N 2020145, Бюл.Ы18, 1994 г.).

Обоснована двухэтапная влаго-тепловая обработка маслосодер-жащего материала: на первом этапе (перед прессованием) обработка электролитами с рН 1-2, а на втором (перед экстракцией) обработка электролитами с рН 9-11.

Разработана технология получения масел из масличного материала с применением на стадии увлажнения материала электроактивированными водными системами, полученными методом электролиза раствора хлорида натрия ( технология защищена авторским свидетельством N 4887088/13,- приоритет 04.12.90 г.)': . '■

Разработана технология гидратации растительных масел путем обработки его электролитом, в качестве которого используют ката-лит с рН 11-12, полученный электролизом раствора хлорида натрия

(технология защищена Патентом N2020147, опубл. 30.09.94г., Бюл.Н 18) .

Разработана технология получения рафинированных масел в системе маслодобывающих предприятий. В качестве увлажняющего агента применяются мыльно-щелочные растворы, полученный на стадии нейтрализации ( технология защищена Патентом N 2034014, опубл. 30.04.95г., Бюл. Я' 12.).

На указанные технологии разработаны и утверждены технологические регламенты.

1.6. Реализация работы

Проведены производственные испытания:

- технологии получения масла из семян подсолнечника с использованием в качестве ПАВ кислых мыл жирных кислот на Краснодарском экспериментальном маслозаводе ;

- технологии получения масла из семян подсолнечника с использованием в качестве ПАВ натриевых мыл жирных кислот на По-логовском МЭЗе;

- технологии получения масла из семян подсолнечника с использованием в качестве ПАВ водных эмульсий фосфолипидов на Приколотненском маслозаводе ;

- технологии" получения масла из семян подсолнечника с использованием в качестве ПАВ мыльно-щелочные растворы,' полученные на стадии нейтрализации на Кропоткинском МЭЗе;

- технологии получения масла из семян подсолнечника с применением на стадии увлажнения мятки растворов электролитов, полученных методом электролиза на Пологовском МЭЗе

- технологии гидратации растительных масел с применением электролитов,полученных методом электролиза,на Кропоткинском МЗЗе.

Разработки внедрены и приняты к внедрению:

- технология производства растительных масел с применением в качестве ПАВ водных эмульсий фосфолипидов на Приколотненском маслозаводе;

- технология производства растительных масел на основе применения в качестве ПАВ растворов натриевых мыл жирных кислот на Кропоткинском МЭЗе, маслопрессоЕом заводе фирмы "Подсолнечник"

(с.Меньшикове») и на Оренбургском МЭЗе;

- технология получения рафинированных масел в системе маслодобывающих предприятий на Кропоткинском МЭЗе, маслопрессовых заводах: фирма "Подсолнечник" (с.Меньшиково), фирма "Ставросоя" (п.Рыздвяный), фирма "Абего" (г.Белая Глина), фирма "Кубнорд" (п.Пластунозский), фирма "Веста" (г.Ипатово)АО "Зори Кубани" (г.Новокубанск) и маслозавод ст.Тбилисской.

Внедрение разработанной технологии на Кропоткинском МЭЗе позволило в 1996 году получить экономический эффект 130 млн.руб.

Экономическая оценка разработанной технологии получения масел с применением ПАВ и растворов электролитов показала, что она обеспечивает получение чистой прибыли в год по сравнению с традиционной технологией на сумму 6,93 млр.руб. на предприятиях производительностью 800 т/сут.

1.7. Апробация работ

Основные положения диссертационной работы доложены на: Всесоюзной научной конференции "Повышение эффективности, совершенствования процессов и аппаратов химических производств" г.Харьков, 1985г.; Международной научно-технической конференции "Улучшение качества и расширение ассортимента при маслодобывании и маслопереработке", Болгария, 1985 г.; Научно-технической конференции "Новые тенденции развития" масло-жировой промышленности, Болгария, 1987 г.; Научной сессии "Научные исследования в технологии производства растительных масел", Болгария, 1988 г.; 12 th International Sunflower Conference, Novisad, YUGOSLAVIA, 1988r.; International conference " Heat and - Maso Transfer in technological processes", Jurmala, 1991 г.; Советско-Индийском симпозиуме по селекции, семеноводству, технологии послеуборочной

обработки семян й переработке промышленного сырья подсолнечника, »

г.Краснодар, VL991 г.; Научно-практической конференции "Технология производства масел, жиров и маргариновой продукции", г.Москва, 1992 г.; 14 th International Sunflower'.". Conference, Beijing/Shenyang, China, 1996г.; Российская научно-техническая конференция "Совершенствование технологических процессов пищевой промышленности и АПК", г.Оренбург, 1996г. " ' '

1.8. Публикация результатов исследования

По материалам диссертации опубликовано 54 научных работ, в том числе 10 патентов РФ.

1.9. Объем и структура диссертации

%

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 259 страницах, содержит 47 рисунков и 59 таблиц.

Список использованных источников включает 470 наименований на русском и иностранном языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ.Во введении дана характеристика современного состояния производства растительных масел, рассмотрены тенденции и направления развития масло-жировой отрасли, обоснована актуальность создания современных технологических процессов и определены направления исследования. "

ПЕРВАЯ ГЛАВА. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОСТОЯНИЯ НАУКИ И ПРАКТИКИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ

В главе дан обзор и анализ современных научных работ'- в области совершенствования технологии производства растительных масел. Обобщены данные по применению поверхностно-активных веществ при подготовке масличного материала к извлечению масел. Проведена оценка нового направления в перерабатывающих производствах, основанного на применении электроактивированных водных растворов.

На основании анализа рассмотренного материала сделан вывод , что все данные о технологических свойствах новых сортов семян подсолнечника разрознены, а эффективность технологических операций подготовки масличного материала к извлечению масла зачастую сводится лишь к оптимизации традиционных режимов. В то же время исследование новых направлений с применением методов физико-химической активации интенсификации технологических процессов отсутс-

твуюг или сделаны без анализа механизма и выявления влияния их на показатели качества.получаемых масел и шротов.

Предложенные математические модели описания процессов извлечения масел из масличного материала не учитывают его основные характеристики; такие как пористость, действие адсорбционных сил и др.

Поэтому в работе принята структура исследований механизма воздействия методов физико-химической активации на масличный материал и его компоненты, а также установленные влияния методов и технологических факторов физико-химической активации на основные технологические операции производства растительных масел. '• Структурная схема проведения исследований представлена на рис.1.

ВТОРАЯ ГЛАВА. РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О МЕХАНИЗМЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ МЕТОДОВ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ НА МАСЛИЧНЫЙ

МАТЕРИАЛ

Проведено обобщение современных представлений о состоянии масла в сырье и в материале,подготовленном к извлечению масла.

Современные сорта подсолнечника . можно охарактеризовать, как труднообрушиваемые.что приводит к повышенному содержанию лузги в ядре,и как следствие,к повышенным потерям масла в производстве, ухудшению его качества и повышенному износу оборудования.

Растительный масличный материал, подготовленный к извлечению масла, представлен как капиллярно-пористое тело, состоящее из двух фаз: твердой - белковой и жидкой - липидной. Жидкая фаза распределена по твердой в виде поверхностного масла, внутри вскрытых и тупиковых капилляров и внутри невскрытых клеток. Формы связи масла с материалом различны. Взаимодействие белков и липи-дов определяется, в основном, тремя видами связи "белок-липиды" различной прочности. К первому виду связи можно отнести адсорбцию молекул липвдов на поверхности белка. Второй вид обусловлен включением липидов в состав структуры белковых молекул.Третий вид взаимодействия можно отнести к химической связи'. Липиды, содержащие полярные группы, способны связываться с белком электростатическими силами. Фосфолипиды взаимодействуют с белком своими Фос-фатидными группами и четвертичными атомами азота.' Свободные жир-

| СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ |

НАУЧНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МЕХАНИЗМЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ МЕТОДОВ ФИЗИКО-ХИНИЧЕСКОП АКТИВАЦИИ"НА"МАТЕРИАЛ И ЕГО КОМПОНЕНТЫ

1. Существующие представления о состоянии пасла в сырье

2. Обоснование использования методов Физико-кинической активации при подготовке материала

3. Представления о воздействии ПАВ и растворов электролитов на материал

I---:-1

| ТЕХНИКА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ |

|ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МЕТОДОВ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОИ АКТИВАЦИИ НА ¡ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА РАСТИТЕЛЬНЫХ ¡МАСЕЛ

|Исследование ¡технологии ¡обрушивания |м разделения (рушанки ¡современных ¡сортов семян |подсолнечника

11--1

(Исследование | |процесса | |влаготепдовоА| |обработки | ¡пятки |

¡Исследование ¡процесса ¡получения |растительных ¡насел нотодоп |прессования

п г

Изучение

процесса

получения

растительных

насол методой

экстракции

|- »

ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО | СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ПРОИЗВОДСТВА РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ |

J

I (

I СИНТЕЗ РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ¡

Рис.1

Структурная схема проведен:'?! исследований

ные кислоты реагируют карбоксильными группами. Полярные липиды проявляют сродство к молекуле, содержащей группы -ОН;=Ш;~ ЙН2;=3, т.е. к сульфидным - ЗИ, пептидным -СОИН- связям, в результате чего становиться возможным спайка макромолекул через ди-сульфидные -Э-5- или азотные -СО-N-N-00- мостики.

Таким образом, масличный материал представляет собой сложную биологическую систему, состоящую из липидов, белков и углеводов. Для извлечения масел из этой системы в масло-жировой промышленности применяется ряд подготовительных операций.

Подготовленный к извлечению масла масличный материал можно представить в Биде структуры капиллярно-пористого тела.

На подготовительных стадиях в материале протекают реакции, позволяющие подготовить материал к извлечению масла. Основные этапы приготовления мезги: воздействие воды и температурная обработка. Исходя из представлений о природе основных компонентов можно утверждать,что на реакции, протекающие в материале, кроме традиционно применяемых факторов, влияет концентрация и активность водородных ионов ( величена рН среды). Значение рН среды весьма существенно влияет на диссоциацию биологически активных соединений, в результате может произойти изменение формы и реакционной способности молекул белков' и, соответственно, измениться их структурная стабильность и ферментативная активность. Биологические реакции протекают с оптимальной скоростью лишь при определенном осматическом давлении и ионной силе в системе.

При увлажнении растительного масличного материала раствором электролитов происходит избирательное смачивание белковой части с генерированием мембранного потенциала и образованием поверхностной солъватной оболочки.

Известно, что относительная проницаемость клеточной мембраны для различных ионов неодинакова и для основных она составляет:

;РкеРсг -» Р^ => 1 -> 0,45 -> 0,04

Это обусловило выбор.природы ионов для используемых ров электролитов"при увлажнении растительного масличного ла.

. Механизм работы раствора электролита при-увлажнении

(1)

раство-материа-

материа-

ла на примере раствора ЫаОН: ионы Ка+ диффундируют по направлен™ электрохимического градиента из внешнего пространства в клетку, а затем активно транспортируются в межклеточное пространство более глубокого слоя. В результате чего, в клетке происходит локальное возрастание осматического давления. По этой причине вода пассивно следует за ионами Ма+ в межклеточное пространство , а затем транспортируется в капилляры. Транспорт ионов и воды из внешнего пространства внутрь материала происходит'под действием смачивания и осмотического давления, действующего на мембрану капилляров, которые свободно пропускают эти вещества. Транспорт катионов С1~, аналогичен и протекает по градиенту электронейтральности среды.

Каждая белковая молекула обладает рядом ионизирующихся групп, которые вносят свой вклад в кислотно-основные характеристики белка. Для каждого белка существует характерное значение рН-изоэлектрическая точка. При значениях рН выше изоэлектрической точки - белок несет отрицательный заряд, а при более низких значениях- положительный. Наиболее восприимчивые к величине рН среды белки - это ферменты.

Механизм действия поверхностно-активных веществ натриевых мил жирных кислот 1?СООНа*п!?СООН и фосфолипидов основан на поверхностных явлениях.Этот эффект наиболее значителен при увлажнении-высокомасличного материала в начальный период и при распределении влаги по всему материалу.

ТРЕТЬЯ ГЛАВА. СИНТЕЗ РАЦИОНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ НА ОСНОВЕ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ

Функционально-структурная схема производства растительных масел представлена на рис.2. На ней каждая производственная операция обозначена прямоугольником с буквенным обозначением, а потоки сырья, продуктов, вспомогательных материалов обозначены кругом. Обозначение производственных • операций и потоков материала сопровождаются буквенными обозначениями.

Системный анализ функционально-структурной схемы производства растительных масел позволил выделять участки производства, требующие оптимизации или создания новых операций с интенсифика-

сема

X,

Лх

мЮЗДОт^ЛОш

*з

Хс

1

Г?

х*

Хо'0> семена 1

Хо(1) пар

Хо(2) пары воды

Хо(Э) вода „т

Хо(4) раствор щелочи ■Хр

Хо(5> бензин ; » Ч ' уП)

41

о*»

л

о*«

га-

—сн^

о

X*

Хгл

)У*9

т

Х*г

Хк Vх"

ЗнЭЧ^К^

♦ Жо

т

Рис.2

Функционально-структурная схема производства растительных масел

сл

I' I

Ao.i - обрушивание;Ai.2 - разделение рушаяки;А2.5 -измельчение ядра;Аз.б - увлажнение и обработка мятки; А4.7 - влаготепловая обработка мятки;А5.в - прессование; Аб.ю - первичная очистка прессового масла;А7.13 -гидратация прессового масла;As.is - нейтрализация прессового масла;Адл6 - приготовление раствора ПАВ; Ai о'. 17 - приготовление лепестка; Ai 1.19 - экстракция^. 20 ~ нагрев мисцеллы;А1з.25 - дистилляция мис-целлы;А14.2б - тестирование шрота;А15.24 - конденсация паров бензина;Ai6.27 - гидратация экстракционного масла; А17.29- нейтрализация экстракционного масла;Aie.30

- приготовление раствора ПАВ-.Xi - рушанка;Хг - ядро;Хз

- лузга; Х4 - недоруш;Х5 - мятка;Хб - мятка,обработанная ПАВ и.увлажненная;Х? - мезга;Хе - масло прессо-вое;Хд - жмых; Хю- масло прессовое фильтрованное;Хц-весовой отстой;' Х12- фосфатидная эмульсия;Х1з - масло прессовое гидратированное;Х14 - масло прессовое рафинированное ; Х.15 - соапсток после рафинации прессового масла;Хг15 - соапсток,выводимый из производства;Xi6 -раствор ПАВ;Х17 - лепесток; Xis - шрот+бензин;Х19 -мисцелла;Хго - мисцелла нагретая; Х21 - шрот;Х22 - па. ры бензина из шрота;Х23 - пары бензина из масла;Х24 ~

оборотный бензин;Х25 ~ экстракционное масло; Х26 -фосфатидная эмульсия после гидратации экстракционного масла;Х27 - гидратированное экстракционное масло; Xse

- рафинированное экстракционное масло;Хгэ - соапсток после нейтрализации экстракционного масла;X129 - соапсток, выводимый из производства;Х30 - раствор ПАВ.

цией процессов. Каждый участок выделен прямоугольником и обозначен цифрой. Первый участок (I) - рушальновеечный цех, второй участок (JI) - влаго-тепловая обработка, третий (III) - вла-го-тепловая обработка и извлечение масла прессовым способом, четвертый (IV) - влаго-тепловая обработка, извлечение масла методом прессования и гидратация масла, пятый (V) - влаго-тепловая обработка материала, извлечение масла прессовым способом, гидратация и нейтрализация масел и шестой (VI) - извлечение масла из жмыха

экстракционным способом, гидратация экстракционного масла и его нейтрализация.

Проведенные исследования положены в основу новых.: - технологий переработки сем^н подсолнечника: 1. Технология переработки новых сортов семян'подсолнечника, защищенная A.C.N 1817468; 2. Технология получения масел с применением поверхностно-активных веществ и растворов электролитов , защищенная Патентами РФ N 2034014 , N 2020145, A.C. N 1835335.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ, ТЕХНИКА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА И АНАЛИТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ

В качестве объекта исследования - использовали семена подсолнечника отечественной и зарубежной селекции: сорта "Передовик" (улучшенный),"Первенец","ВНШМК-8833"(улучшенный),"Юбилейный-60", "Лидер","Березанский","Почин","Краснодарский -885" - полученные во Всероссийском научно-исследовательском институте масличных культур.

Лабораторные исследования семян подсолнечника и продуктов их переработки: масел, фосфолипидов, а также жмыхов и шротов проводили в соответствии с требованиями действующих стандартов.

Биологическую ценность белков определяли с использованием в качестве тест-объекта инфузории Тетрахимена-пириформис по методу А.И.Игнатьева.

Лабораторное обрушивание семян вели на центробежной обрушивающей машине, измельчение на 4-х вальцевом станке. Влаго-тепло-вач обработка моделировалась в специально изготовленных патронах. Прессование материала проводили в зеерных камеоах на лабораторных гидравлических агрегатах ИП-100 и ИП-1000,■позволяющих регулировать скорость сжатия и усилие. Статика и кинетика экстрагирования изучалась на специально изготовленных установках". ■

Оценка способов и управление режимами подготовки материала к извлечению масла велась на основе теоретических представлений о характере внутреннего массопереноса масла,находящегося в различных формах связи.' Разработаны математические модели статики и кинетики экстрагирования растительных масел из подготовительных различными способами масличных материалов. Модель твердой - фазы

масличного материала, учитывающая структуру и действие сил адсорбции, принимается как двухзонная, что соответствует представлениям о наличии двух основных состояний масла в материале -"свободном" и "связанном".

Оценка эффективности процесса экстракции проводилась по методике определения .кажущегося числа единиц переноса в противоточ-

ном процессе с учетом равновесных зависимостей экстрагирования веществ, находящихся в различных формах связи.

' Разработана ускоренная методика определения фосфорсодержащих веществ в растительных маслах. Принцип действия которой заключается в селективной экстракции фосфорсодержащих веществ из растительных масел концентрированной уксусной кислотой и последующим колориметрическим определением. Время проведения анализа составляет 15-20 мин. Проведена аттестация методики в соответствии с требованиями ГОСТ 8.010-72 для определения точности и воспроизводимости определения.

Конструктивные особенности установки для получения растворов электролитов показаны на рис.3.

-. ? I игплрлт *

Рис.3/ PtamtmtfAQL

1 рубок 4 определяет уровень за; полнения аппарата. На высоте патрубка 4 имеется устройство для заполнения зон I и III. Зона III является анодной, а зона I - катодной. Через патрубок 8-отводится раствор электролита - коалита , а через патрубок 7 -электролита -адали-

Конструктивная особенность установки в наличии трех зон, отде-! ленных мембранами. Корпус уста-1 новки является отрицательным

электродом , а положительные электроды помещены в центральную зону III и изготовлены из графита. Исходный раствор NaCl подается через патрубок б и заполняет среднюю зону II, а пат-

Установка для получения растворов электролитов

та. Через патрубок 4 раствор ИаС1 отводится в исходную емкость. Характеристики аналита и католита регулируются концентрацией исходного N301, током, скоростью электролитов. Промежуточная зона постоянно прокачивается и этим препятствует возможному перетоку ионов из анодной в.'катодную зону и наоборот. '

ПЯТАЯ ГЛАВА. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МЕТОДОВ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ

АКТИВАЦИИ НА ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ

5.1. Исследование технологии обрушивания и разделения рушанки современных сортов семян подсолнечника

Получение высококачественного растительного масла зависит от многих факторов, в том числе и от количества лузги в материале.

Изучение влияния увеличения содержания лузги в материале на извлечение масел методом прессования и экстракции показало, что эффективность процесса снижается с увеличением свободной пористости материала. Результаты извлечения масла методом прессования из материала показали повышенную масличность жмыха. Расчет параметров модели экстракции с учетом адсорбционных характеристик позволил установить коэффициент адсорбции липидов лузги .извлекаемых гексаноЕой фракцией растворителя , ГДуЗГи=4,0-4,3, что существенно выше коэффициента адсорбции при извлечении липидов из мятки или из жмыха.

Существующее оборудование для обрушивания и отделения лузги не решает проблемы качества обрушивания. Поэтому- новым направлением должно быть создание технологии подготовки семян к обрушиванию.

На рис.4 представлены экспериментальные данные фракционного состава рушанки после обработки семян электролитами. "

Как следует из приведенных данных, наименьшее количество целых семян и недоруша получено при рН 1-2 (в кислой среде). При обработке изменяется-содержание целого ядра -сечки и масличной пыли. Полученные результаты можно объяснить .следующим-. образом. Оболочка семян подсолнечника в основном состоит из' целлюлозы и нецеллюлозовых примесей, таких как азотсодержащие вещества, пек-

типовые вещества, минеральные соли, воски и другие. Известно, что целлюлоза, основная составляющая оболочки семян подсолнечника, 'представляет собой полисахарид, построенный из элементарных звеньев глюкозы. При обработке семян водными растворами кислот и щелочей при постоянной влажности происходит набухание целлюлозы и

I

I I

Рис.4. ■

в какой-то мере переход в раствор нецеллюлозных водорастворимых компонентов. На второй стадии, протекающей при температурной обработке, происходит гидролиз целлюлозы, который может, как известно, протекать и в твердой фазе, но значительно медленее, чем в жидкой.

Степень гидролиза целлюлозы, превратившейся в сахар зависит от рН среды, времени тепловой обработки. Косвенным доказательством протекания гидролиза целлюлозы является изменение хрупкости оболочки семян подсолнечника, а, следовательно, улучшение качества его обрушивания.

5.2. Исследование процесса влаго-тепловой обработки мяжи

Параметры режимов подготовки масличного материала к извлечению масла (температура обработки,продолжительность обработки по времени,количество-вводимой влаги) играют важную роль в процессе отжима масла. Поэтому были проведены эксперименты по нахождению зависимостей изменения технологических свойств прессуемого материала от режимов влаго-тепловой обработки.

Фильтрационные и компрессионные свойства материала, играют определяющее влияние на интенсивность и глубину отжима масла.

Прессование мезги проводили в термостатируемом металлическом цилиндре диаметром 65 мм, с перфорированным- дном, обеспечивающем односторонний отжим.масла. Давление создавалось гидравлическим прессом марки ИП-1000 и передавалось на продукт через поршень. Для" исследования компрессионных свойств в масличных материалах во всем диапазоне величин радиальных давлений,, характерных для форпрессования, было взято 6 ступеней давления: 1 ступень - 0,4; 2 - 0,7; 3 - 1,5; 4 - 3,0; 5-5,1; 6 - 18,1 МПа.

В качестве"основных факторов, влияющих на фильтрационные и компрессионные свойства мезги, выбраны:' температура прессования, влажность мезги, лузжистостьрН-жидкости, идущей на увлажнение.

Для исследования фильтрационных и компрессионных свойств подсолнечной мезги была использована методика определения параметров фильтрационных и компрессионных характеристик пищевых продуктов. Скорость" отжима определяется выражением: •

«т Рт К,

я* Ат

4 К

(2)

Коэффициент'налоропроводности (А) определен из-данных о скорости усадки^продукта под давлением из уравнения:

5, ■■ 8 _

Г яг2 Ах4

V

4 К)

(3)

Для каждого опыта по значениям сютаточной концентрации масла

в жмыхе по ступеням давления была получена компрессионная зависимость ,которая имеет вид степенной функции со свободным членом:

| (4)

где: С,В - коэффициенты;

Р - давление,Па.

В результате обработки значений коэффициента напоропровод-ности и коэффициентов С и В компрессионной зависимости (4) с помощью регрессионного анализа получены уравнения:

А=10-7(6,622+1,126X1-0,464Х} + 0,881X4-0,078X1X2+ 0,224Х1Хз+ +0,481ХЛ -0,263X2X10,126Х2Х4+О, 156ХзХ4+ 1,092X120,433Х22--0.559Х}2- 0334X42)

С=-0305-0,115Х.-0,048X2-0,047X3+0,014X4+0,065X1X2+0,05X1X3--0,008X2X4-0,126X3X4+0,01X12-0, !Х22+0Д99Хзг-0,17Х42

В=0,082-0,024X1-0,009X2-0,033X3+0,015Х4+0>01Х,Х2+0,027Х|Хз--0.009ХЛ-0,003Х2Хз-0,022ХзХ4+.0,009X12-0,026Х22+0,063Х32-

-0,039X42

(5)

(6)

(7)

где Х1,Х2,Хз,Х4~ кодированные переменные;

XI- температура;

Хг- рН жидкости;

Хз- влажность материала;

Х4- лужистость материала. Анализ коэффициентов уравнений показал, что наибольшее влияние на фильтрационные и компрессионные характеристики оказывает температура. Лузжистость и влажность мезги значительно влияет на фильтрационные характеристики материала.

Рост температуры увеличивает фильтрационные и компрессионные характеристики. Лузжистость увеличивает фильтрационные характеристики, однако ухудшает компрессионные. Обработка материала электролитами с рН < 7 (т.е.кислые реагенты) увеличивают компрессионные и фильтрационные характеристики.

Ь.З. исследование процесса получения растительных масел методом прессования

Первым этапом было изучение влияния поверхностно-активных веществ (ПАВ)* на процесс получения масел. Рассматривалась возможность применения поверхностно-активных веществ при подготовке масличного материала ( мятки ) к извлечению масла методом прессования . Целью применения ПАВ является :'уменьшение связи масла с материалом, улучшение структуры материала, подаваемого на прессование и, за счет этого, увеличение выхода получаемых масел. В качестве ПАВ' были использованы продукты, получаемые на стадиях рафинации растительных масел: кислые мыла типа ИС00На*п1?С00Н, нормальные мыла ШЭСМа и фосфолшщды. На рис.5, приведены результаты влияния вводимых ПАВ на выход масла и извлечение основных сопутствующих' компонентов растительных масел: свободных жирных кислот и фосфолипидов. Изучение степени влияния на масличный матери-

ВЛияние использования в качестве ПАВ натриевых мыл вафных кислот при извлечении масел прессовым способом

%пдв

—Ф— Масличностъ жмыха, % —□—Кислотное число масла, мг КОНЛг —А—Фосфорсодержащие вещества в масле, %

Рис.5. ... - -...

ал рассматриваемых ПАВ показало, что их можно расположить, в ряд по убывающей: натриевые мыла жирных кислот,, кислые мыла,' фосфоли-

пиды. Как видно из рис.5, оптимальное количество вводимых в Материал, в качестве ПАВ, натриевых мыл жирных кислот находится в пределах 1,0-1,5 %, к массе обрабатываемого материала. При этом минимальная масличность жмыха достигается при вводе ПАВ в количестве 1,0 а одновременное увеличение в получаемых маслах массовой доли сопутствующих компонентов не приводит к ухудшению качества. ^

Второй этап - изучение' влияния растворов электролитов на процесс получения масел. В данном разделе приводятся результаты, полученные при подготовке мятки семян подсолнечника с увлажнением растворами электролитов в кислой и щелочной форме. В качестве электролитов использовались растворы соляной кислоты (рН 1-4) и растворы гадроксида-натрия (рН 9-12), а также растворы электролитов, полученные методом электролиза раствора поваренной соли на ранее описанной установке, с заданными значениями рН.

На .'рис.6 показаны результаты процесса извлечения масла методом прессования из материала, подготовленного с увлажнением мятки электролитами. Прессование проводилось на лабораторном прессе ИП-1000. Основные контролируемые показатели - остаточная масличность жмыха и массовая доля фосфорсодержащих веществ получаемых масел.

Влияния обработки мятки растворами электролитов на масличность жмыха и выход фосфолигеедоз

вадои миаролмтеы имктрглитон

рн \г рн »и

| Р Цасткчнаеть яаьоа Р Фосфо;кол1равщ» мщкте» в мастн]

Рис.6.

о

Результаты показывают, что увлажнение электролитами приводит к снижению масличности жмыха, т.е. к увеличению выхода масла. Одновременно очевидно, что это происходит за рчет воздействия на структурные "связанные"'липиды. Это подтверждается изменением содержания фосфорсодержащих веществ. Так, при рН' электролита < 7 происходит уменьшение выхода фосфолипидов,' а при рН > 7 - к увеличение.

На рис.7 показаны результаты влияния рН электролита на белковый комплекс полученных жмыхов.

Влияни* рН ап «страпига на белковый комплекс жмыха

pnt.1t .

Углгякзюя.евгтеригла

■ .." Рис.7.

Анализ азотсодержащих веществ в жмыхах, полученных из подсолнечной мезги при увлажнении кислыми' и- щелочными электролитами, показал, что^суммарное содержание азотсодержащих веществ не изменяется, однако массовая доля белковых веществ .как'при кислой, так и при щелочной обработке снижается. При этом массовая доля, небелковых азотсодержащих веществ возрастает, что подтверждает-, гипотезу о том, что рН среды материала в.процессе влаго-тепловой обработки приводит к увеличен™ денатурации белковых веществ.

На рис.8 показаны результаты по анализу активности фермента липазы в зависимости от условий обработки материала.

Зависимость активности фермента липаза от условий обработки материала

1 Мяте*2. М<гка.проа«ма> ртгаоомнм водой; 1 Мягка, про«•дам углами« Э1ЖС рн Н; 1 Ккц армия) |>ш»м

жасфоолои рн М; & Мгте фоаадаот рмма ЭАЖСрнт; к Шгкапрмаямап увтяммм аткфоплт рн »-11

Рис.8.

Как видно из результатов рис. 8, ферментная система чувствительна к рН применяемого электролита и это может быть использовано при направленном ее регулировании. Обработка , материала электролитом с рН < 7 в сочетании с тепловой обработкой позволяет практически полностью инактивировать липазу.

Из полученных результатов вытекает, что применение электролитов на стадии увлажнения материала перед тепловой обработкой позволяет: увеличить выход масла; изменить активность ферментной системы; влиять на белковый комплекс масличных семян и оказывать влияние на содержание сопутствующих структурных липидов, в частности, на массовую долю, фосфорсодержащих веществ.

Для изучения влияния новых приемов технологии подготовки семян к извлечению масел согласно "Медико-биологическим требованиям к качеству продовольственного сырья и п;щ°вмх продуктов", образцы полученных масел прошли испытания в Институте питания Российской

Академии Медицинских наук. Анализ по содержанию металлов показал,' что новая технология не внесла ухудшающих изменений качества масла . Влияние применения электролитов на основе соляной кислоты не • приводит к увеличению содержания хлорорганических соединений в получаемых материалах. Однако, сравнительное изучение фосфолипи-дов, полученных по традиционной технологии и с применением элект- . ролитов, показало значительное качественное изменение. Установлено уменьшение доли лизофосфатидилхолина и заметное увеличение доли фосфатидилэтаноламина. Эти изменения являются не только положительными с точки зрения пищевой ценности, но и оказывают дальнейшее" влияние на технологические свойства масел, повышая их гид-ратируемость. •

5.4. Изучение процесса получения растительных масел методом экстракции

Основное сопротивление массопереносу при экстракции растительных масел сосредоточено на этапе внутренней диффузии.- В технологии производства растительных масел общепринята точка зрения, что операция подготовки масличного материала является ключевой для обеспечения глубокого и интенсивного экстрагирования растительных масел. Одним из способов улучшения подготовки масличного материала является введение поверхностно-активных веществ (ПАВ). В работе исследовалась возможность" применения в качестве ПАВнор-мальных натриевых мыл ¡?СООМа, кислых мыл К!С00Ма*пРС00М ( при п=1) и фосфолипидов. Все виды ПАВ получали на стадиях рафинации масел. Введение ПАВ проводилось в виде водных эмульсий и-, таким образом, совмещалось с увлажнением.

Оценка способов и управление режимами подготовки материала к -экстракции проводились на основе - теоретических представлений о механизме, учитыбающем сложный характер массопереноса." В данной работе представляются математические модели - статики. и кинетики . экстрагирования масел. Модель твердой фазы, масличного- материала, учитывающая структуру и действие сил адсорбции, .принимается как двухзонная. Рассматривая уравнения материального баланса на каждой ступени для равновесных условий , при которых устанавливается равенство концентраций экстрагируемого масла" во внешней зоне

твердой фазы и объеме растворителя, а также допуская справедливость для данного случая линейности изотермы адсорбции ', можно получить уравнение, описывающее простую многоступенчатую равновесную экстракцию с учетом извлечения экстрагируемых веществ в начале из обеих зон, а затем лишь из внутренней зоны в виде:

§

. г>

(8)

Разработанная модель была использована для расчета основных параметров масличных материалов на основе экспериментальных данных, в том числе и материалов подвергнутых подготовке с введением ПАВ.

На рис.9 и 10 представлены экспериментальные данные по статике • простой многоступенчатой экстракции подсолнечной мятки и жмыха в полулогарифмических координатах.'

Статика процесса зкстрахцт подсолнечной мятю«

4Би клаготаплоюЯ обработки

ВПОСЛ* ВЛ1ГОТ«ПЛОВОЙ

обработки ¿Поел« маготаплоаоя обработки с но* он ПАВ (РСООИа) ( (олячастм 1,0%

(И-1)

Рис.9.

Расчет параметров модели статики простой равновесной многоступенчатой экстракции позволило сделать вывод о том, что величина коэффициента адсорбции не является постоянной и зависит от вида материала ( мятки, жмыха, лузги ), а также условий влаготеплрвой

обработки, т.е. от степени денатурации белка. Введение ПАВ в масличный материал, главным образом, сказывается на соотношении "свободного" и "связанного" масла. Адсорбционные свойства рассмотренных ПАВ в порядке уменьшения эффективности можно рассматривать в ряд: нормальные мыла , кислые мыла и фосфолипиды.

Старика процесса экстракции подсолнечного имыха

(п-1)

Ф Без обработки ПАВ О Обработка раствором водной эмульсии фосфолипидов Д Об работка раствором мыл РСООЫа'пРгСООН XОбработка раствором мыл ЯСОО№

РИС.10.

С учетом различных представлений о состоянии экстрагируемых веществ в твердой фазе и имеющихся данных о концентрационной зависимости коэффициентов диффузии, сформулирована математическая модель для двухкомпонентной диффузии при описании процесса экстракции. Изменение концентрации масла в масличном материале, содержащем "свободное"(С1) и "связанное"(Со) масла,может быть описано уравнением молекулярной диффузии в общем виде представлено:

^ = Лу[О0п(С^га/С,]* с1п[о0а(С7)ёгас1С2] 2- = (С,)£гас/С,]+

дх

ее.

(9)

дх

В результате исследований,установлено, что зависимость Б от

С наиболее удобно аппроксимировать экспоненциальной зависимостью вида:

я(с)=я0хехр(>с) ;

СЮ)

Применив преобразование Кирхгофа, введя функции и 62: с, ...... -

о

= = —(егА -1)

О У 2 |

Перейдя к системе уравнений многокомпонентной диффузии (9) с новыми функциями Бь- получим:

(И)

1. дЭ, \ + \ дх~ J_сР2 _

+ ¿х2 ЗХ}

+ 1 дт

ж2 ж2

(12)

.1

Полученная система нелинейных дифференциальных уравнений(12) допускает- аналитическое решение на ассимптоте т-*» . Следовательно, для регулярной стадии процесса диффузии ( Го-*™ ), можно получить аналитическое решение многокомпонентной диффузии с концент-рационнозависящими коэффициентами переноса. Обратный переход 61 к С1 возможен по соотношению (13):

1

с, = -Цг,о1+1) У1

с, = — Нг1о3 + 1)

У г

(13)

Данное теоретическое решение использовалось для идентификации кинетики экстрагирования осложненной действием сил адсорбции. Разработан алгоритм.'определения коэффициентов переноса по кривым кинетики экстракции для граничных условий первого рода.

Экспериментальные данные кинетики экстракции подсолнечной мятки и полученные расчетные зависимости изменения концентраций

"свободного" и "связанного" масел представлены на рис.11.

Кинетика экстракции подсолнечной мятки

—Экеперименталк иые данные изменения обще*

концентрация >кстрагир>емых вещаете — 1—Расчетное изиенеина концентрации "свободного" наела —2—Расчетное ишенаийе концентрации "свяаанного" наела

о.в

1,6

0,4

,2

Рис.11. .

На рис. 12 представлены экспериментальные данные кинетики экстракции подсолнечного жмыха при обработке его различным количеством ПАВ ( ШЮЫа ).

Кинетика экстракция пбдсслнечнсЯ мятки

а -1 • <*ео 1С9 2. га а. со

•5 -

-3 • о

и

а •в ■ 4Вез обработки ПАВ

-7 ■ - □ Обработка ПАЗ в количестве 3,9%

¿Обработка ПАВ а количестве 1,0%

Л Ь *10 сек • ХОСработка ПАВ в количестве 1,5%

Рис.12.

Зависимость параметров коэффициента диффузии По и коэффициента нелинейности г от количества вводимых ПДВ представлены в табл.1.

Таблица 1. Зависимость - параметров Бо иг от"количества вводимых ПАВ и рН электролита

Параметры модели Подго--* товка по традиционной технологии Количество ПАВ, % к массе материала - Обработка ана-литом рН 1-2 Обработка ката-литом рН 11-12

0,25 0,5 1.5

¿о*1910. м/с г 4,406 -21,12 4,393 -32,45 4,390 -53,50 4,285 -87,60 6,345 -91,11 7,121 -93,27

Как видно, параметр Б0 практически не зависит от количества вводимого ПАВ в материале. Это объясняется тем, что по физическому смыслу - представляет собой коэффициент молекулярной диффузии масла из капиллярно-пористого тела при С—>0. Влияние ПАВ сказывается на коэффициенте нелинейности , что объясняется увеличением " свободного" масла, вытесненного ПАВ из сорбированного состояния.

Анализ качественных характеристик масел,полученных при подготовке материала с применением поверхностно-активных веществ и электролитов приведены в табл. 2.

Как видно из результатов состава, полученных масел , показанных в табл.2 , значительных изменений качества не наблюдается. Однако, в маслах, полученных по предлагаемой технологии -увеличенное содержание фосфолипидов, что, .в свою очередь, положительно влияет на гидратируемость масел.

ШЕСТАЯ ГЛАВА. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ МАСЕЛ

С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ И РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

В существующих условиях технология переработки семян подсолнечника включает стадии производства растительных мае,ел -

Таблица 2. Качественные показатели масел, полученных с применением ПАВ и электролитов

1 1 1 Подготовка по | Прессовое 1 Экстракционное |

1раДИЦИиппиИ |

| Качественные | технологии | Обработка мятки Обработка жмыха |

<1 1 гтгм/о'^ ПГТ1Л ти* 1 1

1 показатели | 1 1 1 1 1

прес- |экстрак| ПАВ |рН 1-2 рН 11 ПАВ |рН 1-2 рН 11 |

совое Iционное | 1 |

(Цветное число, мг Л 2 1 20 1 ; 1 1 35 | 22 1 15 30 39 | оо | 43 |

|Кислотное число,мг КОН/г| 1,52 1 2,50 | 1,55 1 1,35 1,63 2,75 | 2,00 2,80 |

|Массовая доля фосфорсо- |

Iдержащих веществ, % | 0,71 1 0,85 | 1,10 | 0,20 1.05 1,15 | 0,22 1.25 |

|Массовая доля неомыля- | 1 . 1

|емых.'ЛЙпидов, % 1 1,3 1 1.3 1 1.5 1 0,9 1.4 1.4 1 1,1 1,4 |

|Перекисное число, | 1 1

0 1 4,9 1 9,9 | 5,0 1 3,5 3.8 9,9 1 5,5 6.0 |

¡Сопряженные соединения,%| 1 1

|диеновые (К232. нм) 1 0,56 1 0,85 | 0,58 1 0,43 0,50 0,90 | 0,65 0,80 |

|триеновые (Кгбв.нм) | < * 0,083 | 0,120 | 1 . 1 0,090 | 0,055 г 0,060 0,120 | 0,0Го 0,110 | I

(прессование и экстракция),'и первую стадию рафинации - (гидратацию). Для дальнейшей очистки растительные масла транспортируются на жироперерабатывающие предприятия.

Разрабатываемая технология предусматривает проведение рафинации масел на маслодобывающих предприятиях с использованием образующихся отходов в виде поверхностно-активных веществ, при подготовке масличного материала к извлечению масла. Также,, предусмотрена подготовка материала с обработкой-его растворами электролитов. Технологическая схема переработки семян подсолнечника, включающая подготовку масличного сырья с вводом поверхностно-активных веществ и растворов электролитов приведена на рис.13.

Для получения растворов электролитов с заданным значением рН применяется установка поз.29, 30, 31, 32. Аналит, с рН 1-2, направляется на увлажнение мятки в• поз.5. Каталит используется при приготовлении раствора щелочи на стадии нейтрализации масел, поз.20, а также, подается как гидратирующий агент на стадии гидратации масел, поз.23. Аналит, применяется и на стадии разложения мыл в рафинированном масле,.поз.22.

Полученные на стадии нейтрализации соапстоки в своем составе , в основном, содержат натриевые мыла жирных кислот (ШЭОЫа) и свободную щелочь (ЫаОН). Они используются для приготовления водных растворов ПАВ в электролите. Приготовление растворов необходимой концентрации проводится в аппарате поз.33. Увлажнение жмыха при приготовлении его к экстракции проводится в аппарате поз.13.

Баланс сырья, расчет ожидаемых выходов продукции и отходов при переработке семян подсолнечника по предлагаемой технологии приведен в табл. 3. ..

•Таблица 3. Баланс сырья при переработке 800 т/сут семян

подсолнечника

Статьи баланса Технологии

Предлагаемая,т/сут Существующая,т/сут

Форпрессовое масло 331,20 .. 329,70

Экстракционное масло 50,79 51,24

Шрот 285,86 280,93

Лузга 120,33 120,73

Потери влаги 17,06 17,40

шпсток

^У яда» гЧ1ГР-л ¡юг жсга

I_И—I цимаое

срапс/ПОК /что

Рис.13.

Технология получения растительных масел с применением поверхностно-активных веществ и электролитов 1 - сепаратор; 2 - рушка; 3 - семеновейка; 4 - вальцевый станок; о - транспортер; 6 - жароЕня; 7 - маслопресс;8,9 - транспортер; 10 - гущеловуйка; 11 - нория; 12 - молотковая, дробилка; 13 -транспортер; 14 - кондиционер; 15 - . плющильный станок; 16 -транспортер; 17 - нория; 18 - транспортер; 19 - экстрактор; 20 -запорожский нейтрализатор; 21 - соапсточник; 22 - емкость для рафинированного прессового масла; 23 - электромагнитный активатор; 24 - ко^гулятор-рессивер; 25 - пластинчатый отстойник; 26 -запорожский нейтрализатор; 27 - соапсточник; 28 - . емкость для рафинированного экстракционного масла; 29 - электролизер; 30 -источник тока; 31 - емкость для раствора.поваренной соли';. 32 -насос для раствора поваренной соли; 33 - емкость " для каталита; 34 - насос для каталита; 35 - емкость для аналита; 35 - насос для аналита.

Таблица 4. Сравнительные результаты производства подсолнечного. масла при расчете на производительность 800 т/сут семян

Показатели Прессовое масло Экстракционное масло

высший сорт первый сорт второй сорт высший сорт первый сорт второй сорт

£\ СУЩЕСТВУЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

Производительность,

т/сут 32,97 164,85 131,88 - 30,74 20,50

К.ч. масла, мг КОН/г 1,50 2,25 .4,00 - 2,25 4,50

Массовая доля фосфор-

содержащих веществ, % 0,40 0,60 0,80 - 0,60 0,80

ПРЕДЛАГАЕМАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

Производительность,

т/сут 33,12 165,60 132,48 - 30,47 20,32

К.ч. масла, мг КОН/г 1,50 2,25 4,00 - 2,25 4,00

Массовая доля фосфор-

содержащих веществ, % 0,20 0,25 0,32 - 1,20 1,55

Как видно из данных, представленных в табл. 3 и 4, результатом технологии явилось увеличение выработки масла и шрота.. Увеличен выход прессового масла, массовая доля фосфорсодержащих веществ в прессовом масле снижена до величины, позволяющей рафинировать это масло без предварительной гидратации. Полученное экстракционное масло содержит повышенное содержание фосфорсодержащих веществ по сравнению с традиционной технологией.

Для сравнения производства подсолнечного масла по новой технологии и существующей, в табл. 4 приведены результаты, полученные в производственных условиях.

Экономическая оценка технологии проведена с учетом нормативно-инструктивных материалов Министерства финансов и Министерства экономики Российской Федерации.

Оценка производства масла по новой технологии выполнена с учетом получения конечного продукта (рафинированного масла) и затрат на всех стадиях его производства. Производство продукции по предлагаемой технологии позволяет получить чистой прибыли на 6,93 млрд. руб. в год больше, чем по существующей технологии при производительности предприятия 800 т/сут.

СЕДЬМАЯ ГЛАВА. ПРОВЕДЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ

В 1983 году на экспериментальном маслозаводе (г.Краснодар)

были проведены производственные испытания получения масла из семян подсолнечника с применением в качестве ПАВ кислых мыл жирных кислот. Количество вводимых ПАВ менялось от.0,03 до 10,0 % к массе материала. .

Результаты приведены в табл.5. Анализ показал, что оптимальное количество вводимых в качестве ПАВ - кислых мыл, составляет 0,8 - 1,2 % к массе материала.

Таблица 5. Результаты производственных испытаний применения,' в качестве ПАВ, кислых мыл жирных кислот

Показатели Существующая технология Разработанная технология . с введением кислых мыл жирных кислот

1.Семена подсолнечника: - масличность, % - влажность, % 2.Масло форпрессовое: - кислотное число, мг КОН/г - мыло, % - массовая доля фос-фолипидов, % 3.Масличность жмыха: 1ое прессование 2ое прессование 50.0-52.0 5.0- 7.0 2.50-2.60 отсутствует 0.65-0.7 ■ " 14.0-16.0 5.0-5.7 50.0-52.0 5.0- 7.0 2.45-2.55 отсутствует 1.15-1.40 12.0-13.0 4.3-5.1

В результате производственных испытаний установлено, что технология обеспечивает снижение масличности жмыха 1-го и 2-го прессования, а следовательно, увеличение выхода масла. Принято решение о внедрении технологии на маслозаводе. '

Производственные испытания производства подсолнечного масла по схеме фсрпрессование - экстракция с применением в качестве ПАВ натриевых мыл жирных кислот. Испытания проводились на Пологовском МЭЗе в 1984 годуГ Схема производства подсолнечного масла включала следующие стадии: ядро семян подсолнечник?, с содержанием влаги 4,5-8,5 % и лузги не более 10 % измельчали. Подготовку мятки производили последовательно в шнеке инактиватора,- .затем в жаровне. Мятку в шнеке инактиватора обрабатывали раствором мыл.в количестве 1,0-1,5. % к массе материала. Прессование материала проводили на прессовых агрегатах РЗ-МОА и полученный жмых экстрагировали на

экстракторах МЭЭ-350.

В результате испытаний установлено, что технология позволяет улучшить подготовку материала к прессованию и обеспечить снижение масличности жмыха. На Пологовском МЭЗе проведены производственные испытания по использованию в качестве ПАВ - водных эмульсий фос-фолипидов.

По результат!^ эксплуатации технологии в 1984г. получен экономический эффект 50 тыс.р., а в 1985г. - 65,7 тыс.р.

В 1986г. на Пологовском МЭЗе и в 1938г на Кропоткинском МЭЗе проведены производственные испытания. технологии подготовки растительного масличного материала к извлечению масла на основе применения ПАВ - растворов мыл в электролите. Для этого использовались .мыльно-щелочные растворы, полученные на стадии нейтрализации. Приняты решения, о постоянной эксплуатации технологии.

В 1990г. на Пологовском МЭЗе проведены производственные испытания технологии подготовки масличного материала к извлечению масла с применением электроактивированных жидких систем. Подготовку мезги проводили поэтапно, .вначале,, мятку увлажняли в шнеке инактиваторе ЭАЖС до влажности 9,5 - 10,0%. и нагревали до температуры 80,0-85,0°С. Для увлажнения' использовали • ЭАЖС с рН 10,0-12,0. В жаровнях мятку подвергали дальнейшей обработке и при выходе влажность мезги составляла 5,0-5,5% и температура 115-120° С. Извлечение масла проводили на прессовых агрегатах РЗ-МОА, жмых подвергали экстрагированию на экстракторах МЭЗ-350, полученные масла гидратировали на линии "Лурги-250". Результаты извлечения масла методом прессования приведены в табл.6.

Таблица 6.Результаты производственных испытаний применения ЭАЖС ) при производстве растительных масел }

на Пологовском МЭЗе ;

ПОКАЗАТЕЛИ ТЕХНОЛОГИИ

Существующая Применение ЭАЖС рН 1.0-2.5 Применение ЭАЖС рН .10.5-11.5

Масличность жмыха, % Кислотное число прессового масла, мг КОН/г Массовая доля фосфотидов в прессовом масле рН увлажняемой ЭАЖС 19.5-20.0 1.80-2.40 0.65-0.70 15.0-16.2 1.50-1.75 0.95-1.15 10.8-11.5 13.5-16.0 1.30-1.50 0.30-0.35 1.5-2.3

Результаты гидратации выработанного прессового масла с применением ЭАЖС рН 10.8-11.5 приведены в табл.7.

! Таблица 7. Результаты гидратации прессового масла полученного с применением ЭАЖС рН 10.8-11.5

ПОКАЗАТЕЛИ До испытаний В период испытаний

Количество выработанного прессового масла, т/сут Количество выработанного фосфатидно-го концентрата, т/сут Выход фосфатидного концентрата, % Качественные показатели фосфатидного концентрата: - влажность, 7> - кислотное число, мг КОН/г - массовая доля фосфотидных веществ, % - нерастворимые вещества, % - массовая доля масла, 7. 163.262 2.49 1.53 0.85-0:90 8.50-9.00 49.0-49.2 1.8-1.9 48.0-49.0 170.322 2.92 1.71 0.85-0.90 8.50-9.50 52.75-55.15 1.8-1.9 42.0-44.5

Принято решение о внедрении в постоянную эксплуатацию. 3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполнены комплексные исследования, позволяющие научно обосновать направления совершенствования технологических процессов переработки новых сортов семян подсолнечника, разработать и практически реализовать'высокоэффективные технологии подготовки масличного материала к извлечению масла на основе методов физико-химической активации путем применения поверхностно-активных веществ и растворов электролитов, гидратации фосфолипидов и организации рафинации растительных масел в системе маслодобывающих предприятий.

На основании' проведенных экспериментальных исследований и теоретические обобщений:

1. Сформулировано новое направление в совершенствовании технологии производства растительных масел на основе■" интенсификации процесса подготовки материала к извлечению масла путем ввода в материал веществ, обладающих поверхностной активностью и электролитов с различным значением рН . ■. - •

2. Разработаны модели статики и кинетики экстрагирования из пористых частиц с учетом действия сил адсорбции и концентрацион-независящего коэффициента диффузии. Модель твердой фазы масличного материала, учитывающая основные ее особенности: пористость и действие сил адсорбции - представлена как двухзонная.Предложена, методика идентификации параметров математических моделей на осно-

А

ве экспериментальных данных статики и кинетики экстрагирования масличного материала. ~

3. Предложен способ подготовки- семян подсолнечника новых сортов и гибридов к обрушиванию и отделению оболочки от ядра путем обработки семян электролитами и последующей подсушкой их до оптимальной влажности, гарантирующий снижение механической прочности лузги и возможность эффективного разделения рушанки на лузгу и ядро.

4. Определено влияние вида и концентрации поверхностно-активных веществ на стадии извлечения масла как прессованием,так и экстракцией,а также влияние на последующие стадии переработки масел и их качество. . .

5. Определено влияние вида электролита,его рН и количество вводимого в масличный материал на глубину извлечения масел,качество масел, массовую долю извлекаемых сопуствующих липидам веществ, активность ферментной системы и качество белкового комплекса.

6. Обоснована возможность использования в качестве растворов электролитов - электроактивированных водных систем,полученных методом электролиза' раствора хлорида натрия.

7. Обоснована двухэтапная влаго-тепловая обработка масличного материала перед извлечением масла,причем, на первом этапе (перед прессованием) обработка кислым (аналитом),а на втором этапе (перед экстракцией) обработка щелочным (каталитом) раствором электролитов.

8.- Разработана технология подготовки масличных материалов к извлечению масла с использованием, в качестве увлажняющего агента водных растворов поверхностно-активных веществ - фосфолипи-дов,кислых солей жирных кислот и натриевых мыл,полученных при нейтрализации растительных масел (технология защищена Патентом № N 1161540 Б.И. N 22, 1985г.), а также технология получения легко-гидратируемых растительных масел с применением, в качестве по-

верхностно-активных веществ водных растворов фосфолипидов, полученных на стадии гидратации (технология защищена Патентом РФ N 1321745 Б.И. N 25,1987г.).

- Разработана технология получения масел из масличного материала с применением на стадии увлажнения масличного материал -, раствором электролита с рН 1-2 и рН 11-12. В качестве, раствора электролита с рН 1-2 используется раствор соляной кислоты, а с рН 11-12 - раствор гидроксида натрия (технология защищена Патентом РФ N 2020145, Б.И. N 18, 1994г.)

- Разработана технология получения масел из масличного материала с применением на стадии увлажнения материала электроактивированными водными системами,полученными методом электролиза раствора хлорида натрия (технология защищена А.С. Н 1835335 (СССР) , Б.И. N 13,1992г.).

9. Разработан способ получения рафинированных масел в системе маслодобывающих.предприятий,с применением на стадии увлажнения материала раствора поверхностно-активных веществ в электролите.В качестве данного агента используют мыльно-щелочной раствор,полученный на стадии нейтрализации масел,проводимой в аппаратах колонного типа (технология защищена Патентом РФ N 2034014, Б.И. N 12, 1995г.). ' '

Итогом работы явилосьтеоретическое обоснование и решение крупной научно-практической проблемы по совершенстволванию технологии производства растительных масел из современных сортов семян подсолнечника с использованием методов физико-химической активации технологических процессов. Разработанные технологии прошли опытно-промышленную апробацию. Подтвержденный экономический эффект от внедрения технологии на Кропоткинском МЭЗе з 1996 г. состарил 130 млн.руб. Оценка эффективности разработанных технологий по сравнению с традиционной технологией показал возможность увеличения прибыли на 6,93 млр.руб. в год на одном предприятии производительностью 800 т/сут.

4. СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ МАТЕРИАЛАМ

ДИССЕРТАЦИИ ' . " "•

1. Тарасов В.Е. Совершенствование подготовки масличных материалов к извлечению масла с применением поверхностно-активных ве-

ществ.// Автореферат диссертации на соискание ученой степени кан-д.техн.наук,г.Краснодар, 1985 г.

2. Тарасов В.Е. Новые технологии производства растительных масел на основе интенсификации процессов подготовки. Технологические и технические решения.// Тезисы доклада научно-практической конференции "Технология и техника производства масел, жиров и маргариновой продукции", г.Москва, 20-23 апреля 1992 г.// Масло-жировая промышленность, 1992 г., N 4-5,-с.32.

3. Кошевой Е.П., Тарасов В.Е.Определение коэффициентов распределения экстрагируемых' компонентов растительных масел.//Деп. в ЦНИИТЭИпищепроме, 10.09.84, N 847 пщ 84 деп.

4. Кошевой Е.П., Тарасов В.Е., Определение основных параметров модели равновесного экстрагирования жмыха подсолнечника семян. //Деп. в ЦНИИТЭИпищепроме 10.07.85, N 1149 гац 85 деп.

5. Тарасов В.Е., Кошевой Е.П., Савус A.C. и др. Экстракция компонентов в подсолнечной лузге.// Деп. в ЦНИИТЭИпищепроме, 09.07.85, N 1148-85 деп.

6. Кошевой Е.П., Косачев В..С., Тарасов В.Е. Многокомпонентная диффузия с концентрационнозависящими коэффициентами "Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств",г.Харьков, 1985, с.89-90.

7. Кошевой Е.П., Тарасов В.Е., Деревенко В.В. Управление подготовкой масличных материалов к извлечению масла на основе моделей массопереноса в твердой фазе, включающих структурные и адсорбционные параметры.//Тезисы докладов международной научно-технической конференции "Улучшение качества и расширение .ассортимента при маслодобывании и маслопереработке", НРБ, 24-26 октября 1985 г.,с.17-18.

8. Тарасов В.Е., Арутюнян Н.С.., Кошевой Е.П. Подготовка маслосодержащих материалов к извлечению масел.//Масло-жировая промышленность 1984г.И. с.27-29.

9. Кошевой Е.П., Косачев B.C., Тарасов В.Е. Интенсификация внутреннего массопереноса при экстракции растительных масел. //Прикладная химия, 1986, Т.59, N'10,.с.2170-2174.

10. Кошевой Е.П., Тарасов В.Е., Кварацхелия Д.Г. Определение числа единиц переноса в противоточпсм процессе экстрагирования.//Деп. в ЦНИИТЭИлегпищемаш, 16.03.87, N 735 мл-87.

11. Тарасов B.E.-, Хаджийский Ц., Кошевой Е.П. Анализ экстра-гируемости промышленного жмыха из гибридных и сортовых подсолнечных семян, селекционированных . в НРБ и других странах.//Научно- техническая>конференция с международным участием "Новые тенденции развития масло-жировой промышленности", Балчик, 8-10 октября,1987г. , с.16-17.

12. Тарасов В.Е., Хаджийский Ц., Перефайнова М. Влияние на рижима влаготоплинна обработка и просуване- на спъчогледово мливо върху экстрахируемостта на маслото от оксиелера.//Тезисы доклада на научной сессии "Научните изследования и технологиниев тран-сфекфактори за обновиение на ХВП", 12-14 октября 1988г., г.Пловдив, с.103.

13. Тарасов В.Е., Косачев B.C., Кошевой Е.П. Обоснование на ращюнални технологии за маслоперерабатыващо производство на ана-лизна повърхностните явления.//Тезисы доклада на научной сессии "Научните изследования и технологичниятт трансферфактори за обновление на ХВП", 12-14 октября 1988г., г.Пловдив, с.112-113.

14. Тарасов В.Е., Перефайнова М., Хаджийский Ц. и др. Влияние режимов влаго-тепловой обработки на извлечение масла из высокомасличных семян подсолнечника сорта "Первенец".//Сб."Технология и оборудование пищевой промышленности'и пищевое машиностроение", г. Краснодар, политех.инс-т., 1988 г.,с.66-73.

15. КощеЕой Е.П., Тарасов В.Е., Савус A.C. К вопросу эффективности пропитки частью растворителя при противоточном экстрагировании жмыха и лузги. //Деп. в АгроНИИТЗИпищепроме 26.08.88 N 10S8 п.88.

16. Кошевой Е.П., Тарасов В.Е., Савус A.C. и др. Определение числа единиц переноса в противоточном процессе экстрагирования при вводе дополнительного потиса твердой фазы в промежуточную точку каскада.//Деп. в АгроНИИТЗИпищепроме 20.06.88, N 1878-пщ.

17. Хаджийский Ц., Тарасов В.Е., Кошевой Е.П. Екстрахируе-мост на промедление еаспелери от хибридни и сортови слънчогледо-ви семен.//Хранительна промышл., Болгария, Брй-.З,. 1-989, с.35-38. ных в производственных условиях.

18. Хаджийский Ц., Перефайнова М., Тарасов -В.Е.Влияние на влаготоплината обработка и пресуването на слънчогледово мливо върху екстрохируемостта на маслото от скплёра.//Хранительна про-

мышлекнося, Болгария, 1589г.

19. Кошевой Е.П., Тарасов В.Е., Савус A.C. и др. Определение параметров диффузионного переноса в частицах подготовленных к экстрагированию масла.//Деп. в АгроНИИТЗИпищепром 11.11.90,

N 2337-пщ-90.

20. Тарасов В.Е., Кварацхелия Д.Г., Леонтьев В.А. и др. Интенсификация ^экстрагирования с использованием злектроактивации.//Тез.доклада Всесоюзной конференции молодых ученых по экстракции. 29-30.05.90г.,г.Донецк с.87.

21. Тарасов В.Е.,Кошевой Е.П..Кварацхелия Д.Г. и др. Применение электроактивированных жидкостей в совершенствовании технологических процессов масложировых производств.//Тез.докладов 2-й Международной научно-практической конференции "Проблемы механизации и электронизации.отраслей АПК",г.Краснодар,1991г.

22. Тарасов В.Е..Кошевой Е.П.,Савус A.C. Математическая модель равновесной многоступенчатой экстракции с учетом структурных и адсорбционных параметров твердой фазы. //Деп. в АгроНИИТЭИПП, N 2404 пщ,1991г.

23. Тарасов В.Е., Хаджийский Ц., Кошевой Е.П. Анализ переработки современных сортов семян подсолнечника отечественной и зарубежной селекции.//Известия высших учеб.заведений.//Пищевая технология, г. Краснодар, N 2-3 (195-196), 1990г.,с.55-57.

24. Тарасов В.Е., Кошевой Е.П., Леонтьев В.А. Исследование фильтрационных, компрессионных и фрикционных свойств подсолнечной мезги.//Тезисы докл. Всесоюзной научно-технической конференции г.Ленинград, НПО "Масложирпром", 13-16 мая 1У91 г., с.11-12.

•25. Тарасов В.Е., Кошевой Е.П., Кварацхелия Д.Г. Гидродинамика стока мисцелл из экстрагируемых масличных материалов. //Тез. докл. Всесоюзная научно-техническая конференция, г.Ленинград, НПО "Масложирпром", 13-16 мая 1991 г., с.19-20.

26. Кошевой Е.П., Леонтьев В.А., Тарасов В.Е. Исследование фильтрационных и компрессионных свойств подсолнечной мезги.//Мас-Л1-т-ровая промышленность, 1992, N .1, с. 10-11.

27. Кошевой Е.П., Тарасов В.Е., Кварацхелия Д.Г. и др. Оценка адсорбционных свойств экстрагируемых растительных материалов.//Тез. доклад 8 конференции молпттых ученых и специалистов, посвященный 60-летию Образ.Московского технологического

института пищевой промышленности, 11-14 коня 1991, "Хранение и технологическая переработка зерна",М., 1991,с.62-64.

28. Хадмйский Ц., Перефайнова М., Тарасов В.Е. Влаготоплин-на обработка на мливо от хибридни слънчогледови семена.//Хранительна промышленность, Болгария, Брой 3,' 1992, с. 13-14.

29. Тарасов В.Е., Мхитарьянц Л.А., Дьяченко С.Ю. Влияние нагрева при подготовке семян подсолнечника сорта "Первенец" к переработке на качество получаемых масел. //Известия высших учебных заведений.// Пищевая технологи, г.Краснодар, 1991, N 1-3(200-202), с. 95-96.

30. Патент РФ N 1161540 "Способ подготовки масличного растительного сырья к извлечению масла". Авторы: Тарасов В.Е..Арутюнян Н.С., Кошевой Е.П. и др. Заявка N 3579391/28-13, приоритет 15.04.83, опубл. 15.06.85. Б.И. N 22, 1985 г.

31. Патент РФ N 1321745 "Способ получения легкогидратируемо-го растительного масла". Авторы: Тарасов В.Е., Арутюнян Н.С., Кошевой Е.П. и др. Заявка N 3861551/13, приоритет 19.12.84, опубл. 07.07.87. Б.И. II 25, 1987г.

32. Koshevoy Е.Р..Tarasov В.Y..Borovskiy А.В. System analysis of processes and vegetable oil manufacfure diaqrame. // Proceedings of the 12 INTERNATIONAL SUNFLOWER CONFERENCE, Yugoslaw Association of Producers of Plant Oil and Fats, International Sanf-lower Association, Novisal, YOGOSLAVIA, Mly 25 to 29, 1988, Vol.1.

33. Лабораторный практикум по технологии производства растительных масел / В.М.Копейковский, А.К.Мосян, Л.А.Мхитарьянц, В.Е.Тарасов.- М.: Агропромиздат, 1990. - 191с.: ил. (Учебники и учеб. пособия для студентов высших учебных заведений).

34. Koshevoy Е.P.,Tarasov V.E..Kosachov V.S..Proshina L. Solution of complex heat exchamge tasks.// Heat and Mass Transfer in technological*processes. Latvian scientific relations center. Institute of» engineering thermophysics of the Ukrainian SSP Academy of sciences. Abstracts of reports.... of .' international conference. Jurmala,-1992, p. 106. ". '.".

35. Патент РФ N1599424 " Способ гидратации растительных масел" // Авторы:. Тимофеенко Т.И., Тарасов В.Е., Казарян Р.В. и др. Заявка N4616112/30-13, приор.05.12.88,опубл.15Л0.90 г., B.H.N 38.

36. Патент N 2020145 " Способ получения масел из масличного материала."// Авторы: Тарасов В.Е., Арутюнян Н.С., Кошевой Е.П. и др. Заявка N4633135/13 , приоритет 23.01.89, публик. 30.09.94 г. Бюл. N18.

37. А.С. N 1835835 " Способ получения масел из масличного материала".// Авторы: Тарасов В.Е., Кошевой Е.П., Арутюнян Н.С. и др. Заявка N 48870*88, приоритет 04.12.90, публикация 13.10.1992г.

38. Патент N2020147 "Способ гидратации растительных масел".// Авторы: Тарасов В.Е., Арутюнян Н.С., Луговая Н.Г. Заявка

N 49340066, приоритет 05.05.91., публикация 30.09.94г., Еюл. N18.

39. Патент N 2034014 "Способ получения рафинированных масел из растительного материала".// Авторы: Тарасов В.Е., Арутюнян Н.С., Жарко В.Ф. и др. Заявка N5037261/13, приоритет 13.04.92., публикация 30.04.95 г. Еюл. N 12.

40. Патент N 2008331 " Способ дистилляционной рафинации саломаса."// Авторы: ТарасовВ.Е., Арутюнян Н.С., Корнена Е.П. и др. Заявка N5018068/13, приоритет 24.12.91., публикация 28.02.94 г., Бюл. N4.

41. А.С. N 1817468 "Способ получения масла из высокомасличного растительного материала."// Авторы: Тарасов В.Е., Савус А.С., Кошевой Е.П. и др. Заявка N 4199839/13, приоритет 25.02.87., публикация 11.10.92 г.

42. Патент N 2020148 " Способ удаления мыла из нейтрализованного масла."// Авторы: Тарасов В.Е., Арутюнян Н.С..Луговая Н.Г. и др.Заявка N 4633135/13,приоритет 23.01.89..публикация 30.09.94г., Бюл. N 18.

43. Tarasov V.Y. Scientifie Principles of improving vegetable oil production from modern varieties of sunflower seeds.// International Sunflower Association, Paris, France, International Sunflover Yearbook - 1995,,p.87.

44. Tarasov V.Y., Arutiunian N.S., Koshevoy E.P. Directed Changes of protein-lipid complex properties of sunflower seeds during pre-teatment before oil expelling.// International Sunflower Association, Paris, France, International Sunflower Yearbook - 1995, p.87.

45. Tarasov V.Y..Pogrebnaya V.L..Kapusti^nskava Z.V. To the problem of mechfnism of sunflower seed moist and heat treatment

in acid and alkaline media.//14 th International Sunflower Conference, Beijing/Shenyang,China,12-20 June 1996.

Принятые обозначения

Рк+;Рыа+;Рс1~-относительная проницаемость клеточной мембраны; С0(2)>См(2)- концентрация экстрагируемых веществ в паровом объеме твердой фазы соответственно - исходной и на N-ой ступени процесса, кг/м3;

СнС1) .Ск(1:)- концентрации . экстрагируемых веществ в объеме жидкой фазы, соответственно- начальная и конечная..кг/м3; N,n - номера ступеней экстракции; _

- Ау—у уг l+у, с?>

\V,AV,V^,VlyP - соответственно- объем пор твердой фазы, объем свободных пор твердой фазы, объем пор твердой фазы внешний и внутренний, исходный объем растворителя, мэ/кг;

l/i'i/i : - параметры экспоненциальной зависимости коэффициентов переноса; " -

1$т\ - усадка прессуемого продукта в направлении прессования, соответствующая некоторому времени ,м;

\Pc\- плотность твердой фазы прессуемого продукта,кг/м3; Ра- плотность жидкой фазы,кг/м3; \W0,IV- начальная и конечная концентрации жидкйй фазы (соответственно) ,выраженные отношением массы жидкости к массе твердого скелета,кг/кг; \А - коэффициент напоропроводности,м2/с; ; Г ~ В£емя,° с;

. h -

п =--' .. .

l + jyEi-' высота" слоя прессуемого - продукта,' состоящего | р ■ только из скелета,или приведенная, высота слоя.м.



КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ТАРАСОВ ВАСИЛИЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ ИЗ СЕМЯН ПОДСОЛНЕЧНИКА СОВРЕМЕННЫХ СОРТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИИ

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

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Кошевой Е.П.

Краснодар - 1996

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

к

1.АНАЛИТИЧЕСКИЙ 0В30Р СОСТОЯНИЯ НАУКИ И ПРАКТИКИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ........................ 12

2.РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О МЕХАНИЗМЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ МЕТОДОВ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИЙ НА МАСЛИЧНЫЙ МАТЕРИАЛ

И ЕГО КОМПОНЕНТЫ... ..................................... 28

3,СИНТЕЗ РАЦИОНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ НА ОСНОВЕ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ. ............................ :38

4, ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ, ТЕХНИКА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА И АНАЛИТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ....................... 43

4.1.Объект исследования...............................43

4.2.Методика определения основных качественных показателей семян, продуктов их переработки и отходов..........46

4.3.Лабораторные исследования технологических процессов ..........;..............____................... 49

4.4.Методика идентификации параметров модели экстрагирования с учетом действия сил адсорбции................ 58

5.ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МЕТОДОВ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ НА ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОДЕРАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ..........................................65

5.1.Исследование операции обрушивания и разделения...., рушанки современных сортов семян подсолнечника...........65

5.2.Исследование влияния методов физико-химической активации на процесс производства масел методом прессования ................................................. 79

5.2.1.Исследование процесса влаго-тепловой обработки мятки современных сортов семян подсолнечника............. 79

5.2.2.Подготовка, масличного растительного материала к извлечению масла прессовым способом с применением поверхностно-- активных веществ............................ 84

5.2.3.Применение в качестве поверхностно-активных веществ фосфорсодержащих веществ........................... 96

•S с?

4.Исследование процесса получения растительных масел

методом прессования с применением электролитов и ЭАЖС.............................................. 108

5.2.5.Исследование фильтрационных и компрессионных свойств подсолнечной мезги................................ 119

5.3.Изучение процесса получения растительных масел методом экстракции........................................ 125

5.3.1.Математическая модель статики простой многоступенчатой экстракции.................................... 125

5.3.2.Влияние поверхностно-активных веществ на процесс экстракции масел из подсолнечного жмыха........... 129

5.3.3.Влияние природы ПАВ на процесс экстракции подсолнечного жмыха........................................138

о.3.4.Определение параметров модели статики простой равновесной многоступенчатой экстракции подсолнечного жмыха и мятки...........................i............... 144

5.4.Исследование влияния методов физико-химической актива-

ции подготовки масличного материала к извлечению масла на основе анализа кинетики процесса экстракции,...159 5,4Л.Анализ процесса экстрагирования масличного материала на основе расчета эффективного коэффициента диффузии, . ........................................... . . 159

5,4=2,Идентификация параметров модели многокомпонентной диффузии с учетом концентрационнозависимых коэффициентов переноса.____...............174

ФГ

б.РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ МАСЕЛ О ПРИМЕНЕНИЕМ ПОВЕРХНОСТНО" АКТШНЫК ВЕЩЕСТВ И РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ,Л85

7.ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ.. . .......... . .... .......... Л90

8.ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДЛАГАЕМЫХ ТЕХНОЛОГИЙ. ........ ..202

8 Л.Экономическая оценка переработки семян подсолнечника с производством рафинированного масла в системе МЭЗа с применением поверхностно-активных веществ......... 202

8.2.Экономическая оценка переработки семян подсолнечника с применением растворов электролитов..............208

9.ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

10.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ...................... 21"

СМ А

11.ПРИЛОЖЕНИЯ

259

и

ВВЕДЕНИЕ

Отечественная масло-жировая промышленность в настоящее время работает в условиях обостряющегося дефицита сырьевых и знерги-тических ресурсов. Развернувшаяся конкурентней борьба на рынке с .зарубежными партнерами требует значительного повышения качества продукций и снижения ее стоимости. Это определяет направления поиска решений в совершенствовании существующих технологий и разработке новых., позволяющих получать высококачественную продукцию при высоких технике-экономических показателях.

Практика работы промышленности в последние годы показала, что в связи с широким районированием новых селекционных сортов и гибридов семян подсолнечника, имеющих специфические свойства, применение традиционной в настоящее время технологии производства растительных масел., без учета этих свойств, приводит, к значительному ухудшению технике-экономических показателей работы производства, Для эффективной переработки новых сортов и гибридов семян подсолнечника требуется существенное изменение технологии.

Главная проблема - изменившиеся свойства семян на уровне локализации масла ( мелкие клетки, увеличенная доля и толщина мембран ), а также ухудшившиеся технологические свойства семян ( об-рушиваемость). Существующие технологические операции оказываются неэффективны при. переработке современных сортов семян подсолнечника, Технология в целом остается многооперационной, чувствительной к качеству сырья, что ведет к потерям и затратам.

Путь совершенствования - последовательное применение системного подхода, т.е.• рассмотрение возможностей совершенствования

всей технологии, преследуя общую цель на различных иерархических уровнях технологии, как системы:

- изучение объекта переработки масличного материала - как основы определения эффективных методов улучшения технологических свойств материала;

- анализ технологических операций, с целью реализации их новыми совершенными способами;

- рассмотрение структуры и связей технологической системы в целом в направлении их рационализации,

Для этого необходимо:

1) углубить представления и обобщить данные об объекте переработки - современных сортах семян, подсолнечника;

2) развить представления о механизме воздействия различных факторов Физико-химической активации технологических операций;

3) дать общие рекомендации по построению рациональных технологических структур производства растительных масел из современных сортов семян подсолнечника,

До последнего времени совершенствование технологии подготовки масличного сырья к извлечению масла основывалась на изменении основных параметров: влажности, температуры и времени температурной обработки. Однако, рассматривая масличный материал как сложную бнофйзйкохймическую систему, имеются предпосылки воздействия на нее с изменением свойств за счет обработки электролитами,

Имеются предпосылки повышения эффективности подготовки масличных материалов к извлечению масла за счет применения- поверхностно-активных веществ (ПАВ) с учетом того, что целый ряд продуктов и отходов рафинационного производства могут рассматриваться как источник ПАВ,, открывают возможности создания безотходных

или малоотходных технологий при выпуске рафинированных растительных масел в системе добывающих предприятий.

Вместе с тем, научная проработка многих их упомянутых технологических операций все еще недостаточна,Представление о формах связи масла в материале, происходящих изменениях на стадиях подготовки материала к извлечению и в процессе извлечения носят преимущественно качественный характер, Разработанные теоретические положения извлечения масла, как прессованием., так и экстракцией не в полной мере учитывают действия сил адсорбции, Не ясна роль сил поверхностного натяжения, концентрации и природы ПАВ на процессы извлечения масла. Вопросы воздействия электролитов на адсорбционные свойства белка, активность ферментной системы семян, изменения состояния запасных и структурных липидов ставятся впервые.

Не вызывает сомнений, что проблема увеличения выпуска пищевых рафинированных и дезодорированных масел может быть решена на масложировых предприятиях при создании безотходных или малоотходных технологий в результате использования образующихся жировых отходов на стадии рафинации масел в качестве ПАВ в производстве маслодобывания.

Диссертация выполнена по' материалам проводимых на протяжении ряда лет исследований по проблеме "Повышение эффективности использования масличного сырья и продуктов его переработки, интенсификация технологических процессов и улучшение качества вырабатываемой продукции", которая входит в программу 02,02.11 "Нетрадиционные технологии" ГНТП России "Перспективные процессы в перерабатывающих отраслях АПК", приказ мин, науки РФ N733? от 18.02,93г.(Госрегистрация N 31069377),

Целью работы являлось создание теоретических основ комплексной переработки новых сортов семян подсолнечника , разработка-и практическая реализация высокоэффективных технологий: подготовка масличных материалов к извлечению масла на основе применения методов физико-химической активации с использованием поверхностно-активных веществ и электролитов,обоснование гидратации фосфо-липидов и рафинации растительных масел в системе маслодобывающих предприятий для создания замкнутой безотходной или малоотходной технологий.

В задачи исследования входило:

- обобщение данных по технологическим свойствам новых сортов семян подсолнечника;

- исследование влияния методов физико-химической активации на эффективность технологических операций подготовки масличного материала к извлечению масла;

- развитие представлений о механизме экстрагирования масла с разработкой моделей статики и кинетики процесса;

- разработка новой технологии подготовки масличного материала к извлечению масла и гидратации фосфолипидов с применением методов физико-химической активации;

- практическая реализация производства рафинированных растительных масел на действующих промышленных предприятиях с безотходной или малоотходной технологией переработки.

На основании проведенных экспериментальных исследований и теоретических обобщений:

- сформулировано новое направление в совершенствовании технологии производства растительных масел с использованием методов физико-химической активации путем ввода в материал веществ, обла-

дающих поверхностной активностью и электролитов с различным значением рН, позволяющее увеличить выход масла, улучшить технологические свойства масличного материала и получаемых масел, жмыхов и шротов, организовать выпуск рафинированных растительных масел на добывающих предприятиях;

- развиты представления о механизме экстрагирования масла как процесса многокомпонентной диффузии, осложненного структурными и адсорбционными эффектами. Впервые разработаны модели статики и кинетики экстрагирования из пористых частиц с учетом действия сил адсорбции и концентрационнозависящего коэффициента диффузии;

- установлено влияние вида и концентрации ПАВ на стадии извлечения масла как прессованием, так и экстракцией, а также влияние на последующие стадии переработки масел и их качество,при этом установлено, что адсорбционные свойства рассматриваемых ПАВ в порядке уменьшения эффективности можно расположить в ряд: нормальные мыла - кислые мыла - фосфолипиды, и при этом оптимальное количество вводимых ПАВ» обеспечивающее максимальный выход масла, составляет 0,5 % к массе масличного материала, а применение в качестве ПАВ фосфолипидов позволяет получать легкогидратируемые масла с массовой долей фосфолипидов от 1,0 до 1,5 %. Предложен механизм воздействия ПАВ на масличный материал, объясняющий увеличение выхода масла и интенсификацию процесса извлечения за счет сорбирования на поверхности материала- и изменения соотношения "свободного" и "связанного" форм масла в материале;

- определено влияние рН электролита и его количества, вводимого в масличный материал на глубину извлечения масел, и их качество, активность ферментной системы, качество белков шрота. Показано, что увлажнение' масличного материала электролитами приво-

дит к увеличению выхода масла, к изменению массовой доли фосфоли-пидов в маслах; при этом обработка электролитом с рН<7 приводит к уменьшению выхода фосфолипидов, а электролитами с рН>7 к их увеличению; ферментная система чувствительна к рН применяемого электролита - при рН<4 и рН>9 возможно достижение полной инактивации ферментной системы; происходит более глубокая денатурация белка, в масле активируются окислительные процессы свободноради-кального типа. Предложен механизм воздействия электролитов на масличный материал на стадии влаготепловой обработки, объясняющий увеличение выхода масла и изменения в белковой системе;

- обоснована не возможность использования в качестве эффективных электролитов - электроактивированных водных систем, полученных методом электролиза хлорида натрия с целью увеличения эффективности ионного воздействия. Предложен механизм, объясняющий повышенную активность окислительных процессов в липидном комплексе семян при применении электроактивированных жидких систем (ЭА1С);

- показана возможность улучшения обрушиваемости семян подсолнечника новых сортов и гибридов под влиянием обработки электролита.

Итогом работы явилось теоретическое обоснование и решение крупной научно-практической проблемы по совершенствованию технологии производства растительных масел из современных сортов семян подсолнечника с использованием методов физико-химической активации технологических процессов обрушивания семян и влаго-тепловом обработки масла и жмыха. Разработаны и прошли опытно-промышленную опробацию технологии:

- технология подготовки масличных материалов к извлечению

масла, с использованием, в качестве поверхностно-активных веществ, кислых мыл жирных кислот, полученных при нейтрализации растительных масел (технология защищена Патентом РФ N 1161540 Б.И. N 22, 1985г.)

- технология получения леткогидратируемых растительных масел с применением, в качестве поверхностно-активных веществ, фосфоли-пидов, полученных на стадии гидратации (технология защищена Патентом РФ N 1321745 Б.И. N 25, 1987г.)

- технология получения масел из масличного материала с применением на стадии увлажнения масличного материала раствором электролита с рН=1-2 и рН=11-12. В качестве раствора электролита с р.Н=1-2 используется раствор соляной кислоты, а с рН=11-12 -раствор гидроксида натрия (технология защищена Патентом РФ N 2020145, Б.И. N 18, 1994г.)

- технология получения масел из масличного материала злект-роактивированными водными системами, полученными методом электролиза раствора поваренной соли (технология защищена A.C. N 1835835 (СССР),В.И. N 13, 1992г.)

- технология получения рафинированных масел в системе маслодобывающих предприятий, с применением на стадии увлажнения материала раствора поверхностно-активных веществ в электролите. В качестве данного, агента используют мыльно-щелочной раствор,полученный на стадии нейтрализации масел, проводимый в аппаратах колонного типа (технология защищена Патентом РФ N 2034014, Б.И. N 12Д995г.)

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОСТОЯНИЯ НАУКИ Й ПРАКТИКИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ

По существующим представлениям /205,283/, масло в материале распределяется в виде тончайших пленок на поверхности частиц, а также в заполненных вскрытых клетках и внутри невскрытых клеток, Оно удерживается тремя видами связи /118., 121/ с нежировой частью материала:химической, физико-химической (адсорбционной) и физико-механической, Химическая и физике-химическая связи имеют меньшее значение для исходного материала (мятки) и оказывает основное влияние при переработке конечного материала (жмыха),

В технологии производства растительных масел, для облегчения отделения масла от нежировой части мятки применяется процесс вла-го-тепловой обработки. Введение в растительный масличный материал влаги и дальнейшая обработка теплом вызывает ряд изменений ее свойств /1275123,142/.

Основные качества, которыми должен обладать материал перед извлечением масла достигаются в процессе влаге-тепловой обработки, К ним можно отнести: оптимальные упруго-пластические свойства мезги, уменьшение вязкости масла, инактивация ферментной системы, При этом должно сохраняться исходное'качество основных компонентов масличных семян, а таете продуктов производства - масла, жмыха и шрота.

Важнейшим при подготовке материала к извлечению масла является действие воды,При увлажнени�