автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.06, диссертация на тему:Разработка малоотходной технологиивыведения восков из рафинированногоподсолнечного масла

На правах рукописи

Эфендиев Ахмат Ахияевич

__УДК 665.3.067.065.512

Разработка малоотходной технологии выведения восков из рафинированного подсолнечного масла.

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

г. Санкт-Петербург 1996

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте жиров.

Научный руководитель:

доктор технических наук , профессор - Белобородое В. В. Официальные оппоненты :

доктор технических наук, профессор - Арутюнян Н.С. кандидат технических наук, ст. научн. сотр. - Прохорова Л. Т.

Ведущее предприятие - АО "МЖК г. Санкт-Петербурга".

диссертационного совета Д 020.71.01 г. Санкт-Петербург, ул. Черняховского,

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Всероссийского научно-исследовательского института жиров.

на заседании

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета

Григорьева В. Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время при переходе к рыночным отношениям в экономике все возрастающее значение отводится конкурентоспособности выпускаемой продукции, определяемой ее качеством, себестоимостью и экологической безопасностью. Поэтому существует необходимость использования высокоэффективных экологически чистых технологий и производств.

В производстве растительных масел немаловажное значение имеют на только физико-химические показатели масел, но и их товарный вид, определяемый степенью их прозрачности, зависящей от присутствия в них восковых веществ. Как известно, воски при хранении масел кристаллизуются, образуя так называемую "сетку", вызывающую Помутнение, что значительно ухудшает товарно-потребительские свойства масла. Применяемая за рубежом и на отечественных предприятиях технология выведения восков из подсолнечного масла - технология "вымораживания"" - характеризуется низкой эффективностью, связанной с длительностью процесса кристаллизации восков, низкой производительностью, большими энергозатратами, недостаточной степенью выведения восковых веществ и образованием значительных количеств жиросод^ржащих отходов.

Поэтому проблема совершенствования технологии выведения восков является актуальной.

Работа представляет собой часть исследований проведенных во ВНИИЖе и выполненных по программе РосселЬхозакзцеМии " Разработать ресурсосберегающие технологии и технические средст&а для создания биологически полноценных продуктов питания " ( разделы 4.2.2; 4.2.3; 4.3 ).

* "вымораживание" - термин условный , так как процесс проводится при относительно низких, но все же плюсовых температурах. Учитывая, что термин общепринят и широко используется в промышленности , в дальнейшем он применяется без кавычек.

Цоль работы. Научно обосновать и разработать усовершенствованную, малоотходную технологию выведения восков из рафинированного подсолнечного масла. Разработать рациональный способ утилизации жиросодержащих осадков, образующихся при выведении восков.

Задачи исследований.

1. Установить основные закономерности кристаллизации восков в - рафинированном масле.

2. Выявить факторы, интенсифицирующие кристаллизацию восков и параметры их действия.

3. Разработать ресурсосберегающую технологию выведения восков из масла.

4. Разработать способ утилизации отходов, образующихся при удалении восков.

5. Разработать оперативный метод контроля за содержанием восков в масле.

Научная новизна.

1. Методом рентгено-структурного анализа показано, что восковые вещества подсолнечного масла обладают кристаллической структурой, о чем свидетельствует наличие четко выраженных отражений от кристаллографических плоскостей. Кристаллическая структура

характеризуется наличием большого интервала (расстояния между плоскостями кристаллизации, 63,9 А) и совокупностью малых интервалов (расстояний между молекулами: 3,75 Д; 4,15 А; 4,6 А)..Установлено, что воски подсолнечного масла полиморфизмом не обладают, о чем свидетельствует идентичность малых интервалов независимо от способов кристаллизации и времени хранения (6 месяцев). Исходя из близости

значения большого интервала, полученного экспериментально (63,9 А) и длины молекулы воска, полученного расчетном путем (63,2 А), установлено перпендикулярное расположение углеводородных цепей к плоскостям метильных групп, являющихся плоскостями кристаллизации.

2. Изучены условия равновесия системы рафинированное подсолнечное маспо - восковые вещества в интервале температур (Ь 60°С. Установлено, что прирост растворимости на 1°С в среднем составляет при: 0 + 35°С — 5 мг/кг; 35 + 45°С — 30 - 35 мг/кг; 45*60°С — 165 мг/кг. Резкое возрастание растворимости при температурах 45°С и выше обусловлено совмещением процессов растворения и фазового перехода восков Из твердого состояния в жидкое.

3. Доказано существование корреляции между концентрацией восков в подсолнечном масле и периодом его помутнения. Получена эмпирическая формула, позволяющая прогнозировать сроки сохранения прозрачности масла, обеспечивающую его товарные свойства. Установлена предельно допустимая концентрация восков в масле (порог мутности) для реальных условий хранения, составляющая 90 мг/кг.

4. Установлено, что процесс выведения восков из подсолнечного масла подчиняется общим закономерностям кристаллизации из растворов и состоит из стадии зародышеобразования и стадии роста кристаллов. Показано, что стадию зародышеобразования целесообразнее проводить в гетерогенной системе с использованием затравочных материалов в качестве инициаторов кристаллизации.

5. Определена зависимость между скоростью зародышеобразования и температурой процесса при вымораживании рафинированного масла в присутствии отработанного перлита. Оптимальная температура зародышеобразования 17"С. Установлены гидродинамические условия процесса кристаллизации восков: зародышеобразование в ламинарном режиме с Re=20-40, рост кристаллов в турбулентном режиме с Re-600-800.

Практичоская ценность и реализация результатов исследования.

- Разработана ресурсосберегающая технология выведения восковых вещесгв, позволяющая получать высококачественное подсолнечное масло с минимальным количеством жиросодержащих отходов. Эффективность технолоти подтверждена опытно-промышленными испытаниями в условиях АО "МЖК Санкт-Петербурга";

- Разработан способ безотходной утилизации отработанных фильтровальных порошков;

- Разработан технологический регламент для проектирования производства вымороженного подсолнечного масла. Регламент согласован Гипропищепромом-3 и принят для проектирования участков вымораживания на вновь строящихся и реконструируемых предприятиях;

- Разработан экспресс-метод определения восков в подсолнечном масле, рекомендованный как для исследовательских целей, так и для оперативного контроля процесса вымораживания в производстве.

Апробация работы. По материалам диссертации сделаны доклады

и сообщения:

- на всесоюзной научно-технической конференции "Новые исследования молодых ученых и специалистов в области масло-жировой промышленности", г. Ленинград, НПО "Масложирпром", 1991 г;

- на техническом совещании специалистов в Гипропищепроме-3, Москва, 1992 г;

- на заседании технического совета АО "Масложировой комбинат г. Санкт-Петербурга", г. С-Петербург, 1993 г;

- на совещании специалистов Чишминского межобластного воскоперерабатывающего завода, п. Чишмы, Башкирия, 1994 г;

- на заседании №155 Всероссийского коллоквиума "Процессы и аппараты пищевых производста", г. Москва, Российская экономическая академия, кафедра МАПОП, 1994 г.

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 4 статьи, Получено 2 авторских свидетельства СССР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, изложения и обсуждения результатов исследований, пыаодов, библиографического указателя. Основная часть работы изложена на ■/4^ страницах машинописного текста, включает 29 таблиц, 20 рисунков. Библиографический указатель содержит 130 публикаций, из них 72 на русском и 58 на иностранных языках.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

б обзоре обобщены литературные И патентные данные о сосгапе, свойствах и методах выведений восковых веществ из подсолнечного масла. Как известно, вески относятся к приМесяМ, ухудшающим товарные свойства масла и вследствие этого должны быть удалены из Масла. Воски. представляют собой смесь сложных зфиров высокомолекулярных жирных кислот и высокомолекулярных слиртбв. Данные различных авторов о составе восков подсолнечного масла несколько различаю+ся, Что связано с сортовыми Особенностями семян, условиями их произрастания и различием примененных методов исследования состава восков. Исследованиями, проведенными с помощью химических, ионообменных, адсорбционных и газохроматографических мотодов, в состав» подсолнечного масла обнаружены жирные кислоты с длиной углеродной цепочки Си - С32 ( с преобладанием С2г - С2< ), спирты Сп - Сзг ( с

лреобпаданием С2г - С2в), углеводороды С14 - Сзо

Из свойств восковых эфиров наиболее интересными являются проявление некоторой полярности за счет сложноэфирной группировки, в середине цепи и заметное снижение растворимости при снижении температуры. Эти свойства положены в основу наиболее известных методов выведения восков из масла.

За рубежом в последнее время разработаны способы выведения восков в центробежном поле. Недостаточная степень очистки масла от восков, большие потери рафинированного масла, высокая стоимость сепарационных линий и специфика работы отечественных предприятий затрудняют использование этих методов на предприятиях РФ.

По применяемой в масложировой промышленности России технологии восхи удаляются из подсолнечного масла Вымораживанием , т. е. охлаждением масла до определенной температуры, его экспозицией при этой температуре и последующим отделением выкристаллизовавшихся восхов фильтрованием. Низкая эффективность процесса, образование значительных количеств трудноутилизируемых отходов, недостаточная степень удаления восков из масла Требуют либо усовершенствования существующей технологии вымораживания, либо разработки новой с' целью увеличения производительности, повышения качества продукции, снижения количества отходов и потерь масла за счет разработки рационального способа утилизации отработанных фильтровальных порошков, образующихся при Вымораживании масла.

2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.

Лабораторные и промышленные эксперименты проводили на образцах нерафинированных и рафинированных в условиях Ленинградского масложиркомбината подсолнечных маслах. В отдельных

исследованиях использовали модельные образцы масел, которые готовились смешением масла, ми содержащего восков и восковых веществ, полученных из подсолнечного масла и очищенных путем многократной перекристаллизации их в охлажденном до 0°С этиловом спирте. Отработанный фильтроперлйт получали с Винницкого МЖК.

Для обеспечения надежности эксперимента и исключения случайных ошибок опыты проводили о трах повторностях с изменением уровней изучаемых факторов.

При проведении исследований были использованы общепринятые стандартизированные методы анализа, описанные в "Руководстве ' по методам исследования,технохимическому контролю и учету производства в масложировой промышленности", ГОСТах, а также разработанный нами зкспресс-мотод определений восков о масле.

Кристаллическую структуру восков исследовали с помощью рентгено-структурного анализа. В качесг-йе регистрирующей аппаратуры использовали рентгеновский дифрактометр УРС-50 и с гониометром ГУР-3, рентгеновской трубкой с медным антикатодом ( Д-1,54 А ) и сцинцйляЦионИыМ счатчикоМ квантов ронтгенозского Излучения.

Оценку качества отработанного перлита и стабильности к окислению рафинированных подсолнечных масел, вымороженных по традиционной й предлагаемой texнoлoгиям1 проводили совместно с отделом исследования жиров ВНЙЙЖ. Степень изомеризации рафинированных подсолнечных , масаи, вымороженных по разным технологиям оценивали по коэффициентам поглощения в ультрафиолетовой области спектра при длинах волн 230 и 268 нм. Суммарное содержание каротиноидов определяли спектро-фотометрическим методом.

Продукты окисления характеризовали по содержанию перекисных (первичные) и карбонильных (вторичные) соединений, оцениваемых перекисным и бензидиновым числами.

Для экспрессного определения содержания восковых веществ в масле использовали усовершенствованный нами совместно с сотрудниками отдела исследования жиров нефелометрический метод, учитывающий вклад пигментов масла в оптическую плотность и позволяющий проводить определения как с использованием нефелометра, так и фотоколориметра.

Морфологические исследования кристаллов восковых веществ проводили с использованием поляризационного микроскопа МП-3 с увеличением х 480, позволяющего рассматривать кристаллы размером 1 мкм и более.

Масличность отработанного Порошка определяли экстракцией этиловым спиртом в аппарате Сокслета.

Закономерности процесса обезжиривания отработанных порошков изучали на специально созданной Лабораторной установке.

^РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Исследование структуры восковых веществ подсолнечного масла.

Методом рентгеноструктурного анализа Исследована структура BocK.iB подсолнечного масла (рис.1 ).

Установлено, что восковые вещества, как и другие соединения с длинной углеродной цепью, обладают кристаллической структурой, о чем свидетельствует наличие четко выраженных отражений от кристаллографических плоскостей. При кристаллизации молекулы восков располагаются параллельно друг другу своими осями, образуя слои, разделенные плоскостями концевых ( метильных ) групп. Структура кристалла восков характеризуется расстоянием между соседними плоскостями метильных групп (большой интервал ) и расстояниями между молекулами ( малые интервалы ). Анализ записей рентгеновских спектров

исследованных образцов восков позволил определить большой интервал 63,9 А и совокупность малых интервалов в А : 3,75 с; 4,15 и; 4,0 м (буквенные индексы означают соотношение интенсиэностей дифракционных максимумов : м - малый , с - средний , и - интенсивный ).

В молекулах воскоо, как и в других молекулах с • длинными углеводородными цепями, атомы углерода расположены в вершинах плоского зигзага. При этом длина связи С — С равна "1,54 А. валентный угол С — С — С равен ЮЭ^в', а длина зигзага 2,53 А. Отсюда длина восковых молекул приблизительно может быть рассчитана по формуле :

где : 2,53 А-длина зигзага; Ы-чисто атомов в углерода в молекуле; 5 А -

вклад концевых метильных групп в длину молекулы.

Исходя из состава жирных кислот и спиртов восков подсолнечного масла длина их углеводородной цепи вероятнее всего представлена 40 атомами углерода в молекуле и расчетная длина молекулы тогда составляет 63,2 А. Близость значения большого интервала, полученного экспериментально ( 63,9 А ) и длины молекулы, полученной расчетным путем ( 63,2 А ), свидетельствует о перпендикулярности углеводородных цепей к плоскостям метильных групп в кристаллической структуре восков.

Воски подсолнечного масла не обладают полиморфизмом, что подтверждается идентичностью малых интервалов, установленных при различных способах кристаллизации воскоз и их хранении в течение 6 месяцев.

3.2. Изучение влияния концентрации восков на время помутнения рафинированного масла.

Поскольку имеющиеся литературные данные о степени выведения восков из подсолнечных масел в процессе рафинации противоречивы,

были проведены исследований по изучению влияния отдельных стадий рафинации на глубину выведения восков. Масло подвергали полному циклу рафинации : гидратации, обработке фосфорной кислотой, щелочной нейтрализации, адсорбционной очистке и дезодорации по общепринятым технопотческим режимам. Проведенные исследования показали, что снижение содержания восковых веществ практически наблюдается только на стадии нейтрализации свободных жирных кислот. При этом удаляется 10-12 % восков. Увеличение концентрации щелочного раствора и его избытка от теоретически необходимого количества, позволило увеличить степень выведения восков из масла только до 15-18 %, что, как показала практика, не обеспечивает товарное качество масла. Кроме того, при этом значительно снижается выход рафинированного масла за счет омыления триглицеридов. Полученные результаты подтвердили необходимость дополнительной обработки ( вымораживания ) масла для достаточно полного удаления восковых веществ.

Существующие методы оценки качества вымороженного масла не позволяют прогнозировать изменение товарных свойств этого масла при хранении. Даже применение "холодного теста' для определения прозрачности масла, используемого за рубежом, не всегда дает удовлетворительные результаты, так как не гарантирует того, что воски удалены достаточно полно и масло будет сохранять прозрачность во время длительного хранения при относительно низких плюсовых температурах. Для решения вопроса о допустимом содержании восков в масле после вымораживания (позволяющем сохранять прозрачность в пределах допустимого срока хранения) проведены исследования на модельных образцах рафинированных подсолнечных масел с содержанием восков 50»150мг/кг с фиксацией концентрации через каждые 10 гиг/кг. Хранение проводили при температуре 15°С в течение 17 недель. Еженедельно визуально оценивали прозрачность образцов для выявления появления мутности (таб. 1 и рис.2).

Концентрация восков в масле мг/кг Время хранения, неделя

1 2 3 А 5 6 7 в 9 10 11 12 13 14 15 ; 16 17

150 м — — — — — — — — — — — — — ; — —

140 м

130 [1 п п м — — : -- —

120 Г1 п п п п п - — _ : _ —

110 п п п п п п п м — — — i — —

100 п п 11 п Г1 Г1 п п п м — ; — —

90 п п п п п л п п п п n п П

80 п . п Г1 п п п п л п п п ; п п

70 п п п п п п п п л п П ; П п

60 п п п п п п п п Г1 п п|'п" п

50 п п п п п п п п п п п п п п П : П п

Примечание: "М" - мутное масло ; "ГГ - прозрачное масло ;"—" - дальнейшее наблюдение не производили.

Проведенные исследования показали, что масло сохраняет прозрачность в течении необходимых сроков хранения при концентрациях восков в масле не бопее 90 мг(кг. В интервале концентраций 90И40 мг/кг зависимость времени помутнения масла (У) от концентрации в нем восков ( X ) носит линейный характер ( рис.2 ). Получена эмпирическая формула, позволяющая прогнозировать изменение товарных свойств маспа при его хранении.

У=46,63 - 0,33 X

Рассчитаные абсолютная ( а=0,01 ) и относительная ( 5=7,2 % ) погрешности свидетельствуют, что данная формула достаточно точно

описываог зависимость помуткения масла от содержания восков.

При концентрациях свыше 140 мг/кг масло мутнеет в первые же дни хранения. Таким образом, предельно - допустимая концентрация восков в рафинированном вымороженном подсолнечном масле составляет 90 мг/кг.

3.3. Исследование закономерностей кристаллизации восковых пещпств в подсолнечном масле и интенсификация процесса вымораживания масла.

Для выбора научно обоснованных оптимальных температур и режимов вымораживания подсолнечного масла были изучены условия равновесия системы "рафинированное масло - воск" в диапазоне температур 0 : 60°С с фиксацией температуры через каждые 5°С. Эксперименты проводили на модельных образцах масел с концентрацией восков 3500 мг/кг.

Растворимость восков в масле определяли путем нагрева масла после смешения с восками до температуры 120"С, последующего медленного охлаждения его до заданной температуры и темперирования в течение 24 часов. Затем масло отфильтровывали при этой температуре, осадок на фильтре (доведенном до постоянного веса) обезжиривали охлажденным до 0°С гексаном, высушивали и взвешивали. Концентрацию растворенных в масле восков (растворимость) рассчитывали по формуле:

к .МввЛ

•в

Мм

где: Кв. — концентрация восков в масле, мг/кг; М,... — масса введенных восков, мг; М0 — осадок на фильтре, мг; Мм— масса отфильтрованного масла,кг.

Полученные данные по растворимости восков в рафинированном подсолнечном масле приведены в таблице 2.

Исследования показали, что растворимость восков в масле при температурах 20°С и ниже находится в пределах, не вызывающи/ помутнение масла в течение 17 недель.

Таблица 2

Температура, °С Растворимость, мг/кг ( % . 10')

0 10

5 1В

10 35

15 54

20 90

25 108

30 130

35 100

40 205

45 523

50 1435

55 2154

60 3020

В следующей серии опытов была установлена оптимальная температура переохлаждения масла в процессе его вымораживания. Исследования проводили в диапазоне температур 18°С с фиксацией через каждые . 2°С при постоянном времени экспозиции 10 часов. Полученные Данные показали, что достаточная степень выведения восков из • подсолнечного масла достигаются при температурах 12°С и ниже, что согласуется с данными Золочевского В.Т. В этих условиях остаточное содержание восков в масле не превышает 90 мг/кг. Дальнейшее

понижени« температуры способствует некоторому снижению концентрации восков. однако, при этом образуются кристаллы небольшой величины, что затрудняет процесс фильтрации масла. Кроме того возрастают энергетические затраты на процесс вымораживания, что экономически не оправдано. Таким образом, оптимальной температурой процесса является 10 - 12°С. .

При изучении кинетики процесса кристаллизации восков при температуре 12'С (таб 3. рис 3) установлено, что его можно условно разделить на две основные стадии 1 - стадию образования зародышей (центров кристаллизации); 2 - стадию роста кристаллов На первой стадии, продолжительностью 2,5 часа, протекает преимущественно процесс образования центров кристаллизации И в незначительной мере наблюдается рост кристаллов Вторая стадия, продолжительностью 5.5 часов, характеризуется, в основном ростом кристаллов, что подтверждается резким снижением концентрации восков в отфильтрованном масле Через 8 часов экспозиции остаточное . содержание восков в масле составляет 80 мг/кг При дальнейшей экспозиции по мере приближения концентрации восков в масле к равновесной, которая при 12"С составляет 45 мг/кг, скорость роста кристаллов замедляется После достижения равновесной концентрации, рост кристаллов прекращается

Изучение кинетики процесса кристаллизации в рафинированном подсолнечном масле показало, что система "масло - воск" подчиняется основным закономерностям кристаллизации веществ из растворов. Общая скорость кристаллизации определяется суммой скоростей обеих стадий. Интенсификация процесса кристаллизации восков возможна двумя основными способами, созданием значительного пересыщения (путем лереоллаждения) и использованием затравочных материалов в качестве инициаторов кристаллизации. Увеличение пересыщения ускоряет образование зародышей, но приводит к резкому увеличению вязкости системы, затрудняющей диффузионные процессы массопереноса и в результате образующиеся кристаллы имеют малые размеры (5 - 15 мкм).

Зависимость концентрации восков в масле от времени экспозиции.

Время экспозиции, час Остаточное содержание восков , мг/кг

1 485

2 475

3 410

4 295

5 210

6 160

7 110

8 80

9 . 75

10 65

что в свою очередь затрудняет их отделение от масла при фильтрации Более эффективным для ускорения образования центров кристаллизации является внесение затразок (инициаторов кристаллизации ), использование которых при кристаллизации некоторых веществ из растворов имеет промышленное применение.

В качестве инициаторов кристаллизации восковых веществ были исследованы: высокоплавкие триглицериды ( Тпл= 63°С ); фильтровальный порошок перлит; активированная отбельная глина (Саригюхский бентонит); восковые вещества подсолнечного маспа; отработанный перлит, содержащий 18 % собственно перлита, 12% восков и 70% масла.

Исследования проводили на модельных образцах рафинированного подсолнечного масла с содержанием восков 500 мг/кг при 12°С. Поскольку исследования были направлены на интенсификацию процесса образования центров кристаллизации, время экспозиции ограничили 4-мя часами.

Во всех опытах затравки вводили в количестве 0,05 % от массы масла, а отработанный перлит в количестве 0,05 % в пересчете на восковые вещества Эффективность действия инциаторов оценивали по остаточному содержанию восков в вымороженном масле { таб. 4 ).

Таблица 4.

Влияние различных инициаторов кристаллизации на степень выведения посков из масла

Инициаторы кристаллизации Остаточное содержание восков в вымороженном масле

мг/кг степень удаления, %

Без инициаторов кристаллизации ( контроль ) 305 39 '

Триглицериды ( Т„=63"С ) 220 56

Перлит 240 52

Воски подсолнечного масла 220 56

Отбельная глина ( Саригюхский бентонит ) 260 48

Отработанный перлит 190 62

Из данных таблицы 4 видно, что все опробованные затравки интенсифицируют процесс кристаллизации Наибольший эффект наблюдается при использовании отработанного перлита, что объясняется совокупностью 2-х факторов. Частички перлита, на поверхности которых происходит образование зародыша, играют роль катализатора Как известно, в этом случае свободная энергия поверхности раздела катализатор — среда ' уменьшается на некоторую величину, а соответствующий выигрыш энергии способствует образованию зародыша. Кристаллы восков, содержащиеся в отработанном перлите, при его диспергировании в масле за счет механического воздействия дробятся, истираются и мельчайшие осколки кристаллов образуют центры

кристаллизации способные к росту. Таким образом, эффективность действия отработанного перлита объясняется суммарным эффектом влияния внесенных кристаллов восковых веществ и частичек перлита Кроме того, отработанный перлит является трудноутилизируемым отходом при вымораживании масла по традиционной схеме, что делает его наиболее подходящим из исследованных затравок. Использование отработанного перлита в технологии вымораживания масла позволит значительно сократить отходы и потери рафинированного подсолнечного масла, снизить энергетические затраты и расход фильтрующих средств.

Таким образом, проведенными исследованиями установлена целесообразность использования отработанного перлита в качестве затравочного материала.

Для разработки технологии вымораживания в присутствии затравочных материалов были проведены исследования по установлению оптимального количества вводимого отработанного перлита ( таб. 5 ). С этой целью рафинированное масло с содержанием восков 500 мг/кг подвергали вымораживанию по описанной выше методике в присутствии различных количеств отработанного перлита в диапазоне 0+0,1 % (в пересчете на восковые 'вещества) с фиксацией через каждые 0,01 %.

Из данных таблицы 5 следует, что оптимальным является введение затравки в количестве 0,06 - 0,07 % от массы масла (в пересчете на восковые вещества) Дальнейшее увеличение количества затравки не приводит к заметному увеличению степени выведения восков при одновременном усложнении процесса фильтрации вымороженного масла.

Известно, что эффективность действия затравочных материалов зависит также от продолжительности термостатирования и интенсивности перемешивания масла. Перемешивание масла влияет на количество соударений кристаллов затравочного материала и, соответственно на количество образующихся центров кристаллизации и диспергирование их

-ie-

Влияние количества затравочного материала на степень выведения восков из масла.

Количество отработанного перлита в пересчете на восковые вещества, % от массы масла Остаточное содержание восков в масле, %•/£)v Степень выведения восков, %

0 290 42

0,01 285 43

0,02 275 45

0,03 275 45

0,04 255 49

0,05 200 60

0,06 180 64

0,07 180 64

0,08 170 66

, 0,09 175 65

0,10 170 66

в объеме раствора. При вымораживании масла с использованием отработанного перлита экспериментально установлено, что оптимальное перемешивание на стадии зародышеобразования достигается при гидродинамических условиях с числом Ие=600 + 800.

Для оценки оптимальных температурных режимов и продолжительности термостатирования были получены кинетические кривые зародышеобразования при разных температурах в опытах с использованием■отработанного перлита в количестве 0,06 % { в пересчете на восковые вещества ) от массы масла ( рис.4 ).

Установлено, что время образования центров кристаллизации снижается от 2,0 до 1,0 часа при возрастании температуры от 12 до

17"С. При температуре 20°С наблюдается некоторое увеличение периода эародышеобраэования, что , видимо, связано с растворением некоторой части низкоплавких восковых веществ.

На основании кинетических кривых построена графическая зависимость между скоростью зэродышеобразования и температурой (рис.5). Ил рисунка видно, что наибольшая скорость зэродышеобразования наблюдается при 17"С.

Исследование стадии роста кристаллов показало, что оптимальной для данной стадии является температура 10 - 12"С, перемешивание в ламинарном режиме с числом Яе=20 - 40 Время роста кристаллов при этом составило 4.5 часа

Сравнительный анализ кинетических кривых вымораживания масла по традиционной технологии и при использовании затравочных материалов показал, что по предлагаемой технологии время зэродышеобразования сокращается с 2,5 до 1 часа, а общая продолжительность процесса кристаллизации с 8 до 5.5 часа ( рис. 6 ).

Микроскопические исследования кристаллов показали, что при вымораживании в присутствии отработанного перлита воски представляют собой более крупные разветвленные иглообразные кристаллы со средним размером 55 мкм, что на 70 % превышает средний размер кристаллов, выпадающих при вымораживании по традиционной технологии. Кроме того улучшается гранулометрический состав кристаллов: размеры 50 мкм и более имеют 80 % кристаллов, тогда как по традиционной технологии только около 20 % кристаллов.

Многочисленные опыты в лабораторных и промышленных условиях показали, что вымораживание с использованием отработанного перлита в качестве затравки позволяет стабильно получать масло с содержанием восков, на превышающим предельно-допустимую концентрацию ( менее 90 мг/кг).

-203.4. Влияние отработанного перлита на качественные показатели вымороженного масла.

Для установления допустимости использования отработанного перлита в качестве инициатора кристаллизации при вымораживании масла, совместно с отделом исследования жиров ВНИИЖ, были изучены изменения качественных показателей содержащегося в перлите масла в зависимости от срока его хранения при температурах 20 - 25°С и относительной влажности воздуха 70 - 80 %. Исследования показали, что качественные показатели масла, содержащегося в свежем отработанном перлите, характеризуемые кислотным, перекисным и бензидиновым числами, соответствуют требованиям стандарта и при хранении в течении 5-ти дней практически не изменяются ( к.ч.=0,29-0,30 мг КОН/г; л.ч.= 14,0 -16,4 ммоль'0,5 О/кг; б.ч.= 1,6-2,0 мг % коричного альдегида).

Сравнительные исследования качества масел, полученных по традиционной и предлагаемой технологии с добавлением в качестве затравки 1 % отработанного перлита, в процессе хранения при температуре 18 - 20*С в течение 5-ти недель по оцениваемым показателям —кислотному, перекисному и бензидиновому числам, К>,:>„ и К,_2бч. содержанию токоферолов и стеролов, практически не отпичаются (таб. 6 , 7 и рис. 7). При обработке масла по обеим технопогиям отмечен только некоторый рост перекисных ( 14,0 - 24,2 и 14,8-25,0 ммоль'0,5 О /кг соответственно ) и карбонильных соединений ( 2,68 - 7,8 и 2,55 - 7,6 мг % коричного альдегида соответственно ). Причем, темпы прироста в обоих случаях одинаковы и лежат в пределах погрешностей методов определения показателей.

Таким образом, анализ полученных данных позволил сделать заключение о том, что использование для интенсификации процесса выведения восковых веществ из подсолнечного масла отработанного

Таблица 6.

Изменение содержания свободных жирных кислот в процессе хранения масел

Рафинированное вымороженное подсолнечное масло Кислотное число, мг КОН/г

Время хранения, недели

исходи. 1 2 3 4 5

По традиционной

технологии 0.32 0,32 0,31 0,32 0,34 0,39

По разработанной

технологии 0,31 0,32 0,33 0,33 0,35 0,3В

Таблица 7.

Изменение содержания биологически активных веществ в процессе хранения масел.

Рафинированное вымороженное подсолнечное масло Содержание основных биологически активных веществ

исходное после 5 недель хранения

токоферолы, мг % стеролы, % токофе ролы, стеролы, %

По традиционной

технологии 47,4 0.2 42,7 0,2

По разработанной

технологии 47.6 0.2 42.5 2.0

перлита в количестве до 1 % от массы масла не вызывает изменение стойкости масла к окислению при его хранении.

3.5. Разработка малоотходной технологии выведения восковых веществ из рафинированного подсолнечного масла.

Выявленные в результате проведенных исследований закономерности кристаллизации восков в рафинированном подсолнечном масле озволили разработать эффективную малоотходную

технологию непрерывного вымораживания подсолнечного масла использованием в качестве инициатора кристаллизации восковых вещест затравочного материала - перлита.

По предлагаемой технологии процесс вымораживани: рафинированного недезодорированного подсолнечного масла включае следующие основные стадии :

- последовательное охлаждение масла до 16-17°С в теплообменниках < помощью отфильтрованного вымороженного масла, холодной и "ледяной воды;

- введение отработанного перлита в охлажденное масло и интенсивно' перемешивание в течение 1 часа для образования центров кристаллизации

- охлаждение масла до 10 - 12°С и экспозиция его при медленно* перемешивании в течение 4,0 часов для формирования кристалла восковых веществ;

- нагрев суспензии до 18-20°С для снижения вязкости системы "масло - воск"

- фильтрация с использованием вспомогательного фильтровальной порошка - перлита.

Блок-схема предлагаемой технологии вымораживания подсолнечной масла представлена на рис. 8.

Данная технология позволяет:

- увеличить эффективность процесса вымораживания за счет введени! инициатора кристаллизации восков;

- увеличить производительность на 30 % за счет снижени! продолжительности кристаллизации восков и облегчения процесс; фильтрации вымороженного масла;

- сократить вдвое по сравнению с традиционной технологией потер> масла и расход перлита;

-23- сократить потребление теплоэнергоресурсов за смет регенеративного теплообмена между холодным отфильтрованным маслом и маслом, поступающим на охлаждение.

3.6. Разработка рационального способа утилизации отработанных жиросодержащих фильтровальных порошков.

Использование отработанных порошков в качестве катализатора ародышеобраэоваиия в технологии вымораживания, хотя и сокращает вдвое оличество фильтровального осадка, не снимает проблемы дальнейшей его типизации.

На предприятиях, имеющих маслоэкстракционное производство, |редставляется целесообразным и возможным проводить обезжиривание Ьильтрооальных осадков. С этой целью нами были исследованы некоторые акономерности экстракции масла и восков из осадка и с использованием юлученных результатов разработана безотходная технология переработки тработанных порошков.

По этой технологии отработанный фильтровальный порошок в оличестве 1% от массы мисцеллы вводят в нефильтрованную мисцеллу при 0"С и перемешивают в течение 10 минут. Затем суспензию мисцеллы с безжиренным порошком фильтруют. Отфильтрованная мисцелла перераба-ывается по существующей на предприятии схеме. Обезжиренный порошок и 1лам с фильтров подают в экстрактор и выводят вместе со шротом. В резуль-ате разработанного способа переработки жиросодержащих порошков масло воски возвращаются в производство, а обезжиренный порошок переводится шрот. Таким образом, исключается образование отходов, загрязняющих кружзющую среду.

Экстракционное масло с повышенным содержанием восков после афинации и дезодорации может использоваться для выпуска аргариновой продукции и майонезов.

-244. ВЫВОДЫ.

Выполнены исследования, позволившее научно обосновать и разработать малоотходную технологию выведения восковых веществ из рафинированного подсолнечного масла.

В результате проведенных исследований:

1. Исследована кристаллическая структура восков подсолнечного масла. Определены большой интервал (расстояние между плоскостями кристаллизации) 63,9 А и малые интервалы (расстояния между молекулами в кристалле ) 3,73 А, 4,15 А. 4,6 А. Установлено отсутствие полиморфизма у восков подсолнечного масла и перпендикулярное расположение углеводородных цепей в их кристаллах к плоскостям метильных групп, являющихся плоскостями кристаллизации.

2. Выявлена корреляция между содержанием восковых веществ и периодом помутнения вымороженного масла. Установлено, что при концентрации восков не более 90 мг/кг вымороженное подсолнечное масло сохраняет прозрачность при 15°С в течение срока, определенного ГОСТом. Получена эмпирическая формула зависимости времени помутнения рафинированного вымороженного масла от содержания восков в масле в интервале концентрации от 90 до 140 мг/кг, позволяющая прогнозировать сохранение прозрачности масла в процессе его хранения.

3. Изучены условия равновесия системы "рафинированное подсолнечное масло - воск" в интервале температур 0 * 60°С. Установлено, что для получения масла с допустимым остаточным содержанием воска процесс вымораживания необходимо проводить при температурах ниже 20°С.

4. Показано, что введение инициатора кристаллизации - отработанного перлита в количестве 0,06-0,07% (в пересчете на восковые вещества) от массы масла интенсифицирует процесс вымораживании подсолнечного масла. При этом по сравнению с традиционной технологией: время кристаллизации сокращается на 30%; средний размер кристаллов

увеличивается на 70%; улучшается гранулометрический состав кристаллов (более 60% кристаллов имеют размеры 50 мкм и больше); скорость фильтрации вымороженного масла увеличивается на 15-20 %.

5. Установлены оптимальные технологические параметры процесса:

- температура на стадии зародышеобразования 17°С и продолжительность экспозиции 1 час, гидродинамические условия, обеспечивающие Re=600 - 800.

- температура на стадии роста кристаллов 10 - 12°С, время экспозиции 4,5 часа, перемешивание, обеспечивающее Re=20 - 40.

6. Исследовано влияние отработанного порошка на качество вымороженного подсолнечного масла, а том числе на стойкость масла к окислению. Установлено, что использование жиросодержащего перлита в количестве до 1% от массы масла не снижает сроки хранения масла, регламентируемые ГОСТом.

7. На базе выявленных закономерностей кристаллизации восков разработана малоотходная технология выведения восковых веществ из подсолнечного масла. Опытно-промышленная проверка в условиях АО "Маспожировой комбинат С-Петербурга", показала, что данная технология позволяет стабильно получать масло с содержанием восков не болев 90 мг/кг, соответствующее требованиям к вымороженному маслу.

Разработанная технология защищена авторским свидетельством СССР (A.c. №1822864).

8. Разработан технологический регламент для проектирования производства рафинированного вымороженного подсолнечного Масла, производительностью до 85 т/сутки. Регламент согласован Гипро-пищепромом - 3 и принят для проектирования участков вымораживания на вновь строящихся и реконструируемых предприятиях.

9. Для предприятий, имеющих маслоэкстракционное производство, разработан безотходный способ утилизации жиросодержащего отработанного

порошка. Технология обезжиривания отработанных фильтровальных порошков защищена авторским свидетельством СССР (A.c. №1730129).

10. Разработана усовершенствованная нефелометрическая методика, позволяющая в течение двух часов с достаточной точностью определять содержание восков в масле. Проведенная апробация позволила рекомендовать методику как для исследовательских целей, так и в качестве экспресс-метода для контроля процесса вымораживания в производстве.

РАБОТЫ , ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ :

1. Эфендиев A.A., Белобородов В.В., Пескина О.Л. Рациональное использование жиросодержащих отработанных фильтровальных порошков. — Тезисы докладов всесоюзной научно-технической конференции. "Новые исследования Молодых ученых й специалистов в области Масло-жировой Промышленности".— С.Пб., ВНИИЖ, 1992, с.53.

2. A.c. СССР №1730129. Способ очйстки растительных масел от восковых аещеста. Белобородов В.В., Смирнов Г.Я., Мартыненхо Ф.К., Рафэльсон A.B., Эфендиов A.A., БрИк 6.Н. — Опубл. в Б.И., 1992, №16.

3. A.c. СССР Na 1822864. Способ очисткй растительных масел от восковых веществ. Эфендиев A.A., Белобородое В,Ё., Рафальсон А.Б., Смирнов Г.Я., Бурнашев В.Р. — Опубл. В Б.И., 1993, №23.

4. Эфендиев A.A., РафальсонА.Б., Заброаекий Г.П. Влияние концентрации ЬосковЫх веществ на время помутнения рафинированного подсолнечного Масла. — Масло-жировая промышленность, 19Ö3. № 5-6, с.2б.

5. Эфендиев A.A., Рофальйон А.Б., Забровскнй Г.П. Растворимость восков в подсолнечном масло. — Масло-жировая промышленность, 1904, № 1-2.

6. Эфендиев A.A. О кристаллизации восков в рафинированном подсолнечном масле. — Масло-жировая промышленность, 1994, №5-0, стр. 22.

-274,15 Д

<8 <м

3,75 А

б)

V

4,в А

с§ <м

9 7

5 3 1

29,

27

23 19

23,

15

Рис.1 Рентгенограмма постов подсолнечного масла, кристаллизованных из расплава, полярного (ацетон) и неполярного (петролейный эфир) растворителей.

а) большой интервал (63,4 А);

б) малые интервалы (4,6 А;4,15 А;3,75 А);

п=1,2,3 - порядок отражения от кристаллографических плосхостей; 2Э1 - угол между падающим и отраженным

рентгеновскими лучами; 23о - начало записи.

сроки хранения согласно ГОСТе

мутное масло

60 100 120 140 Концентрация воскои, мг/кг

Рис.2 Зависимость времени помутнения рафинированного подсолнечного масла от концентрации воскоа.

Продолжительность, час.

Рис.3. Зависимость остаточного содержания восхов от продолжительности экспозиции масла при 12"С (3-зойа зародышеобразования, РК-зона роста кристаллов).

О 5 СО -

к

Си о

о « ж

ц

В д

зсо -

200 .

Рис. 4

I г з 4

Продолжительность, час.

Кинетика кристаллизации восков при вымораживании подсолнечного иасла с затравочный иатериалоиг

1- пр! I2°С (без затравки);

2- 12°С; 3- 14°С; 4- 20°С; 5- 17°С.

12 14 16 18 20 22 Тешература, °С

Рис.5 Зависимость скорости зародышеобразования от температуры процесса.

Рис.6 Кинотика выведения восковых веществ из рафинированного подсолнечного масла:

1 - вымораживание без затравки;

2 - вымораживание с затравкой.

3 4 5 Время, нед.

Рис.7 Кинетика накопления первичных (1) и вторичных (?) продуктов окисления: • - вымораживание без затравки; ■ - вымораживание с затравкой.

рис.8. Блок-схема процесса вымораживания рафинированного подсолнечного масла с использованием отработанного перлита.

fti'7 lbHUUJI<i I lit гIon n\4i