автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.06, диссертация на тему:Разработка технологии переработки подсолнечных семян с применением ПАВ

11:1 панках рукописи

Камениди Анастас Георгиевич

УДК Ш.8>1.78:Ш_М:Ш.1Я5

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ПОДСОЛНЕЧНЫХ СЕМЯН С ПРИМЕНЕНИЕМ

ПАВ

Стчииичимсть 05,)8.<К -Техмишмшжнрт'фцпнлх масел ит^чомсрмо-КОСМС11ПССК11Х П|Х>Д}КПЮ

Лторгффа-г лпесфнмп п< на сппсюМше ученой с гикни клкткпя гсхннчаких «туте

г. С'янкГ-Неюрбург 1997 г.

PaOoi« ньнншнсна fi(xnc|KKK'{iiiKHtcK<iM филиале Все|юсснйскоп> научн<м1сси\1шшсл1.ск<)1<1 инсппугяжирои.

Научный руьчпм»;1№Н'. н»-лок*г«р гсхничсских паук С.Ф. ЬыКона

Официальные oiiiiohïhii.î - д.г.шщюфесеор IMÎ. 1к"Лобород<т

IvVI.ii., ei.ii.c. IMI. КраспоГюродысо

Itcjiyiiutti<i|)iíiitiiuiiitifi: lv}fmHCKiilii(K4n:i|K4iu'HHi.iü icxiittioniue-

CKllii yHHiJCfH-IIICl

у/С/ час. 1жн7> С оип а ; 1(I2( 1.7Т011 к /1 kc l« rc 11 í i-

iaiiui га солон ich у На часедаипп дщтфпшжш^ноСовпа Д.О2(1.7(.Oí 1 и/И«.'российском iinyMHiMia.iejoiumvibiKoM мнеммук'жирон tío алрссу: i. C:niivi-Ilcii'|Hlypi. ул-ЧсрннхоНскоп» I(K Iv-(UI(|r'jk-iiiiuci.

...........................

Ученый ctKpi'iapi, дитр| ¡iiiiiohhoi o ( oiwri :i

/

IUI. I piiMipi.сип

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: Широкая область применения подсолнечного масла, традиционно высокое потреблений его в пшцу населением России вызывает необходимость удовлетворения потребностей в нем путем создания новых более прогрессивных технологий.

В связи с этим проблема совершенствования и внедрения техноло-' гий производства.подсолнечного маслз путем более аффективного ис -пользования техяологического потенциала сырья является актуальной, имеющей народно-хозяйственное значение.

Одним из путей решения данной научной задачи является совершенствование технологии извлечения растительного масла из маслосодер • жащего материала за счет применения ПАВ.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическими планами НИОКР Всероссийского научно-исследовательского института жиров и Государственной научно;-токнической программой России "Перспективные процессы в перерабатывающих отраслях АПК".

Цель работы: . Разработать эффективную технологий переработки семян подсолнечника, обэспечивагщую увеличение выхода, снижение затрат йа производство и высокое качество масла путем применения в качествй ШШ липидно-белковык эмульсий с учетом капилллрно-по -ристой структуры масло-содержащих материалов.

Научная новизна работы:

- Установлены поверхностно-активные свойства (смачивающая способность, адсорбционная и мезкфазная активность) основных компонентов Лилидно-белковой эмульсии, выделенной из прессового подсолнечного масла на первой стадии двухстадийной гидратации.

- Выявлена закономерность изменения свойств капиллярно-пористой структуры маслосодвржащих материалов в процессе увлажнения с использованием ПАВ и последующего нагрева. Пси этом установлено повышение обьема макропор размером 1000-35000 А, в том числе соизмеримых с размером маслосодержащих сфвросом (2000-20000 8) и супер -макропор.

- Установлена эффективность использования амфотерных коллоидных поверхностно-активных веществ, выделенных йз ядра соиян подсолнечника, для увеличения выхода масле и улучшения его качества в процессах форпрессоваиия ■ экстракции.

Установлено, что модификация липидно-белкового осадка путем его обработки гидроксидои натрия епособстяует снижению содержания в прессовом масле свободных жирных кислот, первичных продуктов окисления (более чем в 2 pasa).

Практическая ценность. Выявлено направленное действие естественных поверхностно-активных веществ (эмульсии лапндмо-Оелкового осадка) на эффективность извлечения масла отжиманием и экстракцие маслосодержащих материалов:

- разработана технология получения подсолнечного масла, преду матривающая использование биопотенциала семян Подсолнечника и пре сэкструзнойной обработки маслосодержащего материала, позволяющая увеличить выход иасла и улучшить его качество;

- сфориулироЕаны представления механизма действия ПАВ в капил лярно-пористой структуре (масло, вода, воздух, ГШ);

- в промышленных условиях апробирован способ подготовки родео нечной мятки к извлечения масла с использованием природных композ тов. Показано, что введение в мятку биологически-активных компоне тов способствует ловыиению качества Извлекаемого масла, снижению содержания в нем продуктов окисления, повышению стойкости масла в процессах производства и хранения;

- разработана и реализована в производственных условиях АО "Георгиевский МЭЗ" усовершенствованная технология по подготовке структуры маслосодержащего материала к экстракции с применением обработки ПАВ в сочетании с прессэкструзионной обработкой, реализ ция которой позволила повысить производительность экстракционного оборудования на 25 %, увеличить выход масла на 1,5 %, снизить, рас ход растворителя на I т сырья на 30 %.

Достоверность полученных результатов, выводов и рекомендаций подтверждается согласованностью экспериментальных результатов,под ченных с применением современных методов исследований, соответств результатов исследований теоретическим предпосылкам, а также данными производственных испытаний.

Личный вклад автора. Личный вклад' автора в решение данной нз учной проблемы состоит в общей постановке задач и проведении иссл дований, непосредственном.участии в осуществлении экспериментов в промышленности, анализе и научном обобщении результатов исследова ний, составлении программ опытно-промышленных испытаний, руководс тве и проведении практической реализации работы в промышленности. Выводы и рекомендации диссертационной работы сформулированы автором лично.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на: региональном совзщании "Проблемы качества масел в современных условиях" (г.Краснодар); семинарах секции и заседаний Научно-технического совета Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур им. В.С.Пустовойта (1994-1996 гг.); семинарах-конференциях сотрудников и преподавателей Кубанского государственного технологического университета (1994-1996 гг.), за -седании секции Ученого совета Северо-Кавказского филиала Всероссийского научно-исследовательского института жироя (1993-1996 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей, тези -сов докладов.

Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, экспериментальной части, заключения, списка цитируемой литературы; включает страниц машинописного.текста,

рисунков и таблиц. Список цитируемой литературы содержит

источников отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Техника эксперимента и методы исследования

Объектами исследования служили семена подсолнечника, продукты их переработки (мятка, жмыхи, шроты), подсолнечное масло.

Клеточное и внутриклеточное строение ядра семян подсолнечника и продуктов его переработки исследовали методами ртутной поромет-рии.с использованием порозиметра фирмы

модель 200 (Италия), электронной сканирующей микроскопии (микроскоп -120 фирмы , Япония).

Химические и биохимические анализы проводились методами, опубликованными в "Руководстве по методам исследования, технохимичес -кочу контролю и учету производства в масложировой промышленности".

Физико-химические методы исследования растворов поверхностно-активных веществ проводили по методикам, изложенным в книге "Методы испытания водных растворов ПАВ" И.К. Гетманского, А.И.Бовика, ч.1-П, М., НИИГЭхим, 1965.

В качестве поверхностно-актирных веществ (ПАВ) в исследованиях использовали эмульсии липидно-белкового осадка, полученного на пер вой стадии-двухстади Иной гидраташи подсолнечного масла.

Оценку результатов исследований и их статистическую достоверность проводили с использованием современных методов расчета статической достоверности результатов измерений.

ЭКЖВШЕНТАЛЫО-ТЕОИтНЁСКАЯ ЧАСТЬ

I. Исследование влияния поверхностно-активных веществ на процесс подготовки мятки семян подсолнечника к извлечению масла прессованием

Исследован состав липидно-белкового гндратационного осадка. Качество выделенного гидратационного осадка, составляющего от 1,5 до 2,0 % от массы масла, представлено в.табл.1.

В табл.2 приведен групповой состав фосфолипидов, выделенных из эмульсии липидно-белкового осадка.

Присутствие в фосфолипидах и гликолипидах кислородсодержащих, эфирных, карбонильных, азот- и фосфорсодержащих групп позволяет и образовать комплексные соединения с молекулами белковых веществ й углеводов, содержащимся в осадке, что в свою очередь приводит к созданию сложных мицелл, обладающих поверхностно-активными свойст вами.

Наличие в экульсии липидно-белкового осадка в основном гидра-тируемых активных форм фосфолипидов обуславливает его высокие поверхностно-активные свойства.

Таблица I

Состав эмульсии липидно-белкового осадка (ПАВ)

Массовая ! Массо- ! Массовая Массовая! Массовая ! Массовая доля

доля вла- вая доля фос- доля не- доля бел- углеводов,

ги и ле - доля фодипидов, жировых ковык ве--:-

тучих ве- липи - % веществ, ществ* свобод- связан

ществ, % дов, % % '% ных ных

17,29- 51,41- 14,35- 9,50- 1,74- 0.67- 0,19-19,21 -59,01 -16т29 -13,05 -2,05 -0,83 -0,25

Таблица 2

Групповой состав фосфолипидов, выделенных из эмульсии липидно-белкового осадка

Состав !}осфолипидов Массовая доля групп

'{ос^олипидов, /г

Фосфатидилхолин 2»

Фосфатидилэтаколамин 26

Фосфдтидилинозитол 15

Фосцатидилсерин 16

Фосфатидилглицершы 15

. На рис. I и 2 представлены зависимости поверхностного натяжения ( ) водных растворов фосфолкпидов и гликолипидов, на границе с воздухом Срис.1), и краевых углов смачивания этик раство -ров на гидрофобной поверхности - парафине (рис.2) при температуре 45 °С.

Все исследуемые ПАВ обладают высокой смачиваемостью.

Критическая концентрация мицеллообразования у гликолипидов выше,' чем у фосфолипидов, что свидетельствует об их более высоких поверхностно-активных свойствах.

Смачивание мяткй является лимитиругчей стадией процесса пропитки. Данные по адсорбции ПАВ, входШцих в состав исследуемого осадка на подсолнечной мятке, представлены в табл.3 и рис. 3-5.

Таблица 3

Адсорбция компонентов липидно-белкового осадка на подсолнечной мятке

Массовая ! Массовая доля ! Массовая доля ! Массовая доля доля фосфолипидов,- %' нежировых белковых веществ,

влаги, % веществ, % %

со с а со с 3 .V с а

I 18 15 12,2 2В 12 0,05 119,5 2,0 0,4 16

2 . 40 6,tí 4,0 28 . 7 0,03 69,7 1,2 0,2 10

3 • ВО 1,5 0,5 1,0 4 0,02 . 39,8 0,8 0,1 7

4 90 ' 0,8 0,4 0,4 3 0,02 2В,0.0,4 0,09 3,1

5. 95 0,4 0,3 0,1 ' 2 0,02 1,98 0,3 0,05 2,5

где: а = " с- , моль/г; = IDO мл - объем раствора ПАВ; cQ - начальная концентрация вещества; с - равновесная концентрация; = 10 г - масса навески. .

Проведены исследования по введению в мятку эмульсии липидно-белкового осадка с различным содержанием водной фазы. В качестве исходного сырья для приготовления эмульсий использовали эмульсию липидно-белкового осадка, характеристика которой приведена в табл.1.

В исходную эмульсию липидно-белкового осадка, имеющую температуру 90 °С, вводили расчетное количество воды с доведением темпе -ратуры готовой, эмульсий до 40-45 °С. Полученной эмульсией обраба -

ь

тывали мятку в шнеке перед жаровней, откуда обработанная мятка поступала в первый чан жаровни. Мятка с введенной в нее липидно-белковои эмульсией подвергалась влаго-телловой обработке а прессованию при традиционных режимах. Результаты исследований представлены в табл. 4.

Установлено, что обработка мятки должна проводиться эмульсией липидно-белкового осадка с содержанием влаги 90-95 %. ¡.1асличность жмыха при такой обработке снижается ни 2,1-2,2 %. Увеличение количества вводимого осадка не приводит к повышению эффективности извлечения масла при прессовании.

Показано, что при обработке мятки эмульсией липидно-белковсго осадка, последующем темперировании и отжимании м.*ела происходит преш.:ущественно адсорбция компонентов ПАВ осадка на мятке. (рис.6, 7, 8).

Согласно полученным экспериментальным данным при отжимании масла из мятки необработанной ПАВ при низком давлении в прессе вместе с маслом извлекается значительно больше сопутствующих веществ ((]осфолипиды, жирные кислоты, неомыляемые вещества, продукты окисления).

При введении в мятку ПАВ - эмульсии липидно-белкового осадка при отжиме увеличивается выход масла с одновременным снижением выхода в него сопутствующих веществ.

Таблица 4

Изменение массовой доли масла в жмыхе в зависимости от

влагосодержания эмульсии липидно-белкового осадка

Количест- Коли - Технологические рекимы ВТО__Качество жмыха

мпйВчм5ль ипг^п массовая массовая продол- тем- Массо- Массо-

гчш П 9 К доля ила- доля вла-житель- пера- вая до- вал до-

мчгрр мят- РИМ с ™ В на - ги перед ность, тура, ля мае- ля вла-массе мят- сии, А цале про_ 0ТЖИМ£М) мин % ГИ)

к цесса, % %

0,7 1ь 9,3 4,6 45 1С5 22,Ь 7,4

0,7 50 6,9 4,5 45 ' ТС5 22,6 7,3

0,7.. '10 6,7 •1,7 45 ' 1СЬ 22.0 7,5

0,7 80 9,1 • 4,3 ■15 . 1С5 21,4 7,2

0,7 90 9,0 4,4 45 • 105 20,9 7,3

0,7 95 9,3 4,5 45 105 20.7 7,5

Однзьо при достижении высоких давлений (20,0-25,0 МПа) преодолеваются силы капиллярного удерживания ПА.В в более мелких порах капиллярно-пористой системы мятки (мезги), и их переход в извлекаемое масло возрастает.

Как показал анализ (табл.5) в прессовом масле, полученном из мятки, обработанной эмульсией липидно-белкового осадка, содержание свободных жирных кислот в сравнении с необработанной не возрастает, однако несколько увеличивается содержанке перекисных соединений.

Таблица 5

Качество форпрессового подсолнечного масла, полученного из мятки, обработанной эмульсией липидно-белкового осадка

Эмульсия йипидно- Качество прессового масла

белкового осадка -

--- кисло- перекис- массовая массо- Сопряженные

количе- массовая тное ное чис- доля фос- вая до- соединения .

ство к доля вла- число, ло, фолипидов,ля нео---

массе ги в(осад-мг КОН/г ммоль % мыляе - Клодт %?65 мятки, ке, % кг мых ли- „,,

пидовД ш нм

Без обработки 2,56

осадком 2,38 0,67 0,97 0,41 0,056

0,7 95 2,43 3,03 . 0,75 0,98 0,43 0,057

0,7 90 2,45 3,08 0,77 0,95 0,45 0,057

Содержание фосфолипидов в прессовом масле также возросло. Полученные результаты можно объяснить в рамках модели, предполагающей наличие на поверхности капилляров и пор мятки как гидрофильных, так и гидрофобных центров, характеризующихся различными теплота-ми адсорбции. Необратимое связывание фосфолипидов происходит на гидрофильных центрах, имеющих теплоту адсорбции больше некоторого критического значения, в то же время на гидрофобной поверхности мятки молекулы фосфолипидов адсорбируются непрочно и при высоких температурах (100-105 °С) и давлениях (более 20,0 МПа) в процессе откпма мезги десорбируются в масло.

Таким образом, величина адсорбции ПАВ зависит не только от концентрации молекул ПАВ в эмульсии липидно-белкового осадка, но и от капиллярно-пористой структуры мятки, гидрофильно-гидрофобных свойств ее поверхности.

Высокомолекулярные ПАВ (фосфо- и гликолнпиды, белкоше вещества и др.) не образуют сплошного покрытия мятки, и значительная часть ее пор остается доступной для молекул ПАВ меньшей молекулярной массы и вода.

С целью усиления поверхностно-активных свойств липидно-белко-вого осадка проведена его обработка гидроокисью натрия для создания в нем определенного рН в диапазоне 8-12. Обработанный щелочью осадок вводили в мятку перед ее влаго-тепловой обработкой.

Установлено (табл.6), что со сдвигом.рН эмульсии с 7,5 до II увеличивается количество извлекаемого прессованием масла. При дальнейшем изменении рН выше 12 выход масла не увеличивается. Со-деркание свободных жирных кислот практически не меняется, снижаясь не более, чем На 0,1-0,18 мг КОН, й то время как Ьодержание пере-кисных соединений уменьшается в зависимости от рН от 5,0 СрН эмульсии 8,0) до 56 % (рН эмульсии 11,0).

Таблица б

Зависимость качественных показателей жмыха и Прессового масла от рН лнпйдно-белхового осадка

р^ осадка!Массо-! Качество кмыка Качество прессового масла

пабптки<'~ доля в массо_ 'массо-! кисло- пере- массо- Соедине-

аОН осадке,вая до- вая до- тное.' кисное вая ния с ео-

/с ля мае- ля ьда- число, число, доля ■ прркенны-

ла, е/с ги, % мг КОН/г ммоль/г фое'о- ми связями

липпдоп,^

/ь

К

дгзг Л265 нм нм

Без обработки • аОН 9С,0 20,7 ' 7,1 2,23 3,25 0,7В 0,55 0,061

8,0 90,0 20,6 7.0 2,14 3,10' 0,76 0.55 0,061

9,0 90,0 20,4 7,1 2,.09 ' 2,В0 С,72 0,51 0.06С

10,0 90,0 20,4 7,2 2,СБ 2,05 0,67 0,4Ь 0,06С

11,0 90,0 2С,1 7,1- . 2,05 Т 0,65 .0,45 0,06С

12,0 90,0 . 20,2 7,0 2,13 }..63 0.66 . С, 17 С,С61

В этих условиях (рН 10-11)-отмечено также снижение активности ферментного комплекса, мятки семян подсолнечника; а частности ~ ' липоксигенззы, что в свою очередь обуславливает снижение ишшииро-

вания образования перекисных соединений в липидах мятки, и улучшение качества извлекаемого масла, В форпрессовом масле отмечено снижение содержания фосфолипидов, что обусловлено, по нашему мнению, снижением межфазного натяжения в присутствии электролитов и более высокой величиной адсорбции фосфолипидов с ростом рН эмульсии, липидно-белкового осадка. Ряд авторов связывает это с изменением параметров двойного электрического слоя в монослоо ПАВ, дегидратацией или уменьшением сольватации поверхностно-активного компо'-нента и изменением активности ПАВ как в обьеме, так и на поверхности раздела фаз.

Таким образом, обработка мятки семян подсолнечника амфотерным ПАВ (липидно-белковьы гидратационным осадком) в виде прямой эмульсии с массовой долей влаги 90-95 а также ПАВ, модифицированным гидроокисью натрия, приводит к увеличению выхода масла и улучшению его качества.

2. Изменение капиллярно-пористой структуры интактных тканей ядра семян подсолнечника при увлажнении и нагреве мятки в при -сутствии ПАВ

Влияние действия ПАВ (эмульсии липидно-белкового осадка, с массовой долей влаги 95 % и рН II) при увлажнении в сочетании с кондуктивным нагревом на изменение интактных тканей частиц ядра семян подсолнечника изучали в производственных условиях Георгиевского МЭЗа (табл.7).

Таблица 7

Технологические режимы и показатели переработки ядра семян подсолнечника

Показатели

! Увлажнение ПАВ'Увлажнение водой

Влажность материала в I чане жаровни, %

8,0-9,0

6,5-9,5

Влажность материала на выходе из жаровни, %

%

4,5-5,0

5,0-5,5

Температура материала на выходе из жаровни,°С

105 19,1-20,3

• 2,11

105 21,2-23,4

Масличность жмыха, %

Выход адсорбционно-связанных лииидов из'жмыха, $

1,46

Установлено, что введение ПАВ в мятку при увлажнении влияет на эффективность извлечения м„с,а при одновременном связывании вве -денных ПАБ с капиллярно-пористой структурой материала.

Изучение количественных характеристик капиллярно-пористой структуры жмыхов позволяет ибьяснить разл/.чия выявленных эффектов (рис.9, II и табл.и).

Таблица 6

Влияние ПАВ при увлажнении на количественные характеристики капиллярно-пористой структуры жмыхов

Свойства капиллярно-пористой системы

'ГеГЛтО6 Увлажнение ПАВ

о

Объемная плотность, г/см

О

Объем пор, им /г Площадь поверхности пор, м"/г Общая пористость Массовая доля, % мезопоры:

гэкв. = 3?-1000 Х макропорьг:

г„„„ = 1СОО-35СОО ,1

в Том числе г^„п = 20СО-2ОООО Я

опИ»

супермакропоры:

0,ь7 391,30 6,04 34,10

16

экв.

= 35000-420000 А

50

36

26

0,Ь5 452,07 6,50 ЗВ, 63

56

43

34

Установлено изменение характера распределения пор по разме-

рам. Снижается объем группы мезопор (г^кп •= 37-1СС0 А) и увеличивается суммарный объем группы макропор (гэкв = 10С0-35000 А). Причем, на долю пор, соизмеримых с размером маслосодеркащих сферо-сом (2000-20000 А) приходится более йО %. Присутствие группы пор радиусом 2000-20000 А в- количестве на 7 % больше из обработанной ПАВ мятки, чем в необработанно/-, свидетельствует о более полном разрушении маслосодеркащих сферосом. Увеличивается количество су-пермакропор (25.10^-42.1С4" А), обусловленное более глубоким про -никновением воды е капиллярно-порисгун* структуру мятки в присутствии ПАВ.

Такса изменение структуры жмыха и более эффективное удаление подсолнечного масла из капиллярно-пористой структуры прессуемого материала объясняется увеличением скорости и глубины капиллярной пропитки водой в присутствии ПАВ такой модели маслосодеркащего материала (мятки), в которой, наряду со свободными порами и ка -пиллярами различных радиусов и длины, имеются заполненные маслом, причем количество таких пор согласно работам Быковой С.Ф.,' Ключкина В.В. в мятке большинство, и их радиус составляет от 10^ до 3.5Л04 А.

При смачивании мятки эмульсией липидно-белкового осадка, модифицированной гидроокисью натрия, происходит быстрое растекание эмульсии по поверхности, при этом, как показали исследования, в первую очередь на внешней поверхности мятки адсорбируются вещества белкового характера и нежировые вещества (начальная величина адсорбции у этик веществ высокая и в исследуемых пределах равно -весная адсорбция не достигается, рис. 3-5). Проникая в свободные (транспортные) поры л капилляры, поверхностно-активные вещества эмульсии.адсорбируются на стенках капилляров, и соответственно снижается концентрация ПАВ в эмульсии. Это приводит к повышению поверхностного натяжения и увеличению скорости пропитки. Адсорбированные, на поверхности капилляров ПАВ придают ей гидрофобные свойства и в случае дальнейшего заполнения этих пор маслом в про -цессах тепловой обработки, отжима, капиллярного впитывания в ре -зультате упругого последействия, оно удерживается только капиллярными силами и легче выделяется при прессовании и экстракции.

В случае пропитки пор и капилляров мятки, заполненных маслом, образуется тройная система: эмульсия ПАВ - масло - поверхность капилляра. Водная эмульсия ПАВ, достигая мениска масла в капилляре, выталкивает масло в глубину капиллярно-пористой структуры мятки. Одновременно молекулы ПАВ адсорбируются на поверхности стенок капил ляров. При достижении критического противодавления (сопротивления) отступающего мениска масла, в случае невозможности капиллярного перемещения масла из-за сужения капилляров, наличие защемленного воздуха в них или закрытых капилляров, эмульсия ПАВ прорывает слой масла и течёт сквозь него.

При этом скорость продвижения вода в присутствии ПАВ растет, так как с одной стороны столбик масла впереди проникающей эмульсии уменьшается, а с другой - диффузия ПАВ из эмульсии в масло и яд -сорбция ПАВ на стенках капилляра способствуют увеличению поверхно-

стного натяжения на границе экульсии ПАВ - масло.

Толщина пленки масла при проникновении емульсйи ПАВ сквозь его СЛ01Я согласно известным исследованиям зависит От скорости движения проникающего раствора и при малые скоростях становится сравнимой с радиусом действия поверхностных сил.

Необходимо отметить, что по мере продвижения введенной эмульсии липидно-белкового осадка в капиллярно-пористой системе мятки она теряет свое эмульсидальное и Мицелярное строение, вследствие динамической адсорбции ПАВ из нее, и на определенных этапах капиллярной пропитки следует говорить о молекулярном растворе ПАВ в воде.

Во всех случаях в капиллярно-пористой структуре мятки достигается двойной эффект: интенсификация продвижения воды в глубину структуры и адсорбция ПАВ на стенках капилляров.'

Вода в присутствии ПАВ, проникая сквозь поры,как свободные, так и заполненные маслом, с большей скоростью и в более глубинные структуры, обуславливает набухание голевой части мятки, при дальнейшем нагревании мятки за счет расширения воды, парообразования, появления избыточного давления и возникающих при этом локальных напряженностях приводит к расширению, разрыву пор и капилляров и переходу пор из группы меньших размеров в группы больших размеров. Создаются условия для разрушения находящихся в структуре мятки неразрушенных сфсросок..

Образование адсорбционных слоев'ПАВ на-внешней и внутренней поверхностях мятки обуславливает изменение реологии частиц мятки и п дальнейшем - мезги при ее прессовании, поведение которой аналогично поведению, материала при экструдирований.

Таким образом, интенсификация процесса увлажнения при обработке мятки эмульсией липидно-белкового осадка позволяет сформировать капиллярно-пористую структуру жмыха, качественно новую по своим характеристикам, что способствует более эффективному извлечению масла в процессах прессования й экстракции.

Групповой состав фосролипидов масла, полученного при увлажнении мятки водной эмульсией ПАВ, отличается от группового состава фосфолипидов масла, полученного при традиционных режимах увлажнения, повышенный содержанием наиболее пенных легкогидратируемых фосфатидилхолинов и фо'сфатидилэтаноламинов, более низким содержанием фосфатидннх кислот (тз^л.9).

Таблица 9

Влияние режимов увлажнения и нагрева подсолнечной мятки на групповой состав фосфолипидов

^кции фосфолипидов масла * от $&™5оТ1НИЯ

Тййй0ННИв У*™™9 ПАВ

Лиэофосфатидилхолины 2,0 3,0

Фосфатидилинозитолы 8,0 7,0

Фосфатидилсерины 10,0 12,0

Фосфатидилхолины 32,0 36,0

Фосфатидилэтаноламины 22,0 25,0

Фосфатидные кислоты 15,0 8,0

Полифосфатидные кислоты 9,0 6,0

Неидентифициро ванные 2,0 4,0

Таким образом, установлено, что в процессе увлажнения и нагрева увеличивается степень связывания фосфатидных и полифосфатид-ных кислот с другими компонентами клеточной структуры, в то время как связи фосфатидилхолинов и фосфатидилэтаноламинов, наоборот, ослабляются, при этом последние процессы превалируют. Происходит изменение степени связывания и других фракций фосфолипидов, однако они менее выражены.

3. Исследование влияния эл^льсии липидно-белкового осадка на процесс подготовки жмыха к экстракции масла .

Интенсифицировать первую стадию экстракции: смачивание растворителем частиц жмыха* Проникновение его в поровое пространство экстрагируемого материала и последующую диффузию и извлечение масла целесообразно при использовании ПАВ (эмульсии липидно-белково -го осадка, полученного на первой стадии двухстадийной гидратации подсолнечного масла) в процессе подготовки жмыха к экстракции.

Липидно-белковыЙ осадок вводился в измельченный на дробилках жмых в количестве 0,5 % к массе жмыха. Содержание влаги в нем составляло 18-20 %. Использование обратной эмульсий ПАВ обусловлено с одной стороны гидрофобностью углеводородного растворителя, а с другой - меньшим по сравнению с мяткой маслосодержанием жмыха

и снижением эффективности экстракции при увеличении влагосодержания жмыха более 9 %.

Исследования показали, что в процессе экстракции масла неполярным растворителем за счет возникновения адсорбционного слоя мицелл ПАВ и снижения межфазного натяжения на границе с поверх -ностью масляной фазы, происходит более эффективное проникновение растворителя внутрь капиллярно-пористой структуры жмыха, диффузия масла увеличивается. Это способствует ускорению процесса экстракции и позволяет'увеличить выход масла. Проведенные стендовые и промышленные испытания экстракции подсолнечного жмыха показали, что обработка ПАВ позволяет повысить эффективность'процесса экстракции масла (рис.И), что приводит к снижению масличности шрота на 0,9-1,3 %.

При этом в экстракцисннж мюле не наблюдается увеличения продуктов окисления, накопления фосфорсодержащих соединений, неомыля-емых липидоп и нежироиых веществ.

Исследования подготовки жмыха из семян подсолнечника к экстракции масла при совмещении пропесеоз его обработки лигтидно-белковым осадком и гранулирования показали большую эффективность такой технологии по сравнению с экстракцией из необработанного ПАВ материала. Оценка экстрагируеиости гранул, степени подготовленности по-ровой структуры к экстракции, в сравнении с форпрессовой крупкой и гранулами, не содержащими ПАВ, показала, что гранулы, полученные из обработанного липидно-белковым осадком измельченного жмыха имеют лучшую внутреннюю структуру (табл.10).

Таблица 10

Основные характеристики капиллярно-пористой системы крупки и гранул

Наименование образца

Объемная Площадь. Обьем Общая пори-плотность,поверхнос- пор, стость, г/см-* тэдор, мм°/г . . % '

Форпрессовая крупна 0,99 6.4

Гранулы из крупки 0,ЪЬ ■ 16,0

Гранулы из крупки, обработанной li/tB . 0,7С UV>

34t?,3 390.3

4Е-. 1

36.2

ЧО г - 1 ^

■¿1.7

Установлено, что способы подготовки жмыха к извлечению масла экстракцией оказывают влияние на величину гористости экстрагируемого материала и основные характеристики капиллярно-пористой структуры. Информация о количественном соотношении групп пор определенных размеров в пористой системе исследуемых образцов позволяет предположить, что эффективность процесса-экстракции в большей степени зависит от содержания переходных мезопор и крупных макро-пор с эквивалентными радиусами 37-600 X и 9000-1000000 X. Более" высокое содержание этих групп пор в структуре гранул, полученных из обработанного ПАВ жмыха свидетельствует о более глубоких изменениях ультраструктуры материала, о переходе макро- и микропор в группу более крупных мезо- и супермакропор.

Адсорбция ПАВ на поверхности частиц жмыха с образованием адсорбционного слоя ПАВ на нем предотвращает полное слипание частиц жмыха, снижает силы адгезии их между собой. В результате упругого последействия после выхода гранул из прессующего устройства гранулято-ра образуется эффективное поровое пространство, содержащее третич -ние поровые структуры (капилляры, поры, щели, образовавшиеся при сближении частиц жмыха), покрытые адсорбционным слоем ПАВ. Это способствует более эффективной пропитке растворителем материала и интенсификации процесса экстракции (табл.II).

Показано, что обработка жмыха липидно-белковым осадком повышает эффективность процессов фильтрации мисцеллы, удаление растворителя из шрота и снижение потерь растворителя в производстве.

4. Разработка усовершенствованной технологии подготовки ядра и жмыха семян подсолнечника к извлечению масла с использованием ПАВ

Установлено, что обработка мятки эмульсии липидно-белкового осадка, представляющим собой эмульсию масло-вода, и жмыха- также липидно-белковым комплексом, но с другим количественным составом компонентов - эмульсией обратного типа вода-масло, - способствует интенсификации процессов влаго-тепловой обработки, отжимания и экстрагирования масла из маслосодеркащих материалов. При этом показано, что наибольшая эффективность-(как по выходу масла, так и по улучшению его качества) достигается пр! обработке мятки липидно-белковым осадком, модифицированным гидроокисью натрия, и подготовке жмиха к экстракции путем его гранулирования.

Таблица II

Влияние способа подготовки "мьгха к экстракция на эффективность процесса экстракции

Жкых. на экстракцию

Проход Качество жмыха Массовая Массовая Качество шрота Бензовлаго- Потери

доля'нежи- доля не-массо.гая массо- ровых ве - -Кировых

веществ,.

рзго я?и- ля вла- мисцелле,

ра. Й ги, 1- ?■

через сито с

отЕерс- доля сы- вая до- цеств в

ТЛЯМИ

I мм.

Крупка, жмыха 6,о

Смесь крупки и гранул из мелкой фракции жмыха в соот -ношении 2:1 2,2.

С::есь крупки и гранул из мелкой фракции жмыха в соот --ношении 2:1. Жмых обработан липидно-белко-бы:л осадим 2,С

22, 3. 7',С С,043

22,5 7,5 0,035

22,2 7,6 0,015

в масле,-

%

0Т24

0,21

С,II

массовая массо-доля сы- вая дорого яп- ля вла-ра, % ги, %

3,05

2,58.

2,й7

7,4

7,3

7,4

емкость сгрота,

к а)

/о

35,5

28,5

25,0

растворителя, кг/т семян

4,5

3,5

3,5

ее

На основании проведенных исследований разработана усовершенствованная технология подготовки мзслосодержащих материалов к извлечению масла прессованием и экстракцией.

На рис. 12 представлена принципиальная структурная схема усовершенствованной технологии.

Согласно, разработанной технологии Мя^ка обрабатывается эмульсией липидно-белкового осадка, получаемого на первой стадии двух-стадийной гидратации. Предварительно эмульсию модифицируют обра -боткой гидроокиси натрия с доведением ее pH до I0-II и разбавляют водой до содержания влаги в эмульсии 90-95 %. Количество вводимой эмульсии составляет от 0,5 до Т % к массе мятки, с таким расчетом, чтобы содержание влаги в пятке не превышало 9,5 %. Обработанную мятку подвергают кондуктивному нагреву в жаровне до температуры I05-I0Ü °С и влажности 4,5-5,0 %. Из полученной мезги масло отжимают на форпрессе и отправляют на первичную очистку, а жмых из -мельчают на дробллках и далее направляют на подготовку к экстракции.

Б измельченный жмых (крупку) вводят липидно-белковую эмульсию с содержанием влаги в эмульсии 1Ь-20 % в количестве 0,35-0,55 %. Обработанную крупку кондиционируют в шести^анной жаровне в течение 10-15 мин при температуре <15-50 °С с доведением влажности до 7,07,5 % и затем обрабатывают острым паром в пропарочной секции транслятора и гранулируют в цилиндрические гранулы. Гранулы охлаждают, подсушивают до влажности 8,0-8*5 % и направляют на экстракцию. В технологической схеме предусмотрена возможность фракционирования измельченного и обработанного липидно-белковой эмульсией жмыка на бурите с диаметром отверстий сит 5 мм. Количество мелкой

фракции жмыха составляет, 25-30 %,. которую гранулируют, и на экстракцию подают смесь крупки и гранул.

Опытно-промышленная проверка и внедрение разработанной технологии показали ее высокую эффективность. Реализация и использование сарианта разработанных технологий на АО "Георгиевский МЭЗ" . позволили получить фактический экономический эффект в размере 1 млрд. 653 млн. р,у Г', (в иенах 1935 г.).

t. Изучение использования биологически активных веществ с цел№ ппвш.ення качества подсолнечного масла и увеличения cTOfcocTv: его при хранении

Сохранение качества масел в нативном состоянии является важ-1 j'jГ' пндачей мпслодсбнванкя. так как окислительные процессы в

растительных маслах приводят к значительному снижению их пищевой ценности.

Торможениб процессов окисления при получении растительных масел происходит в присутствии веществ, ингибирующих процессы окисления - антиоксидантов, к числу которых относятся содержащиеся в семенах токоферолы. Наибольший эффект достигается при оптимальны концентрациях 50-100 мг%. В подсолнечном масле, особенно из семян угле годвергнутнх окислению, их содержание обычно не превышает 30-50 мг^. Антиокислительная активность токоферолов уменьшается в ряду .В кукурузном масле основным токоферолом

является -токоферол. Добавление его в нативном состоянии позво ляет повысить стабильность подсолнечного.масла к окислению. Заро дыни кукурузы являются побочным продуктом мукомольно-гкрупяной про мышленности, учитывая невысокое содержание масла в них (18-20 %), наиболее целесообразным является их переработка совместно с семенами подсолнечника.

Для вскрытия клеточной структуры зародышей кукурузы вместо об работки ПАВ применили ферментные препараты. Для чего измельченные зародыши обрабатывали: протосубтилином ПОХ, амилосубтилином ПОХ целловередином ПОХ. Наибольший эффект достигнут при обработке ку "курузных зародошей протосубтилином ПОХ (табл.12). Обработку заро дышей кукурузы ферментами проводили при температуре 40-45 °С и влажности 30-35 %. Продолжительность ферментативно .о гидролиза 60 мин. Мятку семян подсолнечника с влажностью 6,5-7,0 % перемешивали с кукурузными зародышами, обработанными ферментным препара том, в соотношении 5:1 и подвергали влаго-тепловой обработке.Влаж ность материала в I чане жаровни достигала 11,5-12 %. Влажность мезги при Поступлении в пресс 5,5-6,0 %. Температура процесса -102-105 °С, продолжительность - 45-50 мин.

В процессе прессования происходит совместное извлечение подсолнечного и кукурузного масла. Результаты представлены в табл.12

Как следует из данных таблицы, в масле увеличилось содержание токоферолов на 31-38 мг$ в основном за счет -токоферола.

■ В извлеченном аасле наиболее высокое содержание токоферолов, более- низкое кислотное число и содержание перекисных соединений после обработки семян протосубтилином. Наиболее высокий имдукцион ный период также наблюдался при обработке протосубтилином.

масла влаги

Сг.:ась млтки семян подсолнечника и • кукурузных ззро -.^ыией 5:1

То же То же

Уятка семян подсолнечника (контроль)

Протосубтилин Г! ОХ

Амилосубтилин Г10Х

^елловеридин

2С,о5 6,32 21,35 ■ 6,51 20,85 6,42

21,50 6,46

Таблица 12

лэчество прессового масла

— Кислот- Перекис- С од ерей- индукционный ное ноё чис- ние. токо- период, "исло. ло.ммоль/ феролоз, ч мг КОН/г кг мГ?

2,21 1,25 105 4,5

2,20 • 1,35 . 100 4,3

2,35 ' 1,60 96 4,2

2,15 1,83 67 3,0

Исследованиями установлено, что введение в подсолнечную мят-ку кукурузных зародышей, обработанных ферментами в первый период влаго-тепловой обработки (до увеличения Температуры мезги более 45 °С) также как и обработка ПАВами приводит к увеличению выхода прессового масла.

вывода И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Изучены основные поверхностно-активные свойства эцульсии липидно-белкового осадка, ввделенного из прессового подсолнечного масла на первой стадии двухстадийной гидратации, и установлена эффективность ее использования для увеличения вьиода масла и улуч шения его качества в процессах форпрессования и экстракции.

2. Установлено влияние химического состава и количества вводи мой эмульсии липидно-белкового осадка, используемого как амфотер ные ПАВ, на выход и качество получаемого прессового подсолнечного масла. Модификация еадльсии липидно-белкового осадка путем его об работки гидрооксидом натрия и доведением рН среды до II способств; ет снижению содержания в масле свободных жирных кислот, фосфолипи дов, первичных продуктов окисления (в два раза И более), снижению масличности жмыхя на I %. Обработку мягки ядра семян подсолнечник перед нагревом в жаровнях необходимо проводить прямой эмульсией масла в воде липидно-белкового осадка, модифицированного гидрооксидом натрия, в количестве 0,5-1,0 % к массе мятки с содержанием вода в эмульсии 90-95 % и рН среды II.

3.Сформулированы представления о механизме действия поверхнос но-активнмх веществ, входящих в эмульсию липидно-белкового осадка в капиллярно-пористой структуре маслосодержащих материалов. Эмуль сия ПАВ интенсифицирует процесс проникновения воды в структуру мятки, обусловливая высокую скорость и глубину пропитки мятки семян подсол-ючника. Адсорбция ПАВ на внешней и внутренней поверх -нрсти мягки влияет на реологические и поверхностные свойства мятк и способствует более эффективному извлечению масла в процессах прессования И экстракции.'

4. Показано, что интенсификация процессов подготовки ядра и жмыха семян подсолнечника к извлечению масла отжиманием и экстрак цией путем их обработки поверхностно-активными веществами позволя ет увеличить глубину извлечения масла, улучшить внутреннюю струк туру маслосодеркящих материалов, повысить эффективность процесса экстракции. •

5. Разработана и реализована в производственных условиях Георгиевского МЭЗа усовершенствованная технология по подготовке структуры маслосодержащих материалов к экстракции с использованием ПАВ в сочетании с прессэкструзионной обработкой, реализация которой позволила получить фактический экономический эффект в размере I млрд.656 млн.рублей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. В.В.Ключкин, А.Г.Камениди, Е.С.Туманова, С.И.Майрамян Совершенствование подготовки семян подсолнечника к прессованию с использованием ПАВ.

ШИП, 1996, № 5-6, стр.12-14.

2. А.Г.Камениди, А.Н.Туманов, Е.С.Туманова Совершенствование технологии подготовки жмыха семян подсолнечника к извлечению масла.

ЮКП, 1996, № 5-6, сгр.14-29.

3. А.Г.Камениди, С.¿¡.Майрамян, Е.С.Туманова

Исследование поверхностно-активных свойств липидно-белковог осадка, полученного в . процессе двустадийной гидратации под солнечного масла.

Депонированная рукопись. АгроНШТЭШП, 1996, !v 3042

4. А.Г.Камениди, С.И.Быкова, С.И.Майрамян

Влияние природных поверхностно-активных веществ липидно-белкового осадка на формирование капиллярно-пористой структуры жмыхов в процессе тепловой обработки и отжимания масла Депонированная рукопись в АгроНИИТЭИПП, 1996, № 3050

5. А.Г.Камениди, Е.С.Туманова, С.И.Майрамян Использование биологически активных веществ кукурузных зародышей с целью повышения стабильности к окислению подсолнечного масла.

Депонированная рукопись в АгроНИИ'ТЭИШ!, 1996, If 3051.

70 60

ВО 40 30

-ч

—е-

-3

-2

Рис. I. Зависимость поверхностного натяжения водных растворов фосфолшвдов (I) и гликолипвдов (2) от их концентрации при температуре 45 °С

Рпс. 2. Зависимость краевого угла смачивания ( ) водных растворов фосфолишдов (I) и гликаитидов (2) от их концентрации на парафине при температуре 45 °С

Рис.3. Изотерма адсорбции фосфолипядов на подсолнечной

пятке

0,0£ О, i

Рис. 4. Изотерма адсорбции белковых веществ на подсолнечной мятке

а

do ■ ■

50 "

Ii

Ъь -U

0,01 о fil 0,01 qot qof

Ç *

Рис. 5. Изотерда адсорбции нежировых примесей зыульсяп белково-лишушого осадка на подсолнечной ютке

Рис. 6. Выход прессового ыасла из ыезга, обработанной ПАВ (I) я необработанной ПИВ (2)

Ряс. 7. Зависимость перехода фосфолшцдов (I, 2) в свободных корню: кислот (I', 2*) от давления при отядаанш

из ыезга: 1,1'- мягка, не обработанная ПАВ; 2, 2' - мягка, обработанная ПАВ

Йга. в. Зависимость перехода неодаляешпс йшшдов (I, 2) и яервичных продуктов окисления (I*; 2') от давления при оташшши иасла к обработки ПАЙ:

1,1'- Мягка, не обработанная ПАВ; 2, 1* - мягка* обработанная ПО

2М1

Рис. 9 . Дорограша обезаиренного даддаса подсолнечного (увлажнение ПАВ):

1 - интегральная кривая распределения объема пор;

2 - дифференциальная кривая распределения объема пор;

3 - гистограмма распределения групп пор по размерам

Рис. iO. Порсграша обезквреняого хшха подсолнечного (традиционный режим увлажнения):

1 - интегральная 'кривая распределения объема вор;

2 - дифференциальная кривая распределения объема нор;

3 - гистограмма распределения групп пор по размерам

Рис. 11 . Кинетическая кргвая эксгракцаи жмыха:

1 - жмых градационной подготовки к экстракция;

2 - ямшс, обработанный ПАВ

шгска

гранулы на экстракции паи смесь гранул и крупки

Рис. Ш. Блок-схема усовериенствоваааой технологии подготовки ядра в жмыха семя» подсолнечника к извлечению масла

о§раЙоткойБ8дБ 81*05-Ра®1Ией с предварительной