автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.06, диссертация на тему:Разработка технологии подготовки к дистилляции и дистилляционной рафинации подсолнечных масел

На правах рукописи

^ # \

ВЕСЕЛОВ Владимир Петрович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ К ДИСТИЛЛЯЦИИ ИДИСТИЛЛЯЦИОННОЙ РАФИНАЦИИ ПОДСОЛНЕЧНЫХ МАСЕЛ

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

АВТОРЕФЕРАТ

, диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар - 1998

Работа выполнена в Кубанском государственном технологическом университете.

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Е.П. Корнена

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, доктор технических наук, профессор В.Г.Щербаков; кандидат технических наук, И.ПЛртеиенко.

Ведущая организация: Северо-Кавказский филиал ВНИИЖиров.

Защита состоится 23 июня 1998 года в 10® часов на заседании диссертационного совета Д 063.40.01 Кубанского государственного технологического университета по адресу:

350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, корпус А, конференцзал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета (ул. Московская, 2, корпус А).

Автореферат разослан 22 мая 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Л.И. Янова

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1. Актуальность темы. Растительные масла являются одним из основных продуктов; вырабатываемых масложировой отраслью пищевой промышленности. Классическая технология рафинации большинства растительных масел включает стадии гидратации, щелочной нейтрализации, промывки, сушки, адсорбционной обработки и дезодорации. Одним из наиболее перспективных решений получения высокоочищенных растительных масел является замена щелочной нейтрализации на дистилляционную рафинацию, совмещенную с дезодорацией. Однако для успешного проведения указанного процесса растительные масла предварительно должны быть подвергнуты полной очистке от сопутствующих веществ: фосфолипидов, вос-ков, красящих, а также ионов тяжелых металлов, являющихся катализаторами окисления. Необходимость этого обусловлена тем, что присутствие в масле, поступающем на дезодорацию, перечисленных веществ даже в минимальных количествах приводит к существенному снижению качества готового продукта.

Ранее исследованиями было показано, что обработка подсолнечных масел гелем кремниевой кислоты позволяет сущесгзенио снизить содержание в масле воскоподобных веществ и некоторых неомыляемых липидов. Однако использование для получения геля фосфорной кислоты не позволяет эффективно дестабилизировать все сопутствующие вещества, а также приводит к образованхпо вязких гелезых осадков, которые не удается отделить от масла в поле центробежных сил на типовых промышленных сепараторах.

Таким образом, представленная работа, посвященная разработке технологии подготовки к дистилляции и дисгилляционного удаления свободных жирных кислот из подсолнечных масел, получаемых из современного маслосодержащего сырья, является актуальной и перспективной.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с программой МНТП "Товары народного потребления", направление № 6 "Разработка технологии и изготовление оборудования для биотехнологическнх процессов, фармации, пищевых продуктов и бытовой химии".

1.2. Цель работы. Целью настоящей работы является разработка технологии специальной подготовки к дистилляции и дисгилляционного удаления свободных жирных кислот из подсолнечных масел. С

1.3. Основные задачи исследования:

- изучение состава и особенностей взаимосвязи сопутствующих веществ гидратированных подсолнечных масел, вырабатываемых отечесгзен-

Автор выражает благодарность к.т.н., с.н.с. Бутинон Е.А. и к.т.н., .и.с. Герасименко Е.О. за оказание помощи в выполнении работы.

нымн маслоэкстракционными заводами по различным технологиям;

- выбор и обоснование способа дестабилизации и выведения сопутствующих веществ, содержащихся в гидратированных подсолнечных маслах, на основе изучения процессов гелеобразования при взаимодействии водных растворов лимонной кислоты и силиката натрия;

- определение условий подготовки системы «масло-гелевый осадок сопутствующих веществ» к эффективному разделению фаз;

- изучение состава и реологических характеристик гелевого осадка сопутствующих веществ;

- разработка технологии подготовки подсолнечных масел к дистил-ляционному удалению свободных жирных кислот, определение оптимальных режимов;

- исследование влияния электромагнитной активации на величину упругости паров и ассоциацию свободных жирных кислот подсолнечных масел;

- выявление возможности снижения температурных режимов процесса дистилляционного удаления свободных жирных кислот;

- разработка эффективной технологии получения рафинированных дезодорированных подсолнечных масел с применением методов химической поляризации и электромагнитной активации;

- изучение качественных показателей получаемых рафинированных дезодорированных подсолнечных масел;

- разработка рекомендаций по использованию гепевых осадков и потопов жирных кислот и одорирующих веществ.

1.4. Научная новизна. Установлено влияние различных поляризующих агентов на состав и степень взаимосвязи сопутствующих веществ гидратированных подсолнечных масел. Выявлено, что обработка гидратированных масел раствором лимонной кислоты в зоне воздействия переменного вращающегося электромагнитного поля позволяет наиболее эффективно разрушить межмолекулярные связи сопутствующих веществ, а последующая обработка водным раствором силиката натрия - максимально вывести сопутствующие вещества и ряд минорных компонентов подсолнечных масел, в частности хлорорганические пестициды, ионы тяжелых металлов и металлов переменной валентности. Впервые на основе экспериментального исследования процессов гелеобразования при взаимодействии водных растворов лимонной кислоты и силиката натрия установлены и теоретически обоснованы количественные и концентрационные 1раницы образования гелей, обладающих оптимальной структурой. Экспериментально установлены наилучшие соотношения и характеристики растворов лимонной кислоты и силиката натрия, а также параметры электромагнитного поля и температура

процесса обработки масел, позволяющие максимально вывести из них сопутствующие вещества. Впервые экспериментально определен вклад электромагнитного переменного поля в общую эффективность обработки масел раствором лимонной кислоты в электромагнитном активаторе при дестабилизации системы «негидратируемые фосфолипиды - неомыляемые липиды». Установлено, что предварительная обработка системы "масло - гелевый осадок сопутствующих веществ" в постоянном магнитном поле определенных параметров перед разделением фаз позволяет максимально интенсифицировать процесс адсорбции и коагуляции, что приводит к последующему эффективному разделению системы как методом отстаивания под действием гравитации, так и методом сепарирования в поле центробежных сил. Теоретически обосновано и экспериментально доказано, что предварительная обработка масла в электромагнитном поле определенных параметров позволяет существенно повысить упругость паров свободных жирных кислот за счет снижения степени их ассоциации и, следовательно, повысить эффективность дистилляционного удаления свободных жирных кнслот и одорирующих веществ из подсолнечных масел. Основные технические и технологические решения защищены 9 патентами РФ.

1.5. Практическая значимость. Разработана эффективная технология подготовки гидратированных подсолнечных масел к дистнлляционному удалению свободных жирных кислот, обеспечивающая максимальное выведение сопутствующих веществ, ионов тяжелых металлов и хлорорганических пестицидов. На основании исследований реологических характеристик геле-вых осадков сопутствующих веществ показана возможность их отделения как методом отстаивания с использованием тонкослойных отстойников, так и в поле центробежных сил с использованием сепараторов. Разработаны рекомендации по использованию гелевых осадков в качестве жирового сырья для производства мыл. Разработан способ электромагнитной активации масла перед дистилляционным удалением свободных жирных кислот, позволяющий существенно (на 20 %) снизить температуру процесса. Разработана технология дистилляционного удаления свободных жирных кислот из подсолнечных масел, позволяющая получать рафинированные дезодорированные масла, обладающие повышенной устойчивостью к окислению и реверсии вкуса и запаха. Разработаны технологическая инструкция ТИ 9146-00300333546-98 по подготовке подсолнечных масел к процес£'у удаления свободных жирных кислот и технологическая инструкция ТИ 9146-00202067862-98 по производству рафинированных дезодорированных подсолнечных масел.

1.6. Реализация результатов исследования. Предлагаемая технология проверена з опытных условиях научно-исследозательской лабораторт! ка-

федры технологии жиров КубГТУ и в опытно-промышленных условиях Екатеринбургского жиркомбината. Технология принята к внедрению Екатеринбургским жиркомбинатом в III квартале 1998 года. Ожидаемый экономический эффект от внедрения составит 6 млн. 487,2 тыс. рублей в год при производительности линии 200 т/сутки рафинированного дезодорированного масла.

1.7. Апробация работы. Материалы работы были представлены на Российской научно-технической конференции РНТК "Совершенствование технологических процессов пищевой промышленности и АПК", г. Оренбург, май, 1996 г.; на Международной конференции по методам исследования и технологиям получения экологически чистых продуктов, г. Анапа, октябрь, 1996 г., на Международной конференции по продуктам продовольствия "Прогрессивные экологически безопасные технологии хранения и комплексной переработки сельскохозяйственной продукции для создания продуктов питания повышенной пищевой и биологической ценности" г. Углич, сентябрь, 1996 г., на Международной научно-технической конференции "Пищевая промышленность России на пороге XXI века", г. Москва, ноябрь, 1996 г., на Международной научно-технической конференции «Научно-технический прогресс в агроиндустрии», г. Ялта, май, 1997 г.

1.8. Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 6 научных статей и тезисов докладов, получено 9 решений о выдаче патентов РФ.

1.9. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, методической части, экспериментальной части, содержащей 7 разделов, раздела по разработке технологии получения рафинированных дезодорированных подсолнечных масел и раздела по опытно-промышленным испытаниям, выводов и предложений, списка литературы и 12 приложений. Основная часть работы выполнена на 122 страницах машинописного текста, включает 19 таблиц и 12 рисунков. Список литературы включает 165 наименований, из них 57 на иностранных языках.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Методы исследования. При проведении экспериментальных исследований использовали стандартные методики, рекомендуемые ВНИИ-Жиров, а также современные методы физико-химического анализа: спектроскопию (УФ-, ИК-, атомно-абсорбционную), хроматографию тонкослойную (ТСХ), газожидкосгную (ГЖХ) и высокоэффективную жидкостную (ВЭЖХ). Кроме этого были использованы орш ¡:;:альн«р методики - модифицированный метод диализа в непрерывном потоке и метод определения изменения упругости паров жирных кислот и их смесей.

2.2. Характеристика объектов исследования. В качестве объектов исследования были взяты гидратированные подсолнечные масла, вырабатываемые на Миллеровском МЭЗе по типовой технологии, а также на Лабин-ском МЭЗе - по специальной технологии с использованием электромагнитных воздействий и химической поляризации (таблица 2.1). Из данных таблицы 2.1 видно, что гидратированные масла, полученные как по традиционной, так и по специальной технологии, содержат достаточно высокое количество сопутствующих веществ, включающих негидратируемые фосфолипи-ды, воскоподобные вещества, коричневые пигменты и другие неомыляемые липиды, а также ионы металлов.

Таблица 2.1 - Физико-химические показатели гидратированных подсолнечных масел

Наименование показателей Образцы гидратированных масел

по традиционной технологии (Миллеровский МЭЗ) по специальной технологии (Лабинский МЭЗ)

Кислотное число, мг КОН/г 1,34-3,50 1,25-3,20

Цветность, мг 1г 25-35 25-30

Перекисное число,

1/2 ммоль О/кг 5,03-7,98 4,12-6,11

Массовая доля,%:

фосфолипидов 0,30-0,35 0,10-0,20

неомыляемых липидов, в 0,70-0,87 0,50-0,79

том числе:

воскоподобных веществ 0,10 -0,22 0,10-0,21

коричневых пигментов 0,05-0,09 0,04-0,07

Массовая доля металлов,

%• 10- 0,98-1,12 0,29-0,34

Таким образом, учитывая требования, предъявляемые к маслам, направляемым на дистилляционное удаление свободных жирных кислот, необходимой является разработка специальной технологии подготовки гидратированных подсолнечных масел к этому процессу.

2.3. Изучение влияния реагентов на взаимосвязь сопутствующих веществ. Ранее было показано, что воскоподобные вещества *и другие неомыляемые липиды находятся в гидратированных маслах в виде сложных соединений с молекулами негидратируемых фосфолипидов. Учитывая, что такие соединения обладают повышенной устойчивостью, а также полученные нами ранее данные, исследовали возможность дестабилизации таких соединений с использованием метода химической поляризации кислотными pea-

гентами. В качестве реагентов были использованы водные растворы фосфорной кислоты с массовой долей 7%, лимонной кислоты с массовой долей 1% и смеси лимонной и янтарной кислот в соотношении 1,5:1,0 с массовой долей кислот 1%. Концентрации и количества растворов кислот были определены предварительными экспериментами. Образцы подсолнечных масел, гидратированных водой по традиционной технологии, обрабатывали указанными реагентами, взятыми в количестве 0,5 % к массе масла, а затем центрифугировали в течение 10 минут при частоте вращения 100 с1. Обработанные таким образом масла подвергали диализу в непрерывном потоке и исследовали по схеме, приведенной на рисунке 2.1 (таблица 2.2).

Исследуемые масла

Диализ против гексана

Диализат

Содержимое диализационной каме

Отделение нейтральных липидов тонкослойной хроматографией

Нейтральные лит£ы~

Фосфолип!

¡иды и связан-

ные с ними вещества

Определение неомыляемых липидов

Рисунок 2.1 - Схема диализа в непрерывном потоке

Данные таблицы 2.2 показывают, что при диализе масел, обработанных лимонной кислотой, воскоподобные вещества полностью переходят в диализат, при этом в диализате также возрастает суммарное содержание неомыляемых липидов. Это позволяет сделать вывод о том, что обработка гидратированных масел раствором лимонной кислоты приводит к наиболее эффективному разрушению связей между негидратируемыми фосфолипида-ми, воскоподобными веществами и другими неомыляемыми липидами.

2.4. Разработка способа дестабилизации и выведения сопутствующих веществ из гидратированных подсолнечных масел. Принимая во внимание полученные нами данные о том, что лимонная кислота является наиболее эффективным реагентом, дестабилизирующим связи негидратируемых фос-фолипидов с воскоподобными веществами и другими неомыляемыми липидами, а также учитывая имеющиеся сведения о высоких адсорбционных свойствах геля кремниевой кислоты, изучали возможность удаления указанных сопутствующих веществ путем их адсорбции на геле кремниевой кислоты, образованном при взаимодействии водных растворов лимонной

Таблица 2.2 - Влияние реагентов на перераспределение сопутствующих веществ при диализе

Массовая доля, %

Образец Выход,% фосфора неомыля емых липидов воскопо- добных веществ

Масло гилратированное

исходное - 0,011 0,85 0,15

Диализат 97,65 0,010 0,80 0,13

Диализационная камера 2,05 0,467 3,20 0,94

Масло гилратированное.

обработанное фосфорной 0,006 0,80 0,14

кислотой •

Диализат 98,37 следы 0,78 0,14

Диализационная камера 1,29 0,465 2,30 0,31

Масло гилратированное.

обработанное лимонной 0,005 0,79 0,14

кислотой

Диализат 98,45 следы 0,78 0,15

Диализационная камера 1,15 0,464 2,07 отсутствие

Масло гилратированное.

обработанное смесью ли- 0,005

монной и янтарной кислот * 0,79 0,14

Диализат 98,47 следы 0,78 0,14

Диализационная камера 1,10 0,462 2,21 0,02

кислоты и силиката натрия. Учитывая тот факт, что процесс гелеобразова-ния силиката натрия с различными кислотами имеет специфический характер, изучали особенности данного процесса. При проведении экспериментов варьировали концентрацию растворов лимонной кислоты в интервале от 1 до 10 %, плотность растворов силиката натрия от 1,1 до 1,3 г/см3, при этом температура процесса во всех опытах составляла 30 °С. Установлено, что процесс образования геля кремниевой кислоты при взаимодействии растворов лимонной кислоты и силиката натрия характеризуется верхней и нижней границей гелеобразования, которые определяются количественными и концентрационными соотношениями указанных растворов. Показано, что гели, обладающие наилучшими характеристиками для адсорбции сопутствующих веществ, образуются при использовании растворов силиката натрия плотностью 1,1 г/см3. Определены границы гелеобразования для раствора

силиката натрия указанной плотности и исследуемых растворов лимонной кислоты (рисунок 2.2).

\

>- | ___г

т

о а 4 с а ю

Концентрация раствора лимонной кислоты, %

Рисунок 2.2 - Область ге-леобразования в системе "раствор лимонной кислоты - раствор силиката натрия": I - верхняя граница; 2 - нижняя граница

Область, заключенная между представленными кривыми, представляет собой множество пар значений концентрации и количества растворов лимонной кислоты, образующих гель с определенным количеством (20 смЗ) раствора силиката натрия. Это позволяет рассчитывать параметры рабочих растворов лимонной кислоты и силиката натрия, обеспечивающих при взаимодействии получение геля кремниевой кислоты. Предельные значения, определяющие соотношение компонентов в системе «раствор лимонной кислоты - раствор силиката натрия» и позволяющие получить структурированные гели, представлены в таблице 2.3.

Для выявления влияния соотношений компонентов в получаемом геле на его сорбционную активность варьировали концентрацию раствора лимонной кислоты, а соотношение растворов лимонной кислоты и силиката натрия определяли по рисунку 2.2, при этом общий объем геля составлял 1,2% к массе масла. Сформировавшийся осадок геля кремниевой кислоты с адсорбированными сопутствующими веществами отделяли центрифугированием (таблица 2.4).

Показано, что с увеличением концентрации раствора лимонной кислоты наблюдается снижение массовой доли фосфолипидов в масле при одновременном некотором увеличении остаточного количества неомыляемых

Таблица 2.3 • Предельные соотношения растворов лимонной кислоты и силиката натрия, определяющие процесс гелеобразования*

Границы гелеобразования Объемное отношение растворов лимонной кислоты и силиката натрия, при концентрации раствора лимонной кислоты, %

3,0 4,0 6,0 8,0 10,0

Нижняя 1 :0,48 1 :0,71 1:1,33 1:1,82 .'. 1 :2Д2 Верхняя 1 :0,43 1 :0,54 1:0,80 1 :0,91 1 :0,95

♦Примечание: Для раствора лимонной кислоты концентрацией 2,5% преобразование наступает при соотношении растворов 1 : 0,35, которое соответствует пересечению нижней и верхней кривых

Таблица 2.4 - Влияние концентрации раствора лимонной кислоты на степень выведения сопутствующих веществ

Показатели Масло гидратированное

Исход Последовательно обработанное рас-

ное творами лимонной кислоты п силика-

та натрия, при концентрации раствора

лимонной кислоты, %

3 4 6 8 10

Кислотное число,

мг КОН/г 3,25 2,66 2,77 2,80 2,83 2,93

Цветность, мг Ь 20 15 ю 10 15 15

Массовая доля,% :

фосфолипидов 0,28 0,12 0,11 0,09 0,07 0,06

неомыляемых

липидов, в том числе 0,84 0,19 0Д1 0,24 0,27 0,30

воскоподобных

веществ 0,15 0,06 0,03 0,01 0,02 0,04

коричневых

пигментов 0,09 0,02 0,02 0,03 0,03 0,04

Перекисное число,

1/2ммольО/кг 5,90 5,11 3,67 3,64^ ^3,90 4,15

Степень прозрачности, - ■»

фем 30 18 8 3 6 9

липидов, в том числе воскоподобных веществ и коричневых пигментов. При этом следует отметить, что характер изменения содержания в масле коричневых пигментов находится в корреляции с изменением его цветности. Сии-

жение эффективности удаления неомыляемых липидов связано как с изменением адсорбционных свойств геля, обусловленных его структурно-реологическими характеристиками, так и с недостатком общей эффективной поверхности адсорбции геля из-за преимущественной сорбции на ней фос-фолипидов, как наиболее полярных веществ. Для уточнения необходимой массовой доли геля, определяемой суммарным количеством вводимых растворов реагентов, и выявления оптимальных условий его структурообразо-вания, определяемых концентрацией вводимой лимонной кислоты, проводили 2-х факторный эксперимент. Оптимизация эффективности выведения сопутствующих веществ позволила определить следующие значения факторов: концентрация раствора лимонной кислоты - 7,0 %, количество геля -1,5 % к массе масла, что при выбранном соотношении и выявленном значении концентрации лимонной кислоты соответствует количествам растворов - лимонной кислоты 0,60 % и силиката натрия 0,90 % к массе масла. При этом величина суммарной эффективности выведения негидратируемых фос-фолипидов, коричневых пигментов и воскоподобных веществ составила 85,0%. Известно, что переменные вращающиеся электромагнитные поля, создаваемые электромагнитным активатором (ЭМА), влияют практически на все виды межмолекулярных связей, а использование ЭМА в качестве смесителя обеспечивает интенсивное контактирование фаз гетерогенных систем. В связи с этим представляло интерес исследовать возможность использования электромагнитной активации как фактора, способствующего повышению эффективности дестабилизации сопутствующих веществ. Для выяснения вклада электромагнитного поля в суммарную эффективность процесса использовали ЭМА специальной конструкции, обеспечивающий одинаковые гидродинамические режимы с воздействием и без воздействия электромагнитного поля (таблица 2.5).

Показано, что осуществление процесса смешивания масла с лимонной кислотой в ЭМА без воздействия электромагнитного поля практически не влияет на степень выведения сопутствующих веществ. При одновременном воздействии на систему «масло-раствор лимонной кислоты» механического и электромагнитного воздействий степень выведения всех сопутствующих веществ возрастает и достигает максимума при индукции электромагнитного поля 0,4 Тл. Последующее увеличение индукции не влияет на эффективность процесса.

2.5. Определение условий подготовки системы «масло - гелевый осадок сопутствующих веществ» к разделению. Ранее было показано, что для повышения эффективности разделения системы «масло - гель кремниевой кислоты», образованный при взаимодействии растворов фосфорной кислоты и силиката натрия, целесообразно подвергать ее предварительной

Таблица 2.5 - Влияние электромагнитного воздействия на эффективность обработки

Масло гидратированное и обработанное гелем кремниевой кислоты

Показатели Контроль Смешение масла с раствором лимонной кислоты в ЭМА

(в обычном Без з.-м. В электромагнитном поле при индукции, Тл

смесителе) поля 0,1 од 0,3 0,4 0,5

Кислотное число, мг КОН/г 2,80 2,78 2,75 2,70 2,70 2,65 2,65

Массовая доля,%:

фосфолипидов 0,07 0,07 0,06 0,04 0,02 отсутствие

неомыляемых липи- 0,25 0,24 0Д1 ОД) 0,19 0,18 0,18

дов, в том числе:

воскоподобных 0,03 0,03 0,02 0,01 отсутствие

веществ

коричневых пиг- 0,03 0,03 0,03 0,02 0,01 0,01 0,01

ментов

Степень прозрачности, фем 9 9 8 5 3 3 3

обработке в постоянном магнитном поле, создаваемом аппаратом магнитной обработки. Учитывая это, были проведены исследования влияния магнитного поля различных параметров на эффективность выведения сопутствующих веществ. Показано (рисунок 2.3), что наибольшая скорость осаждения гелевого осадка и максимальная эффективность процесса наблюдаются при величине индукции магнитного поля 0,9 Тл, при этом последующее увеличение магнитной индукции до 1,2 Тл практически не приводит к дальнейшему повышению эффективности процесса.

Учитывая, что для более эффективного разделения системы, процесс формирования дисперсной фазы должен быть завершен перед подачей системы на разделение и принимая во внимание особенности отделяемого гелевого осадка сопутствующих веществ, проводили уточнение необходимого времени экспозиции. Было показано, что для более эффективного разделения системы необходима ее экспозиция в течение 15 мин>х

2.6. Анализ качественных показателей масел, получаемых при обработке по разработанному способу. Показано, что масла, обработанные по разработанным режимам, имеют более высокие качественные показатели по сравнению с маслами, обработанными с применением растворов фосфорной кислоты и силиката натрия по известным режимам. Особенно это касается

Рис.2.3 - Влияние величины магнитной индукции на агрегативную устойчивость системы «масло - гелевый осадок сопутствующих веществ» (I = 30СС): 1 - без обработки; 2 - магнитная индукция 0,3"Гл; 3 - 0,5Тл; 4 - 0,7Тл; 5-0,9Тл; 6- 1,2Тл

значительного снижения неблагоприятных токсических веществ, таких как ГХЦГ и ДДТ, содержание которых не превышает предельно допустимых концентраций для пищевых подсолнечных масел. Это, по-видимому, можно объяснить использованием лимонной кислоты, а также осуществлением ее смешения с гидратированным маслом в ЭМА, что обусловливает наибольшую степень разрушения различного рода межмолекулярных связей негид-ратируемых фосфолипидов с неомыляемыми липидами, ионами металлов и некоторыми метаболитами ГХЦГ и Д ДТ. Низкое содержание в полученных маслах неблагоприятных Беществ и токсических элементов делает возможным проведение исследований в направлении изыскания возможности снижения температуры дистилляции.

2.1. Изучение состава и реологических характеристик гелевых осадков сопутствующих веществ. Учитывая, что основным недостатком ранее проведенных работ являлась невозможность отделения гелевых осадков сопутствующих веществ методом центрифугирования с использованием сепараторов, изучали их состав и реологические характеристики. Для сравнения аналогичные исследования проводили на осадках, полученных в результате обработки масла растворами фосфорной кислоты н силиката натрия. Гель кремниевой кислоты отделяли от масла по двум вариантам: отстаиванием на стендовой установке, представляющей собой лабораторную модель тонкослойного непрерывнодействующего отстойника и центрифугированием в течение 5 минут при частоте вращения 100 с-1 (таблица 2.6).

Установлено, что разработанная технология обеспечивает меньшие потери нейтрального жира и, следовательно, больший выход целевого продукта. С целью разработки рекомендаций по использованию гелевых осадков изучали распределение восковых веществ и пестицидов между липидной

и нелипидной составляющими осадков. Для этого проводили их обезжиривание и исследовали состав обезжиренного осадка и выделенной липидаой фракции (таблица 2.7).

Таблица 2.6 - Состав гелевых осадков сопутствующих веществ

Осадок, полученный по технологии

Показатели разработанной известной

центрифу отстаи- центрифу отстаи-

• гировани- ванием гнрованн ванием

ем ем

Содержание, %:

влаги и летучих веществ 69 62 61 58

общего жира 19 26 29 32

жирных кислот 12,4 15,4 14,4 16,2

нейтрального жира 6,6 10,6 14,6 • 14,8

Соотношение «нейтральный

жир-жирные кислоты» 1,0:1,9 1,0:1,5 1,0:1,0 1,0:1,1

Массовая доля, %:

фосфолипидоз 6,8 6,9 5,6 5,6

неомыляемых липидов, 5,2 5,1 4,4 4,4

в том числе воскоподоб-

ных веществ 1,48 1,46 1,17 1,16

Таблица 2.7 - Состав фракций гелевого осадка сопутствующих веществ

Показатели Липидная фракция осадка, полученного по технологии Обезжиренный гелевын осадок, полученный по технологии

разработан ной известной разработан ной известной

Массовая доля,%:

воскоподобных веществ 3,90 2,85 нет следы

ГХЦГ (сумма изомеров) 0,12 0,92 4,55 1,81

ДДТ (сумма изомеров) 0,05 0,08 из 1,29

Показано, что практически все воскоподобные вещества находятся в липидной фракции, тогда как токсические веществ: ГХЦГ и ДДТ - в обезжиренном осадке. Это позволяет рекомендовать выделение из полученных осадков липидной фракции с последующим ее использованием в качестве жировой основы при производстве специальных мыл.

В результате исследования реологических характеристик осадков показано, что наиболее низкой вязкостью и, соответственно, большей текучестью обладают осадки, полученные по разработанной технологии (рисунок 2.4). Это связано с особенностями структуры образующегося геля, а также объясняется большим содержанием в нем водной фазы. Учитывая, что осадки, полученные по разработанной технологии, близки по вязкостным характеристикам к соапстокам, для отделения которых в промышленности широко применяют сепарирование в поле центробежных сил, можно сделать обоснованный вывод о возможности отделения данных осадков с использованием центробежных сепараторов. .Последнее было подтверждено опытно-промышленными испытаниями в условиях Екатеринбургского жир-

Рис. 2.4. - Зависимость эффективной вязкости (тО от скорости сдвига (у) для гелевых осадков сопутствующих веществ, полученных: 1,2- по разработанной технолии; Г, 2' - по существующей и отделенных: 1, Г - отстаиванием; 2,2' - центрифугированием

2.8. Выявление возможности снижения температурных режимов процесса дистилляционного удаления свободных жирных кислот. Проведенные нами исследования показали, что предварительная обработка гидратиро-ванных масел по разработанной технологии позволяет значительно снизить подержание в маслах пестицидов. Это позволило предположить возможность снижения температурных режимов процесса дистилляционного удаления свободных жирных кислот. На практике показано, что температуры кипения смесей жирных кислот обычно бывают выше теоретических и в отдельных случаях даже выше температуры кипения наиболее высоко кипящего компонента. Это связано с тем, что жирные кислоты в растворах полярных и малополярных растворителей находятся в ассоциированном состоянии, обусловленном возникновением водородных связей. Ранее было дока-

комбината.

Скорость сдвига, с

зано, что использование вращающихся электромагнитных полей способствует снижению степени ассоциации фосфолипидов и индивидуальных жирных кислот в неполярных и малополярных растворителях. В связи с этим изучали влияние вращающихся переменных электромагнитных полей с различными значениями магнитной индукции на изменение упругости паров жирных кислот в масле. Для этого готовили раствор смеси свободных жирных кислот, выделенных из подсолнечного масла в модельном рафинированном дезодорированном подсолнечном масле. Полученные растворы обрабатывали при температуре 90 °С в электромагнитном активаторе специальной конструкции с наложением и без наложения электромагнитного поля и измеряли изменение упругости их паров по сравнению с исходными необработанными растворами (таблица 2.7).

Таблица 2.7 - Влияние электромагнитной активации на изменение упругости паров жирных кислот

Температура, °С Изменение упругости паров, ДР, кПа смеси свободных жирных кислот после обработки в ЭМА

Без поля С электромагнитным полем при индукции, Тл

0,1 од 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

180 не от- 0,06 0,38 0,89 1,22 1,39 1,46 1,46

200 меняет- 0,06 0,21 0,74 1,03 U2 1,35 1,35

220 ся 0,04 0,16 0,39 0,74 0,93 1,11 1,11

При определении упругости паров температура составляла 180220 °С, остаточное давление - 1,96 кПа. Показано, что обработка в ЭМА без воздействия электромагнитного поля практически не оказывает влияния на изменение упругости паров жирных кислот. При увеличении магнитной индукции давление упругости паров возрастает и достигает максимума при величине магнитной индукции 0,6 Тл, при дальнейшем ее увеличении давление паров практически не изменяется. Таким образом, полученные данные подтверждают тот факт, что между свободными жирными кислотами, находящимися в подсолнечном масле, существуют некоторые взаимодействия даже при температурах порядка 220 °С, которые нарушаются под воздействием электромагнитного переменного поля. Сделанный вывод был доказан специальными опытами, показавшими, что жирные кислоты в неполярных растворителях находятся в виде ассоциатов, образованных посредством водородных связей, которые разрушаются под влиянием электромагнитного воздействия. В целях практического подтверждения сделанных выводов

проводили опыты по дистилляционному удалению свободных жирных кислот из масел, полученных по разработанному способу с предварительной обработкой в ЭМА при магнитной индукции 0,5 Тл, и без обработки. Дистилляцию проводили на стендовой лабораторной установке в течение 60 мин при остаточном давлении 1,0 кПа, температуру варьировали в пределах 160-220 °С (таблица 2.8). Установлено, что предварительная обработка масла в электромагнитном поле позволяет снизить температуру дистилляции до 180 <>С.

Таблица 2.8 - Качественные показатели дезодорированных масел

Образец Показатели

Кислотное чис- Органолепти

ло, мг КОН/г ческая оценка, баллы

Масло с предварительной обработкой в

ЭМА, дистилляция при температуре, °С:

160 0,24 39-40

180 0,16 43-46

200 0,09 43-46

220 0,08 43-46

Масло без предварительной обработки в

ЭМА, дистилляция при температуре, °С:

160 0,62 36-38

180 0,51 39-40

200 0ДЗ 39-40

220 0,09 43-46

2.9. Разработка технологии и технологической схемы получения рафинированных дезодорированных масел. Разработана технология и технологическая схема получения рафинированных дезодорированных масел с применением предварительной обработки гелем кремниевой кислоты и использованием электромагнитной активации на различных стадиях процесса (рисунок 2.5).

Основные технологические режимы приведены в таблице 2.9.

Разработанные технологические режимы подготовки подсолнечного масла к дистилляционной рафинации и собственно дистилляционного удаления свободных жирных кислот и одорирующих веществ защищены 9 патентами РФ. На основании этих режимов разработана технологическая инструкция на производство рафинированных дезодорированных подсолнечных масел.

I- емкость для гидрзтированного масла; 2, II, 15, 18, 21, 24, 26, 29, 36; 39 - насос; 3, 12, 32, 30, 36 - ротаметр; 4, 13, 19 • теплообменник; 5, 16 - электромагнитный активатор; 6 - лопастной смеситель; 7 - аппарат магнитной обработки (AMO); 8 -экспознтор; 9 - тонкослойный отстойник, 10 - емкость для "обработанного масла; 14 - вакуум-сушильный аппарат; 17 -деаэратор; 20 - дезодоратор; 22 - холодильник; 23 - емкость рафинированного дезодорированного масла; 25 - сборник гелевого осадка; 27 - емкость для приготовления раствора лимонной кислоты; 28; 31; 35; 38 - промежуточная емкость; 33 - емкость для, timiiKS/ra натрия; 34 - автоклав для прнговлеш!* раствора силиката натрия; 37 - фильтр.

Таблица 2.9 - Основные технологические режимы

Наименование стадии и показателя Величина показателя

1. Обработка гилратированного масла реагентами:

Смешение с водным раствором лимонной ки-

слоты в переменном вращающемся поле:

Магнитная индукция, Тл 0,4

Температура, °С 30

Концентрация раствора лимонной кислоты, % 7,0

Количество раствора лимонной •

кислоты, % к массе масла 0,60

Смешение с водным раствором силиката натрия:

Плотность, г/см3 1,1

Количество раствора силиката натрия,

% к массе масла - 0,90

Температура процесса, °С 30

2. Обработка системы перед разделением фаз в по-

стоянном магнитном поле:

Магнитная индукция, Тл 0,9

Температура, °С 30

3. Экспозиция системы перед разделением фаз:

Время, мин. 15

Температура, °С 30

4. Разделение фаз на центробежных сепараторах:

Температура, °С 30

Противодавление, МПа ОД

5. Подготовка масла перед дистилляиионным уда-

лением жирных кислот:

Обработка в переменном вращающемся элек-

тромагнитном поле:

Магнитная индукция, Тл 0,6

Температура, °С 90

Расход лимонной кислоты, г/т 30

6. Дистилляционная рафинация:

Температура, °С 180

Остаточное давление, кПа 0,4-0,5

Оценку качества рафинированного дезодорированного масла, выработанного на опытно-промышленной установке по разработанной технологии, проводили в сравнении с контролем (таблица 2.10).

Таблица 2.10 - Качественные показатели рафинированных

дезодорированных масел

Показатели Рафинированное дезодорированное масло по технологии

Существующей на Екатеринбургском жир-комбинате Разработанной

Кислотное число,

мгКОН/г 0,10-0,13 0,05-0,07

Цветность, мг Ь 10 5

Массовая доля, %: *

фосфолипидов отсутствие отсутствие

неомыляемых липидов, 0,30-0,45 0,15-0 ДО

в том числе воскоподобных веществ 0,03-0,05 ' отсутствие

коричневых пигментов 0,03 0,01

Массовая доля металлов,

%102 0,65-0,69 0,12-0 ДО

Перекисное число,

1/2 ммоль О/кг 0,64-0,76 0,05-0,10

Коэффициенты поглощения

при длине волны, нм:

232 1Д1-1.26 0,37-0,44

268 1,38-1,46 0,36-0,43

Степень прозрачности, фем 20 3

Органолептическая оценка, баллы 43-45 46-47

Реверсия вкуса и запаха - органо-

лептическая оценка через 30 дней,

баллы 39-42 46-47

Выход масла, % 97,18 93,44

Показано, что рафинированные дезодорированнь!е_масла, полученные по разработанной технологии, не только не уступают контрольному образцу, но и превосходят его по многим показателям. Показано, что погоны, полученные в результате процесса дистилляционной рафинации, состоят в основном из жирных кислот, непосредственно отогнанных из масла, а таюхе в них содержатся токоферолы, стеролы и практически отсутствуют пестицн-

ды и токсичные вещества. Это позволяет их рекомендовать для использования в качестве жирового рецептурного компонента при производстве мыл со специальными добавками жирорастворимых витаминов.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Проведенные исследования позволили разработать эффективную технологию подготовки гидратированных масел к дистилляционному удалению свободных жирных кислот и получить высококачественные рафинированные дезодорированные масла, обладающие повышенной физиологической ценностью, устойчивостью к окислению и не подверженных реверсии вкуса и запаха.

1. Методом диализа в непрерывном потоке выявлено, что наиболее эффективное разрушение межмолекулярных связей сложных соединений не-гидратируемых фосфолипидов с воскоподобными зеществами и другими не-омыляемыми липидами обеспечивает обработка гидратированных масел раствором лимонной кислоты.

2. В результате изучения особенностей образования геля кремниевой кислоты в системе водных растворов лимонной кислоты и силиката натрия установлены концентрационные границы гелеобразования, при этом выявлена зависимость между концентрациями реагирующих компонентов и характеристиками структуры образуемого геля.

3. В результате математической обработки экспериментальных данных установлено, что наибольшая интегральная эффективность выведения сопутствующих веществ из масел достигается при использовании для гелеобразования раствора лимонной кислоты концентрацией 7,0 % в количестве 0,6 % к массе масла и раствора силиката натрия плотностью 1,1 г/см3 в количестве 0,9 % к массе масла.

4. Экспериментально доказано, что использование переменного вращающегося электромагнитного поля с магнитной индукцией 0,4 Тл на стадии обработки масла раствором лимонной кислоты позволяет максимально вывести сопутствующие вещества за счет их наиболее полной дестабилизации и последующей эффективной адсорбции на геле кремниевой кислоты. Определен вклад электромагнитного переменного поля в общую эффективность обработки масел раствором лимонной кислоты в электромагнитном активаторе при дестабилизации системы «негидратируемые фосфолипиды -неомыляемые липиды».

5. Установлено, что предварительная обработка системы "гидратированное масло - гелевый осадок сопутствующих веществ" в постоянном магнитном поле индукцией 0,9 Тл перед разделение фаз позволяет

максимально интенсифицировать процесс коагуляции, а последующая экспозиция в течение 15 минут - наиболее эффективно разделить указанную систему. Экспериментально доказана возможность отделения осадкса, получаемых по разработанной технологии, как методом сепарирования на центробежных сепараторах, так и методом отстаивания с использованием тонкослойных отстойников непрерывного действия.

6. Выявлено, что предварительная обработка подсолнечного масла в переменном вращающемся электромагнитном поле с индукцией 0,5-0,6 Тл приводит к увеличению упругости паров свободных жирных кислот за счет снижения степени их межмолекулярной ассоциации, что позволяет снизить температуру дистилляционной рафинации до 180 °С.

7. Определены основные технологические режимы, обусловливающие наибольшую эффективность процесса получения рафинированных дезодорированных подсолнечных масел:

- обработка гидратированного масла реагентами: смешение с раствором лимонной кислоты в переменном вращающемся поле с магнитной индукцией 0,4 Тл; количество 7,0 %-ного раствора лимонной кислоты 0,6 % к массе масла; количество силиката натрия плотностью 1,1 г/см3 - 0,9 % к массе масла; температура процесса 30°С;

- обработка системы в постоянном магнитном поле перед экспозицией : магнитная индукция 0,9 Тл, температура - 30°С;

- экспозиция системы перед разделением фаз в течение 15 мин.;

- подготовка масла перед дистилляционным удалением свободных жирных кислот путем обработки в переменном вращающемся электромагнитном поле: магнитная индукция 0,6 Тл, температура - 90 °С;

- дисгилляционная рафинация: температура 180 °С, остаточное давление 0,4-0,5 кПа.

8. Разработана технология получения рафинированных дезодорированных растительных масел, устойчивых к окислению и реверсии вкуса и запаха. Разработанная технология принята к внедрению на Екатеринбургском маслозаводе в III квартале 1998 года. Ожидаемый экономический эффект от внедрения технологии составит 6 млн. 487,2 тыс. рублей в год при производительности линии 200 т/сутки.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: -

1. Технология выведения негидратируемых фосфолипидов и восхо-подобных веществ из подсолнечных масел. Тез докл. на Российской научно-технической конференции РНТК "Совершенствование технологических процессов пищевой промышленности и АПК", г. Оренбург, 15-17 мая 1996 г. (в соавторстве с Илларионовой В.В., Черкасовым В.Н. и др.).

2. Положительное решение на выдачу патента РФ по заявке № 96115431 от 31.07.96г. Способ рафинации растительных масел, (в соавторстве с Корненой Е.П., Бутиной Е.А., Тарабаричевой JI.A. и др.).

3. Положительное решение на выдачу патента РФ по заявке № 96-21332/13(027915) от 29.10.96г. Способ рафинации растительных масел, (в соавторстве с Герасименко Е.О., Бутиной Е.А., Корненой Е.П. и др.).

4. Технология и аппаратурное оформление процесса выведения не-гидратируемых фосфолипидов и воскоподобных веществ. Тез. докл. на Международной конференции по продуктам продовольствия, г. Углич, октябрь, 1996г. (в соавторстве с Корненой Е.П., Илларионовой В.В., Тарабаричевой Д.А. и др.)

5. Анализ группового состава фосфолипидов диетических продуктах и продуктах специального назначения методом ВЭЖХ. Тез. докл. на Международной конференции по методам исследования и технологиям получения экологически чистых продуктов, г. Анапа, октябрь, 1996г. (в соавторстве с Корненой Е.П., Бутиной Е.А. и др.)

6. Положительное решение на выдачу патента РФ по заявке N° 97-115473/13(016520) от 17.09.97г. Способ рафинации растительных масел (в соавторстве с Корненой Е.П., Бутиной Е.А., Герасименко Е.О. и др.).

7. Положительное решение' на выдачу патента РФ по заявке № 97-115774/13(016519) от 17.09.97г. Способ рафинации растительных масел (в соавторстве с Корненой Е.П., Бутиной Е.А., Герасименко Е.О. и др.)

8. Усовершенствование технологии выведения негидратируемых фосфолипидов и воскоподобных веществ из подсолнечных масел. Тез. докл. на Северокавказской региональной конференции студентов и аспирантов «Эдельвейс», г. Нальчик, май, 1996 г. (в соавторстве с Илларионовой В.В., Толкачевым А.Г.)

9. Усовершенствование способа рафинации растительных масел на стадии выведения воскоподобных веществ. Тез. докл. на Международной научно-технической конференции, посвященной 65-летию МГАПП «Пищевая про-сть России на пороге XXI века», г.Москва, ноябрь, 1996г. (в соавторстве с Герасименко Е.О., Илларионовой В.В., Тарабаричевой Л.А. и др.)

10. Положительное решение на выдачу патента РФ по заявке № 97-115472/13(016525) от 17.09.97г. Устройство для отделения воскового осадка от вымороженного растительного масла, (в соавторстве с Корненой Е.П., Бутиной Е.А., Герасименко Е.О. и др.)

11. Положительное решение на выдачу .ттрнта РФ по заявке № 97-455387/13(017752) от 15.12.97г.Способ подготовки растительных масел или

жиров к дистилляционному удалению жирных кислот, (в соавторстве с Корненой Е.П., Бутиной Е.А., Герасименко Е.О. и др.)

12. Технология подготовки масел и жиров к дистилляционному удалению жирных кислот. Тез. докл. на Юбилейной научной конференции, посвященной 45-летию ВИХВП: «Развитие пищевой промышленности, техники и технологии», г. Пловдив, Болгария, май, 1998 г. (в соавторстве с Бутиной Е.А., Корненой Е.П., Герасименко Е.О. и др.)

13. Положительное решение на выдачу патента РФ по заявке № 97-455385/13(017615) от 15.12.97г.Способ дисгилляционной рафинации масел или жиров, (в соавторстве с Корненой Е.П., Бутиной Е.А., Герасименко Е.О. идр.)

14. Положительное решение на выдачу патента РФ по заявке № 96106359/13 от 2.04.96г. Способ дезодорации масел и жиров (в соавторстве с Корненой Е.П., Бутиной Е.А., Герасименко Е.О. и др.)

15. Положительное решение на выдачу патента РФ по заявке № 97114338 от 16.08.97г. Мыло туалетное, (в соавторстве с Корненой Е.П., Тимо-феенко Т.И., Мингазовым АЛ. и др.)