Файл: _education_elib_pdf_2010_tarov.pdf

пыли и лузги (оболочки подсолнечника, у хлопчатника – шелуха). Установлены нормы содержания целяка, недоруша, сечки и масличной пыли.

Разделение рушанки на фракции. Для разделения рушанки используют различия в свойствах её отдельных компонентов: в линейных размерах; по массе; в аэродинамических свойствах; по электрофизическим свойствам; по сопротивлению трению.

Используются аспирационные семеновейки Р1-МСТ, электросепараторы СМР-11, для разделения рушанки хлопчатника

– пурифайеры, для разделения дробленки сои – сепараторы Граностар воздушно-ситового типа. Рушанку разделяют на ядро и лузгу (шелуху).

Отделение оболочек от ядр имеет большое значение. При этом повышается качество масла, так как в него не переходят липиды оболочек, содержащие большое количество сопутствующих веществ; повышается производительность оборудования; уменьшаются потери масла с лузгой за счёт замасливания.

Измельчение ядра. Целью этой операции является разрушение клеточной структуры ядра для максимального извлечения масла при дальнейших технологических операциях. Для измельчения ядра и семян используют однопарные, двупарные и пятивалковые станки с рифлёными и гладкими поверхностями. В результате получают сыпучую массу мятку. При лепестковом помоле на двупарной плющильной вальцовке и двупарном плющильно-вальцовом станке ФВ-600 получают лепесток – пластинки сплющенного жмыха толщиной менее 1 мм.

1.3. ИЗВЛЕЧЕНИЕ МАСЛА

Извлечение масла производят двумя способами: прессованием и экстракцией. На основе этих двух способов разработаны следующие технологические схемы производства растительных масел: однократное прессование; двукратное прессование – извлечение масла путём предварительного отжима (форпрессования) с последующим окончательным отжимом (экспеллированием); холодное прессование – извлечение масла из сырья без предварительной влаготепловой обработки; форпрессование – экстракция – предварительное обезжиривание масла путём форпрессования с последующим его извлечением путем экстракции бензином; прямая экстракция – экстракция растворителем без предварительного обезжиривания.

Влаготепловая обработка мятки – жарение. Для эффективного извлечения масла из мятки проводят влаготепловую обработку при непрерывном и тщательном перемешивании. В производственных условиях процесс влаготепловой обработки состоит из двух этапов [2, 3, 4]:

–первый этап – увлажнение мятки и подогрев в аппаратах для предварительной влаготепловой обработки мятки – инактиваторах или про-парочно-увлажнительных шнеках. Мятку нагревают до температуры 80 – 85 °С с одновременным увлажнением водой или острым паром. При этом происходят избирательное смачивание и уменьшение энергии связи масла

снелипидной частью семян на поверхности мятки. Влажность семян подсолнечника после увлажнения составляет 8–9%;

–второй этап – высушивание и нагрев увлажнённой мятки в жаровнях различных конструкций. При этом изменяются физические свойства масла – уменьшаются вязкость, плотность и поверхностное натяжение.

Материал, получаемый в результате жарения, называется мезгой.

Предварительный отжим масла – форпрессование. Прессованием называется отжим масла из сыпучей пористой массы – мезги. В результате извлекается 60 – 85% масла, т.е. осуществляется предварительное извлечение масла – форпрессование. Для прессования применяют прессы различных конструкций. В зависимости от давления на прессуемый материал и масличности выходящего жмыха шнековые прессы делят на прессы предварительного съёма масла – форпрессы и прессы окончательного съёма масла – экспеллеры.

Шнековый пресс представляет собой ступенчатый цилиндр, внутри которого находится шнековый вал. Стенки цилиндра состоят из стальных пластин, между которыми имеются узкие щели для выхода отжатого материала. В результате форпрессования мезги получают форпрессовое масло (называемое часто прессовым) и форпрессовый жмых. Содержание масла в жмыхе составляет 14 – 20%. Его направляют на дополнительное извлечение масла. Мезгу направляют на окончательное прессование или для получения лепестка. В промышленности используют форпрессы МП-68, ЕТП-20, ФР, Г-

24 [2, 3, 4].

Окончательный отжим масла – экспеллирование осуществляется в более жёстких условиях, в результате чего содержание масла в жмыхе снижается до 4 – 7%.

Маслопрессы типа УПМ-1 и УММП-1М-50 предназначены для получения масла из сырых семян масличных культур. Принцип работы установки состоит в постепенном многоступенчатом разрушении и сжатии семян двумя наборными шнеками с изменяющимся шагом и специальными измельчителями. Семена перед загрузкой в бункер проходят предварительную очистку от металлических включений, камней, песка, земли и доводят до необходимой влажности (7 –

9%).

УПМ-1 имеет три рабочих зоны (рис. 1.2). Первая зона – загрузочная, куда самотёком через бункер поступают семена. Вторая зона – нагрева, в этой зоне, окольцованной снаружи нагревательными элементами (ТЭНами), проходит измельчение и нагревание семян. Интенсивное кратковременное нагревание до 95 – 115 °С приводит к ослаблению поверхностных сил, удерживающих масло в мятке, и масло переходит в относительно свободное состояние. В третьей зоне, образованной зеерной камерой, происходит непосредственный отжим и выход масла через зазоры между зеерными планками.

Секционный корпус является основным элементом установки. Он включает в себя блок нагрева, две зеерных секции, две опорные стойки, а также два шнековых вала со шнеками, насадками и истирающими кулачками. В ступице, закреплённой на задней опорной стойке, установлено на каждом валу по одному радиальному и упорному подшипнику.

Рис. 1.2. Схема маслопресса УПМ-1:

1 – рама; 2 – секционный корпус; 3 – загрузочный бункер; 4 – раздвоитель; 5 – редуктор; 6 – электродвигатель; 7 – поддон для отвода масла;

8 – желоб для отвода жмыха; 9 – пульт управления; 10 – термопреобразователь

Загрузочный бункер представляет собой сварной корпус прямоугольного сечения. В зависимости от условий эксплуатации экструдера загрузочный бункер может быть различных типоразмеров, с магнитной ловушкой.

Раздвоитель служит для передачи крутящего момента от стандартного цилиндрического редуктора на два шнековых вала секционного корпуса, вращающихся в одну сторону. Раздвоитель представляет механизм, состоящий из косозубой передачи наружного зацепления. В раздвоителе предусмотрен узел опорных подшипников для восприятия осевых усилий от шнековых валов, возникающих в процессе обработки и прессования.

Привод состоит из стандартного цилиндрического редуктора и электродвигателя, установленных на общей раме совместно с секционным корпусом и раздвоителем. Редуктор соединён с раздвоителем цепной муфтой, крутящий момент от электродвигателя к редуктору передаётся клиноремённой передачей.

В экструдере присутствуют две основные электрические схемы: привода двигателя и подогрева секционного корпуса. Извлечение масла методом экстракции органическими растворителями эффективнее прессового метода, так как

содержание масла в проэкстрагированном материале (шроте) менее 1%.

Внашей стране в качестве растворителей для извлечения масла из растительного сырья применяют экстракционный бензин марки А и нефрас с температурой кипения 63 – 75 ° С.

Экстракция — это диффузионный процесс, движущей силой которого является разность концентраций мисцеллы – растворов масла в растворителе внутри и снаружи частиц экстрагируемого материала. Растворитель, проникая через мембраны клеток экстрагируемой частицы, диффундирует в масло, а масло из клеток – в растворитель. Под влиянием разности концентраций масло перемещается из частицы во внешнюю среду до момента выравнивания концентраций масла в частице и в растворителе.

Вэтот момент экстракция прекращается.

Экстракцию масла из масличного сырья проводят двумя способами: погружением и ступенчатым орошением [2, 3, 4]. Экстракция погружением происходит в процессе непрерывного прохождения сырья через непрерывный поток

растворителя в условиях противотока, когда растворитель и сырьё продвигаются в противоположном направлении относительно друг друга. По способу погружения работают экстракторы НД-1000, НД-1250, «Олье-200». Такой экстрактор состоит из загрузочной колонны, горизонтального цилиндра и экстракционной колонны, внутри которых установлены шнеки.

Сырьё в виде лепестка или крупки поступает в загрузочную колонну, подхватывается витками шнека, перемещается в низ загрузочной колонны, проходит горизонтальный цилиндр и попадает в экстракционную колонну, где с помощью шнека поднимается в верхнюю её часть. Одновременно с сырьём в экстрактор подаётся бензин температурой 55 – 60 ° С. Бензин перемещается навстречу сырью и проходит последовательно экстрактор, горизонтальный цилиндр и загрузочную колонну. Концентрация мисцелы на выходе из экстрактора 15 – 17%.

Обезжиренный остаток сырья – шрот выходит из экстрактора с высоким содержанием растворителя и влаги (25 – 40%), поэтому его направляют в шнековые или чанные (тостеры) испарители, где из него удаляют бензин.

Преимущества экстракции погружением: высокая скорость экстракции, простота конструкции аппаратов, безопасность их эксплуатации. Недостатки способа: низкие концентрации конечных мисцелл, высокое содержание примесей.

Экстракция способом ступенчатого орошения. При этом способе непрерывно перемещается только растворитель, а сырьё остаётся в покое в одной и той же перемещающейся ёмкости или движущейся ленте. Этот способ обеспечивает получение мисцеллы повышенной концентрации (25 – 30%), с меньшим количеством примесей. Недостатки этого способа – большая продолжительность экстракции, повышенная взрывоопасность производства.

Наша промышленность использует горизонтальные ленточные экстракторы МЭЗ-350, Т1-МЭМ-400, ДС-70, ДС-130, «Луги-100», «Лурги-200», ковшовые экстракторы «Джанациа», корзиночный экстрактор «Окрим». Более современным является карусельный экстрактор «Экстехник» (Германия), работающий по принципу многоступенчатого орошения в режиме затопленного слоя.

При экстракции на ленточном экстракторе МЭЗ сырьё из бункера подаётся на движущуюся сетчатую ленту транспортёра, проходит под форсунками и оросителями, орошается последовательно мисцеллой и бензином. Экстрактор имеет восемь ступеней с рециркуляцией мисцеллы и восемь мисцеллосборников.

После экстракции мисцелла содержит до 1% примесей, и её направляют на ротационные дисковые или патронные фильтры для очистки [2, 3, 4].

Дистилляция – это отгонка растворителя из мисцеллы. Наиболее распространены трёхступенчатые схемы дистилляции.

На первых двух ступенях мисцелла обрабатывается в трубчатых плёночных дистилляторах. На первой происходит упаривание мисцеллы. На второй – мисцелла обрабатывается острым паром при температуре 180 –220 ° С и давлении 0,3 мПа, что вызывает кипение мисцеллы и образование паров растворителя. Пары растворителя направляются в конденсатор. На третьей ступени высококонцентрированная мисцелла поступает в распылительный вакуумный дистиллятор, где в результате барботажа острым паром под давлением 0,3 мПа происходит окончательное удаление следов растворителя. После дистилляции масло направляют на рафинацию.

1.4. РАФИНАЦИЯ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ

Это процесс очистки масел от сопутствующих примесей. К примесям относятся следующие группы веществ: сопутствующие триглицеридам вещества, переходящие из доброкачественного сырья в масло в процессе извлечения; вещества, образующиеся в результате химических реакций при извлечении и хранении жира; собственно примеси – минеральные примеси, частицы мезги или шрота, остатки растворителя или мыла [2, 3, 5].

Помимо нежелательных примесей из жиров при рафинации удаляются и полезные для организма вещества: жирорастворимые витамины, фосфатиды, незаменимые полиненасыщенные жирные кислоты.

Рафинированные жиры легче окисляются, так как из них удаляются естественные антиокислители – фосфатиды и токоферолы. Поэтому рафинацию стремятся проводить таким образом, чтобы при максимальном извлечении нежелательных примесей сохранить полезные вещества.

Все методы рафинации делятся на: физические – отстаивание, центрифугирование, фильтрация, которые используются для удаления механических частиц и коллоидно-растворенных веществ; химические – сернокислая и щелочная рафинация, гидратация, удаление госсипола, которые применяются для удаления примесей, образующих в маслах истинные или коллоидные растворы с участием удаляемых веществ в химических реакциях; физико-химические – отбеливание, дезодорация, вымораживание, которые используются для удаления примесей, образующих в маслах истинные растворы без химического изменения самих веществ [2, 3, 5].

Физические методы. Механические примеси (частицы мезги и жмыха) не только ухудшают товарный вид жира, но и обусловливают ферментативные, гидролитические, окислительные процессы. Белковые вещества способствуют протеканию реакции Майара (меланоидинообразования) и образованию липопротеидных комплексов. Механические примеси удаляют сразу же после получения масла.

Отстаивание – это процесс естественного осаждения частиц, находящихся во взвешенном состоянии в жидкой среде, под действием силы тяжести. При длительном отстаивании масла происходит выделение из него части коллоиднорастворенных веществ – фосфолипидов, слизей, белков за счёт их коагуляции. Масло после отделения осадка становится прозрачным. На промышленных предприятиях для отстаивания применяются механизированные двойные гущеловушки с электромеханическими вибраторами.

Центрифугирование – процесс разделения неоднородных систем под действием центробежных сил. В промышленности применяют корзиночные, тарельчатые, трубчатые центрифуги, например горизонтальную осадительную центрифугу непрерывного действия НОГШ-325, сепаратор A1-МСП. Для разделения тонких систем используют скоростные центрифуги: разделительные – для разделения двух несмешивающихся фаз (вода – жир) и осветляющие – для выделения из жидкостей тонкодисперсных механических примесей.

Для разделения суспензий применяют гидроциклоны, действие которых основано на использовании центробежных сил и сил тяжести.

Фильтрование – процесс разделения неоднородных систем с помощью пористой перегородки, которая задерживает твёрдые частицы, а пропускает жидкость и газ. Форпрессовое и экспеллерное масла подвергают фильтрованию дважды. Сначала проводят горячее фильтрование при температуре 50 – 55 ° С для удаления механических примесей и отчасти фосфатидов. Затем – холодное фильтрование при температуре 20 – 25 ° С для коагуляции мелких частиц фосфатидов.

Впромышленности используют фильтр-прессы, состоящие из 15 – 50 вертикально расположенных фильтрующих ячеек, находящихся на одной общей горизонтальной станине. В ячейке находится фильтровальная ткань, которая постепенно забивается осадком (фузом). Фуз используют для получения масла экстракционным способом, а остаток – в мыловарении.

Химические методы. Гидратация – процесс обработки масла водой для осаждения гидрофильных примесей (фосфатидов, фосфопротеидов).

Врезультате гидратации фосфатиды набухают, теряют растворимость в масле и выпадают в осадок, который отфильтровывают. Для полного удаления фосфопротеидов применяют слабые растворы электролитов, в частности хлорид натрия [2, 3, 5].

Вцелом гидратация сводится к тому, что масло нагревается до определённой температуры (подсолнечное и арахисовое

–до 45 – 50 ° С), смешивается с водой или барботируется острым паром, выдерживается для образования хлопьев с последующим отделением масла от осадка.

Впромышленности используют паровой, электромагнитный и гидротермический методы гидратации. Применяют оборудование периодического действия, непрерывного действия с тарельчатыми отстойниками и сепараторами «Лурги» и «Вестфалия» (Германия), «Альфа-Лаваль» (Швеция).

Врезультате гидратации получают пищевое масло, пищевой и кормовой фосфатидные концентраты, масло для дальнейшей рафинации.

Щелочная рафинация – обработка масла щёлочью с целью выведения избыточного количества свободных жирных кислот. В процессе нейтрализации образуются соли жирных кислот – мыла. Мыла нерастворимы в нейтральном жире и

образуют осадок – соапсток. Мыло обладает высокой адсорбирующей способностью, благодаря которой из жира удаляются пигменты, белки, слизи, механические примеси. Соапсток удаляется отстаиванием или центрифугированием.

Процесс щелочной нейтрализации состоит из следующих операций: обработка фосфорной кислотой для разрушения негидратируемых фосфатидов; нейтрализация щёлочью; первая промывка водой температурой 90 – 95 ° С для удаления мыла; вторая промывка водой; обработка лимонной кислотой для удаления следов мыла; сушка в аппаратах под вакуумом.

Нейтрализацию проводят непрерывным и периодическими методами.

Периодический способ разделения фаз в гравитационном поле с водно-солевой подкладкой основан на растворении мыла в воде или в водном растворе хлорида натрия. При периодическом методе нейтрализацию осуществляют в нейтрализаторе. Это аппарат цилиндрической формы с коническим дном, паровой рубашкой и грабельной мешалкой для перемешивания жира и щёлочи. Щёлочь подают сверху через распылители или снизу через змеевики. Через распылители подают раствор соли и воду.

Непрерывные методы:

−с применением сепараторов для отделения масла от соапстока под действием центробежных сил;

−с разделением фаз в мыльно-щелочной среде, при котором тонкодиспергированный жир пропускают через раствор щёлочи, образующееся мыло растворяется в щёлочи, нейтрализованный жир всплывает и отводится из аппарата;

−рафинация в мисцелле – рафинация масла, выходящего в виде мисцеллы из экстрактора, без операции дистилляции, устраняется воздействием высоких температур на масло.

В результате щелочной рафинации уменьшается содержание свободных жирных кислот, жиры осветляются, удаляются механические примеси. В маслах, рафинированных щёлочью, наличие осадка не допускается.

Физико-химические методы. Отбеливание – процесс извлечения из жиров красящих веществ путём их обработки сорбентами. Для отбеливания жиров и масел широко используют отбельные глины – отбельные земли (гумбрин, асканит, бентонин). Они представляют собой нейтральные вещества кристаллического или аморфного строения, содержащие кремниевую кислоту или алюмосиликаты. Для усиления эффекта отбеливания в отбельные глины добавляют активированный уголь. Кроме того, при добавлении к смеси отбельной глины и угля карбонатов никеля и меди выводится сера из рапсового масла. Процесс отбеливания заключается в перемешивании жира с отбельной глиной в течение 20 – 30 минут в вакуум-отбельных аппаратах. После отбеливания адсорбент отделяют с помощью рамных фильтр-прессов с ручной выгрузкой осадка. Используют также непрерывно действующие линии для отбеливания жиров, оснащённые герметичными саморазгружающимися фильтрами фирм «Де Смет», «Альфа-Лаваль» [2, 3, 5].

Дезодорация – процесс отгонки из жира летучих веществ, сообщающих ему вкус и запах: углеводородов, альдегидов, спиртов, низкомолекулярных жирных кислот, эфиров и др. Дезодорацию проводят для получения обезличенного масла, необходимого в маргариновом, майонезном, консервном производствах. Процесс дезодорации основан на разнице температуры испарения ароматических веществ и самих масел.

В промышленности используют способы периодического и непрерывного действия дезодорации жира.

Периодический способ. Основным методом дезодорации является отгонка вкусоароматических веществ в токе водяного пара – дистилляция. Профильтрованные жиры помещают в аппараты-дезодораторы, добавляют лимонную кислоту для повышения стойкости к окислению. Жир нагревают до 170 ° С и под вакуумом с острым паром температурой 250 – 350 ° С отгоняют вкусоароматические вещества. Производительность дезодораторов периодического действия в среднем 25 т/сут.

Непрерывные способы дезодорации жира осуществляются как на отечественных, так и на импортных установках. Дезодорация жира на установке фирмы «Де Смет» (Бельгия), включающей дезодоратор плёночно-барботажного типа,

осуществляется в два этапа. На первом этапе летучие вещества отгоняются путём контактирования острого пара с тонкой плёнкой масла, образующейся за счёт стекания пара по вертикальному пакету пластинок. Окончательная дезодорация производится в кубовой части аппарата путём барботирования масла острым паром под давлением 66,5 – 266 мПа. Производительность этой установки 80 т/сут. Аналогична этой установке отечественная установка А1-МНД.

Дезодорацию жира на установках «Спомаш» (Польша) и «Альфа-Лаваль», включающих дезодораторы барботажного типа (вертикальная тарельчатая колонна с высотой слоя масла на тарелке 30 – 50 см), проводят при температуре 200 – 230 ° С. Дезодораторы имеют узлы улавливания погонов, что позволяет совмещать дезодорацию с отгонкой свободных жирных кислот. Производительность установок соответственно 100 и 150 т/сут.

Вымораживание – процесс удаления воскообразных веществ, которые переходят в масла из семенных и плодовых оболочек масличных растений. Вымораживание проводят в начале или после рафинации. Сущность процесса вымораживания заключается в охлаждении масла до температуры 10 – 12 ° С и последующей выдержке при этой температуре при медленном перемешивании для образования кристаллов воска. Затем масло подогревают до 18 – 20 ° С для снижения вязкости и фильтруют. Профильтрованное масло прозрачное, не мутнеет при охлаждении даже до 5 ° С.

Особенностью рафинации хлопкового масла является предварительное выведение госсипола антраниловой кислотой. При этом образуется осадок антранилата госсипола, который отделяют от масла, а масло направляют на дальнейшую обработку.

Контрольные вопросы и задания

1.Какие существуют группы масличных растений?

2.Охарактеризуйте основные технологические процессы современного производства растительных масел.

3.Какие воздействия необходимо применять для обрушивания семян с различными свойствами?

4.В чём заключается процесс влаготепловой обработки мятки?

5.Охарактеризуйте прессовый способ получения масел.

6.Чем обусловлено широкое использование экстракции при получении растительных масел?

7.Необходимость и сущность процесса дистилляции.

8.Какие нежелательные примеси и полезные для организма вещества удаляются из растительных масел в процессе рафинации?

9.Охарактеризуйте физические, химические и физико-химические методы рафинации растительных масел.