МАСЛОЭКСТРАКЦИОННОЕ ПРОИЗВОДСТВО

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТАВНЫХ ВЕЩЕСТВ МЯТКИ ПРИ ЖАРЕНИИ

Под действием тепла (Происходит изменение физических и химических свойств мятки в целом и ее составных веществ. Степень этих изменений зависит от температуры жарения, рав­номерности и способа воздействия тепла на мятку (нагревание глухим или острым паром), влажности мятки, темпа испаре­ния влаги, продолжительности жарения и воздействия кисло­рода воздуха. Общий эффект тепловой обработки мятки свя­зан с ее влажностью и выражается в агрегировании частиц, изменении пластичности мезги, гидрофобизации гелевой части ее, понижении вязкости масла и изменении поверхностного на­тяжения его, а также в уменьшении связанности масла с геле­вой частью вследствие уменьшения межмолекулярных сил сцепления в масле и интенсивности силового молекулярного ГІ0ЛЯ.

На практике обработка мятки в жаровне водой и теплом протекает параллельно, причем острый водяной пар, подавае­мый в определенных случаях в толщу мятки, выполняет функ­ции влаго - ц теплоносителя.

Тепловая и влажностная обработка мятки, вызывая ряд из­менений ее физических и химических свойств, оказывает и наибольшее влияние на поведение составных веществ семян (масла, белков, углеводов и др.).

Изменения в масляной фазе. За счет действия тепла происходит понижение вязкости масла и поверхностного натя­жения.

Понижение-вязкости масла и его поверхностного натяжения при нагревании способствует лучшему и более полному выте­канию масла, отжимаемому на прессах.

Как уже отмечалось, при измельчении ядра или семян про­исходит некоторое повышение перекисных чисел.

В дальнейшем под воздействием сравнительно высоких температур при жарении и прессовании перекисные числа сни­жаются вследствие изменения скоростей образования перекис­ных соединений и их разложения.

Вместе с этим в отжимаемых маслах происходит накопле­ние более стабильных продуктов окисления (оксикислот, дикар - бонильных соединений и др.); увеличивается содержание об­щего кислорода; повышается показатель преломления; снижает­ся йодное число. При температурах мезги порядка 130—140° происходит конъюгирование двойных связей линолевой кисло­ты [51]. В. П. Ржехин и его сотрудники, исследуя подсолнеч­ные масла, установили, что наименее стойкими. к действию окислительных агентов оказались масла холодного прессова­ния, форчанное и фораппаратов Кичигина и Коваленко.

Форпрессовые и экспеллерные масла оказались более стой­кими. Нестойкость масел холодного прессования и фораппара­тов объясняется малым содержанием в них естественных ин­гибиторов (антиокислителей), таких как фосфатиды, локали­зованные преимущественно в' гелевой части ядра. Значительно большая стойкость форпрессовых и экспеллерных масел обус­ловливается большим содержанием в них ингибиторов, пере­ходящих в, масло вследствие более интенсивного контакта мас­ляной фазы с гелевой частью ядра в процессе жарения и прессования. Эти ингибиторы, приостанавливая окислитель­ные реакции, способствуют образованию стабильных продук­тов окисления. К числу термостабильных ингибиторов окис­ления, образующихся в процессе маслодобывания, относят [51] кефалиновую фракцию фосфатидов. Таким образом, защита масла от окисления естественными ингибиторами в ходе про­цесса извлечения происходит ступенчато и зависит от техно­логических режимов и аппаратурной обстановки, в которой осу­ществляется этот процесс. Так, например, усиление окислитель­ных процессов в масле происходит в результате контакта горя­чей мезги, жмыха и масла с кислородом воздуха, проходящим через аппаратуру, или кислородом паро-газовой фазы техно­логического пара.

Накопление в маслах продуктов окисления оказывает отри­цательное физиологическое действие как на организм [71], так и на целый ряд процессор при переработке жиров. Так, продук­ты сополимеризации масла способствуют эмульгированию жи­ра, повышая при этом' потери масла, при рафинации и отравляя катализатор. Дикарбонильные и ненасыщенные карбонильные соединения, конденсируясь при щелочной рафинации, затруд­няют осветление масла. Для предохранения масла от интен­сивных окислительных процессов рекомендуется в маслоэкс - тракционном производстве при жарении не повышать темпе­ратуру мезги выше 105°, сокращать время контакта горячей мезги, форпрессового жмыха и готового масла с кислородом воздуха, применять деаэрированный технологический пар и охлаждать масло до 50—60,° сразу же по выходе из аппара­туры.

Изменение белкового комплекса в процессе жарения обусловливается воздействием на эти вещества теп: ла и влаги и выражается в денатурации их, т. е. потере первич­ных свойств нативного белка. Степень денатурации различных белков семени различна и зависит от режима жарения. Особый интерес с технологической и народнохозяйственной точки зре­ния имеет вопрос денатурации растворимых белков (в воде, 10%-«ом растворе NaCl и 0;2%-яом растьоре NaOH), так как эти белки являются наиболее подвижными в процессе произ­водства и обусловливают кормовую ценность жмыхов и шротОв. При подготовке к прессованию хлопковой мятки в шестичанной жаровне ФП без увлажнения, в условиях пребывания мезги в жаровне в течение 57—62 минут, при температуре мезги, выхо­дящей на пресс, 90—95°, наблюдалось следующее изменение со­держания растворимых белков (табл. 5).

Таблица 5

Как видно из табл. 5, при обработке мятки без увлажнения содержание растворимых белков в мезге из здоровых семян и степень снижения содержания их выше, чем из дефектных. Это связано, очевидно, с тем, 4fo снижение содержания белков про­исходит в процессе порчи семян при храненйи. Вообще степень денатурации белковых веществ при жарении мезги для прессо­вых способов маслодобывания значительно выше, чем при жа­рении мятки для экстракции. В последнем случае режим жаре­ния разрабатывается с учетом получения стойких структур экст­рагируемого материала, а также обеспечения надлежащей ско­рости и полноты экстракции. Более подробно об этом будет сказано при рассмотрении вопроса влияния отдельных факторов на процесс экстракции.

Помимо денатурации белковых веществ вследствие воздей­ствия на них тепла и влаги, в процессе жарения возможны и другие изменения и превращения в гидрофильном комплексе семян.

Как показали исследования В. П. Ржехина и Н. И. Погон - киной [72], при жарении в условиях температур выше 110° про­исходит взаимодействие свободных аминогрупп белковых моле­кул с сахарами с образованием нерастворимых в воде мелании- диновых соединений. Это взаимодействие сопровождается: а) потемнением мезги; б) выделением летучих продуктов реак­ции: воды, углекислоты и даже NH3, причем эта реакция ведет к потере сухого вещества мятки и снижению растворимости белков.

Изменения углеводов. Отмечено, что при температу­ре, превышающей 126°, происходит карамелизация Сахаров, ве­дущая к общему потемнению мезги и к появлению в ней темных, бурых и коричневых оттенков.

Поведение фосфатид о в. При обработке мятки в жаровне за счет взаимодействия между жидкой и гелевой фа­зами происходит переход некоторой части фосфатидов из геле­вой части в масло. Было установлено [73] повышение содержа­ния свободных фосфатидов в процессе производства. Это сви­детельствует о том, что часть фосфатидов семян, находящихся в связанном состоянии с белками и углеводами, в процессе жа­рения теряет эту связь и, переходя в свободное состояние, час­тично растворяется в масле, частично переходит в жмых или шрот.

Поведение красящих веществ (пигментов). Пигменты протоплазмы (хлорофилл и каротиноиды) и пигмен­ты вне-протоплазменные (особенно госсипол) претерпевают в процессе жарения ряд изменений. Так, хлорофилл и каротинои­ды, сосредоточенные в пластидах клеток сырых семян, при жа­рении переходят из гелевой части в масло, определяя ту или иную скрасКу готового масла [15].

Чрезвычайно важным в процессе жарения является поведе­ние госсипола. Будучи в нативной форме, по утверждению И. Е. Мозгов а [21], ядом для сердечно-сосудистой системы и нервных клеток, госсипол, попадая в масло я жмыхи, значитель­но ухудшает их качество как кормового продукта. Помимо этого, являясь красящим веществом, госсипол в зависимости от изменений, претерпеваемых при жарении, определяет цвет мас­ла и поведение его при рафинации. Препятствуя образованию соапсточных эмульсий, госсипол способствует уменьшению по­терь при рафинации хлопкового прессового масла. Соапстоки в присутствии госсипола получаются более плотными и легче осе­дают. Переход в процессе жарения физиологически активной формы госсипола в физиологически неактивную, в так назы­ваемый связанный госсипол, повышает кормовое достоинство хлопковых жмыхов и шротов.

Повышенная влажность мятки, температура и определенное время теплового воздействия способствуют переходу госсипола в связанную форму. Связанный госсипол в отличие от свобод - ного (неизмененного) серным эфиром не растворяется и пере­ходит в раствор лишь при обработке анилином, образуя при этом дианилингоосипол. Полагают, что госсипол сырых семян в процессе обработки паром и влагой реагирует со. свободными аминогруппами протеина, окружающими ткани, образуя связан­ный госсипол.

Многочисленные исследования [18] показали, что в процессе жарения хлопковой мятки госсипол претерпевает сложные изменения.

Обработка мятки в жаровне при определенных условиях обес­печивает переход значительного количества свободного госси­пола в связанную форму. Только небольшое количество сво­бодного (неизмененного) госсипола остается в мезге и перехо­дит в жмых.

В процессе обработки хлопковой 'мятки в пропарочно-увлаж - нительном шнеке и пятичанной жаровне на Запорожском МЭЗе нами получены следующие данные по изменению содер­жания свободного госсипола (табл. 6).

Таблица 6

Как видно из табл. 6, повышенная влажность мятки (И — 13%), температура (95—103°) и время теплового воздействия (60—80 мин.) способствуют переходу госсипола в связанную форму. Связанный госсипол в отличие от свободного (неизме­ненного) не растворяется в масле, бензине и нетоксичен.

Одновременно со связыванием госсипола при жарении мят­ки под воздействием тепла и воздуха, находящегося в жаровнях, происходит уплотнение его молекул с образованием темно-ко - ричневого продукта, растворимого в масле и бензине.

Не связанный с белками и неуплотненный госсипол при жа­рении растворяется, в масле, остается в нем частично в неизме­ненном виде, частично переходит в измененную форму, потеряв­шую кислые свойства, частично соединяется с фосфатидами, растворенными в масле.

Относительное содержание в готовой мезге неизмененного, связанного госсипола и продуктов его изменения зависит от температуры, степени увлажнения и времени жарения м? зги в жаровне.

Наличием одного только госсипола, являющегося красящим веществом светло-желтого цвета, нельзя целиком объяснить окраску сырых хлопковых масел. Последние исследования пиг­ментов хлопковых семян [18] дали возможность, кроме госси­пола, установить еще три пигмента: госсифульвин — пигмент оранжевого цвета; госсипурпурин — пигмент пурпурной окрас­ки; госсикаэрулин — синий пигмент, найденный только в жаре­ной мезге. Полагают, что эти новые пигменты являются произ­водными госсипола.

При обработке мятки в жаровнях смоляные госсипольные железки ядра остаются почти неразрушенными. Под влиянием тепла госсипол инутри целых железок превращается в госси­пурпурин и госсикаэрулин. Эти соединения довольно неустой­чивы и в свою очередь претерпевают изменения в дальнейшем под действием тепла.

При обычном жарении первоначальный цвет мятки — свет­ло-желтый с зеленоватым оттенком переходит в желтый с корич­невым оттенком.

Как было отмечено выше, для приготовления хлопковых се­мян перед форпрессованием нами был сначала рекомендован «сухой» способ жарения крупно измельченного ядра. При этом режиме предусматривалось:

А) максимальный вывод госсипола из семян в форпрессовое масло;

Б) минимальный остаток в шроте как свободного, так и свя­занного госсипола, поскольку в то время существовало мнение (А. М. Голдовский [76]), что способы извлечения масла и обез­вреживания жмыхов, связанные с тепловым воздействием, а значит и с денатурацией белков, должны быть признаны еще недостаточно рациональными;

В) максимальное повышение производительности форпрессов при наименьшем расходе пара в жаровнях и обеспечении наи­меньшей денатурации белков;

Г) минимальные потери масла в шроте с наименьшим остат­ком в нем продуктов окисления масла, нерастворимых в петро- лейном эфире.

Принимая такие режимы, мы исходили из рекомендаций А. М. Голдовского, утверждавшего, что масло, содержащее боль­шое количество госсипола (от 0,80 до 1,23% от веса масла), должно хорошо рафинироваться; а прибавка его к другим мас­лам улучшит рафинацию 112].

После внедрения на Катта-Курганском маслоэкстракцион - ном заводе схемы форпрессование — экстракция хлопковых се­мян, при которой форпрессованиЮ подвергалась мезга, приго­товленная из рушанки (ядра) по «сухому» режиму жарения, научный руководитель сектора производства растительных ма­сел ВНИИЖа проф. А. М. Голдовский в своем заключении по проведенной нами работе писал, что переход на работу с пред­варительным перед экстракцией форпрессованием резко улуч­шает структуру экстрагируемого материала.

Таким образом, А. М. Голдовский считал, что введение фор - прессованйя мезги, получаемой из хлопковой рушанки (ядра) при «сухом» жарении, и экстракция лепестка, вырабатываемого из такого жмыха, являются прогрессивным мероприятием. При этом затруднения при рафинации форпрессово-экстракционного хлопкового масла, по его мнению, вызывались только примене­нием для экстракции нестандартного бензина.

Как известно, эти выводы А. М. Голдовского на практике не оправдались, и нами в 1953 г. были разработаны новые спо­собы подготовки жмыха к экстракции и выработаны условия получения легко рафинируемых экстракционных хлопковых масел.