МАСЛОЭКСТРАКЦИОННОЕ ПРОИЗВОДСТВО
СТРУКТУРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭКСТРАГИРУЕМОГО МАТЕРИАЛА
Масличное семя и его ядро состоит, как известно, из большого количества клеток, образующих ткань, Клетка в свою очередь состоит из клеточной оболочки и из внутриклеточного содержимого: элеоплазмы, клеточного ядра, пластидов, алейроновых зерен и т. п.
Согласно современным представлениям, масло семени находится главным образом в элеоплазме в виде равномерно распределенной среды. Алейроновые зерна и другие элементы клетки, по-видимому,'масла не содержат.
Для быстрого и наиболее полного извлечения масла, подготовляя семена к экстракции, необходимо разрушить возможно большее количество клеток ядра. При этом стремятся к созданию оптимальной внутренней и внешней структуры экстрагируемого материала путем лепесткования сырой мятки, жарения, прессования и соответствующей подготовки экстрагируемого материала непосредственно перед подачей в экстрактор.
В процессе измельчения ядра перед жарением, в процессе жарения, прессования мезги и затем во время подготовки материала к экстракции в результате механических и тепловых воздействий происходит сильное изменение внешней и внутренней структуры материала, предназначенного для экстракции.
Внешняя структура экстрагируемого материала представляется, как известно, в виде лепестка или крупки различной формы, размеров и сопровождающих их мучнистых фракций.
Внутренняя структура экстрагируемого материала характеризуется пористостью, т. е. наличием различных по величине и форме пор, заполненных воздухом, наличием агрегатов частиц (вторичных структур), образовавшихся <в результате, главным образом, жарения мятки и форпрессования мезги.
Соответственно способу подготовки масло в поступающем на экстракцию материале находится: а) частично в свободном состоянии, облекая тонкими пленками внешние поверхности отдельных частиц или заполняя в той или иной степени поры и капилляры частицы; б) частично в замкнутом состоянии, внутри неразрушенных, деформированных клеток или блокированных перегородками вторичных структур. Масло, выделившееся на поверхности частиц, находится внутри капилляров и внутри клеток, оно связано с поверхностью белковых частиц ядра в мономолекулярном слое силами адсорбционного сцепления, а между собой — силами молекулярного сцепления.
Рассматривая белковые частицы как гидрофильный адсорбент, можно представить себе следующую картину ориентации молекул масла (адсорбтива) по отношению к гидрофильным белковым частицам, или адсорбенту. Вследствие большого сродства белков с полярными группами следует полагать, что к их поверхностям обращены карбоксильные группы свободных жирных кислот и глицериновые остатки, а жирные радикалы ориентируются в противоположную сторону, т. е. к толще масляных пленок (рис. 19). Имеются указания, что силы адсорбционного сцепления, удерживающие тончайшие пленки масла, превышают 1000 атм.
Процесс экстракции в системе координат. Если представить процесс экстракции любого масличного сырья
О
II
C-CHJ-CHj...7CHJ
С—СН,—СНг. .tCH-s
II о
Рис." 19. Ориентация молекул масла по отношению к гидрофильным частицам.
В системе координат, где на оси абсцисс будет отложено время экстракции, а на оси ординат — содержание масла в экстрагируемом материале, то получим кривую экстракции. Так как кривая экстракции отражает характер и кинетику процесса, то, анализируя ее, можно установить определенную закономерность процесса экс- :-о-о-о— CHj-CHj.^CHj тракции и решить вопрос оптимального режима экстракции данного материала, выбрав для этого наиболее рациональное соотношение -масличности шрота и времени, необходимого для. получения наилучших показателей по масличности.
«о
Рис. 20. Кривая экстракции - хлопкового форпрессового жмыха.
Рассматривая, например, кривую экстракции хлопкового форпрессового жмыха, полученную при извлечении масла на шнековом экстракторе (рис.20), видим, что процесс экстракции имеет два периода, резко очерченные кривой. В течение первого периода, длившегося 12 минут, из жмыха извлечено. 87,5% г0 масла. Кривая экстракции, характеризующая этот период, имеет большой угол наклона. Следовательно, |15 можно сделать заключение, что в этом первом периоде процесс извлечения масла идет с наибольшей скоростью. Во втором периоде, длившемся 30 минут, из жмыха извлечено всего <f 8,65% масла, причем из кривой видно, что с течением времени скорость извлечения масла все время понижается. Кривая, соответствующая этому периоду экстракции, имеет небольшой угол наклона и ассимптоти - чески приближается к оси абсцисс.
Указанный характер кривой извлечения масла соответствует состоянию масла, содержащемуся в экстрагируемых частицах.
Первая, большая по количеству, часть извлеченного масла относится к свободному маслу, находящемуся на внешней и внутренней поверхности частицы и внутри пор, пронизывающих в различных направлениях частицу. Это масло находится в наиболее доступных растворителю участках частиц, обладающих сравнительно небольшим диффузионным сопротивлением. Вторая, меньшая часть извлеченного масла, относится к маслу, находящемуся внутри деформированных и неразрушенных клеток и внутри вторичных структур. Это масло находится в менее доступных растворителю участках частиц, обладающих наибольшим диффузионным сопротивлением.
Наличие двух периодов в процессе экстракции растительного масла является следствием различного состояния масла внутри частицы и различной степени связанности масла с геле - вой частью экстрагируемого материала. Степень извлечения масла и продолжительность' первого - периода процесса экстракции в большой степени зависят от технологической схемы и режима подготовки масличных - семян к экстракции.
Строя, скажем, в условиях. лабораторной экстракции - кривые для различных схем и режимов подготовки масличных семян и сравнивая их между собой (особенно углы наклона), можно установить для данного масличного сырья наилучшую технологическую схему и режимы подготовки экстракции. Помимо этого, если строить кривые экстракции масла (для одного и того же материала), проводимой по тому или иному способу или для той или иной конструкции экстракционного аппарата, то можно сделать сравнительные выводы в отношении целесообразности применения этих способов или конструкций аппарата для данного масличного материала.