СОНЯШНИК селекція, насінництво, технологія вирощування

ТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА ОЛІЇ ІЗ СОНЯШНИКУ

Виробництво олії - досить важлива галузь харчової промис­ловості. Олія використовується не тільки для харчових потреб, але має і технічне значення. При переробці насіння соняшнику отри­мують, крім олії, також білки харчового та технічного призначен­ня, які одержують із знежиреного насіння. Олія відіграє важливу роль в раціональному харчуванні, вона використовується в їжу як у чистому вигляді, так і у вигляді різних продуктів, отриманих при переробці олії, - маргарину, кулінарного жиру, майонезу тощо. В техніці олія використовується для отримання жирних кислот, мила, миючих засобів, для виготовлення лаків, фарб, оліфи, а також як розчинник.

Рослинну олію одержували з насіння різних олійних культур ще в стародавні часи. В середньовіччі для збільшення виходу й покращання якості олії насіння перед переробкою очищували від сторонніх домішок, потім подрібнювали, подрібнене насіння підігрівали, що сприяло виділенню більшої кількості олії, а потім насіння віджимали. Таким чином формувався пресовий спосіб виробництва олії, принципова послідовність технологічних операцій була такою:

- очищення насіння від домішок;

- видалення оболонок;

- подрібнення;

- теплова обробка;

- пресування.

Щ операції залишаються практично незмінними протягом багатьох років.

Прагнення виділити максимальну кількість олії з насіння привело до виникнення в середині 19 сторіччя нового способу ви­робництва олії - екстракційного. При цьому способі для отриман­ня олії застосовують не механічний тиск, а дію органічних розчин­ників, які здатні добре розчиняти олію. При обробці подрібненого насіння розчинником олія розчиняється в ньому, розчин, що утво­рився, відділяють від знежиреного подрібненого насіння, а потім шляхом нагрівання видаляють леткий розчинник від практично нелеткої олії. Цей спосіб виявися досить ефективним, тому що кількість олії в знежиреному насінні не перевищує 1%.

Рослинна олія — незамінне джерело не тільки харчової олії, це також і вагоме джерело швидкого поповнення ресурсів хімічної про­мисловості, зокрема, вільними жирними кислотами, які виділяють з олії. Багато з цих кислот мають специфічну будову і незамінні в бага­тьох галузях народного господарства, які використовують природне паливо - нафту, газ, кам’яне вугілля. Оболонки насіння соняшнику використовуються як сировина для гідролізної промисловості.

При виробництві олії з насіння відходи практично відсутні; вся маса насіння утилізується повністю.

Основною олійною культурою в Україні є соняшник. З насіння соняшнику виробляють до 85% олії від загальної кількості цього продукту, який отримують і з насіння інших олійних культур.

В тканинах олійних культур запаси олії розподілені нерівно­мірно, більша її частина зосереджена в ядрі насіння, в той час як у плодовій та насіннєвій оболонках олії міститься відносно мало і вона має інший ліпідний і жирнокислотний склад. У зв’язку з цим при переробці насіння соняшнику доцільно попередньо відділити від ядра плодову та насіннєву оболонки.

Попереднє відділення оболонок від ядра сприяє підвищенню вмісту олії в насінні, тому що сировина звільнюється від низько - олійних домішок і відносний вміст олії у ньому підвищується. Ра­зом із тим, підвищується ефективність роботи технологічного об­ладнання, тому що воно не завантажується низькоолійним баласт­ним матеріалом. При цьому також підвищується якість олії, бо до неї не потрапляють ліпіди з лушпиння, багатого на віск та воско - подібні речовини. Присутність їх в олії погіршує ії якість та товар­ний вигляд. Вони утворюють суспензію або "сітку” дрібних крис­таликів воску, видалити який через хімічну інертність цієї речови­ни майже неможливо.

Доцільність видалення лушпиння полягає ще в тому, що воно схильне до інтенсивного поглинання олії і міцного ії утримування, що веде до додаткових утрат олії.

Фізико-хімічні властивості тканин насіння соняшнику при зміні вологості істотно теж змінюються. В зв’язку з цим при обру­шуванні насіння велика увага приділяється тому, щоб створити раціональне співвідношення між вологістю оболонки й вологістю ядра. Опір руйнуванню ядра може бути значно вищим, ніж опір оболонок. Перед обрушуванням намагаються одержати в насінні соняшнику суху й крихку оболонку і вологе міцне ядро.

Враховуючи фізико-механічні властивості насіння соняшника при його обрушуванні застосовують метод удару. Плодову оболон­ку соняшнику руйнують на машині МНР, яка складається з бараба­ну з бичами, регуляторів відстані між декою й бичами, деки та ва­лика, за допомогою якого подається насіння в машину.

Якість обрушування насіння характеризується вмістом в “ру - шанці” (матеріалі, що виходить з рушки) небажаних фракцій: цілого насіння, частково обрушеного насіння, зруйнованих ядер-січки та олійного пилу.

Основний недолік машини МНР полягає в тому, що ц техноло­гічна схема передбачає багаторазові удари насіння об робочі органи машини, що призводить до подрібнення ядер і утворення січки та олійного пилу. Більш досконала модель - це відцентрова машина РЗ-МОС. Обрушування здійснюється шляхом одноразового удару, спрямованого вздовж довгої вісі насінини об деку. Для підготовки насіння для обрушування на відцентровій машині необхідно про­вести калібрування.

Для видалення олії з ядер необхідно зруйнувати клітинну структуру його тканин. Вміст клітин, їх олійноутримуюча частка з усіх боків обмежена клітинними перетинками, які істотно утруд­нюють технологічний вплив, необхідний для максимального вида­лення олії. Кінцевим результатом подрібнення є перехід олії, яка знаходиться в клітинах, у форму, придатну для подальшого техно­логічного впливу.

Одержаний після подрібнення насіння матеріал називається м’ятною. Добре подрібнена м’ятка повинна складатися на 60%' з однорідних часток, які можна просіяти через решето з отворами в 1 мм, не містити незруйнованих клітин і в той же час кількість дуже дрібних (борошнистих) часток у ній повинна бути мінімальна, тому що дрібні частки ускладнюють подальше проходження технологіч­ного процесу.

Фізичні властивості подрібненого насіння і фракційний склад часток, які отримують із м’ятки, визначаються вологістю та темпе­ратурою насіння. Сухе насіння при подрібненні руйнується до ста­ну пилу. Подрібнення при низьких температурах також призво­дить до утворення борошнистої структури. Підвищення вологості й температури дозволяє одержати м’ятку у вигляді пластинок-пе- люсток, практично без присутності пилу.

Подрібнення насіння здійснюється на вальцьових станках різних конструкцій. Якщо подрібнене насіння (м’ятку) направити після вальцьового ставка на пресування, то, незважаючи на високий тиск при пресуванні, можна виділити лише невелику кількість олії, при­близно 10-15% загального вмісту олії, яка є в подрібненому насіяні.

Це зумовлене тим, що олія розподіляється в м’ятці у вигляді тонких плівок на поверхні подрібнених ядер і утримується поверх­невими силами, величина яких набагато більша того тиску, який створюється пресом для видавлювання олії. Для подолання повер­хневих сил застосовується вологотепловий обробіток м’ятки — при­готування мезги або підсмажування. Під впливом вологи олія у м’ятці переходить у відносно вільний стан і легше вилучається. Але одночасно м’ятка, яка містить багато води, стає досить пластич­ною і якщо її у такому вигляді направити на пресування, то вона не справить значного опору пресовому обладнанню й олія не виділить­ся. Для того щоб віджати олію, необхідно м’ятці надати жорсткості, зменшивши її пластичність. Для цього необхідно зменшити її во­логість і одночасно змінити фізико-хімічні якості компонентів, які входять до складу м’ятки. Це досягається підсмажуванням. Під впливом тепла спочатку зростає активність ферментів, погіршуєть­ся якість олії, підсилюється гідроліз триадилгліцеролів з утворен­ням вільних жирних кислот, окислюються ненасичені жирні кис­лоти, відбувається зміна фосфоліпідів, що ускладнює виділення їх з олії. Виникають також і інші небажані зміни в ліпідній і неліпідній частинах м’ятки, погіршується якість продукції. Істотні зміни відбу­ваються в білках. Гідролітичні процеси, що починаються в м’ятці при зволоженні і нагріванні, ведуть до того, що в м’ятці накопичу­ються поліпептиди і вільні амінокислоти, але процес їх накопичен­ня швидко припиняється через різке підвищення температури. Подальше нагрівання м’ятки супроводжується глибокою денату­рацією білків. При нагріванні зменшується в’язкість олії, що по­легшує її видалення із сировини, яка піддається пресуванню.

В результаті таких взаємопов’язаних змін під впливом тепла й вологи м’ятка змінює свої фізико-хімічні властивості і перетво­рюється в мезгу.

Потім мезгу підсушують і остаточна температура мезги коли­вається в межах 100-105*С, а вологість - 5-6%.

Мезга з такою характеристикою забезпечує попереднє ефектив­не віджимання олії. Для остаточного віджиму олії параметри мез­ги повинні бути за вологістю в межах 3-4% і за температурою - 110-120’С.

В промислових умовах отримання олії шляхом пресування застосовується лише як проміжна операція, остаточне виділення олії здійснюється шляхом екстракції за допомогою органічних розчинників.

Віджим олії з мезги здійснюється за допомогою пресів різних конструкцій, найчастіше - це шнекові преси.

Як уже відмічалося, пресовим способом важко досягти повно­го знежирення матеріалу, тому що на поверхні макухи завжди за­лишаються тоненькі шари олії, яка утримується поверхневими си­лами. Єдиний спосіб, який дозволяє повністю знежирити сировину, - це метод екстракції.

Для видалення олії методом екстракції найчастіше викорис­товують бензин і нефрас. Ці розчинники не повністю відповідають вимогам, тому що вони не є хімічно чистими речовинами. Розчин­ник для екстракції олії повииен мати добру розчинну здатність. Бажано, щоб ніякі інші компоненти олійної сировини, крім олії, в ньому не розчинялись, щоб розчинник і розчин олії у ньому (місцел - ла) не справляли руйнівної дії на обладнання, яке використовуєть­ся в процесі екстракції.

Екстракція в своїй фізичній основі є дифузним процесом, і тому рушійною силою її є різниця концентрації місцели в розчиннику всередині й зовні часток матеріалу, що екстрагується.

Існують різні способи екстракції, найпоширенішим є метод занурення та ступеневого зрошення, інші способи не знайшли ши­рокого вжитку.

Екстракція зануренням полягає в тому, що олія з олійного ма­теріалу видаляється в процесі безперервного проходження ЙОГО че­рез потік розчинника в умовах протитоку, причому і розчинник і олійний матеріал безперервно пересуваються відносно один одного.

До переваги екстракції зануренням належить висока швидкість екстракції і коротка тривалість процесу знежирювання, простота конструктивного оформлення екстракційного обладнання, високий коефіцієнт використання геометричного об’єму апарату, що попе­реджує можливість утворення вибухово небезпечних сумішей роз­чинника й повітря.

Недоліком є те, що утворюється місцела з відносно високим умістом домішок, що ускладнює процес фільтрації.

При екстракції зрошенням пересувається лише розчинник, а матеріал, який екстрагується, залишається на місці.

Екстракція олії способом зрошення забезпечує одержання місцели підвищеної концентрації і більш чистий у результаті са - мофільтрації екстракційний розчин. Недоліком способу є велика тривалість екстракції, невеликий коефіцієнт використання геомет­ричного об’єму апарату й можливість утворення повітря всередині апарату.

В місцелі, яка отримується при екстракції способом занурен­ня, міститься до 10-15% олії, а при ступеневій екстракції - 30-35%.

Місцела являє собою суміш двох рідин - леткої й нелеткої, розчин­ника олії. Чим вища концентрація місцели, тим дужче наближа­ються її властивості до властивостей олії. Для видалення розчин­ника з місцели існують різні способи. До того часу, коли концент­рація місцели невелика, видалення розчинника зводиться до зви­чайного випарювання. Із зростанням концентрації місцелли тем­пература її кипіння швидко зростає і тільки нагріванням роз­чинники видалити важко.

Для прискорення процесу й зниження температури можна за­стосовувати видалення розчинника в умовах вакууму. Але найчас­тіше для відгонки розчинника застосовують гостру водяну пару. У присутності водяної пари видалення розчинника можливе без силь­ного нагрівання олії; сильне нагрівання олії небажане тому, що в цьому випадку відбуваються хімічні зміни олії, що призводить до зниження її якості. У виробництві операцію видалення розчинни­ка з місцели називають дистиляцією, вона здійснюється за допомо­гою спеціальних установок.

Якість олії у процесі відгонки розчинника з місцели залежить не лише від технологічних параметрів цього процесу - температу­ри, тривалості відгонки, а також від стану тих домішок, які містять­ся в місцеві. Ці домішки можуть бути механічного характеру, а можуть представляти собою різні групи ліпідів, які потрапляють в олію при екстрагуванні з олійної сировини.

При теплових впливах на місцелу під час дистиляції відбува­ються процеси теплового окислення й розпаду триацилгліцеролів, фосфоліпідів та жиророзчинних вітамінів і провітамінів. При­сутність цих речовин погіршує якість олії й ускладнює проведення технологічних процесів при подальшій переробці олії. А тому ме­ханічні домішки і супутні групи ліпідів необхідно з місцели вида­лити до дистиляції. Якщо механічні домішки відносно просто ви - дялються з місцели при фільтруванні, то видалення структурних ліпідів - каротиноїдів, стеролів, токоферолів, фосфо - і гліколіпідів, вільних жирних кислот вимагає застосування фізико-хімічних і хімічних методів обробки розчиненої у розчиннику олії лугом. Цей процес називається рафінацією олії.

Після проведення екстракції і видалення олії з олійної сиро­вини (мезги) залишається знежирена маса - шрот, який використо­вується в основному як високоякісний білковий корм.

Чим інтенсивніший технологічний вплив на насіння при про­веденні процесу знежирювання, тим більше в олію надходить фос­фоліпідів. Для видалення з олії фосфоліпідів застосовують гідрата­цію олії, яка полягає в обробці олії водою або слабкими розчинами електролітів. Пдратовані фосфоліпіди, які втратили здатність роз - чинятися в олії через приєднання води, утворюють осад, який лег­ко відділяється від олії. Виділені фосфоліпіди у вигляді фосфоліп - ідного концентрату використовуються в хлібопекарській та конди­терській промисловості, а також як кормова домішка для сілько- господарських тварин.

Фосфоліпіди застосовують і в інших галузях - лакофарбовій, при виробництві каучуку та обробці шкір.

В залежності від виду і якості олії у результаті гідратації от­римують харчову олію і харчовий фосфатидний концентрат або олію, яка направляється на подальший процес рафінування, і кормовий фосфатидний концентрат. При попередньому пресуванні одержу­ють харчову олію і харчовий фосфатидний концентрат. З олії, одер­жаної екстракційним способом, як правило, одержують кормові фосфатидні концентрати, а олія потребує подальшого рафінування.

Поділ олію на харчову, придатну для безпосереднього вжитку, і на таку, яка потребує подальшого рафінування, здійснюють у відпо­відності з якісними показниками. За якісними показниками по­діляють також і фосфоліпідні концентрати на харчові і кормові.

Рослинна олія повинна відповідати вимогам державного стан­дарту. У відповідності з державним стандартом олію поділяють у залежності від способу обробки на такі види:

1) рафінована-дезодорована;

2) недезодорована;

3) гідратована - вищого, першого і другого сорту;

4) нерафінована - вищого, першого і другого сорту.

Гідратована олія вищого і першого сортів має бути світлою,

прозорою і не утворювати осаду, фосфоліпідів у ній міститься не більше 0,005% і вологи не більше 0,1%. Кислотне число харчової олії не повинно перевищувати 2 мг КОИ. Для гідратованої олії другого сорту та нерафінованої можливе легке помутніння, викли­кане присутністю в олії воскоподібних речовин.

Насіння соняшнику є джерелом отримання білкових продуктів різного складу й призначення. Найбільш відоме білкове борошно, яке отримують з напівзнежиреного насіння, ретельно очищеного й подрібненого.

Білкові концентрати представляють собою знежирене борош­но, із якого повністю видалені вуглеводи. Вміст білків у концентра­тах - 56-66%, ліпідів - не більше 2%. При отриманні білкового концентрату з насіння соняшнику обов’язково видаляється хлоро­генова кислота.

Сухий соняшниковий білок представляє собою порошок білого або світло-кремового кольору. Харчовий білок, як домішку, в неве­ликій кількості використовують при випіканні хлібобулочних ви­робів з борошна вищого й першого сортів. Прибавка соняшниково­го білку при виробництві майонезу замість яєчного білку підвищує стійкість емульсії і білкові якості майонезу.

У великій кількості соняшниковий білок використовують при консервуванні. В рослинні концентрати додають до 11,5% соняш­никового білку, а в м’ясо-рослинні - замість концентратів сухого м’яса - до 30% рослинного білку.

Соняшниковий білок добавляється при випіканні дієтичного хліба. Харчовий соняшниковий білок містить не менше 85% про­теїну, не більше 1,5% олії, води та клітковини - не більше 3%.

Однією з основних вимог, які висуваються до білка соняшнику, це вимога не змінювати забарвлення готового продукту, до якого добавлений соняшниковий білок. Особливе значення це має при виготовленні харчових продуктів, які повинні мати білий колір, тому що фенольні сполуки соняшнику, і, в першу чергу, хлорогенова кис­лота, утворюють із білками темнозабарвлені продукти.

Виробництво білкових концентратів з шроту олійних культур супроводжується утворенням великої кількості відходів, які мо­жуть негативно впливати на довкілля, а тому необхідно організову­вати переробку таких відходів і використовувати їх у народному господарстві.