Технология пищевых производств

Экстракционный способ извлечения масла

Экстракционный способ извлечения масел является наиболее экономичным, обеспечивает максимальное обезжиривание мас­личного сырья, позволяет получить высокое качество масла и обезжиренного остатка — шрота.

При переработке низкомасличного сырья (семян сон и дру­гих) применяют прямую экстракцию масла (рис. 9.2).

Для обезжиривания большинства высокомасличных семян масло предварительно выделяют прессованием, а затем направ­ляют на последующее, окончательное извлечение его путем экст­ракции (рис. 9.3). Так перерабатывают семена подсолнечника, хлопчатника, льна, арахиса н др.

В основе процесса экстракции. лежит способность раститель­ных масел растворяться в органических растворителях. Экстрак­ция масла из масличного материала растворителем происходит посредством диффузии: молекулярной и конвективной. Движу­щей силой диффузии является разность концентрации масла внутри масличного материала и вне сто. При смешпваппц экст­рагируемого материала с растворителем происходит - смачивание растворителем поверхности частиц материала, заполнение всех пор структуры мезги. При этом растворяется масло, находящее­ся в свободном состоянии на поверхности разрушенных частиц масличного материала. Далее растворитель проникает через кле­точные оболочки и растворяет масло в неразрушенных и дефор­мированных клетках. Образующийся раствор масла в раствори­теле, называемый мисцеллой, под действием разности концен-

Траций движется к поверхности экстрагируемого материала, вы ходит на его поверхность и переходит в растворитель.

Скорость экстракции зависит от состояния масличного мате риала, его температуры и влажности. Наиболее быстро прохо­дит экстракция свободного масла, тогда как из неразрушенных клеток масло экстрагируется медленно. Поэтому при подготовке масличного материала следует максимально разрушить его кле­точную структуру и высвободить масло. Для обеспечения хоро­шего продвижения растворителя через масличный материал не­обходимо, чтобы размер частиц разрушенных клеток был от 0,5 до 1 мм и была определенная форма частиц — лепесток, крупка, гранулы.

Повышение температуры процесса значительно ускоряет экс тракцию. Увеличение влажности экстрагируемого материала за-

Медляет процесс экстракции. Оптимальная влажность при пере­работке семян подсолнечника не более 8—10%, хлопчатника —

Не более 8 %.

Раствор масла в органическом растворителе является моле­кулярным раствором. Вещества, сопутствующие жирам, перехо­дят при экстракции в мисцеллу и образуют коллоидные раство­ры. Таким образом, мисцелла представляет собой и молекуляр­ный, и коллоидный раствор.

Растворители, применяемые для экстракции растительных масел. Растворители масел должны удовлетворять ряду требова­ний и обладать следующими свойствами: 1) хорошо растворять масло, смешиваться с ним в любых соотношениях, не растворять других компонентов экстрагируемого материала; 2) иметь одно­родный состав; 3) полностью удаляться из масла и шрота; 4) не вступать в химические реакции с масличным материалом; 5) не оказывать разрушающего действия на аппаратуру; 6) быть без­вредными для человека, быть пожаро - и'взрывобезопасными.

Растворителей, обладающих всеми перечисленными свойст­вами, в настоящее время не существует. В промышленности для экстракции растительных масел применяют бензины различных марок. Достоинствами бензина являются нейтральность по отно­шению к экстрагируемому материалу и аппаратуре, хорошая способность растворять масло. Однако бензин легко воспламе­няется, взрывоопасен, токсичен, вдыхание паров бензина может вызвать отравление. Поэтому для работы с бензином должны быть созданы специальные условия в соответствии с санитарны­ми нормами и правилами работы с огне - и взрывоопасными ве­ществами.

Экстракционные бензины относятся к алифатическим углево­дородам и представляют собой смесь предельных, непредельных и небольшого количества ароматических углеводородов. Они имеют температуру кипения от 63 до 95 °С.

Бензины, содержащие ароматические углеводороды, хорошо растворяют не только масло, но и жиронодобиые вещества (фос - фолипиды, пигменты, воски), которые ухудшают качество мас­ла. Кроме того, применение бензина с интервалом температур кипения 70—95 °С вызывает необходимость поддерживать высо­кую температуру при отгонке растворителя из мисцеллы и шро­та, что несколько снижает качество получаемого масла и шрота.

При использовании бензина с низкой температурой кипения (63—75 °С), содержащего значительно меньшее количество аро­матических углеводородов, можно улучшить качество готового масла, снизить в нем содержание сопутствующих примесей.

Подготовка масличного материала к экстракции. Масличное сырье, поступающее на экстракцию, должно иметь определенную структуру, которая дает возможность извлечь наибольшее коли­чество масла.

Режимы обработки сырья перед экстракцией зависят от при­меняемой схемы извлечения масла (прямая экстракция или экстракция с предварительным отжимом масла на форпрессах), а также от вида сырья.

Подготовка форпрессового жмыха для окон­чательного извлечения масла экстракционным способом. Первоначально жмых измельчают на молотковых или дисковых дробилках, разрушая целые клетки масличного материала и структуры, образовавшиеся в процессе прессования.

Затем проводят влатотепловую обработку жмыховой крупки в чанных жаровнях для увеличения пластичности масличного сырья. Влажность масличного материала из семян подсолнечни­ка доводят до 8—9%, температуру — До 50 СС. Кондициониро­ванная по влажности и температуре жмыховая крупка поступает на двухпарные плющильные вальцовые станки, где она приобре­тает форму лепестка толщиной 0,25—0,5 мм. Получение жмыхо­вого лепестка применяют при подготовке к экстракции форпрес­сового жмыха из семян подсолнечника, льна, арахиса и др. Хлопковый жмых поступает на экстракцию в виде крупки, по­этому стадия его лепесткования исключается.

Подготовка семян сои к прямой экстракции. Семена сои относятся к низкомасличным культурам, поэтому более эффективно извлекать масло из них путем прямой экст - | ракции. Семена сои очищают от посторонних примесей, прово - 1 дят их влаготепловую обработку и дробят на однопарных риф - 1 леных вальцовых станках. Полученную дробленку сепарируют и | очищенные ядра подают в шнек-инактиватор. где влажность ядер доводится до 15%, а температура — до 80—90 °С. Затем в чанной жаровне происходит влаготепловая обработка дроблено­го ядра, его влажность снижается до 8—9,5%, температура — до 60—70 СС. Подготовленное ядро подается на двухпарные плю­щильные вальцовые станки, где формируется лепесток толщиной 0,3 мм.

Переработка семян сои с получением пищевого шрота требу­ет тщательной очистки их от сорных и металлических примесей, а также удаления оболочки и зародыша, которые снижают пи­щевую ценность шрота.

Основные способы экстракции. Используют различные непре­рывные способы экстракции, в основе которых лежит метод по­следовательного обезжиривания. При этом используется прин­цип противотока, когда растворитель движется навстречу мас­личному материалу.

Применяют два способа экстракции: способ погружения мас­личного материала в противоточно движущийся растворитель и способ многоступенчатого противоточного орошения движущего­ся масличного материала растворителем или мисцеллой. Нахо­дит применение смешанный способ экстракции, в котором на раз­ных стадиях используется и способ погружения, и способ много­ступенчатого орошения.

Способ погружения масличного материала в растворитель лежит в основе конструкции вертикальных шнековых экстрак­торов. Масличный материал в виде лепестка или крупки подает­ся в загрузочную колонну, захватывается витками шнека и пере­мещается вниз. Затем горизонтальным шнеком он подается к вертикальному шнеку экстракционной колонны, продвигается вверх и удаляется в виде шрота. Навстречу обезжиренному мас­личному материалу поступает чистый растворитель, он промыва­ет шрот и стекает вниз в экстракционную колонку, обезжиривая материал. Пройдя горизонтальный цилиндр, растворитель (мис - целла) поднимается по загрузочной колонне, при этом в мисцел - ле увеличивается концентрация масла. Мисцелла выводится через верхнюю часть загрузочной колонны. Движение раствори­теля в экстракторе происходит за счет разности уровней мис - целлы на входе и на выходе экстрактора. Концентрация мис- целлы составляет 15—20%. Масличность получаемого шрота не более 1%. Продолжительность экстракции 45—60 мин.

Экстракторы, работающие по принципу погружения, имеют простую конструкцию и высокий коэффициент использования объема аппарата (до 95—98%). Конструкция аппарата предус­матривает предотвращение образования взрывоопасных смесей воздуха и паров растворителя. Однако получаемая в этих аппа­ратах мисцелла имеет малую концентрацию, что вызывает боль­шие затраты на удаление растворителя. Кроме того, такие экст­ракторы очень высоки.

Способ многоступенчатого орошения применяется в ленточ­ных экстракторах. На ленту горизонтального транспортера по­дается масличный материал в форме лепестка или крупки. Вы­сота слоя материала на ленте экстрактора регулируется от 0,8 до 1,4 м. Лента транспортера составлена из стальных перфори­рованных пластин, затянутых специальной металлической сеткой.

При движении ленты экстрактора находящийся на ней мас­личный материал смачивается вначале концентрированной мис - целлой, а затем проходит восемь ступеней орошения мисцеллой убывающей концентрации. После орошения мисцелла накаплива­ется в сборнике под соответствующей ступенью экстракции, от­куда насосом подается на орошение экстрагируемого материала в этой же ступени. Последним этапом экстракции является окон­чательное обезжиривание масличного материала путем ороше­ния его чистым растворителем. При подаче чистого растворителя избыток мисцеллы низкой концентрации перетекает в сборник с мисцеллой более высокой концентрации и т. д. Шрот выводит­ся из экстрактора; масличность шрота составляет не более 1%..

Концентрация масла в мисцелле — 25—35%, продолжительность экстракции 140—190 мин.

В экстракторах, работающих по принципу многоступенчатого орошения, можно получать более концентрированные и чистые мисцеллы. Однако коэффициент использования объема экстрак­тора низок (до 45%), в нем возможно образование взрывоопас­ных смесей воздуха и паров растворителя.

Очистка мисцеллы. В процессе экстракции масла из маслич­ного сырья получают мисцеллу и обезжиренный остаток (шрот). Для выделения масла производят выпаривание растворителя из мисцеллы. Из шрота также отгоняется растворитель. Получен­ные пары растворителя конденсируют и проводят их рекупера­цию для перевода растворителя в жидкое состояние.

Выходящая из экстрактора мисцелла может содержать от 15 до 35% масла, растворенного в экстрагенте, а также некоторые примеси. Обработку мисцеллы проводят в две стадии: очистка мисцеллы; отгонка растворителя — дистилляция мисцеллы.

Экстракционная мисцелла содержит твердые частицы шрота в количестве 0,4—1%. Присутствие твердых примесей сущест­венно осложняет процесс отгонки растворителя из мисцеллы и снижает качество готового масла. Для очистки мисцеллы ис­пользуют отстаивание и фильтрование. Отстаивание мисцеллы проводят в декантаторах некоторых вертикальных шнековых экстракторов.

Широко используется очистка мисцеллы от твердых примесей путем фильтрования. Слой осадка образуется на фильтрующей перегородке из бельтинга, капрона, нейлона. В начальный пери­од фильтрования твердые частицы накапливаются на поверхно­сти фильтрующей перегородки. Дальнейшее фильтрование мис­целлы проходит через слой осадка, который задерживает твер­дые примеси. Эти фильтры нуждаются в периодической очистке фильтрующей поверхности от слоя осадка. Очищенная мисцелла должна содержать не более 0,02% отстоя.

Дистилляция мисцеллы. Разделение мисцеллы на масло и растворитель осуществляют путем отгонки ^легколетучего рас­творителя от нелетучего масла. При дистилляции необходимо достигнуть быстрого и полного удаления растворителя из масла при возможно более низких температурах.

Однако при отгонке растворителя возрастает температура кипения мисцеллы одновременно с увеличением ее концентра­ции. Поэтому вначале отгонку растворителя проводят путем вы­паривания при атмосферном давлении, затем для снижения температуры дистилляции растворитель отгоняют под вакуумом. Но даже в условиях глубокого разрежения не удается полностью удалить растворитель из масла, так как для этого требуется поддерживать высокую температуру, что может привести к раз­ложению масла. Существенное ускорение процесса дистилляции

И снижение температуры происходит при применении отгонки- растворителя острым водяным паром при атмосферном давлении или под вакуумом.

Дистилляция мисцеллы может осуществляться тремя спосо­бами: распылением мисцеллы, в пленке мисцеллы и в слое мис­целлы. Обычно применяют ступенчатую дистилляцию мисцеллы, когда растворитель отгоняют в несколько стадий в аппаратах различных конструкций. Широко используют трехступенчатую дистилляцию мисцеллы, которую осуществляют в двух пленоч­ных предварительных дистилляторах, работающих при атмосфер­ном давлении, и в окончательном дистилляторе, работающем под вакуумом. Очищенная мисцелла подогревается до температуры 70—75 °С и подается в трубчатый пленочный дистиллятор пер­вой ступени, где мисцелла концентрируется до 55—60%. Затем мисцелла с температурой 60—85 °С подается в аналогичный по конструкции дистиллятор второй ступени. Полученная высоко­концентрированная мисцелла. содержащая 90—95% масла, на­гревается до 110—115 °С и подается на распыление в оконча­тельный дистиллятор, работающий под вакуумом.

В окончательном дистилляторе интенсивно удаляются пары растворителя из мисцеллы последовательно тремя способами: распылением, в пленке и в слое. Обработку мисцеллы проводят острым перегретым водяным паром, что позволяет наиболее пол­но удалить растворитель и одновременно дезодорировать масло. Продолжительность окончательной дистилляции 4—5 мин; тем­пература после дистилляции 105—110 °С.

Отгонка растворителя из шрота. Обезжиренный в процессе экстракции шрот может содержать от 25 до 40% растворителя и воды. Растворитель находится в шроте в связанном состоянии в виде мисцеллы. Его удаляют путем отгонки. От режима отгон­ки зависит полнота удаления растворителя, а также пищевая и кормовая ценность получаемого шрота.

Отгонка растворителя из шрота в перемешиваемом слое про­водится в чанных испарителях (тостерах), в которых шрот об­рабатывают острым паром при перемешивании. При необходи­мости шрот перед отгонкой растворителя увлажняют. В процес­се пропаривания шрота можно создавать условия для влаготеп - ловой обработки, при которых обезвреживаются токсические 'вещества, содержащиеся в хлопковом, соевом и арахисовом шротах. В результате такой обработки повышается пищевая и кормовая ценность шротов. Продолжительность отгонки раство­рителя из шрота 55—60 мин. Температура шрота при выходе из испарителя 100—105 °С, влажность — 8—10%. Остаточное со­держание растворителя в шроте не выше 0,05%.

После удаления растворителя в чанном испарителе шрот ох­лаждают до температуры не выше 40 °С. Для закладки на хра­нение шрот из семян подсолнечника должен иметь влажность не

Более 7—9%, температуру —не более 40 °С, содержание раство­рителя — не более 0,1 %.

В маслодобывающей промышленности используют обогаще­ние шрота липидами и его последующее гранулирование. При •обогащении к шроту добавляют отходы рафинации масел — со - апсток или гидратационный фуз, что значительно повышает кормовую ценность шрота. Затем обогащенный шрот гранули­руют. Гранулированный шрот имеет целый ряд преимуществ: он не образует пыли при транспортировке, занимает меньший объ - ■ ем, имеет высокое содержание питательных веществ и усвояе­мость, удобен при составлении кормов для животных.

Обогащение шрота липидами и гранулирование заключается в подготовке эмульсии липидов с водой, смешивании шрота с эмульсией, прогревании, прессовании и охлаждении гранул. Шрот поступает в жаровню, где перемешивается с эмульсией, содержащей 35—40% липидов и 60—65% воды; температура ли - пидной эмульсии 50—60 °С. В жаровне смесь подогревается до 80 °С и поступает в прбсс-гранулятор. Гранулированный шрот проходит охладитель и направляется на хранение. После обра­ботки подсолнечный гранулированный шрот должен содержать 3—3,5% липидов и 9—1]% влаги.

Регенерация и рекуперация паров растворителя. Раствори­тель, удаленный из мисцеллы и шрота при выпаривании и при обработке перегретым паром, извлекается из смеси паров рас­творителя и воды с воздухом и повторно используется для экст­ракции масла.

Выделение растворителя из смеси его высококонцентриро­ванных паров с парами воды называется регенерацией. Регене­рацию растворителя осуществляют путем конденсации (охлаж­дением смеси паров), при этом получают жидкую смесь раство­рителя и воды.

Разделение жидкой смеси растворителя и воды основано на разности их. плотностей и проводится в водоотделителях. В них смесь бензина и воды отстаивается, растворитель всплывает вверх и отводится через верхний патрубок, а вода выводится снизу. Содержание бензина в воде, отходящей из водоотделите­ля, не должно превышать 0,01%.

Получение растворителя из паровоздушной смеси, содержа­щей 15—20% по объему паров рстворителя, называется рекупе­рацией. Рекуперацию паров растворителя проводят путем кон­денсации при глубоком охлаждении, адсорбции на твердых но­сителях, абсорбции на жидких средах.

РАФИНАЦИЯ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ

Растительные масла, полученные прессовым или экстрак­ционным способами, содержат большое количество примесей и без предварительной очистки не могут использоваться в пищу
и для дальнейшей переработ - Сырое масло

Ки. Состав примесей зависит \

От вида сырья, способа полу­чения масла и других факто­ров. В первую очередь это механические примеси, пред­ставляющие собой частицы масличного материала. Кроме того, масла содержат раство­ренные в них фосфолипиды, Щелочная рафинация-нейтрализация [•

Воски, свободные жирные кис­лоты, пигменты и ароматиче­ские вещества, которые ухуд­шают качество готового рас­тительного масла, его стой-, кость при хранении.

Для очистки масел от раз­личных примесей использу­ется рафинация (рис. 9.4). Методы рафинации делят на физические, химические и фи­зико-химические. Физические методы очистки масел пред-' назначены для удаления твер­дых частиц. К ним относятся отстаивание, центрифугирование, фильтрование и они проводятся при первичной очистке масла. Химические способы рафинации служат для выделения фосфо - липидов, свободных жирных кислот; это гидратация и щелоч­ная рафинация. Физико-химические методы служат для удале­ния красящих, вкусовых и ароматических веществ; это адсорб­ционная рафинация и дезодорация.

Рафинация может быть полной и частичной. Жиры и масла, подвергшиеся полной рафинации, теряют специфичность и пред­ставляют собой чистые триглицериды без особенностей конкрет­ных масличных культур. Это прозрачные, слабо-желтые масла без вкуса и запаха. Полную рафинацию проводят при очистке жиров, предназначенных для производства маргарина, кулинар­ных жиров, консервов и др. Растительные масла, предназначен­ные для употребления в пищу, подвергаются частичной рафина­ции, позволяющей сохранить в них ряд биологически ценных компонентов.

Гидратация — это процесс удаления из сырых растительных масел фосфолипидов. Фосфолипиды являются жироподобными веществами и обладают высокой биологической ценностью. Со­держание фосфолипидов в растительных маслах зависит от их вида, способа получения и составляет от 0,2 до 4,5%. Они на­ходятся в масле в растворенном состоянии, однако, при хране­
нии масел фосфолипиды те-ряют растворимость, в результате масло мутнеет, образуется осадок. В основе метода гидратации лежит способность фосфолипидов присоединять воду и образо­вывать нерастворимые в воде гидратированные фосфолипиды. которые выпадают в осадок. Количество воды, необходимое для гидратации масла, зависит от вида масла и составляет от 0,5 до 6%. При проведении гидратации непрерывным способом в сырое масло с температурой 45—50 °С вводят воду в смесителе эжекционного типа. Затем увлажненное масло подают в коагу­лятор, в котором при перемешивании образуется осадок гидра - тированных фосфолппндов. Масло отделяется от осадка (гидро - фуза) в отстойниках непрерывного действия. Гидратнрованное масло подвергается сушке в вакуум-сушильных аппаратах при температуре 85—90 СС до влажности 0,05%. В гидратированныч маслах содержание фосфолипидов не превышает 0.2—0,3%. При гидратации помимо удаления фосфолипидов несколько умень­шается кислотное число масел, улучшается их цветность, уда­ляются белки, углеводы и твердые частицы. Отделенный от мас­ла гидрофуз сушат и получают пищевой фосфатидный концент­рат, который используют при производстве маргарина, в хлебо­печении и т. д.

Для предотвращения помутнения масел при их^хранении при : низких температурах необходимо проводить удаление восков. С этой целью гидратнрованное высушенное масло медленно ох - . лаждают при слабом перемешивании и выдерживают в течение. 4 ч при температуре J0—12 °С для образования кристаллов вос-! ков. Затем масло подогревают до 20 °С для снижения вязкости и получения более крупных кристаллов восков и осадок отдели-, ют на фильтр-прессах. Содержание восков в подсолнечном мас-; ле колеблется от 0,05 до 0,4%, после вымораживания воски в масле отсутствуют. Вместе с воска ми масло частично освобож­дается от жирных кислот, фосфолипидов и пигментов.

Для уменьшения в масле содержания свободных жирных кислот проводят их нейтрализацию щелочами или солями силь­ных оснований. При этом образуются нерастворимые в масле соли — мыла. Получаемые при нейтрализации осадки — соап - стоки адсорбируют на своей поверхности часть пигментов, бель­ковых и слизистых примесей. Соапстоки отделяют и используют в мыловарении. Для нейтрализации свободных жирных кислот используют гидроксиды натрия и калия, кальцинированную соду, аммиак и другие вещества. Концентрация и температура растворов щелочен зависят от величины кислотности масел. Пос-, ле щелочной рафинации для удаления остатков мыла масло 3— 4 раза промывают горячей водой и высушивают до влажности 0,05%.

. Адсорбционная рафинация заключается в удалении пигмен­тов, при этом происходит отбеливание жира. В основе метода лежит процесс адсорбции красящих веществ, растворенных в масле, на поверхности специальных адсорбентов. Одновременно удаляются фосфолипиды, белки, слизи и мыла. Однако наличие этих примесей снижает эффективность осветления жиров, поэто­му отбеливанию подвергают масла предварительно гидратиро - ванные, нейтрализованные, промытые и высушенные.

Отбеливание проводят, добавляя к жиру природные адсор­бенты (такие как бентонитовые глины, диатомит, активные угли) в количестве от 1 до 3%- Непрерывное отбеливание осу­ществляется в две стадии. В аппарат предварительного отбели­вания подается масло и масляная суспензия адсорбента и пере­мешивается. При этом происходит отбеливание и деаэрация смеси. Затем суспензию подогревают и подают в аппарат окон­чательного отбеливания, продолжительность отбеливания 30 мин. Отбельный материал отделяется от масла при фильтровании.

Дезодорация служит для удаления ароматических веществ, придающих маслам специфический вкус и запах. Так как эти вещества летучи, их удаляют путем обработки масел перегре­тым паром при глубоком разрежении.

При дезодорации предварительно подогретое масло поступа­ет в деаэратор — теплообменник, где из него удаляется воздух и происходит нагревание до 130—180 °С. Затем масло подогре­вают до температуры дезодорации, передают в дезодоратор и обрабатывают в тонком слое перегретым острым паром, кото­рый подается под давлением 3—4 МПа. Остаточное давление в дезодораторе составляет 0,13—0,4 кПа, температура дезодора­ции 210—230 °С. Дезодорированный жир подается в охладитель. В процессе дезодорации экстракционных масел устраняется так­же запах растворителя.

Согласно действующим стандартам растительные масла вы­рабатываются нерафинированные, гидратированные, рафиниро­ванные недезодорированные и рафинированные дезодорирован­ные. Нерафинированные растительные масла очищены от меха­нических примесей, прозрачны, допускается наличие отстоя. Гид­ратированные масла освобождены еще и от фосфолипидов, они прозрачные, без отстоя. Рафинированные недезодорированные масла подвергаются гидратации, нейтрализации и отбеливанию, они прозрачные, без осадка. Рафинированные дезодорированные масла — прозрачные, без осадка, не имеют вкуса и запаха.

Масло подсолнечное выпускается рафинированное дезодори - р'ованное и недезодорнрованное; гидратированное высшего, I и II сортов; нерафинированное высшего, I и II сортов. Для пище­вых целей применяется нерафинированное подсолнечное масло высшего и I сортов, полученное прессовым методом, также гид­ратированное и рафинированное. Пищевое масло, полученное экстракционным методом, выпускается только рафинированным дезодорированным.