Гидратация фосфолипидов

Характеристика и технология химических методов рафинации жиров

Выведение восков и воскообразных веществ из растительного масла

Присутствие восков и воскообразных веществ в подсолнеч­ном масле способствует образованию мутной взвеси или осадка при длительном хранении. Это ухудшает товарный вид, затруд­няет переработку и фильтрацию масла, отрицательно сказы­вается на активности катализатора при гидрогенизации.

Содержание восков в прессовом подсолнечном масле колеб­лется от 0,05 до 0,1%, а в экстракционном – от 0,08 до 0,4%.

ВНИИЖем разработана непрерывная технологическая схема выведения (вымораживания) восков из подсолнечного масла (рис. 5.2.).

При помощи насоса 2 масло из бака 1 подается в первый охладитель 3, где охлаждается до температуры 20°С, затем в охладителе 4 доводится до температуры 10-12°С и посту­пает в экспозитор 5, который представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с рабочей вместимостью 12 м³ и про­изводительностью до 80 т/сут.

К химическим методам рафинации жиров относится гидра­тация – удаление фосфолипидов из сырых растительных масел, которые перешли в масло из семян масличных культур. Необходимость выведения фосфолипидов из масла обусловлена тем, что они являются эффективным кормовым продуктом для сельскохозяйственных животных, успешно используются в хлебопекарном, кондитерском, лакокрасочном, парфюмерном и маргариновом производствах. Кроме того, присутствие фосфолипидов понижает товарные качества масла и затрудняет даль­нейшую переработку его.

Гидратацией в технике рафинации жиров называется процесс обработки растительных масел водой, в результате которой находящиеся в них фосфолипиды, присоединяя воду, теряют растворимость и выделяются в виде объемистого осадка. Содержание фосфолипидов в маслах колеблется в широком интервале и зависит от вида масла и метода его получения.

По своему строению фосфолипидв близки к жирам, но в отличие от жиров с глицерином связаны только 2 молекулы жирных кислот, а место третьей кислоты занято сложным радикалом, в составе которого присутствует фосфор и азот.

Фосфолипиды легко взаимодействуют с другими веществами, присутствующими в масличном семени и в масле, в том числе с углеводами (сахарами), госсиполом и др., образуя темно-окрашенные соединения. Чистые фосфолипиды мене устойчивы, чем жиры, они разлагаются при температуре около 150ºС и при этом сильно темнеют. Фосфолипиды обладают кислой реакцией. Их кислотное число колеблется в зависимости от вида масла от 20 до 100. Кислотное число фосфолипидов подсолнечного масла составляет 25-30. это значит, что при содержании в подсолнечном масла 1% фосфолипидов его кислотное число повышается на 0,25-0,3 мг КОН.

В мировой практике и в нашей стране осуществляются ме­роприятия по улучшению и совершенствованию технологии вы­деления фосфолипидов из масла и повышению качества фосфолипидных концентратов с сохранением их биологической и физиологи­ческой ценности.

Но не всегда следует удалять фосфолипиды из масла (напри­мер, при использовании растительных масел в качестве салат­ных приправ). Между тем установлено, что при содержании в подсолнечном масле 1% фосфолипидов кислотное число его по­вышается на 0,25-0,3 мг КОН.

В технологии гидратации важное значение имеет количество вводимой воды. Это зависит от вида масла, содержания фосфолипидов, примесей и их состава. Рекомендуется вводить от 0,3 до 10% воды от массы масла, а в некоторых случаях и больше. Оптимальное ведение процесса гидратации на практике опре­деляется эмпирически путем проведения предварительных ла­бораторных опытов.

Ввод излишнего количества воды или другого агента может привести к пептизации фосфолипидно-белково-углеводного комплекса или к образованию трудноразрушаемой эмульсии. Насы­щение фосфолипидов водой завершается тогда, когда объем по­глощенной воды соответствует количеству связанной воды и содержанию фосфолипидов в масле. Недостаток воды ведет к не­полному удалению гидрофильных примесей, а избыток – к пептизации, проходящей при набухании частиц и ведущей к час­тичному растворению фосфолипидов в масле. Кроме того, излиш­няя влажность увеличивает затраты на сушку масла после гидратации.

Химическая реакция гидратации фосфолипидов может быть представлена на примере взаимодействия лецитина с водой.

Приведенная реакция дает только общее представление о процессе гидратации. В действительности же здесь происхо­дят более сложные физико-химические процессы.

Удаление фосфолипидов из масла облегчает последующую его переработку. Соапсток, получаемый при рафинации из гидратированного масла, более ценен при использовании в мыловарении он легче разлагается при кислотной обработке.

С целью интенсификации процесса гидратации некоторые исследователи предлагают вести этот процесс в ультразвуко­вом поле.

Известно, что при проведении процесса гидратации только водой полного удаления фосфолипидов из масла не достигается. Это объясняется тем, что в растительных маслах найдены соли магния и кальция. Установлено, что чем больше фосфора в масле, тем выше количество кальция и магния, т. е. кальцие­вые и магниевые производные фосфатидных и лизофосфатидных кислот мало или совсем не взаимодействуют с водой, но могут растворяться в углеродных неполярных растворителях, в том числе в жирах.

Исследованиями проф. Н. С. Арутюняна с сотрудниками и зарубежных авторов показано, что мисцеллы негидратируемых фосфолипидов построены таким образом, что их полярные группы соединяются за счет водородных связей, образуя ядро, а угле­водородные цепи составляют наружную оболочку, которая хорошо сольватируется глицеридами и препятствует проникновению воды.

Для удаления из мас­ла таких негидратируе­мых или трудногидрати-руемых фосфорсодержа­щих веществ в заводской практике в качестве гид-ратирующего агента ис­пользуется фосфорная кислота. В этом случае фосфорная кислота действует на фосфолипиды разрушающе, т.е. фосфолипидно-белковый комплекс, со­держащийся в масле, раз­рушается и выделение фосфолипидов из масла зна­чительно затрудняется. Это влечет за собой по­тери ценного фосфолипидногопродукта. Но фос­форной кислотой обраба­тывают не всегда, а толь­ко в тех случаях, когда это вызвано технологиче­ской необходимостью, на­пример для последую­щего более эффективного проведения рафинации, дезодорации и гидро­генизации жиров. Во многих случаях совмещают две операции (обработку масла фосфорной кислотой и щелочную рафи­нацию).

Кроме воды и фосфорной кислоты в качестве гидратирующих агентов рекомендуются слабые растворы электролитов, танина, силикаты натрия, крахмал, лимонная кислота и др.

В производственной практике широко применяются различ­ные методы, способы, схемы и режимы гидратации фосфолипидов в периодическом и непрерывном исполнении. Использование той или иной схемы или метода зависит от вида, качества и сорта масла, от объема производства, дальнейшего назна­чения гидратированного масла и фосфолипидоного концентрата.

Согласно исследованиям ВНИИЖа, ниже приведены неко­торые показатели соевого фосфолипидного концентрата.

Содержание, %

фосфолипидов 61,1

масла 35,0

влаги 0,48

веществ, нерастворимых в петролейном эфире 2,6

Кислотное число масла, выделенного из

концентрата, мг КОН 6

По литературным данным, содержание основных групп фосфолпидов (в%) в промышленных фосфолипидных концентратах соевого масла колеблется в следующих пределах:

Фосфатидилхолин 27,3-36,0

Фосфатидилэтаноламин 14,2-30,0

Инозитолфосфатид 16,7-32,0

Ввиду многообразия использования методов гидратации в заводских условиях в настоящем разделе рассматриваются некоторые наиболее прогрессивные и перспективные из них.

На рис. 5.3 приведена принципиальная структурная схема непрерывного процесса гидратации фосфолипидов растительных масел. Процесс гидратации состоит из трех основных операций:

1. Смешение сырого масла с конденсатом или другим аген­том (узел 5).

2. Отделение масла от гидратационного осадка (узел 9).

3. Сушка масла (узел 11) и гидратационного осадка (узел 15).

С целью интенсивного смешения фаз масло – конденсат ус­пешно применяются смесители эжекционного, струйного и ло­пастного типа, а также струйный реактор-турбулизатор, обеспе­чивающий тесный контакт разнополярных жидкостей. Для раз­деления двух фаз масло – гидратационный осадок используются непрерывно действующие отстойники и сепараторы, а для сушки масла и гидратационного осадка – вакуум-сушильный аппарат форсуночного типа и вакуумная ротационно-пленочная сушилка.

Применение сепараторов для разделения фаз и ротационно-пленочных аппаратов для сушки гидратационного осадка обес­печивает высокую производительность линии, комплексность переработки растительных масел на стадии гидратации с полу­чением продуктов сравнительно высокого качества.

На рис 5.4 приведена непрерывная технологическая схема гидратации фосфолипидов растительных масел, предложенная ВНИИЖем. При помощи насосов 1 и 4 масло, предварительно отфильтрованное в фильтрах 2 и 5 и подогретое в теплообмен­нике 3, поступает в смеситель 6.

Подсолнечное и арахисовое масла подогреваются до темпе­ратуры 45-50°С, а соевое – до 65-70° С. Смеситель снабжен лопастной мешалкой, куда одновременно поступает конденсат, количество которого определяется предварительно пробной гид­ратацией в лабораторных условиях. Вместо указанного смеси­теля может быть использован струйный реактор-турбулизатор, обеспечивающий тесный контакт разнополярных жидкостей, а также смеситель эжекционного типа и др. Смеситель выби­рают в зависимости от требуемой производительности, вида и качества исходного сырого масла.

После перемешивания масла и конденсата в смесителе 6 смесь направляется в сепаратор 7 для разделения фаз.

Гидратированное масло из сепаратора поступает в подогре­ватель 9, а затем на сушку в вакуум-сушильный деаэрационный аппарат 10 или на рафинацию. Мутное масло из сепара­тора вновь возвращается на гидратацию. Производительность сепаратора 120 т/сут. Сушка масла осуществляется при темпе­ратуре 85-90° С при остаточном давлении в сушилке 2,66-3,99 кПа. Разрежение в сушилке создается трехступенчатым пароэжекторным блоком. Начальная влажность масла в сред­нем может составлять около 0,2%, а конечная – 0,05%. Производительность сушилки 3,5-6,2 т/ч, вместимость 1,625 м³, ко­личество форсунок – 3 шт.