Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
Ивановский государственный химико-технологический университет
Т.К. Акаева, С.Н. Петрова
Основы химии и технологии получения и
переработки жиров
Часть 1. Технология получения растительных масел
Учебное пособие
Иваново 2007
1
Стр.1
УДК 664.34.002(075)
Акаева Т.К., Петрова С.Н. Основы химии и технологии получения и
переработки жиров. Ч.1. Технология получения растительных масел: Учеб.
пособие/ ГОУВПО Иван. гос. хим.-технол. ун-т; Иваново, 2007. – 124 с. –
ISBN 5– 9616– 0179–Х
В учебном пособии описаны подготовительные операции по хранению
и переработке масличного сырья, технологические операции по подготовке
семян к извлечению масла, изложены теоретические и технологические основы
получения растительных масел методом прессования и методом экстракции,
рассмотрены вопросы первичной очистки извлеченного масла.
Предназначено для студентов специальности 260401 «Технология жиров,
эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов».
Табл. 4. Ил. 43. Библиогр.: 4 назв.
Печатается по решению редакционно-издательского совета ГОУ ВПО
Ивановского государственного химико-технологического университета.
Рецензенты:
кафедра химии и биохимии Ивановской государственной сельскохозяйственной
академии; кандидат химических наук Лебедева Т.Н. (Институт химии
растворов РАН)
ISBN 5–9616–0179–Х
© ГОУ ВПО Ивановский
государственный химикотехнологический
университет,
2007
2
Стр.2
ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ
ПРОИЗВОДСТВА РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ
Сырьем для маслодобывающей промышленности служат семена масличных
культур. Масличными условно называют растения, которые концентрируют
в своих органах (в частности, в семенах) большое количество жира.
Это – подсолнечник, соя, рапс, лен, клещевина, горчица и др. Некоторые из
них, например, хлопчатник, лен и конопля, возделываемые в основном для
получения волокна, относят одновременно и к категории прядильных растений.
В
нашей стране основной масличной культурой до сих пор остается
подсолнечник. На его долю приходится более 75 % общего объема производства
растительных масел в стране.
Подсолнечник принадлежит к ботаническому семейству Астровых,
цветки его собраны в соцветие типа «корзинка». Плод – семянка с хрупкой
нераскрывающейся оболочкой. Лучшие сорта подсолнечника отличаются
высокой урожайностью (до 35…37 ц/га) и масличностью (до 52…60 %). Содержание
плодовой оболочки и лузжистость 20 % и ниже.
Соя относится к семейству Бобовых, цветки собраны в соцветие типа
«кисть», плод – боб, содержит от двух до пяти семян. Масличность соевых
семян 19…22 %. Лузжистость семян 5…10 %.
Рапс занимает третье место в общем объеме переработки масличного
сырья в России. Масличность семян рапса 47…50 %, урожайность – 17…28
ц/га. В последние годы выведены семена отечественной селекции, отличающиеся
низким содержанием эруковой кислоты и глюкозинолатов. Масло из
таких семян относится к высококачественным пищевым маслам олеиновой
линии.
Лен принадлежит к семейству Леновых. Соцветие его – типа «кисть»,
плод – коробочка, содержащая от одного до десяти семян. Урожайность 7
…10 ц/га, масличность 46…48 %. Семена льна поступают на переработку без
отделения семенной оболочки.
Клещевина относится к семейству Молочайных, цветки ее собраны в
соцветие типа «кисть», плод – коробочка. Масличность семян клещевины
54…56 %, лузжистость 22…25 %.
Для извлечения масла из масличного сырья в мировой практике производства
растительных масел существуют два принципиально различных метода:
-
механический отжим масла – прессование;
- извлечение масла в виде раствора в летучих органических растворителях
с последующим удалением последнего из раствора – экстракция.
3
Стр.3
В некоторых случаях, которые определяются главным образом природой
и качеством перерабатываемого масличного сырья, применяют различные
комбинации этих методов.
В технологических схемах переработки масличных семян на масло различают
подготовительные, основные, вспомогательные и дополнительные
операции (рис. 1).
К подготовительным операциям относят очистку семян от примесей,
сушку, освобождение ядра от оболочки.
Основные операции включают измельчение ядра, влаготепловую обработку
измельченного продукта и собственно извлечение масла.
Вспомогательные операции для экстракционного метода включают отделение
растворителя от обезжиренного остатка (шрота), получение готового
продукта (масла) из его раствора (мисцеллы), регенерацию и рекуперацию
растворителя.
К числу дополнительных операций относят первичную очистку масла от
механических примесей и его комплексную очистку с выделением фосфорсодержащих
примесей.
Совокупность всех перечисленных операций составляет технологические
схемы производства растительных масел, которые подразделяются на
две основные группы.
Первая группа – схемы, завершающиеся прессованием:
- однократное прессование на шнековых прессах;
- двухкратное прессование на шнековых прессах с предварительным и
окончательным отжимом масла;
- трехкратное прессование с двумя предварительными и одной
окончательной ступенями отжима масла.
Вторая группа – схемы, завершающиеся экстракцией:
- прямая экстракция без предварительного отжима масла;
- экстракция с однократным предварительным отжимом масла на
шнековых прессах;
- экстракция с двухкратным предварительным отжимом масла.
Среди схем первой группы наибольшее применение получила вторая –
с двухкратным прессованием, а среди схем второй группы – схема с однократным
предварительным прессованием. В последнее время как в отечественной,
так и в мировой практике производства растительных масел наблюдается
тенденция в увеличении доли технологических схем прямой экстракции
масла.
В целом выбор схемы переработки масличных семян обусловлен физико
- механическими свойствами семян, их природой, видом компонентов и
назначением извлекаемого масла.
4
Стр.4
Рис. 1. Принципиальная структурная схема переработки масличного
сырья
5
Стр.5
1. ХРАНЕНИЕ, ОЧИСТКА И СУШКА МАСЛИЧНОГО СЫРЬЯ
1.1. Приемка масличного сырья
Основной задачей приемки масличных семян на маслозаводах является
быстрая оценка качества, взвешивание, выгрузка и правильное размещение
на складах предприятия. Приемка масличных семян начинается с отбора
проб для определения качественных показателей согласно нормативной документации.
В зависимости от исходного состояния (влажность, засоренность
и т.д.) семена направляются либо на подработку и хранение, либо непосредственно
на переработку (рис.2).
Рис.2. Структурная схема приемки масличного сырья
6
Стр.6
Во всех случаях заводского контроля на данной стадии основной является
работа по отбору правильных средних проб. Каким бы опытом и точными
методами не располагали специалисты, работа не имеет смысла, если
проба недостаточно точно характеризует анализируемое вещество во всей
партии.
Отбор проб включает несколько стадий: выделение элементарных
проб из производственных потоков, составление из них генеральной (средней)
пробы, сокращение ее до лабораторной и сокращение лабораторной
пробы до навески для выполнения анализа.
При отборе проб возникают систематические погрешности, связанные
с неоднородностью, расслоением материала при движении по транспортным
элементам (течкам, шнекам, лентам, трубопроводам). Их необходимо выявлять
и устранять.
Сокращение генеральной пробы сыпучих материалов производят на
аппаратах различных конструкций (делителе Гусева, делителе Ржехина) или
вручную – диагональным делением.
Диагональное деление производят на металлическом подносе. Генеральную
пробу высыпают на поднос и смешивают при помощи двух планок.
Затем материал распределяют ровным слоем и повторяют перемешивание.
Далее вновь распределяют материал ровным слоем, придавая ему форму
квадрата. Затем разделяют квадрат диагоналями на 4 равных треугольника.
Два противоположных треугольника отбрасывают, а оставшуюся часть материала
вновь подвергают делению до тех пор, пока количество материала в
двух противоположных треугольниках не будет требуемой величины.
При сокращении проб жидкостей генеральную пробу тщательно перемешивают
в сосуде, затем малыми порциями после повторного перемешивания
отбирают требуемое количество материала.
1.2. Хранение масличного материала
Хранение масличных семян – один из важнейших этапов их переработки
в растительные масла. Биологические особенности масличных семян обусловливают
определенные трудности при хранении. Поступающие на маслодобывающие
предприятия семена, как правило, сохраняют жизнедеятельность
и, как всякий живой организм, дышат. Интенсивное дыхание может
привести к порче семян. Порча семян при хранении приводит к потерям самого
семенного материала, к уменьшению содержания в нем масла, ухудшению
его качества и в результате может свести на нет все усилия сельскохозяйственного
производства.
7
Стр.7
Период заготовки масличного сырья ограничен в среднем 2…3 месяцами,
поэтому для бесперебойной работы в течение всего года маслозаводы
вынуждены длительное время хранить масличные семена до технологической
переработки. С этой целью данные предприятия должны содержать элеваторно
- складские емкости для хранения больших масс семян.
Правильная организация и рациональная технология хранения, учитывающая
физиологические и биохимические особенности отдельных видов и
партий семян, позволяет сохранить их с минимальными потерями и сформировать
партии семян для наиболее эффективной их переработки.
1.2.1. Биохимические и технологические основы хранения
масличных семян
Различия в качестве семян, поступающих на хранение, определяются в
основном качеством посевного материала, почвенно-климатическими условиями
зоны произрастания культур, засоренностью полей, условиями уборки
и хранения на сельскохозяйственных предприятиях и приемных пунктах, а
также условиями транспортировки.
Помимо основной культуры в семенной массе содержатся семена сорных
растений, примеси органического и минерального происхождения, микроорганизмы,
воздух межсеменных пространств.
Семена основной культуры различаются по размерам, влажности, маслосодержанию
и другим признакам, что связано с неодновременным цветением
и созреванием даже на одном растении.
Сорные примеси более влагоемки, чем семена основной культуры, поэтому
легче подвергаются поражению микроорганизмами, становясь источником
порчи семян и причиной самовозгорания. Воздух межсеменных пространств
способствует сохранению жизнедеятельности семян.
При организации хранения семян необходимо учитывать основные физические
свойства:
- Сыпучесть – величина угла естественного откоса, т.е. угла между основанием
и образующей конуса, получающегося при свободном падении семенной
массы на горизонтальную поверхность. Чем меньше этот угол, тем
больше сыпучесть семенной массы. Для семян подсолнечника угол естественного
откоса колеблется в пределах 31...45 0, клещевины – 34...46 0, сои –
25...32 0, льна 27...34 0, хлопчатника – 42...45 0. В процессе хранения сыпучесть
может ухудшаться и быть потеряна совсем. Этому могут способствовать
высокая влажность семян, засоренность, самовозгорание, слеживание.
Сыпучесть семян определяет некоторые технологические приемы при хранении
и производстве масла: принцип самотека при перемещении семенной
8
Стр.8
массы, бестарное хранение, перемещение с помощью шнеков, ленточных
транспортеров и др.
- Самосортирование – определяет неравномерность распределения
легких и тяжелых семян и примесей в массе. Возникает вследствие неоднородности
и сыпучести семенной массы. Затрудняет отбор проб, способствует
самовозгоранию, затрудняет формирование однородных партий.
- Скважистость – отношение объема, заполненного воздухом между
твердыми частицами в семенной массе, к её полному объему. Величина
скважистости зависит от формы, размеров семян, состояния поверхности семян,
их упругости, количества и характера примесей, влажности и других характеристик.
Поэтому даже для одной культуры она колеблется в широких
пределах, например, для подсолнечника – 60...80 %, льна – 35...45 %. При
хранении скважистость уменьшается из-за изменения состояния поверхности
семян, а также давления верхних слоев на нижние.
- Плотность – отношение объемов твердых частиц к общему объему
семенной массы.
- Сорбционная емкость – способность семенной массы к сорбции и десорбции
паров и газов. Наибольшее влияние на качество семян оказывает
гигроскопичность – способность поглощать и отдавать пары воды. Величину
гигроскопичности для данной партии семян определяет парциальное давление
паров воды в воздухе. Установившаяся влажность семян при определенной
относительной влажности воздуха и температуре называется равновесной
влажностью.
В первый период хранения происходит перераспределение влаги, но
полностью выравнивания влажности не наблюдается. Влажность, при которой
резко усиливаются физиолого - биохимические процессы в семенах, и
они становятся нестойкими при хранении, называют критической. В этом состоянии
появляется свободная влага, что приводит к скачкообразному усилению
дыхания семян и росту микрофлоры, начинается интенсивное развитие
плесневелых грибов.
При влажности выше критической в результате активизации жизнедеятельности
семян, микроорганизмов и вредителей начинается порча семян –
расход запасных веществ семян и изменение состава сухой части: высокомолекулярные
соединения гидролизуются, накапливаются низкомолекулярные,
растет кислотное число, изменяется цвет семян, появляется посторонний запах,
растет температура.
Величина критической влажности зависит от химического состава семян:
чем больше в семенах масла, практически не способного удерживать
воду, тем ниже величина их критической влажности. Если общую влажность
семени пересчитать на его гидрофильную часть, то величина критической
влажности будет в пределах 14...15 %. Примерное значение критической
влажности масличных семян можно рассчитать по формуле:
9
Стр.9
W=14,5 (100-М)/100,
где М – масличность семян, %.
- Теплопроводность и температуропроводность. Тепловые характеристики
у семенной массы невелики из-за большого содержания воздуха, плохо
проводящего тепло. Непосредственно у самих семян эти величины больше и
зависят от влажности: чем выше влажность, тем больше теплопроводность.
Семенная масса характеризуется большой тепловой инерцией (низким
коэффициентом температуропроводности). Это имеет положительное значение,
когда речь идет о сохранности семян, т.к. можно долго поддерживать
низкую температуру. Но при создании благоприятных условий для жизнедеятельности
семян и микроорганизмов, тепловая инерция семенной массы
может привести к самовозгоранию.
1.2.2. Характеристика состояния масличных семян по
жизнеспособности
Характеристика масличных семян по жизнеспособности проводится в
соответствии с классификацией состояний организмов по А.М.Голдовскому.
При классификации учитывается интенсивность обмена веществ, соотношение
интенсивности ассимиляции и диссимиляции (синтетических и разрушительных
процессов обмена веществ), а также показатель реактивности, под
которым понимают свойство организма отвечать изменением жизнедеятельности
на воздействие окружающей среды (табл.1).
Все состояния организмов по жизнеспособности делятся:
а) на жизнедеятельные:
- биоз – полная жизнедеятельность;
- гипобиоз – временное снижение интенсивности жизненных процессов – замедленная
и ограниченная жизнедеятельность;
б) нежизнедеятельные:
- анабиоз – полное отсутствие жизнедеятельности;
- мезабиоз – промежуточное состояние между жизнедеятельностью и анабиозом
(абиозом).
Для хранения семян из перечисленных видов состояний наибольший
интерес представляют анабиоз и мезабиоз.
Различают полный и неполный анабиоз. В первом случае прекращаются
все биохимические процессы, жизнедеятельные структуры не функционируют,
но сохраняется жизнеспособность. Не протекают газообмен и ферментативные
процессы. В данном состоянии возможны лишь чисто химические
процессы, протекающие с небольшой интенсивностью. Полный анабиоз на10
Стр.10