Повышение эффективности очистки подсолнечного масла при хранении центробежно-адсорбционным и адсорбционно-ультразвуковым способами

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Специальности: 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

05.18.12 - Процессы и аппараты пищевых производств

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ ПОДСОЛНЕЧНОГО МАСЛА ПРИ ХРАНЕНИИ ЦЕНТРОБЕЖНО-АДСОРБЦИОННЫМ И АДСОРБЦИОННО-УЛЬТРАЗВУКОВЫМ СПОСОБАМИ

Погосян Акоп Мовсесович

Саратов 2009

Работа выполнена в Федеральном Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Рудик Феликс Яковлевич

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент

Симакова Инна Владимировна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

ФГОУ ВПО «Пензенская СХА»

Ларюшин Николай Петрович

доктор технических наук, профессор

Технологического института

ФГОУ ВПО «Саратовский ГТУ»

Седелкин Валентин Михайлович

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Волгоградская сельскохозяйственная академия».

Защита диссертации состоится «25» декабря 2009 года в 12⁰⁰ на заседании диссертационного совета Д 220.061.03 при ФГОУ ВПО «СГАУ им. Н.И. Вавилова» по адресу: 410056, г.Саратов, ул. Советская, 60, ауд. 325.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова»

Автореферат диссертации разослан 25 ноября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Волосевич Н.П.

1. Общая характеристика работы

Актуальность темы. Правильное и рациональное питание - непременное и обязательное условие здоровья человека. Эффективность пищевого продукта зависит от сбалансированности в них основных пищевых веществ: белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных солей, микроэлементов, клетчатки и других биологически активных компонентов пищи. масло жир подсолнечный адсорбция

Растительные масла и продукты на их основе в последние годы становятся все более значимыми. Практически в каждой семье растительное масло и его производные (маргарин, майонез) являются обязательными продуктами повседневного потребления.

Жиры должны использоваться в количествах, наиболее полно восполняющих затраты энергии. Установлено, что ежедневная потребность взрослого здорового человека в жире удовлетворяется 75-110 г. Необходимо, однако отметить, что количество жира в пищевом рационе определяется разными обстоятельствами, к которым относят интенсивность труда, климатические особенности, возраст человека. Человек, занятый интенсивным физическим трудом, нуждается в более калорийной пище, следовательно, и в большем количестве жиров. Климатические условия севера, требующие большой затраты тепловой энергии, также вызывают увеличение потребности в жирах. Чем больше расходуется энергия организма, тем большее количество жира нужно для ее восполнения.

Исходя из этого актуальность развития производства высококачественных растительных масел и продуктов на их основе, а также разработка новых технологий в России приобретает особое значение.

Дорогие рафинированные подсолнечные масла отвечают практически всем требованиям, предъявляемым ГОСТ 1129-93.

В нерафинированных маслах средней стоимости, преимущественно используемых абсолютным большинством населения, содержание вредных составляющих уже на стадии поставки в потребительскую сеть находятся на уровне верхнего предельного состояния.

При хранении масла, вне зависимости от их условий, протекают процессы инициирования первичных и вторичных нерастворимых продуктов окисления и в последующем к автоокислению. Данное обстоятельство ведет к постоянному протеканию процесса порчи подсолнечного масла, что резко сокращает период его сохранности.

Проблема повышения сроков хранения пищевых жиров при обязательном обеспечении их продуктового качества должна решаться путем совершенствования существующего оборудования, создания новых технологий, обеспечивающих торможение и подавление окислительных процессов на финишной стадии их производства и при хранении комбинированными центробежно-адсорбционными и адсорбционно-ультразвуковыми методами.

Актуальность работы подтверждается тем, что она входит в комплексную тему №9 «Разработка технологий и оборудования для производства и переработки сельскохозяйственной продукции» научно-исследовательских работ ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова».

Цель исследования: повышение эффективности очистки подсолнечного масла на финишной стадии его производства и при хранении комбинированными центробежно-адсорбционными и адсорбционно-ультразвуковыми методами.

Объектом исследования является технологический процесс с комплектами оснастки для очистки подсолнечного масла при хранении в центробежно-адсорбционной и адсорбционно-ультразвуковой установках.

Научная новизна

- теоретическими и экспериментальными исследованиями установлен механизм порчи нерафинированного подсолнечного масла при хранении, протекающий по схеме: инициирование с образованием свободного радикала; разветвление цепи с образованием перекисного радикала и циклизации процессов окисления;

- теоретически исследованы процессы циклонной, адсорбционной и ультразвуковой очистки подсолнечного масла, установлены закономерности выноса нерастворимых первичных и вторичных продуктов окисления при регенерации.

Практическая ценность

Органолептическими и физико-химическими исследованиями качества установлены:

- причины получения нерафинированных подсолнечных масел низкого качества, предложены пути совершенствования технологии производства;

- рациональные календарные сроки хранения подсолнечного масла, предложена технология регенерации качественных показателей при хранении;

- разработаны и прошли производственную проверку центробежно-адсорбционная и адсорбционно-ультразвуковая установки для очистки масла от первичных и вторичных нерастворимых продуктов окисления при хранении.

Методика исследования: для достижения поставленной цели и решения комплекса задач применялись современные теоретические и экспериментальные методы исследований.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях по специальным методикам. Физико-химические и органолептические анализы качества масла проводились по соответствующим ГОСТам на современном оборудовании.

В работе использовались химические и математические общепринятые методики исследования и обработки экспериментальных данных.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается как собственными лабораторно-производственными испытаниями, так и оценкой показателей в специализированных отраслевых лабораториях.

Апробация материалов диссертации.

Основные положения результатов исследований были доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ФГОУ ВПО «СГАУ им. Н.И. Вавилова» в 2007-2009 г.г.; Всероссийских научно-практических Международных конференциях «Вавиловские чтения» в 2007-2009 г.г.; на Международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора Красникова В.В. в 2008 г.; на Международной научно-практической конференции ФГОУ ВПО « СГАУ им. Н.И. Вавилова» «Технологические процессы и оборудование для переработки сельскохозяйственной продукции» в 2009 г.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в девяти работах общим объемом 2,31 печатных листов, из них лично соискателю принадлежат 1,19 печатных листа, в том числе две статьи - в изданиях, поименованных в «Перечень ведущих журналов и изданий» ВАК РФ, объемом 0,76 печатных листа, из них лично соискателю принадлежат 0,24 печатных листа. Новизна исследований подтверждена двумя патентами РФ на полезную модель. Остальные работы опубликованы в сборниках научных трудов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов. Она изложена на 144 страницах компьютерного набора, содержит 11 таблиц, 37 рисунков и 37 страниц приложений. Библиографический список включает в себя литературу из 145 наименований, в том числе 14 на иностранных языках.

На защиту выносятся следующие научные положения:

- исследование процесса автоокисления и изменения качества подсолнечного масла в период его хранения;

- теоретическое обоснование целесообразности регенерации подсолнечного масла диспергированием включений ультразвуком и регенерацией адсорбцией;

- конструкторско-технологические решения технических средств для регенерации подсолнечного масла;

- лабораторные исследования, адекватно описывающие режимные параметры регенерации подсолнечного масла в период его хранения.

2. Основное содержание работы

Во «Введении» обоснована актуальность темы, намечены основные пути и направления проведения исследовательских работ.

В первом разделе «Состояние вопроса, цель и задачи исследования» обосновано значение использования подсолнечного масла в пищевом рационе человека».

На основе анализа литературных источников и собственных исследований установлены факторы и процессы, обеспечивающие качество подсолнечного масла.

Изначально, на выход масла из маслосемян большое значение оказывает сортность семян. Уже на ранней стадии выработки масла имеют место такие включения как масличная примесь, кислотное число, токсичные элементы, микотоксины и пестициды (медь, ртуть, свинец, кадмий).

Кислотные показатели семян зависят от сортности, колебания их показателей для различных сортов значительны, и они воздействуют на продукт во всех стадиях переработки. На конечный продукт функционально воздействует влажность, зависящая от:

F(x) = f(c;y;o;x) (1)

где С - условия созревания семян; У - условия уборки семян; О - условия первичной обработки семян; Х - условия хранения семян.

Процесс окисления подсолнечных масел по всей технологической цепочке от производства сырья, получения масла и до его хранения непрерывен. Уровень кислотности готового продукта является основным показателем качества масла, скорости его порчи и возможного срока его использования в качестве пищевого продукта.

Установлено, что кислотные показатели семян зависят от сортности, их колебания для различных сортов значительны, и они воздействуют на продукт во всех стадиях их переработки. На содержание первичных продуктов окисления существенно воздействует влажность сырья, что регламентируется условиями созревания.

Следующим ускорителем процесса окисления установлен процесс уборки. Плохое техническое состояние уборочной техники ведет к травмируемости семян. Это, в свою очередь, предопределяет более активный и по действию, и по времени контакт капиллярно-пористой структуры ядра с окружающей, насыщенной кислородом средой.

В свою очередь, существенное воздействие на уровень кислотности оказывает степень совершенства технологии извлечения масла из семян. Перекисное число, характеризующее концентрацию в масле гидроперекисных соединений и полных перекисей зависит от состояния сферосом и вытекания масла в поры. Основным, при этом, считается создание условий, когда время контакта кислорода с маслом минимально. По современному техническому уровню большинства перерабатывающих предприятий это невозможно, устаревшее оборудование и отсталые технологии не могут обеспечить этого условия. Следовательно, снижение первичных продуктов окисления в большинстве случаев не представляется возможным, нужно технико-технологическое перевооружение предприятий отрасли.

В процессе хранения масла подвергаются активному автоокислению - порче жиров. Это вызывает прогорклость продукта, ухудшение органолептических показателей. По современным представлениям, процесс автоокисления ненасыщенных жиров кислородом является типичной свободно-радикальной реакцией, в которой первым относительно стабильным промежуточным продуктом являются гидропероксиды. При дальнейшем развитии процесса окисления образуются вторичные продукты окисления - карбональные соединения, свободные жирные кислоты и др.

Наряду с этим в результате взаимодействия между собой различных радикалов возникают продукты полимеризации. Реакция присоединения описывается выражением:

R + O₂ = ROO*. (2)

Описанные процессы при хранении протекают как при свете, так и в темноте. Поэтому и приняты в Российской Федерации жесткие меры по условиям и срокам хранения масла, установлены граничные показатели, при достижении которых масла не должны употребляться в качестве пищевых продуктов.

Исходя из вышеуказанного и поставленной цели на исследования в разделе представлены материалы анализа физических и физико-механических способов очистки масел и на этом основании сделаны следующие выводы:

- качество масла находится в прямой зависимости от сырья, технологии переработки, очистки и хранения;

- масла с перерабатывающих предприятий небольшой мощности и с простой системой очистки поступают в потребительскую сеть с низкими органолептическими и физико-химическими показателями качества, находящимися в предпредельном пороговом состоянии;

- существующее оборудование для очистки подсолнечных масел не предназначено для финишной подготовки масла к реализации и, особенно, к хранению;

- наиболее перспективным предполагается применение в технологических линиях новых технических решений по снижению кислотного, перекисного, анизидинового и фосфорного чисел, улучшению органолептических показателей качества.

Исходя из выводов по анализу состояния вопроса очистки подсолнечного масла при хранении и поставленной цели в задачи исследований входило:

1. Проанализировать параметры, обеспечивающие пищевую ценность подсолнечных масел, исследовать процессы и составляющие качества в потребительской сети и при хранении;

2. Теоретически исследовать и обосновать процессы центробежно-адсорбционной и адсорбционно-ультразвуковой очистки подсолнечных масел при передаче в потребительскую сеть и в период его хранения;

3. Исследовать органолептические и физико-химические показатели очистки подсолнечного масла в стадии передачи в потребительскую сеть и при его хранении, обосновать технологические режимы очистки центробежно-адсорбционным и адсорбционно-ультразвуковым методами;

4. Разработать и проверить конструкции установок для очистки подсолнечного масла, произвести их производственную апробацию и дать технико-экономическую оценку результатов исследования.

Во втором разделе «Теоретические исследования процесса окисления подсолнечного масла и эффективности его очистки при хранении» установлено, что повышение кислотности подсолнечного масла при хранении объясняется активностью индукционного периода, обуславливающегося воздействием света и тепла. Связывается все это с условиями хранения - тара, ее герметичность и цвет, температурный режим, длительность хранения. Особенно активны световые воздействия, вследствии которых образуются гидроокиси.

Гидроперекиси являются высокоактивными и неустойчивыми соединениями, распадаясь они превращаются в свободные радикалы.

А- О- ОН - > AO` + `OH. (4)

Вторичные реакции образуют такие продукты окисления как спирты, кетоны, альдегиды, эфиры, эпоксисоединения, оксикислоты, кетоэфиры и др. вещества, также превращающиеся в кислоты.

В неиспользованных, находящихся на хранении маслах, имеет место процесс накапливания вторичных продуктов окисления. При увеличении времени хранения в масла переходят также и естественные ингибиторы окисления - токоферолы, фосфатиды. В маслах, находящихся на хранении, со временем, после окончания индукционного периода, активизируется процесс накопления перекисей, ведущий к повышению кислотности.

Окисление, как цепной свободно-радикальный процесс, протекает тремя путями: инициированием, разветвлением и обрывом цепей.

Основой инициирования является образование свободного радикала липида R* из-за термического или фото-химического разрыва связи RH или отрыва водорода от R-H инициатором свободных радикалов.

Молекулярный кислород в основном триплетном состоянии имеет два неспаренных электрона и, следовательно, он является дирадикалом, а реакция с органическим свободным радикалом является радикал-радикальным процессом. Молекулярный кислород реагирует со свободным радикалом углерода с контролируемой диффузионной скоростью около 10⁹ м^-1с^-1. Перекисный радикал отнимает водород у органического соединения и реакция классифицируется как реакция переноса атома:

ROO + RH ---- KpROOH + R*.(6)

При давлении кислорода более 100 торр (100 мм рт.ст.) скорость окисления описывается уравнением (7), где K_p и K_t константы скорости разветвления и обрыва цепей соответственно, R_i - инициирование радикалов:

- dO₂/dt = K_p[R-H]R_i^1/2/2K_t^1/2.(7)

Реакция в-разрыва (фрагментации) перекисного радикала, обратная реакции присоединения кислорода к свободному радикалу органического соединения, является третьим типом последовательности реакций развития процесса:

ROO* ---- R* + O₂. (8)

При дальнейшем развитии цепного процесса окисления образуются вторичные продукты окисления (карбонильные соединения, свободные жирные кислоты с короткой цепью и др.), а также продукты полимеризации.

Полимерные продукты образуются в результате взаимодействия между собой различных радикалов:

Рисунок 1. - Общая схема ферментативного прогоркания жира

Присутствие продуктов окисления в жирах значительно ухудшает их физиологическое действие и органолептические показатели, а также затрудняет их переработку. Поэтому, предотвращение окислительных процессов при получении, переработке и хранении жиров и контроль за этими процессами имеют очень важное значение.

С этой целью исследовалась эффективность центробежных очистителей, определяемая выделением частиц в шламовом пространстве и тонкослойным центрифугированием.

Рисунок - 2. Схема очистки масла от твердых включений центрифугированием

1 - камера уноса; 2 - очищаемая жидкость; 3 - перфорированная, гофрированная вставка; 4 - адсорбент.

Продолжительность центробежного осаждения частиц, рисунок 2, определяется выражением:

. (10)

где - коэффициент вязкости масла, Па•с; - угловая скорость вращения ротора центрифуги, рад/с; - диаметр частицы, мм; , - плотность частицы и жидкости, кг/м³; ,- различные значения радиуса жидкой фракции.

Перемещение частицы осуществляется за счет стоксовой скорости V_cт в окружающей среде под действием центробежной силы и скорости потока жидкости V_п, результирующая от этих скоростей и представляет истинную скорость и направление движения частицы.

, (11)

Параметры тонкости осаждения и уноса частиц в центробежном потоке определяются комплексными показателями.

(12)

(13)

где - зазор между поверхностями осаждения во вставке, мм; - коэффициенты живого осаждения вставки; Н - высота вставки.

В данном случае оптимальным является вариант, когда соблюдается условие:

(14)

Конструктивные параметры центрифуги зависимы от динамики ее работы. Главным фактором при этом является обеспечение условий, когда формируется стабильный радиальный столб легкой жидкой фракции, минимальный радиус которого составляет величину r_л и он должен быть меньше радиуса напорного диска r_н.д., отводящего легкую жидкую фракцию из центрифуги.

Максимальный радиус легкой жидкой фракции r_у является одновременно и радиусом выделенной тяжелой жидкой фракции, т.е. является поверхностью раздела двух неоднородных жидких фаз. Радиус отвода тяжелой жидкой фракции r_х должен быть больше минимального радиуса r₁.

Конструктивно рациональным является соблюдение условия, когда радиус отвода тяжелой жидкой фракции больше минимального радиуса r_х>r₁ и при этом меньше максимального радиуса легкой жидкой фракции r_х<r_у поверхности раздела.

r_у>r_х>r₁. (15)

Исходя из этого и на основании уравнения равновесия центробежных давлений получены выражения, определяющие конструктивные параметры центрифуги.

(- = ). (16)

После преобразования уравнение (16) принимает вид:

с _ч(r_у² - r_х²) = с_ж(r_у² - r₁²). (17)

Произведя преобразования выражения (17) получим основополагающий конструктивный параметр - максимальный радиус легкой жидкой фракции, т.е. поверхность раздела двух неоднородных жидких фаз.

r_у = . (18)

Кавитационные процессы протекают в объеме жидкости под воздействием отрицательного давления, превышающего прочность жидкости на разрыв. В обычных условиях разрыв сплошности жидкости наблюдается при давлении лишь на немного меньших давления насыщенного пара (около 0,1 МПа). Это объяснятся наличием в жидкости зародышей кавитации.

Весь этот процесс объясняется резонансной частотой пузырька газа радиусом R:

f_p = (1/2рR)[3г(P_г + 2д/R)/с]^0,5, (19)

где г - показатель адиабаты; Р_г - давление газа в пузырьке, МПа; д - коэффициент поверхностного натяжения; с - средняя плотность системы, кг/м³.

Таким образом, для определенной частоты звукового поля существует верхний предел зародышей R_{0 max}, способных кавитировать. Он определяется из условия:

[сщR_{0 max}]² = 3г(P₀ + 2д/R_{0 max}), (20)

где щ - частота звуковых колебаний, Гц;

Р₀ - давление в среде пузырька, МПа.

При захлопывании пузырьков образуются высокоскоростные кумулятивные струи с локальным давлением порядка 10² - 10³ МПа. Это явление развивает межфазную поверхность и интенсифицирует процесс продвижения жидкой фазы относительно пор и каналов в твердой фазе.

Распространение ультразвуковых колебаний наряду с кавитацией вызывают также и очень важные для стационарного или полустационарного состояния очищаемой жидкости акустические потоки. Акустические течения способствуют направленному выносу первичных и вторичных продуктов окисления в адсорбент, что, несомненно, повысит эффективность и производительность процесса очистки подсолнечного масла.

Основной энергетической характеристикой волны является интенсивность звуковых колебаний, она описывает количество энергии, переносимой волной в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную к направлению ее распространения.

I = с_ср•с₀ = с₀c₀ = , (21)

где с_ср - средняя объемная плотность звуковой энергии, кг/м³; с₀ - скорость звука, м/с; V_m - амплитуда колебательной скорости, м/с; с₀ - плотность невозмущенной среды, кг/м³; P_m - амплитуда давления, Па.

Важным конструктивным параметром при разработке установки с использованием ультразвука для очистки подсолнечного масла является поток звуковой энергии, определяемый произведением интенсивности звуковых колебаний и плотности мощности звукового излучения.



Плоский излучатель звуковых колебаний, наиболее приемлемый для случая очистки подсолнечного масла, размеры которого не малы по сравнению с длиной волны, излучает звуковые волны в полупространство. Амплитуда звукового давления на расстоянии r от излучающей поверхности S в поршневом режиме, когда все точки получающей поверхности колеблются синфазно с одинаковой амплитудой, определяется выражением:

где л - длина звуковой волны, Нм;

r - расстояние от излучающей поверхности, м.

Исходя из принятого для исследования плоского излучателя интенсивность звуковых колебаний будет определяться выражением:

где P_a - акустическая мощность, Вт/м²; P_a = 1/2R_sV_m²; R_s - активное сопротивление излучения; R_s = ??₀c₀S.

Следовательно, интенсивность звуковых колебаний можно определить из выражения:

где k(r) - показатель, учитывающий затухание волн в среде очищаемой жидкости.

Для области нелинейной акустики проводится оценка порядка величин в дифференциальном уравнении колебательного движения проводились с учетом:

- инерционный член ? с₀щV₀; вязкий член ?зk²V₀; - нелинейный член ? с₀kV₀²,

где V₀ - амплитуда колебательной скорости, м/с; з - вязкость очищаемого масла, Па?с; k = = - волновое число; с - скорость звука в невозмущенной среде, м/с; щ - круговая частота, Гц.

Исходя из выражения (25) и учитывая, что отношение нелинейного члена к вязкому дает акустическое число Рейнольда:

R_a = = , (26)

а отношение нелинейного члена к инерционному дает акустическое число Маха:

М = (27)

принято, что важным технологическим параметром является минимальный размер зародышей пузырьков R_{0 min}, способных кавитировать. Этот размер определяется прочностью жидкости на разрыв P_max и, следовательно, амплитудой звукового давления. Очевидно, что обеспечение режима очистки подсолнечного масла может быть соблюдено при условии, что отрицательное звуковое давление будет больше чем прочность жидкости на разрыв и это условие обеспечивается равенством:

|P_m - P₀| > P_max = [^0,5. (28)

Приведенные выражения позволяют расчетным путем определить рациональные режимы ультразвуковой обработки очищаемого подсолнечного масла.

В третьем разделе «Методика экспериментальных исследований» обоснован и назначен комплекс экспериментальных исследований необходимый для оценки качества подсолнечного масла при хранении и после очистки.

При органолептических исследованиях оценке подвергались показатели запаха, цветности, прозрачности и вкуса подсолнечного масла.

Физико-химическими исследованиями определялись кислотное, цветное, перекисное и фосфорное числа.

Для исследования технологического процесса использовалось лабораторное оборудование, позволяющее вести очистку подсолнечного масла с различными адсорбирующими компонентами, температурой нагрева масла. При испытаниях использовались ультразвуковые установки с характеристиками: мощность 10-50 Вт; частота 18-35 кГц; плотность мощности 1-3Вт/см².

Продолжительность испытания 1-15 минут.

Обработка результатов исследований проводилась методами химического анализа. Абсолютная достоверность определялась с достоверностью б = 95, при этом относительная ошибка для физико-химических измерений составляла 4-5%, а для органолептических показателей - 10%.

В четвертом разделе «Исследование качества очистки масла» представлены материалы по результатам теоретических и экспериментальных исследований органолептических и физико-химических характеристик подсолнечных масел в потребительской системе, при хранении и после очистки. Исходя из этих показателей, устанавливались рациональные конструктивно-режимные параметры оборудования.

Анализом пяти марок масел, находящихся в потребительской сети установлено, что практически у всех качественные характеристики находятся в непосредственной близости к пороговым: цвет от желтого до темно-желтого; запах от свойственного подсолнечному до выраженного затхлого; прозрачность от прозрачного до с наличием «сетки» над осадком и вкус от свойственного до с выраженным привкусом горечи.

Физико-химическими исследованиями установлено, что, как и в случае с органолептическими, они также по стабильности качественных показателей не могут удовлетворить потребителя: кислотное число от 0,8 до 2,2 мг КОН/г (должно быть <2,25); цветное число от 4,0 до 11,0 у.е. (<25,0); перекисное число от 8,8 до 11,0 моль активного О (<10,0); фосфорное число Р₂О₅ от 0,02 до 0,048 у.е. (<0,53).

Основным выводом этих исследований следует, что проверенные масла на стадии реализации условно пригодны для пищевых целей, а после недолговременного хранении из-за активного автоокисления при свете они переходят в категорию технических.

Органолептическими исследованиями масел, находящихся на хранении установлена скорость их порчи по времени хранения, таблица 1.

Таблица 1. Изменение органолептических показателей масел в период хранения

Срок хранения подсолнечного масла, мес.	Наименование показателя
	Запах	Цвет	Прозрачность	Вкус
1	Свойственный подсолнечному	Соломенный	Прозрачное	Свойственный подсолнечному без постороннего привкуса
2	Свойственный подсолнечному	Соломенный	Прозрачное	Свойственный подсолнечному без постороннего привкуса
3	Запах слегка прогорклого	Желтый	Наличие «сетки» над осадком	Слегка прогорклый
4	Запах прогорклого	Темно-желтый	Наличие «сетки» над осадком	Выраженный прогорклый
5	Резкий запах прогорклого	Темно-желтый	Наличие «сетки» над осадком	Сильно выраженный прогорклый

Физико-химические показатели подсолнечного масла в процессе хранения ухудшаются в зависимости от условий и срока хранения. Экспериментальные данные подтверждают процесс цикличного длительного окисления продукта.

Кислотное число в начальный период хранения возрастает линейно. Резкий его скачок наблюдается после четырехмесячного хранения. Превышение ГОСТовского максимума здесь достигается до 3,6 раз.

Рисунок - 3. Изменение кислотного числа

Перекисное число, характеризующее содержание в масле гидропероксидов изменяется волнообразно, что следует объяснить активностью реагентов, накапливающихся при хранении.



Рисунок - 4. Изменение перекисного числа

Анизидиновое число, характеризует содержание в масле вторичных продуктов окисления - альдегидов. В реакцию с анизидином вступают б и в ненасыщенные альдегиды, образующие с реагентами продукты конденсации желтого цвета. Их интенсивность и характеризует качество продукта.

Рисунок - 5. Изменение анизидинового числа

Резкое изменение цветного числа также характеризует не прекращающийся по времени процесс постоянной порчи масла.



Рисунок - 6. Изменение цветного числа

Характерным и существенным является то, что описанные выше реакции могут происходить даже в темноте, до тех пор, пока присутствует растворенный кислород и вещества, образующие свободные радикалы. Если растительное масло подвергается действию света, кислород может фотоактивироваться, переходя в синглетный кислород, который также может инициировать цепь окисления.

Зарождение цепи окисления происходит при взаимодействии глицеридов, содержащих полиненасыщенные жирные кислоты со свободными радикалами, содержащимися в жире в следовых количествах, а также с активированными молекулами кислорода, переходящими в активированное состояние в результате воздействия солнечного света.

Глубина окислительных процессов и скорость окисления находятся в прямой зависимости от количества входящих в жиры глицеридов полиненасыщенных жирных кислот и степени их ненасыщенности. Преимущественно окисляется группа -СН₂-, соседняя с двойной связью (а -положение), а с наибольшей скоростью - расположенная между двумя двойными связями. В результате воздействия кислорода воздуха на жиры происходит накопление различных продуктов распада, ухудшающих органолептические и реологические свойства. Жиры, в которых начались окислительные процессы, имеют пониженную стойкость при дальнейшем хранении. Скорость окисления зависит также от интенсивности соприкосновения жира с воздухом и от температуры.

Суммарное число продуктов окисления ГОСТом 1129-93 не нормируется, что по нашему мнению, ошибочно. Этот показатель, исходя из проведенных исследований, после одного месяца хранения масла составляет 64,22%. В последующем, процессы, протекающие в масле, ведут к возрастанию суммарного содержания продуктов окисления и к четвертому месяцу хранения достигает 86,6%, к пятому - 98,2%. Исходя из данных этого показателя можно сделать основной вывод, что в процессе хранения масло подвергается интенсивному окислению, и после буквально нескольких месяцев хранения оно достигает порядка 80 кратного превышения.

Рисунок - 7. Изменение суммарного числа продуктов окисления

Очистка подсолнечного масла в центробежных установках осуществлялась в машине аналоге СОГ-933Р и экспериментальной - с использованием процесса адсорбции.

Схема центробежно-адсорбционной установки для очистки масла (патент на полезную модель №78444) предсталвена на рисунке 8.



Размещено на http://www.allbest.ru/

1 - камера уноса;

2 - перфорированная вставка для отвода твердых включений;

3 - адсорбент;

4 - унос легкой жидкой фракции.

Рисунок - 8. Центробежно - адсорбционная установка для очистки масла

Экспериментально установлено, что:

- повторная финишная очистка масла, даже в обычной центробежной установке, снижает содержание кислотного числа на 9%, перекисного числа на 11%, анизидинового числа на 12%, коэффициента преломления на 9,5% и суммарного содержания продуктов окисления на 2,5%;

- при центрифугировании с адсорбцией масла сквозь слой сорбента процесс очистки несколько улучшается. Так, кислотное число уменьшается в сравнении с исходным состоянием на 29%, перекисное число на 14%, анизидиновое число на 25%, коэффициент преломления на 4,8%, а суммарное содержание продуктов окисления на 20%.

Исходя из приведенных данных, можно сделать вывод о том, что:

- на малых предприятиях уделяют основное внимание производству подсолнечного масла и его реализации, качественная же его составляющая находится на крайне низком уровне;

- использование дополнительной финишной операции очистки позволит улучшить качество пищевого продукта и будет способствовать повышению сроков его хранения.

При исследовании технологии очистки подсолнечного масла при хранении с различными режимами установлено, что при сравнении способов очистки адсорбцией, адсорбцией с УЗ 18 кГц, 1,5 Вт/см² и адсорбцией с УЗ
35 кГц, 2,5 Вт/см² наилучшие органолептические показатели получены по третьему варианту.

Схема адсорбционно-ультразвуковой установки для очистки масла (патент на полезную модель №81198) представлена на рисунке 9.

Рисунок - 9. Адсорбционная установка с УЗ для очистки масла

При этом если по первому варианту для очистки масла требовалось от 15 до 20 минут, то по второму - 5-10 минут, а по третьему - 1-3 минуты.

При очистке по принятому третьему варианту получены следующие данные:



Рисунок - 10. Изменение кислотного числа при хранении и очистке

Рисунок - 11. Изменение перекисного числа при хранении и очистке

Рисунок - 12. Изменение анизидинового числа при хранении и очистке

Рисунок - 13. Изменение цветного числа

Суммарное число продуктов окисления с 1,87 после очистки достигает показателя 0,99%, что характеризует более чем 45% эффект улучшения очистки исследованным в работе способом.

В пятом разделе «Технико-экономическая оценка эффективности результатов исследования».

Технологии и технические средства прошли проверку в лабораторных условиях и на производстве в ОАО «Ершовский пищевой комбинат», ЗАО «Зорнинское» Марксовского района и в авиатыловой базе в/ч 75505.

Расчетная экономическая эффективность от внедрения в производство оборудования для очистки 500 тонн подсолнечного масла составит 331000 рублей при сроке окупаемости 1,06 года.

Общие выводы

1. Анализом состояния вопроса установлено, что уже на стадии передачи в потребительскую сеть подсолнечные масла, изготовленные на малых и средних перерабатывающих предприятиях, по основным показателям качества находятся в предпредельных органолептических и физико-химических состояниях: характеризуются вкусовым, запаховыми, цветными несоответствиями, высоким содержанием первичных продуктов окисления - кислотное число 0,8-2,7 мг КОН/г (предельное 2,25), перекисное число 8,8-11,0 моль активного О (10,0), цветное число 5,0-11,0 у.е. (25);

2. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлен механизм порчи подсолнечного масла при его длительном хранении, протекающем по схеме: In* + RH - InH + R* > R_i - инициирование с образованием свободного радикала; R* + O₂ - ROO* > K_p - разветвление цепи и образование перекисного радикала; 2ROO* - [ROOOOR] ---- nonradical products, O₂ > K_t. Процесс автоокисления масла протекает тем интенсивнее, чем ниже качество исходного продукта. Уже к третьему месяцу хранения по своим органолептическим показателям масло по всем параметрам не соответствует ГОСТ 5472-2005. После четвертого месяца хранения физико-химические показатели выходят за нормативные пределы ГОСТ 1129-93 - кислотное число в 3,6 раз, перекисное число в 1,4 раза и цветное число в 1,2 раза. Суммарное число продуктов окисления достигает 80-кратного превышения;

3. На основании анализа технологий и оборудования для очистки подсолнечных масел определена и предложена перспективная технологическая схема, заключающаяся в повышении эффективности очистки от твердых частиц и первичных продуктов окисления при получении продукта и регенерации его в период хранения;

4. Теоретическими и экспериментальными исследованиями обоснованы и разработаны оригинальные конструкции:

- центрифуги, отличающейся тем, что наряду с выносом мелких твердых составляющих в ней осуществляется адсорбционная очистка масла от первичных продуктов окисления в опоко-доломитном сорбенте. Температура процесса 50-70 ⁰С, время очистки 60-65 минут. (Патент на полезную модель №78444 от 24.06.08);

- адсорбционно-ультразвуковой установки, отличающуюся тем, что для интенсификации процесса и повышения качества очистки масла при хранении используются возбудители ультразвуковых колебаний мощностью 50 Вт, частотой 35 кГц и плотностью мощности 2,5 Вт/см², температура процесса 50-70 ⁰С, сорбент «опока-доломит» 10-15% от массы масла, время очистки 1-3 минуты (патент на полезную модель №81198 от 07.10.08);

5. По результатам испытаний опытных образцов оборудования установлено, что:

- очистка масла в центробежно-адсорбционной установке улучшает качество вырабатываемого масла по органолептическим показателям до нормативного уровня, а по физико-химическим показателям - кислотное число на 29%, перекисное число на 21%, анизидиновое число на 25%, коэффициент преломления на 19,8% и суммарное число продуктов окисления на 20%;

- очистка масла после 4-х месячного хранения в адсорбционно-ультразвуковой установке приводит органолептические показатели соответствующими нормативным показателям, физико-химические показатели также после регенерации доведены до нормативных - кислотное число 1,08 мг КОН/г (снижение на 80%), перекисное число 8,1 моль активного О (снижение на 38%), анизидиновое число 1,75 у.е. (на 32%), цветное число 6,7 у.е. (на 53%), суммарное число продуктов окисления 0,99% (на 47%);

6. Годовой экономический эффект рассчитывался исходя из затрат на регенерацию масла и затрат на переработку масла в олифу. При этом затраты на регенерацию 500 кг масла составляют 9288 руб., а на производство того же количества олифы 11212 руб. Годовая экономическая эффективность составит 331 тыс. руб. при сроке окупаемости 1,06 года.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Погосян А.М. Повышение эффективности использования подсолнечного масла в пищевом рационе человека/Ф.Я. Рудик, И.В. Симакова// Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. - 2008. - №6. - с. 72-75 (0,35/0,12)

2. Погосян А.М. Разработка технологии очистки подсолнечного масла при его хранении/ Ф.Я. Рудик, И.В. Симакова, И.Н. Крелина // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2009. - №3. - с. 14-17 (0,41/0,12 п.л.)

Патенты на изобретения

3. Патент на полезную модель №78444 Россия, МПК В04В Центробежный очиститель жидкостей/ Ф.Я. Рудик, С.А. Богатырев, А.М. Погосян, И.В. Симакова, Л.Ю. Скрябина. - №2008125711/22; Заяв. 24.06.2008; Опубл. 27.11.2008, Бюл. №33

4. Патент на полезную модель №81198 Россия МПК С11В 3/10. Установка для очистки фритюрного жира/ Ф.Я. Рудик, С.А. Богатырев, А.М. Погосян, И.В. Симакова, Л.Ю. Скрябина. - №2008139813/22; Заяв. 07.10.2008, опубл. бюл. №7

Публикации в сборниках научных трудов, материалах конференций и семинаров

5. А.М. Погосян. К вопросу повышения качества очистки растительных масел от твердых примесей // Вавиловские чтения: Материалы Международной науч.-пр. конференции, посвященной 120 годовщине со дня рождения ак. Н.И. Вавилова. 2007. - с. 154-156 (0,32 п.л.)

6. А.М. Погосян. Повышение эффективности очистки подсолнечных масел / Ф.Я. Рудик, И.В. Симакова // Вавиловские чтения: Материалы Международной науч.-пр. конференции, посвященной 95-летию СГАУ им. Н.И. Вавилова, 4-2. Саратов: СГАУ им. Н.И. Вавилова. 2008. - с. 393-395 (0,28/0,08 п.л.)

7.А.М. Погосян. Изменение пищевой ценности подсолнечного масла при его хранении // Вавиловские чтения. Материалы Международной науч.-пр. конференции, посвященная 95-летию СГАУ им. Н.И. Вавилова, 4-2. Саратов: СГАУ им. Н.И. Вавилова. 2008. - с. 383-386 (0,33п.л.)

8. А.М. Погосян. Повышение эффективности очистки подсолнечных масел адсорбцией. Ф.Я. Рудик, И.В. Симакова // Международная науч.-пр. конференция, посвященная 100-летию со дня рождения проф. Красникова В.В. - Саратов: СГАУ им. Н.И. Вавилова. 2008. - с. 108 - 111 (0,31/0,11 п.л.)

9. А.М. Погосян. Повышение эффективности очистки подсолнечных масел диспергированием. Ф.Я. Рудик, И.В. Симакова // Международная науч.-пр. конференция, посвященная 100-летию со дня рождения проф. Красникова В.В. - Саратов: СГАУ им. Н.И. Вавилова. 2008. - с. 111 - 114 (0,31/0,11 п.л.)

Размещено на Allbest.ru

...