Разработка новых и усовершенствование существующих технологий при рафинации хлопкового масла

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

БУХАРСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание академической степени магистра

РАЗРАБОТКА НОВЫХ И УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ РАФИНАЦИИ ХЛОПКОВОГО МАСЛА

БОЗОРОВ САМАД АХАТОВИЧ

5А 541103 - Технология производства растительных масел

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

К.Х.МАЖИДОВ

Бухара - 2012

Содержание

Введение

Глава 1. Оценка существующего ассортимента, качества и пищевой ценности рафинированных растительных масел (обзор литературы)

1.1 Ассортимент и качество растительных масел

1.2 Способы предварительной очистки и рафинации масел от примесей и сопутствующих веществ

1.3 Особенности технологии производства рафинации масел и жиров

1.4 Заключение по обзору литературы

Глава 2. Сырье и материалы для рафинации хлопкового масла и повышения его и пищевой ценности

2.1 Характеристика основного и дополнительного сырья для производства растительных масел

2.2 Характеристика щелочных растворов и их электрофизические свойства

2.3 Технологии рафинации растительных масел

2.4 Оценка качества, компонентного состава и пищевой ценности растительных масел

2.4.1 Анализ качества черного масла

2.4.2 Анализ качества рафинированного масла

2.5 Заключение по главе

Глава 3. Пути повышения совершенствования технологии рафинации и повышения качества хлопкового масла

3.1 Производство витаминизированных и ароматизированных рафинированных хлопковых масел

3.2 Параметры и режимы технологии окончательной рафинации частично нейтрализованных в сырье масел

3.3 Энергетическая и пищевая ценность рафинированных масел

3.4 Заключение по главе

Общее ее заключение по диссертации и основные выводы

Выводы

Введение

Состояние проблемы, актуальность диссертации. Масложировая отрасль занимает ведущее место в системе пищевой промышленности Узбекистана. Особым спросом среди масложировой продукции пользуются: растительное (хлопковое) масло, маргариновая продукция и майонезы, применяемые для повседневных нужд населения, в общественном питании, хлебопечении и для приготовления кондитерских изделий. Производство растительных масел, маргариновой продукции и майонезов на предприятиях (в том числе частного характера) ограничено по видам и объемам производства и не удовлетворяет сегодняшним требованиям.

В условиях рыночной экономики повышаются требования населения к качеству и ассортименту масложировой продукции: растительные масла, маргарины и майонезы с повышенными качественными показателями и физико-химическими характеристиками.

Анализ состояния производства и оценка перспективы потребности в масложировой продукции показали необходимость повышения качества и расширения ассортимента растительного масла, маргаринов и майонезов за счёт включения в их компонентный состав пищевых добавок и вкусовых веществ, обеспечивающих требуемую энергетическую способность и пищевую ценность данной продукции. Местные и нетрадиционные источники пищевого сырья вполне пригодны для получения функциональных пищевых добавок и вкусовых веществ.

В связи с этим выполнение научно-исследовательских работ и практические разработки в направлении повышения качества и расширения ассортимента масложировой продукции (растительное масло) являются актуальными и важными в перспективе развития масложировой отрасли Узбекистана. Это позволяет наладить производство масложировой продукции, соответствующее современным требованиям мирового рынка и рыночной экономики.

Анализ научно-технической литературы, патентных источников отечественных и зарубежных изданий, а также состояния производства продукции масложировой отрасли пищевой промышленности за последние годы позволяет сделать выводы о том, что производство растительных масел направлено на переработку только одного вида масличного сырья, при этом не предусмотрена повышение качества и вкусовых свойств пищевого растительного масла с введением в его состав ароматических добавок и витаминов. При этом не учитываются потребности населения в масложировой продукции с повышенными качественными показателями и специфическими физико-химическими характеристиками, уделяется недостаточное внимание эффективному и рациональному использованию пищевых добавок и биологических активных веществ, обуславливающих существенное изменение потребительских достоинств и расширение ассортимента продукции. Не уделено внимание потребностям в масложировой продукции с учетом перехода на свободную рыночную экономику.

В аспекте вышеизложенного проведение фундаментальных и практических исследований в области повышения качества и расширения ассортимента масложировой продукции в нашей республике с эффективным и рациональным использованием пищевых добавок и биологически активных веществ, получаемых на основе местного и нетрадиционного сырья, обеспечивающих удовлетворение требований рыночной экономики, имеет важную научную и практическую значимость.

Результаты исследования позволяют установить единый подход к выбору пищевых добавок и вкусовых веществ, выявить эффективность их применения при производстве масложировой продукции с целью обеспечения сбалансированного компонентного состава и повышенной пищевой ценности конечной продукции.

Цель исследования направлена на повышение качества и расширение ассортимента масложировой продукции (растительное масло) с использованием пищевых добавок и вкусовых веществ, получаемых на основе местного и нетрадиционного сырья, оценку, установление роли и значимости добавок и веществ в формировании качества и пищевой ценности готовой продукции, их научное обоснование и практическое освоение результатов в производстве.

Задачи исследования:

· оценка и анализ специфики химического состава отдельных видов пищевых добавок, вкусовых веществ и составляющих их групп вносимых в компонентный состав масложировой продукции;

· разработка научно обоснованного подхода к выбору пищевых добавок и вкусовых веществ для формирования качественных показателей и физико-химической характеристики растительного масла;

· установление количественного содержания и соотношения составляющих компонентов, включаемых в рецептуру масложировой продукции, обеспечивающие повышение их качества и расширение ассортимента;

· обеспечение необходимых санитарно-гигиенических требований в качестве и физико-химической характеристике масложировой продукции, повышение пищевой безопасности изготавливаемых на их основе продуктов;

· оптимизация жирового состава масложировой продукции, установление оптимальных технологических режимов её производства;

· разработка упаковочного материала нового поколения для расфасовки масложировой продукции;

· промышленное испытание предлагаемых научно-технологических разработок в практике производства масложировой продукции, обеспечение высокой экономической эффективности и рентабельности производства.

Научная новизна:

· установлены значение и влияние пищевых добавок и вкусовых веществ на формирование качественных показателей и расширение ассортимента масложировой продукции;

Научная и практическая значимость результатов исследования:

· определено влияние составляющих компонентов и добавок масложировой продукции на их формирование качественных показателей и физико-химические характеристики ;

· выявлены оптимальные технологические режимы производства масложировой продукции, обеспечивающие повышение качества продукции;

· на основе эффективного использования пищевых добавок и вкусовых веществ повышена пищевая ценность масложировой продукции;

· обеспечена высокая пищевая безопасность продуктов;

· утверждена нормативно-технологическая документация на технологии производства масложировой продукции, получены сертификаты на соответствие качества и гигиенические требования предлагаемых продуктов.

Реализация результатов. Результаты новых научно технологических разработок в направлении повышения качества и расширения ассортимента масложировой продукции освоены в производственных условиях:

· осуществлен серийный выпуск растительных масел с внесением в их состав ароматизирующих добавок, расфасовка продукции произведена в новой упаковке;

Опубликованность результатов. По результатам выполненных опубликовано 2 научных работы,

Основные положения, выносимые на защиту:

· разработки в направлении повышения качества и расширения ассортимента растительного масла, с использованием пищевых добавок и вкусовых веществ, многоуровневый научный подход к выбору добавок и вкусовых веществ;

· сбалансирование жирового и компонентного состава масложировой продукции с внесением в их состав пищевых добавок и вкусовых веществ;

· установление количественного содержания и соотношения твердых и жидких жиров при формировании показателей качестве продукции;

· обеспечение высокой энергетической и пищевой ценности масложировой продукции, повышение пищевой безопасности растительного масла;

· освоение результатов, их практическая реализация в производстве масложировой продукции повышенного качества и расширение ассортимента.

Глава 1. Оценка существующего ассортимента, качества и пищевой ценности рафинированных растительных масел (обзор литературы)

рафинация хлопковый жир

Основными видами масложировой продукции жироперерабатывающих предприятий нашей страны являются: растительные масла, в частности хлопковое, маргариновая продукция и майонезы, производимые на основе хлопкового масла и продуктов его переработки (дезодорированное, салатное хлопковое масло, пищевые низко- и высокотвердые саломасы) /1,3,6,31,54/. В последнее время в целях расширения ассортимента масложировой продукции, повышения её качества и физико-химических показателей особое внимание уделяют использованию подсолнечного, соевого, оливкового, пальмового масел и других видов жирового сырья, импортируемого из-за рубежа /14,40,52,68,83,108-110/.

1.1 Ассортимент и качество растительных масел

Растительные масла (жиры растительные) - это продукты, извлекаемые из растительного сырья /54,56/ и состоящие, в основном, из триглицеридов высших жирных спиртов /8,11,28/. Основные источники растительных масел - масличные растения (масличные культуры) /56/. Растительные масла содержатся также в косточках отдельных плодовых деревьев (абрикос, персик, вишня, черешня, миндаль) /56/, семенах винограда, арбуза, томатов, табака, чая, а также во вторичном сырье различных производств, перерабатывающих сельхозсырьё /54,56/. К последним относятся, например, отруби и зародыши семян зерновых культур. В оболочке зерна пшеницы и ржи содержится 5-6 % масла, в зародыше -11-13 и 10-17 % соответственно, в зародыше кукурузы 3-48 % масла, просе - около 27 %, рисе -24-25 % /6,56/.

Масличные растения условно делят на несколько групп в зависимости от использования. Чисто масличные - это растения, которые выращивают с целью получения масла, а другие продукты при этом являются вторичными. К ним относятся: подсолнечник, сафлор, кунжут и др. Прядильномасличные-это растения, извлечение масла из которых не является единственный целью их возделывания - не менее важно получение из них волокон. Это хлопчатник, лен, конопля.

Эфиромасличные - это растения, в семенах которых наряду с жирными содержатся эфирные масла /6,30,38/. Представителем эфиромасличных культур является кориандр, из которого, наряду с эфирном, получают техническое жирное масло. Выделяют еще 2 подгруппы растений, у которых пищевую ценность представляет нелипидная часть. Это белково-масличные культуры (соя и арахис) и пряномасличные растения (горчица). К показано выше, наряду с семенами масличных растений, для извлечения масел используют маслосодержащие части семян немасличных растений: зародыши пшеницы, риса, кукурузы, плодовые косточки и др. /38,56/.

Растительные масла на 94-96 % состоят из смесей триглицеридов высших жирных спиртов /8,11,16/. Оставшуюся часть составляют вещества, близкие к жирам (фосфолипиды, стерины, витамины), свободные жирные кислоты и другие компоненты. Плотность масел находится в пределах 0,87-0,98 г/см3. Свойства растительных масел определяются, главным образом, составом и содержанием жирных кислот, образующих триглицериды /8,11/. Обычно это насыщенные и ненасыщенные одноосновные жирные кислоты с неразветвленной углеродной цепью и четным числом атомов углерода (преимущественно С16 и С18 ). В подавляющем большинстве масла содержат смеси глицеридов различных кислот, в некоторых присутствуют и глицериды одной кислоты /8,11/. Кроме того, в растительных маслах обнаружены в мизерных количествах глицериды жирных кислот с нечетным числом атомов углерода.

В зависимости от состава триглицеридов масла могут быть жидкими (подсолнечное, хлопковое, соевое, рапсовое, кукурузное, льняное и др.) и твердыми (кокосое, пальмовое, пальмоядровое, какао) /6,8/. У жидких масел, содержащих преимущественно непредельные кислоты, температура застывания ниже 0 0С, у твердых достигает 40 0С. При контакте с кислородом воздуха или при нагревании до 250-300 0С многие масла подвергаются окислительной полимеризации ("высыхают"), образуя пленки /6,8/. По способности к высыханию их условно подразделяют на высыхающие, полу - и невысыхающие. Первые, например, льяное, канопляное и тунговое масла, содержат большую долю триглицеридов кислот с двумя и тримья двойными связями (линолевая и линоленовая кислоты); вторые (подсолнечное, соевое и маковое масла) содержат триглицериды кислот с одной или двумя двойными связями (олеиновая, линолевая); третьи (кокосовое и пальмовое масла) имеют максимальное количество триглицеридов насыщенных кислот (лауриновая, пальмитиновая, стеариновая) и небольшое количество мононенасыщенной олеиновой кислоты. Невысыхающее касторовое масло содержит триглицерид рицинолевой кислоты, имеющей в своем составе гидроксильную группу /11,30,46/.

Компоненты растительных масел, отличные по химическому строению от триглицеридов, подразделяются на омыляемые и неомыляемые /8,11/. К первым относят свободные жирные кислоты (содержание 1-2 %), фосфолипиды (0,524 %), стерины (0,3-1,3 %), воски (0,002-0,4 %), пигменты (не и более 0,16 %), ко вторым -белки (0,1-1,5 %), витамины (до 0,5 %), углеводороды и др. /8,11/. Свободные жирные кислоты могут содержаться в растительном сырье (семена недозревших растений) или образовываться в процессе выделения масла в результате частичного гидролиза триглицеридов (высшие жирные кислоты) и их окисления под действием света и при длительном хранении (низкомолекулярные жирные кислоты: масляная, каприновая, капроновая, каприловая, уксусная). Суммарное содержание свободных кислот в маслах определяет их кислотность /11,22,23/.

Фосфолипиды в растительных маслах представлены, в основном, глицерофосфатидами (лецитинами), в меньшем количестве-инозитфосфатидами и сфингомиелиниами. Фосфолипиды участвуют в биологическом окислении масел в организме и сами по себе представляют большую ценность /4/. Однако в растительном масле они образуют коллоидные растворы, из которых при поглощении воды коагулируют с образованием осадков, называемых фузами /1,4,6/. В таких осадках могут происходить гидролитические процессы, приводящие к потере масел и затруднениям при их переработке. Под действием кислорода фосфолипиды легко окисляются с образованием темно окрашенных соединений, ухудшающих качество масел. Поэтому масла, не идущие на непосредственно пищу или подвергающиеся дальнейшей переработке (рафинации), очищают от фосфолипидов путем гидратации или связывая их с помощью различных химических агентов (щелочей). Выделенные фосфолипиды, учитывая их биологическую и пищевую ценность, используют для производства фосфолипидных концентратов, которые добавляют во многие пищевые продукты и корма для животных /3,4,49,72/.

Пигменты, содержащиеся в семенах и плодах масличных растений, придают растительным маслам различную окраску. Красные и желтые оттенки в цвете масел определяются присутствием в них каротиноидов (красный оттенок-каротин, желтый-ксантофиллы). При очистке масел с помощью разных адсорбентов происходит удаление пигментов и осветление масла.

Часть неомыляемых веществ, входящих в масла, составляют витамины Е, А, D и К. Витамин Е содержится в них в виде - и - токоферолов. Количество - токоферолов в подсолнечном масле составляет около 0,05 %. Высоким содержанием токоферолов характеризуются масла пшеничных отрубей (100-400 мг/100 г), соевое (74-160 мг/100 г) и кукурузное (87-200 мг/100 г); их содержание до 100 мг/100 г в подсолнечном, хлопковом, рапсовом и некоторых других маслах, до 60 мг/100 г-в арахисовом, до 30 мг/100 г-в оливковом и кокосовом маслах. Витамин А встречается в растительных маслах в виде каротиноидов, содержится преимущественно в облепиховом, абрикосовом, персиковом и других маслах. Витамин D содержится, главным образом, в соевом и кунжутном маслах, витамин К (К1, К2, К6) - в конопляном, подсолнечном, льняном и сурепном маслах /7,26,30,36/.

В растительных маслах присутствуют также незначительные количества насыщенных и ненасыщенных углеводородов с разветвленной цепью, частности, в состав подсолнечного, хлопкового и соевого масел входит сквален (0,008-0,012 %). Углеводороды совместно с белками в значительной степени определяют вкус и запах масла. В результате длительного хранения на свету, при повышенной температуре или под действием микроорганизмов растительные масла портятся - прогоркают. Неприятный запах и вкус им продукты окисления жирных кислот (альдегиды, кетоны, гидроксикислоты), низкомолекулярные жирные кислоты и их глицериды, продукты распада каротиноидов, стеринов, витаминов, фосфолипидов. Иногда в растительных маслах могут находиться пестициды, используемые в сельском хозяйстве. Их обычно удаляют из масла вместе с одорирующими веществами в процессе перегонки с паром при 200-250 оС в вакууме. Биологическая ценность растительных масел, богатых полиненасыщенными кислотами, может быть выше, чем у животных жиров. Они являются источником ненасыщенных незаменимых жирных кислот - линолевой, линоленовой и арахидоновой. Вместе с тем, спектр кислот в растительных маслах беднее и их состав не сбалансирован /8,11,53,71/.

Изложенная аналитическая информация по качеству и составу растительных масел требует определения возможностей повышения качества, расширения ассортимента и улучшения пищевой ценности масел с добавлением в их состав жирорастворимых ароматизаторов и биологически активных веществ.

Усвояемость жировых продуктов организмом составляет (в %): маргарин -94-97, сливочное масло -93-98,5, говяжий жир -80-94, подсолнечное масло -86-91, оливковое масло -90-95 /7,10,27,29/.

Аналитический анализ литературных источников об ассортименте и качестве основных видов масложировой продукции подтверждает, что качественная и физико-химическая характеристика продукции наряду с составляющими компонентами рецептуры, обуславливается также технологией и технологическими режимами их производства.

1.2 Способы предварительной очистки и рафинации масел от примесей и сопутствующих веществ

К примесям, сопутствующим маслам, в частности хлопковому маслу, относятся органические и неорганические вещества.

Кроме того в масле содержатся:

- фосфатиды - вещества липоидного характера, содержащие фосфор;

- белки и другие вещества, содержащие азот;

- стерины (жирорастворимые витамины)- неомыляемые вещества липоидного характера;

- воски - сложные эфиры, образованные жирными кислотами и высокомолекулярными одноатомными жирными спиртами и спиртами ароматического ряда;

- углеводы - моно-, ди- и трисахариды, пектины, водорастворимые полисахариды;

- глюкозиды - сложные соединения моносахаридов с другими органическими соединениями;

- красящие вещества - каротин и каротиноиды, хлорофилл, госсипол и госсиполопроизводные, флавоновые, фитомиэлановые пигменты и др.;

- ферменты и витамины - токоферол, витамины F и К:

- фосфосодержащие вещества нелипоидного характера, минеральные фосфаты, инозитфосфорная кислота.

Для установления рационального технологического способа и режима очистки и рафинации масла большое значение имеет классификация процессов его очистки и рафинации. В литературе методы очистки и рафинации обычно классифицируют по видам реакций или процессов [14,17,24].

Одни исследователи [24] делят методы рафинации жиров на две группы: физические и химические. При этом к физическим методам относят отстаивание, центрифугирование и фильтрацию, а иногда и адсорбцию, а к химическим - сернокислотную обработку, применение окислительных и восстановительных реактивов, нейтрализацию растворами едких щелочей и углекислой содой. В последние время особое внимание обращают на использование физико-химических методов, то есть применение адсорбентов и технологии дезодорации.

Другие авторы, придерживаясь такой же классификации, включают в физико-химические методы адсорбционную отбелку жиров и гидратацию.

В настоящее время для очистки и рафинации сырого хлопкового масла, полученного методами форпрессования и экстракции, существуют три метода [6,14,17]: физические, химические и физико-химические. К физическим методам относятся: отстаивание, центрифугирование и фильтрация. К химическим - нейтрализация растворами едкой щелочи и углекислой содой, методы адсорбции и дезодорации относят к физико-химическим методам. Кратко охарактеризуем основные методы очистки и рафинации масла.

Хлопковое масло, наряду с фосфатидами, содержит некоторое количество госсипола, поэтому при его гидратации вместе с фосфатидами выпадает в осадок и госсипол. Первоначальные работы [14] по гидратации хлопкового масла, полученного прессованием, касались только поведения госсипола при гидратации.

При исследовании шнекопрессовых и экстракционных масел установлено, что в одних случаях гидратация снижала кислотное число и ухудшала цвет масла, улучшала эффект последующей нейтрализации; в других - гидратация не оказывала влияния на эффект последующей обработки масла раствором щелочи [6,14,17].

Эти результаты послужили основанием к дальнейшему всестороннему исследованию этой проблемы. В работе [34] исследовались особенности взаимодействия госсипола с фосфатидами в условиях, близких к производственным. Установлено, что при гидратации форпрессовых и экстракционных хлопковых масел не происходит полного выведения фосфатидов даже из свежедобытых масел. Это указывает на наличие в хлопковых маслах некоторого количества негидратируемых фосфатидов. Для реальных образцов хлопковых масел найдено, что степень выведения фосфатидов колеблется от 50 до 90 %, в зависимости от качества масла, определяемого качеством семян и режимом маслодобывания. Показано также, что хранение хлопкового масла приводит к снижению гидратируемости фосфатидов.

Снижение гидрофильных свойств фосфатидов происходит при хранении масляных растворов фосфатидов в присутствии нативного госсипола. Связывание госсипола с фосфатидами с образованием негидратируемых госсифосфатидов идет даже при температуре 15...200С. Потеря гидратируемости в этом случае зависит от срока хранения, температуры и количественного соотношения между нативным госсиполом и фосфатидами. При гидратации хранившегося масла, содержащего в начале срока хранения нативный госсипол и фосфатиды в соотношении, при котором фосфатиды полностью связываются с госсиполом, гидратационный осадок не выделяется.

При внедрении методов извлечения госсипола из масла до его рафинации (например, антраниловой кислотой) основное значение гидратации сводится к процессу извлечения фосфатидов, имеющих самостоятельную ценность. При этом создается возможность получения светлоокрашенных фосфатидных концентратов, которые с успехом можно использовать в качестве добавки к кормовым шротам.

На модельных образцах была исследована [34] способность гидратированного осадка извлекать из масла различные формы госсипола. Было показано, что на гидратационном осадке хлопкового масла адсорбируются госсифосфатиды, осветление хлопкового масла при гидратации происходит за счет выведения гидратируемых фосфатидов и адсорбции гидратационным осадком нативного и некоторого количества измененного госсипола. Цветность гидратированного хлопкового масла определяется, главным образом, продуктами изменения госсипола и его взаимодействием с фосфатидами [32].

В связи с развитием работ по выведению госсипола из хлопкового масла при помощи антраниловой кислоты было изучено поведение фосфатидов при гидратации реальных форпрессовых и экстракционных масел, обезгоссиполенных при помощи антраниловой кислоты. Для форпрессовых масел наблюдалось резкое снижение фосфоросодержащих веществ и несколько меньшее - для экстракционного. При гидратации обезгоссиполенных форпрессовых масел из первосортных семян в них остается меньшее количество фосфоросодержащих веществ, чем в случае экстракционных или форпрессовых масел из низкосортных семян.

Гидратационные осадки, полученные из масла до и после его обработки антраниловой кислотой, значительно различаются между собой по цвету, в частности, цвет фосфатидных концентратов без обработки масел антраниловой кислотой составляет 60...62 единицы красных (в слое 13,5 см.).

Гидратация сырых масел распространена при очистке подсолнечного, соевого, арахисового, рапсового масел и является обязательной стадией технологического процесса рафинации.

Щелочная обработка (нейтрализация) хлопкового масла значительно отличается от нейтрализации других растительных масел. Особенности поведения этого масла при нейтрализации объясняются наличием в нем специфических красящих веществ - госсипола и его производных. В результате механического и теплового воздействия на семена хлопчатника происходят значительные изменения в составе нежировой части масла. В зависимости от режима маслодобывания, интенсивности и условий теплового воздействия госсипол будет переходить в масло в различных количествах и в различном состоянии: в виде неизмененной, частично потерявшей исходные свойства и, наконец, в виде значительно измененной модификации. Этим, в основном, и объясняются различия в рафинируемости хлопковых масел, полученных по различным схемам маслодобывания [6,9].

По рафинируемости хлопковые масла условно располагают в следующий ряд: форпрессовое, экспеллерное и, наконец, экстракционное. В пределах каждой группы масел их качество может меняться в зависимости от режима маслодобывания и от сорта исходных семян. При этом особенно сильно снижается рафинируемость масла при увеличении количества нестандартных семян в перерабатываемом сырье.

Большое число экспериментальных работ [24,53], выполненных при периодическом методе рафинации хлопкового масла, позволили четко установить значение технологических параметров нейтрализации хлопкового масла, что оказалось справедливым и применимым и для новых непрерывных схем рафинации данного масла.

К числу первых из этих параметров следует отнести температуру масла, поступившего в рафинационный цех из цехов, в которых осуществляется извлечение масла из семян. При этом особенно важно, чтобы масло после его получения (при выходе из форпресса) немедленно охлаждалось до температуры 20...220С.

Было четко показано, что щелочная обработка неохлажденного масла приводит к неудовлетворительным результатам. Так, например, нейтрализация форпрессового масла, охлажденного до 20...220С, давала выход рафината до 94...95 %, а при нейтрализации без предварительного охлаждения выход нейтрализованного масла составил всего 78...79 % [35].

Для установления роли концентрации щелочного раствора при нейтрализации хлопкового масла использовались растворы щелочи концентрацией от 80 до 500 г/л. Избыток щелочи изменялся от 30 до 300 %. Полученные результаты свидетельствуют о том, что требуемый эффект рафинации достигается при применении определенного избытка щелочи, и позволяет высказать некоторые соображения о механизме щелочной обработки хлопкового масла. Небольшой избыток щелочи достаточен для связывания свободных жирных кислот (даже при избытке 10...20 %). Остаточное кислотное число не превышает 0,2 %, но при этом не достигается нужного осветления. Более высокий избыток щелочи оказывается необходимым для воздействия на красящие вещества. «Недостаток» щелочи дает худшие результаты и по цветности и по выходу рафинированного масла.

Оптимальное количество щелочи создает благоприятные условия для формирования соапстока и меньшего омыления нейтрального жира. Снижение выхода при избытке свыше 200 % происходит уже за счет омыления нейтрального жира, дальнейшее осветление масла при этом незначительно, следовательно, воздействие щелочи на пигментный комплекс прекратилось и уже началось омыление нейтрального жира.

Таким образом, можно наметить определенную последовательность в протекании отдельных реакций, имеющих место в процессе щелочной обработки хлопкового масла:

- нейтрализация свободных жирных кислот и образование мыл и госсиполата натрия;

- выведение красящих веществ за счет (в основном) адсорбции их натриевыми солями жирных кислот;

- омыление нейтрального жира.

Из этого следует, что к определению избытка щелочи нужно подходить осторожно, так как переход за оптимальное его количество приводит к снижению выхода рафинированного масла.

Эффект щелочной рафинации определяется не только режимом самой рафинации, но и характером тех производных госсипола, которые обуславливают специфическую окраску хлопкового масла, в частности, способностью этих производных вступать во взаимодействие с щелочью, их способностью тем или иным образом реагировать с щелочью. Недостаточное осветление масла при его нейтрализации объясняется наличием в нем тех производных госсипола, которые даже при значительном избытке щелочи остаются в растворе масла.

Можно предположить, что действие щелочи при нейтрализации таких масел будет проявляться в нескольких направлениях. Безусловно, имеет место прямое взаимодействие щелочи со свободными жирными кислотами и с неизмененным госсиполом с последующей адсорбцией красящих веществ на поверхности образующегося соапстока. Можно приписывать некоторые разрушающее воздействие концентрированных растворов щелочи на производные госсипола, а также некоторое каталитическое воздействие, приводящее к уплотнению сложных молекул до смолообразного состояния, при котором эти продукты выделяются из масла. Последнее предположение находит свое подтверждение при нейтрализации некоторых образцов шнекпрессового масла, при которой получается «резинообразный» соапсток с резко выраженной щелочной реакцией, после охлаждения такой соапсток превращается в твердую массу типа гудрона.

При меняющемся качестве сырого масла (в зависимости от качества семян и режима маслодобывания) необходимо было устанавливать параметры щелочного режима опытным путем для каждого вида и сорта масла.

Важным средством, обеспечивающим оптимальное ведение процесса, является систематическое выполнение пробных рафинаций хлопкового масла. При помощи пробной рафинации устанавливается необходимая концентрация раствора щелочи и оптимальный ее избыток. Для маслодобывающих заводов это не является затруднительным, так как на этих заводах рафинируют большие партии масла, одинакового (или близкого) качества, что позволяет устанавливать оптимальные условия щелочной обработки масла на достаточно длительный срок.

С изменением свойств госсипола и его производных связано и изменение рафинируемости масла при его хранении [9,33]. При хранении масел происходит изменение структуры пигментного комплекса хлопкового масла и связанное с этим изменение реакционной его способности. Это неоднократно наблюдалось при проведении рафинации одних и тех же масел на маслодобывающих и жироперерабатывающих заводах, где масло подвергается рафинации, в лучшем случае через месяц после его получения. Режим рафинации, установленный для свежих масел, дающий хороший эффект, не дает положительного результата в отношении цветности масел применительно к маслам, хранившимся в течение определенного времени. Этот вывод многократно проверялся на различных производственных образцах масла [35].

При разработке непрерывного метода нейтрализации хлопкового масла учитывались специфическое поведение госсипола и его производных, а также сущность технологических параметров, которые были разработаны при совершенствовании технологического режима периодической рафинации хлопкового масла. В первую очередь, обязательным осталось охлаждение нейтрализуемого масла до 20...220С. Условия щелочного режима по концентрации раствора щелочи и ее количеству также обуславливается качеством исходного масла и теми требованиями, которые предъявляются к рафинированному продукту [17,35].

При непрерывном методе нейтрализации необходимо быстрое и равномерное распределение водного раствора щелочи в масляной среде и тесное его смешивание с маслом.

Взаимодействие жирных кислот с щелочью протекает мгновенно, в силу чего стало возможным применение интенсивного перемешивания в течение относительно короткого времени, при котором исключается омыление триглицеридов. В качестве одного из аппаратов, обеспечивающих интенсивное перемешивание масла в растворе щелочи, были испытаны эмульгаторы, обеспечивающие образование тонкой и стойкой водно-жировой эмульсии [17]. Сущность такого метода заключается в том, что в результате смешивания масла с раствором щелочи создается система с очень тонкой степенью диспергирования, что позволяет с некоторой условностью называть ее эмульсией, а метод-эмульсионным.

В ряде работ [33,35] было изучено влияние возможных технологических условий на эффективность щелочной обработки различных видов хлопкового масла по эмульсионному методу. Результаты этой работы получили подтверждение в заводской практике. Эмульсионный метод нейтрализации является первой ступенью в разработке непрерывного процесса рафинации хлопкового масла. Его применение, как показывает опыт многих заводов, позволяет совершенствовать условия технологического режима рафинации. Внедрение эмульсионного метода позволило улучшить качество рафинированного масла и повысить производительность оборудования. Различие в содержании и характере красящих и нежировых веществ в хлопковом масле определяет применение при нейтрализации растворов щелочи разной концентрации. Этим различием определяется и количество щелочи, необходимое для получения рафинированных масел стандартной цветности, выход рафинированного масла, а также эффективность непрерывной эмульсионной нейтрализации [35].

Ряд исследований был посвящен использованию раствора щелочи в процессе влаготепловой обработки и жарения мятки. Основной задачей этих исследований являлось снижение содержания свободных жирных кислот и цветности в получаемом «сыром» масле, а также повышение качества жмыхов и шротов за счет снижения в них содержания госсипола и его производных [12,34].

В Кинг и др. установили, что жарение хлопковой мятки в присутствии щелочных реагентов уменьшило содержание госсипола.

П.Баверс и др. показали, что сырые масла, полученные из мятки, обработанной раствором щелочи, содержали лишь наименьшее количество госсипола, по сравнению с маслами, которые были получены при увлажнении мятки водой (то есть без раствора щелочи), и содержали небольшое количество жирных кислот. С.Понс и др. описали метод промышленного кондиционирования хлопковой мятки в присутствии гидроокиси натрия. Авторы изучали влияние обработки сырого масла бурой и влияние кондиционирования увлажненной мятки под давлением на содержание госсипола в шроте и маслах.

Ведутся работы также по подготовке материала к прямой экстракции путем обработки лепестка различными химическими реагентами.

1.3 Особенности технологии производства рафинации масел и жиров

По технологическому признаку все процессы производства растительных масел условно делят на шесть групп: подготовка к хранению и хранение масличных семян; подготовка семян к извлечению масел; собственно извлечение масел; рафинация полученных масел; розлив; упаковка и маркировка.

Основные способы выделения масла из сырья: прессование и экстрагирование /54/. Общие подготовительные стадии для обоих способов: очистка, сушка, обрушивание (разрушение) кожуры семян и отделение её от ядер. После этого ядра семян измельчают, получая, так называемую, мятку. Перед отжимом мятку прогревают в жаровнях при 100-110 0С при перемешивании и увлажнении. Прожаренную мятку (мезгу) отжимают в шнековых прессах, причем высокомасличное сырье прессуют дважды: сначала на форпрессах, а после вторичного прожаривания - на прессах окончательного отжима /54/. Экстрагирование растительных масел проводят в экстракторах при 50-55 0С растворителем (бензин, гексан или этанол) до возможно полного извлечения масла /42,43/. Из полученного раствора (мицеллы) отгоняют растворитель, который возвращается в процесс, а масло охлаждают и фильтруют. Обезжиренный твердый остаток (шрот) после экстракции подвергают тепловой обработке паром для удаления растворителя. При выделении масла по смешанному способу производства сначала осуществляют предварительный отжим масла на прессах, после чего производят экстрагирование твердого остатка (жмыха).

Растительные масла, получаемые любым способом и из любого сырья, обязательно подвергают дальнейшей очистке. По степени очистки их подразделяют на сырые, нерафинированные и рафинированные растительные масла /1,3,6/. Растительные масла, подвергнутые только фильтрации, называют сырыми. Они являются наиболее физиологически полноценными, в них полностью сохраняются токоферолы, фосфолипиды, стерины и другие биологически ценные компоненты. Сырые масла отличаются более высокими вкусовыми свойствами. Нерафинированные масла (кроме хлопкового) подвергают частичной очистке-отстаиванию, фильтрации, гидратации и нейтрализации.

Рафинация - очистка сырых жиров от примесей различного характера: сопутствующих триглицеридам веществ (фосфатиды, витамины, пигменты); веществ, образующихся в результате химических реакций (свободные жирные кислоты, пероксиды, гидропероксиды и др.); минеральных примесей, частиц шрота или жмыха. В соответствии с механизмом процессов, методы рафинации условно делят на физические (отстаивание, фильтрация, центрифугирование); химические (гидратация и нейтрализация); физико-химические (отбеливание, дезодорирование, вымораживание) /1,3/.

Рафинированные масла имеют меньшую биологическую ценность, т.к. в процессе гидратации удаляется часть витаминов, фосфолипидов и стеринов. Полная схема рафинации включает механическую обработку, гидратацию /кроме хлопкового/ (обработка небольшим количеством воды при 70 0С), щелочную рафинацию (воздействие на нагретое до 80-95 0С масло щелочью) и адсорбционную рафинацию, в процессе которой в результате обработки масла адсорбентом (активированный уголь, различные глины) поглощаются красящие вещества, а масло осветляется и обесцвечивается. Удаление ароматических веществ (дезодорация) производится воздействием на масло водяного пара под вакуумом. Перед реализацией проводят анализ растительных масел на содержание вредных примесей (в т.ч. канцерогенов), вовлеченных в них в результате обработки. В результате рафинации обеспечивается прозрачность масла, отсутствие отстоя, неприятного запаха и вкуса. Биологически менее ценные рафинированные масла искусственно обогащают фосфолипидами. Рафинированные масла практически не имеют преимуществ при хранении перед нерафинированными. Более того, рафинированные жиры без добавок - антиоксидантов легче подвергаются порче, так как при рафинации из них удаляются естественные антиокислители - фосфолипиды, токоферолы. При глубокой рафинации происходит полное обезличивание масел по вкусу и запаху, что обусловливает невозможность идентификации таких масел органолептически /1,3,22/.

Анализ технологий производства растительных масел свидетельствует о том, что рафинированные и дезодорированные масла характеризуются более низкими биологическими свойствами и пищевой ценностью. Поэтому необходимы исследования в направлении повышения вкусовых свойств и пищевой ценности растительных масел, в особенности, хлопкового масла, с использованием ароматических жирорастворимых добавок из местного растительного сырья.

1.4 Заключение по обзору литературы

· Масложировая отрасль пищевого производства характеризуется выпуском широкого ассортимента продукции, оцениваемой качественными показателями и физико-химическими характеристиками. Однако, выпускаемая продукция в отрасли требует повышения качества и расширения ассортимента с учетом потребительских достоинств на мировом рынке.

· Повышение качества и расширение ассортимента масложировой продукции связано с необходимостью использования в их рецептуре пищевых добавок и вкусовых веществ с одновременным совершенствованием технологических этапов их подготовки и производства.

· Пищевая и биологическая ценность масложировой продукции зависит от выбора пищевых добавок и вкусовых веществ, сбалансирования жирнокислотного состава жировой основы, снижения содержания транс - изомеризованных и полициклических жирных кислот.

· Перспективным направлением повышения качества и расширения ассортимента масложировой продукции является создание новых рецептур выпускаемой продукции на основе рационального и эффективного применения пищевых добавок и биологически активных компонентов, получаемых предпочтительно на основе местного и нетрадиционного сырья.

Глава 2. Сырье и материалы для рафинации хлопкового масла и повышения его и пищевой ценности

Для производства ароматизированного рафинированного салатного хлопкового масла, маргариновой продукции и майонезов в качестве основного и дополнительного сырья использованы растительные масла ( в основном хлопковое), пищевые добавки и вкусовые вещества на основе местного нетрадиционного сырья, питьевая вода, а также другие биологически активные компоненты.

Экспериментальные исследования проведены непосредственно в производственных условиях ОАО СП "Тошкент ё?-мой комбинати". Подбор пищевых добавок и установление их роли осуществляли в лабораторных условиях отдела технического контроля предприятия.

2.1 Характеристика основного и дополнительного сырья для производства растительных масел

В исследованиях в качестве основного жирового сырья использованы рафинированное и дезодорированное хлопковое масло (табл.1-3) и пищевые саломасы с различными исходными качественными показателями и физико-химическими характеристиками.

Таблица 1

Характеристика дезодорированного хлопкового масла

Физико-химические показатели качества	Жирнокислотный состав (С), %
Йодное число, % J2	Цветность, кр. ед.	Кислотное число, мг КОН/г	Коэффициент преломления, nD	16:0 + 18:0	18:1	18:2
110-112	4-6	0,07-0,17	1,4572-1,4578	27,0-31,0	14,9-19,8	55,1-56,0

Таблица 2

Химический состав (%) и энергетическая ценность хлопкового масла

Вода	0,1
Белки	0
Жиры	99,9
Углеводы	0
Зола	Следы
Энергетическая ценность, ккал	899

Таблица 3

Витамины и стеролы рафинированного хлопкового масла

-каротин, мг / %	cледы
Витамин Е, мг / %	99
в том числе: - токоферол - токоферол -токоферол	30 47 2
Стеролы, мг	0,24
в том числе: холестерол трассикастерол кампестерол стигмастерол -ситостерол -стигмастерол	сл. сл. 0,01 сл. 0,22 сл.

Как видно из данных табл.2.1-2.3 для производства маргариновой продукции и майонезов использовано хлопковое масло с различными физико-химическими показателями и жирнокислотным составом. Хлопковое масло характеризовалось определенным химическим составом и содержанием жирорастворимых витаминов, которые важны для обеспечения качества и пищевой ценности продукции, изготавливаемой на его основе.

В качестве твердой пищевой основы маргариновой продукции были использованы пищевые саломасы /33,34,79/ с различными исходными качественными и физико-химическими характеристиками (табл.4).Таблица 4

Качественные показатели и физико-химическая характеристика пищевых саломасов

Качественные показатели	Жирнокислотный состав (С), %	Содержа-ние транс-изомеров кислот, %	Йодное число, % J2	Коэффи-циент прелом-ления, nD
Температура плавления, 0С	Твердость, г/см	Кислотное число, мг КОН/г	Цветность, № эталона ВНИИЖ	16:0+ 18:0	18:1	18:2
30,7	180	0,53	6	25,7	44,1	30,2	11,0	81,9	1,4545
31,4	200	0,58	6	26,2	46,2	27,6	11,4	81,6	1,4545
32,3	220	0,62	6	26,5	50,5	25,1	13,5	81,2	1,4545
34,1	260	0,67	6	27,0	52,5	20,5	14,2	80,4	1,4540
34,4	340	0,75	4	27,7	51,6	20,7	14,9	80,0	1,4540
35,8	420	0,79	3	29,8	53,9	16,3	16,4	74,4	1,4537
36,1	500	0,81	2	31,0	55,4	13,6	18,6	71,3	1,4533
36,4	520	0,83	2	31,9	56,7	11,4	20,4	68,7	1,4531

Данные табл.2.4, свидетельствуют о том, что в исследованиях были использованы пищевые саломасы с различными качественными показателями и жирнокислотным составом. Это позволило коррелировать содержание твердых жировых компонентов в составе получаемой маргариновой продукции. Важное значение в оценке пищевых саломасов имеет относительно низкое содержание в их составе транс-изомеризованных моноеновых жирных кислот, влияющих на формирование пищевой ценности изготавливаемой продукции.

2.2 Характеристика щелочных растворов и их электрофизические свойства

В химических реакциях нейтрализации используют различные виды щелочных растворов [29]. При нейтрализации свободных жирных кислот сырых масел и жиров в основном применяют концентрированные растворы каустической (NaOН) и кальцинированной (Na2СО3) соды. Раствор кальцинированной соды рекомендуется использовать при нейтрализации низкокислотных (не более 3,0 мг КОН/г) масел и жиров. Необходимо отметить, что в основном при щелочной нейтрализации масел и жиров применяют раствор каустической соды.

Кальцинированная сода Na2CO3 . Na2CO310H2O - кристаллическая сода (декагидрат карбоната натрия, содержит 63 % кристаллизационной воды), состоит из белых кристаллов с температурой плавления 853оС [29]. Кристаллогидрат на воздухе теряет часть кристаллизационной воды, а при 32оС расплавляется. Растворим в воде, водный раствор имеет щелочную реакцию вследствие гидролиза соли:

Na2CO3 + Н2О 2NaOH + H2CO3

Кальцинированная сода в основном используется для производства стекла, мыла и синтетических моющих средств, эмалей, ультрамарина.

Каустическая сода (NaOH). Едкий натр - белые, гигроскопичные, агрессивные кристаллы; выпускается в виде гранул, палочек, пластинок или чешуек. Температура плавления 322оС, температура кипения 1390оС [29]. Гидроксид натрия поглощает диоксид углерода из воздуха. Гидроксид натрия хорошо растворяется в воде с выделением большого количества теплоты, раствор имеет сильнощелочную реакцию.

Каустическая сода используется для получения различных натриевых солей: нитрата, нитрита, сульфита, фосфатов, гипохлорита или белильного щелока, силикатов или растворимого стекла, фторида, хромата, органических солей и др. Применяется при производстве мыла, моющих средств, смачивателей и эмульгаторов,красителей и др. Входит в состав электролитов, предназначенных для воронения (чернения), обезжиривания, проведения некоторых электролитических процессов.

2.3 Технологии рафинации растительных масел

Растительные масла получали из семян масличных растений. Для получения масел лучшего качества и более полного их выделения семена подвергали подготовительным операциям. Сначала их очищали на сепараторах от минеральных и органических примесей (листья, стебли и др.). У масличных семян и плодов растений, имеющих одеревеневшую оболочку, отделяли её от ядра, так как она поглощает много масла. Полученное ядро измельчали на вальцовых станках в мятку и подвергали влаго-тепловой обработке. Влаготепловую обработку проводили в специальных аппаратах-жаровнях при температуре 105-120 оС. При этом измельченное сырьё приобретало определенную структуру (мезга), облегчающую последующее выделение масла.

Извлечение растительных масел проводили методами прессования и экстрагирования (экстракции) органическими жирорастворителями.

Прессование -это механический отжим масла из подготовленного масличного материала (мезги) на специальных шнековых прессах. Оно может быть одно - и двукратным. В зависимости от величины применяемого при отжиме давления жмых может содержит от 6 до 14 % масла. Жмых использовали на корм скоту, а жмых таких ценных масличных культур, как (соя, арахис и др. - для пищевых целей. Жидкие растительные масла (салатные), полученные прессовым способом, реализовали, главным образом, в розничной торговой сети.

Экстрагирование масел основано на их способности растворяться в неполярных органических растворителях (бензине, гексане и др.). При многократном пропускании бензина через измельченный жмых (или семена) масло растворяется в бензине и практически полностью извлекается. Обезжиренный остаток (шрот) содержит менее 1 % жира. Экстрагированное масло отличается по качеству от прессового, оно содержит больше красящих веществ, свободных жирных кислот, фосфатидов. После отгонки бензина его подвергали дополнительной очистке.

Рафинация (очистка) масел состояла в том, что из них удаляли сопутствующие вещества и примеси: фосфатиды, пигменты, свободные жирные кислоты, пахучие вещества, примеси в виде обрывков тканей масличного материала.

Использовали физические (отстаивание, центрифугирование, фильтрация), химические (нейтрализация), и физико-химические (дезодорация, отбеливание, вымораживание) методы рафинации.

Физическая (первичная) очистка проводилась для удаления различных механических примесей и частично коллоидно-растворенных веществ путем отстаивания, центрифугирования или фильтрации масел.

Нейтрализация масел заключалась в обработке их растворами щелочей с целью удаления свободных жирных кислот. Образующиеся при этом соли жирных кислот (мыла) адсорбировалина другие сопутствующие вещества (фосфатиды, пигменты), поэтому нейтрализованное масло являлось более очищенным.

При отбеливании (адсорбционная рафинация) из масел удаляли красящие вещества (пигменты). Для осветления масел использовали твердые адсорбенты: отбельные глины, активированный древесный уголь. Отбеливанию подвергали масла, используемые для получения маргарина.

При дезодорации из растительных масел удаляли вещества, обуславливающие запах и вкус. Дезодорацию проводили путем отгонки ароматических веществ под вакуумом с острым паром, пропускаемым через жир при высокой температуре (210-230 оС). После дезодорации масло являлось обезличенным по вкусу и запаху. В процессе рафинации из масел удаляются вещества, обладающие антиокислительными свойствами, а также имеющие физиологическую ценность, например витамины. Учитывая это, в целях восстановления биологической ценности масел и жиров использовали пищевые добавки и биологически активные компоненты.

Для повышения потребительских достоинств при производстве маргаринов и майонезов использовали дезодорированные растительные масла.

В промышленных условиях дезодорация осуществлялась в дезодораторах периодического действия. Перед дезодорацией проверяли исправность дезодоратора, пароэжекторного блока, вакуум-насоса, вентилей и кранов. Дезодорацию осуществляли под вакуумом. При промывании остром паром (по обводной линии) не допускали попадания конденсата в дезодоратор в момент пуска пара.

...