ОТХВ (курс лекцій)2012

Рис. 18 Схема роботи екстрактора зрошувального типу

Розчин олії у розчиннику (місцелу) для видалення розчинника дистилюють на багатоступеневій дистиляційній установці, що складається з трьох або чотирьох дистиляторів (рис. 19). Дистилятор являє собою випарний апарат, що обігрівається насиченою водяною парою (НП), що подають до нагрівної оболонки. Тиски та температури кипіння місцели за корпусами дистиляційної установки зменшуються. У останньому корпусі (кінцевий дистилятор) рештки розчинника сорбуються перегрітою парою (ПП), що подають не до нагрівної оболонки, а всередину дистилятора. Її отримують з насиченої пари, зменшучи тиск за допомогою дроселювання. Після кінцевого дистилятора отримують екстракційну олію.

Рис. 19. Схема трьохступеневої дистиляційної установки.

Залишок макухи після екстракції (шрот) містить 0,3…1% олії, велику кількість білків та інших поживних речовин. Тому його активно використовують для вироблення комбікормів. Але після екстрактора у шроті міститься 10…12% розчинника, що створює проблеми: такий шрот є вибухонебезпечним, його не

61

їстиме худоба і крім того, втрачається дорогий розчинник. Тому шрот проходить теплове оброблення у чанному тостері, що за конструкцією подібний до чанної жаровні, проте всередину його чанів додатково подають перегріту водяну пару для абсорбції пари розчинника. Шрот у тостері нагрівають до 105°С для випарювання решток розчинника.

Пару розчинника, що утворюється під час випарювання на дистиляторах та тостері, конденсують на змішувальних водяних конденсаторах, утворену суміш розчинника та води розділяють у відстійниках. Розчинник надалі використовують повторно. Неконденсована суміш пари розчинника та водяної пари з конденсаторів надходить у поверхневі чи змішувальні дефлегматори – теплообмінники, охолоджувані водою з температурою 10...12°С або розсолом з температурою 0°С – де розчинник конденсується практично повністю. Холодоносій для дефлегматорів охолоджують за допомогою холодильних машин.

Основними споживачами теплової енергії під час вироблення екстракційної олії є тостер, дистиляційна установка та підігрівник розчинника.

Запитання для самоперевірки

1.Що є сировиною для вироблення олії?

2.Опишіть принцип роботи бурата. Чому отвори у його зовнішньому та внутрішньому ситах мають різний розмір?

3.Як очищують насіння від лушпиння? Опишіть принцип роботи шеретувально-віяльного агрегата.

4.Опишіть видобування олії пресовим способом. Що таке експелер?

5.Опишіть видобування олії пресово-екстракційним способом. Які розчинники використовують на ОЕЗ? Навіщо підігрівають розчинник? Опишіть принцип дії екстрактора МЕЗ.

6.Що таке шрот? Як і навіщо проводять обробку шроту у чанному тостері?

62

6. РАФІНУВАННЯ ТА ПЕРЕРОБКА ЖИРІВ 6.1.Рафінування олії

Свіжа олія має у своєму складі чимало домішок, що негативно впливають на її смак, запах, стійкість під час зберігання. Для видалення цих домішок здійснюють багатостадійне рафінування олії.

Гідратування. Метою гідратування (оброблення водою) є вилучення з олії фосфатидів. Олію підігрівають до 45...50°С, змішують з водою (60...90°С) і після відстоювання (при цьому фосфатиди переходять у воду) розділюють на лініях з сепараторами. Остаточно олію висушують у вакуум-сушильних апаратах. Фосфатидний розчин концентрують випарюванням. Отриманий фосфатидний концентрат використовують для вироблення комбікорму та у біохімічній промисловості.

Нейтралізація (лужне рафінування). Для вилучення залишків вільних жирних кислот олію обробляють 15…20%-ним розчином NaOH. Олію та розчин NaOH підігрівають до 80...90°С, змішують, відстоюють у нейтралізаторі протягом часу, необхідного для перебігу реакції нейтралізації, та розділяють на сепараторах. Утворені натрієві мила (соапсток) використовуються як сировина для виробництва мила.

Дезодорація. Ароматичні речовини, що містяться в олії, надають їй специфічний запах та присмак. Якщо надалі олія використовуватиметься для приготування страв, вироблення майонезу чи кондитерських виробів, то ці речовини погіршуватимуть смак та аромат продуктів. Під час дезодорації ароматичні речовини з олії відганяють перегрітою водяною парою (215…250°С) на колонному (рис. 19) або іншому дезодораторі. Олію перед дезодорацією підігрівають до 200…250°С парою високого тиску. Перегріта пара на тарілках колони-дезодоратора контактує з олією та абсорбує ароматичні речовини. Для поліпшення виділення ароматичних речовин із олії у дезодораторі створюють вакуум (абсолютний тиск становить 130...260 Па) за допомогою водяного вакуумконденсатора. Для видалення з цього конденсатора неконденсованих газів застосовують пароструминний ежектор. Дезодорована олія має високу температуру, тому використовують регенеративний теплообмінник, у якому вона підігріває сиру олію, а сама охолоджується.

Вибілювання. Речовини, що надають олії жовтогарячого кольору (колоранти) видаляють у вибілювачах (вертикальних чи горизонтальних) з паровою оболонкою за допомогою сорбентів (порошку з каолінових глин та ін). Олію попередньо підігрівають до 75...80°С і змішавши з сорбентом, витримують у апараті. Далі сорбент відфільтровують на вакуумних фільтрах, пропарюють для очищення і використовують повторно. У сучасних схемах вибілювання використовують багатоступеневе нагрівання олії з регенерацією теплоти у економайзері.

63

Рис.20. Схема дезодорації олії на колонному дезодораторі

Виморожування (вінтеризація). Цей процес здійснюють для вилучення з олії воскоподібних речовин, що можуть спричиняти судинні захворювання та погіршують товарний вигляд олії при низьких температурах, кристалізуючись у вигляді сітки. Олію охолоджують льодяною водою чи розсолом у теплообміннику до 7...10°С і витримують у експозиторі протягом 4...6 год, внаслідок чого воскоподібні речовини кристалізуються у вигляді гранул чи сітки. Кристали відфільтровують на фільтрах. Для полегшення фільтрування олію попередньо підігрівають у теплообміннику до 16...18°С.

6.2. Гідрогенізація жирів

Метою цього процесу є насичення воднем жирних кислот, що дає змогу отримати стійкіші до окиснення жири з температурою плавлення вищою за кімнатну. Утворений продукт – саломас – використовують як сировину у виробництві маргарину, мила, гліцерину, косметичних засобів.

Для гідрогенізації олію подають у автоклав, де у присутності нікелевого чи мідно-нікелевого каталізатора при температурі 210...250°С та тиску близько 0,5

64

МПа жирні кислоти реагують з воднем. Ця реакція екзотермічна, тобто після її початку виділяється теплота, яку слід відводити.

При періодичному способі гідрогенізації автоклав заповнюють жиром (найчастіше рафінованою олією) та воднем (його отримують шляхом електролізу води чи термолізу природного газу), за допомогою пари високого тиску (25…30 бар) підігрівають жир до температури початку реакції, вводять олійну суспензію порошку каталізатора, а після початку реакції припиняють нагрівання, починаючи відводити теплоту реакції гідрогенізації охолоджувальною рідиною. Готовий саломас охолоджують і подають на зберігання.

Гідрогенізацію безперервним способом проводять у батареї з трьох автоклавів: жир, що частково прореагував перепускають з першого автоклава до другого, а з другого до третього. Водень подають з надлишком, частина водню, що не прореагувала барботується через шар олії і виходить на очищення та повторне використання. Сучасні схеми передбачають використання теплоти реакції гідрогенізації для підігрівання олії перед автоклавами, а також використання економайзера – регенеративного теплообмінника олії.

6.3. Вироблення маргарину та майонезу

Маргарин – цінний харчовий продукт і сировина для кондитерської та хлібопекарської промисловості. Це емульсія жиру у водно-молочній фазі. Сировиною для його виробництва є саломас, олія, молоко, вода, емульгатор, сіль, цукор, харчові барвники. Саломас розплавляють, змішують з підігрітою до 60...70°С олією, та подають у обігріваний парою змішувач маргаринової емульсії. Сухі компоненти розчиняють у воді, пастеризують при температурі 80...85°С та подають у змішувач водно-молочної фази разом з пастеризованим молоком. Утворена суміш (водно-молочна фаза) надходить до змішувача маргаринової емульсії. Утворену у змішувачі маргаринову емульсію з температурою 45...50°С охолоджують до температури 12...13°С у переохолоднику, в оболонці якого кипить аміак. У кристалізаторі з водяним охолодженням при температурі 16...20°С маргаринова емульсія кристалізується – утворюється маргарин. Маргарин фасують у вощений чи фольгований папір або полімерну тару та подають на зберігання до холодильних камер.

Сировиною для виробництва майонезу є сухі компоненти (сухе молоко, гірчичний і яєчний порошки, сіль), вода, рафінована дезодорована олія, розчин оцтової кислоти, емульгатор. Сухі компоненти розчиняють підігрітою водою. Розчини разом з олією подають у обігріваний парою змішувач майонезної емульсії, де готують грубу майонезну емульсію, яка після гомогенізації стає майонезною пастою. Майонез фасують у полімерну тару чи скляні банки і зберігають при температурі 0...5°С. Його використовують для приготування салатів та інших страв, а також для консервування риби та м’яса.

65

6.4. Вироблення мила та гліцерину.

Мило є натрієвою сіллю жирної кислоти. Хоча воно і не є харчовим продуктом, проте виробляється підприємствами олієжирової галузі. Основною сировиною для його виготовлення є суміш, приготована з жирів, що мають високу температуру плавлення (саломасу, тваринних жирів, синтетичних жирних кислот). Для туалетного мила використовують також кокосову, пальмову та пальмоядрову олії. У якості джерела іонів натрію використовують розчини каустичної соди (NaOH), соди (Na2СO3) та кухонної солі (NaCl). Для туалетного мила використовують барвники та ароматизатори.

Жирову сировину розігрівають, та подають у миловарний котел з паровою нагрівною оболонкою, що є основним споживачем теплової енергії на виробництві. Туди ж подають підігріті до 95°С розчини соди та солі. Під час варіння у котлі при температурі близько 105°С за атмосферного тиску проходить реакція омилення (між іонами натрію та жирами) і утворюється мильне ядро. Залишки розчинів (підмильний луг) та недоомилених жирів (підмильний клей) витискаються з котла та подаються на повторну варку. Мильне ядро висушують у вакуум-сушарці, додають барвники та ароматизатори. Готове мило розділяють на шматки у шнек-пресі (можливе формування фігурних шматків на штамп-пресі) та подають на пакування. Мило пакують у ящики (господарче) чи у індивідуальні паперові обгортки (туалетне).

Гліцерин – це жирний спирт, безбарвна в’язка рідина, солодкувата на смак. Він необмежено розчиняється у воді і використовується у виробництві вибухових речовин, шкіри, паперу, а також у кондитерській та лікеро-горілчаній галузі як харчова добавка (E422). Сировиною для його вироблення є жир, найчастіше саломас, який розігрівають до температури 90°С і подають до автоклавів, де при температурі близько 220°С він взаємодіє з парою тиском 2,5 МПа і температурою 220...230°С. У таких умовах жирні кислоти розщеплюються з утворенням гліцерину. Гліцерин розчиняється у конденсаті пари, і цей розчин (гліцеринова вода) зі вмістом гліцерину близько 15% витискується з автоклава до знижувача тиску. За рахунок самовипаровування у знижувачі тиску гліцеринова вода охолоджується до 110°С, після чого надходить до розщеплювача, куди також подають пару і сірчану кислоту. Відбувається дорозщеплення, після чого залишки сірчаної кислоти нейтралізують вапняним молоком у нейтралізаторі, куди також подають стиснене повітря для перемішування. Далі гліцеринову воду фільтрують на фільтр-пресі та випарюють у вакуум-апараті до вмісту гліцерину 85...87%. Сирий гліцерин знову фільтрують та розливають у тару. У окремих випадках (наприклад для вироблення вибухових речовин) гліцерин дистилюють у дистиляційному кубі для отримання якомога чистішого продукту.

Сучасні технології передбачають одночасне вироблення з рослинної (найчастіше рапсової) олії гліцерину та біопалива (рис. 21). Для вироблення біодизельного палива потрібно зменшити в’язкість олії, замістивши у жирі

66

молекулу гліцерину на метиловий спирт. Цей процес – реакція трансетерифікації

– проходить за схемою:

тригліцериди+метанол → гліцерол+ефіри

З 1 т олії та 111 кг метилового спирту (у присутності 12 кг каталізатора) отримують близько 970 кг (1100 л) біодизеля і 153 кг сирого гліцерину.

Рис. 21. Принципова схема лінії з вироблення гліцерину та біопалива

Запитання для самоперевірки

1.Опишіть стадії рафінування олії. Які домішки видаляють на кожній зі

стадій?

2.Як і навіщо проводять гідрогенізацію жирів? Чому для неї необхідна пара високого тиску?

3.З яких фаз складається маргаринова емульсія?

4.Що собою являє мило з хімічної точки зору? З якої сировини його варять? Які продукти утворюються у миловарному котлі після закінчення реакції омилення?

5.Навіщо потрібна пара високого тиску для вироблення гліцерину? Для чого використовують сирий та дистильований гліцерин?

67

7. ТЕХНОЛОГІЯ КОНСЕРВНОГО ВИРОБНИЦТВА 7.1. Псування харчових продуктів

Деякі продукти (борошно, крупи, цукор, олія) можуть зберігатися при кімнатній температурі протягом тривалого часу – впродовж місяців і років. Але більшість харчових продуктів за таких умов зазнає значних змін смаку, запаху, кольору та консистенції через значний вміст води та органічних сполук. Такі продукти називають швидкопсувними. До них належать м’ясо та м’ясопродукти, риба та морепродукти, молоко та молочні продукти, яйця, тваринні та рослинні жири, свіжі плоди та овочі, фруктові соки та ін.

Харчовий продукт вважається зіпсованим, якщо він стає неприйнятним для споживача:

-може спричинити захворювання споживача чи навіть його смерть;

-погіршуються його смаку, аромат, колір;

-знижується харчова цінність продукту через зменшення вмісту поживних речовин.

Час, за який харчовий продукт перестає відповідати хоча б одному з цих критеріїв, називають терміном зберігання харчового продукту.

До псування продуктів призводять такі фактори:

-вплив кисню повітря та сонячних променів;

-зависока температура;

-активність води aw (відношення парціального тиску водяної пари над поверхнею продукту до тиску насичення при даній температурі), що відповідає відносній вологості повітря над поверхнею продукту;

-діяльність тканинних ферментів;

-життєдіяльність мікроорганізмів;

-наявність у продукті певних речовин.

Процеси, що призводять до псування, поділяють на три основні типи: фізичні, хімічні та мікробіологічні. Між ними існує певна кореляція – псування, спричинене процесами одного типу, може сприяти розвитку процесів іншого типу.

Псування першого типу відбувається внаслідок структурних змін чи структурної нестабільності харчових продуктів (механічні пошкодження, втрата або сорбування вологи, міграція вологи всередині продукту тощо).

Псування другого типу спричиняється хімічними та біохімічними реакціями, що проходять у продукті – розкладання білків, окиснення жирів, гідроліз вуглеводів тощо. Швидкість цих реакцій залежить від багатьох факторів: температури, активності води, рН, освітлення, парціального тиску кисню та ін.

Псування третього типу – наслідок життєдіяльності мікроорганізмів – бактерій, грибів (плісняви, дріжджі), вірусів та мікропаразитів. Продукти їх життєдіяльності, що накопичуються у продуктах, стають причиною псування, а у окремих випадках можуть спричинити тяжкі захворювання і навіть смерть. Це

68

основний вид псування для свіжих фруктів, овочів, соків, м’яса, птиці, хлібобулочних виробів, молока та молочних продуктів. Інтенсивне розмноження мікроорганізмів починається з досягненням порогових умов росту.

Різні продукти схильні до різних процесів псування (табл. 4).

Таблиця 4. Процеси, що призводять до псування та фактори, що їм сприяють

7.2. Принципи консервування харчових продуктів

Завдання консервування – зберегти харчові продукти протягом максимально можливого терміну за умови мінімальних втрат продукту і максимального збереження смакової та харчової цінності. Для цього застосовуються різні методи оброблення, що поділяють на такі групи:

фізичні – використання високих чи низьких температур, випромінень, ультразвуку, фільтрації;

фізико-хімічні – сушіння, засолювання, зацукрювання; хімічні – застосування спеціальних хімічних речовин – консервантів.

Консерванти не повинні змінювати властивості та смак продуктів та бути шкідливими для людини. З цих міркувань використання деяких консервантів у ряді країн заборонено. До дозволених в Україні належать етиловий спирт, оцтова, сірчиста, бензойна, сорбінова кислоти та деякі їх солі, борна кислота, уротропін, деякі антибіотики, озон, вуглекислий газ та ін;

біохімічні (квашення та ін.) – ґрунтуються на пригнічувальній дії молочної кислоти, що утворюється внаслідок зброжування цукрів продукту молочнокислими бактеріями;

69

комбіновані (копчення та ін.) – передбачають застосування декількох методів водночас.

Для збереження продукту слід обмежити чи усунути впливи мікроорганізмів

іферментів, що за природою є біологічними. За класифікацією проф. Я. Я. Никитинського відповідно до впливу на біологічні фактори псування всі методи консервування зведені до чотирьох принципів:

біоз (підтримання життя) – підтримання життєдіяльності у продуктах і використання їх природної здатності опиратися дії мікроорганізмів. Приклади: транспортування живої риби у цистернах, передзабійне утримання худоби, зберігання плодоовочевої сировини без охолодження та обробки;

анабіоз (пригнічення життя) – пригнічення життєдіяльності мікроорганізмів

іактивності ферментів за допомогою фізичних і хімічних методів. Приклади: висушування, засолювання, маринування, зберігання за підвищеного вмісту вуглекислого газу, холодильне консервування;

ценоанабіоз, або кеноанабіоз (вибіркове пригнічення життя) – пригнічення шкідливих мікроорганізмів шляхом створення умов, сприятливих для розвитку корисних мікроорганізмів (можуть окремо вводитися у продукт у вигляді закваски) та несприятливих для патогенної мікрофлори. Приклади: квашення, виготовлення кисломолочних продуктів;

абіоз (відсутність життя) – повне припинення життєдіяльності мікроорганізмів. Приклади: стерилізація (витримування при температурі понад 100°С), пастеризація (витримування при температурі до 100°С), опромінення, використання антисептиків чи антибіотиків, стерилізаційна фільтрація.

Під час вибору методу консервування слід керуватися не лише рівнем гальмування мікробіологічних процесів (тобто можливою тривалістю зберігання), а й збереженням первинних смакових якостей і харчової цінності продукту, а також економічністю процесу.

7.3. Плодоовочеві консерви

Основною сировиною для плодоовочевих консервів є овочі та фрукти. В умовах клімату України переважна більшість сільськогосподарських культур дають один врожай на рік, тоді як вживати овочі та фрукти доцільно цілий рік. Вирішити цю проблему дає змогу консервування. Одним з най кращих способів консервування для плодоовочевої продукції є консервування холодом, що дає змогу практично повністю зберегти смак, структуру та харчову цінність плодів. Проте холодильне оброблення та зберігання потребує розвиненої інфраструктури холодильників та значних витрат електроенергії. Тому досить поширене виготовлення стерилізованих плодоовочевих консервів.

Плодоовочеву сировину для консервів приймають на підприємстві, перебирають, відділяючи зіпсовані та неякісні плоди. Для того, щоб забезпечити якомога довший час роботи підприємства впродовж року (це дає змогу

70