3 Методи отримання та обробки рослинних олій
3.1 Отримання рослинних олій
Рослинні олії одержують витягом з олійних рослин.
До факторів, що формують якість рослинних олій, відносять сировину й технологію виробництва.
Сировину ділять на кілька груп залежно від використання.
Чисто олійні - ці рослини вирощуються з метою одержання олій, а інші продукти при цьому є вторинними. Це соняшник, сафлор, кунжут, тунг.
Прядильно-олійні - це рослини, вирощувані не тільки для отримання олій, але й для одержання волокна. Це бавовник, льон, коноплі. Так, до 1860 г. бавовник вирощували головним чином для одержання волокна, але уже більш 140 років насіння бавовнику використовують для виробництва олії.
Ефірно-олійні рослини - у їх насінні втримуються і ефірні олії. Представником цієї групи рослин є коріандр.
Умовно виділяють ще дві підгрупи рослин, харчова цінність яких обумовлена неліпідною частиною. Це білково-олійні культури – соя, арахіс і пряно-олійні рослини, представником яких є гірчиця.
Поряд з насінням олійних рослин для одержання олій використовують олієвмісні частини насіння неолійних рослин - зародки пшениці, кукурудзи, рису, плодові кісточки й ін.
Технологічні процеси сучасного виробництва рослинних олій діляться на: механічні - очищення насіння, обрушення насіння, відділення від ядер плодових і насінних оболонок, здрібнювання ядра й макухи; дифузійні й дифузійно-теплові - кондиціювання насіння по вологості, жарення м'ятки, екстракція олії, відгін розчинника з місцели й шроту; гідромеханічні - пресування мезги, відстоювання й фільтрація олії; хімічні й біохімічні процеси - гідроліз і окиснення ліпідів, денатурація білків, утворення ліпідно-білкових комплексів.
За технологічною ознакою технологічні процеси діляться на шість груп: підготовка до зберігання й зберігання олійного насіння; підготовка насіння до витягу масла; витяг масла; рафінація отриманого масла; розлив; упакування й маркування. Технологічна схема отримання рослинних олій наведена на рисунку 3.1.
Групи процесів Технологічні операції Готова продукція
Рисунок 3.1 – Схема виробництва рослинних олій
Підготовка до зберігання і зберігання олійного насіння включає наступні технологічні процеси: очищення насіння від домішок, кондиціювання насіння по вологості, зберігання насіння.
Очищення насіння від домішок. Насінна маса, що надходить на зберігання й переробку, являє собою неоднорідну суміш із насіння і органічних (стебла рослин, листя, оболонки насіння), мінеральних (земля, камені, пісок), олійних (частково ушкоджене або проросле насіння основної олійної культури) домішок.
Очищення насіння від домішок роблять на очисних машинах - сепараторах, аспіраторах, камневідбірниках, використовуючи наступні методи:
поділ насінної маси по розмірах шляхом просівання через сита з отворами різних розмірів і форми. При просіванні одержують дві фракції: прохід (частина, що проходить через отвори) і схід (частина, що залишився на ситі);
поділ насінної маси по аеродинамічних властивостях шляхом продувки шару насіння повітрям;
поділ металодомішок і насіння по феромагнітних властивостях.
Кондиціювання насіння по вологості. Тривалому зберіганню підлягає насіння, вологість якого на 2-3% нижче критичної. Крім того, кондиціювання по вологості поліпшує технологічні властивості насіння. Для зменшення вологості насіння застосовують метод сушіння в промислових сушарках шахтного, барабанного типів і сушарки з киплячим шаром, а також метод активного вентилювання в спеціальних сховищах, обладнаних обладнаннями для підведення й розподілу повітря по насінній масі.
На відміну від інших олійних культур насіння бавовнику перед обробкою піддають зволоженню до 11%.
Зберігання насіння проводиться з метою збереження його від псування для одержання при переробці продуктів високої якості з мінімальними втратами; поліпшення якості насіння для більш ефективної переробки.
Підготовка насіння до витягу олії передбачає очищення насіння від домішок, калібрування насіння по розмірах, кондиціювання насіння по вологості, аналогічні відповідним до операцій перед закладкою насіння на зберігання; обрушення насіння; поділ рушанки на фракції; здрібнювання ядра.
Обрушення насіння і відділення ядра від оболонки. Олійне насіння по характеру оболонок ділять на дві групи - кожурні (соняшник, бавовник) і безкожурні (льон, рапс, кунжут). Кожурне насіння переробляють після відділення оболонки, безкожурні - без її відділення.
Обрушення - руйнування оболонок олійного насіння шляхом механічного впливу здійснюється в семенорушках бичевого типу МРН, обрушую вальними елементами якої є колосники із хвилястою поверхнею - деки. Більш сучасна модель - відцентрова машина, що обрушує, РЗ-МОС. Руйнують оболонки насіння бавовнику на дискових (АС-900) і ножових шолушителях. Насіння сої перед відділенням оболонки піддають дробленню на вальцьових верстатах.
У результаті обрушення насіння одержують рушанку, що представляє собою суміш декількох фракцій: цілого насіння - ціляка, частково незаваленого насіння - недорушу, цілого ядра, половинок ядра, зруйнованого ядра - січки, олійного пилу й лузги (оболонки соняшника, у бавовнику - лушпайка). Установлені норми змісту ціляка, недорушу, січки й олійного пилу.
Поділ рушанки на фракції. Для поділу рушанки використовують аспіраційні насіннєвійки Р 1-МСТ, електросепаратори СМР-11, для поділу рушанки бавовнику - пурифайери, для поділу дробленки сої - сепаратори Граностар повітряно-ситового типу.
Рушанку розділяють на ядро й лузгу (лушпайку).
Відділення оболонок від ядра має велике значення. При цьому підвищується якість олії, тому що в нього не переходять ліпіди оболонок, що містять велику кількість супутніх речовин; підвищується продуктивність устаткування; зменшуються втрати олії з лузгою за рахунок замаслювання.
Здрібнювання ядра. Метою цієї операції є руйнування клітинної структури ядра для максимального витягу олії при подальших технологічних операціях. Для здрібнювання ядра й насіння використовують однопарні, двопарні й п'ятивалкові верстати з рифленими й гладкими поверхнями. У результаті одержують сипучу масу м'ятку. При пелюстковім розмелені на двопарному плющильному вальцюванні й двопарному плющильно-вальцьовому верстаті ФВ-600 одержують пелюстку - пластинки сплющеної макухи товщиною менш 1 мм [5].
Витяг олії роблять двома способами: пресуванням і екстракцією. На основі цих двох способів розроблені наступні технологічні схеми виробництва рослинних олій: однократне пресування; дворазове пресування - витяг олії шляхом попереднього віджиму - форпресування з наступним кінцевим віджимом - експелірування; холодне пресування - витяг олії із сировини без попередньої вологотеплової обробки; форпресування - екстракція - попереднє знежирення олії шляхом форпресування з наступним його витягом шляхом екстракції бензином; пряма екстракція - екстракція розчинником без попереднього знежирення.
Вологотеплова обробка м'ятки - жарення. Для ефективного витягу олії з м'ятки проводять вологотеплову обробку при безперервному і ретельному перемішуванні. У виробничих умовах процес вологотеплової обробки складається із двох етапів:
1-й етап - зволоження м'ятки й підігрів в апаратах для попередньої вологотеплової обробки м'ятки - інактиваторах або пропарочно-зволожувальних шнеках. М'ятку нагрівають до температури 80-85 °С с одночасним зволоженням водою або гострою парою. При цьому відбуваються виборче змочування й зменшення енергії зв'язки олії з неліпідною частиною насіння на поверхні м'ятки. Вологість насіння соняшника після зволоження становить 8-9%.
2-й етап - висушування й нагрівання зволоженої м'ятки в жаровнях різних конструкцій. При цьому змінюються фізичні властивості олії - зменшуються в'язкість, щільність і поверхневий натяг.
Матеріал, одержаний у результаті жарення, називається мезгою.
Попередній віджим олії - форпресування. Пресуванням називається віджим олії із сипучої пористої маси - мезги. У результаті пресування отримують 60-85% олії, тобто здійснюється попередній витяг олії - форпресуовання. Для пресування застосовують преси різних конструкцій. Залежно від тиску на матеріал, який пресується і олійності вихідної макухи шнекові преси ділять на преси попереднього знімання олії - форпреси й преси остаточного знімання олії - експелери.
Шнековий прес являє собою східчастий циліндр, усередині якого перебуває шнековий вал. Стінки циліндра складаються зі сталевих пластин, між якими є вузькі щілини для виходу віджатого матеріалу. У результаті форпресування мезги одержують форпресову олію і форпресову макуха. Вміст олії в макусі становить 14-20%. Її направляють на додатковий витяг олії. Мезгу направляють на остаточне пресування або для одержання пелюстки. У промисловості використовують форпреси МП-68, ЕТП-20, ФР, Г-24.
Остаточний відтжим олії - експелірування здійснюється в більш жорстких умовах, у результаті чого вміст олії в макусі знижується до 4-7%.
Витяг олії методом екстракції органічними розчинниками ефективніше пресового методу, тому що вміст олії в проекстрагованому матеріалі - шроті - менш 1%.
У нашій країні в якості розчинників для витягу масла з рослинної сировини застосовують екстракційний бензин марки А и нефрас із температурою кипіння 63-75 °С.
Екстракція - це дифузійний процес, рушійною силою якого є різниця концентрацій місцели - розчинів олії в розчиннику усередині й зовні часток экстрагованого матеріалу. Розчинник, проникаючи через мембрани клітин экстрагованої частки, дифундує в олію, а олія із клітин - у розчинник. Під впливом різниці концентрацій олія переміщається із частки в зовнішнє середовище до моменту вирівнювання концентрацій олії в частці й у розчиннику поза неї. В цей момент екстракція припиняється.
Екстракцію олії з олійної сировини проводять двома способами: зануренням і східчастим зрошенням.
Екстракція зануренням відбувається в процесі безперервного проходження сировини через безперервний потік розчинника в умовах протитечії, коли розчинник і сировина просуваються в протилежному напрямку відносно один одного. По способу занурення працюють екстрактори НД-1000, НД-1250, "Олье-200". Такий екстрактор складається із завантажувальної колони, горизонтального циліндра й екстракційної колони, усередині яких установлені шнеки.
Сировина у вигляді пелюстки або крупки надходить у завантажувальну колону, підхоплюється витками шнека, переміщається в низ завантажувальної колони, проходить горизонтальний циліндр і попадає в екстракційну колону, де за допомогою шнека піднімається у верхню її частину. Одночасно із сировиною в екстрактор подається бензин температурою 55-60 °С. Бензин переміщається назустріч сировині й проходить послідовно екстрактор, горизонтальний циліндр і завантажувальну колону. Концентрація місцели на виході з екстрактора становить 15-17%.
Знежирений залишок сировини - шрот виходить із екстрактора з високим вмістом розчинника й вологи (25-40%), тому його направляють у шнекові або чанні (тостери) випарники, де з нього видаляють бензин.
До переваг екстракції зануренням відносяться: висока швидкість екстракції, простота конструкції апаратів, безпека їх експлуатації. Недоліками цього способу є: низькі концентрації кінцевих місцел, високий вміст домішок у місцелах, що ускладнює їхню подальшу обробку.
Екстракція способом східчастого зрошення. При цьому способі безупинно переміщається тільки розчинник, а сировина залишається в спокої в одній і тій ємності, що ж переміщається, або стрічці, що рухається. Цей спосіб забезпечує одержання місцели підвищеної концентрації (25-30%), з меншою кількістю домішок. Недоліки цього способу - більша тривалість екстракції, підвищена вибухонебезпечність виробництва.
Наша промисловість використовує горизонтальні стрічкові екстрактори МЭЗ-350, Т МЭМ-400, ДС-70, ДС-130, "Луги-100", "Лур-200", ковшові екстрактори "Джанациа", корзиновий екстрактор "Окрим". Більш сучасним є карусельний екстрактор "Экстехник" (Німеччина), що працює за принципом багатоступінчастого зрошення в режимі затопленого шару.
При екстракції на стрічковому екстракторі МЭЗ сировину з бункера подається на сітчасту стрічку, що рухається, транспортера, проходить під форсунками й зрошувачами, зрошується послідовно місцеллою і бензином. Екстрактор має 8 щаблів з рециркуляцією місцели й відповідно 8 місцелозбірників.
Після екстракції місцела містить до 1% домішок, і її направляють на ротаційні дискові або патронні фільтри для очищення.
Дистиляція - це відгін розчинника з місцели. Найпоширеніші триступінчасті схеми дистиляції. На перших двох щаблях місцела обробляється в трубчастих плівкових дистиляторах. На першій відбувається розпарювання місцели. На другому - місцела обробляється гострою парою при температурі 180-220 °С і тиску 0,3 мПа, що викликає кипіння місцели й утворення парів розчинника. Пари розчинника направляються в конденсатор. На третьому щаблі висококонцентрована місцела надходить у розпилювальний вакуумний дистилятор, де в результаті барботації гострою парою під тиском 0,3 мПа відбувається остаточне видалення слідів розчинника. Після дистиляції олію направляють на рафінацію [6].