Рафинация масла и оборудование

Очистка масел от сопутствующих веществ получила название рафинации. При проведении рафинации необходимо не только удалить нежелательные примеси, но и сохранить все ценные вещества, содержащиеся в жире, не допустить их потерь и разложения.

Современные методы рафинации жиров и масел подразделяют на физические (отстаивание, центрифугирование, фильтрация); химические (гидратация, щелочная рафинация) и физико-химические (адсорбционная рафинация, дезодорация). Выбор метода рафинации зависит от состава и количества примесей, их свойств и назначения масла. В большинстве случаев для полной очистки масла применяют сочетание нескольких методов.

Физические методы рафинации применяются при первичной очистке масла, а также для удаления нерастворимых в масле частиц, образующихся в ходе рафинации.

Удаление из масла твердых примесей: частиц мезги, шрота и жмыха — отстаивание — проводится на механизированных гущеловушках-отстойниках, с помощью осадительных центрифуг непрерывного действия, а также путем фильтрации на рамочных фильтрпрессах.

Эффективным методом очистки масел от взвешенных примесей и воды является центрифугирование. Различают разделяющие центрифуги (применяются для отделения воды от масла) и осветляющие (используют для удаления механических примесей). В разделяющем сепараторе исходное масло под давлением до 0,3 МПа поступает через полый вал в рабочий барабан, где под действием центробежной силы происходит его разделение на два потока: тяжелая жидкость с осадком и жир. Осадок накапливается у внутренних стенок барабана, тяжелая жидкость, перемещаясь вдоль нижней поверхности тарелок, удаляется, жир, перемещаясь вдоль верхней поверхности тарелок к центру барабана, выводится.

Осветление масел, содержащих значительное количество примесей, проводят центрифугированием — с помощью саморазгружающейся центрифуги. Для удаления осадка, содержащегося в маслах, широко применяется фильтрация на фильтр-прессах. При фильтрации жидкость проходит через поры фильтрующего материала, а взвешенные частички задерживаются на фильтре.

Химические методы рафинации применяют для удаления свободных жирных кислот, фосфолипидов, белков, слизей и некоторых других соединений.
Одним из важнейших методов химической очистки жиров является гидратация.

Рис. 1. Коагулятор:

1 — корпус; 2 — редуктор; 3 — мешалка.

Рис. 2. Отстойник непрерывного действия: 1 — корпус отстойника; 2— патрубок; 3— распределительная труба; 4 — тарелки.

Гидратация (удаление примесей с помощью воды) дает [ возможность выделить содержащиеся в масле вещества с гидрофильными свойствами, в первую очередь фосфолипиды. Фосфолипиды хотя и являются ценными в пищевом и биологическом - отношении соединениями, обладающими антиокислительными свойствами, но при хранении масел выпадают в виде легко разлагающегося осадка. Они также затрудняют, присутствуя в масле, проведение ряда технологических операций по его переработке. Поэтому необходимо их вывести из масла путем гидратации, а затем использовать в пищевых и кормовых целях в виде самостоятельного продукта.

При гидратации масло обрабатывают водой в струйном смесителе типа эжектора, в котором обеспечивается интенсивное смешивание масла и воды. Смесь масла и воды (для подсолнечной? масла при температуре 45—60° С) направляют в коагулятор, где происходит формирование гидратационного осадка, отделяемого в отстойнике. Коагулятор (рис. 1) имеет рамную мешалку 5, вращающуюся с частотой 13 об/мин. Время пребывания масла в коагуляторе 0,5 ч. Смесь масла с водой медленно проходит через коагулятор, выходя в виде масла, содержащего сформированные хлопья фосфолипидов. Разделение хлопьев фосфолипидов и масла идет в отстойнике непрерывного действия (рис. 2).

Рис. 3. Сушильно-деаэрациониый аппарат:

1 — форсунки; 2 — горловина; 3— контактная поверхность; 4— змеевик.

Рис. 4. Нейтрализатор непрерывного действия:

1 — перфорированное дио; 2 — центральная труба; 3 — распределительный желоб для раствора щелочи; 4 — патрубок; 5 — сифонная труба.

Гидратационный осадок из нижней части отстойника непрерывно подается в ротационно-пленочный аппарат для сушки. Осадок равномерно распределяется с помощью лопастей ротора по внутренней поверхности аппарата. Ротор вращается с частотой 800 об/мин, остаточное давление в аппарате 5,0—8,0 кПа. Температура осадка 60—70° С, время высушивания 2 мин. В этих условиях влажность гидратационного осадка снижается с 35 до 2%. Высушенный фосфатидный концентрат направляют на фасовку в металлические банки.

Гидратированное масло для обезвоживания направляют в сушильно-деаэрационный аппарат (рис. 3), где масло распыляют с помощью форсунок в вакууме. Влага испаряется, а капли высушенного масла попадают на контактные поверхности, где масло дополнительно обезвоживается в тонком слое. Начальная влажность масла 0,2%, конечная — 0,05%; температура 85—90°С. Остаточное давление в аппарате 2,7—5,3 кПа.

Гидратированное (подсолнечное) масло должно быть освобождено от восков и воскоподобных веществ. Для этого масло подвергают вымораживанию — его охлаждают сначала до 20° С, а затем до 10—12° С и направляют в экспозитор — цилиндрический аппарат, снабженный медленновращающейся рамочной мешалкой 1 (2 об/мин), где в течение 4 ч происходит кристаллизация восков,  растворенных в масле. Одновременно происходит выделение из масла фосфорсодержащих веществ (негидратируемых фосфолипидов), неполностью удаленных из масла при гидратации. Слегка подогретое масло (при температуре 18—20° С) из экспозиторов направляют на рамочные фильтр-прессы. Операция выведения восков и воскоподобных веществ из масла описанным способом называется вымораживанием их из масла.

Щелочной рафинацией называется обработка масла щелочью. Для нейтрализации свободных жирных кислот реакция идет с образованием нерастворимых в масле солей (мыл) R — СООН + NaOH -> RCOONa + НаО.

Последние выпадают в осадок, частично увлекая вместе с собой разнообразные примеси: красящие вещества, белки, слизи. Образующиеся осадки после щелочной рафинации называются соапстоками.

Щелочная рафинация сопровождается также частичным разложением нейтрального жира, что нежелательно, так как приводит к уменьшению выхода рафинированного масла.

Скорость рафинации, эффективность образования соапстока (осадка), его структура и величина потерь нейтрального жира зависят от кислотного числа масла, характера и количества примесей, концентрации щелочи, температуры и условий проведения щелочной рафинации.

Гидратированное (в случае обработки подсолнечного масла также и вымороженное) масло поступает в нижнюю часть нейтрализатора непрерывного действия (рис. 4), заполненного раствором щелочи. Здесь с помощью перфорированного распределителя масло в виде капель диаметром 2 мм распределяется в щелочном растворе и медленно всплывает на его поверхность, так как плотность масла меньше плотности водного раствора щелочи. Благодаря хорошему распределению масла в растворе щелочи происходит нейтрализация свободных жирных кислот масла. С поверхности раствора щелочи масло отводят в сушильно-деаэрационный аппарат, предварительно обрабатывая масло раствором лимонной кислоты для разложения мыла в смесителе эжекционного типа или промывая водой.

Мыльно-щелочной раствор из нейтрализатора непрерывно передается на мыловаренный завод.

Нейтрализатор заполняют водным раствором щелочи концентрацией 8—15 г/л. Температура масла и раствора для большинства масел 68—75° С.

'Вариантом щелочной рафинации является рафинация (нейтрализация) в мисцелле, применяемая для хлопкового масла. Оптимальная концентрация мисцеллы для рафинации— 35—45%- Поэтому мисцеллу, выходящую из экстрактора с более низкой концентрацией, предварительно упаривают или добавляют масло предварительного прессования, полученного из этих же семян. Температура мисцеллы при поступлении на рафинацию должна быть равна 20—22° С. Мисцелла поступает в струйный смеситель (турбулизатор) для смешения с раствором щелочи. Полученную смесь мисцеллы, хлопьев мыла, фосфолипидов и других веществ подогревают до 60—70° С и обрабатывают обессоленной водой для лучшего отделения соапстока от мисцеллы в отстойниках непрерывного действия (см. рис. 2). Отсюда мисцелла поступает на отгонку растворителя в аппарате экстракционного цеха, полученное масло промывают водой (или раствором лимонной кислоты) и высушивают в сушильно-деаэрационном аппарате (см. рис. 3). Отгонку растворителя из соапстока проводят в две стадии под вакуумом при обработке острым паром в аппаратах колонного типа.

Адсорбционная рафинация (отбеливание масла). После щелочной рафинации цвет масла снижается, так как обработка щелочью, а также частичная сорбция пигментов с соапстоком снижают цветность масла. В то же время такие жирорастворимые пигменты, как каротиноиды, хлорофиллы, в значительной степени сохраняются и после нейтрализации масла.

Для отбеливания масла используют активированные кислотной обработкой отбеливающие бентонитовые глины. Основными компонентами бентонитовых глин являются алюмосиликаты, в их составе имеются щелочные и щелочноземельные металлы (3—10%).

Активные глины вводят в масло в количестве до 2,0—2,5% от массы масла (для хлопковых масел дозировку увеличивают до 4—5%). В небольшом количестве для осветления масел применяют активные угли (в смеси с глинами и самостоятельно). Одновременно с отбелкой в масле идут нежелательные процессы — изомеризация жирных кислот и снижение стабильности отбеленных масел при хранении. Процесс отбелки масла заключается в создании суспензии масла и отбеливающей глины (для создания суспензии используют 1/4 отбеливаемого масла).

Основная часть масла (3/4 общего количества) поступает в аппарат предварительной отбелки, где масло, попадая на дно вращающегося диска (п=274 об/мин), распыляется и контактирует с распыленной на верхнем диске аппарате суспензией. Распыленная суспензия и масло в виде тонкой пленки стекают в нижнюю часть аппарата, где интенсивно перемешиваются. Аппарат работает под вакуумом.

Окончательное отбеливание осуществляют во втором аппарате, где смесь суспензии и масла разбрызгивается со помощью распылителя. Смесь масла и суспензии поступает на фильтрацию. Обогрев глухим паром, остаточное давление 3,4 кПа. Продолжительность окончательного отбеливания 30 мин. Масло из осадка (получаемого после фильтрации) отделяют обработкой осадка водяным паром.   ,

Дезодорация масел применяется для удаления веществ, придающих маслам специфический вкус и запах: ненасыщенных ' углеводородов, низкомолекулярных кислот, альдегидов, кетонов, природных эфирных масел и др. Частично эти соединения удаляются из масла на предшествующих этапах рафинации.

Дезодорация представляет собой дистилляцию указанных соединений из масла водяным паром при высокой температуре и низком остаточном глубоком давлении. Перед дезодорацией масло подвергают щелочной рафинации и отбелке, подогревают до 60° С и подают в деаэратор, где он распыляется в вакууме и подогревается в пленке на поверхности змеевиков до 130—180° С. После деаэратора масло подогревают до 150—160° С и подают в дезодоратор (рис. 5).

Внутри верхней цилиндрической части дезодоратора укреплены 38 вертикальных пластин 2 из нержавеющей стали, по которым стекает тонкая пленка распыляемого в верхней части аппарата масла. Обогрев дезодоратора через наружные змеевики и паровую рубашку 4. Тонкая пленка масла, стекающего по вертикальным пластинам, хорошо контактирует с водяным паром, подаваемым для барботирования паровыми инжекторами 3, установленными в нижней части дезодоратора.

Продолжительность пребывания масла в дезодораторе 25 мин. Остаточное давление в дезодораторе 50 Па, давление водяного пара 3—4 МПа.

Таким образом, в условиях глубокого вакуума, высокой температуры и барботирования перегретого водяного пара из масла удаляются соединения, сообщающие маслу вкус и запах, — происходит дезодорация масла. Для предотвращения окисления масла в нижнюю секцию дезодоратора вводят 20%-ный раствор лимонной кислоты. При остановке дезодоратора (аварийной или для планового ремонта) всю систему заполняют инертным газом. Дезодорированное масло охлаждают и хранят под вакуумом в атмосфере инертного газа.

Рис. 5. Дезодоратор:

1— распылитель; 2 — жалюзи; 3 — диффузоры; 4— змеевик; 5 — отвод масла.

Растительные масла должны отвечать требованиям ГОСТов. Так, подсолнечное масло должно отвечать требованиям ГОСТ 1129—73. В соответствии с этим ГОСТом масла в зависимости от способа обработки подразделяются на виды: рафинированное — дезодорированное и недезодорированное; гидратированное — высшего, I и II сортов; нерафинированное — высшего, I и II сортов. Для поставки в торговую сеть и на предприятии общественного питания предназначается рафинированное дезодорированное подсолнечное масло.

Рафинированные масла — дезодорированное и недезодориро- ванное, а также гидратированное высшего и I сортов должны быть прозрачными без осадка. Для гидратированного масла II сорта и нерафинированного допускается легкое помутнение или «сетка», вызванная присутствием в масле восков и воскоподобных веществ.

Рафинированное дезодорированное масло должно иметь вкус обезличенного масла и не иметь запаха, недезодорированное масло и гидратированное высшего и I сортов должны иметь вкус и запах, свойственные подсолнечному маслу, без постороннего запаха, привкуса и горечи. Такие же требования по запаху и вкусу предъявляются и к нерафинированному маслу высшего и I сортов.

Масла II сорта — и гидратированное, и нерафинированное — могут иметь слегка затхлый запах и привкус легкой горечи.

В рафинированном растительном масле не должно быть отстоя, фосфорсодержащих веществ и мыла.