Рафинация растительных масел
Растительные масла природного происхождения это сложные многокомпонентные системы, состоящие в основном из сложных эфиров глицерина и жирных кислот (триглицеридов) разнообразного состава и веществ растворимых в них в различной степени. В маслах и жирах содержатся разнообразные примеси – свободные жирные кислоты, которые ухудшают вкусовые качества и ускоряют окислительную порчу, фосфолипиды, выпадающие в осадок ухудшают товарный вид, ароматические вещества и пигменты, придающие специфические органолептические свойства маслам и жирам. Это так называемые сырые масла, то есть не обработанные после выделения из семян и плодов. Некоторые из них (соевое, рапсовое, кукурузное) в виду наличия неудовлетворительного вкуса или запаха, а так же из-за присутствия токсических веществ (хлопковое) не пригодны к употреблению в пищу. Для улучшения потребительских качеств масел и жиров их подвергают очистке в различной степени – рафинации.
Под термином рафинация понимается сложный многостадийный процесс, требующий соответствующего аппаратурного оформления. Как правило, рафинация состоит из следующих стадий:
• гидратация
• нейтрализация (часто совмещенная с гидратацией)
• отбеливание
• вымораживание
• дезодорация.
Для различных масел возможны варианты, например соевое масло не требует вымораживания, т.е. удаления воскоподобных веществ, по причине их отсутствия. Так же в последнее время распространена так называемая физическая рафинация, которая применяется, в основном, для подсолнечного масла. В этом случае удаление жирных кислот происходит не с помощью щелочи (гидроксид натрия, метасиликат натрия), а в процессе дезодорации в более жестких условиях и в дезодораторе, специально сконструированном для подобного процесса.
Гидратация. Основная цель гидратации – извлечение из нерафинированного масла фосфатидов и некоторых гидрофильных веществ. Масло обрабатывают раствором лимонной или фосфорной кислоты, а затем производят разделение фаз с использованием сепараторов или емкостных аппаратов с перемешивающим устройством — нейтрализаторов. Отходом является гидрофуз, который реализуется предприятиями вместе с соапстоком, или превращается в фосфатидный концентрат.
Нейтрализация. Процесс обработки масла щелочью для удаления жирных кислот. Применяются различные схемы нейтрализации – непрерывная и периодическая.
Непрерывная нейтрализация производится с использованием сепараторов, при температурах порядка 90-100 оС. В последнее время появились технологии низкотемпературной рафинации, в процессе которой производится удаление воскоподобных веществ вместе с соапстоком. Отход нейтрализации – соапсток, реализуется потребителям мыловаренной промышленности.
Периодическая нейтрализация производится в специальных аппаратах – нейтрализаторах, процесс подразумевает совмещенное проведение гидратации и нейтрализации. Масло предварительно обрабатывают раствором лимонной либо фосфорной кислоты, а затем вводят щелочь либо силикат натрия (метасиликат натрия). Использование силиката натрия оправдано тем, что не требуется промывка масла от остатков щелочи, но соапсток получается очень густой и требует дальнейшей обработки для сокращения потерь. Силикатная рафинация проводится при пониженных температурах (20-25 оС), что способствует значительному выводу из масла воскоподобных веществ и сокращает дальнейшие затраты на стадии вымораживания.
Отбеливание. Используется для проведения адсорбционной очистки от различных пигментов и остатков фосфатидов и мыла после щелочной нейтрализации. Производится в отбельных аппаратах периодического либо непрерывного действия. Процесс производится под вакуумом (30-50 мм. рт. ст.), при температурах 85-110 оС, иногда используется низкотемпературная отбелка (25-30 оС), но этот процесс не эффективен, так как очень мало уменьшается интенсивность окраски, плохо выводятся фосфатиды, а так же затруднена дальнейшая фильтрация.
В качестве адсорбента, как правило, используют кислотно активированную отбельную землю (глину) – природный минерал монтмориллонит. Добывается в карьерах, измельчается и обрабатывается соляной или серной кислотой. Так же, иногда добавляют активированный уголь в количестве 5-10%. Глину подбирают исходя из вида перерабатываемого сырья, условий производства и возможностей фильтрации суспензии — разделения отработанной глины и масла. Как правило, чем активнее глина сорбирует примеси, тем тоньше гранулометрический состав и хуже фильтрация, и соответственно наоборот. Поэтому необходимо использовать качественные адсорбенты, производителей которые работают над проблемой баланса отбеливающей способности и высокой скорости фильтрации. Отход производства – отработанная отбельная глина вывозится на специальные полигоны промышленных отходов.
Вымораживание (винтеризация). Используется для удаления из масел воскоподобных веществ, как правило, из подсолнечного и кукурузного. Проводится в специальных аппаратах – кристаллизаторах и экспозиторах. Применяется как периодическое, так и непрерывное. В процессе вымораживания масло смешивают с кизельгуром, либо перлитом и медленно охлаждают до температуры 5-8 оС, затем выдерживают несколько часов и отправляют на фильтрацию. Отход производства – отработанный фильтровальный порошок вывозится на специальные полигоны промышленных отходов.
В основном, в качестве добавки при вымораживании используется кизельгур (диатомит) – природный материал, состоящий из остатков древних микроорганизмов. Добывается в карьерах, а затем подвергается прокаливанию с флюсом, после чего производится фракционирование по гранулометрическому составу. От свойств используемого кизельгура очень сильно зависит качество получаемого масла (способность выдерживать холодный тест), а так же скорость фильтрации. Поэтому использование некачественного материала приводит к трудному ведению процесса, а так же повышенным потерям. Перлит, в качестве добавки используется реже, по причине повышенной маслоемкости, кроме того из-за низкой плотности имеются трудности при транспортировании.
Фильтрация. Неотъемлемая часть отбелки и вымораживания. Процесс производится с использованием листовых напорных фильтров состоящих из жестких фильтрующих элементов из нержавеющей стали собранных на коллекторе и заключенных в герметичный корпус. Гораздо реже используются пластинчатые пресс-фильтры, покрытые фильтровальным материалом – бельтингом. Процесс характеризуется скоростью и чистотой фильтрата. Так же используется полировочная фильтрация с помощью нетканого материала, для удаления небольшого количества мелких примесей из масла.
Качественная отбельная глина, сбалансированная по гранулометрическому составу, позволяет проводить фильтрацию с высокой скоростью без так называемого «пыления» фильтра – когда очень мелкие частички отбельной глины проникают через намывной фильтрующий слой. Ввиду высокой активности отбельной глины по отношению к окислению масла, фильтрацию после отбеливания необходимо проводить без доступа воздуха — масло может контактировать с кислородом только после охлаждения, иначе резко повышается количество свободных радикалов и растет анизидиновое число. Осушение фильтра, после завершения цикла фильтрации производят паром.
Фильтрация после вымораживания производится с предварительной намывкой фильтрующего слоя с помощью кизельгура, для избегания налипания сорбированных восков на фильтрующую сетку, поскольку это приводит к очень быстрому прекращению фильтрации. Масло, подающееся на фильтрацию, подогревают до температуры порядка 15 оС, очень мягко, чтобы не расплавить кристаллизовавшиеся воски. Так же как и в случае отбелки, качественный фильтрующий материал способствует проведению фильтрации с высокой скоростью и длительным циклом, тем самым повышая производительность оборудования. Осушение фильтрующего слоя производится с помощью сжатого воздуха, частые сушки приводят к повышенному расходу воздуха и, соответственно, электроэнергии.
Дезодорация. Является завершающей стадией рафинации. Масло находящееся в дезодораторе обрабатывается острым паром при температурах 225 — 260 оС, и остаточном давлении 1-3 мм. рт. ст. В результате производится удаление одорирующих веществ, пестицидов, гербицидов и жирных кислот. Более высокие температуры характерны для физической рафинации – при которой происходит удаление жирных кислот во время дезодорации. Температура выше 260 оС не используется по причине заметного повышения количества транс-изомеров жирных кислот в дезодорированном масле. В зависимости от конструкции и исполнения масло находится в дезодораторе от 40 минут до двух часов. В погонах дезодорации, кроме перечисленных выше веществ находятся так же неомыляемые вещества, токоферолы и нейтральный жир увлекаемый общим газовым потоком. Крайне важно, для получения качественного дезодорированного масла произвести тщательную подготовку масла на предыдущих стадиях, так например, при наличии фосфатидов в масле произойдет их пригорание, и масло приобретет опалесцирующую окраску, а кроме того будет чувствоваться привкус гари.
Отходы и потери при рафинации. Очень важный показатель, характеризующий весь процесс рафинации и дезодорации. В первую очередь потери зависят от качества исходного масла — количества жирных кислот (кислотного числа), массовой доли фосфатидов, цветного числа, наличия влаги и посторонних примесей. Но одно и то же масло, переработанное на различных установках, или с использованием различных вспомогательных материалов может быть переработано с различным выходом готовой продукции. Например, если использовать слабоактивированную отбельную глину, и фильтровальный порошок (кизельгур) ненадлежащего качества, то потери, при прочих равных условиях, по сравнению с качественными материалами могут возрасти на 1-2%, в первую очередь за счет увеличения дозировок, а так же за счет большей маслоемкости отработанных материалов.
Наша компания всегда готова предложить Вам самые качественные материалы для рафинации, а кроме того, оказать необходимую технологическую поддержку с выездом специалистов на Ваше предприятие.