Результат интеллектуальной деятельности: Способ сорбционной очистки нерафинированных растительных масел

Изобретение относится к масложировой промышленности, в частности к очистке от примесей нерафинированных растительных масел с помощью сорбентов.

Качество нерафинированных жидких растительных масел характеризуется вкусом, запахом, цветом, прозрачностью, йодным, кислотным и перекисными числами.

Одним из недостатков растительных масел, получаемых на линиях холодного отжима и малотоннажном производстве, является высокое содержание в них веществ, присутствие которых в пищевом масле нежелательно или недопустимо. Попадание в пищу продуктов окисления эссенциальных полиненасыщенных жирных кислот вызывает тяжелые болезни. Кроме того, окислительные процессы, происходящие в жирах, вызывают их «порчу»: меняют вкус, запах и цвет масла, а так же химические и физические свойства. Большое влияние на скорость окисления оказывают искусственно вносимые антиоксиданты (ингибиторы). Среди них наибольшее значение имеют соединения фенольной природы: бутилокситолуол, бутилоксинизол, прорилгаллаты. Кроме того, следует отметить аскорбиновую, малеиновую, галловую кислоты и их эфиры. Это объясняется тем, что малотоннажные прессовые линии, число которых в России быстро увеличивается, не располагают оборудованием, позволяющим эффективно отделять от семян плодовую оболочку (лузгу), и отжим масла на шнековых прессах или экструдерах ведется из материала, в котором содержание плодовой оболочки практически не отличается от содержания в исходных семенах.

В тоже время, в плодовой оболочке шелухи масличных культур содержатся воски, окисленные липиды, пестициды, тяжелые металлы и нежелательные соединения, переходящие в извлекаемое из семян масло.

Условия отжима из семян на прессовых линиях малой производительности инициируют интенсивный переход в масло полярных и неомыляемых липидов, а так же способствуют дальнейшему развитию в масле при хранении гидролитических и окислительных процессов.

Наиболее координатным способом очистки масел, гарантирующим получение масла, свободного от указанных нежелательных веществ, является классическая рафинация, включающая последовательную цепь операций - гидратацию, вымораживание, нейтрализацию, промывку, сушку, отбелку и, наконец, дезодорацию масла (Технология переработки жиров // Н.С. Арутюнян, Е.П. Корнена, Л.И. Янова и др., под ред. Н.С. Арутюняна. - М.: Пищепромиздат, 1978. - 452 с.).

К сожалению, в условиях малотоннажных прессовых линий применение рафинации по указанной полной схеме экономически нецелесообразно. Продолжительное хранение масел перед рафинацией, неизбежное при создании больших объемов масла, позволяющих рационально использовать существующее оборудование, приведет к быстрому развитию в масле гидролитических, окислительных и других процессов с потерей маслом пищевых качеств.

Известен способ очистки нерафинированных масел (патент РФ №2209234, МПК С11В 3/00, С11В 3/10, опубл. 27.07.2003 г., бюл. №21), заключающийся во введение в масло суспензии из отбельной земли и части масла, тщательное перемешивание в течение 28-32 минут, выдержку при температуре 25-30°C в течение 70-72 ч и декантацию. Причем количество используемой отбельной земли пропорционально величине объемного отстоя исходного масла и составляет 0,5-2,0% от массы обрабатываемого масла. Изобретение позволяет получить продукт с пониженным содержанием в нем продуктов окисления, фосфолипидов, восков и свободных жирных кислот.

Так же известен способ очистки растительных масел (патент РФ №2391387, МПК С11В 3/00, С11В 1/10, опубл. 10.12.2001 г., бюл. №16), включающий взаимодействие масла с адсорбентом - природной смесью каолинит-β-кварц, отличающийся тем, что масло при комнатной температуре пропускают через слой адсорбента, представляющего собой гранулы диаметром 3-5 мм и высотой 5-7 мм, которые получают путем формирования природной смеси в присутствии раствора силиката натрия плотностью 1,32-1,43 г/см³ при массовом отношении Т:Ж=4:1÷5:1 с последующей резкой и высушиванием до постоянной массы при 110-120°C.

Однако известные способы не обеспечивают продолжительного хранения растительного масла при сохранении его качества, что не позволяет получать значительный экономический эффект. Кроме того, к недостаткам можно отнести технологическую трудоемкость выполнения и использование химических антиоксидантов.

Кроме того известен способ очистки гидрированных жиров от следов тяжелых металлов (заявка на ИЗ №94024671, МПК С11В 3/04, опубл. 20.07.1996 г.), включающий обработку мелкодисперсным адсорбентом при температуре 90-130°C и остаточном давлении 0,7-13 кПа в течение 10-30 мин и последующее отделение адсорбента, при этом в качестве адсорбента используют предварительно прокаленный при 250-350°C (в течение 0,5-1,0 ч) порошок из природных опок и трепелов, а количество адсорбента составляет 0,2-1,5% к массе жира

Недостатками способа являются необходимость прокаливания адсорбента и проведение после обработки операции фильтрации, а так же протекание адсорбционного процесса при повышенной температуре и низком давлении.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков является способ адсорбционной очистки растительных масел (патент РФ №2317321, МКИ С11В 1/10, опубл. 20.02.2008 г., бюл. №15), включающий нагрев масла, перемешивание с алюмосиликатным сорбентом и фильтрацию, в котором в качестве сорбента используют природную смесь каолит-β-кварц в пропорции 9:1÷9,8:0,2, предварительно измельченную с перкарбонатом натрия при массовом соотношении 8:1÷12:1 и обработанную растворами фосфорной кислоты концентрацией 20-25%, взятыми в количестве 50-75% от массы смеси, а сорбент вводят в масло при температуре 65-75°C в количестве 0,2-0,4% и перемешивают фазы 20-25 мин с интенсивностью 0,8-1,0 с^-1.

Недостатками прототипа является низкая степень очистки растительных масел, особенно нерафинированных, от тяжелых металлов, проведение процесса при повышенной температуре, необходимость энергоемких операций перемешивания и фильтрации. Кроме того масло не обладает способностью к окислению, что значительно снижает срок его хранения.

Технической задачей предлагаемого способа сорбционной очистки нерафинированных растительных масел является повышение степени выделения из растительных масел соединений тяжелых металлов, свободных жирных кислот, фосфолипидов, перекисных веществ и стабилизации к окислению.

Поставленная задача решается в способе, где сорбционная очистка нерафинированных растительных масел достигается обработкой магнитным полем генерированным неодимовым магнитом, находящимся непосредственно в масле соосно направлению потока масла. Затем масло пропускают через слой сорбента расположенного на границе после зоны влияния магнитного поля, представляющего собой природный минерал глауконит, обогащенный до 90-95% с выраженной парамагнитной намагниченностью.

Растительные масла содержат заметное количество высокополярных веществ, таких как свободные жирные кислоты, фосфолипиды, мыла, хлорофиллы, свойства которых зависят, в том числе, и от действия магнитного поля. Следовательно, можно предположить, что использование магнита постоянного магнитного поля оказывает влияние на течение физико-химических процессов, вызывает кратковременное изменение структуры и свойств растительных масел, не изменяя их пищевых свойств. Обработка масла магнитным полем реструктуризирует клетки, способствует высвобождению фосфолипидов и инактивирует ферменты. При этом изменяется вязкость и плотность масла, снижается концентрация кислорода в масле, что оказывает влияние на скорость окисления, сроки использования и хранения масла.

Кроме вышеперечисленных в растительных маслах нежелательными примесями являются красящие вещества группы хлорофиллов и коратиноидов, белковые молекулы, ионы тяжелых металлов и других неполярных молекул. Среди пигментов наиболее нежелательными являются хлорофиллы активизирующие процессы окисления и старения в масле, являясь прооксидантами.

Как известно, наиболее успешно, для удаления нежелательных примесей и загрязнителей масел, влияющих на их потребительские качества, используют сорбенты.

По эффективности очистки растительных масел от фосфолипидов, свободных жирных кислот, красящих веществ, веществ определяющих вкус и запах, а так же тяжелых металлов и радионуклидов глауконит является не превзойденным природным минералом.

Кроме того назначение процесса очистки масел при помощи адсорбентов - это разрушение и удаление продуктов окисления. Для производства фильтрующего материала на основе природного минерала глауконита на территории России (Саратовская, Челябинская, Тамбовская области) имеется огромная сырьевая база, не требуется значительных затрат и сложных производств добычи.

Исходным сорбирующим веществом является природный минерал глауконит Белозерского месторождения Саратовской области. Характерной особенностью глауконитов является высокое содержание железа в решетке с преобладанием оксидных форм (III) над оксидными формами (II) (Fe₂O₃ до 26% и FeO до 8,6%), что обуславливает их высокую парамагнитность, и чем больше суммарного железа в их структуре, тем выше их парамагнитные свойства. В результате полной обработки из растительного масла удаляют фосфолипиды, свободные жирные кислоты, вещества придающие маслу вкус и запах, красящие вещества, тяжелые металлы, радионуклиды.

Примеры осуществления предлагаемого способа.

В качестве адсорбента используют глауконит в количестве 1-3% к маслу обогащенный до 90-95%. Магнитное поле генерируется неодимовым магнитным диском, класс 38, параметрами: диаметром 50 мм, высотой 30 мм, силой отрыва 100,6 кг.

Обработка масла магнитным полем реструктурирует клетки, способствует более эффективному высвобождению фосфолипидов и инактивирует ферменты.

В результате изменяется вязкость и плотность масла, снижается концентрация кислорода в масле, что оказывает огромное влияние на скорость окисления масла. Используемый в предлагаемом способе сорбционной очистки нерафинированных растительных масел сорбент - природный глауконит в значительной степени требует меньших энергозатрат на его изготовление и очистку в сравнении с другими сорбентами.

Сорбент, согласно предложенному способу, представляет собой обогащенный природный минерал глауконит до 90-95% с выраженными парамагнитными свойствами используют из расчета 1-3 все %.

Данные о химическом составе сорбента приведены в таблице 1. Сорбционные характеристики сорбента приведены в таблице 2.

С помощью вакуумного насоса в емкости готовой продукции понижают давление до 0,5-1,5 атм. Температурный режим 22-25°C выбирается для снижения энергетических затрат на нагрев масла и достижения момента начала образования нерастворимых хлопьев (агрегатов и комплексов) для сокращения очистки масел с использованием вакуумирования.

В качестве исходного продукта использовалось прессовое подсолнечное масло 1000 кг.

Процесс очистки осуществлялся следующим образом.

Подсолнечное масло с температурой не более 25°C проходит через магнитное поле генерируемое постоянным неодимовым магнитом пропускают через засыпку высотой 8,0-10,0 см в количестве 1-3% (для массы масла 1000 кг, масса сорбента не более 30 кг).

Масло после фильтрации приобретает прозрачный золотистый цвет без постороннего привкуса с характерным нежным масляничным запахом, снижается кислотное число, фосфолипиды, жирные кислоты и сокращения влаги.

Приведенный пример не является исчерпывающим, а лишь иллюстрирует возможность использования изобретения сформулированного на основе проведения многолетних исследований.

В таблице 3 приведены качественные показатели подсолнечного масла, очищенного с применением глауконита в магнитном поле.

Наличие тяжелых металлов в исследуемом подсолнечном нерафинированном масле после очистки приведено в таблице 4.

Заявленный способ очистки нерафинированных растительных масел является эффективным и экономичным благодаря тому, что находящиеся в масле примеси намагничиваются в магнитном поле, после чего более эффективно задерживаются на сорбирующем материале, обладающем парамагнитными свойствами.

Преимуществом использования глауконита является так же способность его сорбировать тяжелые металлы и радионуклиды.

Очищенное таким образом масло подсолнечное нерафинированное сохраняет свои свойства в течение нескольких дней, обладает высокой степенью прозрачности, стабильностью при хранении, «искрящимся» золотистым внешним видом, приятным ароматом и вкусом настоящего масла.