Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СЛАБОКИСЛОГО ГИДРОФУЗА

Изобретение относится к масложировой промышленности и может быть использовано для получения фосфатидного концентрата из гидрофуза в процессе безотходного производства растительных масел.

Природные масла представляют собой сложную многокомпонентную систему, состоящую в основном из триацил глицеринов (триглицеридов) различного состава, строения и степени непредельности, из разнообразных сопутствующих веществ, молекулярно- и коллоидно-растворимых в глицеридах. В настоящее время технология рафинации растительных масел в отечественной и зарубежной практике реализуется путем удаления из масел сопутствующих им веществ.

Существуют различные способы очистки или рафинирования масла: физические (отстаивание, центрифугирование, фильтрование), химические (гидратация, щелочная рафинация и др.) и физико-химические (отбеливание, дезодорация и др.).

Гидратационный фуз, известный под названием «гидрофуз», образуется на маслозаводах как вторичный побочный продукт в процессе химической гидролизной очистки различных видов растительных масел. Так, при производстве подсолнечного масла получается подсолнечный гидрофуз. Гидрофуз, водородный показатель которого pH_гф>5,0, можно отнести к категории слабокислого гидрофуза.

Известен способ получения концентрата фосфолипидов (патент РФ №2242142), в котором проводят экстракцию фосфолипидов из гидрофуза сжиженными газами ряда углеводородов, их фтор- и хлорпроизводными при повышенной температуре и пониженном давлении.

Недостатком известного способа является использование углеводородов, а также их фтор- и хлорпроизводных, что оказывает негативное влияние на качественные показатели фосфолипидов, значительно удорожает их производство и создает экологические проблемы последующей утилизации отходов производства.

Известен способ получения пищевого эмульгатора из гидрационного осадка растительных масел (патент РФ №2103337), в котором обработка гидрофуза проводится этиловым спиртом, а отделение фосфатидного концентрата путем осаждения и сушки.

Недостатком этого способа является использование дефицитного пищевого этилового спирта, его повышенная пожароопасность и необходимость регенерации.

Известен способ переработки отстоя растительного масла (гидрофуза, фуза) (патент РФ №2102445 - прототип), включающий его разделение на масло и осадок с помощью гидромеханизации и гравитации с использованием активатора. Процесс переработки осуществляется следующим образом. Гидрофуз нагревают до температуры не более 60°C выше температуры свертывания немасляной плотной части, вводят в него 15÷50% от массы гидрофуза, нагретого до такой же температуры, активатор в виде 0,4÷2,6%-ного водного раствора солей щелочных и/или щелочноземельных металлов, cахаров, перемешивают компоненты 5-50 мин, разделяют смесь на масло и осадок отстаиванием смеси в течение 3÷25 ч, отводят из верхних слоев масло, подразделяют его по качеству на пищевое и непищевое, пищевое используют по назначению, непищевое перерабатывают на олифу, а в осадок вводят 0,05÷0,5% от массы осадка антиоксидант и 0,05÷2,0% от массы осадка антисептик и используют в качестве кормовой добавки животным.

К недостаткам этого способа можно отнести трудности переработки гидрофузов, получаемых с разных заводов, в которых технология рафинации масел различна. В результате каждая партия гидрофуза характеризуется своими свойствами, в том числе значениями pH среды, которые меняются в широких диапазонах от 3,2 до 6,5. В этих условиях каждую партию гидрофуза предварительно необходимо довести до определенной величины параметра pH=4,0÷4,5, соответствующего неустойчивому изоэлектрическому состоянию белка, для выделения и осаждения последних. При этом большие трудности возникают в случае наличия слабокислого гидрофуза, водородный показатель которого pH_гф более 5 единиц (может изменяться в диапазоне >5,0÷≤6,5 единиц).

Техническим результатом является упрощение процесса переработки, повышение эффективности извлечения фосфатидов и масла из гидрофуза.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки слабокислого гидрофуза, включающем его разделение на фракции введением в него активатора, перемешивание компонентов смеси, отстаивание, согласно изобретению, предварительно определяют исходный объем гидрофуза, коэффициент водонасыщения гидрофуза в долях единицы (K_вгф), водородный показатель исходного гидрофуза pH_гф и изоэлектрическую точку белков исходного гидрофуза pH_из; затем, при значении водородного показателя pH_гф больше 5, в гидрофуз постепенно, малыми порциями вводят активатор, в качестве которого используют ортофосфорную кислоту, и, контролируя, доводят водородный показатель pH смеси гидрофуза с кислотой до величины 5 единиц, после чего в смесь гидрофуза с кислотой вводят продукт электролиза воды в виде анолита для доведения водородного показателя смеси до состояния изоэлектрической точки белка гидрофуза pH_из, при этом необходимый объем анолита определяют по формуле:

где У_гф - объем гидрофуза, м³;

К_вгф - коэффициент водонасыщения гидрофуза, доли единицы;

pH_a - водородный показатель анолита;

рН_из - изоэлектрическая точка белков гидрофуза;

после перемешивания компонентов смеси отстаивание ведут не менее 18 минут.

Новизна заявляемого предложения заключается в том, что найдено комплексное решение по безотходному использованию слабокислого гидрофуза с более эффективным извлечением фосфатидов и масла из гидрофуза при использовании оптимального количества анолита, так как при параметре рН_гф>5 для доведения водородного показателя гидрофуза до состояния изоэлектрической точки белков необходимо использовать повышенное количество анолита в объемах, сопоставимых с объемом гидрофуза.

По данным научно-технической и патентной литературы не обнаружена аналогичная заявляемой совокупность признаков, позволяющая получить технический результат, который ранее не достигался известными средствами, что позволяет судить об изобретательском уровне заявляемого предложения.

Предложенное техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость», поскольку воспроизводимо и в исполнении доступно и может быть использовано при переработке слабокислого гидрофуза.

Предлагаемый способ обезвоживания фосфолипидов основан на следующем механизме взаимодействия фосфолипидов с белками. В подсолнечном гидрофузе содержатся в основном гидрофильные, водорастворимые глобулярные белки, имеющие глобулярную структуру, а также частично, либо полностью гидрофобные мембранные белки, находящиеся в мембранах. Гидрофильность и водорастворимость белков связана с наличием в структуре их молекул гидрофильных полярных - заряженных и незаряженных групп в составе аминокислот. Эти группы притягивают диполи воды. Таким образом, вокруг молекулы белка образуется "водная оболочка", которая удерживает белковую молекулу в растворе. Глобулярные белки состоят из одной полипептидной цепи или нескольких, плотно свернутых за счет нековалентных и ковалентных связей в компактную частицу - глобулу. Почти все их полярные группы находятся на поверхности молекулы и гидратированы, гидрофобные группы находятся внутри молекулы. Аминокислоты представляют собой биполярные ионы. Значение рН среды, при котором устанавливается равенство их положительных и отрицательных зарядов, называется изоэлектрической точкой (ИЭТ) (В.Г.Щербаков, В.Г.Лобанов и др. Биохимия, издание третье, Изд-во «ГИОРД», Санкт-Петербург, 2009 г., с. 76).

Проявляя положительный заряд в кислой среде, свободные белки (неструктурированные в фосфолипидных мембранах) за счет электростатического притяжения образуют белковую весьма гидратированную оболочку вокруг отрицательно заряженных фосфатных групп фосфолипидных агрегатов (мицелл), способствуя устойчивости их эмульсий в водной среде. В изоэлектрическом состоянии белок, содержащийся в гидрофузе, теряет заряд и свои эмульгирующие свойства и способность растворяться в воде, тем самым способствуя эффективному отделению фосфатидного концентрата.

В качестве сырья для получения фосфатидного концентрата используется гидрофуз, являющийся отходом производства подсолнечного масла, широко развитого в Краснодарском крае.

Знание объема гидрофуза и его коэффициента водонасыщения необходимы для количественной оценки активатора в виде ортофосфорной кислоты, а также анолита.

Разделение слабокислого гидрофуза с рН>5 на отдельные фракции наиболее активно происходит в условиях приближения водородного показателя гидрофуза рН_гф к изоэлектрической точке белков гидрофуза рН_из, поэтому количество кислоты и анолита, добавляемые в гидрофуз, и необходимое для разделения гидрофуза на фракции, зависит от параметров рН_из и рН_гф, которые необходимо предварительно определять в лабораторных условиях, что позволит повысить эффективность извлечения фосфатидов из гидрофуза и уменьшить энергозатраты.

Применение в качестве активатора ортофосфорной кислоты для доведения водородного показателя гидрофуза до 5 единиц обусловлено нецелесообразностью использовать в условиях слабокислого гидрофуза в очень больших объемах анолит, что позволит уменьшить энергозатраты на приготовление анолита.

Применение анолита в качестве активатора для снижения водородного показателя от 5 единиц до состояния изоэлектрической точки белков гидрофуза позволит уменьшить расход кислоты.

Способ переработки слабокислого гидрофуза осуществляется следующим образом.

Предварительно определяют объем полученной партии гидрофуза (У_гф), коэффициент водонасыщения гидрофуза, доли единицы (K_в.гф), водородный показатель исходного гидрофуза (pH_гф) и изоэлектрическую точку белков гидрофуза (pH_из). Если параметр pH_гф оказывается более 5 единиц (слабокислый гидрофуз), в гидрофуз постепенно, малыми порциями вводят активатор, в качестве которого используют ортофосфорную кислоту, и, контролируя, доводят водородный показатель pH смеси гидрофуза с кислотой до величины 5 единиц.

На промышленной установке для электрохимической активации воды изготавливается необходимый объем анолита (V_a) с фиксированной величиной водородного показателя (pH_а) и добавляется в смесь гидрофуза с кислотой для достижения величины параметра pH, соответствующего изоэлектрическому состоянию белка (pH_из).

Необходимый объем анолита V_a с полученной фиксированной величиной водородного показателя pH_а определяется по формуле:

где V_гф - объем гидрофуза, м³;

K_вгф - коэффициент водонасыщения гидрофуза, доли единицы;

pH_а - водородный показатель анолита;

pH_из - водородный показатель среды, соответствующий изоэлектрическому состоянию белков в подсолнечном масле.

Эффективность способа подтверждается данными, описанными в нижеследующих примерах.

Пример 1. Исходная партия гидрофуза объемом 10,2 м³ и коэффициентом водонасыщения K_вгф=0,71 характеризовалась параметром pH_гф5,7, значением изоэлектрического состояния его белков pH_из4,2. Для достижения параметра pH=5 гидрофуза нагрели его до температуры 90°C, постепенно малыми порциями ввели активатор, в качестве которого использовали 52 кг 85% ортофосфорной кислоты с pH1. Для достижения изоэлектрического состояния белков (pH_из=4,2) данного гидрофуза в соответствии с формулой (1) добавили 4,74 м анолита с pH_а=2,8. Провели перемешивание смеси и через 18 минут началось разделение системы на масло, воду и фосфатидный концентрат.

Пример 2. Исходная партия гидрофуза объемом 9,7 м³ и коэффициентом водонасыщения K_вгф=0,65 характеризовалась параметром pH_гф5,6, значением изоэлектрического состояния его белков pH_из4,1. Для достижения параметра pH_гф=5 такого гидрофуза нагрели его до температуры 93°C и постепенно, малыми порциями ввели активатор, в качестве которого использовали 47 кг 85% ортофосфорной кислоты с pH1. Для достижения изоэлектрического состояния белков (pH_из=4,1) данного гидрофуза в соответствии с формулой (1) добавили 5,27 м³ анолита с pH_а=2,9. Провели перемешивание смеси и через 21 минуту началось разделение системы на масло, воду и фосфатидный концентрат.

Пример 3. Исходная партия гидрофуза объемом 8,9 м³ и коэффициентом водонасыщения K_вгф=0,69 характеризовалась параметром pH_гф5,8, значением изоэлектрического состояния его белков pH_из4,1. Для достижения параметра pH_гф=5 такого гидрофуза нагрели его до температуры 92°C и постепенно, медленно ввели активатор, в качестве которого использовали 44 кг 85% ортофосфорной кислоты с pH 1. Для достижения изоэлектрического состояния белков (pH_из=4,1) данного гидрофуза в соответствии с формулой (1) добавили 5,8 м³ анолита с pH_а=3,0. Провели перемешивание смеси и через 30 минут началось разделение системы на масло, воду и фосфатидный концентрат.

Применение данного способа позволяет повысить эффективность извлечения фосфатидов и масла из гидрофуза, уменьшить энергозатраты и расходы кислоты.