Результат интеллектуальной деятельности: Способ производства гидратированного вымороженного подсолнечного масла

Изобретение относится к масложировой промышленности и может быть использовано в переработке растительных масел.

Известен способ получения гидратированных растительных масел и пищевых растительных фосфолипидов с использованием в качестве гидратирующего агента растворов электролитов (Технология переработки жиров / Под ред. Н.С. Арутюняна, М.: Агропромиздат, 1985 г., с. 13-14).

К недостаткам данного способа относятся низкое качество получаемого гидратированного масла, характеризуемое высокими значениями содержания фосфолипидов, перекисного числа и проокислительной способности, низкое качество получаемых фосфолипидов, характеризуемое высокой проокислительной способностью, повышенным содержанием масла и темным цветом. Известно изобретение по патенту RU №1822864 «Способ очистки растительных масел от восковых веществ» (авторы: Бурнашев В.Р. Смирнов Г.Я., Рафальсон А.Б., Белобородов В.В., Эфендиев А.А.), для улучшения выведения воска предложено введение в масло инициатора кристаллизации - восковых веществ растительных масел в количестве 0,03÷0,08% от массы масла, при этом инициатор вводят в масло с температурой 25-65°С. Предлагаемый способ осуществляли в лабораторных условиях следующим образом. В подсолнечное рафинированное масло с температурой 25÷65°С при перемешивании (60 об/мин) в аппарате с рамной мешалкой вводили восковые вещества растительных масел в количестве 0,03÷0,08% от массы масла. В качестве источника восковых веществ использовали отработанный фильтровальный порошок. Продолжая перемешивание, охлаждали масло в течение 1,9 часа до температуры 20°С, затем снижали интенсивность перемешивания (10÷15 об/мин) и охлаждали масло в течение 1,5 часа до 10°С. При этой температуре выдерживали охлажденное масло в течение 1,0 часа и отделяли выкристаллизовавшиеся примеси путем фильтрации. Степень очистки масла определяли по остаточному содержанию восковых веществ в очищенном масле.

Недостатком данного способа является повторное использование фильтровального порошка - адсорбента с невысоким содержанием остаточного воскового вещества в количестве 0,03÷0,08% от массы масла. Известно, что обычно в растительном масле присутствует небольшое количество воска в пределах десятых долей (0,2÷0,3%), поэтому процесс кристаллизации воска проводится при низких температурах и длительное время, например при температуре +5°С в течение не менее 12 часов. Это обусловлено тем, что в условиях длительного отстоя системы под действием магнитного поля Земли векторы магнитных моментов молекул воска выстраиваются в направлении магнитного поля Земли и постепенно, в виду их низкой концентрации, формируют кристаллическую структуру. Для повышения скорости формирования кристаллов воска необходимо либо понижать температуру всей системы до (0÷0,3)°С, что технологически достаточно сложно, либо искусственно увеличивать концентрацию воска в системе.

Наиболее близким техническим решением является изобретение, в котором смешивают нерафинированное растительного масло с гидратирующим агентом электролитом-католитом, полученным электролизом водного раствора хлорида натрия, отделяют фосфолипидную эмульсию, проводят экспозицию смеси, очищают образовавшуюся фосфолипидную эмульсию от гидратированного масла, обезвоживают фосфолипидную эмульсию и сушат гидратированное масло (см. патент РФ, №2020147, кл. C11В 3/00, 1994).

Недостатком известного технического решения является низкое качество масла, которое мутнеет при низких температурах +5°С и выше, недостаточное извлечение из него фосфолипидов, особенно негидратируемых.

Техническим результатом является снижение энергозатрат и себестоимости получения гидратированного вымороженного подсолнечного масла с улучшенным качеством готового продукта без полной его рафинации и дезодорации.

Технический результат достигается тем, что в способе производства гидратированного вымороженного подсолнечного масла, включающем смешивание нерафинированного растительного подсолнечного масла с гидратирующим агентом электролитом-католитом, полученным электролизом водного раствора хлорида натрия, экспозицию смеси, отделение образовавшейся фосфолипидной эмульсии от гидратированного масла, обезвоживание фосфолипидной эмульсии и сушку гидратированного масла, согласно изобретению предварительно проводят анализ исходного прессового подсолнечного масла на содержание в нем фосфолипидов, а раствор хлорида натрия в концентрации не более 1 г/л готовят на конденсате пара, полученного из водопроводной воды, и подвергают электрохимической активации в диафрагменном электролизере с получением кислотного анолита с рН 4 и щелочного католита с рН 9-10, далее гидратацию масла проводят в два этапа последовательно: сначала кислотным анолитом с рН 4 в количестве 1,5÷2,5 масс. % к массе масла, в который добавляют в качестве активатора лимонную кислоту в количестве 0,1±0,01 масс. % к массе масла, затем щелочным католитом с рН 9-10 в количестве 1,5÷2,5 масс. % к массе масла, перед отделением фосфолипидной эмульсии осуществляют отстой не менее 8 часов, отделение гидрофуза и сушку; далее для эффективного процесса кристаллизации восковых веществ и более полного извлечения вместе с ними негидратируемых фосфолипидов в гидратированное высушенное масло с температурой 80°С добавляют в предварительно расплавленном состоянии не более 2% воска от массы масла, масло размешивают и охлаждают быстро со скоростью 9±0,5°С/час до +40±2°С, затем медленно со скоростью 3±0,5°С/час до температуры +10±1°С, выдерживая при этой температуре не менее 4 часов, далее масло медленно со скоростью 2÷3°С/час нагревают до 18÷20°С, фильтрование подготовленного масла для выведения воска проводят через хлопчатобумажную ткань на фильтр-прессе при давлении 1,0÷2,0 атм и масло фасуют в бутылки с защитой азотом.

Новизна заявляемого способа обусловлена тем, что перед проведением процесса гидратации проводят анализ масла на содержание в нем фосфолипидов (ФЛ). Общее количество гидратирующего агента (воды или водных растворов активаторов гидратации) рассчитывается исходя из содержания фосфолипидов в масле. По данным технической литературы содержание фосфолипидов в современных сортах подсолнечного масла составляет 0,70÷1,10% в пересчете на стеароолеолецитин, при этом часть подсолнечных ФЛ (около половины) принадлежат к группе оснований, другая - к группе кислот. Поэтому для расчетов среднее содержание ФЛ в сыром масле можно принять 0,70÷1,10%, из которых половина - кислотных. Содержание металлов в нерафинированных маслах зависит от сорта семян, из которых они выделены, и изменяется от (0,94÷1,14)⋅10^-2% для старых сортов до (1,55÷1,86)⋅10^-2% для современных сортов семян.

Новизна также заключается в том, что в качестве исходного гидратирующего агента используют раствор хлорида натрия с концентрацией не более 1 г на литр конденсата пара, полученного из водопроводной воды, подвергнутый электрохимической активации в диафрагменном электролизере. Следует отметить, что техническая водопроводная вода содержит катионы кальция и магния, наличие которых в масле вызывает комплексообразование с фосфолипидами и тем самым снижает их гидратируемость. Поэтому в качестве гидратирующего агента авторами рекомендовано применять деминерализованный конденсат пара в виде водного раствора минеральной соли хлорида натрия, подвергнутый электрохимической активации (ЭХА) - электролизу в диафрагменном электролизере.

Новизна усматривается также в рекомендуемых условиях проведения способа, а именно:

- двустадийный процесс гидратации с использованием на 2-й стадии католита рН 9-10 в количестве 1,5÷2,5% от массы масла позволяет не только выделить кислотные ФЛ, удалить осаждением в щелочной среде все имеющиеся в растворе катионы металлов, в том числе кальция, магния, железа, меди, но и обеспечить за счет антиоксидантной активности снижение проокислительной способности гидратируемых масел.

- количество гидратирующего агента 3÷5% от массы подсолнечного масла, в том числе кислотного анолита рН 4 1,5÷2,5% от массы масла и щелочного католита рН 9-10 1,5÷2,5% от массы масла, выбраны по результатам исследований процессов гидратации, многократно проведенных в лабораторных условиях. Кислотный анолит обусловливает водородный показатель водной среды рН 4, соответствующий изоэлектрической точке белка, при которой разрушается весьма гидрофильная белковая составляющая комплексных ассоциатов ФЛ; при этом происходит более эффективная гидратация непосредственно молекул ФЛ и преимущественное взаимодействие с ФЛ, относящимися к группе оснований.

- добавление к анолиту в качестве активатора лимонной кислоты в количестве 0,1±0,01 масс. % к массе масла обеспечивает повышение гидратируемости ФЛ.

При осуществлении очистки масла в предложенных условиях достигается быстрый и полный отстой фосфолипидной эмульсии (ФЛЭ), минимальное остаточное количество фосфолипидов и влаги в гидратированном масле.

Использование анолита с заявляемым соотношением лимонной кислоты позволяет получить рН раствора, при котором константа устойчивости комплексных соединений фосфолипидов с металлами минимальна, а константа устойчивости соединений кислот с металлами максимальна. Применение заявляемого кислотного электролита позволяет разрушить комплексы негидратируемых фосфолипидов и вывести их из масла. Таким образом, раствор лимонной кислоты заявляемой концентрации в анолите позволяет наиболее эффективно увеличить гидратируемость фосфолипидов за счет разрушения их комплексных соединений с металлами и другими сопутствующими веществами и вывести их из масла. Лимонная кислота и ее соли, образующиеся в результате реакции, являются разрешенной пищевой добавкой и обладают рядом ценных физиологических свойств, в том числе активизируют обменные процессы, являются естественным антиоксидантом, повышают энергетические возможности организма и его сопротивляемость различным вредным воздействиям. При этом лимонная кислота является более дешевой и широко используется в промышленности.

Существующие способы гидратации фосфолипидов масла снижают содержание, но не позволяют вывести их полностью или до следовых количеств. Однако на основании данных, приведенных в работе [Руководство по технологии получения и переработки растительных масел и жиров/под общ. ред. А.Г. Сергеева - Л.: ВНИИЖ, 1973, т. 2, с. 13-48], возможно получение масла, не содержащего фосфолипидов, используя процесс вымораживания масел, осуществляемый при температурах 8÷12°С, экспозиции 3÷4 ч с последующей фильтрацией. В связи с указанным авторами предусмотрен в предложенном способе процесс вымораживания восковых веществ сразу после гидратации, что позволяет использовать его для повышения степени выведения фосфолипидов.

Отличительными особенностями предложенного авторами способа кристаллизации являются: 1. Отсутствие адсорбентов; 2. Добавление в масло перед его охлаждением в предварительно расплавленном состоянии 2% воска от массы масла. Установлено, что температура кристаллизации воска в масле существенно зависит от его концентрации, причем при низкой концентрации воска до 5% от массы температура кристаллизации воска в системе возрастает на 5°С с приростом концентрации на каждый 1%.

В связи с этим наиболее оптимальным решением является повышение концентрации воска в системе на 2%, что при температуре 10°С, с учетом наличия естественной концентрации воска в системе, приведет к существенному повышению скорости формирования кристаллической структуры. 3. Охлаждение гидратированного высушенного масла для кристаллизации до +10°С; 4. Весьма малая скорость (3±0,5°С/час) охлаждения от +40±2 до +10±1°С при постоянном медленном перемешивании системы. 5. Фильтрация без намывного слоя через х/б фильтровальную ткань.

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 о соответствующем уровне заявляемого предложения.

Предложенное техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость», поскольку воспроизводимо и может быть использовано для получения гидратированного вымороженного подсолнечного масла.

Способ производства гидратированного вымороженного подсолнечного масла осуществляется следующим образом.

Предварительно гидратирующий агент - раствор хлорида натрия в концентрации не более 1 г/л готовят на конденсате пара, полученного из водопроводной воды, и подвергают электрохимической активации в диафрагменном электролизере с получением кислотного анолита с рН 4 и щелочного католита с рН 9-10. Далее гидратацию масла проводят в два этапа. Сначала кислотным анолитом с рН 4 в количестве 1,5÷2,5 масс. % к массе масла, в который добавляют в качестве активатора лимонную кислоту в количестве 0,1±0,01 масс. % к массе масла. Затем гидратацию масла проводят щелочным католитом с рН 9-10 в количестве 1,5÷2,5 масс. % к массе масла. Перед отделением фосфолипидной эмульсии масло отстаивают в течение не менее 8 часов для полного отделения фосфолипидной эмульсии (ФЛЭ) от гидратированного масла. Далее для эффективного процесса кристаллизации восковых веществ и более полного извлечения вместе с ними негидратируемых фосфолипидов в гидратированное высушенное масло с температурой 80°С добавляют в предварительно расплавленном состоянии не более 2% воска от массы масла, масло размешивают и охлаждают быстро со скоростью 9±0,5°С/час до +40±2°С, затем медленно со скоростью 3±0,5°С/час до температуры +10±1°С, выдерживая при этой температуре не менее 4 часов, далее масло медленно со скоростью 2÷3°С/час нагревают до 18÷20°С, фильтрование подготовленного масла для выведения воска проводят через хлопчатобумажную ткань на фильтр-прессе при давлении 1,0÷2,0 атм и масло фасуют в бутылки с защитой азотом.

Для эффективности процесса кристаллизации воска в гидратированном масле после отделения ФЛЭ и высушивания предусмотрены: 1) добавление в масло перед его охлаждением в предварительно расплавленном состоянии 2% воска от массы масла, если взять расплавленный воск в количестве меньше 2%, то процесс кристаллизации будет некачественным и соответственно не полное извлечение негидратируемых фосфолипидов, при количестве больше 2% из-за насыщенности воска очистка будет также некачественной; 2) охлаждение масла для кристаллизации до +10±1°С и 3) весьма малая скорость (3±0,5°С/час) охлаждения от +40±2°С до +10±1°С при постоянном медленном перемешивании системы. В результате образуются крупные кристаллы, что увеличивает скорость фильтрования, выход «вымороженного» депарафинированного масла и снижает содержание масла в твердой фазе.

Эффективность способа подтверждается данными, описанными в следующих примерах:

Пример 1. Провели анализ исходного прессового подсолнечного масла (данные представлены в таблице №1). Затем провели гидратацию масла в два этапа последовательно: сначала кислотным анолитом с рН 4 в количестве 1,5 масс. % к массе масла, в который добавили в качестве активатора лимонную кислоту в количестве 0,1 масс. % к массе масла, затем щелочным католитом с рН 9 в количестве 1,5 масс. % к массе масла, отстой масла в течение 8 часов, отделили образовавшуюся фосфолипидную эмульсию от гидратированного масла и провели сушку масла в течение 1 часа. После этого гидратированное масло для обеспечения процесса кристаллизации восковых веществ и более полного извлечения вместе с ними негидратируемых фосфолипидов в гидратированное высушенное масло с температурой 80°С добавили в предварительно расплавленном состоянии 2% воска от массы масла, масло размешали и охлаждали быстро со скоростью 9°С/час до +40°С, затем медленно со скоростью 3°С/час до температуры +10°С, выдержали при этой температуре 4 часа, далее масло медленно со скоростью 2°С/час нагревали до 20°С, фильтрование подготовленного масла для выведения воска проводили через хлопчатобумажную ткань на фильтр-прессе при давлении 1,2 атм и масло расфасовали в бутылки с защитой азотом. Полученное масло имело показатели, приведенные в таблице 2.

Пример 2. Провели анализ исходного прессового подсолнечного масла (данные представлены в таблице №1). Затем провели гидратацию масла в два этапа последовательно: сначала кислотным анолитом с рН 4 в количестве 2,3 масс. % к массе масла, в который добавили в качестве активатора лимонную кислоту в количестве 0,101 масс. % к массе масла, затем щелочным католитом с рН 9,5 в количестве 2,3 масс. % к массе масла, отстой масла в течение 9 часов, отделили образовавшуюся фосфолипидную эмульсию от гидратированного масла и провели сушку масла в течение 1 часа. После этого гидратированное масло для обеспечения эффективного процесса кристаллизации восковых веществ и более полного извлечения вместе с ними негидратируемых фосфолипидов в гидратированное высушенное масло с температурой 80°С добавили в предварительно расплавленном состоянии 2% воска от массы масла, масло размешивали и охлаждали быстро со скоростью 9,5°С/час до +41°С, затем медленно со скоростью 3,3°С/час до температуры +5,2°С, выдержали при этой температуре 5,0 часов, далее масло медленно со скоростью 2,5°С/час нагревали до 19°С, фильтрование подготовленного масла для выведения воска проводили через хлопчатобумажную ткань на фильтр-прессе при давлении 1,5 атм и масло расфасовали в бутылки с защитой азотом. Полученное масло имело показатели, приведенные в таблице 2.

Пример 3. Провели анализ исходного прессового подсолнечного масла (данные представлены в таблице №1). Затем провели гидратацию масла в два этапа последовательно: сначала кислотным анолитом с рН 4 в количестве 2,0 масс. % к массе масла, в который добавили в качестве активатора лимонную кислоту в количестве 0,099 масс. % к массе масла, затем щелочным католитом с рН 9 в количестве 1,95 масс. % к массе масла, отстой масла в течение 9 часов, отделили образовавшуюся фосфолипидную эмульсию от гидратированного масла и провели сушку масла в течение 1 часа. После этого гидратированное масло для эффективного процесса кристаллизации восковых веществ и более полного извлечения вместе с ними негидратируемых фосфолипидов в гидратированное высушенное масло с температурой 80°С добавили в предварительно расплавленном состоянии 2% воска от массы масла, масло размешивали и охлаждали быстро со скоростью 9,3°С/час до +39°С, затем медленно со скоростью 3,2°С/час до температуры +5,4°С, выдержали при этой температуре 5,5 часов, далее масло медленно со скоростью 2,6°С/час нагревали до 18°С, фильтрование подготовленного масла для выведения воска проводили через хлопчатобумажную ткань на фильтр-прессе при давлении 1,75 атм и масло расфасовали в бутылки с защитой азотом. Полученное масло имело показатели, приведенные в таблице 2.

Пример 4. Провели анализ исходного прессового подсолнечного масла (данные представлены в таблице №1). Затем провели гидратацию масла в два этапа последовательно: сначала кислотным анолитом с рН 4 в количестве 2,5 масс. % к массе масла, в который добавили в качестве активатора лимонную кислоту в количестве 0,1 масс. % к массе масла, затем щелочным католитом с рН 10 в количестве 2,5 масс. % к массе масла, отстой масла в течение 10 часов, отделили образовавшуюся фосфолипидную эмульсию от гидратированного масла и провели сушку масла в течение 1 часа. После этого для эффективного процесса кристаллизации восковых веществ и более полного извлечения вместе с ними негидратируемых фосфолипидов в гидратированное высушенное масло с температурой 80°С добавили в предварительно расплавленном состоянии 2% воска от массы масла, масло размешивали и охлаждали быстро со скоростью 9,5°С/час до +42°С, затем медленно со скоростью 3,5°С/час до температуры +4°С, выдержали при этой температуре 5 часов, далее масло медленно со скоростью 2°С/час нагревали до 20°С, фильтрование подготовленного масла для выведения воска проводили через хлопчатобумажную ткань на фильтр-прессе при давлении 2,0 атм и масло расфасовали в бутылки с защитой азотом. Полученное масло имело показатели, приведенные в таблице 2.

Применение данного способа позволяет повысить эффективность получения гидратированного вымороженного подсолнечного масла, значительно улучшить его качество, в том числе во много раз уменьшить содержание фосфолипидов вплоть до их отсутствия, при этом уменьшить энергозатраты, а также улучшить экологическую обстановку на производстве и в окружающей среде за счет исключения едких жидкостей и адсорбирующих порошков.