способ получения масла из высокомасличного растительного материала

Формула изобретения

Способ получения масла из высокомасличного растительного материала, включающий его измельчение, влаготепловую обработку в течение 2 5 мин до влажности 8 14% отжим масла, ферментацию жмыха смесью ферментов при рН 5,0 5,5 в количестве 1 3% от массы жмыха с последующей механоактивацией многократным пропусканием через узкий зазор переменного сечения между контактирующими поверхностями, выдержку, разделение фаз и извлечение масла из твердой фазы жидким агентом, отличающийся тем, что влаготепловую обработку проводят при 50 60^oC, ферментацию осуществляют в течение 1 3 ч, фазы разделяют центрифугированием, из ферментов берут препараты с целлюлозной активностью из расчета 2 5 ед. и протеазной активностью 0,1 0,5 ед. на 1 г сырья, а в качестве жидкого агента используют воду.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к масложировой промышленности и может быть использовано для извлечения масла и белковых веществ из масличного сырья.

Известен способ (Fulbrook Р.Д. Экстракция растительных масел и протеинов из семян) получения масла и белковых веществ из семян рапса путем измельчения семян, суспензирования с ферментами в количестве 1% и водой в соотношении 1: 4 при pH 6,0. Затем мятку нагревают при перемешивании до температуры 50^oC, выдерживают 120 мин. при температуре 80^oC 13 мин. Далее мятку охлаждают до 20^oC и фильтруют. Твердые частицы экстрагируют гексаном, фильтрат доводят до pH 3,5, разбавляют гексаном и центрифугируют, получая мисцеллу, водный слой и твердый осадок белковых веществ. В качестве смеси ферментов используются -амилаза, b -глюканаза, нейтральная протеаза, щелочная протеаза, пектолитические ферменты, целлюлаза, гемицеллюлаза. Количество извлеченного масла из семян 30,5% от общего его содержания.

К недостаткам способа относятся:

низкий выход масла 30,5% от общего содержания, что объясняется прежде всего воздействием ферментов на высокомасличный материал при высокой исходной масличности, после вскрытия клеточной структуры происходят вытеснение липидов из внутренних микрокапилляров и адсорбция их на поверхности частиц. Поэтому воздействие ферментов, направленных на ослабление связи между липидами и белковыми веществами, в значительной степени осложняется при взаимодействии с высокомасличным материалом;

контактирование ферментов и масличного материала происходит простым перемешиванием, что недостаточно для активного взаимодействия ферментов с субстратом:

последующая экстракция после воздействия ферментов осуществляется гексаном без предварительной подсушки, в то же время экстракция гидрофобным растворителем масличного сырья с высокой влажностью (50% и более) не позволяет проводить глубокое извлечение липидов и получать пищевое масло;

экстракция масла гексаном углеводородным растворителем, не позволяет получать масла высокого качества;

в качестве ферментной системы применяется смесь, которая не позволяет эффективно провести извлечение масла из семени рапса;

при ферментации мятки происходит активация ферментной системы масличных семян: липазы, липогексигеназы, пероксидазы и др. что приводит к резкому возрастанию свободных жирных кислот и продуктов окисления в извлекаемом масле, ухудшению его качества.

Известен способ (Великобритания, патент N 1402769,), который состоит в том, что масло из зародышей зерна получается при обработке измельченного до 250-500 мк материала целлюлозой при 50%-ном избытке воды, pH среды 3-6, при температуре 25-60^oC, обработка ведется 2-24 ч, преимущественно 13-18 ч. Количество вводимого фермента 0,2-0,5% масло отделяется центрофугированием. Общий выход масла 91-94%

К недостаткам метода относятся:

низкий выход масла 91-94% что объясняется тем, что в процессе используется только один фермент целлюлоза, что приводит к расщеплению целлюлозы одной из составляющей клеточных стенок, но при этом сохраняются другие составляющие, в том числе полисахариды, не разрушаются мембраны - масляные глобулы, не снижается энергетический барьер связи липидов и белковых веществ, что не позволяет извлечь липидов более 91-94%

длительность обработки ферментов до 24 ч, что осложняет непрерывность процесса получения масла, а также приводит к резкому увеличению активности ферментов масличного материала, в том числе липазы, пероксидазы, липоксигеназы, при этом резко ухудшает качество готового масла за счет возрастания кислотного числа, продуктов окисления.

Известен способ (патент США N 3288407 и его аналог патент ФРГ N 1492959), который состоит в следующем: масличные семена измельчаются, затем при введении воды в соотношении 1:5 образуется паста, после этого мятку обрабатывают пектолитическими ферментами при pH 6, при температуре 20^oC концентрацией 2% паста перемешивается в течение 1 ч, затем температура повышается до 50^oC и вводят амилолитические ферменты в концентрации 0,1% воздействие ферментов проводят в течение 1 ч, затем температуру масличного сырья поднимают до 55^oC, и воздействуют протеолитическими ферментами при pH 8,5, концентрацией 0,2% Затем жидкость отфильтровывают, из фильтра центрифугированием выделяют масло, в фильтрате pH доводится до 4,8, что позволяет осадить и выделить протеины.

К недостаткам способа относится:

способ практически не предусматривает выделение липидов, только механическое извлечение водой, что не может превышать 20-30% от общего содержания;

введение ферментов проводилось при простом перемешивании, что не позволяло добиться хорошего контакта между ферментами и измельченным масличным сырьем;

в качестве ферментов используется комплекс пектолитических, амилолитических, протеолитических ферментов, который не позволяет эффективно извлекать липиды масличного сырья.

Известен способ (пол. решение по заявке 4385081/30-13 "Способ извлечения масла из высокомасличного материала), выбранный в качестве прототипа. Семена масличных культур измельчают, быстро прогревают паром до температуры 80-85^oC с доведением влажности до 8-14% Продолжительность влаготепловой обработки в мягких условиях 2 5 мин. Затем мезга направляется на отжим при 2 5 МПа (5 50 кг/см). При этом отделяется 70 75% масла с содержанием фосфолипидов до 0,1% с пониженным содержанием окисления и красящих веществ.

Жмых (масличностью 24 26% влажностью 14 18%) охлаждается до 45^oC, смешивается с водой в соотношении 1:1 на сухое вещество и смесью ферментов в количестве 1% от массы сухого вещества с применением механоактивации.

Смесь ферментов на буферном растворе вводится при pH среды 5,5.

После процесса механоактивациии образуется пульпа, которая выдерживается 2,5 4,0 ч при перемешивании при температуре 50 55^oC, а затем при температуре 85 90^oC -1 ч.

Водный раствор отделяется от твердой фазы фильтрацией. Твердая фаза высушивается в направленном кипящем слое до влажности 8% и экстрагируется гексаном. Фильтрат доводится до pH 4,5 4,0 пищевой кислотой, белковые вещества выпадают, их отделяют и сушат.

К недостаткам способа относится следующее

высокие энергетические затраты на высушивание жмыха после ферментации перед экстракцией гексаном;

все масло, проэкстрагированное гексаном, не является пищевым, как и все масла, проэкстрагированные углеводородными растворителями, а используются для промпереработки;

использование для выделения жмыха фильтрации, так как при этом влажность жмыха достаточно высокая, что увеличивает энергозатраты и усложняет последующее отделение липидов;

использование в качестве ферментного препарата большого набора ферментов, имеющих разные оптимальные условия воздействия, поэтому ферментацию приходится вести длительно, в два приема, при этом сложно создать оптимальные условия для воздействия каждого фермента из исследуемого комплекса;

высокая температура 80-85^oC процесса влаготепловой обработки приводит к частичной денатурации составляющих клеток и снижает воздействие ферментов.

Целью настоящего изобретения является улучшение качества масла и снижение энергозатрат при его получении. Для достижения поставленной цели в способе извлечения масла из высокомасличного материала путем измельчения, влаготепловой обработки в течение 2 5 мин при влажности 8-14% отжима масла, обработки жмыха фермантами при pH 5,0 5,5 в количестве 1-3% от массы жмыха с последующей механоактивацией многократным пропусканием через узкий зазор переменного сечения между контактирующими поверхностями, выдержку, разделение фаз и экстракцию, влаготепловую обработку проводят при 50 60^oC, ферментацию осуществляют в течение от 1 до 3ч. Фазы разделяют центрифугированием с последующей экстракцией твердой фазы водой, а в качестве ферментов используют ферментные препараты с целлюлозной и протеазной активностью из расчета 2 5 ед. и 0,1 0,5 ед. на 1 г сырья соответственно. Для достижения поставленной цели вместо процесса экстракции масла гексаном используют извлечение масла водным раствором фермента в буфере с определением pH 5,0 5,5. Отказ от гексана углеводородного нефтяного растворителя - позволяет улучшить качество масла, все масло можно выпускать пищевым, не происходит нежелательных процессов окисления и образования меланоидиновых соединений при отгонке растворителя из масла, меньше в масло увлекается сопутствующих веществ. Поиски новых видов растворителей и приемов извлечения липидов взамен действующих в современной технологии практически в течение последних десятилетий является объектом многих исследований (Л. Джонсон Сравнение растворителей для экстракции масла).

Замена гексана водным раствором ферментов и водой позволяет получать пищевое масло высокого качества, отказаться от дорогостоящего растворителя, сэкономить энергетические ресурсы, так как по условиям прототипа перед экстракцией гексаном проводят фильтрацию осадка и последующее высушивание, полученное экстракцией гексаном, не- пищевое.

Замена фильтрации центрифугированием позволит не только уменьшить влажность осадка, но и дополнительно извлечь масло за счет приложения центробежных сил, а также одновременно отделить липиды от водного раствора.

Использование операции центрифугиирования для разделения фаз является существенным признаком, так как только при такой операции происходит не только разделение фаз, но и увеличение липидов после разрушения клеточных стенок, что приводит к снижению масличности остатка. При ином разделении фаз( деконтации, фильтрации и т.п.) масличность твердого остатка всегда выше на 5- 7%

Замена н-гексана водным раствором ферментов и водой приводит к экономии энергозатрат, так как исключается операция подсушки жмыха горячим воздухом в кипящем слое. Влажность жмыха достигает 35 40% для высушивания его до обычной влажности 7 8% для экстракции гексаном требуется 100 кВт на 1 т жмыха, энергия расходуется на подогрев воздуха и на создание кипящего слоя. При экстракциии жмыха водным раствором жмых после ферментации поступает на центриифугированиие для отделения масла и водного слоя. Однако использование гидрофильного растворителя (воды) вместо гидрофобного (гексана) для достижения высокого выхода масла предъявляет более высокие требования к разрушению клеточных составляющих, более эффективному воздействию ферментной смеси. Ферменты более эффективно воздействуют на масличные семена, если материал не подвергался денатурации и сохранил нативное состояние клеточных составляющих. Поэтому проведение влаготепловой обработки перед отжимом масла при температурах 50 60^oC создает условия для оптимальной работы ферментов и в то же время достаточно эффективна для подготовки масличных семян к измельчению масла "мягким" отжимом (табл. 1).

Учитывая, что в предлагаемом способе заменяется традиционный растворитель на водный, доминирующее значение играет комплекс вводимых ферментов. При использовании ферментов, предлагаемых в прототипе, выход масла был недостаточно высок, и только замена на новую ферментативную смесь с использованием механоактивации позволила приблизиться к выходу масла, получаемого по прототипу с использованием гидрофобного растворителя (табл. 2).

В качестве ферментов предлагается смесь ферментных препаратов с целлюлозной и протеазной активностью из расчета 2 5 ед. и 0,1 0,5 ед. на 1 г сырья соответственно. Действие предлагаемых ферментов направлено на разрушение оболочки клеток, а также мембран липидных гранул.

Соотношение целлобиазы и протеазы в смеси не имеет существенного значения, так как воздействие ферментов определяется их активностью. Активность каждого из этих ферментов определяется по своему субстрату и является величиной относительной, поэтому упоминание о соотношении активностей разных ферментов в данном случае нецелесообразно.

Без использования механоактивации не удается достичь такого выхода масла при экстракции водой, который был бы сопоставим с выходом масла по прототипу. Только совмещение двух приемов (механоактивациии и предлагаемой ферментной смеси) позволяет достичь положительного результата (табл. 2).

При этом происходит повышение качества масла при извлечении водой (табл. 2), все масла относятся к пищевым, значительно экономятся энергоресурсы на нефтяном растворителе, его отгонки из масла и шрота, а также высушиванием жмыха после ферментации в кипящем слое. Повторные экстракции жмыха водой необходимы для того, чтобы выход масло по предлагаемому способу приближался к прототипу.

Условия обработки жмыха ферментативной смесью в количестве 1 3% от веса жмыха при температуре 50 55^oC сохраняются как в прототипе.

Способ осуществляется следующим образом: семена масличных культур измельчают, быстро нагревают паром до 50 60^oC с доведением влажности до 14 16% продолжительность влаготепловой обработки 2 5 мин. Затем мезгу направляют на отжим при 2 5 МПа, при этом отделяется 65 70% масла высокого качества, не требующего гидратации (содержание фосфатидов до 0,1%) и с повышенным содержанием продуктов окисления и красящих веществ.

Жмых масличностью 25 27% влажностью 5 20% с температурой 45^oC обрабатывают водным раствором ферментов в количестве 1 3% от массы жмыха с применением механоактивации, выдерживают 1 -3 ч при 50 55^oC, масляную фазу отделяют от жмыха центрифугированием с последующей обработкой жмыха водой при 50^oC. Обработку жмыха ферментом повторяют. При этом используют фермнетные препараты с целлюлозной и протеазной активностью 2 -5 ед. и 0,1 - 0,5 ед. на 1 г сырья соответственно.

Все масло, полученное предлагаемым способом, является пищевым.

Пример 1. Семена подсолнечника измельчают, нагревают паром до 60^oC с доведением влажности до 14% выдерживают 2 мин, затем отжимают масло при давлении 5 МПа. Жмых обрабатывают при температуре 45^oC водным раствором ферментов в количестве 3% от массы сухого вещества жмыха с применением механоактивации.

В качестве ферментных препаратов используют смесь ферментов с целлюлозной и протеазной активностью 5,0 ед. и 0,5 ед. на 1 г сырья соответственно. Ферментацию проводят 3 ч при 50^oC. Масляную фазу от водной и жмыха отделяют центрифугированием. Затем жмых экстрагируют горячей водой с температурой 45^oC с отделением масляной фазы центрифугированием. Обработку жмыха ферментами повторяют, при выходе масла 97,2% все масло получено пищевым с содержанием кислотного числа 2,20 мг KOH, продуктов окисления 233/273 - 0,24/0,06. При экономии энергозатрат не менее 100 кВт на 1 т продукции.

Пример 2. Аналогичен первому, отличающийся тем, что температура влаготепловой обработки 50^oC. При выходе масла 97,5% все масло получено пищевым с содержанием кислотного числа 2,05 мг KOH, продуктов окисления 233/273 0,23/0,06. Экономия энергозатрат та же.

Пример 3. Аналогичен первому, отличающийся температурой влаготепловой обработки 40^oC. При этом резко снижается выход масла при прессовании и этим осложняется процесс ферментации. При получении качество масла аналогично примеру 1, выход масла снижается до 93,4%

Пример 4. Аналогичен первому, но температура влаготепловой обработки 60^oC. При этом происходит частично денатурация составляющих клетки и ухудшается воздействие ферментов при качестве масла аналогично примеру 1, выход масла снижается до 91,5%

Пример 5. Аналогичен первому, но время ферментации 1 ч. Качество масла и сокращение расхода электроэнергии такое же, как и в примере 1, выход масла составил 97,05%

Пример 6. Аналогичен примеру 1, отличающийся временем ферментации 0,5 ч. Качество масла то же, но при этом снижается выход масла до 95,3%

Пример 7. Аналогичен примеру 1, отличающийся временем ферментации 4 ч, при этом выход масла остается такой же, как и в примере 1,а именно 97,55% при сохранении высокого качества масла.

Пример 8. Аналогичен примеру 1, но в качестве ферментов используют смесь ферментативных препаратов с целлюлозной активностью 2 ед. и протеазной активностью 0,1 ед. на 1 г сырья соответственно. При выходе масла 97,15% качество масла такое же, как и в примере 1, энергозатраты сокращаются на ту же величину.

Пример 9. Аналогичен примеру 1, отличающийся тем, что не используется механоактивация. При этом качество масла то же, энергозатраты те же, выход масла снижается до 95,1%

Пример 10. Аналогичен примеру 1, отличающийся тем, что в качестве ферментной смеси использовали предложенную по прототиипу. Выход масла низкий (96,3% ) при увеличении кислотного числа масла до 2,37 мг KOH и продуктов окисления 233/273 0,48/0,07.

Пример 11. Аналогичен примеру 1, но в качестве ферментов используют смесь ферментных препаратов с целлюлазной актиивностью 1 ед. протеазной 0,05 ед. на 1 г сырья соответственно. Выход масла снижается до 95,2% при том же качестве масла.

Пример 12. Аналогичен примеру 1, но в качестве ферментов используют смесь ферментных препаратов с целлюлазной активностью 6 ед. протеазной 0,6 ед. на 1 г сырья соответственно. Выход масла практически не увеличивается (97,61%) качество масла на уровне примера 1.

Пример 13. Аналогичен первому, но температура влаготепловой обработки 70^oC. При этом происходит частичная денатурация белковых составляющих клеток и ухудшается воздействие ферментов при том же количестве масла, как в примере 1. выход масла снижается до 91,5%

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа определяется совокупностью признаков, позволяющих извлекать растительное масло с использованием определенного состава ферментов, действующих на частично обезжиренный материал и приведенных во взаимодействие при высокой степени контакта фаз механоактивацией. Предлагаемый способ позволяет извлечь 70 - 80% масла высокого качества благодаря предварительному съему в мягких условиях. В таком масле содержится меньше продуктов окисления по сравнению с обычными методами, оно не требует гидратации. Масло, полученное экстракцией ферментным раствором, получается все пищевое, высокого качества. Не требует энергозатрат на промежуточные операции по высушиванию материала, избегаются сложные технологические операции, энергоемкие по подготовке материала к экстракцииж