способ рафинации растительных масел

Формула изобретения

Способ рафинации растительных масел, предусматривающий выведение фосфолипидов, свободных жирных кислот и красящих веществ с помощью реагента, отличающийся тем, что в качестве реагента используют универсальный композиционный реагент, состоящий из водного раствора алкилсульфата натрия, метасиликата натрия и карбоксиметилцеллюлозы в соотношении 1:1:1 с рН 9-10, а перемешивание масла и реагента осуществляют при температуре 25-60°С, при этом количество вводимого реагента составляет 0,5-1,5% от массы масла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к масложировой промышленности и может быть использовано для очистки растительных масел и жиров.

Влияние повышенных температур и давления, а также обработка органическими растворителями приводит к тому, что вместе с маслом из клеток семян извлекают другие вещества, способные растворяться в масле. В масле всегда находятся моно - и диацилглицерины, окрашивающие вещества, а также продукты гидролиза этих веществ - свободные жирные кислоты и др.

Рафинация - процесс очистки масел от нежелательных групп липидов и примесей. Существуют различные способы очистки и рафинирования масла: физические (отстаивание, центрифугирование, фильтрование), химические (гидратация, щелочная рафинация и др.) и физико-химические (отбеливание, дезодорация и др.).

В настоящее время технология рафинации растительных масел в отечественной и зарубежной практике реализуется путем удаления из масел сопутствующих им веществ. При этом с целью удаления фосфолипидов применяется процесс гидратации, осуществляемый путем взаимодействия масел с водой, а процесс нейтрализации свободных жирных кислот осуществляется путем воздействия на них водного раствора едкого натра. Для удаления красящих веществ (пигментов) растительных масел применяются твердые активированные адсорбенты. Эти процессы проводятся раздельно с использованием многочисленных аппаратов, обеспечивающих указанные технологические процессы, при которых образуются большие отходы и потери растительного масла. Кроме того, отработанный адсорбент отправляется в отвал.

Известен способ дистилляционной или физической рафинации масел и жиров, включающий две основные стадии. Первая заключается в подготовке масел и жиров к дистилляционной рафинации путем максимального извлечения из них фосфолипидов, пигментов, металлов, а вторая представляет собой собственную отгонку свободных жирных кислот с острым паром, совмещенную с процессом удаления одорирующих веществ в условиях глубокого вакуума и высокой температуры. Этот способ рафинации является комплексным и состоит из следующих модулей: гидратация (удаление фосфолипидов путем кислотной гидратации); адсорбционная рафинация (удаление пигментов, остатков фосфатидов, кислоты); винтеризация (удаление восковых веществ); дезодорация (удаление свободных жирных кислот, одорирующих веществ и продуктов окисления) (см. Технология переработки жиров./Под ред. С. Арутюняна и др. М., Пищепромиздат, 1998, с. 123-134).

Недостатками данного способа является многостадийность процесса, недостаточно высокое качество получаемых масел вследствие накопления значительного количества первичных продуктов окисления (перекисей) на стадии первой кислотной обработки, а также уменьшение выхода масел и увеличение их себестоимости.

Наиболее близким аналогом является способ рафинации растительных масел, предусматривающий выведение фосфолипидов, свободных жирных кислот и красящих веществ с помощью водного раствора лимонной кислоты и водного раствора силиката натрия, в постоянном магнитном поле (см. RU 2145340 С1, С 11 В 3/00, 10.02.2000).

Недостатками наиболее близкого аналога является проведение процесса при определенных технологических условия (температурный и использование магнитного поля), что приведет к удорожанию готового продукта, при этом образуются большие отходы и потери растительного масла. Кроме того, отработанный адсорбент отправляется в отвал.

Задачей изобретения является создание высокотехнологичного способа рафинации, который позволяет получить продукт повышенного качества, увеличить его выхода и снизить себестоимость.

Поставленная задача решается тем, что способ рафинации растительных масел, предусматривающий выведение фосфолипидов, свободных жирных кислот и красящих веществ с помощью реагента, согласно изобретению в качестве реагента используют универсальный композиционный реагент, состоящий из водного раствора алкилсульфата натрия, метасиликата натрия и карбоксиметилцеллюлозы в соотношении 1:1:1 с рН 9-10, а перемешивание масла и реагента осуществляют при температуре 25-60° С, при этом количество вводимого реагента составляет 0,5-1,5% от массы масла.

Техническим результатом изобретения является сохранение биологически активных веществ в растительном масле - витамины, токоферолы, стерины, изофлавоноиды, при совмещении технологических параметров процесса с новым универсальным композиционным реагентом, состоящим из водного раствора алкилсульфата натрия, метасиликата натрия и карбоксиметилцеллюлозы. Изобретение позволяет улучшить технико-экономические показатели, поскольку в осадке (отходах) содержание масла в два раза меньше, чем по традиционным методам. При использовании предлагаемого универсального композиционного реагента не образуются натривые соли жирных кислот (мыло) и не требуется проведение процессов промывки с лимонной кислотой для разложения и удаления этих солей. Универсальный композиционный реагент существенно понижает жесткость воды. Исключается образование соапстока; нет процессов сушки, фильтрации; нет отработанных твердых адсорбентов.

Новый универсальный композиционный реагент составлен исходя из основных физико-химических характеристик трех веществ: алкилсульфата натрия, метасиликата натрия и карбоксиметилцеллюлозы.

Анионактивное поверхостно-активное вещество (ПАВ) - алкилсульфаты - это натриевые соли сульфоэфиров жирных спиртов. Общая химическая формула алкилсульфатов натрия имеет следующий вид: R-OSО₃Na, молекулярная масса которого с углеводородной цепью С₁₀-C₁₈ составляет 260-2/372. Однопроцентный раствор алкилсульфата натрия имеет рН 7-8.

Алкилсульфаты натрия за счет наличия в молекуле гидрофильной и гидрофобной частей способны концентрироваться на поверхности раздела нерастворимых друг в друге веществ, образуя межфазную пленку. Гидрофильная группа обеспечивает расторимость алкилсульфата натрия в воде, а гидрофобная - в неполярных растворителях. Гидрофильная группа обладает электрическим дипольным моментом, подобным воде, и обуславливает гидрофильный характер всей молекулы. Гидрофобная группа лишена заметного дипольного момента, подобна неполярным органическим средам и поэтому обуславливает гидрофобный характер всей молекуле алкилсульфата натрия.

Поэтому его основные физико-химические, а следовательно, технологические свойства зависят от химического строения и соотношения гидрофильных и гидрофобных групп.

С учетом того, что при гидратации фосфолипидов и нейтрализации свободных жирных кислот образуются эмульсии прямого и обратного типа, то применение алкилсульфатов натрия с гидрофильно-липофильным балансом 5-8 позволяет выводить гидратируемые и негидратируемые фосфолипиды. Кроме того, они легко вступают во взаимодействие со свободными жирными кислотами и, обладая высокими поверхностно-активными свойствами, понижают поверхностное натяжение на границе раздела фаз.

Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ) является солевой формой эфира гликолевой кислоты и целлюлозы. Общая форма имеет вид

[C₆H₇О₂(OH)_3-x (OCH₂COONa)X]n,

где х - степень замещения (гидрофильность);

n - степень полимеризации (молекулярный вес).

Это белое волокнистое вещество. Свойства ее раствора в большей степени зависят от концентрации электролита и рН среды. Na-КМЦ хорошо совмещается с различными водорастворимыми продуктами - казеином, крахмалом, глицерином. Na-КМЦ обладает значительной устойчивостью к действию микроорганизмов и физиологически инертна. Na-КМЦ обладает высокими гидрофильными и адсорбирующими свойствами, в связи с этим он был применен в составе универсального композиционного реагента для удаления пигментов растительных масел и фосфолипидов, а также в результате процесса хемосорбции Na-КМЦ адсорбирует металлы растительных масел (Na, К, Fe).

Метасиликат натрия - Na₂SiО₂· 5Н₂ O - существует в двух кристаллических формах: пятиводный с температурой плавления 78,2° С и девятиводный с температурой плавления 48° С, первый содержит 42,5% воды, а второй - 57,3%.

Зависимость рН растворов метасиликата натрия от концентрации характеризуется следующим образом: концентрации от 0,12 до 0,44 соответствует рН от 12 до 12,9.

Это обстоятельство дает возможность связывать металлы растительного масла, которые в других условиях препятствуют взаимодействию свободных жирных кислот и реагента и таким образом интенсифицируют процесс нейтрализации. Кроме того, метасиликат натрия является хорошим ингибитором коррозии металлов оборудования. Метасиликат натрия катализирует процесс взаимодействия свободных жирных кислот и алкилсульфатов Na, фосфолипидов, пигментов и металлов с Na-КМЦ. Кроме того, он по своим физико-химическим свойствам вступает во взаимодействие со свободными жирными кислотами, пигментами, металлами и выводит их.

Испытания нового универсального композиционного реагента, состоящего из водного раствора алкилсульфата натрия, метасиликата натрия и карбоксиметилцеллюлозы в соотношении 1:1:1 с концентрацией 30% при рН 9-10 показали эффективное действие этого реагента в количестве 1% от массы масла на удаление свободных жирных кислот, фосфолипидов, металлов и пигментов из подсолнечного и соевого масла.

Для сравнения результатов испытаний десяти образцов подсолнечного и соевого масел по традиционному и предлагаемому методам в таблице приведены средние данные (см. таблица).

Следует отметить, что из общего числа фосфолипидов в представленных образцах количество гидратируемых и негидратируемых фосфолипидов составило в исходном образце подсолнечного масла соответственно 0,2 и 0,25%, а в соевом масле - 0,9 и 1,2%. В результате применения традиционного способа гидратированных и негидратированных фосфолипидов в подсолнечном масле содержалось соответственно 0,1 и 0,15%, а в соевом масле - 0,3 и 0,6%. В результате предлагаемого способа гидратированных и негидротированных фосфолипидов в подсолнечном масле содержалось соответственно 0,04 и 0,06%, а в соевом масле - 0,06 и 0,09%.

Из таблицы видно существенное преимущество предлагаемого способа. Кислотное число подсолнечного масла уменьшилось в 2 раза по сравнению с традиционным способом, а соевого масла - в 4 раза.

Более чем в 2 раза уменьшилось количество фосфолипидов подсолнечного масла, а соевого масла - в 9 раз. Почти на 50% уменьшился показатель цветности подсолнечного и соевого масла.

Содержание токоферолов подсолнечного масла по сравнению с исходным образцом уменьшилось только на 13 мг %, а по традиционному способу - на 53 мг %. Содержание токоферолов соевого масла по сравнению с исходным образцом уменьшилось только на 24 мг%, а по традиционному способу - на 74 мг%. В результате предлагаемого способа переработки в подсолнечном и соевом маслах полностью отсутствуют металлы, а при традиционном способе в небольших количествах металлы сохраняются.Изобретение позволяет создать высокотехнологический способ рафинации, который позволяет получить продукт, в котором сохранены биологически активные вещества - витамины, токоферолы, стерины, изофлавоноиды, а также существенно сократить процесс рафинации.