Технологія олії та жирів

Вичавлюють  олію на шнекових або інших пресах. Шнековий прес складається із живильника, розбірного ступеневого циліндра, ножів  та шнекового вала. Стінки циліндра виготовлені зі сталевих пластин, укладених  у каркасі циліндра так, що між пластинами є вузькі щілини для виходу відпресованої олії. Шнековий вал складається з окремих гвинтових кілець, розділених по довжині проміжними циліндричними або конічними кільцями.

Мезга надходить  до приймальної частини ступеневого  циліндра через живильник, там витки шнека захоплюють її та переміщують уздовж нього до вихідного отвору. Шнековий прес розвиває максимальний тиск 30 МПа, ступінь ущільнення (стиснення) мезги зростає в 2,8-4,4 рази, тривалість перебування мезги у шнековому каналі під тиском залежить від типу преса і змінюється у межах від 78 до 225 с.

Залежно від  робочого тиску пресування та олійності  макухи, що виходить, шнек-преси поділяють  на преси попереднього (неглибокого) вилучення олії — форпреси та преси  остаточного (глибокого) вилучення олії. Форпреси широко застосовують у технологічних схемах екстракційних заводів. Вони мають достатньо високу продуктивність (70-80 т на добу і вище щодо ви ходу сировини) за порівняно невисокого виходу олії (олійність макухи до 15-17%). Частота обертання шнекового вала форпреса — 18-36 хв товщина вихідної макухи — 8-12 мм, тривалість пресування в середньому — 80 с.

Преси глибокого  вилучення олії мають значно меншу  продуктивність — 18-30 т на добу, проте  олійність макухи нижча -- 4-7%. Цього  досягають завдяки тривалішому перебуванню мезги в пресі — 220-225 с унаслідок сповільненого обертання шнека — 5-18 хв та невеликої ширини вихідної кільцевої щілини. Товщина макухи-черепашки, що виходить із преса, в межах 3-4 мм. На практиці застосовують шнек-преси одноразового остаточного вичавлювання, які послідовно здійснюють попереднє та остаточне вичавлювання в одному агрегаті.

Спосіб  екстрагування. Пресовим способом неможливо досягти повного знежирення мезги. Єдиний спосіб, який забезпечує повне вилучення олії, є екстракційний. Форпресову макуху перед надходженням на екстрагування обробляють для надання її структурі крупки, гранул або пелюстків, які забезпечують максимальне вилучення олії розчинниками.

Оброблення  форпресової макухи здійснюють за такої  послідовності: грубе подрібнення макухи, друге, більш тонке, подрібнення на валкових та інших дробарках, що дають макухову крупку. Перед отриманням пелюстків крупку зволожують і підігрівають для підвищення пластичності, потім крупка надходить до плющильної вальцівки, на якій одержують макухову пелюстку завтовшки 0,25-0,5 мм. Одержання пелюстків можливе також під час прямого екстрагування з високоякісного насіння, наприклад сої, яке надходить на екстрагування як так звана сира пелюстка.

Як розчинник  для екстрагування олії застосовують бензин марки А і Б та гексан. Бензин і гексан хімічно інертні й не кородують апаратуру, але вони пожежо- та вибухонебезпечні і токсичні. Тому робота екстракційних цехів суворо регламентують ся відповідними нормами та правилами.

Рослинну олію найчастіше екстрагують способом занурювання матеріалу або ступеневим зрошуванням перемішуваного матеріалу розчинником. Інші способи екстрагування поширені менше.

У процесі екстрагування  занурюванням в олію з олієматеріалу її вилучають проходженням через потік розчинника в умовах протитечії, під час якого екстраговані розчинник і матеріал безперервно переміщуються один відносно одного.

Перевага екстрагування  занурюванням полягає у високій швидкості екстрагування та невеликій тривалості процесу знежирювання, простоті конструкції екстракційного апарата, високому коефіцієнті використання його геометричного об'єму (до 98%). За цього способу екстрагування унеможливлюється утворення в апаратах вибухонебезпечних сумішей повітря та розчинника.

Недоліками  екстрагування занурюванням є низька концентрація остаточних міцел, високий уміст у них домішок, значні габарити екстракторів за висотою. За способом занурювання працює вертикальний шнековий екстрактор НД-1250 (модернізований).

Під час екстрагування  ступеневим зрошуванням безперервно переміщується тільки розчинник, а матеріал, який екстрагують, залишається у спокої в одній і тій самій місткості, що переміщується (ковші, камери тощо), або на рухомій стрічці.

Екстрагування олії способом ступеневого зрошування забезпечує одержання міцел збільшеної концентрації, чистих за рахунок самофільтрування через шар екстрагованого матеріалу.

Незважаючи  на деякі недоліки (значна тривалість екстрагування, невисокий коефіцієнт використання геометричного об'єму (не вище 45%) апарата та можливість утворення вибухонебезпечних концентрацій суміші пари, розчинника та повітря всередині установки), екстрактори, що працюють за способом зрошування, широко застосовують на сучасних підприємствах.

Найдосконалішим вважають карусельний екстрактор, який складається з поділеного на 13 секцій ротора, за допомогою якого переміщується сировина. Днище секцій спільне, нерухоме, сітчасте. Воно виготовлене із дроту, що утворює щілини 0,8 мм для проходження міцели. Для очищення міцели від твердих домішок (обов'язкова операція під час екстрагування способом занурювання) застосовують відстійники, гідроциклони та тканинні фільтри. Якщо вміст домішок невеликий (після екстрагування способом зрошення), міцелу очищають, пропускаючи її через розчин електроліту (5% -й розчин NaCl). Міцела, що виходить із екстрактора, містить від 10-15 до 30-35% олії. Доки концентрація міцели невелика, відгонка розчинника зводиться до звичайного процесу випарювання. Із підвищенням концентрації міцели температура її кипіння швидко зростає. Для прискорення процесу та зменшення температури застосовують відгонку розчинника під вакуумом, а також гострою парою, що подасться в міцелу.

У виробництві  операцію відгонки називають дистиляцією  міцели. Устаткування для двоступеневої  дистиляції складається із плівкового дистилятора, що працює за атмосферного тиску, та остаточного дистилятора, що працює за залишкового тиску 7 кПа. Шрот, який виходить із екстрактора, містить від 20 до 30% розчинника, що виводиться нагріванням в апаратах-виварниках (тостерах) за допомогою гострої пари. У цьому разі досягається оптимальна денатурація білків та інактивація токсичних, не бажаних речовин: рицину під час перероблення рицини, інгібіторів трипцину та хімотрипсину під час перероблення сої, арахісу тощо. Шрот, який подають на зберігання, повинен мати вологість у межах 3,5-9%, а його температура не повинна перевищувати 40°С. Уміст розчинника у шроті не повинен становити понад 0,1, феродомішок — понад 0,01%.

Розчинник, який виводиться із міцели та шроту, регенерується конденсацією із парогазових сумішей в теплообмінниках-конденсаторах.

У сирих оліях  завжди містяться різноманітні домішки, що утруднюють їх перероблення і знижують якість одержаної продукції. Частина  цих домішок вилучається із клітин насіння під дією теплоти, тиску та органічного розчинника разом із олією.

Тому в товарній олії завжди є фосфоліпіди, віск, барвники та продукти гідролізу цих речовин (вільні жирні кислоти, слиз, дигліцерин та інші речовини).

В олії, одержаній  із насіння, є також продукти окиснення різних сполук ліпідної природи. Уміст продуктів гідролізу та окиснення ліпідів в олії залежать від якості насіння, що надходить на перероблення, та інтенсивності технологічної дії на насіння. Крім розчинних речовин, товарна олія містить і механічно захоплені тверді домішки — частинки мезги, макухи або шроту.

3. Рафінування  олії

Очищення олії від супутніх речовин називають рафінуванням. Під час проведення рафінування необхідно не тільки вилучити небажані, а й зберегти всі цінні речовини, що містяться в жирі, не допустити їх втрат та розпаду.

Сучасні способи  рафінування жирів та олії поділяють  на фзичні (відстоювання, центрифугування, фільтрування), хімічні (гідратування, лужне рафінування) та фізико-хімічні (адсорбційне рафінування, дезодорування). Вибір способу рафінування залежить від складу та кількості домішок, їх властивостей та призначення олії. Здебільшого для повного очищення олії поєднують кілька способів.

Відстоювання. Тверді домішки (частинки мезги, шрот та макуха) вилучають із олії відстоюванням на механізованих гущепастках-відстійниках, за допомогою осаджувальних центрифуг безперервної дії, а також фільтруванням на рамних фільтрпресах.

Центрифугування. Для очищення олії від завислих домішок та води ефективним є спосіб центрифугування. Відрізняють розподільні центрифуги (використовуються для відокремлення олії від води) та такі, що використовуються для вилучення механічних домішок. У розподільному сепараторі початкова олія під тиском до 0,3 МПа надходить через порожнистий вал до робочого барабана, де під дією відцентрової сили відбувається розділяння на два потоки: важка рідина з осадом та жир. Осад накопичується біля внутрішніх стінок барабана, важка рідина переміщується вздовж нижньої поверхні тарілок, а жир переміщується вздовж верхньої площини тарілок до центра барабана і виводиться.

Олію, що містить  значну кількість домішок, очищують центрифугуванням за допомогою саморозвантажувальної  центрифуги.

Фільтрування. Для вилучення осаду, що міститься в оліях, широко застосовують фільтрування на фільтрпресах. У процесі фільтрування рідина проходить через шпари фільтрувального матеріалу, а завислі частинки затримуються на поверхні матеріалу. Хімічні способи рафінування застосовують для виведення вільних жирних кислот, фосфоліпідів, білків, слизу та деяких інших сполук.

Гідратування. Одним із найважливіших способів хімічного очищення жирів є гідратування (вилучення домішок за допомогою води), що дає змогу виокремити з олії речовини з гідрофільними властивостями, у першу чергу — фосфоліпіди. Фосфоліпіди хоч і є цінними в харчуванні та біологічному відношенні сполуками, що мають антиокисні властивості, але під час зберігання олії випадають у вигляді осаду, який легко розкладається. Наявність їх в олії утруднює також проведення низки технологічних операцій за наступного перероблення. Тому необхідно вилучити їх із олії гідратуванням, а потім використати у харчових та кормових продуктах як самостійний продукт.

Під час гідратування олію обробляють водою у струменевому змішувачі типу ежектора, в якому забезпечується інтенсивне змішування олії та води. Суміш олії та води (для соняшникової олії за температури 45-60⁰С) подають до коагулятора, де відбувається формування гідратаційного осаду у вигляді пластівців, який потім відокремлюється у відстійнику безперервної дії.

Гідратаційний осад із нижньої частини відстійника  безперервно подається до ротаційно-плівкового апарата для сушіння. Осад рівномірно розподіляється за допомогою лопатей ротора внутрішньою поверхнею апарата. Ротор обертається зі швидкістю 800 хв. Залишковий тиск в апараті 5,0-8,0 кПа. Температура осаду — 60-70⁰С, час висушування — 2 хв. У цих умовах вологість гідратаційного осаду знижується від 35 до 2%. Висушений фосфатидний концентрат подають на фасування та пакування в металеві банки.

Гідратовану олію для зневоднення подають до сушильно деаераційного апарата, де олію розсіюють за допомогою форсунок у вакуумі. Волога випаровується, а краплини висушеної олії потрапляють на контактні поверхні, де вони додатково зневоднюються в тонкому прошарку. Початкова вологість олії — 0,2, кінцева — 0,05%, температура 85-90° С. Залишковий тиск в апараті 2,7-5,3 кПа.

Гідратована соняшникова  олія повинна бути також звільнена  від воску та воскоподібних речовин. Для цього олію виморожують, тобто  охолоджують спочатку до 20, а потім  до 10-12⁰С і направляють до експозитора — циліндричного апарата, оснащеного рамною мішалкою з уповільненим обертанням, де протягом 4 год відбувається кристалізація воску, розчиненого в олії. Одночасно із олії вилучаються фосфоровмісні речовини (фосфоліпіди, що не гідратуються), які під час гідратування не відокремились. Трохи підігріту олію (за температури 18-20° С) з експозиторів подають на рамні фільтрпреси. Таку операцію виведення воску та воскоподібних речовин із олії називають виморожування.

Лужне рафінування. Для нейтралізації вільних жирних кислот олію обробляють лугами. Реакція відбувається з утворенням нерозчинних в олії солей (мила). Вони випадають в осад, частково захоплюючи разом із собою різноманітні домішки: барвники, білки, слиз. Осади, утворені після лужного рафінування, називають соапстоками.

Лужне рафінування  супроводжується також частковим  розпадом нейтрального жиру, що небажано, оскільки це зменшує вихід рафінованої  олії. Швидкість рафінування, ефективність, утворення соапстоку, його структура  та величина втрат нейтрального жиру залежать від кислотності олії, характеру та кількості домішок, концентрації лугів, температури та умов проведення лужного рафінування.

Гідратована, виморожена соняшникова олія надходить до нижньої  частини нейтралізатора безперервної дії, заповненого розчином лугу. Тут за допомогою перфорованого розподільника олія у вигляді крапель діаметром 2 мм розподіляється в лужному розчині і повільно піднімається на його поверхню, оскільки густина олії менша, ніж густина водного розчину лугу. Завдяки належному розподілу олії в розчині лугу відбувається нейтралізація вільних жирних кислот.

Із поверхні розчину лугу олію відводять до сушильно-деаераційного  апарата. Заздалегідь її обробляють розчином лимонної кислоти для розкладу мила у змішувачі ежекційного  типу або промивають водою.

Мильно-лужний розчин із нейтралізатора передається  на миловарний завод. Нейтралізатор  заповнюють водним розчином лугу концентрацією 8-15 г/л. Температура олії та розчину  для більшості олій — 68-75°С. Варіантом  лужного рафінування є рафінування (нейтралізація) у міцелі, яке застосовують для бавовняної олії.