Содержание к диссертации
Введение
Особенности производства и очистки растительных масел и направления повышения их качества
1.1 Развитие производства и контролируемые параметры качества нерафинированных подсолнечных масел
1.2 Технологии производства растительных масел
1.3 Технологии и технические средства для очистки растительных масел
1.3.1 Физико-химические показатели подсолнечного масла
1.3.2 Неомыляемые вещества в составе масел
1.3.3 Очистка масел отстаиванием и фильтрацией
1.3.4 Очистка нерафинированных растительных масел
от тврдых примесей и неомыляемых веществ
1.3.5 Очистка масел ступенчатым фильтрованием .
1.3.6 Очистка масел центрифугированием
1.4 Программа и структура исследований
1.5 Выводы
Теоретическое обоснование процесса и конструктивных параметров установки
2.1 Составляющие качества нерафинировванных растительных масел
2.2 Механизм взаимодействия очищаемой среды и колебательных движений
2.3 Закономерность распределения акустических ультразвуковых колебаний в жидких средах .
2.3.1 Расчт характеристических показателей ультразвуковых колебаний для очистки масла .
2.3.2 Обоснование параметров звукового давления
2.4 Повышение эффективности распределения звуковых волн механической вибрацией . вынос тврдых частиц поверхности фильтрационной перегородки
2.5 Выводы
2.4.1 Интенсификация процесса очистки масла
2.4.2 Повышение эффективности очистки
2.4.3 Очистка фильтрационной перегородки
2.4.4 Перемещение и
3. Техника и методика экспериментальных исследований
3.1 Методика исследования количества взвешенных веществ в обрабатываемом масле .
3.2 Методика исследования проницаемости фильтрующей перегородки в зависимости от е загрязннности
3.3 Методика определения кислотного числа и токоферола антиоксиданта
3.4 Методика определения перекисного числа
4. Анализ экспериментального исследования процесса фильтрования сырого и нерафинированного подсолнечного масла
Обобщение и назначение конструктивных параметров установки в зависимости от критериальных показателей масла
Изменение количества взвешенных веществ при очистке масла .
Исследование процесса пропускной способности фильтрационного картриджа
Исследование процесса порчи и регенерация составляющих качества сырых и нерафинированных масел
Исследование перекисного числа и обоснование режимов очистки масла
6 Выводы
Технико-экономическое обоснование
Основные результаты и выводы
Список литературы
- Физико-химические показатели подсолнечного масла
- Механизм взаимодействия очищаемой среды и колебательных движений
- Методика исследования проницаемости фильтрующей перегородки в зависимости от е загрязннности
- Исследование процесса порчи и регенерация составляющих качества сырых и нерафинированных масел
Введение к работе
Актуальность темы исследований. Доктрина продовольственной безопасности Российской Федерации, принятая Указом президента № 537 от 12.05.2009. предполагает устойчивое отечественное производство пищевых продуктов.
Сырьевая база подсолнечника огромна, традиционно его посевы распространены во всех регионах России и стран СНГ. За 10 последних лет посевы подсолнечника увеличились в России в 3 раза, сбор семян подсолнечника достиг 7959 тыс. т. В итоге производство подсолнечного масла за этот же период возросло в 2 раза и достигло 2,5 млн т. Резервы в производстве маслосемян и самого масла значительны, так как за счт собственного масла удовлетворяются потребности населения всего лишь на 66%. Даже с учтом импортных поставок среднегодовое потребление растительного масла составляет всего 71% от рекомендуемого.
Необходимость повышения качества и производительности очистки
сырых и нерафинированных подсолнечных масел от первичных и вторичных
продуктов окисления установлена основными направлениями «Комплексной
программы развития биотехнологии в Российской Федерации (в области активного
использования вторичных продуктов переработки)» № 1853п-П8 от 24 апреля 2012
г., приоритетным направлениям развития Саратовского госагроуниверситета №
01201161795 «Модернизация инженерно-технического обеспечения АПК» и №
01201151793 «Ресурсосберегающие технологии безопасности пищевых
продуктов», а также «Программы по развитию агропромышленного комплекса в Республике Казахстан на 2013–2020 годы «Агробизнес – 2020» № 151 от 18 февраля 2013 г. и «Стратегии развития ЗКАТУ имени Жангир хана на 2011–2020 годы» от 06 ноября 2010 г.
Степень разработанности темы. Вопросам обеспечения высоких
пищевых характеристик растительных масел при производстве и продлении сроков
их сохранности уделено значительное внимание в исследованиях таких
зарубежных и отечественных ученых, как R.D. O’Brien, D.R. Erickson, D.B. Min,
C.X. Fritsch, В.Г. Щербакова, В.В. Белобородова, В.Ю. Прокофьева, Н.С.
Арутюнян, А.Н. Лисицына, Н.В. Рудакова, В.В. Остапова и др. Их работы в
основном посвящены физико-химическим процессам, протекающим при
производстве и очистке рафинированием. Однако при этом недостаточно рассмотрен процесс фильтрования сырых и нерафинированных подсолнечных масел с целью очистки при хранении.
Фильтрование растительного масла с целью его очистки от первичных и вторичных продуктов окисления при производстве и регенерации качественных показателей при хранении является перспективным.
Благодаря аналитическим и экспериментальным исследованиям,
выполненным Д.В. Жужиковым, В.М. Ентовым, Г.И. Баренблатом и другими учными созданы научные основы процесса фильтрования; В.Б. Акопяна, Ф.Я. Рудика, Д.В. Городецкого, И.И. Быковского, Н.Б. Урьева – в области акустических и вибрационных воздействий, в работе исследован процесс виброакустического фильтрования подсолнечного масла в слое адсорбента.
Вместе с тем, сложность явлений, протекающих при фильтрования растительного масла, и недостаточность по этой причине полноты и чткости физических представлений о механизме процесса затрудняет его аналитическое описание, создание обобщнной теории и совершенствование процесса. До настоящего вре-
мени недостаточно изучены кинетические закономерности процесса фильтрования нерафинированного растительного масла с учтом образующегося осадка из первичных и вторичных продуктов окисления при производстве и регенерации. Отсутствуют данные о влиянии на закономерности фильтрования продольных и поперечных физических воздействий на подсолнечное масло при его фильтровании и изменения при этом качественных показателей нерафинированного растительного масла при хранении. Нет единого подхода к анализу механизма фильтрования и при этом недостаточное развитие получило аналитическое описание закономерностей фильтрования нерафинированного растительного масла с учтом виброакустического воздействия. Изложенное свидетельствует о необходимости дальнейшей разработки и развитии теоретических и экспериментальных положений и закономерностей процесса фильтрования нерафинированного растительного масла с учтом виброакустического воздействия.
Целью работы является совершенствование процесса фильтрования сырых и нерафинированных подсолнечных масел на основе применения виброакустического воздействия.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Разработать математическую модель, учитывающую продольные поперечные физические воздействия на подсолнечное масло при его фильтровании.
-
Разработать экспериментальную установку для фильтрования подсолнечных масел с применением виброакустического воздействия.
3. Экспериментально исследовать кинетические закономерности процесса
фильтрования с применением виброакустического воздействия.
4. Провести промышленную апробацию процесса фильтрования с применением
виброакустического воздействия.
5. Разработать машино-аппаратную схему очистки нерафинированного
подсолнечного масла после хранения.
6. Провести технико-экономическую оценку эффективности использования
установки для фильтрования нерафинированного подсолнечного масла с
применением виброакустического воздействия.
Научная новизна работы заключается:
разработана математическая модель, учитывающая продольные поперечные
физические воздействия на подсолнечное масло при его фильтрования. Показано,
что механические вибрационные колебательные движения в подсолнечном масле
зависят от скорости и ускорения перемещения в нм частиц;
оптимизированы коэффициент поглощения и установлен характер совмещнного
действия механических и ультразвуковых колебательных движений в продольном
и поперечных направлениях в фильтруемом масле;
определены кинетические закономерности процесса фильтрования
подсолнечного масла с применением виброакустического воздействия.
Новизна технических решений в диссертационной работе подтверждена патентом РФ № 2473674 от 27.01.2013 г.
Практическая значимость работы: . показана целесообразность использования виброакустического воздействия при фильтровании подсолнечного масла с целью его очистки после 3-х месяцев хранения;
. разработаны режимные параметры фильтрования нерафинированных подсолнечных масел;
разработана, изготовлена и смонтирована экспериментальная установка для фильтрования подсолнечных масел с применением виброакустического воздействия, позволяющая продлить период инициирования окислительного процесса при производстве и устранить продукты окисления и осадка до нормативных показателей при регенерации. Производственные испытания в ТОО «Теректi май комбинаты» подтвердили результаты исследований;
определены режимы виброакустического воздействия при фильтровании подсолнечного масла, обеспечивающие снижение кислотного, перекисного чисел и антиоксидантов при хранении;
. результаты диссертационной работы используются в учебном процессе ФГБОУ ВО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова», НАО «Западно-Казахстанский аграрно-технический университет им. Жангир хана» при подготовке бакалавров, магистров и аспирантов.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Международных научно-практических конференциях «Технология и продукты здорового питания» (2012 - 2014 г.г.), «Инновационное развитие пищевой, легкой промышленности и индустрии гостеприимства» (2015 -2016 г.г.) Республика Казахстан, г. Алматы, Международной конференции, посвящнной 80-летию профессора В.Г. Кобы (2011 г.), и научно-практических конференциях СГАУ им. Н.И. Вавилова (2011-2015 г.г.).
Публикации. По материалам исследований опубликовано 28 работ, в т. ч. 8 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 7 - в изданиях Республики Казахстан, получен патент РФ № 2473674. Общий объм публикаций составляет 10,56 п.л., из них лично соискателю принадлежат 4,71 п. л. Личный вклад соискателя во всех работах, выполненных в соавторстве, состоит в постановке задач исследования, разработке методик теоретического и экспериментального исследования и обработке экспериментальных данных, непосредственном участии в получении, анализе, обобщении результатов исследований и проведении производственных испытаний
Структура и объм работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, списка использованной литературы из 140 наименований, в том числе 12 на иностранных языках. Объм основного текста включает 131 страницу машинописного текста, в т.ч. 12 таблиц, 31 рисунков и 4 приложений.
Физико-химические показатели подсолнечного масла
Разветвление цепи характеризуется присоединением молекулярного кислорода О2 к свободному радикалу R и обрывом водорода от связи RH перекисным радикалом RОО с образованием RООH и дополнительного радикала R . Реакция разрыва цепи: ROO R +02 (2) протекает при стабилизированном состоянии R. Она обратна реакции присоединения кислорода к свободному радикалу и является реакцией развития свободнорадикального процесса. Свободнорадикальная реакция процесса окисления сопровождается образованием вторичных продуктов окисления, состоящих из карбональных соединений, свободных жирных кислот с короткой цепью, полимерных продуктов, гептаналей, этилгексилкетонов, омегаальдегида нонановой кислоты, создающих неприятные вкус и аромат продукта, особенно интенсивно она развивается в процессе хранения масла.
Количество входящих в липиды глицеридов полиненасыщенных жирных кислот и степень их ненасыщенности обусловливают такие показатели, как глубина и скорость окисления масла, которая зависит также от соприкосновения продукта с окружающей средой.
Эти обстоятельства свидетельствуют о необходимости более тщательного подхода к качеству семян подсолнечника, обеспечению условий их хранения и подготовке к переработке. Очистка от травмированных семян, являющихся концентраторами повышенной кислотности, обязательна, так как уже в готовом свежепроизведнном масле они являются инициаторами свободно-радикального процесса. Наряду с этим упрощнная технология очистки масла при его производстве, заключающаяся только в фильтрации и осаживании тврдых примесей, явно недостаточна.
Таким образом, уже на стадии производства сырых и нерафинированных подсолнечных масел целесообразно максимально возможное снижение кислотности. Для этого необходимо ввести в технологию дополнительную операцию и технические средства для очистки масла. Тщательная очистка масла при производстве повысит срок его сохранности, так как процессы разветвления и обрыва цепей при свободнорадикальной реакции будут протекать позже и не так интенсивно.
Исследованиями [34–39] установлен характер окислительной порчи масла, наблюдаемый от момента его производства и в период его хранения в течение 5 мес. Сразу после переработки семян кислотное число уже находится в верхнем пределе масла высшего сорта, а после четырхмесячного хранения оно повышается до 5,4 мг, КОН/г, т. е. на 73 %, и уже пригодно только для промышленной переработки. Перекисное число соответствует маслу 1-го сорта, но уже после четырхмесячного срока оно достигало 13 моль активного кислорода, что превышает на 10 % нормируемый показатель и выводит его из состояния пищевого продукта. Анизидиновое число нормируется только для рафинированных масел, но также в период хранения повышается от 2,3 до 2,5 усл. ед. Цветное число также растт и достигает 15 мг I.
Все перечисленное выше характеризует показатель устойчивости масел к окислению. Исследованиями [40] установлено, что изменение вкуса высоконасыщенных масел на ранних стадиях хранения развивается слабо, но затем по мере интенсификации свободнорадикальной реакции его порча развивается активно и стремительно. Ненасыщенные масла имеют ту же тенденцию, только появление неприятных привкусов и запахов более активно. Жирнокислотный состав масла обусловливает количество поглощаемого кислорода, зависящего от положения ненасыщенной жирной кислоты в триглицириде, изменяется от воздействия прочих факторов, в том числе и температурно-световых.
Исходя из этого, для определения естественной устойчивости к окислению используются относительные скорости окисления жирных кислот [41]. Для подсолнечных масел естественная устойчивость к окислению находится в пределе 8,5 ед., что также говорит о достаточно интенсивном процессе окисления и необходимости создания условий для его снижения как на стадии производства, так и при хранении.
1.3.2 Неомыляемые вещества в составе масел
Сырые растительные масла, к которым относится и необработанное нерафинированное подсолнечное масло, содержат различные количества минорных компонентов. Они составляют около 2 % нежировых веществ и, являясь неомыляемой составляющей, включают в себя фосфолипиды, токоферолы, стеролы, воски, углеводы, пестициды, белки, следовые количества металлов, пигментов. Некоторые из них нежелательны, и их количество регламентируется СанПиН 2.3.2.1078–01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов» [42–43], в котором установлены гигиенические нормативы безопасности и пищевой ценности продуктов для человека и нормативы относительно их изготовления, ввоза и оборота пищевых продуктов.
Механизм взаимодействия очищаемой среды и колебательных движений
Масло поступает в бак с нефильтрованным маслом, откуда после перемешивания, необходимого для приведения тврдых частиц во взвешенное состояние, перемещается посредством питающего насоса в вертикальный напорный листовой фильтр, где осуществляется основная фильтрация.
Далее масло со схода вертикального фильтра поступает на вторую ступень – контрольную очистку, затем на полировочную очистку, после чего готовое очищенное масло складируется в баке с фильтратом.
При основной фильтрации из масла удаляются примеси, сохранившиеся в нем после прессования. Примеси в своей основе крупнофракционные. Используется способ с намывным слоем. Чистота и скорость фильтрации зависит от вязкости очищаемого масла. Скорость осаждения частицы зависит от параметров очищаемой жидкости и размеров частиц [72]: V0 = (10) где Re - критерий Рейнольдса, характеризующий гидродинамическое подобие при обтекании тврдой частицы жидкостью; I - характеристический размер частиц, м; ж - плотность жидкости. Выражение (10) не учитывает гравитационной силы, интенсифицирующей процесс выпадения тврдых частиц с избыточной массой. В уравнении Стокса учитывается ускорение падения: V0=d2Ag/18j, (11) где d - диаметр частицы, мм; А - относительная плотность между дисперсной и дисперсионной фазами; g - ускорение свободного падения, м/с2.
Исходя их схемы очистки и выражений (10) и (11), интенсивность осаждения напрямую зависит от характеристических показателей тврдых частиц и вязкости жидкости. Гравитационная сила, обеспечивающая процесс осаждения тврдых частиц, зависит от ускорения свободного падения в очищаемой жидкости. Процесс осаждения, характеризуемый скоростью и качеством очистки от тврдых частиц, зависит также и от характеристических размеров частиц: чем больше масса частицы, тем быстрее она осаждается. Таким образом, для ускорения осаждения частиц необходимо повышение температуры масла. Его подогревают до 100… 120 С, и уже это ведт к ухудшению пищевой ценности продукта, что противоречит предназначенности нерафинированного масла. Наряду с этим следует отметить, что осаждаемые мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в масле по причине его высокого динамического коэффициента вязкости, имеют свойство длительно планировать в слоях жидкости. Наличие мелких частиц на ранней стадии производства масла практически не заметно, но уже после краткого периода времени они коагулируют, осаждаются и отрицательно воздействуют на органолептические показатели масла. Частички являются также и одним из источников инициирования повышенной кислотности и порчи масла при хранении.
В ответственных технологиях мелкие частицы удаляются за счт увеличения длительности периода осаждения или в центробежных установках [28–60]. Качество очистки при этом находится на низком уровне. Основная очистка осуществляется в фильтре, конструкция которого представлена на рисунке 10. Конструкция фильтрованного элемента при основном фильтровании: 1 – прохождение масла в вертикальном напорном листовом фильтре; 2 – прохождение очищенного масла на сход; 3 – удаление примесей; 4 – элемент фильтра
Таким образом, для очистки масла от неомыляемых тврдых составляющих даже в последовательных сложных системах фильтрации до 60 С нужно поддерживать постоянную температуру от 32 до 40 С. Это влечт за собой необходимость подогрева масла на протяжении всего цикла очистки (рисунок 11), но даже этот подогрев не обеспечивает полной очистки масла от неомыляемых тврдых составляющих. Рисунок 11 – Зависимость вязкости растительного масла от температуры нагрева
Контрольную фильтрацию проводят с целью предохранения фильтрата от проскоков крупных загрязнителей. При этом используют рукавные фильтры (рисунок 12), которые устанавливают в поточной линии после основного фильтра. Производительность данной операции также зависит от температуры нагрева масла, вида и количества примесей. Рукавные фильтры изготавливают из нетканого материала. Они задерживают проскочившие тврдые вещества фракцией больше 1 мкм.
Скорость фильтрации в данном промежуточном процессе также зависит в первую очередь от вязкости и, следовательно, температуры подогрева масла. Это обусловлено тем, что фильтровальные рукава, изготовленные из нетканого материала (полиэстера), имеют отверстия 1 мкм. Их устанавливают в корпус, состоящий из сетки, изготовленной из нержавеющей проволоки. Чем ниже показатель вязкости и больше примесей, тем хуже осуществляется операция контрольной фильтрации. Следует также указать и на высокую засоряемость рукава и, соответственно, резкого повышения длительности процесса. Очистка рукава обратным током не может быть решением вопроса, так как частички остаются в очищаемом масле.
Окончательно осуществляется полировочная фильтрация, предназначенная для удаления остаточных мелкодисперсных частиц. Очистка ведтся сквозь картриджные фильтры, изготовленные из витых ниток отбеленного хлопка (рисунок 13).
Несомненно, что ступенчатая фильтрация обладает достаточно высокими технологическими возможностями, к которым прежде всего следует отнести качественную очистку без использования при этом процесса рафинирования и дезодорирования.
Однако высокая стоимость оборудования, изначально сориентированного на сегменты крупнотоннажного производства, где она не так ощутима в окончательной себестоимости масла, резко повышает себестоимость сырых и нерафинированных масел, производимых на малых и средних перерабатывающих предприятиях. По этой причине ступенчатая фильтрация не получила развития на таких предприятиях.
К недостаткам способа следует отнести также возможность его использования только в целях фильтрации тврдых включений до 1 мкм. Однако известно, что уже в семенах подсолнечника в зависимости от их сортности, климатических особенностей выращивания и уборки имеется остаточная кислотность. Она повышается в процессе переработки прожаркой и прессованием и в принципе не может быть устранена фильтрацией. В масле уже на стадии передачи в потребительскую сеть имеются первичные продукты окисления, ведущие к развитию свободной радикальной реакции в процессе хранения и порчи нерафинированных масел [33, 34].
Эффективность очистки масел центрифугированием значительно выше, чем отстаиванием. Если при отстаивании протекает простой статический процесс, где сила, действующая на частицы, зависит только от е массы: G0 = mg, (12) где т - масса осаждаемой тврдой частицы, кг; g - ускорение силы тяжести, м/с2, то при центрифугировании под воздействием центробежного ускорения она преобразуется в динамический: Оц=тн?/Я (13) где w2/R - центробежное ускорение; w - окружная скорость вращения суспензии, м/с; R - радиус вращения, м. При отстаивании - формула (12) - скорость осаждения частицы в суспензии зависит от массы при постоянной g, а масса тврдых частиц - от их размеров. Они находятся в широком диапазоне, следовательно, время осаждения и качество очистки непредсказуемы. Частицы с большой массой оседают достаточно быстро, а взвесь - долго и не вся.
При центрифугировании - формула (13) - все тврдые частицы вне зависимости от массы за счт центробежного ускорения подают суспензию на пакет конических тарелок, на которых и осуществляется осаждение тврдых частиц.
Методика исследования проницаемости фильтрующей перегородки в зависимости от е загрязннности
Исследованиями, проведенными под руководством профессора Ф.Я. Рудика, установлено кислотное состояние нерафинированного подсолнечного масла в состоянии поставки в розничную сеть: цветное число в начальный период составляет 15, после третьего месяца хранения - 15,5, а после пятого - 17 мг I. Таким образом, уже на начальной стадии масло находится в предельном состоянии продукта высшего сорта, и уже после третьего месяца хранения оно переходит в первый сорт, хотя в розничной торговле оно все ещ идет по высшей категории; кислотное число изменяется более интесивно; если после производства оно составляет 1,48, то уже после второго месяца хранения - 1,6 мг КОН/г, что уже переводит его в сегмент первого сорта. После пятого месяца хранения показатель кислотного числа достигает 5,4 мг КОН/г, что переводит его в сырье для промышленной переработки; перекисное число после производства масла составляет 4,9 ммоль акт. О/кг, что находится в пределах нормы для высшего и первого сорта, но уже через четыре месяца хранения оно переходит в первый сорт и постоянно ухудшается; анизидиновое число нормируется только для рафинированного и дезодорированного масла, но оно также растет и после четвртого месяца хранения достигает 1,7 усл. ед.
Охарактеризовав кислотное состояние следует также пояснить, что ГОСТ 2007 г. значительно смягчил нормативные требования, что привело к пищевому ухудшению продукта. В ГОСТе от 1995 г. нормативные показатели были жстче и они приближались к требованиям зарубежных стандартов. Несомненно, что вхождение России в ВТО внест коррективы в параметрические показатели, они должны быть пересмотрены в сторону снижения.
Сырые и нерафинированные растительные масла относятся к слабоочищаемым. В их состав входят жидкость и взвещенные тврдые частицы, образуемые в процессе переработки. В последующем при хранении они также являются источниками порчи масла и вызывают ухудшение таких органолептических показателей, как цветность, вкус, запах и прозрачность. Наряду с этим при окислении тврдые частицы коагулируют и выпадают в осадок, регенерируются во вторичные продукты окисления, что наряду с окислительными процессами, связанными с протекающими в масле свободнорадикальными реакциями, образуют гидроперекиси, переходящие в свободнорадикальный окислительный процесс. В последующем он приобретает тенденцию автоокисления. Инициирование, разветвление и обрыв цепи при свободнорадикальной реакции вызывают интенсификацию процесса порчи масла в разы: In +KН biH+R Rz-инициирование; (16) R +02 ROO Кр-разветвление; (17) 2RОО [ROOORl-обрывцепи. (18) Наряду с наличием в нерафинированных растительных маслах свободных жирных кислот в них после переработки содержится около 2 % нежировых веществ, являющихся неомыляемой фракцией. В их состав входят фосфолипиды, токоферолы, стеролы, воски, углеводороды, пестициды, белки, следовые количества металлов и пигментов типа госсипола, каротина и хлорофилла [6–9] (таблица 7).
Масло Фосфатиды,% Стеролы, мг/кг Холестерин, мг/кг Токоферолы, мг/кг Токотриенолы,мг/кг Соевое 2,2 ±1,0 2965±125 28±7 1293±300 86±86 Рапсовое 2,2 ±1,0 8050±3230 53±27 692±85 Подсолнечное 0,7 ±0,2 3495±1055 26±18 738±82 270±270 Сафлоровое 0,5 ±0,1 2373±278 7±7 460±230 15±15 Большая часть неомыляемых веществ нежелательна в растительном масле, и их удаление является важной научно-производственной задачей в проблеме повышения качества сырых и нерафинированных растительных масел. При этом очистка масел должна быть строго направленной и не сопровождаться удалением полезных составляющих, что наблюдается при рафинировании [48]. Целесообразность очистки сырых и нерафинированных растительных масел от некоторых неомыляемых веществ обусловлена следующими обстоятельствами: фосфатиды неблагоприятно воздействуют на качество масла, они являются природными эмульгаторами, связывающими масло с водой при очистке и хранении, могут образовывать каталитические яды; стиролы являются минорными компонентами, состоящими из углеводов, они тугоплавки, теплостойки и создают антиполимеризующие условия в горячих маслах, содержат холестерин; пестициды накапливаются в почве и распространяются в окружающую среду, в том числе и в растительность; в последующем они имеют свойство накапливаться в масличном сырье. Их присутствие в масле значительно ухудшает его пищевую ценность; пигменты включают в себя каротины, придающие маслу жлтый цвет, хлорофилл - зеленоватый оттенок, белки и углеводы - коричневатый оттенок. Их количество также регламентирует качество масла; металлы находятся в семенном сырье в следовых количествах и насыщаются в растениях в вегетационный период. Большинство присутствующих металлов оказывают отрицательное воздействие на организм человека и снижают эффективность продукта. Наряду с этим металлы способствуют интенсификации процесса окисления масла.
При улучшении показателей масла экстрагированием удаляются вещества, способствующие улучшению качества растительного масла, в частности: токоферолы, являющиеся природными антиоксидантами, содержат четыре изомера - , , и . При этом наибольшей антиоксидантной способностью обладает -изомер, а биологической - -изомер; токотриенолы также относятся к группе антиоксидантов, в них входят -, -, - и -изомеры. Они способствуют стабилизации гидроперекиси и свободных радикалов, воздействуют на вкусовые качества масла; наибольшее содержание токоферолов и токотриенолов наблюдается у масел, не подвергнувшихся химической рафинации и дезодорации. Чем интенсивнее очистка, тем ниже содержание токоферолов в маслах.
Таким образом, исходя из анализа составляющих качества сырых и нерафинированных подсолнечных масел, необходимо на начальной стадии его производства соблюдать технологические требования по очистке и хранению семян.
На основании ранее проведнных исследований принято, что очистку масла на конечной стадии следует вести в ускоренном непрерывном процессе фильтрования путм акустических микропотоков, создаваемых ультразвуковыми колебаниями. При этом необходимо предусмотреть возможность повышения скорости перемещения жидкости в фильтровальную перегородку, увеличения
Исследование процесса порчи и регенерация составляющих качества сырых и нерафинированных масел
Эффективность работы установки для очистки масла зависит от его производственных и качественных показателей после хранения. Исходя из этого производительность установки оценивали количеством очищенного масла в единицу времени. Этот показатель зависит от загрязннности фильтрационной поверхности скоагулировавшими тврдыми частичками осадка, адгезироваших в сорбент и закупоривающих его поры и устьица.
Проницаемость адсорбента оценивали с помощью разработанной частной методики. Для уменьшения количества пропускаемого сквозь фильтрационный материал масла изготовлена лабораторная установка с определенной толщиной сорбента и возможностью регулирования количества выхода очищаемого продукта (рисунок 27).
Эксперименты проводили с использованием нерафинированного масла после 3 мес. хранения, произведнного по общепринятой схеме: прессование -осаждение - центрифугирование. Масло заливали в мкость 1 в количестве 20 л, на дне мкости в принятой пропорции устанавливали адсорбирующую фильтрационную перегородку 2, показатель проницаемости которой определяли в зависимости от степени загрязнения е поверхности скоагулированными тврдыми частицами. Изменение продолжительности перетекания масла сквозь адсорбент фиксировали замерами его объма в единицу времени. Количество постоянно перетекающего масла на начальный период устанавливали равным 1000 см3/ч регулировкой расхода сливным патрубком 5.
Проверку пропускной способности фильтрующей перегородки осуществляли в режимах: ультразвуковая очистка, осуществляемая только за счт акустических потоков с горизонтально расположенной поверхностью фильтрующей перегородки; ультразвукововибрационная очистка, осуществляемая за счт перемещения осадка акустическими потоками и подъма с горизонтальной поверхности фильтрующей перегородки вибропульсирующими колебаниями осадка; ультравибрационная очистка, осуществляемая за счт продольного перемещения осадка акустическими потоками и переноса осадка в мкость-отстойник 8 с наклоном фильтруюшей перегородки к горизонтали на углы 10 и 15.
Согласно определению, кислотное число - это физическая величина, равная массе гидроокиси калия, необходимой для нейтрализуемых щелочью сопутствующих триглециридам веществ, содержащихся в 1 г масла.
В соответствии с ГОСТ Р 52110-2003 [118] сущность метода заключается в растворении определнного количества масла в растворителях с последующим титрованием свободных жирных кислот водным или спиртовым раствором гидроокиси калия или натрия. В исследованиях использовали титрометрический метод с визуальной индикацией, доверительная вероятность - 0,95. Спирто-эфирную смесь нейтрализовали раствором гидроокиси калия молярной концентрации КОН = 0,1 моль/дм3. Обработку результатов исследований проводили по установленной ГОСТом формуле: v 5,61 WK Х = , (61) т где V - объм раствора КОН, израсходованного на титрование, см3; К - отношение действительной концентрации раствора КОН к номинальной; т - масса навески, г.
Известно, что витамин Е, в который включена большая группа природных веществ, объединнных в общее название токоферол, является активным антиоксидантом и сдерживает окислительные процессы как в организме человека, так и в готовом продукте.
Токоферолы исследуются несколькими методами. В соответствии с ГОСТ 30417-96 [119] определяют массовую долю витамина Е методом тонкослойной хроматографии с длиной волны = 520 нм. Метод длителен и сложен. Нас в работе интересовало не качественное состояние масла, а изменение содержания токоферола как антиоксиданта в масле при его производстве, хранении и очистке. Для этого наиболее предпочтителен способ, описанный в патенте А.В. Великова и Н.К. Сизовой [120]. Количество токоферола определяют путм измерения скорости окисления кумола в микрокалориметре и периода индукции. Количество токоферола вычисляют по формуле: где Wt - начальная скорость ингибирования, л/мольс; 0 - время действия ингибитора с учтом распада инициатора, с; /0 - стехиометрический коэффициент ингибитора, /0 = 2. 3.4 Методика определения перекисного числа Перекисное число, согласно ГОСТ 26593–85 [121], характеризует содержание в масле активного кислорода в диапазоне значений 0,1–40 ммоль/кг. Метод его определения заключается в окислении йодистого калия, имеющегося в образце, перекисями и гидроперекисями в растворе уксусной кислоты и хлороформа и в последующем титровании выделившегося йода раствором тиосульфата натрия. При этом все используемые реактивы и вода высвобождались от растворнного кислорода. Для каждой используемой пробы выполняли два измерения.
Перекисное число в миллимолях активного кислорода (ммоль АО) на 1 кг пробы вычисляли по формуле: (Kt-Kpfr-lOO, Х = , (63) т где V 1 - объм тиосульфата натрия, использованный при измерении, см3; V0 - объм раствора тиосульфата натрия, использованный при контрольном измерении, см3; с - концентрация использованного раствора тиосульфата натрия, моль/дм3; т - масса испытуемой пробы, г. За результат принимали среднее арифметическое значение двух параллельных испытаний.