СПОСОБ ОСВЕТЛЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО МАСЛА Российский патент 2008 года по МПК C11B3/00 C11B3/10 

Изобретение относится к масложировой промышленности и касается способов осветления растительных масел с использованием адсорбента на основе природного шунгита.

В растительных маслах нежелательными примесями являются растворенные в масле красящие вещества группы хлорофила (зеленые порфирированные пигменты) и каротиноиды (оранжевые пигменты), жирные кислоты, белковые молекулы, ионы тяжелых металлов и других неполярных молекул. Среди пигментов наиболее нежелательны в составе масел хлорофиллы, т.к. активируют в нем процессы окисления и старения, являясь прооксидантами, в то время как каротиноиды (провитамин А) являются не только ценным биологическим компонентом масел, но и антиоксидантами.

Как известно, для удаления нежелательных примесей и загрязнителей масел, влияющих на их потребительские качества, используют осветляющие составы.

Известен способ снижения цветности и кислотного числа (КЧ) масел введением в масла бентонитовых порошков, модифицированных в условиях повышенной температуры (90-110°С) водными растворами серной кислоты (10-25%) с последующей обработкой водным раствором хлорида алюминия для регулирования Н⁺:Al³ форм кислотности поверхностного слоя адсорбента [Авторское свидетельство СССР № 1640149 «Способ отбелки хлопкового масла», МПК 5 С11В 3/10, опубл. 07.04.1991 г.].

Основной недостаток указанного способа снижения цветности и кислотного числа масел состоит в дополнительном внесении в состав масла следов серной кислоты и хлорида алюминия, которые в составе пищевых растительных масел оказывают токсическое воздействие на живые организмы.

Известен способ очистки масел адсорбционным методом, включающий обработку масел адсорбентом, в котором в качестве адсорбента используют углеродный адсорбент с эффективным радиусом пор 8-200 нм и удельным объемом пор более 0,85 см/г [Авторское свидетельство СССР № 1497206 «Способ адсорбционной очистки растительных масел», МПК 5 С11В 3/10, опубл. 30.07.1989 г.].

Для получения адсорбента используют отходы производства карбида молибдена, которые дополнительно обрабатывают хлором при 500-1000°С. Количество адсорбента необходимое для очистки, составляет 0,5-5 вес.% от веса масла. Время адсорбции составляет 20-30 мин.

Основной недостаток указанного способа очистки пищевых масел состоит в возможности значительного обогащения его состава соединениями на основе молибдена и хлора, которые могут оказать негативное воздействие на живой организм. Кроме того, практически все осветляющие составы, на основе активных углей (в отличие от бентонитовых глин) в большей степени удаляют каротиноиды, а не хлорофилы из состава масел, что снижает соответственно их биологическую ценность.

Известен адсорбционный способ очистки нейтральных масел и жиров кизельгуром [Масложировая промышленность, 1973, № 9, с.17-19; Масложировая промышленность, 1977, № 10, с.22-23]. К недостаткам данного метода очистки можно отнести то, что в результате очистки достигается только отбеливающий эффект.

Известен способ очистки нейтральных масел, в котором в качестве адсорбента используется силикагелевый адсорбент Trisyi с рН 3,0-4,0 в количестве 0,05-2,0% от массы масла. Время адсорбции составляет 5-30 мин. [Патент РФ № 2081896 «Способ очистки нейтрализованных масел или жиров», МПК 6 С11В 3/10, опубл. 20.06.1997 г]

Недостатком этого способа является присутствующая в сорбенте свободная серная кислота в количестве 0,2-0,8%, которая может вступать в реакцию с компонентами, входящими в состав масла или оставаться в виде примесей в готовом продукте.

Известен также способ адсорбционной очистки растительных масел минеральным адсорбентом на основе глины ТИХА-АСКАНЕ [Патент РФ № 2044765 «Способ очистки растительного масла», МПК 6 С11В 3/10, опубл. 27.09.1995 г.].

Для осветления масла этим способом адсорбент на основе глины ТИХА-АСКАНЕ с дисперсностью зерен 25-70 мкм и рН 7,8-8,5 смешивают с исходным маслом в соотношении 1:(2,5-3,5). Процесс адсорбции ведут в течение 30-40 мин. Эффективность глин ТИХА-АСКАНЕ авторы повышают за счет снижения концентрации присутствующих в ней балластных веществ. Основной недостаток данного метода очистки связан с негативным окислительным воздействием активных глин на масло.

В настоящее время широко используются осветляющие составы, на основе смесей активных углей с бентонитовыми глинами, например осветляющий состав Асканит [Машкова Н.В. Очистка растительных масел и пути стабилизации масложировой продукции при хранении. М.: РАСХН, АгроНИИТЭИПП. Серия: Масложировая промышленность. Обзорная информация. - Вып.3. - 1995. - 16 с.]. К недостаткам известных способов осветления с использованием осветляющих составов, на основе смесей активных, углей с бентонитовыми глинами можно отнести необходимость использования дополнительной операции при подготовке осветляющего состава - смешение входящих в него компонентов.

Известен способ регенерации отработанного фритюрного масла, в котором в качестве полярного адсорбента используют пенополистирол. Данный адсорбент в виде крошки слоем 37,5-40,0 г/см³ на 1 кг жира помещают на фильтрующую перегородку. Скорость фильтрации составляет 25-30 кг/м², выход регенерированного масла 75%, количество полярных соединений не превышает 20%, КЧ менее 2,5 мг КОН. [Авторское свидетельство СССР № 1648963 «Способ регенерации отработанного фритюрного масла», МПК 6 С11В 3/10, опубл. 15.09.1995 г.].

Основным недостатком этого метода очистки масел является возможность внесения в его состав продуктов деструктивного распада полистирола, который неизбежен в условиях принудительной диффузии масла.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является техническое решение, в котором предложен способ очистки растительного масла землями Зикеевского месторождения [Маневич Л.О., Долгов А.Н. Осушка масла цеолитами. - М.: Энергия. - 1972].

Отбеливающая зикеевская земля представляет собой минеральный адсорбент следующего состава: SiO₂ - 76%, Al₂О₃ - 5,7%, Fe₂O₄ - 2,5%, CaO - 0,6%, MgO - 0,9% [Маневич Л.О. Долгов А.Н. Осушка масла цеолитами. М.: Энергия. - 1972]. В соответствии с предложенным решением очистку масел осуществляют контактным способом: очищаемое масло смешивается с отбеливающей глиной, затем подвергается нагреву в течение времени, необходимого для процесса адсорбции, и фильтруется для отделения глины от масла. При очистке растительных масел расход зикеевской земли с дисперсностью частиц до 20 мкм составляет: 1% на подсолнечное масло, 4% на рапсовое, 3% на соевое, 4% на хлопковое.

Вместе с тем существенными недостатками данного осветляющего состава, как и других составов на основе глин, является наличие негативного окислительного воздействия активных глин на масло.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является улучшение качества растительного масла за счет снижения цветности и кислотного числа путем контактной адсорбции сорбентом на основе природного минерала шунгита, который по своей природе соединяет в себе три известные адсорбционной активностью составляющие - углеродную, силикатную и алюмосиликатную.

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе осветления растительного масла, включающем смешение его с осветляющим составом на основе адсорбента, нагрев смеси и фильтрацию, согласно предложенному изобретению в качестве адсорбента используют природный минерал шунгит с концентрацией углерода не менее 20%, осветляющий состав готовят путем измельчения в инертной или воздушной среде шунгита до фракций гранулометрического состава менее 5 мкм, осветляющий состав смешивают с растительным маслом в соотношении 2-8 вес.% осветляющего состава на 100 вес.% масла, нагревают и выдерживают при температуре 90-99°С в течение 20-40 минут. В качестве адсорбента используют также природный минерал шунгит группы IIIA. Процесс измельчения шунгита ведут с добавлением органических растворителей, например ацетона или воды в условиях воздушной или инертной среды.

Заявляемое изобретение позволило исключить многие недостатки, присущие приведенным выше техническим решениям, и повысить степень очистки масла.

По эффективной удельной активности естественных радионуклидов шунгит относится к I классу, что соответствует применению минерала без ограничений (Гигиеническое заключение Центра ГСЭН в РК № 10.КЦ.31.216.П.00064.02.99 от 04.02.1999 г.), поэтому использование шунгитов в качестве осветляющих составов не вносит дополнительной токсичности в готовый продукт.

В предложенном способе в качестве адсорбента используют природный минерал шунгит с концентрацией углерода не менее 20%. Экспериментально установлено, что среднее содержание углерода в шунгите не должно быть ниже 20%. В случае использования низкосортных порошков шунгитового сырья проводят дополнительно операцию усреднения и доводки порошков до соответствующего уровня содержания углерода, то есть нормализуют элементный состав по концентрации углерода. Упомянутую операцию проводят путем смешивания низкосортного и высокосортного шунгитового сырья. Оптимально концентрация углерода должна быть в диапазоне от 20 до 42%, данному условию соответствует природный минерал шунгит группы IIIA. При содержании углерода менее 20% значительно снижается адсорбционная активность углеродной составляющей шунгита, а при содержании углерода более 42% - недостаточную адсорбционную активность проявляет силикатная составляющая породы.

Шунгитовую породу, например группы IIIA (Шунгиты Карелии и пути их кимплексного использования, под ред. СОКОЛОВА В.А., КАЛИНИНА Ю.К., Петрозаводск, Карелия, 1975, стр.23-31), или смесь низкосортной и высокосортной шунгитовой породы измельчают до фракций гранулометрического состава менее 5 мкм ударно-центробежным способом, например с использованием бисерной мельницы. Процесс измельчения шунгита можно вести в условиях воздушной или инертной среды, а также с добавлением органических растворителей (например, ацетона) или воды. Ацетон наименее токсичен как растворитель, неограниченно растворим в воде, летуч и поэтому легко удаляется с поверхности шунгитовой породы. Для этого органический растворитель, например ацетон, загружают в мельницу с шунгитовой породой в объеме 15% от объема мельницы, шунгит засыпают в объеме 30% от объема мельницы, добавляют 30% мелющих тел (бисера) в количестве 30% от массы шунгита и осуществляют помол. Так, например, для приготовления 100 кг осветляющего состава на 100 кг шунгита группы III A используют 100 дм ацетона, 20,8 м воды и для перетирания породы 3,3 кг металлического бисера. Разрушение частиц шунгита в присутствии ацетона связано с движением, размножением и накоплением структурных дефектов (микротрещин) в объеме твердых частиц. Ацетон, попадая в область микротрещины, вследствие снижения им поверхностной энергии, облегчает развитие микротрещин в материале и способствует более высокой степени измельчения. После измельчения остатки ацетона удаляют при температуре 60°С в сушильных и(или) вакуумированных установках. После сушки образующиеся конгломераты должны быть диспергированы до порошкообразного состояния.

Ведение процесса измельчения в инертной среде в присутствии воды или органических растворителей, например ацетона, позволяет получать фракции шунгита с дисперсностью менее 2 мкм, обладающие более высокой адсорбционной активностью.

Для производства осветляющего состава на основе природного шунгита на территории Российской Федерации (Карелия) имеется большая сырьевая база.

Для изготовления упомянутого осветляющего состава требуются простые аппаратурные средства и значительно меньшие энергозатраты.

Осветляющий состав согласно предложенному способу вносят из расчета на 100 вес.% масла промышленного назначения в количестве 2-8 вес.%, тщательно перемешивают и выдерживают при температуре 90-99°С в течение 20-40 минут, а затем отфильтровывают для отделения от масла.

Примеры осуществления предложенного способа.

Пример 1.

Осветляющий состав на основе шунгита группы IIIA с гранулометрическим составом менее 5 мкм для осветления растительных масел получают вышеописанным способом. Данные об элементном составе приведены в табл.1. Сорбционные характеристики даны в табл.2

Табл.1
Элементный состав в примере 1ЭлементСONaMgAlSiSКTiMnFeвес.%22,3840,230,560,652,9728,730,941,340,130,231,84

Табл.2
Основные свойства осветляющего состава в примере 1ПараметрСорбент по примеру 1Насыпная плотность, г/см³0,35Истинная плотность, г/см³2,01Содержание влаги, см³/г8,2Содержание золы, %61,79Адсорбционная активность по метиленовому голубому, мг/г36,26Пористость по ацетону, см³/г^*)0,21Проскок, по толуолу, см³/г·сек^*)5,8Проскок, по этанолу, см³/г-сек^*)4,2Суммарный объем пор, см³/г1,43^*) - данные получены методами газовой хроматографии на хроматографе «Кристалл-2000» по проскоку соответственно ацетона, толуола и этанола.

Осветляющий состав вносят из расчета на 100 вес.% подсолнечного масла в количестве 2, 3, 5 и 7 вес.%, тщательно перемешивают и выдерживают при температуре 90°С в течение 40 минут, а затем отфильтровывают для отделения от масла. Основные свойства исходного образца подсолнечного масла и образцов, полученных после осветления приведены в табл.3.

Табл.3
Свойства осветленных и не осветленных образцов подсолнечного масла по примеру 1Наименование показателяИсходное масло1% Зикеевской землиКонцентрация внесенного отбеливающего состава по примеру 1, %2357Удельный вес, г/см³0,9180,9170,9170,9160,9150,915Показатель преломления1,47451,47381,47351,47321,47311,4731Цветность1577665Кислотное число, мг КОН2,52,42,22,12,12,0Маслопотери, %-1,53689

Пример 2.

Осветляющий состав на основе шунгита модификации IIIA с гранулометрическим составом менее 100 мкм получают путем измельчения породы вышеописанным способом по примеру 1 и подвергают дополнительному измельчению на ударно-центробежной мельнице в присутствии ацетона до гранулометрического состава менее 2 мкм описанным выше способом. Данные об элементном составе приведены в табл.4.

Табл.4
Элементный состав в примере 2ЭлементСONaMgAlSiSКСаFeCuвес.%25,5633,770,200,542,7631,491,551,770,131,930,29

Осветляющий состав по примеру 2 вносят из расчета на 100 вес.% подсолнечного масла в количестве 1 и 3 вес.%, тщательно перемешивают и выдерживают при температуре 98°С в течение 30 минут, а затем отфильтровывают для отделения от масла. Основные свойства исходного образца подсолнечного масла и образцов, полученных после осветления приведены в табл.5.

Табл.5
Свойства осветленных и не осветленных образцов подсолнечного масла по пример 2Наименование показателяИсходное масло1% Зикеевской землиКонцентрация внесенного отбеливающего состава по примеру 2, %13Удельный вес,
г/см³0,9180,9170,9170,916Показатель преломления1,47451,47381,47381,4733Цветность15776Кислотное число, мг КОН2,52,42,42,1Маслопотери, %-1,536

Использование предлагаемого изобретения позволяет исключить многие недостатки, присущие известным способам очистки, и повысить степень очистки масла, улучшая тем самым его качество.

Изобретение относится к масложировой и касается способов осветления растительного масла природным минеральным сорбентом, полученным на основе шунгита. Шунгитовая порода с содержанием углерода не менее 20% подвергается измельчению ударно-центробежным методом до гранулометрического состава менее 5 мкм. При осветлении растительного масла полученный состав смешивают с растительным маслом в соотношении от 2 до 8 вес.% осветляющего состава на 100 вес.% масла при температуре 90-99°С в течение 20-40 минут. Изобретение позволяет повысить степень очистки масла, улучшая тем самым его качество. 3 з.п. ф-лы, 5 табл.

1. Способ осветления растительного масла, включающий смешение его с осветляющим составом на основе адсорбента, нагрев смеси и фильтрацию, отличающийся тем, что в качестве адсорбента используют природный минерал шунгит с концентрацией углерода не менее 20%, осветляющий состав готовят путем измельчения шунгита до фракций гранулометрического состава менее 5 мкм, осветляющий состав смешивают с растительным маслом в соотношении 2-8 вес.% осветляющего состава на 100 вес.% масла, нагревают и выдерживают при температуре 90-99°С в течение 20-40 мин.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве адсорбента используют природный минерал шунгит группы IIIA.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс измельчения шунгита ведут с добавлением органических растворителей, например ацетона, или воды.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс измельчения шунгита ведут в условиях воздушной или инертной среды.