СПОСОБ ОТБЕЛКИ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ Российский патент 2010 года по МПК C11B3/10 

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к масложировой отрасли, и может быть использовано при очистке растительных масел, а именно при его отбелке.

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 диглицериды, красящие вещества, а также продукты гидролиза - свободные жирные кислоты и др.

В настоящее время технология рафинации растительных масел в отечественной и зарубежной практике реализуется путем удаления из масел сопутствующих 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), то есть отбелки растительных масел, применяются твердые адсорбенты (адсорбционная очистка). Выведение восков осуществляют посредством вымораживания. При рафинации масел большую проблему представляет именно стадия выведения пигментов.

Известен способ отбеливания хлорофиллсодержащих растительных масел (SU 1507781 от 15.09.1989), в котором масло обрабатывают смесью адсорбентов, одним из которых является активированный уголь.

Наиболее близким аналогом является способ отбелки хлопкового масла, раскрытый в SU 1640149 от 07.04.1991. Способ подразумевает смешивание масла с адсорбентом - бентопорошком, нагрев смеси и фильтрацию. Техническим результатом наиболее близкого аналога является повышение качества масла за счет снижения цветности.

Недостатком данного способа является недостаточное выведение хлорофиллов.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности отбелки растительных масел, за счет эффективного выведения пигментов.

Для достижения указанного технического результата способ отбелки растительных масел включает введение в растительное масло адсорбента, причем в качестве адсорбента используют экстракт на основе гуминовых веществ торфа, который получают путем смешивания препарата, полученного из гуминовых веществ низинного торфа со степенью разложения 30-35% с водным раствором аммиака концентрацией 1,2-1,5% при соотношении компонентов 1:3,5-4 и термообработкой полученной смеси при температуре t=130-150°С в течение 3-5 часов с последующей экстракцией целевого продукта водой при температуре t=80-90°С, при массовом соотношении торфяная масса и вода 1:3, с последующим отделением готового экстракта, причем готовый экстракт вводят в количестве от 0,001 до 5% к массе растительного масла.

Торф является источником гуминовых веществ (ГВ). ГВ являются продуктом стохастического синтеза, что обуславливает нестехиометричость их состава и нерегулярную гетерогенную структуру.

ГВ представляют собой высокомолекулярные, склонные к ассоциации полидисперсные, полифункциональные природные лиганды с интенсивной темно-бурой или красновато-бурой окраской. ГВ подразделяют на три составляющие: гумин - неизвлекаемый остаток, нерастворимый во всем диапазоне рН; гуминовые кислоты - фракция, растворимая при рН>2; фульвокислоты - фракция, растворимая во всем диапазоне рН.

Основными блоками в молекулах гуминовых и фульвокислот являются фрагменты растительных остатков. Их химический состав чрезвычайно разнообразен; основу составляют такие соединения, как липиды, белки и углеводы, арены (флавоноиды, таннины, лигнин), различные пигменты, азотсодержащие соединения. Существование многообразия структурных фрагментов не означает, что все они непременно входят в состав каждой из единичных молекул ГК. Основными элементами ГК являются углерод, водород, кислород, азот, в небольших количествах присутствуют также сера и фосфор. Сохраняются довольно хорошо очерченные пределы содержания отдельных элементов в группах гуминовых и фульвокислот. С этих позиций элементный состав может использоваться как достаточно надежный диагностический признак, хотя и недостаточный для точной идентификации.

Любые ГВ содержат большой набор функциональных групп. Их молекулы содержат карбоксильные группы -СООН, фенольные -ОН, хинонные =С=O, аминогруппы -NH₂ и др. Их количество, во-первых, велико, во-вторых, они распределены неравномерно по молекулам различного размера, и даже молекулы одного размера могут различаться по содержанию функциональных групп. Более того, молекулы ГВ различаются по количеству входящих в их состав остатков аминокислот (всего их 17-20), по количеству углеводных остатков и характеру их расположения.

Таким образом, можно заключить, что возможно представить лишь гипотетический фрагмент препарата на основе гуминовых веществ, дающий возможность составить некоторое мнение о строении молекулы. Для их идентификации оказались непригодными многие классические приемы, поэтому до сих пор опираться следует на способы выделения препаратов на основе гуминовых веществ.

Гуминовые вещества - редокс-полимеры - характеризуются ярко выраженными восстановительными свойствами. В лабораторных исследованиях показано, что ГВ восстанавливают ионы металлов (V⁵⁺→V⁴⁺, Hg²⁺→Hg°, Fe³⁺→Fe²⁺, Cr⁶⁺→Cr³⁺

и U⁶⁺→U⁴⁺). Область потенциала восстановления ГВ (по сравнению со стандартным водородным электродом) находится в интервале от 0,5 до 0,7 В. Углеводы (например, пентозы, гексозы, аминосахара и др.), входящие в состав ГВ, обусловливают восстанавливающие свойства специфических соединений. При комплексообразовании металлов с ГВ происходит превращение карбоксильных групп в сложный эфир, последний и восстанавливает металлы при их поглощении. Кроме того, ГВ могут катализировать фотовосстановление трехвалентного железа в двухвалентное, что снижает его активность.

Несмотря на то, что торф является сырьем для производства активированных углей, сами гуминовые вещества в целях отбеливания масла не применялись.

Все, сказанное выше, позволяет позиционировать препарат на основе гуминовых веществ торфа со степенью разложения 30-35% как препарат с выраженной адсорбционной активностью, который можно использовать при отбеливании растительных масел. Наиболее значительно это проявляется при отбеливании труднорафинируемых масел.

Препарат на основе гуминовых веществ низинного торфа со степенью разложения 30-35% получают способами, указанными ниже. Для отбелки масла применяют препарат в форме экстракта из него.

Твердый препарат получают гранулированием низинного торфа из месторождения пос. Мисково со степенью разложения 30-35% и последующей термообработкой при температуре t=110-120°С в течение 2-3 часов.

Гранулирование применяется с целью придания частицам массы продукта единообразной формы и усреднения размеров частиц, что облегчит технологическое применение препарата и его транспортировку. Поэтому режимы гранулирования могут быть любыми, принятыми в технике, для данного типа сырья, однако температура не должна превышать 100°С. Следует заметить, что влажность сырья соответствует влажности сырья из соответствующего месторождения и связующие вещества при гранулировании не применяются, поскольку гуминовые вещества в нем не нуждаются.

Экстракт на основе гуминовых веществ торфа получают путем смешения гранулированного низинного торфа со степенью разложения 30-35% с водным раствором аммиака концентрацией 1,2-1,5% при соотношении компонентов 1:3,5-4 и термообработкой полученной смеси при температуре t=130-150°С в течение 3-5 часов с последующей экстракцией целевого продукта водой при температуре t=80-90°С и соотношении полученной смеси и воды, равном 1:3. После экстракции водная фракция легко отделяется любым способом.

Режимы получения препарата и экстракции гуминовых веществ из препарата, указанные выше, являются целесообразными и наиболее предпочтительными, при других режимах технический результат также будет достигаться, но с меньшей эффективностью.

Традиционно отбеливание (адсорбционную рафинацию) проводят после нейтрализации масла, если таковая стадия предусмотрена технологически, путем введения адсорбента в масло. Способ предусматривает введение адсорбента в растительное масло после нейтрализации масла, экспозицию смеси адсорбента с растительным маслом и отделение адсорбента от растительного масла, смешивание адсорбента с растительным маслом и экспозицию смеси осуществляют в течение 1-16 часов при температуре до 100°С, затем осуществляют отделение отработанного адсорбента фильтрованием.

Известно, что большую проблему при рафинации труднорафинируемых масел представляет стадия выведения пигментов. Поэтому степень выведения пигментов может служить хорошим индикатором эффективности рафинации. Контроль эффективности способа осуществляли посредством спектрофотометрических испытаний при проведении пробной отбелки масел в лабораторных условиях. Эффективность адсорбента определяли изменением оптической плотности масла после обработки адсорбентом с учетом характерных пигментам спектров поглощения.

Сущность изобретения поясняется следующими примерами. Отбеливание проводили при температуре 100°С, поскольку данная температура наиболее удобна для испытаний, однако проведение производственных испытаний показало, что применять адсорбент можно при температурах 100-260°С.

Пример 1. Кунжутное масло имеет темный, а в толстом слое черный цвет из-за высокого содержания пигментов - каротиноидов и хлорофиллов. Каротиноиды подразделяют на углеводородные соединения, называемые каротинами, и кислородосодержащие производные, называемые ксантофиллами. Спектр поглощения каротинов лежит в области 360-540 нм, для исследований взяли 395 нм. Хлорофилл представляет собой зеленый пигмент, состоит из смеси двух близких по составу и строению веществ: сине-зеленого хлорофилла А, и желто-зеленого хлорофилла В, для исследований взяли 670 нм.

Готовили экстракт на основе гуминовых веществ торфа (адсорбент) путем смешения гранулированного низинного торфа со степенью разложения 30% с водным раствором аммиака концентрацией 1,2% при соотношении компонентов 1:3,5 и термообработкой полученной смеси при температуре t=130°С в течение 3 часов с последующей экстракцией целевого продукта водой при температуре t=80°С и соотношении полученной смеси и воды, равном 1:3.

Нейтрализованное кунжутное масло с оптической плотностью 1,1 при длине волны 395 нм и 0,3 при длине волны 670 нм, что соответствует каротиноидам и хлорофиллам соответственно, и цветным числом 100 смешивают с 0,001% предварительно приготовленного адсорбента, при давлении 3 мм рт.ст. в течение 180 минут. Затем адсорбент отделяют от масла фильтрованием.

Отбеленное согласно способу масло имеет следующие показатели: оптическая плотность при длине волны 395 нм - 0,37, оптическая плотность при длине волны 670 нм - 0,05, цветное число - 12.

Пример 2. Готовили экстракт на основе гуминовых веществ торфа (адсорбент) путем смешения гранулированного низинного торфа со степенью разложения 35% с водным раствором аммиака концентрацией 1,5% при соотношении компонентов 1:4 и термообработкой полученной смеси при температуре t=150°С в течение 5 часов с последующей экстракцией целевого продукта водой при температуре t=90°С и соотношении полученной смеси и воды, равном 1:3. Нейтрализованное кунжутное масло с показателями, соответствующими примеру 1, смешивают с 0,1% адсорбента, при давлении 3 мм рт.ст. в течение 100 минут. Затем адсорбент отделяют от масла фильтрованием. Отбеленное согласно способу масло имеет следующие показатели: оптическая плотность при длине волны 395 нм - 0,35, оптическая плотность при длине волны 670 нм - 0,06 и цветное число 13.

Пример 3. Готовили экстракт на основе гуминовых веществ торфа (адсорбент) путем смешения гранулированного низинного торфа со степенью разложения 30% с водным раствором аммиака концентрацией 1,3% при соотношении компонентов 1:4 и термообработкой полученной смеси при температуре t=130°С в течение 3 часов с последующей экстракцией целевого продукта водой при температуре t=90°С и соотношении полученной смеси и воды, равном 1:3. Нейтрализованное горчичное масло с оптической плотностью 1,95 при длине волны 395 нм и 0,4 при длине волны 670 нм и цветным числом 84 смешивают с 5% адсорбента, при давлении 3 мм рт.ст. в течение 40 минут. Затем адсорбент отделяют от масла фильтрованием. После отбеливания масло имеет следующие показатели: оптическая плотность при длине волны 395 нм - 0,85, оптическая плотность при длине волны 670 нм - 0,11 и цветное число - 7.

Пример 4. Нейтрализованное подсолнечное масло с оптической плотностью 0,8 при длине волны 395 нм и 0,28 при длине волны 670 нм и цветным числом 14 смешивают с 5% адсорбента, полученного по примеру 3 при давлении 3 мм рт.ст. в течение 40 минут. Затем адсорбент отделяют от масла фильтрованием. После отбеливания масло имеет следующие показатели: оптическая плотность при длине волны 395 нм - 0,35, оптическая плотность при длине волны 670 нм - 0,03 и цветное число - 3.

Пример 5 (контрольный). Нейтрализованное горчичное масло с указанными в примере 3 показателями подвергли адсорбционной рафинации, где в качестве адсорбента использовали отбельную землю Tonsil. После отбеливания масло имеет следующие показатели: оптическая плотность при длине волны 395 нм - 0,7, оптическая плотность при длине волны 670 нм - 0,2, цветное число - 13.

Таким образом, адсорбционная очистка масла заявленным способом позволяет повысить эффективность отбелки растительных масел за счет удаления до необходимого уровня хлорофиллов, уменьшить кислотность рафинированного отбеленного масла.

Для проверки эффективности адсорбент применяли вместе с другими традиционными отбельными землями, в частности, при отбеливании горчичного масла смесью адсорбентов в количестве 2% к массе масла отбельной земли и 2% к массе масла адсорбента на основе гуминовых веществ оптическая плотность при длине волны 395 нм составила 0,65, а оптическая плотность при длине волны 670 нм составила 0,11, что подтверждает эффективность адсорбента на основе гуминовых веществ в качестве адсорбента для выведения пигментов, особенно хлорофиллов. Следует отметить, что два адсорбента не препятствовали друг другу.

В результате исследований было открыто, что адсорбент на основе гуминовых веществ торфа превосходит традиционные активированные отбельные земли в среднем на 15% по маслоемкости и на 60% по фильтруемости. Кроме пигментов заявленный адсорбент от 15% до 50% эффективнее выводит комплексы металлов (железо, медь), что также снижает цветность, а также тяжелые металлы, что повышает безопасность растительного масла.

Загрузка адсорбента в заявляемых пределах выбирается исходя из качественных показателей исходного рафинированного сырья и в зависимости от желаемого результата. Экспериментально было установлено, что вводить более 5% не целесообразно, так как эффективность отбеливания растительного масла свыше указанного предела резко снижается.

Данным способом можно проводить отбеливание, помимо рассмотренного в примерах рафинированного растительного масла, и других растительных масел, содержащих пигменты группы хлорофиллов.

Изобретение относится к масложировой промышленности. Способ отбелки растительных масел включает введение в растительное масло адсорбента. В качестве адсорбента используют экстракт на основе гуминовых веществ торфа, который получают путем смешивания препарата, полученного гранулированием низинного торфа из месторождения пос. Мисково со степенью разложения 30-35% и последующей термообработкой при температуре t=110-120°C в течение 2-3 часов, с водным раствором аммиака концентрацией 1,2-1,5% при соотношении компонентов 1:3,5-4 и термообработкой полученной смеси при температуре t=130-150°C в течение 3-5 часов с последующей экстракцией целевого продукта водой при температуре t=80-90°C, при массовом соотношении торфяная масса и вода 1:3, с последующим отделением готового экстракта, причем готовый экстракт вводят в количестве от 0,001 до 5% к массе растительного масла. Изобретение позволяет повысить эффективность отбеливания растительного масла.

Способ отбелки растительных масел, включающий введение в растительное масло адсорбента, отличающийся тем, что в качестве адсорбента используют экстракт на основе гуминовых веществ торфа, который получают путем смешивания препарата, полученного гранулированием низинного торфа из месторождения пос. Мисково со степенью разложения 30-35% и последующей термообработкой при температуре t=110-120°С в течение 2-3 ч, с водным раствором аммиака концентрацией 1,2-1,5% при соотношении компонентов 1:3,5-4 и термообработкой полученной смеси при температуре t=130-150°C в течение 3-5 ч с последующей экстракцией целевого продукта водой при температуре t=80-90°C, при массовом соотношении торфяная масса и вода 1:3, с последующим отделением готового экстракта, причем готовый экстракт вводят в количестве от 0,001 до 5% к массе растительного масла.