ФЕРМЕНТАТИВНОЕ ОБЕССМОЛИВАНИЕ Российский патент 2016 года по МПК C11B3/00 

Настоящее изобретение предлагает способ обработки растительных масел и/или животных жиров.

Уровень техники, к которой относится изобретение

Большинство неочищенных пищевых жиров и масел растительного и животного происхождения содержат примеси, которые должны быть удалены, прежде чем масло становится подходящим для потребления. Кроме того, жиры и масла для технического использования часто требуется очищать в некоторой степени, чтобы сделать их подходящими для заданной цели.

Удаление примесей можно обеспечивать, осуществляя процесс обессмоливания и/или фракционирование при охлаждении, причем эти два процесса можно объединять в один процесс, так называемый процесс холодного обессмоливания. Однако традиционный процесс холодного обессмоливания не всегда оказывается успешным, поскольку:

- эффективность разделения является относительно низкой вследствие повышения вязкости смолы при низких температурах;

- кристаллизация парафинов и рост кристаллов в некоторой степени ингибируются в присутствии смол.

Сущность изобретения

Соответственно, настоящее изобретение решает вышеупомянутые технические проблемы, предлагая новый пригодный для патентования способ. Таким образом, настоящее изобретение предлагает новый способ обработки растительных масел и/или животных жиров для уменьшения содержания примесей, таких как разнообразные фосфолипиды, т.е. смолы, парафины и/или тугоплавкие глицериды. Один аспект настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ, позволяющий эффективно и одновременно удалять фосфолипиды и тугоплавкие глицериды с помощью фосфолипазы. Другой аспект настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ использования процесса ферментативной реакции, поскольку прореагировавшая смола имеет меньшую вязкость и меньшую прочность эмульсии и в результате этого уменьшаются потери масла.

Основная цель процесса обессмоливания заключается в том, чтобы удалить фосфолипиды из масла. Для масла некоторых типов, такого как масло из семян подсолнечника, масло из рисовых отрубей, кукурузное масло, требуется процесс фракционирования при охлаждении, чтобы удалить тугоплавкие глицериды, избегая проблемы в случае использования масел при пониженной температуре или в последующем процессе.

Процесс ферментативного обессмоливания оказался эффективным для удаления смолы. В процессах обессмоливания фосфолипиды превращаются в лизофосфолипиды и свободные жирные кислоты (FFA). Лизофосфолипиды имеют значительно меньшую эмульгирующую способность и меньшую вязкость. Таким образом, предполагается, что разделение при пониженной температуре в процессе ферментативного обессмоливания осуществляется значительно лучше, чем в традиционном процессе.

С другой стороны, поскольку лизофосфолипиды растворяются в воде, предполагается, что большинство лизофосфолипидов будут оставаться в водной фазе в процессе кристаллизации парафинов и роста кристаллов таким образом, что в присутствии смолы ингибирование исчезает.

Вкратце, процесс холодного ферментативного обессмоливания обеспечивает возможность одновременного осуществления обессмоливания и депарафинизации, а также значительно сокращает потери нейтрального масла.

Новый способ обработки растительных масел и/или животных жиров согласно настоящему изобретению включает следующие стадии:

(i) нагревание растительных масел и/или животных жиров до температуры в интервале от приблизительно 20 до приблизительно 90°C, предпочтительно в интервале от приблизительно 40 до приблизительно 90°C;

(ii) предварительная обработка растительных масел и/или животных жиров кислотой в течение приблизительно одной минуты;

(iii) регулирование pH щелочным соединением в интервале от приблизительно 4 до приблизительно 8 при температуре, составляющей по меньшей мере 20°C, и предпочтительно при температуре, составляющей по меньшей мере 40°C, и получение водной смеси;

(iv) добавление ферментов в водную смесь;

(v) уменьшение температуры водной смеси до температуры кристаллизации тугоплавких глицеридов;

(vi) разделение водной смеси на водную фазу и содержащую обработанные растительные масла и/или обработанные животные жиры фазу; и

(vii) необязательная обработка содержащей обработанные растительные масла и/или обработанные животные жиры фазы горячей водой или адсорбентом на основе диоксида кремния.

На стадии (i) температуру растительных масел и/или животных жиров можно регулировать в интервале от приблизительно 60 до приблизительно 90°C.

На стадии предварительной обработки (ii) растительные масла и/или животные жиры можно обрабатывать кислотой в течение от приблизительно 1 до приблизительно 60 минут, предпочтительно от приблизительно 5 до приблизительно 60 минут, наиболее предпочтительно от приблизительно 20 до приблизительно 40 минут.

Значение pH на стадии (iii) можно регулировать щелочным соединением в интервале от приблизительно 4 до приблизительно 8 при температуре, составляющей предпочтительно от приблизительно 40 до приблизительно 60°C. Щелочное соединение на стадии (iii) выбирается из группы, которую составляют гидроксид натрия, гидроксид калия, силикат натрия, натрия карбонат, карбонат кальция и их сочетание, предпочтительно гидроксид натрия или гидроксид калия. Согласно настоящему изобретению перемешивание щелочного раствора на стадии (iii) можно продолжать в течение от приблизительно одной минуты до приблизительно 4 часов.

Температуру водной смеси на стадии (v) можно регулировать посредством скорости охлаждения и продолжительности выдерживания, чтобы оптимизировать кристаллизацию, причем предпочтительная скорость охлаждения находится в интервале от приблизительно 0,5°C/час до приблизительно 5°C/час, и продолжительность выдерживания находится в интервале приблизительно от 4 до 24 часов, предпочтительно от 6 до 12 часов.

Температуру водной смеси на стадии разделения (vi) можно регулировать, чтобы упростить разделение, предпочтительно температура находится в интервале от приблизительно 15 до приблизительно 50°C.

Фермент на стадии обработки (iv) может представлять собой фермент фосфолипазу, предпочтительно один или несколько ферментов типа фосфолипазы A, или один или несколько ферментов типа фосфолипазы C, или их сочетание.

Кислота, используемая на стадии (ii), выбирается из группы, которую составляют фосфорная кислота, уксусная кислота, лимонная кислота, винная кислота, янтарная кислота и их смесь, предпочтительно выбирается фосфорная кислота или лимонная кислота.

Следующие аспекты и варианты осуществления настоящего изобретения определяют зависимые пункты формулы изобретения. Настоящее изобретение будет подробно проиллюстрировано в примерах, которые предназначаются для цели разъяснения настоящего изобретения и не ограничивают его объем. Если не определены другие условия, приведенные в примерах и таблицах процентные доли означают массовые процентные доли.

Пример 1

В данном эксперименте использовали следующее оборудование: масляная ванна, колбы Эрленмейера (Erlenmeyer) объемом 500 мл, магнитная мешалка с нагревателем и терморегулятором, универсальный гомогенизатор Ultra Turrax, лабораторная центрифуга. Содержание свободных жирных кислот (FFA) анализировали способом согласно стандарту Ca 5a-40 Американского общества специалистов в области химии жиров (AOCS), влагосодержание анализировали способом согласно стандарту AOCS Ca 2b-38 и содержание фосфора анализировали способом согласно стандарту DIN EN 14107.

Были использованы следующие материалы:

1. Моногидрат лимонной кислоты

2. Сухой гидроксид натрия

3. Фермент Lecitase Ultra®, т.е. фермент фосфолипаза A

4. Вода

Неочищенное масло семян подсолнечника нагревали в печи до 70°C, обеспечивая полное плавление всех кристаллов парафинов и их растворение в масле. Были использованы две колбы Эрленмейера A и B объемом 500 мл, одна (A) для обычного глубокого ферментативного обессмоливания и другая (B) для холодного глубокого ферментативного обессмоливания. В каждую колбу Эрленмейера помещали по 250 г масла и колбы помещали в масляную ванну при 55°C. В течение всей реакции масло в колбах перемешивали магнитной мешалкой при скорости, составляющей приблизительно 350 об/мин.

Раствор лимонной кислоты (5 мл) изготавливали, растворяя 1,78 г моногидрата лимонной кислоты в дистиллированной воде. Раствор гидроксида натрия (5 мл) изготавливали, растворяя 0,5075 г гранулированного гидроксида натрия в дистиллированной воде.

В каждую колбу добавляли по 0,5 мл раствора лимонной кислоты и смесь перемешивали, используя универсальный гомогенизатор Ultra Turrax при высокой скорости, составляющей приблизительно 24000 об/мин, в течение 14 минут. Через 1 час добавляли по 0,5 мл раствора NaOH и смеси перемешивали, используя универсальный гомогенизатор Ultra Turrax, в течение 14 минут. В каждую колбу добавляли по 0,012 мл фермента вместе с водой, доводя суммарный объем каждого образца до 6 мл, и перемешивание продолжали в течение 14 дополнительных минут.

Через 3 часа ферментативной обработки масляную ванну для колбы A нагревали до 80°C, чтобы инактивировать фермент; при этом колбу B вместе с магнитной мешалкой перемещали в холодильник (7-8°C) и перемешивание продолжали при скорости, составляющей приблизительно 40 об/мин, в течение ночи.

Через 4 часа выдерживания при 80°C масло из колбы A центрифугировали в течение 5 минут при 2000-кратном ускорении свободного падения (19620 м/с²). Анализировали содержание влаги, свободных жирных кислот и фосфора в легкой фазе (масляной фазе).

После перемешивания в течение ночи в холодильнике колбу B и магнитную мешалку извлекали из холодильника и перемешивание продолжали при комнатной температуре (приблизительно 22°C) в течение приблизительно 15 минут. Масло из колбы B центрифугировали в течение 5 минут при 2000-кратном ускорении свободного падения (19620 м/с²) и анализировали содержание влаги, свободных жирных кислот и фосфора в легкой фазе.

Содержание остаточного фосфора в обессмоленном масле составляло лишь приблизительно 1 ч./млн, что доказывает полное обессмоливание обоих образцов.

Таблица 1 Анализ Неочищенное масло Образец A Образец В Кислотное число [мг KOH/г] 0,84 0,85 0,82 Влагосодержание [мг/кг] 947 1342 669 Фосфор [мг/кг] 265 0,9 1,1

С другой стороны, было обнаружено некоторое удаление парафинов вместе со смолой из масла в процессе холодного глубокого ферментативного обессмоливания образца (B) после разделения с помощью центрифуги. Однако в данном эксперименте количество парафинов не анализировали.

Вывод: масло семян подсолнечника успешно подвергается обессмоливанию в процессе холодного ферментативного обессмоливания. Даже несмотря на то, что температура разделения является значительно ниже, чем в обычном процессе обессмоливания, содержание остаточного фосфора в подвергнутом холодному ферментативному обессмоливанию масле находится на таком же уровне, как в обычном обессмоленном масле.

Пример 2

Процесс, описанный в примере 1, повторяли, используя другую партию подсолнечного масла, которая представляла собой смесь неочищенного подсолнечного масла и обессмоленного водой подсолнечного масла. Она содержала 177 ч./млн фосфора и по меньшей мере 1000 ч./млн парафинов. Результаты обработки двух образцов (обычное глубокое ферментативное обессмоливание (A) и холодное глубокое ферментативное обессмоливание (B)) кратко представлены ниже в таблице 2.

Таблица 2 Анализ Неочищенное масло Образец A Образец В Кислотное число [мг KOH/г] 2,10 2,19 2,21 Фосфор [мг/кг] 177 8 10 Парафины [мг/кг] 1000* 1000* 152 * Прибор может анализировать парафины только при их содержании до 1000 ч./млн

Вывод: подсолнечное масло успешно подвергается обессмоливанию и депарафинизации в процессе холодного ферментативного обессмоливания. Содержание остаточных парафинов в обессмоленном масле составляет менее чем 15% их содержания в исходном масле.

Изобретение относится к масложировой промышленности. Способ обработки растительных масел и/или животных жиров включает: нагревание масла и/или жира до температуры 20-90 ^оС, предварительную обработку масла и/или жира кислотой в течение 1 минуты, регулирование рН щелочным соединением в интервале 4-8 при температуре по меньшей мере 20 ^оС, и получение водной смеси, добавление ферментов в водной смеси, уменьшение температуры водной смеси до температуры кристаллизации тугоплавких глицеридов, разделение водной смеси на водную фазу и содержащую обработанные растительные масла и/или обработанные животные жиры фазу. Изобретение позволяет осуществить одновременные обессмоливание (с использованием ферментов) и депарафинизацию (кристаллизацию тугоплавких глицеридов), что позволяет осуществлять процессы при пониженных температурах. 12 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.

1. Способ обработки растительных масел и/или животных жиров, включающий следующие стадии
(i) нагревание растительных масел и/или животных жиров до температуры в интервале от приблизительно 20 до приблизительно 90°C;
(ii) предварительная обработка растительных масел и/или животных жиров кислотой в течение приблизительно одной минуты;
(iii) регулирование pH щелочным соединением в интервале от приблизительно 4 до приблизительно 8 при температуре, составляющей по меньшей мере 20°C, и получение водной смеси;
(iv) добавление ферментов в водную смесь;
(v) уменьшение температуры водной смеси до температуры кристаллизации тугоплавких глицеридов;
(vi) разделение водной смеси на водную фазу и содержащую обработанные растительные масла и/или обработанные животные жиры фазу; и
(vii) необязательная обработка содержащей обработанные растительные масла и/или обработанные животные жиры фазы горячей водой или адсорбентом на основе диоксида кремния.

2. Способ по п. 1, в котором температура на стадии (i) регулируется в интервале от приблизительно 40 до приблизительно 90°C.

3. Способ по любому одному из пп. 1 или 2, в котором на стадии предварительной обработки (ii) растительные масла и/или животные жиры обрабатывают кислотой от приблизительно одной минуты до приблизительно 60 минут, предпочтительно от приблизительно 5 до приблизительно 60 минут и наиболее предпочтительно от приблизительно 20 до приблизительно 40 минут.

4. Способ по любому одному из пп. 1 или 2, в котором pH на стадии (iii) регулируется щелочным соединением в интервале от приблизительно 4 до приблизительно 8 при температуре, составляющей от приблизительно 40 до приблизительно 60°C.

5. Способ по любому одному из пп. 1 или 2, в котором температура водной смеси на стадии (v) регулируется посредством скорости охлаждения и продолжительности выдерживания, чтобы оптимизировать кристаллизацию, причем предпочтительная скорость охлаждения находится в интервале от приблизительно 0,5°C/час до приблизительно 5°C/час, а продолжительность выдерживания находится в интервале приблизительно от 4 до 24 часов и предпочтительно от 6 до 12 часов.

6. Способ по любому одному из пп. 1 или 2, в котором температура водной смеси на стадии разделения (vi) регулируется, чтобы упростить разделение.

7. Способ по любому одному из пп. 1 или 2, в котором температура водной смеси на стадии разделения (vi) регулируется, чтобы упростить разделение, а предпочтительная температура находится в интервале от приблизительно 15 до приблизительно 50°C.

8. Способ по любому одному из пп. 1 или 2, в котором фермент на стадии обработки (iv) представляет собой фермент фосфолипазу, предпочтительно фермент фосфолипазу A или фермент фосфолипазу C или их сочетание.

9. Способ по любому одному из пп. 1 или 2, в котором кислота на стадии (ii) выбирается из группы, которую составляют фосфорная кислота, уксусная кислота, лимонная кислота, винная кислота, янтарная кислота и их сочетания, предпочтительно фосфорная кислота или лимонная кислота.

10. Способ по любому одному из пп. 1 или 2, в котором температура на стадии (i) регулируется в интервале от приблизительно 60 до приблизительно 90°C.

11. Способ по любому одному из пп. 1 или 2, в котором перемешивание фермента на стадии (iv) продолжается в течение от приблизительно одной минуты до приблизительно 6 часов.

12. Способ по любому одному из п.п. 1 или 2, в котором перемешивание щелочного раствора на стадии (iii) продолжается в течение от приблизительно одной минуты до приблизительно 4 часов.

13. Способ по любому одному из пп. 1 или 2, в котором щелочное соединение на стадии (iii) выбирается из группы, которую составляют гидроксид натрия, гидроксид калия, силикат натрия, карбонат натрия, карбонат кальция и их сочетания, предпочтительно гидроксид натрия или гидроксид калия.