Механизм получения прессового высокогоссипольного хлопкового масла с использованием Свч-нагрева

Введение

Раскрытие новых функциональных свойств госсипола при лечении различных болезней значительно увеличило его потребность в фармацевтической промышленности.

В настоящее время основным сырьем для получения госсипола является хлопковое масло, добываемое прессовым и экстракционным способами. Причем первый способ позволяет значительно сохранить содержание свободного госсипола, а второй способствует получению в основном в виде его производных [2].

Из технологических операций наибольшее влияние на изменение вида госсипола оказывает процесс влаготепловой обработки мятки, где острый и глухой пар нагревает ее до 105 °С в присутствии водяного пара, обратного товара (поступающего из фузатанка) и др.

При существующей технологии конвективный способ нагрева мятки осуществляется неравномерно, т. е. когда температура на поверхности мятки равна 100 °С, внутри она доходит до 75-80 °С [8].

Следовательно, конвективный теплообмен имеет существенную инерционность, которая отрицательно сказывается на теплопередаче и сохранении нативности госсипола.

Известно, что госсипол имеет высокую реакционную способность, т. е. он может образовать ряд новых соединений (производных) с сопутствующими компонентами хлопковой мятки. К примеру, рассмотрим реакцию взаимодействия госсипола с фосфатидом [1]:

Как видно из данной схемы, во взаимодействие с госсиполом вступают фосфолипиды, содержащие в своем составе первичную аминогруппу – фосфатидилсерины и фосфатидилэтаноламины. Однозамещенные госсифосфолипиды, в которых сохранена свободная альдегидная группа, могут дальше взаимодействовать с фосфолипидами. Причем скорость реакции образования госсифосфолипидов зависит от концентрации реагентов, температуры, присутствия влаги, растворенного кислорода в жаровне и др.

В работе [1] отмечено, что при нагревании госсипола с фосфолипидами в присутствии воды образуются различные соединения, часть которых склонна к обратимым таутомерным превращениям при изменении рН-среды. При этом одни типы госсифосфолипидов не удаляются из масла под действием воды, другие, наоборот, под действием воды выводятся из масла, придавая эмульсии фосфолипидов интенсивную окраску.

Следует отметить, что реакция взаимодействия госсипола с фосфолипидами в присутствии воды имеет отличительный температурный порог при 105-110 °С, за пределом которого ее скорость резко возрастает. Реакция в масляной среде не имеет такого отчетливого порога; она с заметной скоростью начинается уже при 60 °С и с наибольшей скоростью проходит в интервале 80-120 °С. Причем процесс может проходить со значительной скоростью в атмосфере инертных газов [5].

Полученные научные результаты и их обсуждение

Как показывают многолетние наблюдения, госсифосфолипиды образуются в различных количествах в зависимости от температуры и времени воздействия тепла при жарении хлопковой мятки. Они сильно ухудшают процессы гидратации, щелочной рафинации и отбелки хлопкового масла, что отрицательно сказывается на его качестве.

Поэтому ведутся разработки по совершенствованию процессов жарения и прессования хлопковой мезги с целью минимизации образования госсифосфолипидов.

В этом направлении замена традиционного конвективного жарения на СВЧ- нагрев позволяет значительно сократить время теплового воздействия и температуру влаготепловой обработки хлопковой мятки, а также раскрыть маслосодержащие сферосомы и глобулы, имеющиеся в последнем.

В табл. 1 представлены сравнительные данные по качественным показателям прессовых хлопковых масел, полученных традиционным и СВЧ-нагревом мятки при условиях, установленных в регламенте.

Из табл. 1 видно, что по сравнению с традиционным способом влаготепловой обработки хлопковой мятки более эффективно использовать СВЧ- нагрев последнего т.к.

Таблица 1.

Показатели качества прессовых хлопковых масел, полученных традиционной и СВЧ-обработкой мятки

Основной целью данной технологии является максимальное извлечение госсипола из жмыха в прессовое масло. Как видно, по известной технологии влаготепловой обработки мятки в прессовое масло переходит 1,45% общего, в т. ч. 0,75% свободного госсипола, а при СВЧ-обработке в масло переходит 1,94% общего, в т. ч. 1,48% свободного госсипола.

При этом кислотное число масла, полученного по традиционной технологии, составляет 4,12 мг КОН/г, а по предлагаемой оно равно 2,83 мг КОН/г. Это можно объяснить тем, что при СВЧ-нагреве обработка хлопковой мятки производится за 10-15 минут, а по традиционной технологии – за 1 час. При сокращении времени влаготепловой обработки хлопковой мятки значительно уменьшается расщепление триацилглицеридов, за счет чего понижается кислотное число прессового масла. Так как в состав масла при СВЧ-обработке переходит больше общего госсипола (1,94%), то цветность прессового хлопкового масла, безусловно, будет высокой (60,2 кр. ед. при 35 желтых) по сравнению с маслом, полученным традиционным способом (50,4 кр. ед. при 35 желтых).

Нами изучено влияние мощности (W) и времени СВЧ-обработки хлопковой мятки на содержание общего и связанного госсипола в прессовом масле.

Анализ данных показателей осуществляли согласно утвержденным методикам [6; 7].

Результаты исследований представлены в табл. 2.

Таблица 2.

Изменение содержания общего и свободного госсипола в прессовых хлопковых маслах, полученных традиционным способом и СВЧ-обработкой

Из табл. 2 видно, что наиболее оптимальным временем СВЧ-обработки хлопковой мятки можно считать 15 минут. Дальнейшее продолжение (до 25 минут) СВЧ-обработки практически не изменяет содержание общего и свободного госсипола в прессовых маслах. При этом мощность СВЧ-нагрева целесообразно поддерживать при 600 Вт, т. к. при этом происходит максимальный переход госсипола в состав прессового хлопкового масла.

Такой «эффект», т. е. механизм положительного действия СВЧ-обработки хлопковой мятки, можно объяснить тем, что при объемном нагреве мятки масла, локализованные в нераскрытых сферосомах и отдельных глобулах, за счет испарения внутренней влаги раскрываются и переходят в твердый каркас, где локализованы госсиполовые железки. Известно, что госсипол и его железки хорошо растворяются в хлопковом масле и поэтому из мятки увеличивается выход как масла, так и сопутствующего ему госсипола. При традиционной влаготепловой обработке внутренняя структура хлопковой мятки не раскрывается полностью, т. е. имеются остатки неразрушенных сферосом и глобул, где содержатся масла. Недостаток масла во внутренней части мятки снижает растворимость и переход госсипола в состав получаемого масла.

Следует отметить, что по известной технологии, в частности при прессовании, практически не разрушаются целые сферосомы и глобулы, где локализованы извлекаемые масла, а госсиполовые железки из внутренней части мятки практически не растворяются полностью и не переходят в состав прессового масла [3].

Таким образом, мы можем сделать следующий вывод о том, что госсипол, хорошо растворимый в хлопковом масле, при традиционной технологии извлекается из мятки не полностью, т. к. во внутренней его части остаются неразрушенные сферосомы и глобулы, которые заполнены маслом. При СВЧ- излучении нагрев хлопковой мятки происходит равномерно, т. е. объемно, и при этом за счет внутренней влаги происходит «взрывное» раскрытие маслосодержащих сферосом и глобул, из которых вытекает масло и растворяет госсиполовые железки, содержащиеся во внутренней части хлопковой мятки.

Превышение температуры и времени влаготепловой обработки хлопковой мятки от установленных норм обуславливает связывание свободного госсипола с другими компонентами мятки, например, с фосфолипидами, что создает новые соединения, т. е. производные госсипола в виде госсифосфатидов.

Преимущество СВЧ-обработки последнего перед традиционным состоит в том, что время влаготеплового воздействия сокращается в 5-6 раза, кислотное число получаемого масла ниже на 2-2,5 мг КОН/г и, самое главное, содержание свободного госсипола в масле больше, чем в масле, полученном традиционным способом.