Сорбенты для очистки растительных масел

Пищевые растительные масла необходимо подвергать полному циклу рафинации с целью выведения вредных для организма веществ, улучшения товарного вида, повышения органолептических характеристик, а также обеспечения стойкости к окислению.

Для получения рафинированных растительных масел с низким цветным числом и длительным сроком хранения масла подвергаются отбелке, т.е. адсорбционной рафинации. 

В мировой практике этот вид адсорбционной рафинации получил широкое распространение, так как полученная продукция не только удовлетворяет потребительскому спросу, но и позволяет удалить из масла продукты окисления, свободные радикалы и другие канцерогенные примеси. Для такой очистки масел необходимо подбирать не только оптимальные режимы рафинации масел, а также использовать эффективные адсорбенты и отбельные земли [1].

Одним из приоритетных направлений развития современной технологии производства рафинированных растительных масел является создание новых дешевых и эффективных адсорбентов. Адсорбенты, используемые в настоящее время для очистки растительных масел на масложировых предприятиях, имеют высокую стоимость и не подвергаются регенерации. Поэтому, экономически целесообразно разработать способы и технологии получения довольно дешевых и недефицитных адсорбентов. Значительное уменьшение их стоимости достигается за счет использования как сырьё отходов производства.

Активированные угли получают из разнообразного углеродсодержащего сырья - древесины, каменного и бурого угля, торфа и т.п. В промышленном производстве активированных углей в качестве сырья чаще всего используются каменный уголь, скорлупа кокосовых орехов и древесина [2,3].

Растительные отходы ─ древесная стружка, овсяная, хлопковая, рисовая шелуха, кукурузные кочерыжки, ореховая скорлупа и прочие относятся к вторичным материальным ресурсам, которые не подлежат регенерации. По сравнению с другими видами сырья положительным является то, что их запасы постоянно пополняются за счет роста и развития растений.

Для получения активированного угля сырье подвергают карбонизации - обжигу при высокой температуре без доступа воздуха. Однако, полученный продукт для получения специфической структуры пор и улучшения адсорбционных свойств подвергают активации.

Активация углей может осуществляться посредством обработки водяным паром или специальными химическими реагентами. Активация водяным паром проводится при температуре 800 - 1000 °C в строго контролируемых условиях. При этом на поверхности пор происходит химическая реакция между водяным паром и углем, в результате чего образуется развитая структура пор и увеличивается внутренняя поверхность угля. С помощью такого процесса можно получать угли, обладающие различными адсорбционными свойствами.

Активированные угли имеют внутреннюю площадь поверхности до 1500 см² на один грамм и являются прекрасными адсорбентами. Однако, не вся эта площадь может быть доступна для адсорбции, поскольку крупные молекулы адсорбируемых веществ не могут проникать в поры малого размера.

Определяющее влияние на структуру пор активированных углей оказывают исходные материалы для их получения.

Целью данной работы было получение адсорбентов из рисовой лузги и исследование их адсорбционных возможностей.

Известно много способов получения адсорбентов из рисовой лузги. Основными химическими компонентами являются: целлюлоза –34-43%, гемицеллюзы – 4,5-37%, лигнин – 19-47% и экстрактивные вещества. Фибриллярное строение целлюлозы и лигнина имеет довольно развитую пористую структуру, они определяют механическую прочность сырья и являются весьма стойкими в химическом отношении веществами. Гемицеллюлозы представляют собой смеси полисахаридов (пентозанов и гексозанов), которые способны к гидролизу под воздействием кислот.

Для получения высокоактивного адсорбента из рисовой лузги сырьё обрабатывали перекисью водорода, подвергали обжигу и измельчали. После измельчения из нее удаляли кремний при помощи щелочного раствора, полученную массу промывали до нейтральной среды.

В полученную массу добавляли раствор алюмокальциевых квасцов, полученный адсорбент термически активировали без доступа кислорода в течении двух часов. Количество и концентрация используемого раствора алюмокальциевых квасцов менялось от 10 до 25% и от 10 до 45%, соответственно. Однако, с увеличением расхода реагента более 20% и концентрации более 40% эффективность сорбции уменьшается. Температура термической активации менялась от 400°С до 800°С

Данная технология позволяет получать адсорбенты имеющие высокую адсорбционную способность.

Одной из основных характеристик адсорбентов является их адсорбционная способность, которую определяли по отбелке хлопкового масла (табл.1)

Таблица 1.

Характеристика форпрессового хлопкового масла

Отбеливание масла проводили объемным методом при температуре 90˚С в течение часа. Навеска адсорбента составляла 1% от объема масла. В качестве контрольного показателя адсорбции определяли кислотное число (кислотного число) и цветность масла в соответствии с методиками [4].

Результаты показали, что значения кислотного число и цветность уменьшились по сравнению с исходным маслом. Причем изменение этих показателей зависит также от расхода алюмокальциевого раствора и температуры термической активации полученного адсорбента.

В первом эксперименте температура термической активации адсорбента составила 400°С, расход алюмокальциевого раствора менялся от 10 до 25%. Цветность масла составила 11,4 кр. ед. при 35 желт., при этом расход алюмокальциевого раствора составил 25%. Кислотное число снизилось до 0,31 мг КОН/г.

Во втором эксперименте температура термической активации адсорбента составила 500°С, расход алюмокальциевого раствора менялся от 10 до 25%.

Цветность масла составила 10,7 кр. ед. при 35 желт., расход алюмокальциевого раствора составил 25%. Кислотное число снизилось до 0,30 мг КОН/г.

В третьем эксперименте температура термической активации адсорбента составила 800°С, расход алюмокальциевого раствора менялся от 10 до 25%. Цветность масла составила 9,4 кр. ед. при 35 желт., расход алюмокальциевого раствора составил 25%. Кислотное число снизилось до 0,22 мг КОН/г (табл.2).

Таблица 2.

Качественные показатели адсорбционной очистки хлопкового масла

Проведенные исследования показали что отбеливающая способность адсорбентов, полученных из рисовой лузги, зависит от концентрации раствора алюмокальциевых квасцов, массы адсорбента, температуры термической активации. Из полученных данных видно, что 30%-ный алюмокальциевый раствор при расходе реагента 20-25% от массы адсорбента наиболее эффективно повышает активность адсорбента, чем другие концентрации. При термической активации повышение температуры (до 800°С) также оказывает положительное влияние на активность адсорбента. Однако усиливается степень обугливания и понижается выход готового адсорбента.