Совершенствование технологии щелочной рафинации прессового масла, получаемого из низкосортных семян хлопчатника

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается технология щелочной рафинации хлопковых масел, получаемых из низкосортных семян хлопчатника, и рекомендуется двухстадийная нейтрализация, где на первой стадии используют каустическую соду, а во второй – водный раствор силиката натрия. Внедрение двухстадийного способа щелочной рафинации масел, получаемых из низкосортных семян хлопчатника, способствует снижению потерь ценного масла, жмыха и др.

ABSTRACT

This article discusses the technology of alkaline refining of cottonseed oils obtained from low-grade cottonseeds and recommends a two-stage neutralization, where caustic soda is used in the first stage and sodium silicate is used in the second stage. The introduction of a two-stage method of alkaline refining of oils obtained from low-grade cotton seeds helps to reduce the loss of valuable oil, oilcake and others.

Ключевые слова: семена хлопчатника III–IV сортов, форпрессовое масло, полученное из низкосортных семян хлопчатника, госсипол, хлорофилл и их производные.

Keywords: cotton seeds of III-IV varieties, forpress oil obtained from low-grade cotton seeds, gossypol, chlorophyll and ich derivatives.

Введение. Рафинированное хлопковое масло является одним из основных видов масложировой продукции, выпускаемой на промышленных предприятиях АО «Узеғмойсаноат». Такое масло получают для пищевых и технических целей в зависимости от его назначения, наличия щелочных реагентов, рафинационного оборудования и др. [4, с. 256].

В общем виде схему производства рафинированного хлопкового масла однократным способом можно представить в следующем виде (рис. 1).

Рисунок 1. Схема однократной щелочной рафинации хлопкового масла:

х₁ – концентрация щелочного раствора (г/л); х₂ – избыток щелочи (%) и х₃ – температура экспозиции хлопьев соапстока; y₁ – кислотное число (мгКОН/г); y₂ – цветность (кр. ед. по Ловибонду); y₃ – содержание щелочи и мыла (%); y₄ – выход рафинированного масла (%)

По схеме, предоставленной на рис. 1, осуществляют рафинацию сырого хлопкового масла практически на всех заводах масложировой промышленность Узбекистана периодическим и непрерывным способами.

Недостатком данной технологии при переработке хлопковых семян III–IV сортов являются: низкие выходы рафинированного хлопкового масла; высокая цветность получаемого масла; присутствие остатков щелочи и мыла в рафинированном масле и многие другие. Решить данную проблему легким путем, заменой природы и содержания щелочного реагента, практически невозможно из-за значительного различия в показателях сырого масла.

Перспективным считается индивидуальное решение выше отмеченных проблем путем перехода от одной стадийной рафинации хлопкового масла к многостадийной.

На рис. 2 показана схема двухстадийной рафинации хлопкового масла эмульсионным методом:

Рисунок 2. Схема двукратной щелочной рафинации хлопкового масла:

х₈ – концентрация щелочного раствора (г/л) во второй стадии рафинации; х₉ – избыток щелочи (%) во второй стадии рафинации; y₅ – кислотное число масла (мгКОН/г) во второй стадии рафинации; y₆ – цветность масла (кр. ед. по Ловибонду) во второй стадии рафинации; y₇ – содержание щелочи и мыла (%) во второй стадии рафинации; y₈ – выход рафинированного масла (%) во второй стадии рафинации

Условия рафинации сырого хлопкового масла в первой стадии отличаются от второй главным образом природой и активностью щелочного реагента.

В сыром хлопковом масле основные компоненты взаимодействуют с щелочным реагентом по следующей схеме:

                                                   (1)

Механизм взаимодействия щелочного реагента с сопутствующим компонентами сырого хлопкового масла можно изобразить следующей схемой (рис. 3).

Рисунок 3. Схема образования эмульсии «масло – соапсток» и локализации дисперсной среды (масла) и фазы (вода + ПАВ)

Константы скоростей аналогично располагаются в следующем порядке убывания:

                                                    (2)

В ходе процессов рафинации хлопкового масла триацилглицериды (ТАГ), сводные жирные кислоты (СЖК), госсипол (ГОС) и фосфолипиды (ФОС) меняются по содержанию согласно требованиям стандарта [3, с. 322].

В первой стадии процесса щелочной рафинации хлопкового масла преследуются следующие цели:

– снижение кислотного числа масла до 0,5–0,8 мгКОН/г;

– максимальное удаление госсипола и его производных из масел путем получения госсиполатов натрия;

– максимальное снижение содержания фосфолипидных ПАВ в масле с целью уменьшения его эмульгирующей способности;

– увеличение выхода рафинированного масла в первой стадии рафинации.

Во второй стадии щелочной рафинации хлопкового масла преследуются следующие цели:

– снижение кислотного числа рафинированного масла до требований стандарта;

– снижение цветности масла по Ловибонду до 14–16 кр. ед. при 35 желтых;

– максимальное удаление щелочи и мыла из рафинированного хлопкового масла промывкой водой;

– увеличение выхода рафинированного масла за счет уменьшения его потерь.

Для достижения целей в первой стадии рафинации масла для снижения его кислотного числа необходимо использовать каустическую соду при концентрации 125 г/л и избытке 150%, для максимального удаления госсипола и фосфолипидных ПАВ нужно использовать микроволновое излучение при частоте 2450 мГц, мощности 600 Вт и времени обработки до 10 минут. Во второй стадии – гидроокись кальция при концентрации 75 г/л и избытке 100%. При этом для максимального удаления щелочи и мыла в рафинированном хлопковом масле дополнительно вводят до 1% лимонной (или яблочной) кислоты.

Результаты и обсуждение. Перевод одностадийной рафинации хлопкового масла, получаемого из семян III и IV сортов, и использование силиката натрия на второй стадии позволили значительно уменьшить потери триацилглицеридов в состава соапстока.

Сокращены безвозвратные потери форпрессового масла, снижена его цветность и повышен выход рафинированного хлопкового масла в 1,2–12,5 раза (в зависимости от качества исходного сырья).

Замена традиционной каустической соды на гидроокись кальция обосновывается увеличением выхода рафинированного хлопкового масла, а введение лимонной (или яблочной) кислоты – удалением щелочи и мыла из хлопкового масла после второй стадии его щелочной рафинации.

На рис. 4 подтверждаются преимущества гидроокиси кальция перед активной каустической содой и добавлением органических (лимонной, яблочной и т.п.) кислот в реакционную среду.

На рис. 4 представлены диаграммы изменения выхода рафинированного хлопкового масла в зависимости от природы используемого щелочного реагента.

Рисунок 4. Изменение выхода рафинированных хлопковых масел в зависимости от природы (каустическая сода с концентрацией 115 г/л и избытком в 150%); силикат натрия с концентрацией 120 г/л и избытком в 150%; гидроокись натрия с концентрацией 115 г/л и избытком в 150%

Из рис. 4 видно, что использование гидроокиси натрия по сравнению с традиционной каустической содой на 3–5% повышает выход рафинированного хлопкового масла. Промежуточное положение между каустической содой и гидроокисью занимает силикат натрия, который по природе относится к сложнокомплексным химическим соединениям [2, с. 116].

Как видно из рис. 4, наиболее эффективным реагентом для второй стадии щелочной рафинации хлопкового масла является гидроокись кальция, которая позволяет получать максимальный выход целевого продукта с требуемыми физико-химическими свойствами.

Перевод одностадийного процесса рафинации хлопкового масла на двухстадийный сокращает потери ценного масла, повышает его выход после данной обработки, обеспечивает соответствие показателей качества получаемого продукта требованиям стандарта [5, с. 98].

В табл. 1 представлены данные об условиях рафинации хлопковых масел и о показателях получаемых продуктов.

Таблица 1.

Условия и показатели рафинации хлопкового масла

Из табл. 1 видно, что после двухстадийной щелочной рафинации хлопкового масла с предлагаемыми изменениями его выход повышается на 3–4%, что значительно снижает потери масла в соапсток и его себестоимость.

Отбелка хлопкового масла, рафинированного щелочью, позволяет тонко и избирательно удалить из него вредные (госсипол, хлорофилл и их производные, продукты окисления ненасыщенных жирных кислот, остатки щелочи, мыла и др.) вещества. При этом в качества адсорбента используют активированные глины, угли или их композиции [3, с. 356].

Сегодня такие адсорбенты завозятся из-за рубежа, за валюту, что сильно повышает себестоимость отбеленного масла.

Учитывая это, изыскиваются местные глинистые (бентонит, палыгорскит, каолин, гидрослюда и т.п.) минералы, которые активируются различными (термическим, химическим, механохимическим и др.) методами в зависимости от их структуры и химического состава.

Выбор глины для производства адсорбента основывается на объеме запасов месторождения, условий его вывоза и транспортировки, влиянии производства на окружающую среду и др. Всем эти требованиям сегодня отвечает Навбахарское месторождение глинистых минералов, расположенное в Навоийской области Республики Узбекистан [1, с. 101].

Нами в лабораторных условиях произведена активация бентонита Навбахарского месторождения (нм) 20%-ной серной кислотой в течение 6 часов. После завершения и промывки глины до нейтральной реакции (рН = 7,0) его просушивали до влажности 7–8% и далее хранили в эксикаторе.

Отбелку хлопковых масел осуществляли в лабораторной установке в присутствии 2–6% активированного бентонита Навбахарского месторождения при 60–70 °С. Перемешивание фаз осуществляли при 150 об/мин.

Результаты анализов представлены в табл. 2.

Таблица 2.

Показатели отбелки форпрессового масел, полученных из семян хлопчатника III–IV сортов

Из табл. 2 видно, что с увеличением количества отбельной глины, т.е. бентонита Навбахарского месторождения, от 2,0 до 6,0% выход целевого продукта снижается от 98,1 до 93,4%. Введение 4,0% отбельной глины обеспечивает стандартные показатели рафинированного хлопкового масла, и поэтому при выходе 96,7% она может быть использована на практике при переработке семян хлопчатника III–IV сортов.

Выводы.

1. Установлено, что переход на двухстадийный способ щелочной рафинации хлопкового масла по сравнению с одностадийным позволяет увеличить выход целевого масла в 1,2–1,25 раза.
2. Понижена цветность рафинированного хлопкового масла за счет применения силиката натрия вместо традиционной каустической соды.
3. Показана эффективность двухстадийной рафинации форпрессового масла, полученного из семян хлопчатника III–IV сортов, при разработанных условиях.

Список литературы:
1. Комплексная очистка xлопковыx масел на угольныx и глинистыx адсорбентах / Д.С. Салиxанова, Г.Е. Пардаев, И.Д. Ешметов, А.А. Агзамxодяев. – Ташкент : Навруз, 2016, 160 с.
2. Лабораторный практикум по теxнологии переработки жиров // Н.С. Арутюнян [и др.]. – М. : Легкая пищевая промышленность, 1983. –216 с.
3. Руководство по методам исследования, теxнологическому контролю и учету производства в масложировой промышленности / под общ. ред. В.П. Rjexina [и др.]. – Л. :ВНИИ, 1967. Т. I. – 506 с.
4. Руководство по теxнологии и переработке растительныx масел и жиров / под общ. ред. А.Т. Сергеева. – Л. : ВНИИ, 1975. – Т. I. Кн. I. – 727 с.
5. Теxнология переработки жиров / под ред. Н.С. Арутюняна. –М. : Агропромиздат, 1985. – 368 с.