Теоретические основы адсорбционной рафинации жиров

Методов рафинации жиров

Характеристика и технология физико-химических

К физико-химическим методам рафинации относятся: адсорб­ционная рафинация (отбеливание) жиров твердыми сорбен­тами; дезодорация и дистилляционная (безщелочная) нейтрализация жиров.

Как указывалось ранее в растительных жирах содержатся различные красящие вещества (пигменты), к числу которых от­носятся хлорофиллы, каротиноиды, госсипол, госсифосфолипиды и др.

Адсорбционная рафинация, или отбеливание, жиров явля­ется важным этапом подготовки растительных масел к процессу гидрогенизации.

Адсорбцией называется процесс поглощения растворенных веществ, газов и паров какими-либо твердыми или жидкостями. При адсорбции не имеют места какие-либо химические реакции; адсорбируемые вещество поглощается поверхностью твердого тела, или, если обработка ведется жидкостью, оседает на границе раздела жидкость – жидкость или жидкость – газ.

Основной целью адсорбционной рафинации является обес­цвечивание нейтрализованных, промытых и высушенных жиров, т. е. удаление из них пигментов. Процесс отбеливания жиров природными сорбентами, к которым относятся бентонитовые глины, диатомиты, опоки, трепела, туфы и другие полезные ис­копаемые, обладающие высокими адсорбционными свойствами, обеспечивают удаление из жиров красящих коллоидно-раство­римых веществ, свободных жирных кислот и др.

Вместе с тем при адсорбционной рафинации удаляются из нейтрализованных жиров фосфолипиды. слизи, белки, остаточное. количество мыла. Содержание этих примесей в жирах отрица­тельно влияет на эффективность осветления жиров, так как они блокируют активную поверхность твердых сорбентов, сни­жая их адсорбционную способность. Поэтому, прежде чем жиры направлять на адсорбционную рафинацию, они подвергаются гидратации, нейтрализации, промывке и сушке. Не во всех случаях требуется отбелка; например, растительные масла, используемые для приготовления салатов, не нуждаются в про­цессе отбелки.

Для адсорбционной рафинации применяются отбеливающие глины (сорбенты), к которым предъявляются следующие тре­бования:

1. Сорбент должен обладать высокой адсорбционной актив­ностью и низкой маслоемкостью (количество масла, поглощае­мое сорбентом и выраженное в % от массы сорбента).

2. Сорбент должен поглощать (адсорбировать) возможно большее количество примесей, т. е. иметь большую адсорбци­онную емкость.

3. Сорбент должен быть химически индифферентным по от­ношению к маслу, т. е. не вызывать в нем никаких химических превращений, например окисления, полимеризации, разложе­ния, повышения кислотности и т. д. Не сообщать маслу посто­роннего вкуса и запаха.

4. Сорбент должен легко отделяться от масла.

Рафинированные масла, предназначенные для гидрирования и использования при получении маргариновой продукции, обя­зательно подвергаются обесцвечиванию. Процесс отбелки ма­сел рекомендуется проводить до их гидрирования.

В зависимости от содержания в природном сорбенте того
или иного минерала (монтмориллонита, каолинита, галлуазита,
бейделита и др.) определяется его тип.

При адсорбционной рафинации растительных масел в ос­новном применяются активные отбельные глины и реже актив­ные угли марки А, Б и В. Но применение их на практике свя­зано с некоторыми сложностями. Например, масло, отбеленное активным углем, сравнительно трудно фильтруется, кроме того, мелкодисперсные частицы угля проскакивают сквозь поры фильтрующей ткани и, наконец, осадок с фильтров пока не находит полного применения. В основном для этой цели исполь­зуются природные бентонитовые глины (алюмосиликаты), в со­ставе которых содержится от 4 до 10% щелочных и щелочно­земельных металлов. Основными компонентами этих глин яв­ляются минералы монтмориллонит и бейделит.

Формула бентонитовых отбельных порошков в общем виде имеет вид Al₂O₃ n SiO₂. Молекулярное соотношение А1₂Оз: SiO₂ колеблется в пределах 1:2 – 1:4. Название «бентонитовые глины» происходит от месторождения Бентон (США), гумбрин от месторождения Гумбри (Грузия), минерал монт­мориллонит, содержащийся в бентонитовых глинах, получил на­звание от французского г. Монтмориллон, где он обнаружен.

При сернокислой активации глин происходит удаление оки­слов алюминия, щелочных и щелочноземельных металлов и за­мещение их в диффузионном слое на водород. Схематическая реакция активации может быть представлена в следующем виде:

Бентонит – [Na, Mg, Сf, Al] + H₂SO₄ → Бентонит – Н +

+ [Na₂SO₄, MgSO₄, CaSO₄, Al_a(SO₄)₃].

Сернокислотная активация глин существенно изменяет по­ристость и природу их поверхности. Изменяется также соот­ношение А1₂Оз: SiO₂ (1:4 – 1:9). При активации удаляется вода и посторонние примеси, загрязняющие аморфные веще­ства. Это способствует образованию активных пор в минерале, увеличению его удельной поверхности и насыщению ее поло­жительно заряженными валентными связями.

При термической (физической) активации сорбентов проис­ходят следующие процессы. Сорбенты содержат некоторое ко­личество адсорбционно-связанной воды, которая покрывает ак­тивную поверхность глин и экранирует ее отбеливающую спо­собность. Благодаря нагреванию часть адсорбционной воды удаляется и поверхность сорбента освобождается. Вследствие того что адсорбционная вода удерживается силами физической природы, она удаляется уже при 200°С, а конституционно связанная вода – силами химической природы, поэтому она удаляется при более высоких температурах (450-760°С). По­мимо природы, структуры, и минералогического состава глин при адсорбционной очистке масел существенное влияние на эффективность действия сорбентов оказывают природа и со­держание примесей в масле и условия технологического про­цесса, особенно температура, количество сорбента, время кон­такта и т. д. Метод активации на производстве выбирается в за­висимости от назначения того или иного природного сорбента. Например, для отбеливания светлых масел достаточна термиче­ская активация при 250-350°С, а для осветления темных ма­сел требуется химическая активация.

Эффект активации сорбентов заключается в том, что увели­чивается свободная поверхность сорбентов и их сорбционная способность повышается в несколько раз.

При контактном взаимодействии сорбента и масла проис­ходят сложные физико-химические явления, природа которых еще недостаточно изучена. Известны две теории (химическая и физическая), объясняющие действия сорбентов при адсорбци­онной рафинации масел. Сторонники физической теории ад­сорбции считают, что она вызывается действием силового поля поверхностных молекул сорбента.

Обесцвечивающее действие сорбентов выражается по обще­известному закону Фрейндлиха

А = КСⁿ,

где А – количество адсорбированного вещества на единицу сорбата; С – концентрации адсорбируемою вещества при наступлении равновесия; К и n — константы.

На некоторых технологических стадиях переработки жиров, в том числе при осветлении их, происходит образование перекисных соединении, т. с. наблюдается окисление жиров, кото­рое приводит к ухудшению их органолептических характери­стик и снижению физиологической ценности. При отбеливании жиров немаловажное значение имеет атмосфера, в кото­рой ведется технологический процесс. Одни авторы рекомен­дуют проводить процесс в атмосфере инертных газов, другие – в условиях разрежения. Растительные жиры, отбеленные актив­ными природными сорбентами, при хранении со временем осветляются. Это вызвано тем, что наряду с некоторым оки­слением триглицеридов жирных кислот окисляются красящие вещества, содержащиеся вжире. В результате исследования пигментного состава жиров спектрофотометрическим методом отмечено, что у большинства образцов хранившегося жира не только значительно повышается пропускание света в области полос поглощения пигментов группы каротина и ксантофилла, но и заметно улучшается пропускание света в области полос поглощения хлорофилла. Следовательно, можно предположить, что и данная группа пигмента со временем подвергается оки­слительным процессам.

Количество взятого сорбента для отбеливания масел влияет на окислительные процессы. Чем больше сорбента взято для осветления масла, тем оно сильнее окисляется при длительном хранении.

Адсорбционная способность природных сорбентов во многом зависит от их физической подготовки, в частности от степени дисперсности частиц.

С повышением степени дисперсности сорбентов адсорбцион­ная способность их возрастает. Это объясняется тем, что уве­личивается поверхность сорбента, т. е. изменяется поверхност­ная энергия.

Сорбент асканит при отбеливании жиров проявляет селек­тивность в отношении красящих веществ. В первую очередь сорбируются каротиноиды, а затем хлорофиллы, в частности соевого, льняного и рапсового масел. При этом их цветное чи­сло значительно снижается, например соевого масла с 46 до 11, а рапсового – с 58 до 5 мг йода.

В масложировой промышленности в качестве сорбентов в основном применяются такие активные природные глины, как гумбрин, асканглина (асканит), зикеевский трепел, а так­же импортные отбельные глины.

При ведении процесса отбеливания жиров важное значение имеет ряд факторов, которые в основном определяют качество отбеленного жира и технико-экономические показатели про­цесса. К ним, прежде всего, относятся температурный режим процесса (до 95°С). Продолжительность контактировании двух фаз (жира и сорбента) рекомендуется до 30 мин. Количество сорбента составляет 3% от массы жира. Процесс осущест­вляется в условиях разрежения при остаточном давлении 4кПа. Технология адсорбционной рафинации растительных масел достоит из двух основных технологических операции: смешивание дозированных компонентов жира и сорбента и фильтрации – отделение сорбента от жира.