Изучение закономерностей предварительной экструзионной подготовки масличных культур к процессу прессования

В последнее время актуальной масличной культурой РФ является рыжик. Семена рыжика содержат от 26 до 46 % масла, которое отличается от масел других крестоцветных высоким содержанием гондоиновой, линоленовой и линолевой кислот и относительно низким содержанием эруковой кислоты, отличается высоким содержанием биологически активных веществ (стеролов, каротинов и ка-ратиноидов, хлорофиллов и токоферолов). Масло рыжика широко используется как на пищевые цели, так и в лакокрасочной, и металлургической отраслях промышленности [1].

Драган И.В., Михайлова А.Н., 2015

Основной задачей при переработке масличных семян является максимальное извлечение масла при высоком качестве получаемых продуктов: нерафинированных масел, жмыхов и шротов. При обычной технологии получения рыжикого масла, семена подвергаются значительному многократному нагреванию. В итоге жмых теряет цвет, иногда в результате перегревания белок разлагается, что снижает его питательную ценность. Технология экструзии устраняет этот недостаток, поскольку продукт находится под воздействием высоких температур очень незначительное время (5-6 секунд). При этом температура, получаемая в экструдере в результате трения, позволяет подвергнуть семена тепловой обработке, стерилизовать, стабилизировать, дегидратировать, а также изменить структуру продукта. При экструдировании также подавляются их антипитательные свойства. Это дает возможность использовать рыжиковый жмых в рационах животных без дополнительной тепловой обработки. Так, в жмыхах из семян рыжика содержится мироновокислый калий и под действием фермента мирозина в присутствии воды он переходит в горчичное масло, которое придает жмыхам неприятный горчичный запах и вкус, в связи с чем, животные их неохотно поедают. При больших дозах у животных могут быть вызваны различные заболевания.

В процессе исследования нами изучено влияние предварительной экструзионной подготовки семян рыжика на процесс маслопрес-сования. Была предложена следующая технологическая схема переработки: семена рыжика предварительно подвергались влаготепловой обработке в экструдере, при этом происходит одновременно частичное нагревание и испарение воды из семян, их интенсивное сжимание и механическое нарушение клеток. Семена рыжика, таким образом, механически и термически обрабатываются, а затем из них отжимается масло с помощью шнекового пресса однократного действия с высоким показателем выхода масла 17-19 %.

Исследование процесса экструдирования семян рыжика проводили на экспериментальной установке - одношнековом экструдере ЭУМ–1. Прессующий механизм состоит из корпуса, шнека и матрицы, в которую устанавливается сменная фильера.

В состав экспериментальной установки входят также устройства для изменения и регистрации частоты вращения шнека и расхода электроэнергии. На пульте управления также была установлена контрольно-измерительная аппаратура для регистрирования температуры процесса и давления в предматричной зоне экспандера. Измерение и контроль основных технологических параметров процесса при проведении экспериментальных работ проводились при помощи отградуированных и прошедших поверку приборов.

В процессе исследования необходимо знать корреляционную связь между отдельными кинетическими, технологическими и кон- струкционными параметрами экструзионного процесса [2]. Для прогнозирования изменения давления продукта, а следовательно и температуры в предматричной зоне экструдера было получено регрессионное уравнение:

P = 6,15 + 0,32W + 0,31 ω – 1120,31d м + 0,05 ω ²

+ 684,77dM² (1)

где W - влажность экструдируемых семян, %; ю - частота вращения шнека, с^-1; d M - диаметр формующего канала матрицы, м.

Проверка на адекватность полученного уравнения по значению критерия Фишера (Р расч =0,84 < Р табл 1,81) показала положительный результат.

Построение поверхности равного выхода по регрессионному уравнению (1) дает воз- можность наглядно описать зависимость давления в предматричной зоне экструдера от основных параметров процесса.

Анализ поверхности (рисунок 1) позволяет определить закономерности изменения давления в предматричной зоне экструдера в зависимости от скорости вращения шнека и диаметра формующего канала матрицы экструдера.

Рисунок 1. Зависимость давления в предматричной зоне Р от частоты вращения шнека ю и диаметра формующего канала матрицы d M

Также была построена графическая зависимость температуры экструдируемых семян от мощности и производительности при различной влажности исходного сырья, которая позволяет с достаточной точностью прогнозировать их изменение в исследованном диапазоне значений факторов. Анализ позволяет сделать заключение о преобладающем влиянии температуры и давления среды и выявить закономерности: наибольшее влияние на давление расплава продукта оказывают конструктивные параметры экструдера (величина диаметра проходного сечения матрицы), а также начальная влажность семян; геометрические характеристики рабочего органа, скорость вращения шнека и давление продукта максимально влияют на температуру в предматричной зоне экструдера.

Они позволяют выяснить доминирующее значение каждого исследуемого фактора на кинетические параметры (Р, Т) и с достаточным приближением описать характер протекания процесса термопластической экструзии семян рыжика (рисунок 2).

Рисунок 2. Зависимость температуры экструдируемой смеси от мощности и производительности при различной влажности семян рыжика

Была проведена оценка качества масла, полученного по предлагаемой технологии, в сравнении с маслом, получаемом по традиционной технологии. Данные исследований позволяют сделать вывод о целесообразности использования предварительной экструзионной подготовки, в результате которой увеличивается содержание токоферолов, уменьшается -фосфолипидов, хлорофилла, свободных жирных кислот и перекисей. Таким образом, масло имеет более длительный срок хранения, обладает хорошей текучестью, легко рафинируется (таблица 1).

Таблица 1

Показатели перекисного числа и токоферола рыжикого масла, полученного с использованием различных технологий

Таким образом, рыжиковое масло, полученное с применением экструзионных технологий, имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционной технологией: очень хороший показатель выхода масла, высокое качество жмыха, короткая термическая экспозиция, оптимальное соотношение общей энергоемкости и выхода масла, а также уменьшение антипи-тательных свойств.