Разработка способа получения растительного масла из семян сафлора методом прессования в поле ультразвука

Одной из наиболее актуальных проблем в настоящее время является улучшение структуры питания населения. В последние годы возрос интерес к использованию новых видов культивируемых зерновых растений, отличающихся от традиционных по комплексу полезных свойств и признаков.

Среди новых растительных ресурсов питания, используемых человечеством, особое место занимает сафлор, в связи с его высокой продуктивностью и перспективностью производства в сельском хозяйстве и благодаря уникальному химическому составу семян, начинает играть большую роль в использовании его для пищевых целей и извлечения биологически активных компонентов.

Сафлор (Carthamnus) – род одно-, двух-или многолетних травянистых растений семейства астровых. Средняя урожайность семян составляет 10-12 ц/га, при благоприятных условиях – до 20 ц/га и более. Сафлор выращивают преимущественно как масличную культуру. Его семена содержат 25-37 % (в ядре 46-60 %) полувысыхающих масел (йодное число – 115-155) и до 12 % белка. Сафлоровое масло приближается по вкусовым качествам подсолнечному, его используют в пищевых целях для изготовления маргарина высокого качества [1].

Интерес к сафлору с точки зрения агротехнической в начале XXI века вызван главным образом прогнозируемой аридизацией климата и возможностью диверсификации масличных культур с целью снижения доли участия подсолнечника в полевых севооборотах. В нашей стране на сегодняшний день допускается использование масла из семян сафлора только в качестве компонента для производства биологических активных добавок (БАД) и косметологических средств. В то же время в зарубежных фармакопеях (фармакопея США, Британская Травяная фармакопея, Китайская фармакопея) имеются статьи на сафлоровое масло [2].

Сафлоровое масло богато ненасыщенными жирными кислотами, масло пропитывает кожу быстрее и впитывается практически мгновенно. Имеет смягчающее и увлажняющее действия. Обеспечивает барьерную (защитную) функцию кожи. Эти свойства способствовали широкому применению в различных кремах и мазях для кожи.

Масло сафлора стимулирует выделение желудочного сока, ферментов поджелудочной железы, характеризующееся желчегонным, про-тивосклеротическим действием, выводит песок из желчного пузыря, снимает спазм кишечника и метеоризм. Нормализует уровень глюкозы в кро- ви, гормональный баланс при мастопатии, обеспечивает болеутоляющее действие, является отхаркивающим и потогонным средством [3].

Особенностью анализируемого масла является значительное содержание линолевой кислоты (свыше 78 %), которая относится к незаменимым и необходима для обеспечения целостности плазматических мембран, процессов роста и воспроизводства, функционирования кожи и других органов. Высокое содержание линолевой кислоты позволяет предположить наличие у масла семян сафлора биологической активности, а именно гипохолестеринемиче-ской. Следовательно, жирное масло перспективно в плане научного обоснования использования в медицинской практике [3].

Многообразие компонентного состава семян сафлора, обладающего вышеперечисленными уникальными свойствами, является основой для разработки комплекса технологий извлечения этих компонентов и эффективного их использования. Создание таких технологий, определение областей применения масла сафлора с выяснением возможности получения продуктов повышенной физиологической ценности является актуальной задачей.

Переработка семян сафлора на прессах может осуществляться способами как холодного, так и горячего прессования [4]. Возможны следующие технологические схемы:

• •    однократное прессование холодным способом;

• •    двукратное прессование холодным способом;

• •    двукратное прессование с экструзией.

Наиболее производительным и перспективным методом переработки семян сафлора считается переработки сафлора по схеме пресс-экструдер. При переработке семян сафлора на линии прессования с экструзией фактически сочетаются две технологии. Первая – предварительное прессование холодным способом, когда семена прессуются в маслопрессе [5]. На данном этапе происходит выделение большей части масла высокого качества с малым содержанием фосфолипидов. Вторая – экструзия жмыха в экструзионной головке маслопресса. Жмых, полученный после прессования холодным способом, имеет оптимальные параметры для экструзии: содержание масла 16-20 %, влажность около 8 % и температуру от 50 до 80 ºС, что позволяет производить экструзию с более низкими затратами энергии. Третья – окончательное прессование горячим способом: температура экструдата составляет приблизительно 100 ºС, структура материала достаточно разрушена и подготовлена для окончательного прессования с остаточной масличностью получаемого жмыха 6-7 %.

При экструзии сырой продукт находится под воздействием высоких температур незначительное время. При этом, температура продукта в экструзионной головке маслопресса в результате трения позволяет подвергнуть семена тепловой обработке и тем самым подавить антипи-тательные вещества. Это дает возможность использовать жмых сафлора в рационе животных без дополнительной обработки.

Необходимо установить связь интенсивности процесса и качества продукции со свойствами исходного сырья, технологическими и конструктивными факторами переработки. Решающее значение технологии переработки семян сафлора имеют две фундаментальные реологические характеристики - вязкость и упругость, которые зависят от структуры сырья, молекулярномассового распределения, а также от условий переработки, таких, как температура, давление и скорость течения. Таким образом, установление взаимосвязей между реологическими свойствами и молекулярными характеристиками с одной стороны, и между реологическими свойствами и условиями переработки, с другой, необходимо при построении критериев усовершенствования и оптимизации процесса прессования.

Зависимость плотности жмыха сафлора от его влажности представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Влияние влажности на плотность жмыха сафлора

Из рисунка 1 видим, что с увеличением влажности плотность частиц увеличивается, что, видимо, обусловлено набуханием коллоидов зерна.

Приведенные данные показывают, что с увеличением влажности плотность частиц увеличивается, что обусловлено набуханием его коллоидов зерна.

Основным конструкционным узлом в прессующей установке является формующий инструмент – экструзионная головка. В каналах формующего инструмента сырье подвергается одновре- менному воздействию деформаций сдвига и растяжения, при этом изменяются его реологические свойства. Поэтому требуются исследования процесса, определяющиеся свойствами сырья и размерами формующей оснастки.

Проведя предварительные исследования процесса прессования и экструзии семян сафлора, получили зависимость напряжения сдвига и эффективной вязкости от скорости сдвига, представленная на рисунке 2.

Рисунок 2. Зависимость напряжения сдвига и эффективной вязкости от скорости сдвига при температуре 363 К 1-напряжение сдвига; 2-эффективная вязкость

Из рисунка 2 видим, что с повышением скорости уменьшается взаимодействие между частицами. Увеличение температуры приводит к понижению вязкости продукта, но с постоянно уменьшающимся градиентом, за счет усиления влияния броуновского движения молекул, нарушающего их ориентацию при перемешивании вдоль направления деформации. С повышением скорости сдвига влияние температуры на градиент вязкости ослабевает.

Процесс экструзии характеризуется большими удельными затратами энергии, а вопросы рационального расходования топливно-энергетических ресурсов приобретают важное значение.

Поэтому стоит задача создания и освоения прогрессивных процессов с применением современных физических методов обработки, проектирования и создания нового оборудования повышенной эффективности.

Вместе с тем представляет интерес изучение процесса экструзии в присутствии поля ультразвука и создания оборудования, учитывающее данные свойства. Проведенный анализ показал, что ультразвуковые колебания перспективны в технологических процессах производства растительных масел. Результаты проводимых нами предварительных экспериментов показывают, что ультразвук является эффективным способом воздействия на структуру деформированного сырья с целью улучшения его свойств. Для создания ультразвуковых колебаний в ка- кой-либо технологической среде применяются ультразвуковые колебательные системы. Их назначение заключается в преобразовании электрических колебаний в механические колебания, их усиление и ввод в технологическую среду [6].

Обработка опытных данных показывает, что использование ультразвука существенно снижает затраты энергии и необходимое давление при формовании семян сафлора, улучшает качество продукта. Применение ультразвука позволяет уменьшить вязкость исходного сырья, снизить температуру формования, повысить