Технология производства фосфолипидных концентратов растительных масел

Фосфатиды - побочный продукт, получаемый при производстве растительных масел из семян подсолнечника, сои и других масличных культур. Они особенно ценны тем, что содержат важные для организма, но несинтезируемые в нем жирные кислоты, а также некоторое количество жирорастворимых витаминов, особенно А и Е. Обычно применяют так называемый фосфатидный концентрат, содержащий 45 - 50% фосфатидов, 48 - 52% масла и 2 - 3% воды.

В связи с наметившейся тенденцией роста спроса на фосфатидный концентрат и лецитин вопрос увеличения их производства становится актуальным. При этом необходимо отметить возросшие требования потребителей к качественным показателям, что связано с импортом фосфатидного концентрата (лецитина) с высокими потребительскими свойствами.

capsulated, post-dripping, rotary shell device,

При очистке растительного масла на маслоэкстрационных предприятиях получают кормовые фосфатиды (фосфатидные концентраты), которые содержат около 50% фосфатидов (главным образом лецитина) и 40-50% растительного масла. Для комбикормового производства используют фосфатидные концентраты, представляющие подсолнечный шрот, обогащенный фосфатидами (около 8% фосфатида).

Введение в комбикорм фосфатидных концентратов растительных масел способствует улучшению роста молодых животных, ускорению их развития, укреплению здоровья и повышению аппетита, более интенсивному использованию азота и фосфора, значительному накоплению в печени каротина и витамина А. Добавка фосфатидов в рацион способствует повышению яйценоскости птиц, устойчивости их к заболеваниям. Фосфатидная эмульсия после гидратации масла в зави -симости от способа получения имеет различ- ный состав. Применение для разделения фаз центробежной силы позволяет снизить содержание масла и соответственно повысить количество фосфатидов.

В фосфатидной эмульсии в зависимости от схемы гидратации содержится 55-75% влаги, 15-30% фосфатидов, 15-20% масла.

Фосфатидная эмульсия немедленно передается на высушивание, что предотвращает возникновение и протекание гидролитических и бактериальных процессов во влажном продукте. Для сохранения качества фосфатидов высушивание осуществляется в тонком слое при низком остаточном давлении. Присутствие влаги определяет структурно-механические свойства фосфатидного концентрата. Только при влажности ниже 1% концентрат имеет текучую консистенцию, что является важным и позволяет значительно расширить область применения фосфатидных концентратов, особенно в кондитерской промышленности. Высушивание осуществляют при температуре 75 - 90 0 C под вакуумом при остаточном давлении около 2,66 кПа (20 мм. рт. ст.). При этом наблюдается отгонка части свободных жирных кислот и одорирующих веществ, что обеспечивает повышение качества полученного концентрата.

Для выпаривания фосфатидной эмульсии используют ротационно-пленочные аппараты непрерывно действующие горизонтальные; они изготовляются двух типов - цилиндрические и конические.

Ротационно-пленочные сушильные цилиндрические аппараты имеют производительность: с площадью поверхности нагрева 2,5 м.кв. - 35 - 50 кг/ч, с площадью поверхности нагрева 4,5 м. кв.-до 100 кг/ч по высушенному продукту. Поверхность сушилки 4,5 м2; производительность по концентрату 100 -185 кг/ч; N = 17 кВт.

Пищевой фосфатидный концентрат расфасовывается в металлические банки или во фляги вместимостью 30 - 40 л, кормовой -в бочки.

Фосфолипиды составляют наиболее сложную и ценную группу полярных липидов, сопутствующих триацилглицеринам. Фосфолипиды присутствуют в маслах сравнительно в небольших количествах, но благодаря своей активности существенно влияют на товарный вид масла и его технологические свойства. Фосфолипиды не устойчивы в нерафинированном масле, содержащем даже незначительное количество влаги (0,1-0,2 %), и при его хранении частично отделяются, образуя осадок. На тех стадиях рафинации, где используется вода или водные растворы, они стабилизируют эмульсии, в результате чего возникают трудности при разделении фаз. Фосфолипиды из нерафинированного масла перед его дальнейшей переработкой необходимо извлекать.

Механизм процесса гидратации, протекающий в растительном масле при внесении в него воды, обусловлен коллоидной природой фосфолипидов, растворенных в масле. В результате химического взаимодействия с водой фосфолипиды переходят в нерастворимый в масле осадок. На поверхности капель воды, внесенных при гидратации в масло, возникает липидный слой из фосфолипидов и триацилглицеринов. Молекулы фосфолипидов, обладающие большей гидрофильностью, диффундируют из объема масла к этой поверхности и постепенно вытесняют триацил -глицерины, насыщая слой на поверхности капли, и выпадают в осадок.

С увеличением в системе количества воды при соотношении фосфолипиды: вода (1:0,5-1:1,5) в образовании поверхностных слоев одновременно с фосфолипидами участвуют и молекулы триацилглицеринов, т. е. образуются смешанные поверхностные слои. Максимум энергии такого взаимодействия в указанных слоях обнаруживается при соотношении фосфолипиды: триацилглицерины -70:30. В результате этого формируется термодинамически неустойчивая система, происходит коагуляция фосфолипидов, система разделяется на две фазы (масло и фосфолипидная эмульсия).

Гидратация фосфолипидов представляет собой завершающий этап в технологии производства растительных масел, так как гидратированные масла устойчивы к хранению и транспортированию. При гидратации соевого и подсолнечного масла извлекаются фосфолипиды в виде самостоятельного физиологически ценного продукта, широко используемого в различных отраслях пищевой, медицинской и комбикормовой промышленности. Для этого гидратации подвергают только свежевыработанные непосредственно на маслодобывающих предприятиях масла.

Фосфолипиды обладают поверхностной активностью и антиоксидантными свойствами, оказывают благоприятное воздействие на липидный обмен, функциональное состояние печени, снижают гиперхолестеринемию, по- вышают антиоксидантный потенциал организма, содержат натуральные антиоксиданты, которые защищают клетки от повреждения свободными радикалами [1]. Они широко применяются в кондитерской, хлебопекарной, комбикормовой и других отраслях промышленности.

Учитывая высокие физиологические и пищевые достоинства фосфолипидов, а также их широкое применение в различных отраслях промышленности, предусматривается извлечение фосфолипидов с целью производства самостоятельного продукта из подсолнечного масел - фосфатидных концентратов различного состава и свойств.

Производство фосфатидных концентратов реализуется на основе метода гидратации, при этом фосфатиды коагулируют в виде хлопьев, это основано на их коллоидногидрофильных свойствах. Масло с гидратированными хлопьями фосфатидов центрифугируется в сепараторах или отделяется на отстойниках непрерывного действия. Полученный в результате гидратации растительных масел гидратационный (гидрофильный) осадок, имеющий высокую начальную влажность (50-70% к общему весу), при хранении интенсивно окисляется. Для увеличения срока хранения и улучшения качества, пищевых фосфатидных концентратов из гидратационного осадка удаляют влагу до содержания влаги в нем менее 1%. Поэтому изыскание путей интенсификации и повышение качества готового продукта, а также разработка и дальнейшее совершенствование высокопроизводительных, простых по конструкции ротационно-тонкопленочных аппаратов является актуальной задачей [2].

В промышленности применяют различные схемы проведения гидратации, отличающиеся аппаратурным оформлением процесса, параметрами и природой перерабатываемого масла, их технология всегда включает следующие основные этапы: смешивание масла с гидратирующим агентом (температуру процесса и количество агента определяют в зависимости от природы масла и его качества); экспозицию смеси масло-гидратирующий агент для обеспечения процесса коагуляции фосфолипидов; разделение образовавшихся фаз (гидратированное масло - фосфолипидная эмульсия); удаление влаги из гидратированного масла и получение товарного продукта; удаление влаги из фосфолипидной эмульсии, получение фосфатидного концентрата или растительных пищевых фосфолипидов.

Оптимальное количество гидратирующего агента по отношению к массовой доле фосфолипидов в масле составляет 1:1-1:2. Уменьшение количества агента приводит к неполной гидратации, а увеличение - к образованию стабильных эмульсий, что затрудняет разделение фаз. Так как гидратация фосфолипидов протекает на границе раздела фаз вода-масло, то для обеспечения наибольшего эффекта, особенно на начальных этапах процесса, надо максимально развить поверхность контакта фаз, что обычно достигается интенсивным перемешиванием.

Фосфолипидная эмульсия после гидратации масла в зависимости от применяемого способа имеет различный состав: 55-70% влаги, 15-30% фосфолипидов, 15-20% масла.

Для влагоудаления из фосфолипидной эмульсии используют горизонтальные цилин -дрические или конические ротационно-пленочные сушильные аппараты.

Объекты и методы исследования

Нами был использован ротационнопленочный аппарат для проведения процесса выпаривания фосфолипидных эмульсий подсолнечных масел. Пищевые подсолнечные фосфолипидные концентраты, полученные в соответствии вышеописанной технологической схемой, соответствуют требованиям ТУ 9146-002-41947042-99 «Пищевой подсолнечный фосфатидный концентрат».

Использованы следующие методы исследования для определения физико-механических свойств семян сафлора: определение влажности семян масличных культур; определение содержания масла в семенах сафлора будет проводиться спектрометрическим методом (Экспресс-метод) и экстракционном методом Сокслета; определение лузжистости семян сафлора по ГОСТ 1085564; определение сорной, масличной и особо учитываемой примеси по ISO 658:2002; определение массы 1000 семян сафлора по ГОСТ 10842-89; определение кислотного числа растительных масел титриметрическим методом по ИСО 660-83; определение фосфора сафлорового масла будет определяться по методу с применением оптической эмиссионной спектроскопии с индуцируемой плазмой; оп -ределение неомыляемых веществ растительных масел по методу применения экстракции диэтиловым эфиром по ISO 3596:2000; определение перекисного числа растительных масел. Йодометрическое (визуальное) определение предельных значений по ISO 3960:2007.

Результаты и их обсуждение

Разработана новая технологическая схема реализации процесса влагоудаления из фосфолипидных эмульсий с применением новой конструкции конического ротационнопленочного аппарата непрерывного действия.

Предлагаемый ротационно-пленочный аппарат [3] предназначен для проведения процесса выпаривания фосфолипидных эмульсий подсолнечных масел. Он выполнен в виде горизонтально расположенного конического корпуса с крышкой и обогреваемыми стенками, снабжен патрубками для подвода и отвода пара, для ввода исходного и вывода готового продукта, расположенными соответственно в верхней и нижней частях корпуса, сепарационным отбойником тарельчатого типа и сепарационной камерой. Камера имеет патрубки для подсоединения к вакуумной системе, размещенной внутри корпуса и закрепленной на валах с помощью ротора в виде звездообразного полого барабана постоянного сечения с расположенными на его наружной поверхности лопастями.

Данная конструкция ротационно-тонкопленочного конического аппарата позволяет реализовать способ нагрева и вакуумного выпаривания для обезвоживания фосфолипид- ных эмульсий подсолнечных масел посредством следующей схемы, включающей: конический непрерывно действующий ротацион -но-пленочный вакуум-аппарат с жесткозак-реплёнными лопастями ротора, трехступенчатый пароэжекторный вакуум -насос, парогенератор, сборник конденсата, питательный насос, линию подачи исходного сырья фосфатидной эмульсии в аппарат, линию отгонки из фосфолипидной эмульсии вакуумной системой испаряемой парогазовой смеси, линии подачи греющего пара для обогрева корпуса аппарата, линии отвода конденсата из паровой рубашки корпуса аппарата в сборник конденсата, линии отвода конденсата в парогенератор, линии слива из аппарата готового фосфатидного концентрата.

Известно, что сопутствующие вещества - фосфолипиды, стеролы, токоферолы - повышают ценность масла, а свободные жирные кислоты и воски, наоборот, снижают его качество. Однако присутствие фосфолипидов ухудшает технологические свойства масел. Это создает проблемы на последующих этапах их переработки - рафинации и гидрогенизации.

Фосфатиды представляют собой циклические и нециклические (глицерофосфатиды) соединения со структурной формулой [5]:

CH-G - С—R1 v иК

СН—о—р—O-R-NH, ' I                       2

ОН

R1, R11 - углеводородные радикалы высших жирных кислот

R - (углеводородный) радикал от аминоспирта

Одной из основных тенденций развития пищевой промышленности в настоящее время является создание здоровых, так называемых функциональных продуктов питания. Отличительной особенностью таких продуктов является присутствие в их составе ингредиентов, выполняющих помимо традиционной питательно-энергетической ряд специфических физиологических функций, которые помогают организму человека бороться с негативными воздействиями цивилизации. Создание таких продуктов невозможно без использования биологически активных добавок, важное место среди которых занимают леци- тин и лецитинсодержащие продукты. В соответствии с директивой ЕС, лецитины, имеющие номер Е 322, представляют собой смесь фракций фосфолипидов, полученную из жи -вотных или растительных объектов физическими методами, а также методами, включающими использование безвредных ферментов, в которых содержание веществ, нерастворимых в ацетоне (собственно фосфолипидов), составляет не менее 56-60 %. В странах Европы, США и Японии лецитины отнесены к общепринятым безопасным веществам и включены в список GRAS (Generally Regarded As Safe) [4].

Основные функции фосфолипидов в пищевых продуктах связаны с эмульгированием, особенностями которого являются способности образовывать и поддерживать в однородном состоянии как прямые, так и обратные эмульсии, стабилизацией различных систем, пеногашением, антиразбрызгивающей способностью, способностью предотвращать прилипание изделий к различным материалам [6].

Целью данной работы является разработка инновационной технологии производства растительного масла из семян масличных культур с повышенным содержанием омега-3 и омега-6 жирных кислот. Предложена инновационная технологическая схема производства растительного масла из отечественных сортов семян масличных культур.

Проведены исследования влияния технологических факторов на устойчивость фосфолипидной эмульсии и физико-химических показателей гидратированных масел и фосфатидных концентратов. Для дальнейшего использования в пищевой и комбикормовой промышленности рекомендовано использование жмыха.

Изучены технология обработки фосфолипидной эмульсии с гидрофильно-гидрофоб- ными поверхностями. Показано, что применение водных растворов пищевой соды позволяет интенсифицировать выведение фосфолипидов из нерафинированных подсолнечных масел, а также повысить качество и пищевую ценность получаемого фосфатидного концентрата. Для определения эффективных режимов выведения фосфолипидов можно рационально применять фосфолипазы системы «нерафинированное масло – гидратирующий агент». Определены эффективные режимы гидратации нерафинированных сафлоровых масел с применением нового гидратирующего агента.

При исследовании использованы стандартные современные физико-химические и аналитические методы, позволяющие получить наиболее точные характеристики исследуемых объектов. В качестве объектов исследования использовали образцы нерафинированных сафлоровых масел, полученные в условиях КХ Жамбылской области, Казахстана.

Результаты исследования количественных и качественных показателей, полученных по предлагаемой технологии, приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Органолептические и физико-химические свойства нерафинированного сафлорового масла

Органолептические и физико-химические свойства нерафинированного сафлорового масла
Наименование показателя	Характеристика нормы нерафинированного сафлорового масла
	Высшего сорта	Первого сорта	Второго сорта
Прозрачность	Над               осадком допускается «сетка»		Над осадком допускается легкое помутнение
Запах и вкус	Свойственные сафлорому маслу. Без постороннего запаха, привкуса и горечи		Свойственные сафлорому маслу. Допускается слегка затхлый запах и привкусу горечи
Цветное         число,         мг йода, не более	10	20	30
Кислотное число, мг КОН/г, не более	1,5	2,2	5,0
Массовая доля фосфоросодержащих веществ, %, не более, в пересчете на стеароолеолецитин	0,40	0,60	0,70
Массовая доля влаги и летучих веществ, %, не более	0,20	0,20	0,30
Йодное число, г йода/100 г	130–150
Неомыляемые вещества, %, не более	1,2	1,2	1,3
Массовая доля нежировых примесей (отстои по массе, %, не более)	0,05	0, 10	0,20
Перекисное                  число, ½ 0, ммоль/кг, не более: свежевыработанного масла после хранения	4,0 9,0		– –

Разработана инновационная технология и техника по переработке сафлоровых семян в растительное масло и извлечения фосфолипидных эмульсий из сырого сафлорового масла с получением гидратированных масел и фосфатидных концентратов для последующего создания производства и передачи ин- новационной технологии производственным компаниям по производству сафлорового масла для обеспечения максимального выхода масла требуемого высокого качества. Приведена структурная технологическая схема (рис.1).

Рисунок 1 - Структурная технологическая схема прозводства сафлорового масла и фосфолипидных эмульсий

Заключение

Исследована новая технологическая система с применением разработанной конструкции конического ротационно-пленочного аппарата непрерывного действия. В результате исследования проведены процессы выпаривания фосфолипидных эмульсий подсол нечных масел. Рекомендовано, что из фосфолипидных концентратов растительных масел можно получить инкапсулированных форм биологические активные композиционные биопрепараты, покрытые пищевыми пленками заданной функциональности и характеристик.

Разработана инновационная технология и техника по переработке сафлоровых семян в растительное масло для последующего создания производства и передачи инновационной технологии отечественным производственным компаниям по производству сафлорового масла для обеспечения максимального выхода масла требуемого высокого качества.

Разработана технология извлечения из сырого сафлорового масла фосфолипидных эмульсий и сафлорового масла для использования в пищевых целях, а также биопрепарата функционального назначения с фосфолипидными концентратами сафлорового масла, используемого в лечебно-профилактических целяхи в производстве комбикормов использование жмыха.