Способ экстракции жиров и масел из натуральных веществ - RU2062295C1
Код документа: RU2062295C1
Описание
Предметом настоящего изобретения является способ экстракции жиров и масел из натуральных веществ, например растительного, животного или микробиологического происхождения, с помощью жидкого пропана в качестве растворителя, причем этот способ пригоден как для получения жиров и масел, так и для изготовления обезжиренных или обезмасленных продуктов, приобретающих все большое значение в качестве низкокалорийных продуктов в пищевой промышленности.
В принципе, для обезжиривания и обезмасливания, например растительных продуктов, в распоряжении имеются два способа: экстракция и прессование. С экономической точки зрения прессование предпочтительно только в тех случаях, когда содержание жира и масла в исходном материале относительно высоко (> 25 мас.). Однако даже при оптимальном применении способа остаточное содержание жира в выжимках составляет по меньшей мере 4 5 мас. Напротив, экстрактивные способы с применением нормальных органических растворителей, например гексана или легкого бензина, пригодны и для исходных продуктов с низким содержанием жира, причем остаточное содержание в остатках можно, как правило, снизить менее чем до 1 мас. Недостатком обычной экстракции с помощью растворителя является тот факт, что большинство растворителей токсикологичны и что экстагированные жиры и масла, а также экстракционные остатки должны быть в значительной степени свободны от растворителя, прежде чем их можно будет использовать в качестве пищевых продуктов или кормов. Для этого требуются сравнительно высокие температуры, которые могут отрицательно сказываться на вкусовых качествах продуктов.
Для обезжиривания животного исходного материала, например жирного мяса, наибольшее техническое значение имеет сепарирование. При этом способе большей частью после теплового или механического разложения эдукта используют разницу в плотности составных частей мяса и жира с тем, чтобы произвести отделение в сепараторах или декантерах. По экономическим соображениям этим способом нельзя изготовить продукты из жирного масла, содержание жира которых <10% поскольку иначе потери мяса слишком велики. Для изготовления мясных продуктов с более низким содержанием жира должны применяться поэтому экстрактивные способы, которые в случае использования органических растворителей имеют уже упомянутые недостатки.
Для решения этой проблемы в последние годы была внедрена экстракция сжатыми газами, в частности для получения восприимчивых натуральных веществ, причем наибольшее распространение получил прежде всего диоксид углерода (CO2) в качестве экстрагирующего средства. Экстракция жиров и масел сверхкритическим CO2 удовлетворительна из-за его низкой растворяющей способности лишь при очень высоких давлениях (> 500 бар), что технически сложно и, следовательно, дорогостояще и может таким образом рассматриваться только для продуктов очень высокой ценности. Этот недостаток можно лишь частично компенсировать добавлением к CO2 замедлителей, причем дополнительные затраты на регулирование для дозирования замедлителей следует рассматривать как дополнительный недостаток.
Кроме CO2, в качестве растворителя для экстракции жиров и масел уже был рекомендован сжатый пропан. Так, по вкладке ФРГ N 2843920 производится рафинирование растительных жиров и масел сверхкритическими газами, например пропаном и CO2, тогда как в других публикациях (патент США N 4331695 - выкладка ФРГ N 2333418, патент США N 3939281, выкладки ФРГ N 2255567, 2255566) рекомендуются давление экстракции вблизи или выше критического и докритические температуры экстракции. Критическими условиями пропана являются давление ≥ 42 бар и температура ≥ 97oC. Согласно патенту США N 2560935 или N 2682551 в качестве растворителя для масел и жиров используется жидкий пропан, однако в них не указаны специфические данные о давлении экстракции. Наконец, в патенте США N 2254245 описана экстракция жира при очень низких температурах (<0oC), в то время как в патенте США N 1802533 рекомендуется максимальное давление экстракции 7 бар. Кроме того, критические параметры состояния часто выбирались при отделении экстрагированных липидов, причем в этой области состояния использовали разделение на богатую и бедную маслом фазы пропана с тем, чтобы отделить или фракционировать масло (см. например, патент США N 2660590 или 2548434).
Всем этим способам присущи недостатки. С одной стороны, в критических и сверхкритических условиях состояния достигаются результаты экстракции, при которых качество экстрагированного масла или жира резко уменьшается из-за высокой тепловой нагрузки. С другой стороны, при давлениях <10 бар экстракция жидким пропаном, правда, селективна, однако маслопередача при экстракции ограничена, так что требуется более длительное время экстракции и большие количества экстрагирующего средства.
В основу настоящего изобретения положена поэтому задача разработки способа экстракции жиров и масел из натуральных веществ пропана в качестве растворителя, не имеющих названных недостатков техники и обеспечивающего без больших технических затрат достаточную нагрузку газа жирами и маслами, а также хорошие вкусовые качества продуктов.
Эта задача решается согласно изобретению посредством того, что экстракцию осуществляют при давлении 10 30 бар и температуре 10 55oC, а отделение экстрагированных жиров и масел от растворителя путем понижения давления и/или повышения температуры до 80oC. Неожиданно оказалось, что в этом относительном узком диапазоне давлений и температур обеспечиваются оптимальные условия для экстракции жиров и масел жидким пропаном, поскольку достигается не только высокий выход, но и высококачественный экстракт, не содержащий или содержащий лишь небольшие количества нежелательных примесей. Это является неожиданностью потому, что сжатым газом в жидком (докритическом) состоянии приписывают более неблагоприятные экстракционные свойства, чем, например, газам в критическом или сверхкритическом состоянии. К тому же можно избежать высокого давления экстракции (> 30 бар), что позволяет значительно сократить капиталовложения и эксплуатационные расходы.
Для способа согласно изобретению могут быть использованы, в принципе, все жиро- или маслосодержащие натуральные вещества на растительной, животной или микробиологической основе. Примерами растительных жиров или масел являются оливковое масло, пальмовое масло, бамбуковое масло, кокосовое масло, какао-масло, кофейные масла, арахисовое масло, рапсовое масло, льняное масло, подсолнечное масло, масло зародышей пшеницы, масло зародышей риса, хлопковое масло, соевое масло, пальмоядровое масло и масло семян тыквы. В качестве животных продуктов используются, например, говядина или телятина, а также жир морских животных, например ворвань. Наконец, способ согласно изобретению может применяться также для ферментационных остатков, например, дрожжей, грибков или бактерий.
Для повышения выхода экстракта рекомендуется использовать исходный материал в измельченном окомкованном виде. Если, в частности, твердый исходный материал имеет высокое содержание воды, например мясо или ферментационные остатки, то особенно предпочтительно уменьшить влажность перед экстракцией до <50% подходящими способами сушки.
Важным для изобретения следует рассматривать то, что экстракция жидким пропаном осуществляется в очень узком и определенном диапазоне давлений и температур 10 30 бар и 10 55oC. Предпочтительно осуществлять экстракцию при давлении 15 25 бар и температуре 20 45oC. В любом случае необходимо провести в соответствие давление и температуру экстракции так, чтобы пропан был в жидком состоянии.
При давлении > 30 бар экстракционные свойства жидкого пропана, в частности при экстракции масла из семян масличных культур, становятся все более неизбирательными, т. е. экстрагируются также нежелательные красители и неомыляемые вещества, что сильно снижает качество экстрагированного масла. С повышением температуры экстракции (вблизи или выше Tк возникает опасность того, что, в частности, у масел с высоким содержанием полиненасыщенных жирных кислот, с одной стороны, произойдут нежелательные реакции в комплексной матрице исходного материала (что снижает выход экстракта), а с другой стороны, будет наблюдаться нежелательная изометризация по двойным связям полиненасыщенных жирных кислот (образование цис- и транс- изомеров), которая отрицательно сказывается на питательно-физической ценности продукта.
Используемое количество пропана можно регулировать в широких пределах, оно определяется в основном количеством экстрагируемого масла или жира. В зависимости от вида исходного материала обычно на грамм экстрагируемого жира или масла требуется 2,5 500 г жидкого пропана. Максимальная нагрузка газа липидами составляет в этих условиях экстракции в зависимости от вида экстрагированного жира или масла 5 25 мас.
Чистота используемого пропана в большинстве случае относительно некритическая, т. е. могут присутствовать еще значительные количества примесей гомологических углеводородов (обусловленные процессом рафинации), заметно не снижающие качества.
Пропан направляют предпочтительно по кругу с тем, чтобы он мог многократно нагрузиться нужными липидами, однако также возможно контактирование исходного материала с экстрагирующей средой только один раз. Для достижения высокой экономичности способа может быть включено в ряд несколько экстракционных автоклавов, последовательно смываемых экстрагирующей средой. За счет соответствующего порядка включения этих автоклавов (например, омывание по мере возрастания степени экстракции) можно всегда оптимально использовать максимально достигаемую нагрузку жидкого пропана.
После экстракции растворенные в жидком пропане жиры и масла отделяют путем понижения давления и/или повышения температуры, причем особенно предпочтительным оказалось понижение давления и повышение температуры до ≅ 80oC, это исключает возникновение при отделении нежелательных реакций, например изомеризацию по двойным связям полиненасыщенных жирных кислот. Согласно предпочтительному варианту исполнения отделение происходит за счет изобарного выпаривания растворителя, что значительно повышает экономичность способа.
С помощью способа согласно изобретению можно получать высококачественные продукты в отношении цвета, запаха и вкуса с хорошим выходом и в щадящих продукты условиях. Благодаря сравнительно низким техническим затратам этот способ, кроме того, хорошо пригоден для применения в промышленном масштабе.
Нижеследующие примеры подробные поясняют изобретение.
Пример 1. 200 г предварительно обезжиренного какао (гранулят размером 1
2 мм, содержание жира
около 11%) экстрагировали в
автоклаве при 20 бар и 25oC сжатым пропаном в нисходящем потоке. После пропускания 1 кг пропана при непрерывном расширении газа от атмосферного давления больше
не отделялось какао-масло.
Остаточное содержание жира в грануляте было <0,3% выход экстагированного какао-масло составил 2,2 г.
Пример 2. 140 г размолотых льняных семян (содержание масла около 41%) экстрагировали в автоклаве при 20 бар и 25oC сжатым пропаном в нисходящем потоке. После пропускания 0,7 кг пропана экстрагировали 50 г масла (соответствует 87% -ному обезжириванию). После второго размола остатка (содержание жира около 8%) экстрагировали в тех же условиях пропаном 0,15 кг, причем было достигнуто почти полное обезмасливание остатка. Отделение масла производили в две степени путем непрерывного расширения газа до атмосферного давления. Остаточное содержание масла в остатке не удалось установить экстракцией по Сокслету гексаном (8 ч), выход масла составил 57,5 г.
Пример 3. 1 кг предварительно обработанных осевых хлопьев (содержание масла около 18%) экстрагировали в автоклаве при 30 бар и 45oC сжатым пропаном. Экстрагирующую среду непрерывно направляли по кругу, причем отделение масла осуществляли путем изобарного выпаривания пропана при 80oC в отделителе, прежде чем ненагруженный пропан, охлажденный до 45oC, повторно омывал экстрагируемый продукт. После пропускания пропана в общем количестве 7 кг экстракцию заканчивали. Остаточное содержание масла в остатке было < 1% выход масла составил 175 г.
Пример 4. 350 г механически предварительно обезжиренных комков мяса (размер 0,5 1,5 см, содержание жира в сухом веществе 25%) с содержанием воды около 20% установленным посредством сублимационной сушки, экстрагировали в автоклаве при 25 бар и 40oC 1,75 кг сжатого пропана. В круговом процессе (аналогично примеру 3) отделение жира происходило изобарно путем повышения температуры до 75oC. Содержание жира в остатке, которое определяли по Сокслету (8 ч гексаном), составило 3% в сухом веществе. В отделителе было собрано 65 г жира.
Реферат
Изобретение относится к пищевой промышленности и касается получения масел и жиров из натуральных веществ. Сущность: в способе экстракции жиров и масел из природных продуктов с помощью жидкого пропана в качестве растворителя экстракцию осуществляют при давлении 10 - 30 бар и температуре 10 - 55oC, а отделение экстрагированных жиров и масла от растворителя - путем понижения давления и/или повышения температуры до 80oC. 7 з. п. ф-лы.
