§ 26.2. Технологія олії

Виробництво олії складається з багатьох операцій, під час яких в олійній сировині відбуваються складні фізико-хімічні про­цеси. Принципову схему перероблення олійної сировини та ок­ремі технологічні операції, показано на рис. 26.1.

Насіння

На реалізацію

Рис. 26.1 —Принципово-технологічна схема перероблення олійної сировини

Насіння переважної кількості олійних рослин після збирання надходить із вологістю, що здебільшого перевищує припустимі значення для зберігання і технологічного перероблення. Най­поширенішим способом зниження вологості насіння є теплове сушіння, під час якого відбувається нагрівання насіння за до­помогою сушильного агента (на шахтних та барабанних сушар­ках сумішшю повітря та димових газів). Для поліпшення робо­ти шахтних сушарок застосовують рециркуляційні способи сушіння, комбіновані та з попереднім підігріванням зерна.

Шеретування насіння. Запаси жиру в тканинах олійного на­сіння та плодів розподілені нерівномірно: основна частина зосе­реджена в ядрі насінини — зародку та ендоспермі, плодова та на­сіннєва оболонки містять невелику кількість олії, яка має інший (гірший) ліпідний склад. У зв’язку з цим під час перероблення багатьох олійних культур та плодів від основної жировмісної тканини — ядра — відокремлюють малоолійні зовнішні (пло­дові та насінні) оболонки насіння. У цьому разі підвищується олійність перероблюваної сировини, збільшується продук­тивність технологічного устаткування, зростає кількість вилу­ченої олії та білка.

Відокремлення оболонки від ядра складається з операції руй­нування покривних оболонок насіння (шеретування) і подальшо­го розподілу одержаної суміші (шеретівки) на ядро та лушпин­ня провіюванням. Олійні плоди та насіння шеретують різними способами залежно від фізико-механічних властивостей оболон­ки та ядра. Найважливіша вимога до машин для шеретування насіння: руйнування оболонки не повинно супроводжуватися руйнуванням ядра. Через недосконалість наявних шеретівних машин цю вимогу повною мірою не виконують.

Плодову оболонку соняшникового насіння руйнують відцент­ровими шеретівними машинами. Насіння надходить через жи­вильник до ротора із частотою обертів 1 200-1 500 хв'¹ і рухаєть­ся вздовж радіуса ротора, а потім, покидаючи ротор, ударяється в металеву поверхню — деку, оболонка насіння у цьому разі руй­нується. Шеретоване насіння називають шеретівною.

Якість шеретівки характеризується вмістом у ній небажаних фракцій — цілих насінин та частково незруйнованого насіння (цілого або недоруйнованого), зруйнованого ядра (січка) та олій­ного пилу. Наявність у шеретівці недоруйнованих насінин неба­жана: вона збільшує вміст лушпиння в ядрі. Також небажана наявність у шеретівці січки та олійного пилу. Січка легко віддає жир лушпинню навіть під час короткого контакту. Олійний пил ділком не відокремлюється від лушпиння, яке відходить із ви­робництва, і втрати олії з лушпинням збільшуються.

Відокремлення ядер. Розподіл шеретівки на лушпиння та ядра ґрунтується на різниці в їх розмірах та аеродинамічних властивостях. Лушпиння значно більше за розмірами від ядра і чинить менший опір повітряному потоку. Спочатку одержують фракції шеретівки, що містять у собі частинки лушпиння і ядер одного розміру, а потім у повітряному потоці кожну одержану фракцію розділяють на лушпиння та ядра, застосовуючи для цього аспіраційні віялки.

Аспіраційна віялка складається із двох основних частин: роз­сійника та аспіраційної камери. У передній частині розсійника — передрозсійнику — шеретівка звільняється від дрібної фракції ядер та лузги. За допомогою розсійника розподіляють шеретівку на шість фракцій за розміром частинок. Для цього в розсійнику розміщено один за одним три ряди решіт. Кожне решето поділено уздовж на дві нерівних ділянки — довгу та коротку. Під першим та другим рядом решіт установлено роздільні піддони з покрі­вельної сталі, під третім — піддон загальний. Діаметри отворів решіт зменшуються згори донизу приблизно на 2 мм. Розсійник віялки під час роботи здійснює коливання в горизонтальній площині радіусом 45 мм із частотою 200 хв“¹.

В аспіраційній камері для оброблення шеретівки є п’ять не­залежних повітряних каналів (шоста фракція — олійний пил — повітряного оброблення не зазнає), до яких надходять одержа­ні в розсійнику фракції шеретівки.

Кожна фракція шеретівки надходить на верхню полицю, а потім під дією своєї маси пересипається з однієї полиці на ін­шу. Потік повітря, пронизуючи падаючий шар шеретівки, вино­сить легкі частини (лушпиння), із останньої полички сходять звільнені від лушпиння ядра.

Після аспіраційної віялки одержують ядра, недоруйновані насінини та лушпиння. Ядро надходить на подальше перероб­лення. Недоруйноване насіння подають у повітроситовий сепара­тор, подібний до того, який застосовують для очищення насіння. Тут в осаджувальних конусах після продування недоруйнованого насіння атмосферним повітрям збирається велике лушпиння. Недоруйноване насіння з меншим умістом лушпиння (збагачене) йде на повторне шеретування до шеретувальної машини. Відхо­ди для повторного розподілу подають на контрольну віялку, що відрізняється від основної робочої набором сит та повітряним режимом в аспіраційній камері. Лушпиння видаляють із цеху транспортерами.

Роботу шеретувально-віяльного цеху оцінюють за величиною лушпиння і готових ядер, тобто за процентним умістом луш­пиння в ядрах та за втратами олії в лушпинні, що відходить із ви­робництва як олійний пил, січка ядер та замаслювання луш­пиння під час контакту зі зруйнованими ядрами. Лушпинність ядер, призначених для одержання олії на пресових заводах, не повинна перевищувати 3, на екстракційних — 8%. Оболонки бавовняного насіння руйнують і відокремлюють від ядер на ма­шинах іншої конструкції, але технологічна послідовність опе­рації залишається такою самою.

Подрібнення насіння. Для вилучення олії із насіння чи з ядер потрібно зруйнувати їх клітинну структуру. Кінцевим резуль­татом операції подрібнення є переведення олії, що міститься у клітинах насіння, у стан, необхідний для проведення наступ­них технологічних операцій. Необхідного ступеня подрібнення сировини досягають за допомогою механізмів, які подрібнюють, розчавлюють та розтирають насіння або ядра. Подрібнення здійснюють на вальцьових верстатах.

Одержаний після подрібнення матеріал називають «м’ят­ною», яка характеризується дуже великою питомою поверхнею. Крім руйнування клітинних оболонок, під час подрібнення по­рушується також структура жировмісної частини клітини, знач­на частка жиру звільняється і адсорбується на поверхні части­нок «м’ятки».

Добре подрібнена м’ятка повинна складатися з однорідних за розмірами частинок, не містити цілих незруйнованих клітин, водночас уміст дуже дрібних (борошнистих) частинок у ній по­винен бути невеликим. Для одержання м’ятки застосовують вальцьові верстати. Робочими органами верстата типу ВВ-5, який найчастіше використовують, є п’ять пар вальців, розміщених один над одним вертикально: верхні валки рифлені, інші — гладкі.

Вилучення олії. Вилучення олії з м’ятки здійснюється пре­суванням або екстракцією, а найчастіше — поєднанням цих двох способів.

Пресування. Олія, адсорбована у вигляді плівок на поверхні частинок подрібнених ядер, затримується значними поверхне­вими силами. Для ефективного відокремлення необхідно цей зв’язок послабити. Для цього використовують гідротермічне (волого-теплове) оброблення м’ятки, приготування мезги або прожарювання. Під час зволоження та подальшого теплового оброблення м’ятки послаблюється зв’язок ліпідів із неліпідною частинкою насіння, білками та вуглеводами, і жир переходить у відносно вільний стан, його в’язкість помітно знижується. По­тім м’ятку нагрівають до більш високої температури, її вологість у цьому разі зменшується і одночасно відбувається часткова денатурація білків, яка змінює пластичні властивості м’ятки. Так, під дією вологи та теплоти м’ятка змінює свої фізико-хі- мічні властивості й перетворюється на мезгу.

У виробничих умовах процес приготування мезги скла­дається із таких операцій: зволоження м’ятки та підігрівання її до температури 60° С (вологість м’ятки після зволоження для соняшників повинна бути не вищою 8-9%); нагрівання до 105° С та висушування м’ятки. Кінцева вологість готової мезги для соняшників становить 5-6%.

Мезга з такими характеристиками забезпечує ефективне по­переднє вичавлювання олії. Для кінцевого вичавлювання па­раметри мезги повинні бути іншими (кінцева вологість 3-4%, температура 110-120° С). Для приготування мезги застосовують барабанні, шнекові парові і жаровні-чани. Найпоширеніші чани- жаровні із шести або п’яти чанів. Шестичанні жаровні мають чани діаметром 2 100 мм та заввишки 435 мм, розміщені один над одним. За вертикальною віссю розташований загальний вал, на якому в кожному чані закріплено ножі-мішалки. Чани обігрі­ваються глухою парою. Пресування як спосіб вилучення олії з насіння та плодів передує остаточному знежиренню матеріалу під дією органічного розчинника — екстрагента. Тільки у по­рівняно невеликих кількостях ще здійснюється чисто пресове вилучення олії.

Вичавлюють олію на шнекових або інших пресах. Шнеко­вий прес складається із живильника, розбірного ступеневого циліндра, ножів та шнекового вала. Стінки циліндра виготовле­ні зі сталевих пластин, укладених у каркасі циліндра так, що між пластинами є вузькі щілини для виходу відпресованої олії. Шнековий вал складається з окремих ґвинтових кілець, розділених по довжині проміжними циліндричними або коніч­ними кільцями.

Мезга надходить до приймальної частини ступеневого ци­ліндра через живильник, там витки шнека захоплюють її та пе­реміщують уздовж нього до вихідного отвору. Шнековий прес розвиває максимальний тиск ЗО МПа, ступінь ущільнення (стис­нення) мезги зростає в 2,8-4,4 рази, тривалість перебування мезги у шнековому каналі під тиском залежить від типу преса і змінюється у межах від 78 до 225 с.

Залежно від робочого тиску пресування та олійності макухи, що виходить, шнек-преси поділяють на преси попереднього (неглибокого) вилучення олії — форпреси та преси остаточного (глибокого) вилучення олії. Форпреси широко застосовують у технологічних схемах екстракційних заводів. Вони мають до­статньо високу продуктивність (70-80 т на добу і вище щодо ви­ходу сировини) за порівняно невисокого виходу олії (олійність макухи до 15-17%). Частота обертання шнекового вала фор- преса — 18-36 хв“¹, товщина вихідної макухи — 8-12 мм, три­валість пресування в середньому — 80 с.

Преси глибокого вилучення олії мають значно меншу про­дуктивність — 18-30 т на добу, проте олійність макухи нижча — 4-7%. Цього досягають завдяки тривалішому перебуванню мезги в пресі — 220-225 с унаслідок сповільненого обертання шнека — 5-18 хв“¹ та невеликої ширини вихідної кільцевої щі­лини. Товщина макухи-черепашки, що виходить із преса, — в межах 3-4 мм. На практиці застосовують шнек-преси однора­зового остаточного вичавлювання, які послідовно здійснюють попереднє та остаточне вичавлювання в одному агрегаті.

Спосіб екстрагування. Пресовим способом неможливо досяг­ти повного знежирення мезги. Єдиний спосіб, який забезпечує повне вилучення олії, є екстракційний. Форпресову макуху пе­ред надходженням на екстрагування обробляють для надання її структурі крупки, гранул або пелюстків, які забезпечують максимальне вилучення олії розчинниками.

Оброблення форпресової макухи здійснюють за такої послі­довності: грубе подрібнення макухи, друге, більш тонке, по­дрібнення на валкових та інших дробарках, що дають макухову крупку. Перед отриманням пелюстків крупку зволожують і піді­грівають для підвищення пластичності, потім крупка надхо­дить до плющильної вальцівки, на якій одержують макухову пелюстку завтовшки 0,25-0,5 мм. Одержання пелюстків мож­ливе також під час прямого екстрагування з високоякісного на­сіння, наприклад сої, яке надходить на екстрагування як так звана сира пелюстка.

Як розчинник для екстрагування олії застосовують бензин марки А і Б та гексан. Бензин і гексан хімічно інертні й не коро­дують апаратуру, але вони пожежо- та вибухонебезпечні і ток­сичні. Тому робота екстракційних цехів суворо регламентуєть­ся відповідними нормами та правилами.

Рослинну олію найчастіше екстрагують способом занурю­вання матеріалу або ступеневим зрошуванням перемішуваного матеріалу розчинником. Інші способи екстрагування поширені менше.

У процесі екстрагування занурюванням в олію з олієматеріалу її вилучають проходженням через потік розчинника в умовах протитечії, під час якого екстраговані розчинник і матеріал без­перервно переміщуються один відносно одного.

Перевага екстрагування занурюванням полягає у високій швидкості екстрагування та невеликій тривалості процесу знежи­рювання, простоті конструкції екстракційного апарата, високому коефіцієнті використання його геометричного об’єму (до 98%). За цього способу екстрагування унеможливлюється утворення в апаратах вибухонебезпечних сумішей повітря та розчинника.

Недоліками екстрагування занурюванням є низька концент­рація остаточних міцел, високий уміст у них домішок, значні габарити екстракторів за висотою. За способом занурювання працює вертикальний шнековий екстрактор НД-1250 (модер­нізований).

Під час екстрагування ступеневим зрошуванням безперерв­но переміщується тільки розчинник, а матеріал, який екстра­гують, залишається у спокої в одній і тій самій місткості, що переміщується (ковші, камери тощо), або на рухомій стрічці.

Екстрагування олії способом ступеневого зрошування забез­печує одержання міцел збільшеної концентрації, чистих за ра­хунок самофільтрування через шар екстрагованого матеріалу.

Незважаючи на деякі недоліки (значна тривалість екстрагу­вання, невисокий коефіцієнт використання геометричного об’єму (не вище 45%) апарата та можливість утворення вибухонебез­печних концентрацій суміші пари, розчинника та повітря все­редині установки), екстрактори, що працюють за способом зро­шування, широко застосовують на сучасних підприємствах.

Найдосконалішим вважають карусельний екстрактор, який складається з поділеного на 13 секцій ротора, за допомогою якого переміщується сировина. Днище секцій спільне, нерухоме, сітчасте. Воно виготовлене із дроту, що утворює щілини 0,8 мм для проходження міцели. Для очищення міцели від твердих домішок (обов’язкова операція під час екстрагування способом занурювання) застосовують відстійники, гідроциклони та’тка­нинні фільтри. Якщо вміст домішок невеликий (після екстра­гування способом зрошення), міцелу очищають, пропускаючи її через розчин електроліту (5% -й розчин ЫаС1). Міцела, що ви­ходить із екстрактора, містить від 10-15 до 30-35% олії. Доки концентрація міцели невелика, відгонка розчинника зводиться до звичайного процесу випарювання. Із підвищенням концент­рації міцели температура її кипіння швидко зростає. Для приско­рення процесу та зменшення температури застосовують відгонку розчинника під вакуумом, а також гострою парою, що подаєть­ся в міцелу.

У виробництві операцію відгонки називають дистиляцією міцели. Устаткування для двоступеневої дистиляції складається із плівкового дистилятора, що працює за атмосферного тиску, та остаточного дистилятора, що працює за залишкового тиску 7 кПа. Шрот, який виходить із екстрактора, містить від 20 до 30% розчинника, що виводиться нагріванням в апаратах-виварниках (тостерах) за допомогою гострої пари. У цьому разі досягається оптимальна денатурація білків та інактивація токсичних, не­бажаних речовин: рицину під час перероблення рицини, ін­гібіторів трипцину та хімотрипсину під час перероблення сої, арахісу тощо. Шрот, який подають на зберігання, повинен ма­ти вологість у межах 3,5-9%, а його температура не повинна перевищувати 40° С. Уміст розчинника у шроті не повинен ста­новити понад 0,1, феродомішок — понад 0,01% .

Розчинник, який виводиться із міцели та шроту, регене­рується конденсацією із парогазових сумішей в теплообмінни- ках-конденсаторах.

У сирих оліях завжди містяться різноманітні домішки, що утруднюють їх перероблення і знижують якість одержаної про­дукції. Частина цих домішок вилучається із клітин насіння під дією теплоти, тиску та органічного розчинника разом із олією.

Тому в товарній олії завжди є фосфоліпіди, віск, барвники та продукти гідролізу цих речовин (вільні жирні кислоти, слиз, дигліцерин та інші речовини).

В олії, одержаній із насіння, є також продукти окиснення різних сполук ліпідної природи. Уміст продуктів гідролізу та окиснення ліпідів в олії залежать від якості насіння, що надхо­дить на перероблення, та інтенсивності технологічної дії на насін­ня. Крім розчинних речовин, товарна олія містить і механічно захоплені тверді домішки — частинки мезги, макухи або шроту.