Исследования

Аппарат вихревого слоя успешно применяется предприятиями-производителями растительных масел. Учитывая особенности обработки компонентов в рабочей зоне АВС, доказана его эффективность при внедрении в технологические линии рафинации и гидратации растительных масел. Обработка в Аппарате вихревого слоя позволяет также повысить качество масла, интенсифицировать процесс производства, усовершенствовать технологические линии.

Растительные масла представляют собой сложный комплекс органических соединений, основной частью которых являются липиды. Наибольшей группой среди липидов являются жиры (триацилглицерины), фосфолипиды (глицерофосфатиды), воски и их производные.

При хранении масел фосфолипиды поглощают влагу из окружающей среды и образуют обводненный осадок, который ухудшает качество масел. Применение АВС позволяет полностью устранить указанную проблему.

Для удаления фосфолипидов из растительного масла необходимо нарушить устойчивость системы из фосфолипиды-триацилглицеринов путем повышения полярности молекул фосфолипидов. Например, действием воды, которая имеет высокую полярность. В результате действия воды вокруг полярных молекул фосфолипидов возникают гидратные оболочки. В результате система фосфолипиды-триацилглицерины становится не устойчивой и гидратированные фосфолипиды выпадают в осадок. Выделенный осадок высушивают и получают фосфатидный концентрат, который применяется в пищевых и кормовых целях. Поэтому, в современных технологических схемах рафинации растительного масла важной операцией, одновременно с удалением свободных жирных кислот, является процесс ее гидратации водой или слабыми водными растворами щелочи, соли или кислоты, который позволяет удалить из масла фосфолипиды и подготовить масло к следующим этапам рафинации.

В основе процесса гидратации фосфолипидов из растительного масла лежит важное свойство фосфолипидов — их отношение к действию воды. Гидратация заключается в том, что в нагретое до нужной температуры масло при перемешивании вводится вода или раствор реактива с температурой 40-50 °С.

Внедрение АВС в технологическую линию гидратации масла растительного позволяет не только интенсифицировать, но и усовершенствовать указанный процесс.

Вода, взаимодействуя с гидрофильными группами фосфатидов, ведет к образованию смешанных слоев. В них одновременно находятся молекулы глицеридов и гидратированные молекулы фосфолипидов. Несмотря на то, что гидратация применяется в промышленности давно, механизм взаимодействия фосфатидов с водой требует дальнейшего изучения потому, что технологические схемы для его реализации несовершенны и не обеспечивают гарантированную степень извлечения фосфолипидов. Авторы установили, что на процесс гидратации значительно влияет количество введенной воды и температура процесса.

Технический прогресс в области очистки технических масел охватывает широкий круг вопросов интенсификации технологических процессов, а именно:
- выбор оптимальных гидратирующих агентов и условий проведения гидратации в зависимости от вида масел;
- усовершенствование рецептурно-технологических факторов;
- применение различных технологических приемов в процессе гидратации с целью придания маслам специфических свойств и улучшения их качества;
- применения различных физических методов интенсификации процесса.

Большие возможности по интенсификации процессов гидратации масел заключаются в совершенствовании аппаратов, работающих с использованием различных физических методов воздействия на материалы, которые в них обрабатываются.

В технологическом процессе очистки масел важное место занимают операции, связанные с механическим перемешиванием компонентов. Оборудование, используемое на указанных операциях, не обеспечивает необходимое качество перемешивания и контактирование компонентов, что приводит к перерасходу сырьевых компонентов и не обеспечивает гарантированной стабильности и качества очистки масел. Учитывая особенности обработки многокомпонентных систем в АВС, изложенные в наших предыдущим материалах, авторами проведены исследования эффективности применения электромагнитных аппаратов с вихревым слоем в технологических схемах рафинации растительных масел.

АВС обеспечивает необходимое качество перемешивания компонентов и стабильность масла, а также ведет к более экономному использованию компонентов.

В качестве объекта исследований использовалась сырое масло (подсолнечное, рапсовое, кориандровое, горчичное). Гидратация велась дистиллированной водой в АВС с диаметром расточки индуктора 100 мм (при напряженности электромагнитного поля Н=11,8•104 А/м). В качестве рабочих элементов использовались ферромагнитные частицы цилиндрической формы из стали ШХ-15 диаметром 1,6 мм и длиной 17,8 мм. Исследовалось влияние количества ферромагнитных элементов (m = 100-250 г), продолжительность обработки (τ = 3 -30 с), количества воды (3-5% к массе масла) на эффективность гидратации. В реактор объемом 0,5 дм3 загружались ферромагнитные элементы, масло в количестве 0,3 дм3 и проводился подогрев. Отдельно в емкости подогревалась дистиллированная вода. Для достижения необходимой температуры использовался термошкаф.

Процесс гидратации проводился при температуре 30-75 °С. Нагретая вода вливалась в реактор с маслом, который располагался в рабочей зоне АВС на соответствующее время. Вследствие комплексного действия вихревого слоя и магнитного поля индуктора достигалось интенсивное перемешивание компонентов, что обеспечило необходимые условия для эффективного протекания процесса гидратации масла. После обработки в АВС гидратированное масло загружали в лабораторную центрифугу для выделения фосфолипидов (время центрифугирования составляло 10 минут при n=5000 об/мин) или выливали в лабораторную мешалку, где гидратированное масло обрабатывалась определенное время при температуре гидратации с последующим центрифугированием. При исследованиях контролировались: кислотное число (ГОСТ 5476-80), содержание золы (ГОСТ 5474-66), количество фосфорсодержащих веществ весовым методом (ГОСТ 7824-80), содержание неомыленных веществ (ГОСТ 5479-64).

Результаты исследований представлены в табл. 1.

Анализ полученных результатов показывает, что на эффективность гидратации масла в АВС влияет количество воды, температура гидратации, интенсивность обработки в вихревом слое, а также продолжительность обработки в аппарате с мешалкой.