Экстракция растительных масел

   Стернны и их эфиры составляют основную часть неомыляемого остатка масел. Различают стерины растительного (фитостерины) и животного (зоостерины) происхождения. Наиболее распространенными фитостеринами являются ситостерин,стигмастерин, эргостерин, из зоостеринов - холестерин. Ситостерины - в частности, наиболее изученный из них бета-ситостерин - оказывают гипохолестеринемическое действие, снижая абсорбцию холестерина в кишечнике; обладает эстрогенной, противоопухолевой, противогрибковой и бактериостатической (приостанавливает рост и размножение бактерий) активностью. В последние годы установлено, что фитостерины могут включаться в липидные образования человека и животных, например, в мембраны эритроцитов.

В растительных маслах присутствуют жирорастворимые  витамины А, Е, D, К, а также некоторые водорастворимые витамины, в частности, витамины группы В, витамин РР (никотиновая кислота).

   Витамин А в растительных продуктах содержится в виде провитаминов - бета-каротина и других каротиноидов. Витамин А регулирует обменные процессы в организме, участвует в процессах тканевого дыхания, в энергетическом обмене, влияет на проницаемость клеточных мембран. Он необходим для роста, развития и дифференцировки тканей, влияет на функции эндокринных желез (надпочечников, половых желез), отвечает за нормальное состояние кожи, слизистых оболочек глаз, желудочно-кишечного тракта, дыхательных и мочевыводящих путей, повышает сопротивляемость организма к респираторным инфекциям, оказывает специфическое влияние на функции зрения (служит кофактором родопсина - зрительного пурпура, отвечающего за восприятие света). При недостатке витамина А развивается поражение кожных покровов, слизистых оболочек, значительно страдает зрение. До недавнего времени считалось, что основной функцией каротиноидов в организме является их превращение в витамин А. Исследования последних лет показали, что каротиноиды сами по себе играют важную роль в метаболических процессах, особенно как антиоксиданты. Бета-каротин лучше усваивается в присутствии микроэлементов цинка, селена, аминокислот цистеина и глутатиона, желчных кислот и экзогенных антиоксидантов, таких как биофлавоноиды, галлокатехины, антоцианидины.

   Витамин Е (токоферол). Механизм действия токоферола связан с его участием в поддержании стабильности мембран клетки и клеточных органоидов за счет антиоксидантных свойств - способности тормозить перекисное окисление полиненасыщенных жирных кислот. Потребность в витамине Е прямо пропорциональна поступлению в организм полиненасыщенных жирных кислот. При недостатке витамина Е развивается дистрофия скелетных мышц и сердечной мышцы, повышается ломкость капилляров,разрушаются эритроциты, страдает репродуктивная функция, развиваются дегенеративные изменения в нервных клетках и клетках печени. Дефицит витамина Е снижает уровень магния в тканях, селен и витамин Е вместе усваиваются лучше.

   Витамин D регулирует обмен кальция и фосфора, обеспечивает всасывание этих веществ в кишечнике и отложение их в растущей кости, обеспечивая таким образом прочность костей и зубов. Витамин D способствует усвоению магния, также необходимого для строительства костной ткани, а также влияет на проницаемость клеточных и субклеточных мембран для ионов кальция. Синтезируется этот витамин в организме при действии солнечного света на кожу, образование же биологически активной формы витамина D происходит в печени и почках. Недостаточность витамина D широко распространена у детей раннего возраста и играет важную роль в развитии рахита. У взрослых гиповитаминоз D возникает редко и проявляется в форме остеопороза (разряжения костной ткани). Витамин D токсичен, при нерациональном использовании концентрированных препаратов возможно развитие гипервитаминоза, поэтому важно поступление его в организм в естественном виде, с продуктами питания.

   Витамины группы К (филлохинон - К1, менахинон - К2, менадион - К3) влияют на процессы свертывания крови, так как участвуют в синтезе протром- бинового комплекса. Как кофермент витамин К участвует в транспорте электронов и окислительном фосфорилировании. Витамин К необходим для синтеза белка, правильного формирования костей и почек. Он входит в состав клеточных мембран, повышает резистентность стенки кровеносных сосудов, усиливает действие гормонов щитовидной железы и надпочечников, ускоряет заживление ран и язв. Дефицит витамина К у взрослых развивается редко, у мужчин может приводить к бесплодию. В пожилом возрасте недостаток витамина К способствует развитию остеопороза.

   Витамин В1 (тиамин) участвует в обмене углеводов, белков и жиров; обеспечивает нормальный рост; повышает двигательную и секреторную активность желудка; нормализует работу сердца. В организме тиамин превращается в кофермент кокарбоксилазу. Тиамин необходим для синтеза важнейшего нейромедиатора - ацетилхолина. Недостаточность тиамина может развиваться при злоупотреблении алкоголем, при избытке в рационе рафинированных углеводов, при заболеваниях желудочно-кишечного тракта, вследствие нарушения всасывания этого витамина, при употреблении антибиотиков. Основными проявлениями гиповитаминоза В1 являются полиневрит, нарушения деятельности сердца и желудочно-кишечного тракта.

   Витамин В2 (рибофлавин) влияет на рост и развитие плода и ребенка; играет важную роль в обмене углеводов, жиров и белков; имеет большое значение для поддержании зрения, участвует в построении родопсина - зрительного пурпура, защищая сетчатку от избыточного воздействия ультрафиолетового облучения; принимает участие в синтезе гемоглобина. Биохимический механизм действия рибофлавина связан с его участием в процессах биологического окисления и энергетического обмена. При авитаминозе В2 поражаются глаза (воспаление роговицы, помутнение хрусталика) и слизистая оболочка полости рта. Обнаружен синергизм рибофлавина с витамином В6, цинком, селеном.

   Витамин РР (ниацин, никотиновая кислота) участвует в реакциях клеточного дыхания и промежуточного обмена, поскольку входит в состав ферментов, осуществляющих окислительно-восстановительные реакции; улучшает углеводный обмен, действует положительно при легких формах сахарного диабета; снижает уровень холестерина в крови; нормализует секреторную и моторную функции желудочно-кишечного тракта, оказывает положительное действие при язвенной болезни желудка; проявляет сосудорасширяющий эффект. При авитаминозе развивается пеллагра («шершавая кожа»), для которой характерны дерматит (воспаление кожи), расстройства функций желудочно-кишечного тракта, поражение слизистой оболочки полости рта, нарушения психики. Ниацин образуется в организме из аминокислоты триптофана (из 60 мг триптофана образуется 1 мг ниацина).

   В растительных маслах содержится небольшое количество азотистых соединений в виде белков и свободных аминокислот. Растительные белки - альбумины, глобулины, глютамины, проламины - находятся во всех частях растений, но в основном они сконцентрированы в семенах. В отличие от животных, растения способны синтезировать все аминокислоты, необходимые для построения белковых молекул. Параллельно синтезу в растениях постоянно происходит распад белка, особенно во время прорастания семян. Образующиеся свободные аминокислоты используются для построения тканей развивающегося растения, образования витаминов, гормонов, антибиотиков и других соединений. При отжиме масла из семян в него переходит часть свободных аминокислот.

   Значение аминокислот для организма определяется прежде всего тем, что они используются для синтеза белков. В состав белков у человека входят 20 аминокислот. Среди них выделяют: незаменимые (валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин), которые не могут синтезироваться в организме человека; частично заменимые (аргинин и гистидин), синтезирующиеся в организме, но скорость их синтеза недостаточна для обеспечения потребности в них; условно заменимые (цистеин и тирозин), которые могут синтезироваться из незаменимых аминокислот; заменимые аминокислоты (аланин, глицин, пролин, серии, аспарагин, аспарагиновая кислота, глутамин, глутаминовая кислота), которые могут синтезироваться в самом организме.

2.Процесс  получения растительного  масла методом  экстрагирования.

   Основным  способом получения растительного  масла является экстракция. Подготовительными  стадиями для этого способа  являются :

• Подготовительная стадия - очистка , сушка, обрушивание(разрушение) кожуры семян (подсолнечника, сои, хлопчатника и других) и отделение её от ядра.

    Очистка производится с помощью специальных машин ,одной из таких является –«Машина для очистки шелухи»: внутри машины расположены гусеницы, а снаружи имеется стальная сетка, с помощью которых зерна, перетираясь, очищаются от шелухи.[рис.1]

Рис.1«Машина  для очистки шелухи»

   Процесс  сушки плодов проходит сначала  с нагревания, для улучшения отделения  кожуры от мякоти, затем семена  удаляются а мякоть сушится над медленным огнём.

   Для  обрушивания масличных семян  применяются различные конструкции  рушильных машин. В зависимости  от физико-механических свойств тканей масличного семени созданы машины для разрушения плодовой и семенной оболочек, различные по принципу работы. Для семян подсолнечника и других кожурных семян, имеющих хрупкую оболочку, действие машин для разрушения оболочек основано на ударе семени о твердую поверхность. Для семян, имеющих волокнистую оболочку, прочную и эластичную, применяется разрезание оболочки.При обрушивании семя подсолнечника подвергается удару под действием бичей в рушильном барабане. Поперечное сечение плодовой оболочки изменяется, появляются перенапряжения в некоторых ее частях. Под действием приложенной силы оболочка семени испытывает не только напряжение сжатия и сдвига, но и напряжение изгибающего характера. Масличные семена по характеру оболочек делят на две группы — кожурные (подсолнечник, хлопчатник) и бескожурные (лен, рапс, сурепка, кунжут). Кожурные семена перерабатывают после отделения оболочки, бескожурные — без ее отделения.

     При обрушивании семян работа  затрачивается на разрушение  оболочки и на высвобождение  ядра из разрушенной оболочки. Действие приложенной динамической  нагрузки на оболочку семени  приводит к разрушению ее.

•    Измельчение ядра. Целью этой операции является разрушение клеточной структуры ядра для максимального извлечения масла при дальнейших технологических операциях. Для измельчения ядра и семян используют однопарные, двупарные и пятивалковые станки с рифлеными и гладкими поверхностями. В результате получают сыпучую массу мятку. При лепестковом помоле на двупарной плющильной вальцовке и двупарном плющильно-вальцовом станке ФВ-600 получают лепесток — пластинки сплющенного жмыха толщиной менее 1 мм.
•    Экстракция — это диффузионный процесс, движущей силой которого является разность концентраций мцсцеллы — растворов масла в растворителе внутри и снаружи частиц экстрагируемого материала. Растворитель, проникая через мембраны клеток экстрагируемой частицы, диффундирует в масло, а масло из клеток — в растворитель. Под влиянием разности концентраций масло перемещается из частицы во внешнюю среду до момента выравнивания концентраций масла в частице и в растворителе вне ее. В, этот момент экстракция прекращается.  
   
     Экстракцию масла из масличного сырья проводят двумя способами: погружением и ступенчатым орошением. 
   
     Экстракция погружением происходит в процессе непрерывного прохождения сырья через непрерывный поток растворителя в условиях противотока, когда растворитель и сырье продвигаются в противоположном направлении относительно друг друга. По способу погружения работают экстракторы НД-1000, НД-1250, «Олье-200». Такой экстрактор состоит из загрузочной колонны, горизонтального цилиндра и экстракционной колонны, внутри которых установлены шнеки.  
   
     Сырье в виде лепестка или крупки поступает в загрузочную колонну, подхватывается витками шнека, перемещается в низ загрузочной колонны, проходит горизонтальный цилиндр и попадает в экстракционную колонну, где с помощью шнека поднимается в верхнюю ее часть. Одновременно с сырьем в экстрактор подается бензин температурой 55—60 °С. Бензин перемещается навстречу сырью и проходит последовательно экстрактор, горизонтальный цилиндр и загрузочную колонну. Концентрация мисцелы на выходе из экстрактора составляет 15—17%. 
   
     Обезжиренный остаток сырья — шрот выходит из экстрактора с высоким содержанием растворителя и влаги (25—40%), поэтому его направляют в шнековые или чанные (тостеры) испарители, где из него удаляют бензин. 
   
     К преимуществам экстракции погружением относятся: высокая скорость экстракции, простота конструкторского решения экстракционных, аппаратов, безопасность их эксплуатации. Недостатками этого способа являются: низкие концентрации конечных мисцелл, высокое содержание примесей в мисцеллах, что осложняет их дальнейшую обработку. 
   
     Экстракция способом ступенчатого орошения. При этом способе непрерывно перемещается только растворитель, а сырье остается в покое в одной и той же перемещающейся емкости или движущейся ленте. Этот способ обеспечивает получение мисцеллы повышенной концентрации (25-30%), с меньшим количеством примесей. Недостатки этого способа — большая продолжительность экстракции, повышенная взрывоопасность производства. 
   
     Наша промышленность использует горизонтальные ленточные экстракторы МЭЗ-350, Т1-МЭМ-400, ДС-70, ДС-130, «Луги-100», «Лурги-200», ковшовые экстракторы «Джанациа», корзиночный экстрактор «Окрим». Более современным является карусельный экстрактор «Экстехник» (Германия), работающий по принципу многоступенчатого орошения в режиме затопленного слоя. 
   
     При экстракции на ленточном экстракторе МЭЗ сырье из бункера подается на движущуюся сетчатую ленту транспортера, проходит под форсунками и оросителями, орошается последовательно мисцеллой и бензином. Экстрактор имеет 8.ступеней с рециркуляцией мисцеллы и соответственно 8 мисцеллосборников. 
   
     После экстракции мисцелла содержит до 1% примесей, и ее направляют на ротационные дисковые или патронные фильтры для очистки. Дистилляция — это отгонка растворителя из мисцеллы. Наиболее распространены трехступенчатые схемы дистилляции.  
   
     На первых двух ступенях мисцелла обрабатывается в трубчатых пленочных дистилляторах. На первой происходит упаривание мисцеллы. На второй — мисцелла обрабатывается острым паром при температуре 180—220 °С и давлении 0,3 мПа, что вызывает кипение мисцеллы и образование паров растворителя. Пары растворителя направляются в конденсатор. На третьей ступени высококонцентрированная мисцелла поступает в распылительный вакуумный дистиллятор, где в результате барботации острым паром под давлением 0,3 мПа происходит окончательное удаление следов растворителя. После дистилляции масло направляют на рафинацию.

• Рафинация подсолнечного масла

  Масло, подвергнутое  рафинации, практически не имеет  цвета, вкуса, запаха. Такое масло  еще называют обезличенным. Его  пищевая ценность определяется  лишь наличием незаменимых жирных  кислот (в основном, линолевой и линоленовой), которые еще называют витамином F. Этот витамин отвечает за синтез гормонов, поддержание иммунитета. Он придает устойчивость и эластичность кровеносным сосудам, уменьшает чувствительность организма к действию ультрафиолетовых лучей и радиоактивного излучения, регулирует сокращение гладкой мускулатуры, выполняет еще множество жизненно важных функций.

   При производстве растительного масла существует несколько ступеней рафинации:

1. Избавление  от механических примесей (отстаивание,  фильтрация и центрифугирование), после которого растительное  масло поступает в продажу  как товарное нерафинированное, - это уже первая ступень рафинации.

2. Удаление фосфатидов или гидратация – обработка небольшим количеством горячей – до 70 °С воды. Такая обработка делает растительное масло прозрачным, после чего оно называется товарным гидратированным.

3. Выведение  свободных жирных кислот. При  избыточном содержании таких  кислот у растительного масла  появляется неприятный вкус. Прошедшее  эти три этапа растительное  масло называется уже рафинированным  недезодорированным.

4. После отбеливания  в масле не остается пигментов,  в том числе каротиноидов, и оно становится светло-соломенным. Дезодорация удаляет летучие соединения, лишает растительное масло запаха и превращает его в рафинированное дезодорированное.

5. Последняя  ступень очистки, в процессе  которой получается бесцветное, вязкое растительное масло –  вымораживание, с его помощью  удаляют воски.

   Пройдя все этапы, растительное масло и становится обезличенным. Из такого продукта изготавливают маргарин, майонез, кулинарные жиры, применяют при консервировании. Поэтому оно не должно иметь специфического вкуса или запаха, чтобы не нарушать общий вкус продукта.

   На прилавки подсолнечное масло попадает как следующие продукты:

   Рафинированное недезодорированное масло – внешне прозрачное, но с характерным для него запахом и цветом.

   Рафинированное дезодорированное масло – очень прозрачное, светло-желтое, без запаха и вкуса семечек.