Maistinių riebalų išgavimas, rafinavimas, modifikavimas ir stabilizavimas

Riebalų ir aliejaus mokslo ir technologijos pagrindai Maistinių riebalų išgavimas, rafinavimas, modifikavimas ir stabilizavimas Paskaitų konspektas I. ĮVADAS Augalinių sėklų ar gyvulinių audinių perdirbimo į maistinius riebalus ir aliejų technologiją galima suskirstyti į 4 stadijas: išgavimas (ekstrakcija), rafinavimas (fizinis ir cheminis), modifikavimas (hidrinimas, peresterinimas, iššaldymas, frakcionavimas) ir stabilizavimas (riebalinių emulsijų struktūros suformavimas) bei atliekų perdirbimas (2.1pav.). Aliejus iš augalinės žaliavos išgaunamas ekstrakcija tirpikliu, spaudimu, fermentine ekstrakcija, centrifugavimu bei vyrimu ar išlydimu jei kalbame apie gyvūninius riebalus. Aliejaus išgavimo metu (pirminio spaudimo ekstrakcija ir tiesioginė ekstrakcija heksanu, presavimas ar fermentinė ekstrakcija) išekstrahuojamas žaliasis aliejus. Nuriebintos nuosėdos yra vadinamos išspaudomis (po spaudimo) arba rūpiniais po ekstrakcijos tirpikliu. Nevalytas aliejus vadinamas “žaliuoju aliejumi”, nes jame yra pašalinių komponentų, tokių kaip pigmentai, fosfolipidai, laisvos riebalų rūgštys (LRR), aliejaus turi nepageidaujamą kvapą ar skonį ir todėl yra rafinuojamas. Siekiant išsaugoti biologiškai vertingus komponentus bei gauti aukštos kokybė maistinį aliejų rafinavimo metu yra pašalinamos nepageidaujamos priemaišos. Rafinuotas aliejus turi daugiau kaip 99% triacilglicerolių ir gali būti modifikuojamas, dažniausiai hidrinant arba peresterinant. Iššaldymas, dalinė kristalizacija taip pat priklauso modifikavimo procesams, kadangi gaunami riebalai skiriasi nuo pradinių, tiek riebalų rūgščių sudėtimi, tiek konsistencija. Plastifikavimas, temperavimas ir kristalizacija yra operacijos skirtos stabilizuoti aliejaus mišinius skirtus šorteningų ar margarino gamybai. 2.1 pav. Augalinio aliejaus rafinavimo ir modifikavimo etapai: violetis stulpelis _ modifikavimas: hidrinimas/interesterinimas, frakcionavimas, žalias - fizinis rafinavimas: rūgštinė hidratacija, balinimas, distiliacija _ dezodoravimas; tamsiai mėlynas - cheminis rafinavimas: hidratacija, neutralizavimas, vaškų atskyrimas, balinimas ir dezodoravimas ir geltonas stulpelis – soapstoko skaidymas, riebalų rūgščių distiliacija Aliejaus ir riebalų sudėtis: • triacilgliceroliai; • laivos riebalų rūgštys (nuo 1 iki 10 nerafinuotame aliejuje); • nesumuilinamos medžiagos (nuo 0,2  iki 10  nuo aliejaus masės) Triacilgliceroliai. Riebalai yra triacilglicerolių (TAG) mišinys, kiekvienas TAG turi po tris riebalų rūgštis prisijungusias prie glicerolio molekulės. Riebalų rūgštys sudarytos iš anglies atomų (6-24) grandinių, tarpusavyje sujungtų dvigubais ar viengubais ryšiais. Prie anglies atomų yra prisijungęs vandenilio atomas. Nesotumo laipsnis matuojamas jodo skaičiaus verte (nuo 0 iki 210 mg/KOH). Jeigu riebalų rūgštys neturi dvigubų ryšių jos vadinamos sočiosiomis riebalų rūgštimis, jeigu riebalų rūgštis (RR) turi vieną dvigubą ryšį – vadinamos mononesočiosiomis. Pagrindinė mononesočioji RR yra oleino (18:1), kuri randama visų riebalų sudėtyje; ji sumažina bendrąjį cholesterolio kiekį, didina gerojo cholesterolio kiekį. Didžiausias oleino RR kiekis randamas alyvuogių aliejuje, dėl ko jis yra labai populiarus, ypač viduržemio jūros baseino šalyse. Kada RR sudėtyje yra daugiau kaip vienas dvigubasis ryšis, jos vadinamos polinesočiosiomis arba nepakeičiamomis RR, kurios turi būti gaunamos su maistu, nes žmogaus organizmas jų nesintetina. Tai linolo RR (C18:2, omega-6), alfa-linoleno (18:3, omega-3). Organizme šios rūgštys metabolizuojasi: iš alfa-linoleno RR susidaro kitos omega-3 šeimai priklausančios polinesočios RR – eikozapentaeno (EPA, C20:5) ir dokozaheksaeno (DHA, C22:6), o linolo RR yra pirmtakas omega-6 šeimos RR susidarymui. Kiekvienos dienos dieta turi būti turtinga tiek omega-6, tiek omega-3, tačiau šiuo metu kasdieninėje dietoje, palyginti su kitomis RR, net 20 kartų daugiau trūksta omega-3 RR. Didžiausias omega-3 šeimos RR yra žuvų riebaluose ir sėmenų aliejuje (alfa-linoleno RR, 60 proc.). Triacilglicerolių fizinės savybes lemia RR sudėtis, kambario temperatūroje nesotūs riebalai yra skystame būvyje, o sotūs - kietame. Cheminė formulė Riebalų rūgštys yra identifikuojamos pagal anglies atomų skaičių ir dvigubus ryšius. Pavyzdžiui: C16:0: 16 anglies atomų ir 0 dvigubų ryšių (sočiosios), palmitino RR; C18:1: 18 anglies atomų and 1 dvigubų ryšių (mononesočios), oleino RR; C20:5: 20 anglies atomų and 5 dvigubų ryšių (polinesočios), eikozapentaeno RR (EPR) Laisvos riebalų rūgštys Laisvos RR nėra prisijungusios prie glicerolio molekulės ir todėl žmonės dažniausiai jas supainioja su riebalų rūgštimis. LRR kiekis, proc. išreiškiamas pagal oleino RR. Rafinavimo metu LRR yra pašalinamos Nesumuilinamos medžiagos Ši frakcija cheminio rafinavimo (neutralizavimo) metu nepatenka į soapstoką . Jos sudėtis: • vitaminai (prov.A, D, E kaip tokoferolių izomerai); • skirtingi steroliai (šių komponentų analizė pateikia aliejaus genetinį žemėlapį ir įgalina tiksliai identifikuoti skirtingos rūšies aliejų); • vaškai; • natūralūs angliavandeniliai (karotinai, skvalenas ir t.t.). Riebalų rūgščių lentelė Anglies atomų skaičius Dvigubieji ryšiai Rūgšties pavadinimas C4:0 4 0 Sviesto C6:0 6 0 Kaprono C7:0 7 0 Heptano C8: 0 8 0 Kaprilo C12:0 12 0 Lauro C12:1 12 1 Lauroleino C14:0 14 0 Miristo C14:1ω5 14 1 Miristoleino C16:0 16 0 Palmitino C16:1 ω 7 16 1 Palmitoleino C18:0 18 0 Stearino C18:1 18 1 Oleino C18:2 ω 6 18 2 Linolo (LA) C18:3 ω 3 18 3 Alfa linoleno (ALA) C18:3 ω 6 18 3 Gamma linoleno (GLA) C18:4 ω 3 18 4 Stearidono- SDA C20:0 20 0 Eikozano C20:1 ω 11 20 1 Ikozeno C20:1 ω 9 20 1 Eikozeno C20:3 ω 6 20 3 Dihomogama-linoleno (DGLA) C20:4 ω 3 20 4 Eikozatetraeno (ETA) C20:4 ω 6 20 4 Arachidono (AA) C20:5 ω 3 20 5 Eikozapentaeno (EPA) C22:0 22 0 Beheno C22:1 22 1 Eruko/dokozeno C22:5 ω 3 22 5 Dokozapentaeno (DPA) C22:6 ω3 22 6 Dokozaheksaeno (DHA) 2. ALIEJAUS IR RIEBALŲ IŠGAVIMAS Yra 4 pagrindiniai aliejaus išgavimo (ekstrakcijos) iš sėklų, grūdų gemalų (kukurūzų, ryžių, kviečių gemalai), vaisių ar kitų šaltinių metodai: • Naudojant hydraulinius presus turinčius medvinės diskus – susmulkinti ir išdžiovinti vaisiai (migdolai, miško riešutai ir t.t.) supilami į diskus ir aliejus išgaunamas ekstrahuojant šaltu presavimu. Šiuo būdu išgautas aliejus vadinamas šalto presavimo aliejumi (virgin oil); • Naudojant mechaninius presus (ekspelerius): sėklos „traiškomos“ joms judant išilgai sraigto kameros, sraigtą gaubia plokštelės orientuotos sraigto ašiai. Plokštelės tarp savęs yra atskirtos vis mažėjančiais tarpais, kurie leidžia aliejui prasiskverbti: įvyksta aliejaus išspaudimas iš pakaitintų sėklų; sėklos palaipsniui spaudžiamos, kol jos juda išilgai sraigto kameros. Spec. konstrukcijos sraigtiniais presais, prie žemų temperatūrų išgaunamas šalto spaudimo aliejus (virgin oil); Naudojamas ne tik šaltas, bet ir karštas vienkartinis arba dvikartinis presavimas (saulėgrąžų aliejaus gamybos schema), pirminio presavimo ekstrakcija (gaunamas pirminio presavimo aliejus). • Ekstrakcija tirpikliu (dažniausiai heksanu): tirpiklis naudojamas tam, kad atskirti riebalus iš susmulkintos sėklų masės, galutiniame etape išgarinant tirpiklį ir gaunant maistinį aliejų. Naudojama pirminio presavimo ekstrakcija arba tiesioginė ekstrakcija ; • Atskiriant aliejų centifuguose iš aliejingos vaisių masės (pvz., alyvuogių aliejaus schema): aliejus yra separuojamas iš vaisių pulpos (minkštimo masė+vaisių vanduo) centrifuguojant. Keletą tūkstančių metų, aliejus ir riebalai buvo išgaunami (ekstrahuojami) iš aliejingų sėklų, vaisių, riešutų ir riebalinių gyvūninių audinių ir naudojami kaip maistas, kosmetikai, tepalams ir degamiesiems skysčiams gaminti. Tam, kad užtikrinti sėkmingą riebalų perdirbimą į maistinius riebalus, iš kelių šimtų augalų ir gyvūnų yra atrinkta 11 svarbiausių šaltinių. 1 lentelė. Pagrindiniai pramoniniai maistiniai riebalai ir aliejus bei jų gavimo būdai Šaltinis Riebalingumas, % Vyraujantis išgavimo būdas Galutinis produktas Sojos pupelės/sojų 19 Tiesioginė ekstrakcija tirpikliu Sojų aliejus Kukurūzai (gemalai) 40 Sausas arba šlapias malimas ir pirminio spaudimo ekstrakcija tirpikliu. Kukurūzų aliejus Lajus 70-95 Išlydimas Išlydytas lajus Rapsų sėklos 42 Pirminio spaudimo ekstrakcija tirpikliu Rapsų aliejus Kokoso riešutai (išdžiovinta kopra) 66 Presavimas Kokosų aliejus Medvilnės sėklos 19 Presavimas /pirminis presavimas arba tiesioginė ekstrakcija tirpikliu Medvilnių aliejus Kiaulių riebalai 70-95 Išlydimas Išlydyti kiaulių riebalai Aliejinės palmės vaisių minkštimas 47 Presavimas Palmių aliejus Aliejinės palmės vaisių branduoliai 48 Presavimas Palmių branduolių aliejus Saulėgrąžų sėklos 40 Pirminio spaudimo ekstrakcija tirpikliu Saulėgrąžų aliejus Žemės riešutai (išlukštenti) 47 Presavimas arba pirminio spaudimo ekstrakcija tirpikliu Žemės riešutų aliejus Visi aliejaus išgavimo (ekstrakcijos) būdai skirti tam, kad atskirti riebalų triacilglicerolius nuo įvairių priemaišų bei gauti rūpinius ar išspaudas turtingas proteinais. Pagrindiniai pramoninio aliejaus išgavimo būdai: presavimas, pirminio presavimo ekstrakcija tirpikliu ir tiesioginė ekstrakcija tirpikliu. Aliejaus išgavimo procesas priklauso nuo aliejaus kiekio žaliavoje, aliejaus likučio rūpiniuose, nuo investicijų skirtų įrangai bei vietinių įstatymų, reglamentuojančių lakiuosius organinius junginius. 2.1. Aliejinių sėklų pirminis perdirbimas Seniausias aliejaus išgavimo būdas yra presavimas, prieš presavimą sėklos specialiai apdorojamos tam, kad atskirti aliejų nuo išspaudų ir padidinti aliejaus išeigą (2.2. pav.). Anksčiau buvo naudojami svertiniai ir sraigtais valdomi presai, dažniausia sukami jaučių ar kitų darbinių gyvulių. Po pramoninės revoliucijos atsirado hidrauliniai presai, kurie ištobulėjo iki sraigtinių presų, velenais sujungtų su garo varikliais. Sraigtinis presavimas ir ekstrakcija tirpikliu tapo pagrindiniais aliejaus išgavimo metodais, nes leido padidinti aliejaus išeigą. Ilgą laiką buvo manoma, kad aliejingai žaliavai, kurios riebalingumas didesnis kaip 30%, prieš ekstrakciją tirpikliais reikalingas pirminis presavimas. Įprastiniu būdu presuojant išspaudžiama didžioji dalis aliejaus, o pirminio presavimo metu išspaudžiama tik dalis aliejaus (20%), o dalinai išspausta sėklų masė galutinai nuriebinama tirpikliu. Šiuo metu ši taisyklė nebetaikoma net didelio riebalingumo žaliavai. Galima atlikti tiesioginę ekstrakcija tirpikliu. Tiesioginė ekstrakcija, be jokio išankstinio presavimo jau kurį laiką yra labiausiai praktikuojamas metodas. Aliejus yra ne tik pilnai išgaunamas, bet gaunami karščiu nepažeisti rūpiniai. Pirminio spaudimo ekstrakcija tirpikliais ir tiesioginė ekstrakcija tirpikliais yra pavaizduotos 2.3. paveiksle. 2.2. pav. Aliejinių sėklų gilaus presavimo (ekspeleriai) schema: 1) sėklų padavimo transporteris į valymo įrenginį; 2) elevatorius paduodantis sėklas į surinkimo talpyklą; 3) malūnai; 4) transporteris susmulkintai grūdų masei; 5) susmulkintos sėklų masės elevatorius; 7) kaitintuvai; 8) ekspeleriai; 9) išspausto aliejaus surinkimas ir pašildymas;10) aliejaus nusistovėjimo talpykla;11) nefiltruoto aliejaus talpykla; 12) nefiltruoto aliejaus padavimas į rėminį filtrą vamzdys; 13) rėminis filtras; 14) filtruoto aliejaus talpa; 15) aliejaus padavimas laikymui; 16) išspaudų padavimo elevatorius; 17) išspaudų atšaldymo įrenginys; 18) elevatorius; 19) surinkimo talpykla; 20) smulkintuvas; 21) elevatorius; 22) fasavimas. 2.3. pav. Pirminio presavimo ekstrakcijos ir tiesioginės ekstrakcijos technologinė schema: PIRMINIO PRESAVIMO (SPAUDIMO) EKSTRAKCIJA TIRPIKLIU: PP1-priėmimo bunkeris; PP2-svarstyklės; PP3- smulkinimo valcai; PP4-kondiocionavimo įrenginys; PP5- sraigtinis presas; PP6-išspaudų granuliatorius; PP7- nusodintuvas; PP8- filtro presas; PP9-išspaudų surinkimo talpa; E1-žaliavinių dribsnių elevatorius; E2-dribsnių padavimo konvejeris; E3-stacionarus ekstraktorius; E4- micelės elevatorius; E5-tirpiklio išgarintuvas; E6-garų kondensatorius; E7-I garinimo etapas; E8- I kondensavimo etapas; E9-II garinimo etapas; E10- II kondensavimo etapas; E11-baigiamasis aliejaus garinimo striperis; E12-vakuuminis kondensatorius; TIESIOGINĖ EKSTRAKCIJA TIRPIKLIU: P1- priėmimo talpa; P2 -svarstyklės; P3-smulkinimo valcai; P4-kondicionavimo įrenginys; P5-dribsniavimo aparatas ir toliau tas pats nuo E1; Rūpinių perdirbimas: M1-rupinių atšaldymas; M2-rupinių smulkinimas; M3-sietas. 2.2. Sėklų laikymas Aliejingos sėklos dažniausia turi didesnę drėgmę ir turi būti išdžiovinamos prieš paduodant jas į laikymo talpyklas. Vis daugiau fermerių sandėliuoja sėklas, ypač sojos pupeles, savo fermose tam, kad kitais metais gauti didesnį pelną. Laikant sėklas su padidintu drėgmės kiekiu jos pažeidžiamos, gaunama mažesnė aliejaus ir proteinų išeiga ir blogesnė aliejaus kokybė. Nuėmus derlių sėklos kvėpuoja, išskirdamos CO2 ir kitus metabolitus. Kritinės drėgmės ribos saugiam laikymui yra skirtingos ir priklauso nuo rūšies: kuo didesnis sėklų riebalingumas, tuo mažesnis turi būti drėgnis. Pastarajam esant didesniam už kritinį, suintensyvėja kvėpavimas ir sėklos pradeda dygti, į jas gali paveikti mikroorganizmai. Sėkloms kvėpuojant ir dygstant išsiskiria šiluma, o esant nepakankamai sėklų masės aeracijai šios reakcijos dar pagreitėja. Esant kritinėms sąlygom sėklos gali pradėti kaisti ir net užsidegti (ypač medvilnės sėklos). Šiuolaikiniai įrengimai turi temperatūros monitoringo sistemas, įgalinančias kontroliuoti sėklų temperatūros pokyčius, ypač tai svarbu kritinės temperatūros atveju. Pakilus sėklų temperatūrai iki kritinės, jos perkeliamos į kitą aruodą tam, kad išsklaidyti kaitimo žydinius ir jas išvėdinti. Perdžiovinus sėklas, jos tampa trapesnės. Sėklų trapumas padidėja jas liečiant, laikant ir perdirbant. Transportavimo metu sojos pupelės dėl trapumo gali suskilti į dalis. Tai yra nepageidaujama, kadangi suskilusias daleles sunku atskiri nuo priemaišų ir aliejus daug greičiau pradeda gęsti. Aliejus, gautas iš suskaldytų sojos pupelių, turi daugiau LRR, fosfolipidų, geležies ir peroksidų, kadangi suaktyvėja fermentų veikla. Aliejus, gautas iš sėklų, pažeistų auginimo ir laikymo metu, dažniausiai turi nemalonų specifinį skonį ir kvapą. Dėl to, pažeisti branduoliai ir suskilusios dalelės taip pat yra reglamentuojamos. Kai sėklos pasiekia spaudimo įmonę, atrenkamas vidutinis bandinys kokybinei analizei. Nustatoma drėgmė, priemaišų ir pažeistų sėklų kiekis, riebalingumas, proteinų ir LRR kiekis. Sėklos turinčios didesnę nei kritinę drėgmę turi būti džiovinamos arba tuoj pat perdirbamos. Sėklos su padidintu priemaišų kiekiu yra valomos, kadangi priemaišos dažniausia turi daugiau drėgmės nei sėklos ir gali susikaupti vienoje vietoje supilus jas į aruodus. Jų pašalinimas sumažina pagrindinį drėgmės kiekį ir pagerina sėklų laikymo sąlygas. Pašalinių medžiagų kiekis turi būti normuojamos standartais. Naudojamos išorinės ir vidinės sandėliavimo sistemos. Aruodai yra statomi iš metalo ir betono. Medvilnės sėklos dažniausiai yra sandėliuojamos specialiuose pastatuose su nuožulniu stogu, kurio posvirio kampas toks pat kaip ir supiltų saugojimui sėklų kampas. Kai kurios aliejinės sėklos yra sandėliuojamos lauke ant betono, uždengiant brezentiniais audeklais arba sujungiant su oro padavimo sistemomis (pneumotransportas). Sėklų endosperma yra sudaryta iš daugelio ląstelių, kuriose yra aliejus, proteinai - energijos šaltinis, azoto ir kitų metabolitų, palaikančių gemalo augimą vystymosi metu, atsargos. Fermentai ir ląstelių metabolitai yra citoplazmoje. Kai kurie iš fermentų, pvz., lipazės hidrolizuoja trigliceridus, tai padidina LRR kiekį, kurios rafinavimo metu yra pašalinamos. Kai kurios fosfolipazės gali sudaryti nehidratuojamas fosfolipidų formas, kurias labai sunku pašalinti aliejaus rafinavimo metu. Lipoksigenazės, būdingos sojos pupelėms oksiduoja linolo ir linoleno rūgštis ir suteikia žalią spalvą ir pupų skonį proteinams; šie fermentai gali taip pat sumažinti aliejaus stabilumą oksidacijai. Sveikose sėklose šie fermentai yra atskirti nuo aliejaus ląstelės viduje. Tačiau derliaus nuėmimo metu ar kontakto su įvairiais paviršiais metu gauti pažeidimai suardo ląstelių sieneles ir membranas ir fermentai pradeda kontaktuoti su aliejumi. Visi šie procesai pagreitina šalutines reakcijas, kurios priklauso nuo temperatūros, drėgmės ir sėklų pažeidimo dydžio. 2.3. Valymas Pirmasis perdirbimo etapas yra sėklų valymas (2.4. pav.). Feromagnetinės ir kitos pašalinės medžiagos sumažina aliejaus ir proteino kiekį, gadina brangius perdirbimo įrenginius; be to jos gali nepageidaujamai paveikti aliejaus kokybę (ypač spalvą). Magnetai dedami tiesiai į lataką prieš perdirbimo įrenginius, kad apsaugoti nuo nepageidaujamų geležies atliekų. Vibraciniai ir /ar purtimo sietai su ar be aspiracijos naudojami stiebų, ankščių, lapų, suskaldytų grūdų, žemės ir pašalinių sėklų pašalinimui. 2.4.pav. Sojų pupelių ir rūpinių gamybos etapai: valymas (cleaning), džiovinimas (drying); temperavimas; smulkinimas (cracking), lukštenimas (dehulling), kondicionavimas, dribsniavimas (flaking), ekstrakcija tirpikliu (solvent): rūpiniai (march) ir micelė (miscella), tirpiklio išgarinimas iš rūpinių ir micėlės distiliavimas, pašalinant tirpiklį, rupinių džiovinimas/atšaldymas ir smulkinimas 2.4. Lukštenimas Kadangi lukštuose yra daug mažiau aliejaus, todėl dažniausiai pageidaujama juos pašalinti. Išlukštenimas padidina proteino kiekį rūpiniuose. Kukurūzų ar saulėgrąžų sėklų lukštų išorinė sienelė yra padengta vašku - natūralia apsaugine medžiaga, kurią būtina pašalinti rafinavimo metu, dažniausiai iššaldant ar šalto centrifugavimo būdu. Priešingu atveju, vaškai prie žemų temperatūrų gali pradėti kristalizuotis, aliejus susidrumsčia ir sumažėja jo komercinė vertė. Be to, toks aliejus gali sukelti emulsijos išsisluoksniavimą majoneze. Lukštų atskyrimas palengvina tolimesnį vaškų pašalinimą. Bet lukštai gali turėti ir teigiamos įtakos - lukštuose esanti ląsteliena palengvina presavimo procesą, padidina tirpiklio absorbcija; dėl šių priežąsčių jie pašalinami ne visais atvejais. Išlukštenimas turi būti atliktas kruopščiai, nepažeidžiant sėklos, nes pažeidus augalo ląsteles išlaisvinamas aliejus. Šie pažeidimai turi būt minimizuojami tam, kad apsaugoti išsilaisvinusio aliejaus absorbciją pašalinamuose lukštuose. Kai kurios sėklos, pvz. sojos pupelės, yra išdžiovinamos ir kondicionuojamos arba pakaitinamos prieš lukštenimą ir taip palengvinamas lukšto atskyrimas. Naudojami rifliuotų velenų malūnai, kurie skaldo sėklas ir plaktukiniai malūnai, kurie sutrupina sėklos apvalkalą. Lukštų atskyrimo sistemos susidedančios iš purtimo sietų (purtyklių), aspiratorių, vėtiklių, ir gravitacijos stalų yra efektyvios, nes lukštų masė paprastai yra didesnė už branduolių ir turi mažesnį tankį ir geriau pasipriešina oro srovei. Lukštai gali būti vėl sumaišomi su rupiniais kontroliuojant proteinų kiekį, parduodant juos kaip atskirą produktą galvijų pašarams ar garo ir elektros energijos gavimui. Daug pilnesnis lukštų atskyrimas yra reikalingas gaminant maistinius baltyminius miltus. Kad gauti 50% proteinų turi būt atskirta daugiau kaip 90% sojos pupelių lukštų. Netgi naminių gyvulių pašarų pramonėje pastebima tendencija didinti proteinų kiekį. 2.5. Sraigtinis presavimas Dėl to, kad dribsniai greičiau perduoda šilumą nei suskaldyti branduoliai, prieš presavimą, kaip jau buvo minėta, sėklos dažniausiai dar yra sudribsniuojamos (0,38-0,50 mm storio) ir kaitinamos 115 C temperatūroje, 60 minučių. Pirminės stadijos metu kaitinimas vykdomas drėkinant garu ar išpurškiant vandenį į viršutinį kaitintuvo skyrių (šutinimas). Iškaitintos sėklos yra išdžiovinamos apatinėse kaitintuvo sekcijose. Paduodant iškaitintą ir išdžiovintą sėklų masę į sraigtinį presą drėgmės kiekis juose turi būti ne didesnis kaip 5%. Jeigu šis kaitinimas naudojamas kartu su šiuolaikiniais sraigtiniais presais, tai išspaudose galima sumažinti aliejaus likutį iki 3-4%. Tačiau dauguma presavimo gamyklų yra mažos ir nepilnai sudribsniuoja, iškaitina ir išdžiovina sėklas prieš presavimą, ar iš vis netaiko minėtų operacijų, todėl išspaudose lieka nuo 6 iki 10% aliejaus. Sraigtinio preso pagrindą sudaro sraigtas pagamintas taip, kad sėklos palaipsniui būtų spaudžiamos, kol jos juda išilgai sraigto kameros. Presavimo kameroje yra plokštelės, supančios sraigtą ir orientuotos sraigto ašiai. Plokštelės yra atskirtos vis mažėjančiais tarpais, kurie leidžia skverbtis aliejui. Išspaudų masė juda prie iškrovimo atvamzdžio. Slėgio padidėjimas judant sraigtui pasiekiamas dėl sraigto veleno skersmens padidėjimo ir sraigto žingsnio mažėjimo bei išspaudų pašalinimo greičio. Sraigtinis presas susideda iš trijų sekcijų: sėklų padavimo, presavimo ir pasipriešinimo (2.5 ir 2.6 pav.). Branduoliai ar dribsniai paduodami į greitai besisukanti maitinimo sraigtą, kuris įtraukia juos į presavimo kamerą; presavimo kameroje iš masės yra pašalinamas oras ir išspaudžiamas aliejus. Kai kuriuose sraigtiniuose presuose maitinimo sekcija yra atskiras vertikalus sraigtinis įrenginys arba jis gali būti tiesiogiai sujungtas su presavimo sraigtu. Bet kuriuo atveju maitinimo sraigtas sukasi greičiau nei presavimo. Tam, kad apsaugoti nuo susikaupusių išspaudų praslydimo ir sukimosi presavimo kameros viduryje yra sumontuota peilių užtvaros. Maksimalus slėgis pasiekiamas pasipriešinimo sekcijoje, kai dalinai nuriebintos išspaudos susiduria su visiškai nuriebintomis. Ši sekcija reikalinga tam, kad susidūrimo metu atsirastų pasipriešinimas. Tam, kad gauti mažiau riebalingas nuosėdas, t.y. didesnę aliejaus išeigą, būtina sumažinti dėl trinties padidėjusią masės temperatūrą. Tuo tikslu sraigtinių presų sraigto velenas ir spaudimo kamera šaldoma paduodant dalį jau atvėsinto išspausto aliejaus arba vandenį. Norint padidinti slėgį presavimo metu, sraigtiniai presai yra specialiai užkemšami. Aliejus, dėl traukos jėgos teka į surinkimo kanalą, kur kartu su aliejumi patenka ir pašalinės priemaišos (pirminis valymas). Nuriebintos išspaudos yra sumalamos į miltus. JAV presavimas naudojamas negausiai auginamai žaliavai (pvz. žemės riešutų, ropinėms sėkloms, kai kuriom medvilnių sėkloms), vietovėse, kur nėra tirpiklių gamyklų ar susiduriama su įstatymais reglamentuojančiais jų statybą. Kai kada presavimas yra naudojamas spaudžiant sojų pupeles, nes jų miltai po presavimo turi ypač didelę maistinę vertę. Kopros, rapsų, žemės riešutų, sezamo sėklų, kakavos sviesto presavimas išlieka populiarus besivystančiose šalyse, kur yra ribotas kapitalas. Šis metodas naudojamas spaudžiant aliejus šaltuoju presavimo būdu – gaunami natūralūs funkciniai aliejai. Šis metodas yra labai senas. Iki 19 am. jis buvo vienintelis aliejaus gavimo būdas. Tobulėjant ekstrakcijos būdams, šis metodas irgi tobulėjo. Aliejus spaudžiamas sraigtiniuose presuose. Sraigtiniai presai yra skirstomi į: • pirminius (forpresus) presus, skirtus nepilnam aliejaus atskyrimui; • ekspelerius – giliam presavimui. Pirmieji naudojami šiose schemose : 1) pirminis presavimas – ekstrakcija tirpikliais; 2) dvikartinis presavimas. Taigi, kas yra sraigtinis presas ar ekspeleris? Ekspeleris yra mechanizmas, kuris naudoja mechanines priemones skystos fazės ekstrakcijai, kaip paprastai būna atskiriant aliejų ar riebalus iš sėklų, riešutų ar gyvulinės kilmės šalutinių produktų. Mechaninė ekstrakcija yra natūralus (be chemikalų) ekstrakcijos procesas. Kokiu būdu veikia ekspeleris ar sraigtinis presas? Sraigtinio preso ar ekspelerio veikimo principas pagristas Archimedo sraigto eiga, pagal kurią tolygiai mažėja presuojamos medžiagos tūris šalinamojo vamzdžio viduje. Sėklų masė yra transportuojama išilgai Archimedo sraigto ir jai judant, jos tūris palaipsniui (vis labiau) mažėja. Šis spaudžiamos masės turio mažėjimas pritaikytas ir presavimui, kai reikia atskirti skystį nuo kietųjų medžiagų. Skystis yra tiesiog išstūmiamas iš kietųjų dalelių ir išteka pro nuleidimo vamzdį į surinkimo talpyklą. Pirminio presavimo metu atskiriama 85 % aliejaus skaičiuojant nuo bendro aliejaus kiekio masėje, o likusi dalis išspaudose atskiriama ekstrakcijos būdu. Ekspeleriai naudojami galutiniam aliejaus atskyrimui. Ekspeleriai skiriasi aliejaus ir išspaudų išleidimo principu. Gaminami dviejų pagrindinių tipų ekspeleriniai įrengimai: A) cilindrinio tipo, nedidelio našumo presai - apie100 kg sėklų/h. • Aliejus išleidžiamas pro angeles perforuotame presavimo vamzdyje. Aliejus išpresuojamas šalia angų ir per jas išteka.. Speciali vamzdžio perforacija ledžia išvengti kontakto su išspaudomis ir nukreipia jas priešinga kryptimi. Išspaudos praeina matrica ir suformuojamos granulės. 2.5. pav. Cilindrinio tipo sraigtinis presas:1 - droselinė sklendė, 2 - cilindro spaudimo matrica, 3 - cilindro tarpinė, 4 – sliekinis sraigtas B) filtruojamojo tipo presai (2.6 pav.)- didelio našumo presai –nuo 15 iki 2000 kg sėklų/h. • Aliejus išteka per filtrus. Filtrai sumontuoti taip, kad būtų galima reguliuoti angelių diametrą. Išspaudos pašalinamos plokštelių pavidalu. 2.6 pav. Filtruojamojo tipo sraigtinis presas: 1 - sėklų padavimo įrenginys, 2 – korpusas, 3 – preso sraigtas, 4 - aliejaus ištekėjimo angelės, 5 – šildymas, 6 - išspaudų pašalinimo antgalis Spaudimo kokybę apsprendžia šie faktoriai: 1) fizinės ir mechaninės presuojamos medžiagos struktūros savybės; 2) spaudimo parametrai; Slenkant masei išilgai preso link spaudimo kameros ir veikiant slėgiui, įvyksta išorinių ir vidinių masės dalelių paviršių suartėjimas. Suartėjimo dėka įvyksta skystos fazės išspaudimas iš tarpų tarp dalelių, o po to ir iš pačių dalelių. Be to, pasikeičia tankis, porėtumas, presuojamos masės skvarbumas, o taip pat pasikeičia fizinės aliejaus charakteristikos. Spaudimo metu visos erdvės yra užpildytos skysta faze. Spaudžiamas aliejus, kintant jo debitui, pastoviai juda presuojamoje masėje išspaudimo kameros link. Debito kaita vyksta dėl to, kad prie jau esamo skysčio prisijungia vis nauji aliejaus srautai (kaip maži upeliukai įteka į didelę upę). Spaudžiamas aliejus savo sudėtyje turi kietas presuojamos medžiagos daleles, kurios praeina ir pro filtro angeles. Iš vienos tonos rapsų grūdų gaunama apie 365 kg aliejaus ir 625 kg išspaudų. 2.7 pav. pavaizduoti pagrindiniai produktai, gaunami iš rapsų sėklų. 2.7 pav. Pagrindiniai produktai, gaunami iš rapsų Faktoriai įtakojantys aliejaus ir išspaudų kokybę Šaltu būdu presuojant 44% riebalingumo rapsų sėklas gauname 62,6 – 67,7 % išspaudų ir 32 – 36% išvalyto aliejaus. Aliejaus kiekis išspaudose 8 – 12%. Šalto spaudimo metu aliejuje lieka 0,3 – 1,4% kietųjų dalelių.. 2.8 ir 2.9 pav. pavaizduotas medžiagų kiekių pasiskirstymas šalto spaudimo metu iš rapsų sėklų. 2.8. pav. Medžiagų kiekių pasiskirstymas Šalto spaudimo metu ~99,4% fosforo patenka į išspaudas ir tik ~0,05% fosforo lieka išvalytame aliejuje. Fosforo kiekis kietose dalelėse ~0,5%. Tai yra vienas iš šalto presavimo privalumų. Spaudžiant aliejų karštai, į aliejų pereina daug didesnis fosforo kiekis ir todėl būtinas rafinavimas. Siekiant išgauti nedidelį kiekį fosfolipidų turintį šalto spaudimo aliejų, labai svarbu kontroliuoti sėklų drėgmę ir spaudimo temperatūrą. . 2.9. pav. Fosforo kiekio pasiskirstymas Sėklų drėgmės sumažinimas padidina aliejaus išeiga ir sumažina fosforo kiekį aliejuje, tačiau apdorojant per daug sausas sėklas padidėja energijos poreikis, sumažėja našumas ir padidėja kietų dalelių kiekis. Didėjant sėklų drėgmei, mažėja trintis tarp sėklų presavimo metu ir todėl padidėja našumas ir tuo pačiu sumažėja aliejaus išeiga. 2 lentelėje pateikta ryšys tarp presavimo proceso parametrų. 2 lentelė. Ryšys tarp presavimo proceso parametrų Sraigto sukimosi greitis↑ Sėklų drėgmė↑ Sėklų temperatūra↑ Fosforo kiekis    Našumas    Kietų dalelių kiekis    Aliejaus išeiga    Energijos poreikis    Pateiktoje lentelėje matyti, kad: • Didėjant sraigto sukimosi greičiui, didėja ir našumas, tačiau didėja ir fosforo bei kietųjų dalelių kiekis aliejuje, energijos poreikis taip pat didėja, o aliejaus išeiga mažėja; • Didėjant sėklų drėgmei, našumas didėja, energijos poreikis ir kietųjų dalelių kiekis aliejuje mažėja, tačiau didėja fosforo kiekis aliejuje, o aliejaus išeiga mažėja; • Didėjant sėklų temperatūrai, kietųjų dalelių kiekis aliejuje mažėja, aliejaus išeiga didėja, tačiau energijos poreikis ir fosforo kiekis aliejuje didėja, o našumas mažėja. Sėklų drėgmė turėtų būti tarp 6,5 – 7,5 %. Šiame intervale gauname optimalius: • našumą; • aliejaus išeigą; • fosforo kiekį; • kietųjų dalelių kiekį. Šalto presavimo metu šie faktoriai turi būti suderinti vienas kitos atžvilgiu: • didinant našumą; • didinant aliejaus išeigą; • mažinant aliejuje kietųjų dalelių kiekį. Prieš paduodant į presą, sėklos turi būti pašildomos ik 20 oC. Tačiau nereikia jų perkaitinti, nes pakilus sėklų temperatūrai daugiau nei 60 oC (šalto spaudimo išeinančio iš preso aliejaus temperatūraturi būti ne didesnė kaip 60 oC) , padidėja fosforo koncentracija aliejuje. Jei sėklos yra per šaltos ( 0,05 % muilo, o jeigu yra mažiau – tuomet citrinų ar H3PO4.rūgšties tirpalu 3.5.2. Aliejaus praplovimas vandeniu Proceso esmė: muilas gerai tirpsta karštame vandenyje. Praplovimui naudojamas kondensatas ar minkštas vanduo. Paprastai naudojami 2-3 praplovimai vandeniu. Po praplovimo aliejus paliekamas nusistovėti. Fazės atskiriamos separatoriuose. Dvikartinio praplovimo atveju naudojama 7-10 % vandens, skaičiuojant nuo bendros riebalų masės. Vandens riebalingumas po pirmo praplovimo turi būti – ne > 1,5 %, o po antro – 0,05 %. Riebalų nuostoliai – 0,2 %. 3.5.3. Riebalų apdorojimas citrinų rūgštimi. Citrinų rūgšties panaudojimas leidžia pilnai atskirti neutralizuotus riebalus nuo muilo likučių. Citrinų rūgštis skaldo muilą ir suriša riebalų oksidacijos iniciatorius Fe ir Ni jonus. Susidariusios druskos netirpsta aliejuje ir pašalinamos filtruojant. Citrinų rūgšties panaudojimas (esant muilo likučiams nuo 0,01 iki 0,02 %) nežymiai padidina aliejaus rūgštingumą. Citrinų rūgšties tirpalas (10 % koncentracijos) į aliejų įvedamas 90-950C temperatūroje, intensyviai maišant. Paskaičiuojant taip: 30-50 g citrinų rūgšties/1 tonai riebalų. Po to aliejus džiovinamas. Nuostoliai sudaro 0,02 %. CH2COOH CH2OONa | | HO – COOH + 2 RCOONaHO – COOH + 2RCOOH |  | CH2COOH CH2COONa Citrinų rūgštis Muilas Citrinų rūgšties druskos 3.5.4. Aliejaus apdorojimas fosforo rūgštimi Tam, kad sumažinti praplovimo vandens ir citrinų rūgšties kiekį bei atliekas, naudojama fosforo rūgštis. Apdorojimas H3PO4 atliekamas separavimo linijose. Koncentruota H3PO4 įvedama į karštą vandenį pirmo praplovimo metu, kai aliejaus masėje yra 10 % vandens. Gaunami 0,05-0,1 % koncentracijos fosforo rūgšties vandeniniai tirpalai. Susidariusios fosforo rūgšties natrio druskos atskiriamos kartu su vandeniu. Šiuo atveju, separavimo linijose gali būti taikomas ir vienas praplovimas vandeniu. 3.5.5. Micelės rafinavimas (neutralizavimas) Šarminis rafinavimas ar neutralizavimas po ekstrakcijos heksanu yra vadinamas micelės rafinavimu. Rafinuojant ekstrakcijos tirpikliu būdu gautą medvilnių aliejų, šarminį neutralizavimą būtina atlikti kaip galima greičiau po ekstrakcijos (ne ilgiau kaip po 6 h), nes priešingu atveju bus labai sunku pašalinti gossipolą. Rafinuojant micelę, dėl joje esančio heksano likučio, sumažėja aliejaus klampumas ir padidėja tankio skirtumas tarp micelės ir vandens/muilo fazių. Tai padidina separavimo efektyvumą ir sumažina rafinavimo nuostolius. Dažniausiai aliejaus koncentracija micelėje buna apie 40-60 %. Aliejus su NaOH sumaišomas galingomis maišyklėmis. Tam, kad soapstokas ištirptų aliejuje, gautas mišinys pašildomas iki 65 C ir po to atvėsinamas iki 45C. Vandeninė fazė nuo aliejinės atskiriamos centrifuguojant. Plovimas vandeniu čia yra nereikalingas. Neutrali micelė turi būt išgarinama, o aliejus išdžiovinamas ir atvėsinamas. Rafinuojant micelę gaunamas geresnės spalvos aliejus. Soapstokas dažniausiai supilamas atgal ir kartu su išspaudomis naudojamas pašarams. Taip gautas aliejus yra vadinamas “pirminio rafinavimo aliejus”. Jis, kaip ir kiti aliejai, turi būti dar kartą rafinuojamas, bet tam reikia jau daug mažiau šarmo. Šiuo būdu gali būti rafinuojamas bet koks aliejus, tačiau reikalingos papildomos saugumo priemonės heksano pašalinimui. Dėl šių priežąsčių, šis būdas dažniausiai naudojamas tik medvilnių aliejaus gamyboje. 3.5.6. Džiovinimas (drėgmės pašalinimas iš aliejaus) Tai galutinis neutralizavimo proceso etapas. Džiovinimas vykdomas vakuume, liekamasis slėgis 5,5-6,6 kPa, temperatūra – 90-95 0C. Džiovinimo metu drėgmė intensyviai garuoja ir tuo pačiu metu pašalinamas oras, esantis aliejuje. Vandens kiekis aliejuje po neutralizavimo dažniausia siekia 0,8 %, tuo tarpu kai leistinas kiekis yra 0,3 %. Aliejus prieš ilgalaikį kaitinimą aukštoje temperatūroje (dezodoravimas ar hidrinimas) būtinai turi būti išdžiovinamas, nes gali prasidėti hidrolizės procesas ir vėl susidaryti laisvosios riebalų rūgštys. Džiovinimo proceso metu, karštas aliejus (115 C) yra įpurškiamas į vakuuminę džiovyklą. Drėgmės kiekis yra sumažinamas iki 0,1 %. Gauti fosfolipidai (po hidratacijos) naudojami lecitino gamybai ir taip pat yra išdžiovinami iki 0,5 % drėgmės. 3.6. Balinimas (adsorbcinis rafinavimas) (Bleaching) Balinimo paskirtis (3.5. pav.) – pigmentų, peroksidų, antrinių oksidacijos produktų, muilo ir vandens likučių pašalinimas. Balinimui naudojami bentonitiniai moliai, aktyvuota anglis, silikageliai ir t.t. Balinimas vykdomas vakuume, nes moliai gali katalizuoti aliejaus oksidaciją esant deguoniui. Žaliuosiuose aliejuose paprastai randama įvairių spalvinančių pigmentų. Pvz.: karotinoidai aliejui suteikia spalvą nuo geltonos (ksantofilai) iki raudonos (karotinai, ypač - karotinas). Žalia spalva aliejų nudažo chlorofilai, tamsiai – ruda ar juoda – gossipolas, esantis medvilnės aliejuje. Saulėgrąžų, sojų ir kai kuriuose kituose aliejuose vyrauja karotinoidai maskuojantys chlorofilo spalvą. Rapsų, linų ir kituose panašiuose aliejuose, atvirkščiai vyrauja chlorofilai (žalia spalva). Pigmentų, esančių aliejuje, prigimtis ir sandara yra labai skirtinga, tačiau jie visi pasižymi polinėmis savybėmis, todėl adsorbcinio rafinavimo metu naudojami poliniai adsorbentai, pasižymintys pakankamu aktyvumu ir selektyvumu. Tai aktyvuoti rūgštimi bentoniniai moliai – aliumoksilikatai. Karotinoidai pakankamai atsparūs šarmams, todėl šarminio neutralizavimo metu jie išlieka aliejuje. Nežymus pašviesėjimas įvyksta dėl karotinoidų sorbcijos soapstoke naudojant koncentruotus šarmo tirpalus. Karotinoidai aktyviai sorbuojasi kietų adsorbentų paviršiuje. Ši savybė taikoma ir jų šalinimo iš aliejaus metu. Chlorofilai, skirtingai nei karotinoidai, sąveikauja su šarmu, tačiau šarminis rafinavimas neleidžia pilnai pašalinti chlorofilus iš aliejaus. Adsorbentai, naudojami aliejaus-riebalų pramonėje turi atitikti sekančius reikalavimus ir turėti: 1) Pakankamai aukštą adsorbcinį talpumą ir aktyvumą (būtina mažinti adsorbento kiekį, pasirenkant aktyviausią); 2) Ppakankamai porėtą paviršių ir didelį kiekį aktyvių centrų; 3) Nnedidelį aliejaus sugėrimo laipsnį (talpumą – aliejaus kiekis %, kurį sulaiko sorbentas); 4) Filtruojant ar atsistovint turi lengvai atsiskirti nuo aliejaus; 5) Negali pakeisti aliejaus trigliceridų sudėties. Adsorbcija – tai medžiagos sukoncentravimas iš tirpalo ar dujų kieto kūno, ar skysčių paviršiuje. Balinimo efektyvumą apsprendžia: spalva, sorbento kiekis, atliekų nuostoliai bei balinto aliejaus išeiga. Sorbento kiekis nustatomas bandomojo adsorbcinio rafinavimo metu laboratorinėmis sąlygomis ir svyruoja nuo 0,5-5 %. Padidinus aliejaus ir adsorbento kontakto ekspozicijos trukmę, gali prasidėti osidacijos procesai bei aliejus gali įgauti specifinį žemės skonis. Tam, kad sumažinti aliejaus oksidacijos lygį, prieš molio įvedimą adsorbentai yra aeruojami vakuumo sąlygomis. Pagrindinės stadijos: • koncentruotos aliejinės adsorbento suspensijos paruošimas, • molio deaeracija, • pirminis ir galutinis balinimas, • adsorbento atskyrimas filtruose. Pirminio balinimo paskirtis - pašalinti pigmentus ir nušviesinti aliejų. Tam naudojami aktyvuoti bentonitiniai moliai ir anglis, sintetiniai silikatai bei silikagelis. Balinimo molio kiekis priklausomai nuo pigmentų kiekio aliejuje ir svyruoja 0,2-2 % ribose (pvz.:sojos aliejui 0,2-0,4 %, ryžių aliejui – 3-5 %). mažiau kaip 10 % vandens - suardoma jo vidinė struktūra, sumažėja paviršius, o taip pat ir adsorbcijos galia. Mažiausiai jo yra sunaudojama sojos aliejui – 0,2-0,4 %, tuo tarpu ryžių - net 3-5 %. Balinimo molis be pigmentų ir muilo likučių taip pat gali pašalinti metalo ir kai kuriuos oksidacijos produktus. Būtina kuo geriau pašalinti muilo likučius (iki 10 mg/kg) , kadangi jie “apnuodija” hidrinimui ir peresterinimui skirtus katalizatorius. 3.5. pav. Balininimas 3.6. pav. Rūgštinė hidratacija –balinimas (fizinis rafinavimas) Molis yra pašalinamas filtruojant. Ši operacija yra būtina, nes molio likučiai sukelia prooksidaciją. Šio proceso metu yra pašalinami peroksidai, antriniai oksidacijos produktai, muilo ir vandens likučiai. Balinimas dažniausi vykdomas vakuume (liekamasis slėgis - 4 kPa ar 30 mm Hg st.), nes balinimo moliai, esant deguoniui, gali kaip katalizatoriai suaktyvinti oksidacijos procesą. Adsorbentas 15-20 min. maišomas su karštu aliejumi (80-110C). Maišymas reikalingas tam, kad padidinti aliejaus kontaktą su moliu. Pigmentai adsorbuojami molio paviršiuje ir filtracijos metu pašalinami. Aktyvuoti moliai yra gaminami iš gamtinio bentonito. Aktyvacijai naudojama sieros rūgštis, kurios vandeniliais yra pakeičiami aliuminio jonai. Rūgšties perteklius pašalinamas vandeniu. Molis yra išdžiovinamas ir sumalamas. Molių geba balinti aliejų priklauso nuo jo rūgštingumo, todėl ir naudojami aktyvuoti moliai, galintis lengvai prisijungti vandenilį. Didesnį aktyvumą turi moliai iš kurių yra pašalintas vanduo. Dažniausia molis yra sumaišomas su nedidele dalimi aliejaus 80C temperatūroje (molio suspensija), o likusi dalis yra deaeruojama ir pakaitinama iki balinimo temperatūros (100-110C). Laikas čia nesvarbus, dažniausia 15-20 min., nes svarbi tik temperatūra. Pasiekus reikiamą temperatūrą ir vakuumą mišinys yra sumaišomas su likusiu aliejumi. Panaudotas molis gali sugerti iki 30-50 % aliejaus. Aliejaus kiekio sumažinimui iki 20% jis yra praplaunamas garu. Kai kada gali būt naudojami tirpikliai, kurių dėka lieka tik 3 % aliejaus. Balintas aliejus turi būt šviesiai gelsvos spalvos. Spalva yra matuojama spektrofotometru (Lavibond Tintometer AF960), pagal raudonos ar geltonos spalvos vienetus. Dažniausiai balinti aliejai turi mažiau negu 10 spalvos vienetų geltonoje ir 2,5- raudonoje skalėse. 3.7. Dezodoravimas (Deodorization) Tai galutinė aliejaus rafinavimo operacija. (3.7. ir 3.8.pav.) Pagrindinis dezodoravimo proceso tikslas yra pašalinti kvapą ir skonį lemiančius junginius: mažo molekulinio svorio riebalų rūgštis, aldehidus, ketonus ir alkoholius. Dezodoracijos metu taip pat pašalinami oksidacijos produktai: šviežiai dezodoruoto aliejaus PS vertė turi būti lygi nuliui, o laisvųjų riebalų rūgščių turi būti ne daugiai kaip 0,03%. Šie komponentai yra lakesni negu trigliceridai ir dezodoravimo metu išgarinami. Kiauliniai riebalai yra vieninteliai, kuriems netaikoma šis procesas, kadangi turi švelnesnį kvapą ir skonį. Monogliceridų, sterolių, jų esterių, tokoferolių ir kitų natūralių antioksidantų praradimas turi neigiamos reikšmės riebalų maistinei vertei. Tokoferoliai yra veiksmingi natūralūs antioksidantai ir dėl to žaliasis aliejus yra stabilesnis nei dezodoruotas. Skonį ir kvapą apsprendžia blogai tirpstančių vandenyje lakiųjų medžiagų mišinys: žemo molekulinio svorio rūgštys (kaprono, kaprino ir kt.) bei jų gliceridai, alifatiniai angliavandeniai, gamtiniai eteriniai aliejai, terpenai, aldehidai, ketonai, oksirūgštys, sulfo- ir nitrojunginių, karotinoidų, gliukozinolatų, stearinų, vitaminų ir fosfolipidų skilimo produktai. 3.7. pav. Aliejaus dezodoravimo technologinė schema Specifinio skonio ar kvapo atsiradimui, užtenka šimtosios procento dalies, o kartais ir mažiau. Pvz.: rapsų aliejuje, kaip ir kituose kryžmažiedžių šeimos aliejuose vyrauja gliukozinolatų skilimo produktai, turintys specifinį kvapą, garstyčių – eteriniai aliejai, arachisų aliejuje - nesotūs žemo molekulinio svorio angliavandeniai. Šie komponentai yra lakesni negu triacilgliceroliai ir išgaruoja pirmesni. Kiauliniai riebalai yra vieninteliai nedezodoruojami, kadangi turi švelnesnį kvapą ir skonį. Monoglicerolių, sterolių ir jų esterių, tokoferolių ir kitų natūralių antioksidantų pašalinimas turi neigiamą poveikį oksidacijos procesams: dėl šios priežąsties žaliasis aliejus yra stabilesnis nei dezodoruotas, ypač aukštoje temperatūroje. 3.8. pav. Aliejaus dezodoravimo technologinė schema Dezodoracija – tai distiliacija garais ir atliekama prie aukštų temperatūrų (180-2700C), esant gyliam vakuumui (3-8 mm Hg st. - absoliutus vakuumas). Garas reikalingas nepageidaujamų komponentų pašalinimui ir maišymui. Vakuumas dažniausiai gaunamas trijų-penkių pakopų inžektoriniais siurbliais. Kadangi dezodoracija yra masių mainų procesas, tai dezodoratoriai yra sukurti taip, kad kontaktuotų kuo didesni paviršiai. Trigliceridų nuostoliai gaunami minimalūs, o pašalinamų medžiagų koncentracijos kinta nuo 0,1 % iki 1 %. Pradinės medžiagų koncentracijos turi būti sumažintos daugiau kaip 99 %. Aliejaus nuostoliai – 0,2-0,8 %. Garo sunaudojama nuo 10 iki 50 kg šimtui kilogramų aliejaus. Dezodoravimo efektyvumas priklauso nuo parcialinio šalinamų medžiagų slėgio, nuo jų koncentracijos, nuo garo maišymosi su aliejumi kokybės, dezodoravimo slėgio, temperatūros, nuo garo kiekio ir ekspozicijos. Dezodoravimo procesas susideda iš 5 stadijų: deaeracijos, kaitinimo, dezodoravimo / distiliavimo garu, vėsinimo ir galutinio atšaldymo. Aromatinių medžiagų pašalinimas susideda iš trijų etapų: 1) aromatinių medžiagų difuzija iš skysčio sluoksnio link išgarinimo paviršiaus, 2) aromatinių medžiagų išgarinimas, 3) išgarintų medžiagų pašalinimas. Tam, kad sumažinti aromatinių medžiagų temperatūrą, procesas vykdomas vakuume, paduodant į riebalus tiesioginį garą. Aromatinės medžiagos, kaip taisyklė, gerai tirpsta aliejuje, bet blogai vandenyje. Distiliacija garais grindžiama mišinių, kurių sudėtyje yra tarpusavyje netirpstančių komponentų, savybėmis. Tokių mišinių, kaitinamų hermetiniuose induose, parcialinis slėgis nepriklauso nuo mišinio sudėties, o tik nuo temperatūros ir teoriškai yra lygus atskirų komponentų lakumui, prie tos pačios temperatūros. Jeigu skystyje (aliejuje), nesimaišančiame su vandeniu, bet verdančiame aukštos temperatūros sąlygomis, pridėti vandens, tai tokio mišinio virimo temperatūra atmosferinio slėgio sąlygomis bus mažesnė nei 100 C. Toks dėsningumas išlieka ir esant kitam slėgiui. Keliant riebalų temperatūrą padidėja lakiųjų medžiagų garų parcialinis slėgis, tačiau temperatūros didinimas yra ribotas dėl to, jog atsiranda galimybė riebalų polimerizacijai ir oksidacijai. Esant temperatūrai aukštesnei nei 2500C padidėja riebalų terminis skilimas, be to, gaunami riebalų nuostoliai dėl žemo molekulinio svorio trigliceridų distiliacijos Metalų ir jų druskų inaktyvavimui dezodoravimo metu riebalai specialiai apdorojami citrinų rūgštimi, nes jų buvimas aliejuje katalizuoja oksidacijos procesus. Be to dezodoravimas – efektyviausias būdas šalinant nuodingas chemines medžiagas ir peroksidus. Po efektyvaus dezodoravimo riebalus sunku atskirti pagal skonį ir kvapą. Cheminių ir fizinių metodų paieškos aiškių rezultatų nedavė. Kiekvienai aliejaus rūšiai yra taikomos optimalios dezodoravimo sąlygos. Dezodoravimo temperatūrą apsprendžia aliejaus rūšis. Pvz., saulėgrąžų ir rapsų aliejaus dezodoravimo temperatūra turi būti aukštesnė nei kokoso ar palmių branduolių. Dezodoratoriai turi būti kruopščiai izoliuoti, kad lakiosios medžiagos su garais nesikondensuotų ir negrįžtų į dezodoruojamą aliejų. Tam, kad sumažinti riebalų oksidaciją juos pirmiausiai reikia deaeruoti prie palyginti neaukštų temperatūrų. Dezodoruoto aliejaus kokybę lemia 50 balų sistema pagal šiuos požymius: • ypač švarus, be jokio skonio ir kvapo – 50 balų, • dezodoruotų riebalų skonis su nežymiais nukrypimais - 47-50 balų, • silpnai išreikštas prieskonis - 41-42 balai. Geros kokybės dezodoruoti aliejai paprastai vertinami 44 balais ir daugiau. Perdirbimui leidžiama naudoti 43 balus surinkęs aliejus, o esant žemesnį balų skaičių turintis aliejus, pvz.: margarino gamybai naudoti nerekomenduojamas. Aliejaus stabilumo padidinimui įvedami natūralūs antioksidantai (pvz., vitaminas E) arba sinergistai (pvz.: citrinų rūgštis). Citrinų rūgštis dezaktyvuoja metalų jonus, kurie inicijuoja oksidacijos procesus. Dezodoruotuose riebaluose, pažeidus technologinį režimą, kartais įvyksta skonio ir aromato reversija. Aliejaus temperatūrai sureguliuoti apart garo (reikalingas labai didelis slėgis) naudojamas ir eutektinis difenilo ir difenilo oksido mišinys, žinomas kaip Dowtherm A. Jo virimo taškas yra 258 C, o prie 304C reikalingas tik 110 kPa slėgis. Kai dezodoruotas aliejus atšąla, įdedama apie 0,005-0,01% citrinos rūgšties tam, kad surišti metalų jonus, kurie yra oksidacijos iniciatoriai.reikia vengti aliejaus kontakto su deguonimi. Aliejus yra išpilstomas į cisternas ar butelius prapučiant azotu (sumažinama kontakto galimybė su deguonimi). Dezodoracijos metu pašalinami pesticidų, sunkiųjų metalų bei heksano likučiai. Kai kurie pigmentai, pvz -karotinas yra pilnai suardomas ir dėl to sumažėja geltonos ir raudonos spalvos intensyvumas. Dezodoravimo metu pagerėja aliejaus spalva, kvapas, skonis. Dėl aukštos temperatūros poveikio gali įvykti geometrinę izomerizaciją. Dezodoravimo metu susikaupęs distiliatas yra sukondensuojamas ir parduodamas netgi brangiau nei pats aliejus. Sojos pupelių aliejaus dezodoravimo distiliatas turi 12,3 % tokoferolių ir 21 % sterolių. Distiliatas gali būti frakcionuojamas ir gaunamos frakcijos turtingos tokoferoliais (vit E), kurie yra plačiai naudojami maisto ir farmacijos pramonėje. Steroliai taip pat gali būt išvalyti ir parduodami farmacijos pramonei, panaudojant juos įvairių hormonų gamybai. 3.7.1. Fizinis rafinavimas-dezodoravimas Fizinis rafinavimas dar yra vadinamas rafinavimas garu (3.9.-3.10. pav.). Šis terminas yra naudojamas šalinant laisvąsiais riebalų rūgštis ir visus produktus paprastai šalinamus dezodoruojant. Taigi fizinis rafinavimas apjungia neutralizavimo ir dezodoravimo operacijas į vieną. Jis visada atliekamas po iššaldymo ir balinimo. Aliejus turi būti hidratuotas (ne daugiau kaip 5 mg/kg fosfolipidų) ir turi būti papildomai apdorojamas rūgštimi. Šis procesas taip pat leidžia perdirbti sukoncentruotas distiliate riebalų rūgštis riebalų chemijos pramonėje. Nereikia taikyti soapstoko nurūgštinimo operacijos. Pagrindinis privalumas yra tas, kad padidinama aliejaus išeiga, nes nėra neutralaus aliejaus nuostolių gaunamų šarminio neutralizavimo metu. Šis procesas taip pat leidžia perdirbti sukoncentruotas distiliate riebalų rūgštis riebalų chemijos pramonėje. 3.9. pav. Fizinio rafinavimo technologinė schema (pilnas rafinavimas) Fiziniam rafinamui naudojamas įrenginys tai tas pats dezodoratorius papildomai turintis įkrovos koloną, kurioje garo pagalba yra distiliuojamos ir pašalinamos LRR. Kaip jau buvo minėta, ne visos aliejaus rūšys yra tinkamos fiziniam rafinavimui. Dėl tikslaus maksimalaus fosforo kiekio dar ginčijamasi, bet jis turi būti ne didesnis kaip 5 mg/kg. Esant didesniam kiekiui gaunama tamsesnė aliejaus spalva. Šis rafinavimo būdas taip pat labiau tinka aliejui turinčiam didelį kiekį laisvųjų riebalų rūgščių, nes procesas yra daug pigesnis nei šarminis rafinavimas. Jis netinka sojų aliejui, bet lengvai rafinuojami palmių, ryžių sėlenų, kokoso riešutų ir gyvuliniai riebalai. 3.10. pav. Fizinio rafinavimo technologinė schema (U formos dezodoratorius- išlaikymo kolona, skruberis (viršutinė dalis, lakiųjų medžiagų kondensavimo sistema); - įkrovos kolona (LRR distiliacija garais) Aliejaus ir riebalų poliravimas Aliejaus poliravimas (galutinis filtravimas-valymas) vyksta specialios konstrukcijos separatoriuose, galutiniame rafinavimo etape, prieš paduodant aliejų laikymui. Poliravimą palengvina karštas vanduo, kuris ekstrahuoja priemaišas iš aliejus ir tai turi įtakos aliejaus stabilumui laikymo metu. Rapsų aliejaus rafinavimo proceso schema ir aprašymas pagal KRUPP kompanijos rekomendacijas (AB “Obelių aliejus”) Žaliasis rapsų aliejus LST1959,2005 Tikrinama: PS, LRR, hidratuojami fosfolipidai Rūgštinis rafinavimas Tikslas: hidratuojamų ir nehidratuojamų fosfolipidų pašalinimas. Naudojama 75 % koncentracijos H3PO4, 0,1 % nuo bendro aliejaus kiekio. Rūgštinio rafinavimo temperatūra – 80-900C. Atsistovėjimo trukmė – 2 h. Susidariusios tamsios spalvos nuosėdos – pašalinamos. Tikrinama: drėgmė, fosforas (esant reikalui), LRR. Šarminis rafinavimas su NaCl pagrindu Tikslas: laisvųjų riebalų rūgščių neutralizavimas (apmuilinimas) praskiestais NaOH tirpalais, susidarant netirpioms aliejuje riebalų rūgščių druskoms – soapstokui. Rafinavimo temperatūra – 650C. Atsistovėjimo trukmė – 3-3,5 h. NaOH koncentracija – 20 Be (14,35 %, 167 g/l). Geresniam muilo atskyrimui naudojamas karštas 10 % koncentracijos NaCl tirpalas, 4-5 % nuo aliejaus masės. Tikrinama: spalva (esant reikalui), rūgštingumas (kiekvienai partijai); soapstokas – nemaistinė atlieka, atskiriama. Neutralizuoto aliejaus plovimas Tikslas: muilo likučių pašalinimas. Aliejus plaunamas 10 % NaCl tirpalu, karštu vandeniu ir citrinų rūgštimi 2 kartus plaunama, pridedant po 7-10 % vandens nuo riebalų masės kiekvienai aliejaus partijai. Po antro praplovimo – vandens riebalingumas – 0,08 %. Tikrinama: muilo likučiai. Pilnam muilo pašalinimui naudojama 10 % koncentracijos citrinų rūgštis (30-50 g/1 tonai), maišant 90-950C temperatūroje. Tikrinama: drėgmė, muilo kiekis. Praplauto aliejaus džiovinimas Tikslas: drėgmės ir oro pašalinimas. Temperatūra 90-1000C. Vakuumas – 5,5-6,6 kPa Adsorbcinis rafinavimas (balinimas) Tikslas: dažančių medžiagų, dvivalentės sieros junginių, sunkiųjų metalų pašalinimas. Naudojamas bentonitinis molis TONSIL OPTIMUM 214 FF markės. Deaeruotas molis į aparatą įtraukiamas vakuumu (4 kPa). Temperatūra – 90-1000C. Ekspozicijos laikas – 30 min. Molio kiekis – 2-3 %. Balinto molio filtravimas Tikslas: adsorbento pašalinimas. Aliejus filtruojamas vertikaliu AMA filtru. Dezodoravimas Tikslas: lakiųjų junginių pašalinimas. Temperatūra – 170-1800C. Trukmė – 4-4 h. Garų slėgis – 3-8 mmHg stulpelio 1200C temperatūroje lėtai įvedama citrinų rūgštis (20-50 g/1 tonai). Tikrinama: PS, LRR, spalva, atliekamas juslinis kokybės įvertinimas. Aušinimas ir filtravimas Atšaldoma iki 50-60 0C vakuume. Atšaldytas aliejus filtruojamas ir siurbliu paduodamas į gamybinę talpą

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!