СПОСОБ ОЧИСТКИ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ ОТ ВОСКОВ
METHOD FOR VEGETABLE OILS CLEARING FROM WAXES

Изобретение относится к технологии очистки масел от восковых веществ вымораживанием или винтеризацией и может быть использовано для рафинации растительных масел в масложировой промышлености.
Известен способ очистки растительных масел от восков вымораживанием, заключающийся в охлаждении масла с добавлением вспомогательных фильтровальных порошков для образования центров кристаллизации, выдержке его при низкой температуре и последующем отделении осадка фильтрованием (Технология переработки жиров, под ред. д.т.н., проф. Н.С. Арутюняна. М.: Пищепромиздат. 1998. C.119-121, 130-131).
Недостатком известного способа является то, что применяемые для отделения восковых веществ вспомогательные фильтровальные порошки (цеолиты, фильтрперлит и др.) содержат пустоты в виде пор и капиллярных каналов. Поры и капиллярные каналы заполняются как воском, так и нейтральным маслом. Это приводит к высоким потерям масла с отработанным фильтровальным порошком и повышенному расходу последнего. Кроме того, в этом способе фильтровальные порошки используются однократно, а адсорбированный на порошке воск не утилизируется.
Известен способ очистки масел от восков вымораживанием с применением фильтровальных порошков (Патент SU 1730129 А1. опублик. 30.04.92. МПК С11В 3/10), в котором отработанный фильтровальный порошок смешивают с нефильтрованной мисцеллой, выходящей из экстрактора, затем мисцеллу фильтруют, а отделившийся осадок направляют в экстрактор и удаляют из экстрактора вместе со шротом.
Главным недостатком этого способа является потеря обезжиренного фильтровального порошка со шротом, что исключает повторное использование обезжиренного фильтровального порошка на операции вымораживания.
Известен способ очистки растительных масел от восковых веществ, включающий введение в масло инициатора кристаллизации и отделение выкристаллизовавшихся примесей путем использования восковых веществ растительных масел, причем в качестве источника восковых веществ используют отработанный фильтровальный порошок, получаемый при вымораживании растительных масел (Патент SU 1822864 А1, опублик. 23.06.93. МПКС 11В 3/10).
К недостаткам известного способа относится следующее:
- в вымораживаемое масло вносится вместе с отработанным фильтровальным порошком значительное количество продуктов окисления в виде перекисных, анизидиновых, диеновых и триеновых соединений масла, которые локализованы в порах и капиллярах отработанного фильтровального порошка, что приводит к ухудшению качества масла;
- невозможно отработанный фильтровальный порошок использовать многократно из-за образования как на поверхности его частиц, так и в порах и капиллярных каналах продуктов полимеризации в виде диеновых и триеновых соединений масла, затрудняющих фильтрацию вымороженного масла.
7
Наиболее близким к заявляемому является способ очистки растительных масел от восков (Патент SU 2261896 С1, опублик. 10.10.2005, МПК С11В 3/00, 3/16), в рабочем цикле которого растительное масло вымораживают в течение 4-8 часов при температуре 4-12°C с добавлением вспомогательных фильтровальных порошков (свежих или регенерированных), отделяют отработанный фильтровальный порошок с воскосодержащим осадком от очищенного растительного масла фильтрацией и проводят регенерацию отделенного отработанного фильтровального порошка, для чего отработанный фильтровальный порошок смешивают с дополнительно вводимым жировым продуктом (растительное масло или воскосодержащее растительное масло) до пастообразного состояния, нагревают при перемешивании до температуры плавления всех фракций восков 60-100°C и разделяют полученную смесь центрифугированием на регенерированный фильтровальный порошок до остаточного содержания в нем 10-35% воскосодержащего жирового продукта и воскосодержащий жировой продукт. Полученный регенерированный фильтровальный порошок многократно (до 20 раз) используют в качестве вспомогательного фильтровального порошка в последующих рабочих циклах вымораживания новых порций растительного масла с проведением в каждом рабочем цикле регенерации отработанного фильтровального порошка.
Основными недостатками известного способа являются следующие:
- регенерированный отработанный фильтровальный порошок в порах и капиллярах содержит нейтральное масло в количестве 10-25%, которое при многократной регенерации порошка полностью окисляется с образованием перекисных и анизидиновых соединений, переходящих в очищаемое масло при механическом разрушении частиц фильтровального порошка на стадии вымораживания и фильтрации, ухудшая, таким образом, качество очищенного масла и его окислительную стойкость при хранении;
- для регенерации отработанного фильтровального порошка требуется смешивать его с жировым продуктом (растительным маслом или воскосодержащим маслом) до пастообразного состояния, что приводит к снижению более чем на 30% производительности технологического оборудования, используемого для регенерации;
- при регенерации суспензия отработанного фильтровального порошка и дополнительно введенного жирового продукта нагревается до температуры плавления восковых веществ, как правило, до 60-100°C, что приводит к дополнительному образованию на поверхности частиц фильтровального порошка продуктов термического окисления масла и оксиполимеров.
Техническим решением предлагаемого изобретения является улучшение качества очищенного масла за счет снижения содержания перекисных и анизидиновых соединений, увеличения сроков его безопасного хранения, повышения производительности оборудования для регенерации отработанного порошка на операции вымораживания.
Технический результат достигается следующим образом.
2
Растительное масло вымораживают при температуре 4-12°С с добавлением 0,2-1,0% вспомогательных фильтровальных порошков (свежих или регенерированных), выдерживают его при указанной температуре, отделяют отработанный фильтровальный порошок с воскосодержащим осадком от очищенного растительного масла фильтрованием и проводят регенерацию отделенного отработанного фильтровального порошка для повторного использования, при этом для регенерации отработанный фильтровальный порошок выдерживают в электромагнитном поле сверхвысокой частоты (СВЧ) с частотой излучения 2450 МГц, удельной мощностью 800-1000 Вт/кг и одновременном воздействии ультразвука с частотой колебаний 60-80 кГц удельной мощностью 15-17 Вт/см в течение 8-15 мин, после чего разделяют отработанный фильтровальный порошок центрифугированием на воскосодержащий жировой продукт и регенерированный фильтровальный порошок, который неоднократно используется для вымораживания новых партий масла.
В предлагаемом способе исключено нагревание отработанного фильтровального порошка до температур, превышающих 45°C, при которых начинается полное расплавление восковых веществ и интенсивное окисление масла с образованием перекисных, анаизидиновых производных масла и оксиполимеров, содержащих сопряженные диеновые и триеновые связи.
Как известно, скорость и степень нагрева диэлектриков под действием токов СВЧ зависит от значения диэлектрической проницаемости и частоты излучения согласно классическому закону Джоуля - Ленца:
уд
-6
2
Р=0,556·10·ε'·tg δ·f·E
уд
3
где Р - удельная мощность, Вт/м;
ε' - действительная часть комплексной диэлектрической проницаемости материала;
δ - угол диэлектрических потерь;
f - частота электромагнитного поля, Гц;
Е - напряженность электрического поля, В/м.
Из представленного уравнения видно, что нагрев диэлектрических материалов в электромагнитном поле СВЧ количественно определяется диэлектрическими свойствами материала ε' и параметрами электромагнитного поля - напряженностью Е и частотой f.
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mover><mi>ε</mi><mo>/</mo></mover><mo>~</mo><mn>27</mn><mo>÷</mo><mn>41</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mover><mi>ε</mi><mo>/</mo></mover><mo>~</mo><mn>1,8</mn><mo>÷</mo><mn>2,2</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mover><mi>ε</mi><mo>/</mo></mover><mo>~</mo><mn>1,9</mn><mo>÷</mo><mn>2,6</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
Нами проводились исследования на магнитотроне марки 2М261-М32, в результате которых было выяснено, что под действием СВЧ электромагнитного поля, из-за многократного превышения диэлектрической проницаемости фильтровального порошка
в сравнении с воском
и маслом
, происходит разогрев частиц фильтровального порошка до температуры 37-39°С. При увеличении частоты СВЧ электромагнитного поля более 2450 МГц или его удельной мощности более 800-1000 Вт/кг продолжительность обработки отработанного фильтровального порошка должна быть меньше 8-15 мин, поскольку температура нагрева стенок частиц фильтровального порошка может повышаться, и восковые вещества потеряют оптимальную пластичность.
2
Восковые вещества, расположенные на поверхности частиц фильтровального порошка, при температуре 37-39°С не плавятся, но размягчаются до жидкокристаллического состояния, приобретают консистенцию, благодаря которой под давлением ультразвуковой волны с частотой колебаний 60-80 кГц удельной мощностью 15-17 Вт/смпроникают во внутренние поры и капиллярные каналы частиц порошка, заполняют их, вытесняя жидкое нейтральное масло на поверхность частиц порошка. С поверхности частиц порошка масло удаляется при центрифугировании под действием центробежных сил.
Таким образом, происходит удаление нейтрального масла из частиц фильтровального порошка с заменой на восковые вещества, устойчивые к окислительным процессам.
2
2
При регенерации фильтровального порошка с использованием ультразвукового генератора марки Cavisonic GEN-1015 и пьезокерамических излучателей типа С-803840 нами создавались ультразвуковые волны (УЗ) с частотой в пределах 40-120 кГц и удельной мощностью от 8 до 25 Вт/сми было установлено, что частота ультразвуковой волны 60-80 кГц и удельная мощность ультразвука 15-17 Вт/см являются оптимальными для глубокого вытеснения нейтрального масла из внутренних пор и капиллярных каналов частиц порошка при температуре 37-39°С.
В процессе центрифугирования порошка, обработанного УЗ и СВЧ полями, содержание нейтрального масла в регенерируемом фильтровальном порошке снижается с 45-51% до 3-5%, а содержание восковых веществ возрастает с 4-7% до 11-19%.
После заполнения внутренних пор и капиллярных каналов частиц порошка восковыми веществами маслоемкость регенерированного порошка снижается в 2,5-3 раза, что способствует повышению производительности технологического оборудования, используемого для регенерации на 20-25%.
На поверхности и во внутренних порах и капиллярных каналах частиц порошка, регенерированного по предлагаемому способу, содержатся в основном восковые вещества, химически устойчивые к окислению, в регенерированном порошке не накапливаются продукты в виде перекисных, анизидиновых, диеновых и триеновых соединении. При введении регенерированного порошка в вымораживаемое масло в очищенном масле не наблюдается прироста продуктов окисления, т.е. перекисного и анизидинового чисел, соединений, содержащих сопряженные диеновые и триеновые связи.
По данным научно-технической литературы не выявлено техническое решение, аналогичное заявляемому, что позволяет судить об изобретательском уровне предлагаемого способа очистки растительных масел от восков.
2
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mover><mi>ε</mi><mo>/</mo></mover><mo>~</mo><mn>27</mn><mo>÷</mo><mn>41</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mover><mi>ε</mi><mo>/</mo></mover><mo>~</mo><mn>1,8</mn><mo>÷</mo><mn>2,2</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mover><mi>ε</mi><mo>/</mo></mover><mo>~</mo><mn>1,9</mn><mo>÷</mo><mn>2,6</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
Новизна обусловлена тем, что обработка фильтровального порошка в процессе его регенерации электромагнитным полем СВЧ с частотой излучения 2450 МГц, удельной мощностью 800-1000 Вт/кг с одновременным воздействием ультразвука удельной мощности 15-17 Вт/см, частотой колебаний 60-80 кГц в течение 8-15 мин. из-за многократного превышения диэлектрической проницаемости фильтровального порошка
в сравнении с воском
и маслом
, позволяет разогреть частицы фильтровального порошка только до температуры не более 37-39°C, при этом восковые вещества при такой температуре не плавятся, но размягчаются до жидкокристаллического состояния, приобретают консистенцию, благодаря которой под давлением ультразвуковой волны проникают во внутренние поры и капиллярные каналы частиц порошка, заполняют их, вытесняя жидкое нейтральное масло на поверхность частиц порошка, т.е. происходит удаление нейтрального масла из частиц фильтровального порошка с заменой на восковые вещества, устойчивые к окислительным процессам, а вытесненное нейтральное масло при такой температуре не подвергается окислению.
Предлагаемый способ позволяет повысить качество очищенного масла, гарантирует сохранение качественных показателей на весь период безопасного хранения масла, а также сокращает многократно расход свежего фильтровального порошка.
Пример 1. Нейтрализованное и обработанное отбельной глиной подсолнечное масло в количестве 10 кг охлаждают до температуры 4°С с добавлением 1,0% от массы масла вспомогательного фильтрующего порошка марки Celite-545, выдерживают масло при такой температуре в течение 4 ч, отделяют отработанный фильтровальный порошок с воскосодержащим осадком от очищенного растительного масла фильтрованием и проводят регенерацию отделенного отработанного фильтровального порошка, для повторного использования. Для регенерации отработанный фильтровальный порошок выдерживают 8 мин в электромагнитном поле СВЧ с частотой излучения 2450 МГц, удельной мощностью 800 Вт/кг, созданном магнитотроном марки 2М261-М32, при одновременном воздействии ультразвука, с частотой колебаний 60 кГц удельной мощностью 15 Вт/см, созданного УЗ генератором марки Cavisonic GEN-1015 с пьезокерамическими излучателями типа С-803840, после чего разделяют отработанный фильтровальный порошок центрифугированием на воскосодержащий жировой продукт и регенерированный фильтровальный порошок, который снова используется для вымораживания масла. Проводят двадцать циклов вымораживания нейтрализованного и отбеленного подсолнечного масла с регенерацией фильтрующего порошка. Каждый раз на вымораживание берут по 10 кг масла, а в качестве вспомогательного фильтрующего порошка вводят регенерированный порошок от предыдущего цикла вымораживания.
Таким образом, с одной порцией вспомогательного фильтрующего порошка марки Celite-545 проводят двадцать циклов вымораживания масла.
Параллельно проводят двадцать циклов вымораживания нейтрализованного и отбеленного подсолнечного масла по известному способу с вспомогательным фильтрующим порошком марки Celite-545.
Для этого нейтрализованное и обработанное отбельной глиной подсолнечное масло в количестве 10 кг охлаждают до температуры 4°С с добавлением 1,0% от массы масла вспомогательного фильтрующего порошка марки Celite-545, выдерживают масло при такой температуре в течение 4 ч, отделяют отработанный фильтровальный порошок с воскосодержащим осадком от очищенного растительного масла фильтрованием и проводят регенерацию отделенного отработанного фильтровального порошка для повторного использования. Для регенерации отработанный фильтровальный порошок смешивают с нейтрализованным и обработанным отбельной глиной подсолнечным маслом до пастообразного состояния, нагревают при перемешивании до температуры плавления всех фракций восков 70°С и разделяют полученную смесь центрифугированием на регенерированный фильтровальный порошок с остаточным содержанием в нем 25% воскосодержащего жирового продукта и воскосодержащий жировой продукт, а полученный регенерированный фильтровальный порошок используют в качестве вспомогательного фильтровального порошка в последующих рабочих циклах вымораживания новых порций растительного масла с проведением в каждом рабочем цикле регенерации отработанного фильтровального порошка.
Качественные показатели вымороженного масла после второго, десятого и двадцатого циклов вымораживания по предлагаемому способу и прототипу приведены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1
Качественные показатели вымороженного масла по предлагаемому способу
Показатель качества вымороженного масла
Значение после следующего цикла регенерации
2
10
20
Кислотное число, мг КОН
0,11
0,12
0,12
Перекисное число, ½ ммоль О<sub>2</sub>
2,1
1,8
2,0
Анизидиновое число, у.e
4,4
4,2
4,0
Содержание веществ с сопряженными двойными связями, %
0,14
0,17
0,15
Содержание веществ с сопряженными тройными
0,21
0,22
0,23
связями, %
Индукционный период двукратного роста перекисного числа, дни
180
170
170
Содержание восков, %
0,01
0,005
0,01
Таблица 2
Качественные показатели вымороженного масла по прототипу
Показатель качества вымороженного масла
Значение после следующего цикла регенерации
2
10
20
Кислотное число, мг КОН
0,13
0,18
0,20
Перекисное число, ½ ммоль О<sub>2</sub>
3,1
4,8
5,0
Анизидиновое число, у.е.
4,8
5,2
4,9
Содержание веществ с сопряженными двойными связями, %
0,19
0,27
0,35
Содержание веществ с сопряженными тройными связями, %
0,26
0,33
0,36
Индукционный период двукратного роста перекисного числа, дни
150
120
90
Содержание восков, %
0,015
0,015
0,02
2
Пример 2. Нейтрализованное и обработанное отбельной глиной подсолнечное масло в количестве 10 кг охлаждают до температуры 12°С с добавлением 0,6% от массы масла вспомогательного фильтрующего порошка марки Celite-545, выдерживают масло при такой температуре в течение 8 ч, отделяют отработанный фильтровальный порошок с воскосодержащим осадком от очищенного растительного масла фильтрованием и проводят регенерацию отделенного отработанного фильтровального порошка для повторного использования. Для регенерации отработанный фильтровальный порошок выдерживают 15 мин в электромагнитном поле СВЧ с частотой излучения 2450 МГц, удельной мощностью 800 Вт/кг, созданной магнитотроном марки 2М261-М32, при одновременном воздействии ультразвука с частотой колебаний 80 кГц, удельной мощностью 17 Вт/см, созданном УЗ генератором марки Cavisomc GEN-1015 с пьезокерамическими излучателями типа С-803840, после чего разделяют отработанный фильтровальный порошок центрифугированием на воскосодержащий жировой продукт и регенерированный фильтровальный порошок, который снова используется для вымораживания масла. Проводят двадцать циклов вымораживания нейтрализованного и отбеленного подсолнечного масла с регенерацией фильтрующего порошка. Каждый раз на вымораживание берут по 10 кг масла, а в качестве вспомогательного фильтрующего порошка вводят регенерированный порошок от предыдущего цикла вымораживания.
Параллельно проводят двадцать циклов вымораживания нейтрализованного и отбеленного подсолнечного масла по известному способу с вспомогательным фильтрующим порошком марки Celite-545.
Для чего нейтрализованное и обработанное отбельной глиной подсолнечное масло в количестве 10 кг охлаждают до температуры 12°С с добавлением 0,6% от массы масла вспомогательного фильтрующего порошка марки Celite-545, выдерживают масло при такой температуре в течение 8 ч, отделяют отработанный фильтровальный порошок с воскосодержащим осадком от очищенного растительного масла фильтрованием и проводят регенерацию отделенного отработанного фильтровального порошка для повторного использования. Для регенерации отработанный фильтровальный порошок смешивают с нейтрализованным и обработанным отбельной глиной подсолнечным маслом до пастообразного состояния, нагревают при перемешивании до температуры плавления всех фракций восков 90°C и разделяют полученную смесь центрифугированием на регенерированный фильтровальный порошок до остаточного содержания в нем 20% воскосодержащего жирового продукта и воскосодержащий жировой продукт, а полученный регенерированный фильтровальный порошок используют в качестве вспомогательного фильтровального порошка в последующих рабочих циклах вымораживания новых порций растительного масла с проведением в каждом рабочем цикле регенерации отработанного фильтровального порошка.
Качественные показатели вымороженного масла после четвертого, одиннадцатого и двадцатого циклов вымораживания по предлагаемому и известному способам приведены в таблицах 3 и 4.
Таблица 3
Качественные показатели вымороженного масла по предлагаемому способу
Показатель качества вымороженного масла
Значение после следующего цикла регенерации
4
11
20
Кислотное число, мг КОН
0,13
0,13
0,14
Перекисное число, ½ ммоль О<sub>2</sub>
2,2
2,1
2,2
Анизидиновое число, у.е.
4,3
4,1
4,2
Содержание веществ с сопряженными двойными связями, %
0,12
0,14
0,13
Содержание веществ с сопряженными тройными связями, %
0,23
0,21
0,25
Индукционный период двукратного роста перекисного числа, дни
190
180
180
Содержание восков, %
0,008
0,006
0,01
Таблица 4
Качественные показатели вымороженного масла по прототипу
Показатель качества вымороженного масла
Значение после следующего цикла регенерации
4
11
20
Кислотное число, мг КОН
0,11
0,15
0,21
Перекисное число, ½ ммоль O<sub>2</sub>
3,4
4,6
4,9
Анизидиновое число, у.е.
4,9
6,2
5,9
Содержание веществ с сопряженными двойными связями, %
0,22
0,29
0,38
Содержание веществ с сопряженными тройными связями, %
0,26
0,38
0,35
Индукционный период двукратного роста перекисного числа, дни
160
160
100
Содержание восков, %
0,011
0,011
0,02
Из данных, приведенных в таблицах 1, 2, 3, 4 видно, что масло, очищенное от восков по предлагаемому способу, имеет значительно лучшие показатели качества по сравнению с маслом, очищенным по прототипу, и может дольше храниться без ухудшения качественных показателей.
По предлагаемому способу в отличие от прототипа не требуется дополнительно добавлять жировой продукт в отработанный фильтровальный порошок перед центрифугированием, что позволяет увеличить производительность центрифуги при регенерации порошка.