Cuprins Pag. 1. GRĂSIMI. NOŢIUNI GENERALE 3 1.1 Noţiuni despre chimia grăsimilor şi a unor substanţe înrudite 3 1.2 Reacţii chimice ale gliceridelor care au importanţa în procesele de prelucrare a uleiurilor vegetale 13 1.3 Proprietăţi organoleptice şi fizice ale grăsimilor vegetale 15 2 PLANTE OLEAGINOASE 18 2.1 Generalităţi 18 2.2 PRODUCŢIA de fructe / seminte oleaginoase 19 3 3. USCAREA. DEPOZITAREA SEMINŢELOR OLEGINOASE. TRANSPORTUL SEMINŢELOR OLEAGINOASE 21 3.1 Uscarea 21 3.2 Depozitarea seminţelor oleaginoase 23 3.3 Transportul seminţelor oleaginoase 24 4 OBŢINEREA GRĂSIMILOR şi ULEIURILOR VEGETALE 26 4.1 Generalităţi 26 4.2 Prelucrarea preliminară a seminţelor oleaginoase 28 4.2.1 Purificarea seminţelor 28 4.2.2 Descojirea 30 4.2.3 MĂCINAREA materiilor prime oleaginoase 32 4.2.4 Condiţionarea termica a seminţelor 36 4.2.4.1 Tratarea termica a seminţelor oleaginoase 36 4.2.4.2 Structurarea seminţelor oleaginoase 37 4.3 Presarea 39 4.4 Purificare uleiului brut de presă 42 4.4.1 Generalităţi 42 4.4.2 Utilaje utilizate la purificarea uleiului brut de presă 43 4.4.3 Uscarea uleiului brut 47 4.4 Obţinerea uleiului prin extracţie 48 4.4.1 Generalităţi 48 4.4.2 Teoria extracţiei 49
Transcript
Cuprins
Pag.1. GRĂSIMI. NOŢIUNI GENERALE 31.1 Noţiuni despre chimia grăsimilor şi a unor substanţe înrudite 31.2 Reacţii chimice ale gliceridelor care au importanţa în procesele
de prelucrare a uleiurilor vegetale 131.3 Proprietăţi organoleptice şi fizice ale grăsimilor vegetale 152 PLANTE OLEAGINOASE 182.1 Generalităţi 182.2 PRODUCŢIA de fructe / seminte oleaginoase 193 3. USCAREA. DEPOZITAREA SEMINŢELOR OLEGINOASE.
TRANSPORTUL SEMINŢELOR OLEAGINOASE21
3.1 Uscarea 213.2 Depozitarea seminţelor oleaginoase 233.3 Transportul seminţelor oleaginoase 244 OBŢINEREA GRĂSIMILOR şi ULEIURILOR VEGETALE 264.1 Generalităţi 264.2 Prelucrarea preliminară a seminţelor oleaginoase 284.2.1 Purificarea seminţelor 284.2.2 Descojirea 304.2.3 MĂCINAREA materiilor prime oleaginoase 324.2.4 Condiţionarea termica a seminţelor 364.2.4.1 Tratarea termica a seminţelor oleaginoase 364.2.4.2 Structurarea seminţelor oleaginoase 374.3 Presarea 394.4 Purificare uleiului brut de presă 424.4.1 Generalităţi 424.4.2 Utilaje utilizate la purificarea uleiului brut de presă 434.4.3 Uscarea uleiului brut 474.4 Obţinerea uleiului prin extracţie 484.4.1 Generalităţi 484.4.2 Teoria extracţiei 494.4.3 Solvenţi de extracţie 504.4.4 Procesul de extracţie şi factorii care influenteaza extractia 524.4.5 Procedee şi utilaje folosite la extracţie 544.4.6 Prelucrarea miscelei şi a gazelor de extracţie 594.4.7 Dezbenzinarea şi uscarea şrotului 625 Bibliografie selectivă 65
2
1. GRĂSIMI. NOŢIUNI GENERALE
1.1 Noţiuni despre chimia grăsimilor şi a unor substanţe înrudite.
Grăsimile fac parte din clasa de substanţe naturale a lipidelor, care alături de glucide şi protide formează constituenţii organici ai materiei vii.Lipidele se găsesc în toate celulele animale şi vegetale şi contribuie în mare măsura la reglarea permeabilităţii celulare.Rolul lipidelor au un rol plastic şi energetic important iau parte la transportul în organism al unor substanţe liposolubileUleiurile vegetale/grăsimile animale sunt amestecuri naturale complexe de substanţe din grupa lipidelor formate din: lipide simple: gliceride şi ceruri; lipide compuse/complexe: fosfatidele, cerebrozidele, sulfolipidele; substanţe rezultate din hidroliza lipidelor simple sau compuse: acizi grasi, alcooli şi steroli, carotenoide, vitamine solubile (D,E,K);Obs.:
2. Celelalte categorii de lipide constituie substanţele de însoţire a gliceridelor.
Chimia organică împarte lipidele în 2 clase : lipide simple şi lipide complexe.
Lipidele simpleGliceridele (grăsimile neutre) sunt esteri ai glicerinei cu acizi alifatici monocarboxilici superiori. Glicerina este un alcool polihidroxilic, cu formula:Proprietăţile sale chimice sunt determinate de existenţa celor 3 grupari -OH. Astfel glicerina reacţionează cu acizii organici, rezultând esteri. În prezenţa substanţelor deshidratante şi la cald rezultă acroleina (aldehida
nesaturată).
Cantitatea de glicerină din grăsimi variază între 9,3-14,5 %, fiind cu atât mai mare cu cât în compoziţia grăsimilor se găsesc mai mulţi acizi graşi cu catenă scurtă.Glicerina (propantriolul) CH3 OH – CHOH – CH2OH
Fig. 1 Clasificarea grăsimilor
3
este un lichid netoxic, incolor, dens, cu gust dulceag, higroscopic, uşor miscibil
cu apa; este o componentă importantă a grăsimilor; se obţine prin dezintegrarea grăsimilor, iar sintetic se obţine din propenă; se utilizează: în cosmetică, farmacie, în industria tabacului, în industria
explozibililor.Acizii graşi (R-COOH)O caracteristică generală a lipidelor este aceea că toate conţin unul sau mai mulţi acizi graşi în molecula lor.Acizii graşi se pot clasifica astfel: - acizi graşi saturaţi, nesaturaţi şi substituiţi;
- acizi graşi cu catena ramificata;- acizi graşi ciclici.
Proprietăţile grăsimilor depind de felul acizilor graşi componenţi.Acizii care se găsesc în natură, esterificaţi cu glicerina, sunt acizi monocarboxilici cu catenă pară şi număr par de atomi de carbon. Excepţie fac acidul izovalerianic, câţiva acizi ciclici, care apar numai în unele grăsimi rare.Acizii graşi saturaţi CnH2nO2
CH3 – CH2 – CH2 … – CH2 – CH2 – COOH Se întâlnesc în natură având în moleculă un număr de atomi de C ce variază de
la 1 la 38;
În lipidele vegetale şi animale cei mai frecvenţi sunt acizii cu un numar de 4-24 atomi de C în moleculă;
Pot fi sintetizaţi de organismul uman;
Tab. 1 Prinicipalii acizi graşi saturaţi din uleiuri şi provenienţa acestora
4
Sunt substanţe solubile la temperatură obişnuită, cu excepţia acidului butric şi
Acizii graşi nesaturaţi Sunt acizii care au în moleculă una sau mai multe duble legături (monoenici/
mononesaturaţi, respectiv polienici, cu 2 sau mai multe legături duble); Poziţia dublei legături este variabilă, dar în cele mai multe cazuri se situează la
cel de-al noualea atom de C; În cazul celor mai mulţi acizi polienici, dublele legături sunt de cele mai multe ori
izolate.Acizii polienici, care se găsesc în natură sunt în general formaţi din molecule cu catene între 10 şi 20 atomi C.Acizi graşi monoenici/ mononesaturaţi (tabelul 3) cu o dublă legatură CnH2n-2O2
CH3 – CH2 – CH2 … – CH = CH – CH2 – CH2 – COOH
Tab. 3 Acizii graşi din uleiuri şi grăsimi cu
Tab. 2 Acizii graşi principali din structura uleiurilor şi grăsimilor (sursa: Z. Dancea, 1999)
* palmist – specie de palmier african cu muguri comestibili (chou-palmiste – varza de palmist = denumire a acestora)
Tab. 3 Acizi graşi monoenici/ mononesaturaţi
5
frecvenţa cea mai mare: denumiri, structură, punct de fuziune (sursa: Z. Dancea, 1999)
GR
UP
A DENUMIREA ACIDULUI GRAS
Structura chimicăPunct de fuziuneobişnuită sistematică
AC
IZI G
RA
ŞI
SA
TU
RA
ITI (
A.G
.S.)
Butiric n - butanoic CH3(CH2)2COOH - 7,9Caproic n - hexanoic CH3(CH2)4COOH - 3,2Caprilic n - octanoic CH3(CH2)6COOH 16,3Caprinic n - decanoic CH3(CH2)8COOH 31,2Lauric n - dodecanoic CH3(CH2)10COOH 43,9Miristic n - tetranoic CH3(CH2)12COOH 54,1Palmitic n - hexadecanoic CH3(CH2)14COOH 62,7Stearic n - dodecanoic CH3(CH2)16COOH 69,6Arachidic n - eicosanoic CH3(CH2)18COOH 76,3
Acizi graşi bienici/ cu două duble legături cu două duble legături CnH2n-4O2
Acidul linoleic C18H42O2
CH3 – (CH2 )4 – CH = CH – CH2– CH = CH – (CH2)7 – COOH însoteşte acidul oleic atât în grăsimile animale cât şi cele vegetale; se gaseste atât în uleiurile sicative cât şi în cele semisicative; este lichid la temperatura camerei; cu trei duble legături CnH2n-6O2
Corpurile grase de origine animală sau vegetală sunt constituite din amestecuri în proporţii diferite de gliceride ale acizilor grasi.Cele trei grupări hidroxil se esterifică cu unul, doi sau trei acizi grasi.Gliceridele acidului stearic şi ale acidului palmitic sunt în general solide, cele ale acidului oleic mai puţin.Acidul palmitic C16H32O2 CH3 – (CH2 )14 – COOH (s)Acidul stearic C18H36O2 CH3 – (CH2 )16 – COOH (s)Acidul oleic C18H34O2 CH3 – (CH2 )7 – CH=CH – (CH2 )7 – COOH
Acizii graşi esenţiali (A.G.E.)
6
A.G.E. sunt acizi de care organismul uman are nevoie, dar nu îi poate sintetiza. Aceştia aparţin mai ales complexului de vitamine E şi trebuie preluaţi cu alimentele.A.G.E. sunt acizi lineari nesaturaţi, care diferă după lungimea lanţului hidrocarbonat şi după numărul şi poziţia dublei legături în moleculă. Începând de la cei care au în moleculă două sau mai multe legături duble, aceştia au rol foarte important în nutriţia umană.Unii pot fi sintetizaţi în organismul animal în cantităţi corespunzătoare cerinţelor, alţii nu se sintetizeaza deloc sau se sintetizează în cantităţi ce nu pot acoperi necesarul.Acizii mai importanţi sunt - cunoscuţi ca şi acizi graşi esentiali AGE, denumiţi şi vitamina F:
acidul cis-cis linoleic (cunoscut şi ca şi acid -6, -9) acidul linolenic (cunoscut şi ca şi acid -3, -6, -9) acidul arahidonic
Acidul linoleic se găseşte în ţesuturile animale, reprezentând 10-20% din acizii trigliceridelor şi fosfogliceridelor.Acidul linoleic şi linolenic sunt sintetizaţi în celulele vegetale, fiind precursori ai acizilor linoleic şi arahidonic.Daca hrana e carenţată în cei doi acizi, se instalează carenţa în acid arahidonic (care intră în cantităţi insemnate, în constituirea fosfatidelor din creier, sânge, ficat). Acizii graşi cu un număr mare de legături duble au rol protector faţă de ateromatoză (o posibilă explicaţie a acestui rol fiind esterificarea colesterolului la nivelul tubului digestiv şi impiedicarea resorbtei acestuia).AGE cuprind acizii graşi polinesaturaţi cu 18-22 atomi de carbon şi au rol foarte important în crestere (rol plastic).Carenţa în AGE poate avea ca urmare creşterea retardată.AGE se găsesc mai ales în structura fosfolipidelor, mai ales cele cerebrale; au rol în transportul colesterolului şi mentinerea concentratiei normale a acestuia
în sange.În carenţa AGE sunt asociate şi alte semne precum: piele atrofică; tulburări de coagulare a sangelui; retardare mentala (când carenţa în AGE survine foarte precoce).
Tab. 4 Compoziţia acizilor graşi a diferitelor grăsimi şi uleiuri (in%: << = urme) (Sursa: dtv-Atlas zur Chemie, 1997)
Acest acid cicilic care se gaseşte în uleiul unor plante tropicale se foloseşte în tratamentul leprei.
Structura trigliceridelor
Grăsimile lichide conţin mai multe oleine. Grăsimile naturale sunt amestecuri de gliceride mixte în care moleculele tind spre compoziţia cea mai eterogenă posibilă (principiul repartiţiei uniforme).S-a crezut că în structura grăsimilor/lipidelor într-o moleculă se află 3 acizi graşi identici, dar în realitate s-a ajuns la concluzia ca trigliceridele conţin amestecuri de acizi.În natură nu s-a gasit încă o trigliceridă cu trei acizi graşi saturaţi, chiar dacă conţine mai puţin de 25% acizi graşi saturaţi.La grăsimile animale structura / formarea trigliceridelor nu se realizează după o anumită schemă. De aceea poziţia a 2.a nu este ocupată supraproporţional cu acizi graşi nesaturaţi. Dimpotrivă se găsesc în această poziţie un numar mare de acizi saturaţi. Diferenta evidentă între valorile pentru uleiurile/ grăsimile vegetale cu valori ale raportului
Fig. 2 Exemple de trigliceride
Tab. 5 Raportul dintre acidul palmitic în pozitia a 2.a la cantitatea totala de acid palmitic (după Mattson, 1958,
1963, 1964, Lichtfiedl 1970, 1971 şi Gunstone, 1965, citaţi în Bockisch)
8
0,3 şi depozitul de grăsime la animale mamifere 0,5
sprijină teoria repartiţiei pur statistice în natură a acizilor graşi în trigliceride, acestă repartiţie fiind determinată pur genetic.
Substanţele de însoţire ale gliceridelorSau lipide compuse, sunt substanţe de însoţire, care împreună cu gliceridele se extrag din materiile prime. Acestea se găsesc în concentraţie redusă, şi prezintă importanţă biologică mai mult decât interes din punct de vedere tehnologic.Fosfatidele (aprox.1%)Sunt esteri micşti ai glicerinei cu acizi graşi superiori şi
cu acidul fosforic esterificat cu un aminoalcoolÎn uleiurile vegetale se găsesc mono-aminofosfatidele care conţin:- colina (cazul lecitinei);- colamina (cazul cefalinei).
Conţinutul uleiurilor în fosfatide depinde de natura materiei prime şi de modul de obţinere a uleiului: prin presare sau prin extracţie.
Cerurile (aprox. 0,1-0,3%)Cerurile sunt amestecuri naturale de esteri ai acizilor graşi superiori cu: alcooli monovalenti superiori si cantităţi varibile de: - hidrocarburi - acizi si
- alcooli liberi.
Ceridele sunt esteri ai acizilor graşi superiori cu alcooli monovalenţi superiori (în cele mai multe cazuri se întâlnesc esterii acizilor şi alcoolilor cu acelasi număr de atomi de C).Exemple: C16H33 - O-CO- C15H31 Palmitatul de acetil
C18H37 - O-CO- C17H35 Stearatul de stearil C26H53 - O-CO- C25H51 Cerotatul de ceril (ceara de albine)
Acestea se separă în fracţiunea nesaponificabilă, împreună cu sterolii;Datorită punctului lor de topire ridicat, contribuie la tulbureala uleiurilor; de aceea se separă din uleiurile comestibile.
SterideleSunt esteri ai sterolilor (alcooli policiclici derivaţi de la 1,2 ciclo-pentano-perhidro-fenantren) cu acizi graşi superiori.Sterolii, alcooli policiclici cristalizaţi, posedă în stare liberă proprietăţile fizice ale grăsimilor nesaponificabile. Aceştia se găsesc în proportie de 0,1 - 0,8%.În uleiurile vegetale predomină fitosterolii (brasicasterolul C28, compesterolul C28, sistosterolul C29,care are 4 izomeri cu Tt intre 140 - 166˚C, stigmasterolul C29).
CefalinaLecitina
9
Importanţa fiziologica constă în legatura lor cu formele vitaminei D, sintetizată în organism.TocoferoliiSunt compusi derivaţi de la croman, având un hidroxil fenolic în moleculă.S-au izolat -tocoferolul (vitamina E), precum şi izomerii ,, fiind denumiţi "tocoferolii adevăraţi".Aceştia sunt antioxidanţi fiziologici, protejând în organism acizii graşi nesaturaţi, vitaminele liposolubile, enzimele, membranele celulare impotriva oxidării.Substanţe colorante.Uleiurile vegetale în stare brută conţin substanţe colorante cum sunt: clorofile (prezente în uleiul de rapită, soia, cănepă) C55H72O5N4Mg şi C55H70O6N4Mg; xantofila (alcoolul carotenoidic de culoare galbenă) C405H56O2; carotina - cu doi izomeri care confera culoare roşie, culori galben orange crud
(uleiul de palm) C40H56; Gossypolul şi sesemolul: se găsesc în cantităţi mici în uleiul de floarea soarelui şi
soia;Alături de pigmenţii naturali, uleiurile brute conţin pigmenţi formaţi în cursul
depozitării necorespunzătoare sau în procesul de prăjire, distilare sau presare a miscelelor.
Substanţe mirositoare Substanţe de însoţire cu structuri foarte diferite. Se găsesc în proporţie de 0,03 -
0,05% în uleiuri; Substanţe naturale care provin din materia primă (compusi cu sulf şi esenţă de
muştar la uleiul de rapiţă, hidrocarburi nesaturate, terpene etc.); Substanţe formate în timpul procesului de depozitare şi prelucrare a seminţelor,
uleiurilor sub influenţa agentilor atmosferici sau a materiilor auxiliare (aldehide, cetone, lactone, acizi graşi inferiori cu miros înţepător);
Substanţe care modifica gustul şi mirosul după anumite faze de prelucrare: mirosul de ars - în cazul supraîncălzirii la prăjirea seminţelor; mirosul de benzină - datorat urmelor de dizolvanţi din uleiurile brute; gustul de săpun - datorat eliminării incomplete a săpunului după neutralizare; gustul de pământ- datorită folosirii unei cantităţi prea mari de pământ sau a
unei perioade de contact mai îndelungate la decolorare; miros specific de hidrogenat- la uleiurile hidrogenat.
Clasificarea substanţelor de însoţire având în vedere a tehnologia producţiei se face după cum urmează: Cerurile şi steridele: datorită temperaturilor de topire ridicate, cristalizează la
temperatura mediului ambiant, conferind uleiurilor un aspect comercial necorespunzător - se urmăreşte eliminarea lor în procesul de rafinare;
Substanţele colorante şi mirositoare - trebuie eliminate; Fosfatidele produc dificultăţi în timpul obţinerii, conservării uleiurilor, fiind de
asemenea eliminate în procesul de rafinare. Datorită importanţei lor biologice, acestea vor fi destinate consumului uman sau animal;
Tocoferolii - se urmăreşte, pe cât posibil, păstrarea lor în ulei, datorită acţiunii antioxidante.
1.2. Reacţii chimice ale gliceridelor prezintă importanţă pentru procesele de prelucrare ale uleiurilor vegetale.Reacţii ale grupării carbonilcu importanţă în procesele de
10
prelucrare ale uleiurilor vegetaleHidroliza sau saponificarea au rol important în conservarea grăsimilor, precum şi în utlizarea lor în industrie
şi alimentaţie; se realizează fie sub influenţa acizilor sau bazelor, fie sub acţiunea substanţelor
enzimatice, care provoacă ruperea legăturilor esterice dintre glicerină şi acizii graşi cu punerea acestora în libertate.
Hidroliza
Saponificarea
Reacţii ale catenei de acizi grasi, care apar în procesele de obţinere şi prelucrare ale uleiurilor vegetale.Hidrogenarea. Reacţie cu aplicaţie la uleiurile cu acizi graşi nesaturaţi, prin care se reduce gradul lor de nesaturare.Hidrogenarea catalitică: a dublelor legături din acizii nesaturaţi ai grăsimilor, are ca efect mărirea
consistenţei grăsimilor lichide; acizii nesaturaţi cu 1,2 sau mai multe duble legături se transformă în acizi
saturaţi
Exemple:
Reacţii cu acidul sulfuric prezintă importanţă pentru tehnică; rezultă prin acestea produşi utili diferitelor
industrii, datorită proprietăţilor pe care compusii rezultaţi le au, şi anume de-a se dizolva în apă, de-a favoriza amestecarea (emulsionarea) grăsimilor naturale cu apa;
Oxidarea şi autooxidarea Prezintă importanţă pentru tehnică; Stau la baza utilizării unor uleiuri vegetale pentru lacuri şi vopsele, sau utilizarea
în industria pielăriei a unor uleiuri de animale acvatice.
11
Oxidarea naturală se realizează prin simpla expunere la aer a grăsimilor sau a
produselor impregnate cu grăsime; Oxidarea se realizează artificial prin barbotarea unui curent de aer sau de oxigen
într-un ulei încălzit la (100 – 130 °C), cu obţinerea de uleiuri oxidate, modificate, cu vâscozitate mărită.
Râncezirea este un proces de oxidare cu efect de degradare a grăsimilor. Acesta se datorează umidităţii, prezenţei unor microorganisme. Acizii nesaturaţi se transformă în aldehide şi cetone, care dau gustul şi mirosul de rânced.
Oxidarea poate să meargă mai departe până la apariţia de acizi graşi cu catenă scurtă, cum sunt: acidul butiric, valerianic, capronic, care au miros urât.
Alte substanţe care favorizează oxidarea sunt: urmele de Fe, Cu, Co, Vn, Mn, Ni, Cr, compusii acestora, clorofila, carotenul, pigmenţii din grăsimi;
Reacţii de oxidare şi polimerizare . Acestea au loc în prezenţa aerului cu formarea unei pelicule de ulei uscat
/sicativ. Clasificarea uleiurilor se poate face şi pe aceasta bază şi anume în funcţie de
indicele de iod: uleiuri sicative: ulei de in, ulei de canepă, tung - II >140 uleiuri semisicative: ulei de floarea soarelui - II 90-140 uleiuri nesicative: ulei de arahide, masline, cocos, palm - II <90
Acţiunea căldurii Temperatura ridicată produce modificări importante ale structurii chimice, atât a
grăsimilor animale, cât şi ale uleiurilor vegetale; Termodegradarea este posibilă numai la temperaturi şi durate de timp mari,
având loc în prezenţa oxigenului (efect termic cuplat cu cel de oxidare); Se formează
produşi volatili cu caracter acid: acizi graşi nesaturaţi C6 - C12; cetoxizi şi hidroxizi; diacizi, acizi aromatici;
produsi nevolatili - monomeri, rezultaţi, prin ciclizarea unui acid gras nesaturat:
Caracteristici ale grăsimilor degradate termic: indice de iod mai mic, indice de peroxid mare, indice de aciditate mare, indice de saponificare mare, indice de refracţie mai mare, vâscozitate mai mare;
Uleiurile degradate termic sunt neutilizabile, deoarece conţin peroxizi, care contribuie la distrugerea vitaminelor, acizilor graşi, având urmări din punct de vedere nutriţional; acestea duc la absorbţia scazută a grăsimlor normale de către organism, scăderea capacităţii de absorbţie ai celorlalţi componenţi alimentari, au acţiune cancerigenă, duc la scăderea eficienţei alimentaţiei, duc la scăderea depozitelor de grăsimi în organism.
Interesterificarea. Reacţia în care are loc redistribuirea radicalilor acizi între moleculele de gliceride, rezultând produşi cu caracteristici diferite.
Râncezirea. Reacţie care explică degradarea uleiurilor şi grăsimilor cu modificarea caracteristicilor fizico-chimice şi organoleptice.
Cicilizarea intramoleculara. Reacţie prin care se formează noi monomeri cicilici, sub acţiunea bazelor puternice, în prezenţa metalelor active (de exemplu: catalizatorii de la hidrogenare).Reacţia se inregistreazaă întâmplător la compuşii cu legături trinesaturate;
12
Reacţia apare şi datorită acţiunii oxigenului şi a căldurii asupra catenei nesaturate (reacţie frecvent întâlnită în cadrul prăjirii uleiurilor).
Observaţii:1. Gradul de nesaturare determină reactivitatea gliceridelor, precum şi punctul de
topire;2. Prin hidrogenarea acizilor graşi nesaturaţi se obţin acizi graşi saturaţi. Spre
exemplificare, acidul linoleic care are două legături duble, se poate hidrogena la acid oleic (Pt=16 ˚C) cu o dublă legatură, şi apoi la acid stearic (Pt=63-69 ˚C).
3. Degradarea uleiurilor la prăjire : este un fenomen complex; prin prăjirea profundă a unor alimente, are loc o degradare termico-oxidativă
a uleiurilor: cu modificarea : - indicelui de iod
- acidităţii libere;- vâscozităţii;- culorii.
cu formarea unor substanţe chimice noi care conţin în principal: acizi graşi oxidati; acizi ciclici; diversi polimeri;
Grăsimile supraîncălzite par să aibă efecte cancerigene (Roffo - 1938). S-a constatat apariţia de tumori stomacale şi intestinale la animale de experienţe, cărora li s-au administrat grăsimi supraîncălzite la 350 °C. Acţiunea cancerigenă este legată de prezenţa a peste 1% compusi aromatici în aceste uleiuri (în mod normal uleiul proaspăt de floarea soarelui are cca. 0,22 - 0,39% substanţe aromatice).
1.3 Proprietăţi organoleptice şi fizice ale grăsimilor vegetale
Uleiurile şi grăsimile vegetale sunt caracterizate prin evaluarea însuşirilor observate direct: aspect (la o temperatura dată), culoare, gust, miros, consistenţă.Aceste proprietăţi oferă informaţii preţioase pentru controlul şi conducerea procesului tehnologic.Proprietăţile fizice exprimă acele mărimi caracteristice care nu se schimbă sau variază în limite reduse, pentru acelasi sortiment de ulei.Aceste proprietăţi servesc la identificarea uleiurilor sau depistarea eventualelor amestecuri.Constantele fizice se stabilesc pentru: masă specifică, indice de refracţie, temperatura de topire, solubilitate, vâscozitate, căldură specifică de combustie, culoarea de iod.
Punctul de topire şi de solidificare.Punctul de topire şi punctul de solidificare nu coincid. Valorile acestora depind de natura acizilor grasi. Acizii graşi saturaţi ridică punctul de solidificare.Grăsimile nu se topesc la o temperatura fixă; topirea lor are loc într-un interval de temperatură, înmuindu-se în prima fază (datorită polimorfimiei structurale, respectiv existenţa mai multor forme de cristale).Punctul de topire al acizilor şi trigliceridelor este cu atât mai scăzut, cu cât acizii graşi conţin mai multe duble legături.De exemplu:pentru uleiul de arahide Pt este – 27 ˚C, iar pentru seul de oaie Pt este +55 ˚C.Observaţie:
13
Punctul de topire al acizilor graşi poate să fie mai mare decît cel care ar corespunde masei moleculare, datorită legăturilor de hidrogen.
Tab. 6 Puncte de topire al acizilor grăsimi în comparatie cu cele ale trigliceridelor
SolubilitateSunt insolubile în apă, dar uşor solubile în substanţe organice: eter, sulfură de carbon, CCl4, cloroform, tricloretenă, benzen, toluen, benzină. Excepţie face uleiul
de ricin, care este foarte solubil în alcool, insolubil în benzină, datorită prezentei gruparilor OH.Densitatea.Sunt mai usoare decât apa: D20 0,9Forma şi vâscozitateaGrăsimile solide sunt bogate în acid stearic şi acid palmitic.Vâscozitatea: ulei în : 9,7; ulei de masline: 21,6; ulei de ricin: 203,3, apa (17,5 ˚C): 1.Tensiunea superficialăLa acizii graşi saturaţi aceasta creşte liniar cu mărirea catenei (adaosul de monogliceride în proporţie de 1%, micşorează tensiunea superficială faţă de apă la jumatate- obţinerea margarinei)ConsistenţaLa unele grăsimi solide sau amestecuri de grăsimi, consistenţa este dependentă de compoziţia gliceridelor sau de modul în care au fost obţinute.Observaţii:Grăsimile cu conţinut de acid palmitic, stearic sunt solide, iar cele cu conţinut mare de acid oleic sunt lichide.Uleiurile comestibile, de exemplu de măsline, au un conţinut mare de acid oleic, dând grăsimi lichide. Conţinutul de acid oleic este uşor de determinat, datorită legăturii nesaturate, prin care acestea reacţioneaza uşor cu halogenii.
Tab. 7 Caracteristicile fizico-chimice ale unor acizi graşi din uleiurile vegetale uzuale
14
2. PLANTE OLEAGINOASE
2.1. Generalităţi
Clasificarea morfolofigco-botanică a grăsimilor şi uleiurilor vegetale
Germeni de porumb - 10-11 20-30 25-28 28-30 4-6 3-4
* S.E.N. = substanţe extractive neazotateTab. 8 Compozitia principalelor materii prime oleaginoase (in %)
Tab. 9 Compozitia principalelor materii prime oleaginoase (valori medii, în %, sursa: Bokisch, 1993)
Tab. 10 Proprietăţi fizice ale uleiurilor vegetale obtinute din difertie materii prime oleaginoase
(sursa: Bokisch, 1993)
PLANTE OLEAGINOASEFloarea soarelui (Heliantus annuus) familia Compositae
16
Răspândire: - zone temperate, zone stepoase (necesită multă căldură);Planta: -atinge inălţimi de 1-3 m
(atinge şi 5 m), planta - frunzele sunt sub formă de inimă;- pe capitulul cu diametrul de 6-15 cm se găseşte inflorescenţa galbenă sterilă şi inflorescenţa tubulară galben deschis, fertilă anualăFructele: - florile tubulare posedă un fruct dedesupt, uninucleat, care se dezvoltă ca şi o achenă şi care conţine atât embrionul cât şi substanţa de rezervă.Fructele recoltate (cu 1000-4000 de seminţe)
Boabe de soia (Glycine max. L.)Planta cunoscută de 5000 de ani. La noi a fost cultivată în anii 30.Prezintă calităţi excepţionale (sursă de proteină de calitate superioară, însemnate cantităţi de ulei comestibil.Răspândire: - subtropice;
- climă umedă; prezintă sensiblitate fotoperiodică;Planta: - anuală, creşte în tufe (ca un arbust)
- înăltimea este de 80 cm, cu frunze trifoliate, din tulpina cărora se desprind flori sub formă de papillion
Fructul: - scurt, la maturitate păstăi galben maronii, cu 2-3- seminţe rotunde ovale, albe, galbene sau negre-brune- are coajă subţire, care împrejmuieşte cotiledoanele bogate în grăsime albuminoidă şi hidrati de carbon.
Rapita (Brassica napus L., Brassica rapa L.) Familia BrassicaceaeRăspândire: - atât în zone cu climă caldă cât şi în cele cu clima rece.
- Romania : Dobrogea, Banat.Fructul: - păstăiObservaţie: Crearea de noi sorturi de rapiţă cu conţinut redus de acid erucic şi conţinut redus de glucozinolate au dus la obţinerea de uleiuri de rapiţă adecvate pentru consum. Masline (Olea europaea) OleaceaeRăspândire: - zona mediteraneanăPlanta: - întotdeauna verde, pom cu frunze subţiri eliptice, deaspra verde-gri,
dedesupt argintii-albe, care poate creşte pană la 2000 de ani.Sol: -pamânt calcaros, sărac, precum şi condiţii de precipitaţii de 200
mm/an.Temperatura: 18-22 °C.Fructul: - e drupos, verde pană la negru-albastrui de formă rotund-ovală.Recoltarea: - cu puţin înainte de maturizarea totală, deoarece altfel există tendinţa
de ranciditate a uleiului creşte. Cea mai adecvată este recoltarea manuală. În cazul fructelor scuturate sau căzute, sau prin strângerea cu grebla apar deteriorări prin presare care pot să aibă drept consecinţă apariţia de mucegaiuri (la fel şi în cazul existenţei insectelor).
Palmier (Elaeis guineensis Jacg.) fam PalmaeRăspândire: - Latidutine : între 10°N şi 10°S
- Temp medie: 24 – 28 °C, nu sub 15 °C;- condiţii de secetă: max 3 luni/an;- precipitaţii 1500-300 mm/an, secetă cel mult 3 luni.
Planta:- ajunge la maturitate la 3 ani, rodeşte după 3-4 ani.- palmier 15-30 m înăltime, cu 20-30 frunze penate, de 3-6 m lungime. Din tulpina acestora se desprind grupuri de inflorescente sferice, din care se
17
formează ciorchinii (10-12 pe an cu o greutate de 20-30 kg). Un ciorchine are 1000-4000 fructede.
Fruct : - (bacă sau nucă) este monosperm- ciorchinii ajunge la maturitate în 3-6 luni.- fructedele de marimea unei cireşe/prune cântăresc 15-30 kg (uneori 50 kg);
- ciorchinii au cca 70 cm lungime şi 50 cm l ătime: Sub exocarpul neted (epicarp) se găseste o pulpă fibroasă, de culoare
portocaliu deschis, foarte bogată în uleiuri. Doar cu 4-6 săptămani înainte de maturizare începe formarea în carnea fructului de picături fine de ulei şi de carotenoide. Endocarpul lemnos – coaja (0,5- 6 mm) înveleşte sâmburele de asemenea bogat în ulei (ulei de palmist).Recoltare: - imediat după schimbarea culorii de la violet închis sau verde înspre
orange, respectiv după căderea/ desprinderea fructelor singulare. Se prelucrează imediat, deoarece pulpa este foarte bogată-n lipaze.
Arahide (Arahis hypogaea) Famila PapilonaceaeAlune de pământRăspândire: - Tropice/subtropice
Planta: - anuală;- tulpina asezată pe pământ cu frunze;
Fructul: - după înflorire gineceul purtător de fruct se îndoaie, creşte în continuare în pamănt (gerocarp); acolo se dezvoltă pe parcursul a 4-5 luni nucleul fructului în poziţie orizontală pană la formarea fructului de tip nucă. Acesta se compune dintr-un percarp galben, lemnos sub formă de reţea zbârcită şi conţine de cele mai multe ori două seminţe, acoperite cu o foiţă subtire rosiatica, galbenă.
Recoltare: - scoaterea vlăstarului din pamânt cu fructele care atârna de acestea. Se realizează uscarea fructelor impreuna cu planta pană la un conţinut de apă de la cca. 40% la cca. 10%, iar la final se realizează eventual descojirea.
Cocotier (Cocos nucifera L.) Familia PalmaeRăspândire: - Tropicelor pe ţărmul mării
- Temperatura medie: 27 oC- precipitaţii 1250-2500 mm/an, respectiv apă freatică disponibilă (litoral);
Planta: - arbore, palmier 30 m înăltime, cu 30-40 frunze penate, de până la 6 m lungime. Din ramificaţiile acestora se desprind grupuri de fructe (panicule cu 20-40 flori de sex feminin şi 12000 flori de sex masculin per inflorescenţă)
Fructul: - din punct de vedere botanic acestea sunt drupe şi nu nuci.Sub exocarpul neted (pieliţa ceroasă) ca o piele se găseşte mezocarpul pulpos la început, fibros mai apoi (fructele mature sunt galbui pană la maroniu), se găseşte endocarpul tare/drupos, care include sâmburele.Maturarea durează 12-14 luni, dar după 6 luni fructul ajunge la dimensiunea finală, învelişul drupos find deja format. Acesta conţine la început seminţa. La inceput acesta conţine doare endospermul lichid, denumit suc de cocos, cu gust dulce, nutritiv. Pe masură ce se maturizează componentele grase ale sucului se depun în celule care se dezvoltă, formandu-se endospermul drupos.
18
Într-un pom se găsesc 50-80 fructe. Pe an se obtin cca. 8000 fructe.
Recoltare: - cu cutite fixate pe prăjini de bambus sau cu ajutorul căţăratorilor (se folosesc şi maimuţe)
Nuca de cocos L= 15-20 cm- forma rotunda cu o terminatie în forma de con- 3 parţi distincte – înveliş fibros foarte rezistent (fabricarea preşurilor, împletituri
etc)- înveliş lemnos, foarte tare, se întrebuinţează ca şi combustibil- miezul se formeaza complet numai când e copt (pana la coacere miezul e lichid
avand un gust acru “lapte de cocos”): când e copit lichidul se solidifica: miezul uscat = “coprah”.
- Coprahul se usca natural (la soare); are un miros placut, culoare alba; uleiul e incolor
- Cand este uscat artifical (foc direct/uscat) primest un miros de ranced (datorita aciditatii mare)
Factorii care influenţeaza producţia de seminţe / fructe oleaginoase, repectiv calitatea seminţelor, precum şi conţinutul de ulei:- momentul însăminţării/recoltării - caracteristicile de climă- caracteristicile solului
19
Sortimentul: este important atât pentru producţie cât şi pentru compoziţie.Ameliorarea: are scopul principal de-a maximiza producţia cu indeplinirea condiţiei de a se realiza o păstrare/îmbunătăţire a proprietăţilor soiurilor ameliorate.Influenţa solului: de exemplu Weiss, 1967, compara producţia boabelor de soia obţinute în Kenia pe două soluri diferite: unul vulcanic - unde producţia a fost de 500 kg/ha şi pe un sol argilos/lutos amestecat cu nisip de granit, unde s-a obţinut o productie de 1100 kg/ha.Îngrăşămintele: - fosfaţii: influentează producţia în sensul creşterii cu cca. 15 %;- compozitia corectă a îngrăşămintelor, irigarea/microelementele, pot duce la o
creştere a producţiei.Temperatura: la floarea soarelui a fost demonstrat faptul ca acidul linoleic creşte cu diferenţa de temperatură dintre noapte şi zi.Compozitia uleiului are importanţă nu atât asupra randamentului uleiului cât şi asupra pretului acestuia, respectiv asupra economicitatii.
Pierderile la recoltare şi pierderile de productivitate depind de : metodele de recoltare, depozitare şi transport calitatea uleiului obţinut este dependentă de condiţiile în care se realizează:
recoltarea, depozitarea şi transportul.Producţiile la seminţele oleaginoase ar putea fi cu 32 % mai mari dacă s-ar evita pierderile cauzate de: insecte, boli şi buruieni.Pierderile care apar la recoltare se datorează, în cea mai mare parte faptului ca nu se menţine timpul/momentul optim pentru strângerea recoltei sau utilizarea de tehnici necorespunzătoare.
Obs.: La suprafete mai mari este greu să se ţina cont de ambele condiţii, pentru evitarea pierderilor. Dezavantajul utilizării suprafeţelor mari este compensat de posibilitaţile mai bune de depozitare, infrastructura fiind mai bună.Exemplu: Pierderile pentru boabele de soia în cazul recoltării mecanizate sunt de 7% (chiar şi în condiţii optime de recoltare acestea sunt de 3 %).Pierderile la producţia de soia au la baza urmatorele cauze:- înainte de recoltare : insecte, saminţe căzute, buruieni, plante rupte/sparte, boli etc.- la recoltare: viteza combinelor, mărimea treieretoarelor, mărimea de tăiere, viteza aerului la cernere, turaţia tamburilor.- după recoltare se fatoreaza factorii de ordin biologic, biochimici şi fizici.Cauze de ordin biologic:- acţiunea rozătoarelor, păsărilor, insecte şi distrugerea prin microorganisme,- pierderi datorate unor procese biologice în sămânţă- fenomene biochimice, în principal oxidarea şi hidroliza, care nu se pot elimina total şi se pot produce prin depozitare deficitară (temperatura, umiditate)
3.1. Uscarea Fructele şi pulpa fructelor nu se depozitează Depozitarea se face numai la fructele oleaginoase
20
Umiditatea seminţelor oleaginoase este deosebit de importană pentru asigurarea unei depozitări corespunzatoare. Conţinutul de apă trebuie să fie redus pană la valoarea la care este înhibată activitatea biologică a seminţelor şi a enzimelor.Pe de alta parte, conţinutul de apă trebuie să permită depozitarea seminţelor oleaginoase, astfel încât pierderile să fie cât mai mici.Timpul maxim de depozitare este în funcţie de temperatură şi umiditate.Toate acestea influentează şi costurile auxiliare pentru calitatea seminţei, cum e cazul uscării, de exemplu.
Uscarea - are importanţă pentru obţinerea unei calităţi superioare, prin asigurarea unei
bune depozitări;- se poate realiza cu aer sau în agregate auxiliare;- începe cu eliminarea umidităţii exterioare (existente la toate seminţele
oleaginoase), fiind urmată de echilibrarea conţinutului de apă dintre componentele exterioare şi interioare ale seminţelor (se stabileşte un echilibru de stare, care este dependent de temperatura mediului înconjurător şi umiditatea relativă a aerului).
UtilajeUscatoare longitudinale Uscarea seminţelor se realizează cu aer fierbinte care este alimentat pe parcursul mai multor trepte în contracurent cu direcţia de deplasare/curgere a seminţelor.Funcţionare:Materialul alimentat (A) este transportat cu ajutorul elevatorului cu cupe (B) în cilindrul uscătorului (C) (cilindru rotativ/circulaţie în contracurent) la capătul căruia va fi evacuat (D). Aerul cald produs cu ajutorul cuptorului de ardere (E) intră în uscător de unde este evacuat cu ajutorul ventilatorului. Parful este eliminat cu ajutorul ciclonului.Observaţie:uscătoarele rotative sunt foarte adecvate pentru material foarte umed, care necesită o uscare rapidă.Temperatura aerului de uscare în uscătoarele transversale este de 250°C.Exemplu: pentru această temperatură de intrare şi la o temperatură de ieşire a săminţei de 70 °C, lungimea ţevii este de 10 m şi
diametrul este de 1,25 m (capacitatea este de 50 t/d). Capacitatea este de 200 t/d în cazul în care lungimea ţevii este
de 20 m şi diametrul este de 1,9 m.
Uscatoarele transversale / celulare
Se utilizeaza pentru saminta cu umiditate mai scazuta (de exemplu: soia).Uscătorul se compune din celule prin care sămanţa este
A-alimentare; B-elevator cu cupe; C-cilindrul uscatorului; D-evacuare; E-cuptor de ardere;
F-ventilator;
Fig. 4 Uscator celular de constructie celulara(sursa Bockisch 1993)
21
alimentată pe la partea superioară (A) trecand prin celule şi este evacuată la bază (E). Circulaţia aerului (70-95 °C) are loc în contracurent.Aerul cald de la partea inferioara a uscatorului (C şi D), unde seminţele se află la nivelul de umiditate dorit, va fi recirculat. Acesta este trecut print-un filtru (F) înainte de reîncălzire, pentru eliminarea pericolul de aprindere, care ar putea să apară datorită prafului transportat cu aerul. Aerul foarte umed de la partea superioara (E), cu o temperatură de circa 35-35 °C este eliberat în atmosferă.Energia necesara uscarii:- poate fi mare şi este dependenta de apa care trebuie eliminata (kgapa/tsaminta)
- se determină din conţinutul de apă (%) a seminţei livrate UL şi apa % UD, pe care trebuie să o aibe săminţă uscată pentru depozitare :
W= (WL- WD).10 [kgapa/tsaminta]La determinarea energiei necesare pentru uscare, trebuie avute în vedere:- conţinutul de apă care trebuie eliminat;- temperatura aerului la intrare şi la ieşireObservaţii:
1. un rol important la uscare are umiditatea relativă a aerului utilizat pentru uscare.
2. Pe parcursul procesului de uscare, săminţă va fi incalzită.3. La dimensionarea uscătorului trebuie avută în vedere energia
necesare/energia specifică pentru uscarea seminţei.
3.2 Depozitarea seminţelor oleaginoase
Chiar dacă s-a realizat o condiţionare atentă înainte de depozitare, fenomele de postmaturare ale seminţelor au loc în continuare, depozitarea nefiind asigurată pe o perioada nelimitată. Factorii care influenţează procesele chimice şi biochimice care pot să apară la depozitare sunt:
de natură internă: - umiditatea seminţelor;- respiraţia seminţelor;- germinarea seminţelor şi
de natură externă: - umiditatea seminţelor şi a aerului;- temperatura mediului ambiant;- oxigenul din aer;- microorganismele- dăunatorii.
Aici apar fenomene cum sunt activitatea enzmatică, care determină reacţii specifice (provoacă modificări ale fracţiunilor lipidice, protidice şi glucidice din seminţe) cu influenţă negativă asupra obţinerii uleiului.
Tab. 11 Conţinutul maxim de apă al seminţelor pentru o depozitare bună (după Gustafson 1976 and
Patterson1989, citati în Bockisch 1993)
Tab. 11 Continutul de apa al seminţelor la echilibrul cu umiditatea relativa a
aerului din spatiul de depozitare (după Ramstadt 1942 şi Lamour 1944, citati în Bockisch 1993)
22
Prin acţiunea enzimelor care descompun faza grasă au loc modificări de structură care conduc la creşterea mai rapidă a acidităţii uleiului (acţiunea lipazelor favorizată de umiditate crescut), râncezire oxidativă (acţiunea lipoxidazelor care favorizează formarea de peroxizi care se descompun în aldehide şi acizi cu masă moleculară medie, cu miros şi gust neplăcut), descompunerea peroxizilor formaţi prin oxidare (acţiunea peroxidazelor) etc.
Determinarea germinării seminţelor este un parametru care dă o evaluare bună asupra calităţii seminţelor pe parcursul depozitării. Aceasta este influenţată de umiditate. La o umiditate mai mare, germinarea seminţelor duce la descompunerea şi consumul substanţelor de rezervă, precum şi la activarea enzimelor.Pe langă aspectul comercial care rezultă şi din faptul că seminţele depozitate şi transportate corespunzător au un conţinut redus de acizi graşi liberi şi oxidati, şi prin urmare un preţ comercial mai bun, importanţă deosebită o reprezintă şi aspectul calitativ. Modificări de structură a uleiului datorate unei depozitări necorespunzătoare nu mai pot fi corectate ulterior nici măcar printr-o rafinare atentă .Pe parcursul depozitării este recomandată o aerisire corespunzătoare, fiind indicată o temperatura de 4 pană la 10 °C pentru înhibarea activităţii microorgranismelor.Pe langă asigurarea umidităţii şi temperaturii corespunzătoare mai trebuie avută în vedere şi stabilitatea mecanică a seminţelor. Presiunea asupra seminţelor la depozitare este dependentă de greutatea hectolitrică a acestora şi înălţimea silozului de depozitare. Greutatea hectolitrică a seminţelor, de care trebuie să se ţină cont la depozitare în corelaţie cu stabilitatea seminţei, influenţează şi debitul volumetric.Silozurile utilizate la depozitare sunt silozuri din tablă şi beton sau chiar hale de depozitare. Silozurile din tablă sunt adecvate pentru depozitare intermediară de cantităţi mai mici de seminţe, mai ales la producători. Grosimea pereţilor trebuie să fie mai mare decât cea calculată pentru stabilitate normală. Pentru un siloz cu diametru de 4 m şi inalţime de 10 m, aceasta trebuie să fie de cel putin 2 mm. Pentru cantităţi mai mari de seminţe sunt foarte indicate silozurile de beton. Acestea au de regula, în secţiune, formă dreptunghiulară, octoedrică sau circulară. Înălţimea acestora este limitată datorită presiunii care poate să apară pe straturile inferioare de seminţe sau la alimentarea acestora prin forţele de rupere prin impact ale saminţelor. În general între înălţimea silozurilor (h) şi diametrul (d) acestuia trebuie să existe relaţia: h 5 x d.
3.3 Transportul seminţelor oleaginoase
În interiorul intreprinderilor precum şi pentru încărcare şi descărcare se utlizează pentru transportul seminţelor oleaginoase:
- (orizontale sau cu înclinaţie de max. 20°)- transportoare elicoidale sau orizontale sau cu înclinaţie mare
Tab. 12 Greutatea specifica a seminţelor oleginoase
(* în functie de marimea bucatilor)
Tab. 12 Capacităţi de depozitare ale silozurilor
23
- elevatoare cu cupe- transportoare pneumatice (orizontale şi verticale)- transportor prin aspiraţie cu suflanta (orizontal şi vertical)
Spre exemplificare sunt reprezentate în figurile 5,6,7 transportorul cu benzi, transportorul elicoidal şi elevatorul cu cupe.
4
OBŢINEREA GRĂSIMILOR şi ULEIURILOR VEGETALE
4.1 Generalităţi
Procesul de obţinere este dependent de materia primă:- grăsimi din lapte se obţin în lăptării (fabrici de lapte);- grăsimi animale (măcelarii, abatoare);- uleiuri din peşte (peşcării)- uleiuri vegetale (mori de ulei).
Seminţele oleaginoase: reprezintă singura materie prima care poate fi depozitată pe o perioadă mai lungă fără ca să apară modificări mari în ceea ce priveşte calitatea acesteia (o depozitare în condiţii optime are ca urmare asigurarea materiei prime între două recolte).Prelucrarea acestora se realizează în imediata apropiere a consumatorilor. Acestea vor fi supuse unor operaţii preliminare de curăţare, eventual descojire, concasare/ mărunţire, tratare termică, structurare.Fructele oleaginoase: care conţin grăsimi în pulpa fructului trebuie prelucrate în imediata apropiere de locul recoltării, deoarece la recoltare sau imediat după aceea pot să apara reacţii de descompunere enzimatică care conduc la deterioarea rapidă a calităţii acestora.
Fig. 7 Elevator cu cupe
Fig. 5 Transportor cu banda; în dreapta: sectiune longitudinala
Fig. 8 Schema de proces obţinerii uleiurilor vegetale din fruct de palmier, măsline şi seminţe oleaginoase
Uleiurile vegetale pot să fie obţinute prin:
Presare – cazul tuturor fructelor oleaginoase
Centrifugare – cazul pulpelor fructelor
Extracţie – cazul seminţelor oleaginoase
Turtele de presare şi de la extracţie de la obţinerea uleiurilor/grăsimilor vegetale pot fi revalorificate/reutilizate după o prealabila prelucare în alimentatia animalelor, iar reziduurile de la industria prelucrării uleiurilor / grăsimilor vegetale se mai pot folosi ca şi material combustibil.
Obţinerea uleiului din seminţe oleaginoase şi din nuci are loc în urmatoarele patru trepte principale (Figura 9):1. curătirea şi pregătirea seminţei
(prelucarea preliminară a seminţei)
2. obţinerea uleiului (prin presare sau prin extracţie)
Fig.9. Schema de proces a obţinerii uleiului din saminte
25
4.2 Prelucrarea preliminară a seminţelor oleaginoase
Pentru obţinere uleiului din seminţe, acestea trebuie supuse unei prelucrări prealabile (Fig. 10).Procesele de prelucrare diferă în funcţie de săminţa şi în functie de modul în care se obţine uleiul: prin presare sau direct prin extracţie.Săminţa uscată (A) se transportă cu ajutorul unei transportor cu melc peste un jgheab vibrator care alimentează un separator magentic (2). Impurităţile vor fi separate prin aspiraţie (3). Când este necesar, săminţa este trecută la decojire (4), cojile fiind separate pneumatic (5). Măcinarea se realizează cu ajutorul valţurilor (6).
4.2.1 Purificarea seminţelorSe face:- înainte de depozitare - înainte de prelucrarea seminţelor. Scopul purificării:îndepartarea impurităţilor (părţi de plantă - tulpină, foi, coji, seminţe, miez, flori -, nisip, cuie, şuruburi, piuliţe, bucăţi tablă, bucăţi de lemn, paie, fibre etc.).Importanţă:- este necesară pentru obţinerea unei calităţi superioare de produse;- pentru evitarea deteriorarii utilajelor (valturile sunt în mod deosebit de sensibile la particule de metal şi la pietre)Semintele sunt supuse urmatoarelor operatii, care în parte sunt optionale (figura 12).Purificarea (figura 12) conţine următoarele operaţiuni: - îndepărtarea impurităţilor mai mari decit seminţele,
Fig. 10: Schema prelucrarii seminţelor oleaginaose la obţinerea uleiului
(sursa Bockisch 1993)Fig. 11 Reprezentare schmatica a prelucrarii preliminare a seminţelor oleaginoase (din DFG 1975, sursa
Bockisch 1993)
Fig.12.: Operatiile de purificare pentru semintele oleaginoase
26
- îndepărtarea impurităţilor mai mici decât seminţele, a componentelor mai uşoare ca şi boabele, a componentelor mai grele ca şi boabele, a cojilor sau capsulelor de seminţe, germenii şi cerealele străine, fierul. Separatoare magnetice (figura 13) se constitutie dintr-un jgheab vibrator (acţionat printr-un motor excentric). Materialul curge peste un tambur din oţel nemagnetizabil. Tamburul este prevăzut în interior cu un electromagnetic static cu ajutorul căruia se îndepartează din curentul de material impurităţile magnetice. Unghiul din spaţiul de rotaţie al tamburului, unde acţioneaza câmpul magnetic este astfel prevăzut incât particululele metalice se vor magnetiza de tambur. În momentul în care câmpul de acţiune nu mai acţionează, acestea se vor desprinde, fiind prinse într-un vas colector. Separatoarele magnetice au o capacitate de pâna la 20 t /h.
Separarea impuritatilor nemetalice:Exista în principiu doua metode de separare a impuritatilor nemetalice:1. cernerea- conditia fiind ca materialul să prezinte marime uniforme a particulelor
cât şi o variatie definita a dimensiunilor impuritatilor;2. prin aspiratie- care se bazeaza pe diferenta dintre densitatea seminţelor şi a
impuritatilor.Cernerea:- cel mai adesea sunt folosite sitele vibratoare;- dimensiunile sitelor sunt un pic mai mari decit ale dimensiunilor particulelor;- sunt retinute parti componente ale plantelor, semintele trecind prin acestea;- daca este necesar, materialul este trecut peste site fine, care retine semintele şi
permit trecerea nisipului şi a altor materiale fine.Aspiratia:Se realizează prin insuflarea unui curent de aer asupra materialului cu ajutorul caruia se separa impuritatilor pe baza diferentei de masa specifica (ventilatoare, cind impuritatile au densitate mai mica decat a seminţelor sunt luate de curentul ventilatorului sau prin prin aspiratia impuritatilor cu ajutorul aspiratoarelor).Aici sunt importanti urmatorii parametrii:- densitatea mediului de transport, în acest caz aerul;- densitatea particulelor;- coeficientii de rezistenta a particulelor;- suprafata şi diametrul particulelor;Daca separarea se realizează prin aspiratie, cantitatea impuritatilor separate va fi proportionala cu capacitatea să de aspiratie.
Aceasta operatie se aplica, de exemplu, şi la separarea cojilor, după decojire, separea acestora facindu-se de obicei în mai multe trepte: 1. o prima treapta în care se separa particulele de separat (cojile) şi 2. o a doua treapta în care saminta antrenata cu acestea va fi recuperata şi va fi
La obţinerea grăsimilor din nuci (palm, cocos etc.) acestea trebuiesc strivite sau descojite.Majoritatea samintelor oleaginoase pot fi supuse extracţiei imediat după maruntire. Acest lucru este posibil, fiind în multe cazuri neeconomic, deoarece cojile seminţelor nu contin ulei (in cele mai multe cazuri). Prin nedescojire scade randamentul instalatiei în cazul în care semintele nedecojite sunt presate sau trecute direct la extracţie.Descojirea este o operatie dependenta de continutul de coaja a semintei din care se extrage uleiul.De exemplu: soia- are coaja foarte mica, care la obţinerea uleiului nu deranjeaza, ca urmare soia fiind rar supusa acestei operatii. În prezent se aplica des descojirea, mai ales daca se doreste obţinerea unui şrot cu continut ridicat proteina (figura 14).Scop:
Indepartarea coajei seminţelor oleaginoase, în majoritatea cazurilor acesta constituind un material inert, datorita cotinutului foarte redus de ulei şi continut ridicat în celuloza -nedorit în compozitia şrot urilor.Observatie: un procent anumit de coaja este necesar pentru a se asigura o buna desfasurarea a procesului de presare şi de extracţie cu solvenţi.Avantajele procesului de descojire în prelucrarea ulterioara a seminţelor decojite:- marirea capacitatii de prelucrare;- imbunatatirea calitatii şrotului (prin reducerea substanţei greu asimilabile-
celuloza);- reducerea uzurii utilajelor (in special a valturilor, a preselor).
Dezavantajele procesului de descojire:- pierderi în ulei datorate miezului antrenat cu coaja în cursul descojiri;- necesar de instalatii în plus (decojitoare) şi utilaje anexe care conduc la consum
de energie şi manoperă în plus.Metode de descojire:Procesul de descojire constă în succesiunea a două faze:
Fig. 14: Descojirea boabelor de soia
28
- spargerea şi detaşarea cojilor;- separarea cojilor din amestecul rezultat.Spargerea şi detaşarea cojii de miez pot fi obţinute prin lovire, tăiere, frecare şi strivire.Spargerea şi detasarea cojii de pe miez prin lovire (descojirea seminţelor de floarea-soarelui, bumbac -numai pentru detasarea coji de pe miez-, degerminarea pe cale uscata a porumbulu).Procedeul se poate aplica în doua feluri:- prin lovirea seminţelor în repaus cu ajutorul unor palete;- prin proiectarea seminţelor catre un perete fix.Cele doua procedee se combina de obicei pentru obţinerea unei eficiente mai mari a decojirii.
Separarea cojii prin taiere (seminte de bumbac) se realizează prin trecerea seminţelor pintre doua discuri rifluite, cu rotire în sens contrar, şi distanta reglata intre acestea.Spargerea şi detasarea cojii prin frecare (seminte de soia, descojirea orezului) se obţine cu ajutorul valturilor prevazute cu cilindrii rifluiti sau acoperiti cu pasta de smirghel. Datorita turatiei diferite a acestora, pe linga forte de frecare apar şi forte de forfecare.Spargerea şi detasarea cojii prin strivire (descojirea seminţelor de ricin, indepartarea tegumentului de pe boabele de arahide): se realizează cu valturi acoperiti cu un strat de cauciuc, turatia cilindrilor fiind diferita (forte de presarea, forte de forfecare, şi forte de frecare).După spargera seminţelor rezulta un amestec - de miezuri intregi şi sparte,- de coji intregi şi maruntite- seminte intregi nedecojite.
Urmeaza o separare a coajei. O anumita cantitate din aceasta trebuie să ramina în materialul decojit. Pentru asigurarea normala a procesului de fabricatie, în floarea soarelui se pastreaza de exemplu 6-8 % din materialul decojit.Separarea se realizează în functie de marimea materialului (cernere pe site) şi în functie de diferenta de masa specifica (aspiratie cu un curent de aer ascendent, produs cu ajutorul unui ventilator).In procesul de productie se folosesc utilaje care functioneaza pe baza ambelor metode. Fractiunile care rezulta, de exemplu pentru floarea soarelui, sunt:- miez industrial (80-85% din semintele trecute la prelucrare) constituit din miezul
botanic şi o cantitate de coaja;- coaja industriala sau coaja eliminata (15-20% din semintele trecute la
prelucrare), constituita în cea mai mare parte de din coaja botanica şi o cantitate foarte redusa de 0,4-1% miez antrenat.
Raportul dintre cele doua fractiuni şi compozitia fiecareia depind de materia prima şi de caracteristicile utilajului folosit.Eficacitatea operatiei de decojire se exprima prin cantitatea de coaja eliminata faţă de coaja botanica continuta.
4.2.3 MĂCINAREA materiilor prime oleaginoase
29
Măcinarea este:- operatia necesara în procesul de pregatie pentru extragerea uleiului prin
presare-extracţie sau direct prin extracţie;- operatia prin care materia prima oleaginoasa este maruntita sub actiunea
fortelor mecanice, în particule de dimensiuni mai mici;Se supun macinarii semintele oleaginoase, brochenul si, daca este necesar, şrot ul de extracţie.Scop: Deschiderea celulelor prin ruperea membranei şi destramarea structurii oleplasemi care contine uleiul.In celulele cu structura intracelulara destramata are loc aglomerarea picaturilor fine de ulei şi eliminarea acestora din canalele oleoplasmei sub forma de picaturi fine, care vor fi retinute la suprafata macinaturii sau în capilarele acstora sub forma unor pelicule foarte fine.Observatie: Operatia este urmata de o operatie de tratament termic (pentru completarea procesului de distrugere celulara).In practica:Gradul de macinare este influentat de modul în care are loc separarea uleiului în operatiile ulterioare.Măcinarea înainte de presare- se urmareste deschiderea unui numar cât mai mare de celule, care are ca
urmare obţinerea unui randament mare de ulei;- prin cresterea suprafetei materialului macinat se determina cresterea transferului
de caldura în operatia de prajire, care favorizeaza expulzarea uleiului la presare.Limitari ale gradului de macinare: de ordin mecanic: se realizează numai o deschidere partiala a celulelor (dimensiunile celulelor sunt foarte reduse faţă de distantele la care se pot regla organele de lucru ale masinilor de macinat) de natura tehnologica: Un grad de macinare prea mare (macinatura prea fina) - are ca urmare dificultati în cursul tratementului hidrotermic de prajire
(printr-o consistenta sporita care opune rezistenta suplimentare sistemului de agitare al prajitorului);
- la o materie prima bogata-n ulei poate duce la separarea partiala a uleiului în cursul macinarii; De aceea în practica procentul de celule destramate trebuie să fie aproximativ 70-80% din numarul total de celule (limitare a gradului de maruntire)
Măcinarea înainte de extracţie:- se favorizeaza transferul de substanta din materialul oleaginos în solutia solvent
– ulei.Limitari ale gradului de macinare: un grad de macinare prea mare (macinatura prea fina) poate duce la aglomerari
şi prin urmare solventul nu va parcurge usor şi uniform statul de material; in functie inaltimea stratului de material în de extractor:
strat inalt în extractorul tip baterie: macinatura cu grad de macinare mai mare (rezistenta mecanica mai buna);
strat mai mic la extractorul cu banda/ extractorul în flux continuu: macinatura cu grad de macinare mai avansat, particulele de macinatura trebuie să fie sub forma de paiete pentru formarea unui strant filtrant pentru miscela.
Observatii:
30
1. Uniformitatea macinaturii influenteaza viteza proceselor de difuzie şi
conductibilitate termica de pe parcursul prajirii şi extracţiei.2. Viteza proceselor de difuzie şi conductibilitatea termica variaza invers
proportional cu dimensiunile particulelor.
Factorii care influenteaza procesul de macinare 1. Structura morfologica a seminţelor, care este dependenta de partile componente ale acestora (coaja, respectiv miezul prezinta rezistente diferite la fortele mecanice exterioare în cursul operatiei de macinare, care se rasfrang asupra omogenitatii macinaturii)Factorii care influenteaza procesul de macina sunt dependenti de compozitia macinaturii, şi anume:2. Compozitia seminţelor /materialului oleaginos 2.1 Umiditatea normala: rezulta o macinatura friabila şi pulverulenta; ridicata: semintele devin plastice, avand ca rezultat o macinatura cleioasa care
are conduce la ingreunarea procesului de presare şi de extracţie.2.2 Continutul de ulei continut mic sau mediu de ulei în seminte : uleiul separat în cursul macinarii este
absorbit imediat de catre particulele de macinatura; mare, cantitatea de ulei care se separa la macinare nu poate fi absorbita în
intregime, mai ales când continutul de umiditate este mare. Rezulta o macinatura cleioasa. Pot rezulta pierderi mari de ulei.
Utilaje folosite la macinareVarietatea de utilaje utilizate la macinare rezulta şi este în functie de:- varietatea de materiale supuse macinarii fiecare cu caracteristici proprii şi de- conditiile cerute de materialul macinatSe utilizeaza:1. ValturiUtilaje la care maruntirea are loc trecand materia prima prin cilindrii aflati în miscare de rotatie. Maruntirea se realizează sub actiunea fortelor de comprimare, fortelor de taiere şi fortelor de frecare.Modul de maruntire depinde de felul suprafetei cilindrilor şi de viteza acestora şi anume:- prin forte de compresiune: daca ambii cilindrii sunt netezi şi au viteze egale;- prin forte de taiere: daca cilindrii sunt rifluiti şi au viteze egale;- prin forte de frecare: daca cilindrii au viteze egale.Marimea macinaturii este determinata de distanta dintre cilindrii, care la valturile:- cu cilindrii asezati paralel este
conditionata de pozitia reciproca a lagarelor pe care se sprijina axele acestora. Unul dintre cilindrii este montat pe o pereche de lagare mobile, iar celelalt pe lagare cu locas fix;
- cu cilindrii suprapusi se regleaza automat prin stratul de material ce trec cilindrii, lagarele acestora fiind mobile.
Cilindrii valturilor pot avea suprafaţă neteda sau rifluita (striata) (figura15)Riflurile sunt santuri cu muchii taietoare trasate pe suprafaţă cilindrilor sub un unghi oarecare faţă de generatoarea cilindrului.
Tab. 14 Asezarea cilindrilor valturilor în functie de tipul de material supus macinarii
31
Valturile utilizate la măcinarea seminţelor din soia: valturi cu cilindrii asezati în paralel, valturi cu cilindrii suprapusi sau valturi cu doua perechi de cilindrii rifluiti, care asigura antrenarea seminţelor printre cilindrii.
2. Concasoare: se folosesc la măcinarea brochenului
2.1. Concasoare cu dinti: compus din doua perechi de cilindrii, perechea superioara avand dinti mari, iar cea inferioara avand dinti mici.Cilindrii sunt formati dintr-o serie de discuri din fonta cu dinti mari, respectiv cu dinti mici. Acestia au în mijloc orificiu prin care placile se fixeaza pe ax.
2.2. Concasorul cu cilndru cu dinti şi cu cilindru rifluiti
Controlul procesului de macinare:- Industrial: se face în mod empiric, prin luarea de probe şi cercetarea acesteia în
ceea ce priveste structura şi finetea ei (se controleaza prezenţa bucatilor de miez nemacinate)
- Analitic: - metode de cernere - metoda defectului de macinare- umiditatea- masurarea grosimii paietelor (in cazul utilizarii valturilor de aplatizare)Prelevarea probelor: din ora în oraAnalizele se efectueaza o data pe schimb.
4.2.4 Condiţionarea termica a seminţelor oleginoase
Scop:Prin prajire se modifica proprietăţile fizico-chimice ale macinaturii şi schimbarea structurii ei pentru a obţine randamentul maxim de ulei la presare.Importanta:pentru obţinerea de randamente optimale la obţinerea uleiului prin presare sau extracţie.Efecte tehnologice imbunatatite:- coagularea proteinelor - distrugerea membranelor celulare, care conduc la randamente de extracţie mai bune;- micsorarea viscozitatii care asigura o curgere mai usoara a uleiului;Efecte asupra produsului:- efecte de sterilizare;- inactivarea lipazelor şi a enzimelor care ingradesc utilizarea şrot ului;- distrugerea unor constituenti naturali de compozitie din samanta, dezavantajoase pentru animale, care ingradesc utilizarea şrot ului.
Fig. 15 Valturi cu doua perechi de tavalugi1-cosul de alimentare; 2-grauntar; 3-tavalugi rifluiti;
4-tavalugi netezi (Sursa Singer 1963)
32
4.2.4.1 Tratarea termica a seminţelor oleginoase
Tratarea termica/prajirea are urmatoarele caracteristici:- cuplata intotdeauna cu fixarea unui anumit continut de apa;- da paietelelor/floculelor de saminta elasticitate/plasticitate adecvata;
Realizare:Procesul de prajire se realizează de regula în doua faze:1. umectarea macinaturii pană la o umiditate optima, caracteristica fiecarui sort de
seminta - se poate realiza prin trei mijloace: cu apa, dispersarea apei (cu ajutorul unei conducte perforate) şi cu abur direct
2. incalzirea materialului umectat pană la limite de temperatura şi umiditate care determina structura lui optima pentru presare şi extracţie. Incalzirea macinaturii pană la obţinerea umiditatii şi temperaturii optime pentru presare.
Condiţionarea se realizeaza în mod normal în doua tipuri de utilaje:- prajitoare transversale- prajitoare longitudinale
tip tambur.Obs.: prin miscarea controlata a materialului oleaginos prin aparat, tratarea termica şi timpul de retentie în tamburul de conditionare sunt mai uniforme.
Prajitoarele cilindrice comparti-mentate sunt compuse din 2-6 compartimente. Acestea sunt de mai multe feluri constructive, şi anume: cu fund dublu, cu fund
şi manta dublă şi cu fund dublu şi inel de incalzire.
4.2.4.2 Structurarea seminţelor oleaginoaseExista doua procedee principale: prin extrudere şi prodeceul ALCON.Ambele procedee sunt totodata şi procedee de tratare termica.Procedeul se aplica în principal la pregatirea boabelor de soia şi la saminta de bumbac.
Tab. 15 Temperatura şi gradul de umiditate pentru macinatura diferitelor sorturi de seminte la prajire
Fig. 16 Prajitor cu 6 compartimente
33
Produsul este alimentat în extruder (figura 16) (denumit şi expandor) cu ajutorul unui melc de alimentare. Extruderul propriu-zis este alcatuit dintr-o teava orizontala prevazuta cu un melc. Acesta este incalzit, fiind prevazut cu orificii prin care patrunde apa şi aburul.Scopul operatiei:- denaturarea proteinei din seminta, daca acest lucru nu s-a realizat într-o treapta
anterioara, astfel incit să fie distrusa structura semintei şi a facilita desprinderea uleiului.
Extruderea este prevazuta după macinare şi paietare. Aceasta operatie se realizează de asemenea şi pentru inactivarea aflatoxinei din macinatura nucii de arahide.
Realizare: Saminta este adusa, în prima parte a extruderului, (figura 16) la un continut de apa de 10-15%, fiind incalzita pe parcurs la 105-120°C. Ridicarea temperaturii se datoreaza sistemului elicoidal, prin impingerea materialului catre orificiul de evacuare cu sectiune mica. Pentru a se atinge temperatura dorita, se poate introduce suplimentar abur (alimentarea directa). De asemenea se poate modifica orificiul de iesire pentru a se regla presiunea. Materialul supus extruderii, taiat în bucati mici poate fi supus extracţiei după racirea la 60°C.
Procedeul ALCON (patentat de Fa. akzo) (figura 17) se compune dintr-un tratament termic special a boabelor de soia, care are loc intre trepta de macinare şi extracţie. Intr-un aparat care se aseamana cu aparat de prajire, materialul va fi umectat pina la un continut de apa de 15-20% cu ajutorul aburului. Totodata se va incalzi la 95-110°C.Temperatura se va mentine timp de 15 minute iar macinatura se va aglomera prin omogenizare. în pasul urmator se va raci la temperatura de extracţie.
4.3 Presarea
In fabricile de ulei se obţine actualmente uleiul mai ales prin presare.Exista doua modalitati, şi anume utilizarea presării ca şi :- pre-presare (presarea a-Ia);- presare finala (presarea a-IIa).
Fig.16: Schema de principiu a unui extruder
Fig. 17: Schema de proces a procedeului
ALCON
34
Presarea este operatia tehnologica prin care se separa componentul lichid (uleiul) dintr-un amestec lichid-solid (macinatura).In acest scop, asupra macinaturii pregatite corespunzator se exercita o presiune insamnata.Se supun presării, materialele care au un continut de ulei mai mare de 30%.Schema de proces:- materialul este alimentat într-o presă (2) după trecerea printr-o prajtoare (1);- uleiul este pompat după
ce a fost trecut la separarea impuritatilor- sita vibratoare- (3) şi după filtrare (6) intr-un rezervor (7) de unde va fi depozitat pentru prelucrarea ulterioara (G) în tancuri de depozitare;
- impuritatile de la decantare (3) sint trecute din nou la presare.
- reziduul de la presare este trecut la măcinarea (14) după care este trimis la extracţie (F) sau la depozitul de şrot .
La ora actuala nu se mai aplica presarea finala, deoarece nu este admis ca uleiul remanent să fie mai mult decat 5% (in turtele de presare).
La presarea înaintea extracţiei se impune ca uleiul remanent în turtele de presare să fie de 15-20% acestea fiind denumite şi prese pentru presare preliminară sau ante-presare (presarea I)Prese deschise se mai utilizeaza numai pentru obţinerea uleiului de masline.La presarea seminţelor oleginoase se utilizeaza numai prese inchise.
Factorii care influenteaza presarea:Continutul de apa:Prin conditionare materialului oleaginos se urmareste ajustarea continutului de apa pentru presare intre 3-6%, care influenteaza şi continutul de uleiul remanent din şrot .Experimente ale Fa. Krupp au aratat ca la un continut de apa de 2-3% este optim, când se lucreaza cu prese cu snec.
Fig. 19: Schema de obţinere a uleiului prin presare (DFG 1975, sursa: Bockisch, 1993)
Fig. 17: Schema de proces a procedeului
ALCON
35
A fost evindentiat faptul ca la un continut de apa sub 2,5% uleiul remanent creste. Presele cu melc (prese continue)
Organele principale din care se compune o presă mecanica sunt:- distribuitorul de la aparatul de prajit la presă;- camera de presare (“cilindru strecuratoare”) care este formata dintr-un cilindru
perforat construit din baghete de otel care are peretii drepti sau ghatuiti prin trepte, prin acest segment reducandu-se volumul initial al acesteia;
- surubul elicoidal (in interiorul camerei de presare)- ax pe care sunt montati segmenti de forma şi dimensiuni diferite- axul cu
melci- un cap conic - mecanism de reglare numit şi cap pentru ghatuirea orificiului de
iesire:- este asezat la capatul opus al surubului elicoidal - prin insurubare/desurubare permite micsorarea/marirea spatiului prin care
sunt eliberate turtele de presareMod de functionareIn vederea eliberarii uleiului prin presare se urmareste ridicarea presiunii asupra materialului pe parcursul trecerii acestuia prin presă. Compensarea pierderii volumului prin eliminarea uleiului presat se realizează prin ingustarea diametrului camerei de presare în sensul directiei de inaintare a materialului de presat, respectiv mărirea volumului snecului (marirea diametrului melcilor şi micsorarea pasului intre melci, respectiv a inclinatiei melcului, care poate fi marita de la segment la segment). Acest lucru este posibil prin constructia surubului elicoidal care se constituie din segmente cu inaltimi şi forma diferite montate pe axul surubului elicoidal. Prin variatia acestor segmente presa poate fi adaptata cerintelor diferitelor seminţelor.Exista prese la care pe ax sunt montate sapte asmenea segmente sau exista prese cu trei segmente la care o crestere a presiunii se realizează şi prin trecerea peste inele intermediare. La prese fara inele intermediare, presiunea creste pe parcursul lungimii de scurgere şi scade la iesire dintr-o data.La presele cu inele intermediare presiunea creste înaintea acestuia (prin indesarea materialului) şi după trecerea peste acesta va scadea din nou brusc. Materialul va fi din nou indesat în treapta urmatoare pană va fi supus din nou presiunii.Uleiul scurs trece prin sliturile camerei de presare şi va fi colectat intr-un rezervor prevazut în acest scop.Dimensiunea orificiului de iesire, respectiv aranjarea inelelor intermediare influenteaza presiunea din interiorul presei.Sunt normale presiuni de 1600 bar, dar se pot atinge presiuni de pană la 3000 bar. Prin presiuni inalte apar temperaturi ridicate de pană la 170 °C, energia fiind în principal transformata în caldura. Sunt normale temperaturile de pană la 100 °C.Factorii principali de care depinde separarea uleiului în cursul operatiei de presare sunt: - structura materialului: se verifica umiditatea,- marimea presiunii exercitate
36
- durata presării, viteza separarii uleiului şi alimentarea presei.
4.4 Purificarea uleiului brut de presă
4.4.1 Generalităţi
Scopul:indepartarea din uleiul obtinut la presare a impuritatilor mecanice, a impuritatilor organice în suspensie, a urmelor de apaNecesitate: pentru evitarea degradarii rapide a uleiurilor (manifestata prin cresterea aciditatii libere) care poate conduce la pierderi mari.Realizare: - înainte de trecere la depozitare sau la rafinare- consta în urmatoarele operatii:
- separarea zatului (resturi grosiere din macinatura antrenate la presare) prin: sedimentare, filtrare şi centrifugare
- uscarea uleiului – eliminarea umiditatii în exces prin evaporare- separarea dimensiunilor mici - filtrarea uleiului
Uscare uleiului se face numai când umiditatea uleiului depaseste 0,3 %.
Schema clasica de purificare a uleiului brut cuprinde urmatoarle operatii:Uleiul de presă (impreuna cu macinatura antrenata prin orificiile strecuratoarei presei) se colecteaza intr-un rezervor cu agitator. Cu ajutorul pompei, uleiul este transferat pe sitele vibratoare, unde se elimina cea mai mare parte a impuritatilor solide grosiere. Uleiul cu restul impuritatilor se colecteaza intr-un rezervor cu agitator de unde este trimis în filtrele presă cu ajutorul unei pompe.Uleiul filtrat este trecut, peste rezervorul bascula pentru cantarire, intr-un rezervor, de unde va fi dirijat spre depozitul exterior.Reziduul din filtrele presă, precum şi impuritatile de pe sita vibratoare, se trimit cu un transportor cu snec la alimentarea prajitoarelor.Schema este prevazuta în caz de necesitate cu aparat de uscare sub vid partial. Uscarea se realizează pe sarje, intre sita vibratoare şi filtre.
Scheme imbunatatite de separare a uleiului brut de presăAu aparut ca urmare a dezavantejelor pe care le prezinta schema clasica, şi
anume: riscul mare al oxidarii uleiului, ca urmare a mentinerii acestuia în contact cu aerul timp indelungat, la temperaturi ridicate. Acest fenomen este indicat de indicele de peroxid. Este necesara, deci, limitarea temperaturii de lucru, prin racirea uleiului.
De aceea, uleiul rezultat la presă este racit pina la 55-60 oC.Trecerea peste site vibratoare şi filtrarea au loc după racirea uleiului pina la
temperaturi care nu sint periculoase pentru stabilitatea uleiului.
Fig. 21: Scheme de purificare a uleiului brut de presă cu compararea regimului termic
37
Ca urmare a modificarii regimului termic se obţine o crestere mai lenta a indicelui de peroxid la uleiurile purificate.
4.4.2 Utilaje utilizate la purificare uleiului brut de presă
Separarea impuritatilor prin sedimentare şi decantareSedimentarea impuritatilor solide aflate în suspensie în ulei se realizează sub actiunea fortei gravitatiei, evacuarea lichidului limpezit avand loc prin decantare.
Temperatura de decantare a uleiului vegetal are un maxim intre 35 şi 40 oC.La temperaturi mai mari exista riscul ca unele impuritati se să dizolve molecular sau coloidal în masa uleiului şi să precipite atunci când se revine la temperatura obisnuita.
UtilajeDecantorul cu functionare discontinuaDecantorul este un vas cilindric sau paralelipipedic, cu fund conic sau
inclinat. Uleiul ramane în repaus o perioada de timp, după care, uleiul decantat se eliminana printr-un preaplin sau printr-o teava articulata, coborita la diferite niveluri.
FiltrareaFiltrarea este operatia de separare a unui amestec eterogen solid-lichid.Amestecul se trece printr-o suprafata sau strat filtrant, retinand faza
dispersata (sedimentul solid) şi lasand să treaca faza dispersata (filtratul).In functie de mecanismul filtrarii, avem urmatoarele procese de filtrare:Procese de filtrare superficiala
Materialul filtrant opreste la suprafata lui particulele solide în suspensie, ca urmare a diferentei dintre marimea particulelor şi marimea porilor. Exemple: sita vibratoare şi separatorul cu raclor.
Procese de filtrare în adincime Filtre presă Filtre aluvionare
Factori care influenteaza filtrarea* Viteza de filtrare depinde de presiunea de filtrare, structura şi grosimea stratului de sediment, precum şi de temperatura la care se face filtrarea.* Presiunea de filtrare: se realizează prin greutatea coloanei de lichid sau printr-o presiune suplimentara. Presiunea suplimenatra se realizează cu ajutorul unei pompe de alimentare sau cu ajutorul vidului, aplicat la evacuarea din filtru.In industria uleiurilor vegetale se utilizeaza, pentru crearea presiunii, pompe centrifuge ce pot genera presiuni de 1,5-3,5 at.* Stratul de reziduu prezinta urmatoarele caracteristici: contine fosfatide, proteine, mucilagii, suspensii mecanice; este compresibil. La o crestere a presiunii, apare o crestere a rezistentei, ca urmare a micsorarii diametrelor capilarelor. Ca urmare, filtrul trebuie scos din functiune mai des pentru curatire.Daca la uleiul brut se adauga o cantitate mica de pamant decolorant sau kiselgur, se formeaza un strat filtrant suplimentar necompresibil, cu ajutorul caruia se prelungeste perioada de functionare a filtrului dintre doua curatiri.Structura şi caracterul reziduului are o importanţa deosebită în procesul de filtrare. Asadar, viteza de filtrare scade cu cresterea vascozitatii, care este invers proprtionala cu temperatura. Cresterea temperaturii de filtrare este limitata de considerente tehnologice. Temperatura maxima de filtrare a uleiului brut este de 70 °C. La filtrarea uleiului brut, în cazul în care zatul/impuritatile sunt ude, duce la
38
astuparea rapida a porilor, ceea ce duce la oprirea filtrarii. De aceea este indicată uscarea uleiului înainte de filtrare.
Utilaje Sita vibratoareFunctionare: Uleiul se alimenteaza
pe sita (de alama), montate pe doua cadre -2-, care are ochiuri cuprinse intre 0,25-0,5 mm şi ale caror unghi de inclinatie poate fi reglat cu ajutorul cremalierei 7.
Uleiul filtrat iese pe partea inferioara a sitei;
Impuritatile mecanice retinute se deplaseaza, datorita miscarii vibratoare, spre celalalt capat al sitei, unde vor fi evacuate.
Reziduul contine în mod normal 35-45 % ulei.
Filtre presăSe folosesc de obicei filtrele cu rame şi placi. Acestea se construiesc din placi şi rame din fonta turnata (dimensiuni 60x60 sau
100x100). La partea de sus, lateral, fiecare rama şi placa sunt prevazute cu un orificiu, care
la strangerea placilor şi a ramelor formeaza un canal, prin care intra uleiul, care se repartizeaza apoi pe toata suprafata placilor acoperite cu panze de filtru, în timp ce impuritatile sunt retinute pe suprafata filtrelor.
Uleiul filtrat la inceputul operatiei, se scurge prin robinetele placilor, fiind colectat intr-un jgheab, de unde este dirijat spre colector. Pe masura ce pe panzele de filtru se formeaza stratul filtrant suplimentar, uleiul limpede este colectat în rezervorul de ulei filtrat.Oprirea filtrului se realizează prin scoaterea sa din circuit, atunci când presiunea uleiului introdus de pompa în filtru este de 3 daN/cm2, iar viteza de filtrare a scazut foarte mult. Urmeaza suflarea acestuia la rece cu aer comprimat sau abur uscat, după care se deschide pentru curatire. Resturile aderente se curata prin razuire, fiind dirijate la recuperarea uleiului.Zatul de filtrare se introduce, de obicei, în prajitoare.Daca panza de filtru este imbibata, atunce ea se va inlocui.
Filtrul se stringe, etanseitatea să fiind asigurata prin apropierea maxima a marginilor ingrosate ale placilor ramelor.Alte faze din prelucrarea uleiurilor vegetale în care se va realiza filtrarea sunt: la separarea pamanturilor decolorante; la separarea catalizatorilor din uleiul hidrogenat.
4.4.3 Uscarea uleiului brut
Scop: eliminarea umiditatii din uleiul brut de presă.Uscarea este procesul prin care, în conditii
determinate de temperatura şi presiune, se evapora umiditatea existenta în ulei.In uleiul brut de presă, umiditatea (continutul de apa) atinge zecimi de %, daca acesta a fost obtinut din seminte cu umiditate destul de mare sau seminte insuficient prajite.Excesul de umiditate trebuie eliminat, deoarece acesta favorizeaza hidroliza trigliceridelor sau determina tulbureala uleiului.Uscarea uleiului de presă:- se face atunci când acesta se livreaza ca ulei nerafinat;- nu nu este necesara înainte de rafinare nu este necesara, daca prajirea a
fost facuta corespunzator.UtilajeUscatoare cu functionare discontinuaDin punct de vedere constructiv, acesta se prezinta sub forma de recipient cilindric, cu terminatie conica, prevazut cu manta de incalzire, racordat la instalatia de vid (figura 27).Functionare:La pornire se creaza vidul în aparat, cu ajutorul caruia se aspira uleiul. Incalzirea acestuia se ralizeaza indirect, prin manta.
Durata este, în general, de 45-60 minute, iar temperatura finala este de 105 °C . La inceputul uscarii, uleiul spumeaza, procesul fiind controlat prin vizorul recipientului. când spuma depasestete vizorul recipientului, se deschide ventilul de pe capacul uscatorului. La finalul uscarii spuma scade, iar conducta de vapori spre condensatorul instalatiei de vid, se raceste. Uleiul se raceste la 40 °C, cu ajutorul apei introdusa în manta.- Uleiul evacuat este trimis la filtrare (filtre presă).Probleme practice la purificarea uleiului de presa. Se urmareste limitarea efectului peroxidant al
conditiilor în care are loc purificarea uleiului de presă.
Controlul calitativ al procesului de purificare prevede analiza uleiului de presă filtrat, şi anume urmatorii indici: sedimentul volumetric, aciditatea libera, gustul, mirosul, culoarea
Probele se iau din ora în ora din jgheabul de filtre presă, sau din jgheabul colector. Intretinerea utilajului vizeaza etanseitatea
instalatiilor, conductelor, functionarea subansamblelor în miscare, aparatele de masura şi control (precizia acestora).
4.4 OBŢINEREa uleiului prin extracţie
4.4.1 Generalităţi
Prin acestea procedeu se urmareste scaderea continutului de ulei remanent din materialul oleaginos sub 2%.
Obţinerea uleiului prin presarea se aplica în cazul în care continutul de ulei din materiile prime oleaginoase este foarte mare prezentand avantujul ca este mai economic.
Daca continutul de ulei din seminte este mai mic, prin extracţie pană la un continut de ulei în şrot de 2-3%, ar putea duce la ridicarea randamentului de obţinere a uleiului (10%). Se ating valori ale continutului în ulei remanent de pina la 1%.
Extractia se poate ca o singura trapta în obţinerea uleiului. Cel mai des este utilizata în combinatie cu o treapta de presare, în care continutul în ulei al materiilor prime oleaginoase, cu continut mare de ulei, scade pina la 15-20%. Se obtin, astfel, avantajele economice ale ambelor procedee, şi anume, costuri scazute la presare şi randament mai bun la extracţie.In comparatie cu operatia de presare, la extracţie trebuie pus un accent deosebit pe prelucrarea miscelei din şrot ,
Fig.27: Aparat de uscare discontinua pentru ulei de presă (Sursa Singer 1978) 1- cilindru conic; 2-manta; 3-
agitator; 4-vizor )
Fig. 28: Schema de proces la obţinerea uleiului
prin extracţie
Fig. 29: Instalatie de extracţie cu extractor
celular (sursa: Bockisch, 1993)
41
respectiv indepartarea, şi pe, cât posibil, recuperarea în totalitate a solventului de extracţie. O cheltuiala mare, în plus, o reprezinta faptul ca intreaga instalatie trebuie executata antiex (protejata impotriva exploziilor).
In figura 29 este reprezentata instalatia cu extractor rotativ, cu sita fixa (tip extractor celular). Materia prima (semintele) sunt sparte (1 -valturi cu rifluri), respectiv maruntite, conditionate (2 - prajitor) şi paietate (valturi de aplatizare). în extractorul rotativ (4 - extractor celular) se realizează extractia. Miscela se recupereaza în rezervorul (5). Solventul este separat în (7), iar după condensare în condensator (12) se va strange în rezervorul (13). Solventul din şrot se recupereaza (9 - toaster) şi eventual se toasteaza. Şrot ul se marunteste (10) si, eventual, se trece peste valturi de aplatizare. Se face cantarirea (11) şi se insacuieste.
4.4.2 Teoria extracţiei
Extractia se bazeaza pe proprietatea tuturor substanţelor de-a se repartiza intre 2 faze, corespunzator echilibrului dintre faze. Daca se realizează o a doua faza, în cazul extracţiei, prin adaos de solvent de extracţie, atunci componenta care se gaseste în prima faza, se dizolva în cea de-a doua faza. Extractia uleiurilor din seminte nu se realizează intr-un sistem ideal simplu. Practic au loc, simultan, doua procese de extracţie. Acestea sunt: procesul în care uleiul liber, din celulele cu structura distrusa, este dizolvat şi
transportat în miscela; procesul în care uleiul trebuie mai intii eliberat, respectiv dizolvat din celulele
nedistruse.In cazul extracţiei uleiului din seminte, nu este vorba doar de doua faze, deoarece componentele neuleioase din seminte (substanţele auxiliare) nu pot să fie în echilibru cu solventul de extracţie. Au fost, astfel, definite pentru descrierea extracţiei modele şi ecuatii pentru “quasi-fazele” care ating un echilibru. Aceste faze se compun din: acea componenta a “solutiei absorbite”, care se gaseste în porii substanţei de
transport, sau acea componenta care se gaseste la suprafata acestora, legate prin forte de adeziune şi contine de altfel uleiul/grăsimea dizolvate,
solventul de extracţie, care curge şi care contine grăsimea/uleiul, şi anume miscela.
Intre cele doua “quasi faze” se formeaza un echilibru, în directia în care faza libera, care curge, se va imbogati în grăsime/ulei pană în momentul în care se atinge echilibrul.
4.4.3 Solvenţi de extracţie
Un solvent de extracţie utilizat trebuie să indeplineasca urmatoarele conditii: sa aiba capacitate de solubilizare mare, la temperaturi scazute; sa solubilizeze selectiv materialul supus extracţiei; din punct de vedere chimic să fie cât se poate de inert, pentru a se evita reacţiile
secundare şi pentru protectia instalatiei; sa nu fie inflamabil, iritant, toxic, sa aiba vascozitate şi tensiune superficiala scazute pentru a asigura o difuziune
buna asupra materialului supus extracţiei; sa fie usor de recuparat, chiar în totalitate, din reziduul de extracţie (şrot ), cu
consum cât mai redus de energie;
42
sa nu fie miscibil cu apa, pentru a putea separa usor cantitea de apa provenita
din seminte; sa aiba un punct de fierbere cât mai scazut posibil şi domeniul de evaporare cât
mai restrins.Nici un solvent nu va indeplini toate aceste caracteristici în totalitate, de aceea se va cauta solutia optima în utilizarea unui solvent.Triclorura de etilen pare la prima vedere ca fiind adecvata, dar e toxica în
concentratii relativ mici, are temperatura de fierbere mare (8 ºC) nu prezinta capacitate de selectie suficienta. în comparatie cu hexanul aceasta solubilizeaza aproximativ de trei ori mai multe componente decit cele insolubile în eter de petrol, nedorite în ulei şi care ulterior trebuiesc indepartate prin rafinare.Sulfura de carbon este un solvent bun pentru materiile grase prezinta toxicitate ridicata, punct de fierbere scazut, presiunea vaporilor extrem de ridicata, şi nu e indicată ca solvent de extracţie.
Proprietăţi fizice ale solvenţilor de extracţie.
Solventul de extracţie influenteaza rezultatul extracţiei şi implicit cheluielile de productie. Pe de o parte se impune necesitatea temperaturilor la care trebuie incalzit, iar după extracţie necesitatea de-a recupera solventul de extracţie. Pe de alta parte trebuiesc luate în considerare cheltuielile impuse de riscurile mari datorate inflamabilitatii solvenţilor de extracţie. în cele ce urmeaza sunt prezentate citeva caracteristici fizice, ale solvenţilor de extracţie: densitatea miscelei creste cu cresterea continutului în ulei; vascozitatea va
creste; extractia este stimulata de scaderea vascozitatii solventului de extracţie (mai
ales la procedeul prin percolare); presiunea vaporilor este de asemenea influentata de continutul de ulei din
miscela; presiunile de vapori ale miscelei conduc la temperaturi de fierbere diferite, aspect foarte important în procesul de recuperare al solventului de extracţie.
Datorita caracteristicilor sale fizice se foloseste cu preponderenta hexanul tehnic ca solvent de extracţie. In tabelu 17 sunt prezentati şi alti compusi, care se găsesc în amestec cu hexanul, dar în urme sau în cantităţi care nu influenteaza proprietăţile fizice ale amestecului.
4.4.4 Procesul de extracţie şi factorii care influenteaza extractia
Extractia prin metoda percolarii, care se bazeaza pr principiul "impanzirii", respectiv difuziei neintrerupte la suprafata materialului supus extracţiei şi curgerea solventului de extracţie peste acesta. Se realizează astfel un transfer permanent de substanta intre solventul de extracţie, care curge liber, şi solventul de extracţie care a fost absorbit de materialul supus extracţiei. Prin spalarea permanenta cu solvent de extracţie: solventul de extracţie saturat se inlocuieste în permanenta cu solvent de extracţie nesaturat.Conditia care se impune pentru obţinerea unor rezultate bune este ca solventul de extracţie să poata curge liber printre particulele materialului supus extracţiei. Continutul miscelei în ulei creste pina la 30%, în cazul utilizarii eficiente a principiului în contracurent.Metode de extracţie prin imersie, cind materialul supus extracţiei este complet imersat în solventul de extracţie. Fiind vorba de un sistem static, este necesar ca prin amestecare acesta să fie influentat, astfel incit să se atinga echilibrul de faze.
43
Aceasta operatie poate conduce la incarcarea mecanica cu particule care se formeaza la frecare, fiind necesara filtrarea ulterioara a miscelei.Utilizarea acestei metode de extracţie este indicată în cazul în care structura celulara a materialului supus extracţiei nu a fost distrusa, deci uleiul nu este eliberat total. Miscela rezultată la acest procedeu nu are un continut de ulei mai mare de 13 %.
Comparind cele doua procedee reiese ca procedeu extracţiei prin percolare prezinta avantajul ca materialul supus extracţiei nu va fi incarcat mecanic, nefiind farimitat. Particulele fine care se formeaza totusi pe parcursul prelucrarii nu ajung neaparat în miscela, deoarece particulele materialului supus extracţiei traversate de solvent şi miscela vor functiona ca un filtru.
Temperatura de extracţieEste importanţa influenta viscozitatii solventului asupra solublitatii materialului de extracţie. Scaderea viscozitatii conduce la mărirea solubilitatii. Se obţine deci un grad ridicat de extracţie la viscozitati scazute şi capacitati de dizolvare mare la temeraturi ridicate.Diferentele intre gradele de extracţie ridicata nu sunt extreme, dar utilizarea solvenţilor de extracţie incalziti este favorabila. Un exemplu în acest sens ar fi cazul
tescovinei de masline la care gradul de extracţie la 20 oC este de 77,8%, şi creste
de la 84,4% şi 87,6% pina la 89,2 la 50 oC.Nu este influentata numai cantitatea de ulei, dar şi continutul de substanţe insotitoare.
Timpul de extracţieProcesul de difuzie, respectiv dizolvare necesita timp, depinzind totodata de tipul şi structura materialului supus extracţiei. Echilibrul dintre faze este atins atunci cind concentratia solutiei din materialul de extracţie este egala cu concentratia solutiei libere.Timpul de extracţie este de asemena influentat de dimensiunile aparatului de extracţie, cât şi de continutul rezidual de ulei.
Cantitatea de solvent de extracţie
Raportul dintre cantitatea medie de solvent şi cantitate de material supus extracţiei asupra rezultatului procesului este în functie de compozittia materialului supus extracţiei.Cantitea de solvent de extracţie necesar creste cu continutul materialului în fibra bruta. Este importanţa şi concentratia miscelei. Cu cât concentratia acesteia în ulei este mai mare, scade energia consumata. Cu toate acestea, de la o anumita concentratie a miscelei în ulei, creste continutul de ulei a şrot ului. Acest lucru se poate evita prin mărirea timpului de extracţie.
Influenta continutului de apa din materialul supus extracţieiApa fiind o substanta polara, impiedica difuzia la suprafata, precum şi patrunderea solventului de extracţie în seminte. Acest lucru se datoreaza scaderii coeficientului de difuzie. Cu toate acestea, este necesara o anumita umiditate remanenta, pentru a impiedica farimitarea seminţelor, şi formarea de pulbere fina, care ar putea duce la formarea unui strat dens, ce ar impiedica pentrarea acestuia de catre solvent. Substanţele de însoţire grase din ulei, depind de acesta umiditate remanenta.
44
(Continutul de fosfatide din uleiul dezmucilaginat este proportionala cu umiditatea remanenta din seminte).
Marimea şi forma particulei
Forma şi dimensiunea particulei influenteaza extractia. De acestea depinde facilitarea contactului intim intre solvent şi materialul de extracţie. Solventul de extracţie trebuie să poata percola liber şi fara a intampina rezistente prea mari. Totodata, dimensiunea particulelor trebuie să faciliteze o extracţie buna a fiecarei particule, prin minimizarea cailor de difuzie.Paietarea după maruntirea materialului supus extracţiei este importanta, deoarece prin aceasta forma materialul prezinta o stabilitate mai mare din punct de vedere mecanic, asigurand şi o percolare mai buna, cu un consum de energie mai redus în proces (tabel 18).
Tab. 18: Dimensiuni ale particulelor de seminte oleaginoase
Tratarea termica
Uscarea , respectiv tratarea termica influenteaza constitutia seminţelor. Prin aceasta se realizează, totodata, şi inactivarea lipazelor, precum şi denaturarea albuminelor.In general semintele oelaginoase trebuie să contina un procentaj limita de umiditate de 7 - 8%.Se cunoaste faptul ca, solvenţii de extracţie fiind în general hidrofobi, nu pot patrunde, prin capilare, în celulele uleioase supraincarcate de umiditate. Uscarea permite reglarea continutului de umiditate, precum şi stringerea uleiului, care se gaseste în celule sub forma emulsionata, în picaturi mai mari. Asupra ulei foarte fin dispersat temperatura mai ridicata are un efect similar, favorizand extractia, datorita unei viscozitati mai mici (curgere mai usoara) şi a unei eventuale distrugeri celulare suplimentare.
4.4.5 Procedee şi utilaje folosite la extracţie
O instalatie de extracţie se compune, în general, din urmatoarele parti principale: Extractorul sau aparatul de extracţie, care se umple cu materialul care se
trateaza cu solvenţi. Distilatorul sau aparatul de distilare, în care se efectueaza separarea uleiului şi a
solventului din miscela. Condensatorul, în care are loc condensarea vaporilor de solvenţi formati prin
incalzirea miscelei din distilator. Acesta este legat şi de extractor, prinzand şi vaporii de solvent din acesta.
Rezervorul de solvent
Procedeele de extracţie sunt urmatoarele: Procedeul discontinuu sau prin infuzare, care se efectueaza prin amestecarea
materialului cu solventul, în repaus, separarea extractului şi repetarea operatiei pană la epuizarea materiei grase din materialul supus extracţiei.
Procedeul semi-continuu sau prin difuzie, care se realizează prin saturarea solventului care circula prin mai multe aparate asezate în serie legate intre ele. Numarul aparatelor legate în serie variaza de la doua la mai multe aparate, în functie de materialului supus extracţiei.
45
Procedeul continuu, în care extractia se efectueaza prin circulatia materialului
prin solvent în contra-curent.
Extractoare tip recipient.Acestea sunt extractoare din categoria celor care lucreaza discontinuu. Sunt, de altfel, cele mai vechi.
Principiul de functionare: Acestea lucreaza pe principiul imersiei – sunt aparate verticale şi rotative, unele fiind echipate şi cu un amestecator, altele nu.Solventul de extracţie se adauga proaspat, ramanand în aparat un anumit timp, fiind apoi separat. Raportul dintre cantitatea de solvent de extracţie şi cantitatea de material supus extracţiei este tot mai mare, cu fiecare adaos de solvent. De aceea sunt foarte neeconomice. Prelucrearea şrot ului se realizează în acelasi aparat.In prezent acest tip de extractoare se folosesc numai în scopuri speciale, la extractia uleiurilor farmaceutice speciale sau la recuperarea pamanturilor de albire. In figura 31 este reprezentat un extractor tip recipient, echipat cu amestecator. Alimentarea cu material oleaginos se face prin (a), iar evacuarea şrot ului prin (b). Pentru indepartarea solventului din şrot se poate introduce abur peste şrot ul ramas la extracţie (e), care va fi evacuat prin aspiratie (f). Alimentarea cu solvent se realizează prin (c), evacuarea miscelei facindu-se prin (d).
Aparate de extactie - baterie
Daca se leaga mai multe aparate de extracţie în sistem baterie, se pot evita unele dezavantaje ale extractoarelor tip recipient. Se obţine, astfel, un proces semicontinuu, care permite functionarea în contracurent.
O asemenea instalatie are la baza principiul extracţiei prin percolare. Aparatele singulare corespund unui extractor tip recipient.
Instalatii de percolare continue
Extractia are loc după acelasi principiu, ca şi la extractoarele tip baterie, în contracurent. Diferenta consta în realizarea transportului seminţelor.Extractorul continuu cu cosuri (după Bollmann)Aparatul consta dintr-o carcasa dreptunghiulara, în care se gaseste un lant, pe care sunt fixate lateral cosuri de sita, şi care se deplaseaza pe o traiectorie circulara cu ajutorul rotilor. Cosurile se deplaseaza în sens circular. Materialul de extracţie este alimentat la partea superioara a aparatului, cosurile fiind golite, prin rasturnare după un circuit. Solventul este alimentat după cum se vede în figura, trecand pe verticala la cuvele inferioare. Astfel peste materialul supus extracţiei va curge solvent de extracţie proaspat. Miscela saturata se va strange la baza extractorului, de unde va fi
Fig. 31: Extractor tip recipient (din
DGF,1975-sursa Bockisch, 1993)
Fig. 33: Extractorul cu cosuri (după Bollmann DFG 1975,
sursa Bockisch, 1994)
46
evacuata. Totodata miscela mai "nesaturata" va fi recirculata şi introdusa în extractor. Materialul, eliberat de materia grasa, se ridica pană la punctul cel mai inalt, unde se goleste prin rasturnare şi se umple cu material proaspat.
O alta varianta de extractor, cu percolare continua, este extractorul tip Carusel (celular, cu sita fixa), reprezentat în figurile 34 şi 35:
Acesta este constituit dintr-o carcasa cilindrica etansa, în interiorul careia se gaseste un corp rotativ format din 16 celule, în care se va incarca materialul oleaginos.
Fig. 34: Extractor celular sau rotativ(Sursa: Girschner 1996)
Fig. 35: Extractor celular sau rotativ(Sursa: Girschner 1996)
Fundul celulelor este fix, fiind constituit dintr-o retea strecuratoare compusa din baghete de otel orientate radial. Prin sliturile acesteia se scurge miscela, după ce a percolat stratul de macinatura.Curatirea baghetelor se realizează prin circulatia miscelei şi cu ajutorul unor perii fixate pe peretii corpului rotativ.Evacuarea se realizează printr-o portiune a extractorului, unde fundul fix are o gura de descarcare.
Fenomenul se poate reprezenta schematic ca în figura 36 , prin desfasurarea liniara a celulelor:- alimentarea cu seminte
se face în punctul A;- evacuarea se face în
punctul B Fig 36. Reprezentare schematica a desfasurarii liniare a extractorului celular (sursa: Bockisch 1993)
Gradul de extracţie a materialului creste în acelasi sens cu concentrarea miscelei.
Asemnea extractoare au diametrul de pană la 15 m, iar viteza de rotatie a celuleor este intre 0,03 - 3 h-1. Este posibila montarea a doua extractoare celulare suprapuse.
47
Prin desfasurarea imaginara a unui extractor tip Carusel, într-o linie dreapta,
se obţine un extractor similar din punct de vedere constructiv cu un extractor cu banda (tip de Smet). Acesta functioneaza tot pe principiul percolarii. Solventul de extracţie, respectiv miscela sunt pulverizate în contracurent cu stratul de macinatura. Macinatura este alimentata continuu, pe o banda mobila, fiind transporta în sensul evacuarii şrot ului.Imbogatirea miscelei se realizează treptat, deoarece solventul proaspat este introdus imediat înainte de evacuarea materialului supus extracţiei. Miscela rezultată este prinsa în cuva colectoare de sub banda, fiind introdusa în pasul precedent, percoland stratul de material, şi fiind prinsa din nou într-o cuva colectoare situata sub banda. De aici miscela este reintrodusa în circuit, ca mai înainte, s.a.m.d.
Fig. 37: Extractor cu banda tip de Smet (după DFG, 1975, sursa Bockisch)
Probleme practice legate de exploatarea instalatiilor de extracţie:Pentru a asigura un randament optim de ulei în procesul de extracţie, trebuie avute în vedere urmatoarele reguli de baza:
gradul de destramare a membranelor celulare trebuie să fie cât mai avansat; forma şi dimensiunile particulelor trebuie să permita o viteza maxima a
procesului de difuzie, şi o circulatie buna a dizolvantului; umiditatea macinaturii să fie respectata în limitele celei recomandate; temperatura la care are loc extractia să fie cât mai ridicata, pentru a se realiza
intensificarea agitatiei termice moleculare şi a reduce vascozitatea dizolvantului şi a uleiului;
viteza de circulatie a dizolvantului trebuie să fie de cca 1 cm/s; cantitatea de dizolvant trebuie să fie în raport de 6/8:1 faţă de cantitatea de
macinatura supus extracţiei.
4.4.6 Prelucrarea miscelei şi a gazelor de extracţie Separarea solventului din miscela
Scop: separarea avansata a solventului din miscela şi recuperarea cât mai completa a acestuia atât din considerente economice cât şi pentru siguranta ca uleiul nu va contine urme de solvent.
48
Realizare: Miscela este supusa purificarii urmata de o distilare a dizolvantului / concentrare a miscelei în mai multe trepte prin incalzire sub vid.In miscela se găsesc impuritati mecanice şi organice care sunt în functie de schema de obţinerea a uleiului (ante-presare şi extracţie), de sistemul de extracţie utilizat şi a tipului materialului oleaginos. De exemplu la extractia directa fara ante-presare continutul de urme fine de macinatura şi material fibros este mare. Miscela obtinuta prin procedeul imersiei contine mai multa fibra decat cea obtinuta prin procedeul percolarii.
Fig. 38: Schema de proces a prelucrarii miscelei
Purificare miscelei se realizează prin decantare, filtrare sau centrifugare.Filtrarea miscelei: se realizează în filtre Niagara.
Fig. 40: Tratarea vaporilor de solvent şi apa şi în general al gazelor formate la extracţie şi
toastare
Fig. 41: Tratarea gazelor formate la extracţie şi toastare
Pentru separarea vaporilor de solvent şi apa care provin din miscela sau din şrot se separa prin condensare, amestecul de solvent-apa nu e miscibil şi se separa intr-un separator de lichide pe baza diferentei greutatilor specifice.Instalatii pentru separarea solventului cuprind utilajele urmatore: condensatoare de gaze şi vapori de apa, deflegmatoare, separatoare decantoare.
49
Separatoarele de apa tip vas florentin sunt separatoare de apa de control fiind construite dintr-un cilindru de tabla cu terminatie conica. Amestecul de apa / dizolvant intra prin conducta 1, la capatul careia se afla palnia 2 prin care se realizează repartizarea unifor-ma şi fara socuri a amestecului. După decantare, prin conducta 4 şi sifonul 5, apa se scurge la canal, iar solventul de extracţie se elimina prin orificiul 3 şi se dirijeaza spre rezervorul de circuit. Palnia 6 serveste la mentinerea nivelului de apa constant în vas. Evacuarea vaporilor de dizolvant se realizează prin orificiul 7 care este legat de deflegmator.
Fig. 42: Separator de apa de control (vas florentin)
1-conduncta pentru amestec apa-dizolvant,
2-palnie; 3-orificiu pentru scurgerea dizolvantului; 4-conducta; 5-sifon de
scurgere; 6-palnie;7-orificiuNamolul care se depune la terminatia conica unde se afla o vana de golire se evacueaza periodic.
Deflegmatoarele sunt aparate care servesc la recuperarea partiala a vaporilor de dizolvant care ies impreuna cu aerul din instalatia de extracţie. Se folosesc pentru condensarea vaporilor de dizolvant racirea amestecului de apa / vapori de dizolvant.
Condensarea şi separarea solventului
La condensarea vaporilor de solvent trebuie să se tina cont de urmatoarele cerinte, intre care trebuie gasit un comprmis:- trebuie să aiba loc temperaturi cât de mici pentru protejarea uleiului;- sa se pastreze timpi de contact cât mai redusi cu aparatul fierbinte.In principiu la separarea solventului se utilizeaza doua etape:1. miscela este trecuta prin evaporator, în care faza mai volatila este adusa în faza
de vapori cu apa şi va fi condensata;2. pentru eliminarea ultimelor urme de solvent apa este trecuta prin coloane de
Pe langa recuperarea solventului de extracţie din miscela şi din şrot mai trebuiesc recuperate şi vaporii de solvent din condensatele din intreaga instalatie. Condensatele sunt gazele de iesire, care se formeaza când se evapora apa şi solventul din saminte la temperaturi de extracţie de 50-60 °C. O instalatie de distilare şi condensare a miscelei este prezentata în figura.
50
4-coloana de stripare; 5-uscator; 6-condensator
Miscela este trecuta printr-un filtru (1) trece la la pre-incalzire (2) şi apoi se prelinge sub forma de film subtire descendent pe pe peretii fierbinti ai condensatorul principal (3) (de exemplu: tevile condensatorului sunt incalzite cu abur). Aparatul este sub vid 300hPa. Pentru economia de energie se poate incalzi condensatorul principal cu gaze de evacuare de la toastarea şrot ului. Miscela este trecuta peste un condensator ascendent incalzit cu abur şi apoi ajunge într-o coloana de stripare (4) în sub un vid de 200 hPa sunt indepartate ultimele urme de solvent. Printr-un uscator de ulei (5) sub un vid de 100 hPa se indeparteaza, daca este necesar, umiditatea remanenta. Gazele de evacuare vor fi condensate în (6). Gazele condensate sunt racitet cu apa sau aer.Deoarece este vorba de distilarea vaporilor de apa trebuiesc separati solventul de apa. Solventul de extracţie este reintrodus în circuit. Apa este separata de resturile de solvent intr-un condensator. Tratarea vaporilor de solvent şi apa şi în general al gazelor formate se realizează după urmatoarele schemele din figurile 40 şi 41.
4.4.7 Dezbenzinarea şi uscarea şrotului
Pentru recuperarea disolvantul din şrot, acesta este tratat la cald fie printr-un toaster, fie cu ajutorul unui sistem de dezbenzinare cu sistem cu melc. Şrotul este încălzit fie direct şi /sau indirect cu abur, sub amestecare continuă, prin amestecatoare sau antrenare cu ajutorul spirelor melcilor.
Scop: eliminarea resturilor nepolare ale solventului de extracţie (hexanul) prin moleculele polare ale vaporilor de apă;
Realizare: Şrotul care conţine solvent de extracţie parcurge sub amestecare compartimentele aparatului (un toaster sau un sistem de dezbenzinare cu melc), care este încalzit direct (mai întâi cu abur) si/sau indirect prin fundul dublu (toastare propriu-zisă) la temperaturi de 100 °C. Şrotul trebuie după aceea uscat şi racit.
Fig. 44: Schema de proces a dezbenzinarii
şrot ului de la obţinerea uleiului din soia
La extracţia uleiului, o mare cantitate de solvent (25-35%) este reţinut în şrot (materialul degresat)
Regimul termic aplicat la dezbenzinare este determinat de: 1. evitarea denaturarii prea avansate a substanţelor proteice din şrot ;2. respectarea normelor de protectia muncii;
Ca urmare, se utilzeaza un abur cu temperatura de maximum 180 oC, iar
temperatura şrot ului nu depaseste 115 oC.
Se folosesc actualmente urmatoarele metode de eliminare a dizolvantului din şrot :1. Indepartare dizolvantului dintr-un strat inalt şrot în continua malaxare, cu ajutorul
aburului direct, supraincalzit (instalatiile discontinui de extracţie)
51
2. Indepartare dizolvantului din şrot , care se gaseste partial în stare de de
suspensie, cu ajutorul aburului indirect şi direct, supraincalzit, în evaporatoare elicoidale.
3. Indepartare dizolvantului din şrot care se gaseste integral în stare de suspensie, intr-un tunel de evaporare, cu ajutorul vaporilor supraincalziti de dizolvant.
4. Dezbenzinarea asociata cu o prajire umeda (toastarea), menita să inactiveze o serie de substanţe cu efecte antinutritionale. în cazul boabelor de soia acestea sint: ureaza (proteina toxica)- enzima care descompune ureea, cu punerea în
liberatate a amoniacului (prin reglarea asupra activitatii ureazei cu 0,1% se va impiedica distrugerea valorii nutritive a proteinei)
factorul antitripsic- o substanta proteica care impiedica activitatea fermentului tripsina, cu efecte negative asupra asimilarii substanţelor proteice de catre organismul animal.
hemaglutina - o substanta proteica care provoaca aglutinarea globulelor rosii din singe.
lipoxidaza - enzima care catalizeaza distrugerea provitaminei A (ß- caroten) saponina - substanta care actioneaza ca inhibitor de crestere.
Utilaje Şrot ul degresat de la extracţie care se obţine la extracţie, mai cuprinde 25% până la 35 % solvent de extracţie. Pentru a-l putea recupera şrot ul este tratat la cald (toastarea) fie printr-un toaster, fie cu ajutorul unui sistem de dezbenzinare cu melc (figura 45). în acesta, şrot ul este incalzit fie direct şi /sau indirect cu abur, sub amestecare continua, prin amestecatoare sau antrenare cu ajutorul melcilor. Gazele de evacuare formate sunt trecute printr-un spalator de pentru purificare, sint trimise la condensare gaze prin injectare de abur, fiind trimise în condensatorul principal la distilarea miscelei.
Fig. 45: Diferite tipuri de toastere: A-alimentare şrot ; E- Evacuare şrot dezbenzinat (Gierschner 1996)
52
Practic, dezbenzinarea se realizează impreuna cu toastarea, intr-un singur utilaj - toaster- în care se utilizeaza o umidificare mai avansata, specifica fiecarui sortiment.Toasterul din figura 46 este construit asemănător prajitoarelor de măcinătură oleaginoasă. Acesta este compus din 4-9 compartimente. În primele două are loc o evaporare masivă a benzinei, concomitent cu umezirea şrotului, la o temperatura de 85 - 95°C.Încălzirea şrot ului continuă în compartimentele următoare, în funcţie de natura şrotului, până la 105-115 °C, cu abur indirect.Conţinutul final de benzină a şrotului este de cca 0,07%.
Şrotul evacuat mai trebuie uscat ulterior şi răcit.
Fig. 46: Dezbenzinare şi toastare(Gierschner 1996)
RAFINAREA ULEIURILOR VEGETALE
Prin rafinarea uleiurilor vegetale se elimină:- substanţele nedorite - dar şi substanţe de însoţire valoroase (fosfatide, sterine, vitamine liposolubile)Scopul rafinării este de a: îmbunătăţi calitatea uleiurilor; asigură aspectul comercial cerut de consumatori.Se urmăreşte eliminarea substanţelor de însoţire, nedorite cum sînt: mucilagiile (fosfatidele), acizii graşi liberi, pigmenţi, coloranţi (clorofile, carotenoide) substanţe mirositoare (aldehide,cetone).Substanţele de însoţire:- pot influenţa negativ mirosul, gustul şi aspectul uleiurilor şi a grăsimilor, astfel că
acceptanţa acestora de către utilizator, precum şi utilizarea acestora este îngrădită ;
- pot să influenţeze negativ prelucrarea ulterioară şi să diminueze stabilitatea produsului;
- cuprind şi substanţe care prezintă riscuri pentru sănătatea omului : substanţe contaminante din mediul înconjurător - pesticidele, ierbicidele şi
metalele grele ; substanţe care ţin de metabolismul anumitor mucegaiuri (micotoxine); urme de metale (pot să provină de la aparate) stimulează procesul de
tulburiPigmenti → stimuleaza oxidareaProdusii secundari de oxidare → permit formarea de radicali liberiApa → hidroliza trigliceridelorImpuritati → nedoriteMiros → nedoriteGust → nedoritPesticide → sunt substanţe daunatoareHexanul → este compus daunatoarCompusi poliaromatici → sunt substanţe daunatoareRafinarea cuprinde operaţii diferite, bazate pe procese fizice şi chimice:
Gruparea operaţiilor după efectul de rafinare:
Operaţiile complementare utilizate la rafinarea uleiurilor: decantarea: pentru separarea soapstockului şi a apelor de spălare la
neutralizarea alcalină (realizată în sistem discontinuu); centrifugarea: pentru separarea soapsockului şi a apelor de spălare la
neutralizarea alcalină (realizată în sistem discontinuu); filtrarea: la separarea agentului de albire, a kiselgurului şi ceruruilor la polisarea
finală.Soapstockul este saponificatul sau masa semisolidă (fluidă la cald, pastă consistentă la rece) obţinută ca urmare a saponificării acizilor graşi liberi cu lesie tare, ca urmare a procesului de neutralizare.
54
Rafinarea chimică
DEZMUCILGINAREA
Scop: îndepartarea de fosfatide (la uleiurile cu un conţinut ridicat de fosfatide, de
exemplu: ulei de soia, se realizează şi o dezlecitinizare) îndepărtarea de mucilagii îndepartarea de impurităţi aflate sub formă coloidală, în suspensie sau dizolvate,
datorită impactului negativ pe care îl au asupra pasilor ulteriori de rafinare precum şi asupara stabilităţii uleiurilor.
Observaţii:1. Separarea mucilagiilor poate avea loc în mod spontan, în rezervoarele de
depozitare a uleiului brut, prin autohidratare cu umiditatea din aer. Hidratarea are la bază faptul că, în prezenţa apei la cald, fosfolipidele, albuminoidele şi complecsii acestora sub formă de mucilagii îsi pierd solubilitatea în ulei şi precipită în flocoane, care se separă prin decantare sau centrifugare.
2. Reprezintă şi o treaptă prin care se obţinerea lecitina în afara de eliminarea mucilagiilor ca operatie pregatitoare pentru rafinarea propriu-zisa.
Metodele prin care se poate realize desmucilaginarea sunt: metode fizico - chimice: hidratarea, tratamentul cu adsorbanti metode fizice - tratament termic metode chimice - tratament cu acid sulfuric, fosforic sau citric
Cele mai utilizate metode sunt hidratarea şi rafinarea acidă.Realizare: Prin adaos de 2,5% apă, la temperaturi de 80-90 °C, fofatidele şi mucilagiile
precipită şi prin aceasta devin insolubile în apă. Efectul de hidratare poate fi mărit prin adaos de acizi 0,1% (cel mai des utilizat
este acidul fosforic). După un timp de contact de câteva minute, până la o jumătate de oră, nămolul
de fosfatide poate fi separat.Se urmăreşte: - natura şi cantitatea agentului de hidratare;
- temperatura de lucru;- mărimea suprafeţei de contact;- modul de separare a mucilagiilor
Procesul de desmucilaginare are loc în felul următor:- dispersarea fină de acizi netoxici în ulei (acidul fosforic sau acidul citric) ;- realizarea unui timp de
contact ;- amestecarea unei baze
(hidroxidul de sodiu) cu emulsia acid în ulei. Se urmăreşte prin aceasta menţinerea gradului de neutralizare cît mai scăzut, pentru evitarea formării de săpunuri, care ar duce la pierderi mari de ulei ;
- trecerea uleiului printr-un separator centrifugal pentru separarea majorităţii substanţelor mucilaginoase
55
(faza mucilaginoasa cu conţinut minim de ulei) urmată de trecerea uleiului într-un al doilea separator, unde vor fi îndepartate toate resturile mucilaginoase.
Observaţie:Aceste uleiuri total dezmucilaginate conţin fier în urme de mai puţin de 0,2 ppm şi un conţinunt de fosfor de sub 5 ppm.
NEUTRALIZAREA acidităţii libere a uleiurilor vegetale
Scop:Îndepărtarea de acizi graşi liberi din ulei, datorită:
- influenţei nedorite asupra gustului (datorat mai ales existenţei acizilor cu catenă scurtă şi a produsilor rezultaţi prin oxidare ale acizilor grasi)
- acţiunii autocatalitice a acizilor graşi liberi.Conţinutul în acizi liber este de:
- în uleiul brut: 1,3 % valoare medie, la unele uleiuri de palm şi măsline este de 20% şi mai mult;
- în grăsimile rafinate: sub 0,1 %.La îndepărtarea acizilor graşi ca şi săpunuri, sunt "spălate" substanţe mirositoare, incomode, cum sunt substanţele grase oxidante, resturi de fosfatide, mucilagii sau micotoxine.Metodele pentru neutralizarea uleiurilor diferă între ele şi se realizează în funcţie de aciditatea liberă a uleiului brut (Tabel)Neutralizarea prin esterificare la uleiurile şi grăsimile aimentare este intrezisă. Se aplică numai la uleiurile tehnice. Aceasta constă în combinarea acizilor graşi liberi cu glicerina şi reconstituirea gliceridelor.
Neutralizarea alcalină este cea mai larg răspândită şi constă în eliminare acizilor graşi şi eliminarea acestora sub formă prin soapstock-ul format. Aceasta cuprinde tratamentul cu alcalii, separarea soapstockului format şi spălarea uleiului pentru eliminarea urmelor de săpun. Ca agent de neutralizarea se folosesc hidroxizi sau carbonaţi. Posibilităţi de realizare:1. Tratarea cu alcalii Reacţia are loc în această direcţie la presiune normală şi temperaturi de 60-85 °C.Neutralizarea se poate realiza în sistem discontinuu, semi-continuu sau continuu.În toate cazurile se aduce soluţia de neutralizare în contact cu uleiul, la cald, se separă soluţia de săpun, uleiul se spală şi se supune uscării.Cantitea de alcalii necesară neutralizării se determină prin titrare înainte de
Schema de proces de principiu a neutralizării cu alcalii
56
neutralizare. În condiţii de producţie se ia din tabele. În funcţie de concentraţia alcaliilor este dozată în exces 5 până la 25%.
Neutralizarea discontinuă Se realizează într-un recipient închis, cu fund conic, cu
ametsecător, prevăzut cu manta şi serpentină de încălzire, în care se introduce abur direct (figură: recipient cu manta);
Cantitatea necesară de lesie (inclusiv un mic exces) se reglează corespunzător conţinutului de acizi graşi liberi.
După încălzirea la cca. 60 °C se pulverizează soluţia alcaline. Se continuă încălzirea până la 70-80 °C pe ulei. Pe baza greutăţii specifice mai mari, soluţia percolează prin ulei, neutralizând acizii graşi liberi (amestecarea favorizează acest proces);
"Soapstockul" se acumulează în partea conică a recipientului de unde se evaueză;
Uleiului este spălat cu apă caldă, pentru îndepărtarea de săpunului.
Controlul îndepărtării totale a săpunului se face optic prin vizorul de control (evacuarea manuală soapstockului) sau măsurători de conductometrice (evacuare automată).
Uleiul este spălat pînă la îndepărtarea totală a săpunului. La final este uscat în aparatul de neutralizarea.Neutralizarea discontinuă este avantajoasă în cazul neutralizării de uleiurilor vegetale diferite, în şarje mici. Neutralizarea în sistem semi-continuu: se realizează în aparate de neutralizare discontinuă cu separarea sopastockului cu ajutorul separatoarelor centrifugale. În funcţie de productivitatea centrifugii, se poate alimenta de la mai multe aparate de neutralizare. Se câştigă timp prin eliminarea timpilor pentru depunerea săpunului.Neutralizarea în sistem continuu: se realizează prin utilizarea separatoarelor centrifugale, cu investiţii mai mari dar cu eficienţe bune. Instalaţiile sunt
automatizate.
Factorii care influenţează procesul de neutralizare:1. Concentraţia soluţiei alcaline - aceasta se măreşte pe măsură ce creşte
conţinutul de acizi graşi liberi (regulă de altfel destul de relativă);2. Temperatura de lucru: dacă aceasta creşte, procedeul se desfăşoară mai repede
şi mai uşor; totodată creşte şi efectul nedorit de saponificare al uleiului natural, deci cresc pierderile de rafinare.
3. Agitarea uleiului, corelată cu concentraţia soluţiilor alcaline. La început trebuie să se asigure o amestecare perfectă a uleiului cu soluţia alcalină, după care amestecarea trebuie să fie moderată (agitarea puternică duce la emulsionare şi deci la separarea greoaie a soapstockului).
2. Neutralizarea prin distilare.Neutralizarea prin distilare constă în antrenarea acizilor graşi liberi cu abur direct sub vid avansat. Este parte din procesul de rafinare fizică.Se utilizează în principal la uleiurile cu conţinut de acizi graşi de peste 5 %, deoarece prin neutralizarea cu soluţii alcaline ar duce la pierderi de ulei foarte mari. Se aplică combinat cu dezodorizarea.
DECOLORAREA ULEIURILOR
Prin operaţiile anterioare de rafinare - la dezmucilaginare şi neutralizare - se realizează o albire parţială. Aceasta este insuficientă pentru ca uleiurile sau grăsimile să primească gradul de decolorarea cerut unui produs comercial.Scopul decolorării uleiurilor este de a îndepărta : coloranţii (mai ales pigmenţii carotinoidici şi clorofilici); resturile de mucilagii, fosfatide,
săpunuri; urmele de ioni metalici; produsii de oxidare (mai ales a
hidroperoxizii); micotoxinele,
hidrocarburilor poliaromatice.
Decolorarea se realizează cu ajutorul folosirii: de compusi adsorbanţi; pământurilor de albire active şi
naturale (adaos de 0,5- 2,0%); cărbunelui activ (adaos de 0,1-0,4%). Pentru exemplificare se prezintă pe scurt procedeul de decolorarea discontinuu .o Procesul se realizează în acelasi
recipient, în care s-a realizat înainte neutralizarea şi spălarea săpunului;
o Uleiul neutralizat uscarea uleiului la cca. 80 °C, sub vacuum, deoarece apa diminuează acţiunea mijloacelor adsorbante.
o Adsorbţia substanţelor adsorbante, amestecarea la 80 - 90 °C, câteva minute până la la o jumătate de oră, urmată de întreruperea vacuumului;
o Separarea mediului de adsorbţie în filtre cu rame sau filtre presă (dezavantaje: evacuarea laborioasă a turtelor de filtrare, intrarea nedorită a aerului), respectiv în filtre cu plăci închise, cu evacuare centrifugală;
o Extracţia turtelor de presă care conţin 30-50% ulei remanent.
DEZODORIZAREAScop:Îndepărtarea de:
Fig. 9. Utilaj albirea uleiurilor – în sistem discontinuu
1- Lesie şi apă de spălare; 2- Vacuum; 3- Pământ decolorant;5- Alimentare ulei; 6- Alimentare abur
cald/ evacuare apă de răcire;7- Alimentare apă de răcire/ iesire
condensat; 8- Evacuare săpunuri şi apă; 9- Evacuare ulei;
58
- miros şi gust neplăcut (mai ales a aldehidelor şi cetonelor, care s-au format prin
reacţii autooxidative şi hidrolitice în timpul prelucrării şi depozitării;- acizilor graşi liberi, alcoolilor, sterinelor, tocoferolilor;- peroxizilor;- hidrocarburilor policiclice aromatice.Realizare:- Distilarea cu vapori de apă sub vid la
temperaturi de 180 - 240 °C la o presiune remanentă de 3-5 tor, în mai multe trepte (uscare şi gazeificare, încălzire, introducere de abur, răcire), timp de până la mai multe ore. Cantitate: 10-20 m3 abur/kg ulei.
- Pentru decuplarea influenţei catalitice a urmelor de metale în corelaţie cu oxigenul se adaugă cu puţin timp înainte de pornire, precum şi înainte de decuplare soluţie apoasă de acid citric.
Dezodorizarea semicontinuă cu un utilaj de dezodorizare de tip Votator (Girdler)Dintr-un rezervor dozator curge automat la fiecare jumătate de oră o cantitate
definită de ulei în partea superioară a vanei de inox a dezodorizorului, în care este introdus abur şi temperatura este fixată la cca. 170 °C. După o jumătate de oră uleiul este trecut în vana inferioară, în care este încălzit până la temperatura dorită pentru dezodorizare (230-250 °C) sub vid (6-10 mbar). Dezodorizarea propriu-zisă începe doar în cea de-a treia şi a patra vană; în cea de-a cincea are loc răcirea.
Rafinarea fizică
Din punct de vedere tehnic este o extindere a condiţiilor dezodorizării şi asupra neutralizării.Sunt valabile aceleasi reguli ca şi în cazul dezodorizării.Observaţii:
- pentru îndepărtarea prin distilarea a acizilor graşi trebuie ridicată temperatura, respectiv trebuie micşorată presiunea (în comparaţie cu aldehidele şi cetonele temperaturile acestora sunt mai ridicate, dar sunt mai semnificativ mai scăzute decât a grăsimilor);
Odată cu dezvoltarea tehnologiei vacuumului avansat a fost posibilă relizarea de utilaje în care să se poate menţine presiuni foarte scăzute (< 4hPa), care fac posibilă rafinarea fizică. Încărcătura termică mare împreună cu durata mult mai mare comparativ cu dezodorizarea impune în cazul rafinării fizice o pretratare a majorităţii uleiurilor.Compusii care ar perturba rafinarea fizică fără o eliminare prealabilă:
Schema de proces a decolorării uleiului în sistem disconuu
Utilaj pentru dezodorizaresemicontinuu de tip Votator (Girdler)
59
- fosfatidele (mai ales la uleiul de soia), care se descompun termic în condiţiile
rafinării formând compusi de descompunere neseparabili;
- Gossypolul (ulei din seminţe de bumbac), care se descompun termic în compusi de culoare neagră;
- metale grele, care au acţiune pro oxidativă;
- proteine care se descompun în compusi coloraţi şi care pot să conducă la formarea de substanţe mirositoare şi cu gust neplăcut.
Hotărâtoare pentru rafinarea fizică sunt temperatura şi presiunea. Temperaturi de peste 270 °C trebuiesc evitate pentru protejarea uleiului.La dezmucilaginare se ating temperaturi
de maxim 60 °C, la decolorare de 110 °C şi la dezodorizare de cca. 260 °C.Uleiul este introdus în aparat după ce a fost preîncălzit la 90 °C (schimbător de căldură) la temperatura de dezodorizare. Se introduce abur, după ce s-a realizat vidul, în timp ce uleiul parcurge prin circulaţie forţat peste sistemul vertical de placi din prima treaptă a aparatului de dezodorizare. Plăcile asigură timpul de retenţie necesare, uleiul fiind recirculat de cel puţin 50 de ori. Primele trei compartimente sunt indentice din punct de vedere constrcutiv. În figură sunt reprezentate în secţiuni diferite pentru evidenţierea modului de funcţionare. Distilatul este evacuat prin căminul central (fiind cea mai fierbinte componentă a aparatului (pentru evitarea condensării). Prin cămin este racordat şi menţinut vacuumul. Răcirea se realizează în compartimentul inferior în care este introdus în continuare abur şi vidul este menţinut, până la răcirea uleiului la 130-150 °C. La schimbarea sortimenului de ulei se face evacuarea manuală a camerelor (manipulare care poate fi şi automatizată).
VINTERIZAREA (cunoscută sub denuminrea de deceruire)
Scop:Eliminarea din ulei a celei mai mari părţi de ceruri şi gliceride ale acizilor graşi saturaţi, cu punct de topire ridicat (care se solidifică sub temperatura de 15 - 20°C). Acestea s-ar depune la răcirea uleiului şi ar
duce la tulburarea acestuia. Operaţia este necesară mai ales la uleiul din floarea soarelui, ulei din seminţe de bumbac şi ulei din germeni de porumb.Observaţie :Vinterizarea este o formă mai simplă a fracţionării, fiind vorba de separarea unei mici părţi din ulei (gliceridele cu punct de topire scăzut şi cerurile). Spre deosebire de procesul de midificare a grăsimilor, care urmăreşte stric o îmbunătăţire din punct de vedere funcţională a grăsimilor, vinterizarea este în mare parte o îmbuntăţire "cosmetică" şi pentru o mânuire mai simplă a uleirulor.În principiu, vinterizarea constă în: cristalizarea cerurilor şi a gliceridelor solide;
Prelucrarea uleiurilor pentru rafinarea fizică
Aparat rafinare fizică
60
separarea acestora de ulei prin filtrare. Acesate este cu atât mai completă, cu cât temperatura la care se face cristalizarea şi filtrarea scade spre 0°C. poate avea loc spontan sau prin introducerea în ulei a germenilor de cristalizare (sport de cristalizare, pentru mărirea vitezei de cristlizare).
Cerurile şi stearinele separate din ulei constituie un subprodus de rafinare.Vinterizarea se poate realiza cu ajutorul suporţilor de filtrare, respectiv cristalizare, de exemplu kiselgur (figura) sau cu ajutorul solvenţilor (figura).O altă posibiltate este vinterizarea cu ajutorul filtrării cu filtre cu membrane.Vinterizarea se face înainte sau după dezodorizare.Instalaţiile de vinterizare sunt construite relativ simplu, fiind asmenătoare cu instalaţiile de fracţionare.Instalaţiile sunt compuse din următoarele utilaje: schimbatoare cu plăci şi serpentină, rezervoare pentru răcire progresivă; filtre; malaxorul pentru prepararea suspeniei (cazul vinterizării cu solvenţi).De asemenea instalaţia este prevazută şi cu utilaje pentru extragerea stearinelor şi cerurilor, recuperarea kiselgurului şi pentru recuperarea solventului folosit.Fig. Instalaţie de
vinterizare în sistem continuu
Instalaţia de vinterizare continuă (de Smet) – din figura este alcătuită din:1. rezervor de unde uleiul este pompat printr-un schimbător de căldură (2) într-un rezervor (3) de răcire – sistem staţionar- (cristalizor) şi apoi în alt rezervor 4 pentru finalizarea cristalizării. Uleiul poate fi încălzit în rezervorul 5 pentru favorizarea filtrării (6). În sistem batch (discontinuu) cristalizarea (rezervoarele 3 şi 4) are loc într-un singur rezervor.
Valori ale analizei uleiului de floarea soarelui – ulei brut şi ulei rafinat:
Schema de proces cu solventSchema de proces a vinterizării
Variaţia constituenţilor uleiului pe parcursul rafinării în cazul uleiului de rapiţă(Franzke, C: Allgemeine Lehrbuch der Lebensmittelchemie, Behr’s Verlag
Produsele naturale nu corespund întotdeauna cerinţelor impuse, astfel încât să conferirea proprietăţile dorite anumitor produselor finite. Asemenea materii prime ideale există, dar cel mai adesea în cantităţi insuficiente, respectiv la preţuri mult prea mari pe piaţă. Importanţă:Permite diversificarea bazei de materii prime pentru producerea margarinei şi grăsimilor culinare, cărora le asigură caracteristici de utilizare şi depozitare superioare.Facilitează valorificarea superioară a grăsimilor animale, în cazul interesterificării amestecurilor acestora cu uleiurile vegetale.
62
Exemplu: toatel uleiurile vegetale din ţara noastră se prezintă sub forma lichidă. În alimentaţie (si de exemplu şi în la fabricarea săpunului) sunt necesare grăsimi care să se prezinte în stare solidă chiar la temperaturi mai ridicate.
Prin modificarea grăsimilor şi uleiurilor se obţin produse cu proprietăţi schimbate (îmbunătăţirilor înusirilor mecanoplastice, mărirea stabilităţii organoleptice), mult peste limitele acestora, făcându-le accesibile pentru cele mai variate utilizări. Procesele de modificare ale găsimilor şi uleiurilor vegetale cele mai utilizate sunt:
Fracţionarea – separarea în funcţie de punctul de topire prin răcire; Interesterificarea – restructurarea moleculelor prin schimbarea acizilor graşi în
moleculă; Re-esterificarea – obţinerea grăsimii din acid gras şi glicerină; Hidrogenarea – un procedeu chimic de adiţionare de hidrogen; Amestecare – amestecarea de grăsimi şi uleiuri.
Dezavantaje: la hidrogenare se formeză din acizii graşi până la 20% acis graşi trans, din care se pot cantitatea zilnică maximă preluată cu grăsimea nu trebuie să fie mai mare decât 1%. Prin prezenţa acizilor trans (care nu există liberi în natură) poate fi determinată cu ajutorul spectrometriei IR sau a Gcromatografiei o grăsime care nu a fost hiderogenată.
HIDROGENAREAScop:Modificarea temperaturii de topire a gliceridelor din uleiurile fluide, cu aplicaţie în fabricare margarinei şi a altor grăsimi vegetale.A apărut datorită cererii mari de grăsimi solide la temperatura camerei. Producţia globală anuală e de peste 4 mio.Se ralizează în principal pentru:- ridicarea punctului de topire a grăsimilor
lichide şi pentru a obţine astfel grăsimi pentru industria margarinei şi pentru industria produselor de panificaţie;
- obţinerea unei stabilităţi îmbunătăţite la oxidare şi o stabilitate a proprieţilor prganoleptice;
Interesterificarea
Fracţionarea
Hidrogenarea
63
-unui ulei alimentar acceptabil a uleiurilor din peşte.La hidrogenare sunt saturate parţial sau total legăturile duble ale aciyilor graşi prin adiţionarea de hidrogen. Procesul are loc în autoclave specifice la temperaturi de 150-200 °C sub presiune de vapori de hidrogen la 1-5 bar în prezenţa catalizatorului de nichel. Adiţionarea totală a hidrogenului la acidul linolenic duce la obţinerea de acid stearic. Hidrogenarea parţială se aplică:Uleiurilor bogate în acizi monoenici (ulei de măsline), produse în care acidul linolenic, grăsimi care se topesc la 30 °C şi sunt plastice la temperatura camerei. Grăsimi hidrogenate total sau parţial sunt materii prime importante pentru industria margarinei.
Schematic reacţia se prezintăRealizare: În prezenţa unui catalizator adecvat (de ex:
nickel, platină, cupru), una sau toate legăturile duble într-o catenă a unui acid gras vor fi saturate prin adiţionare de hidrogen.
O hidrogenare parţială poate să conducă la o izomerizare a legăturilor duble şi o transformare corespunzătoare ale legăturilor cis în legături trans.
O hidrgenare conduce întotdeauna la mărirea punctului de topire şi de aceea se numeşte şi solidificare.
Catalizatorul, grăsimea supusă hidrogenării şi hidrogenul trebuiesc aduse în contact, în condiţii de temperatură şi presiune adecvată.
Prin centrii activi ai catalizatorilor se formează legăturile duble ale complecsilor intermediari. Aceşti complecsi instabili se vor stabiliza după reacţia cu hidrogen activ, iar catalizatorul va fi disponibil în forma iniţială.
Locurile active ale catalizatorului sunt inactivate sau "otrăvite" de un număr de compusi, ca de exemplu fosfolipidele, apă sau compusi cu sulf, de aceea uleiul supus hidrogenării trebuie mai întâi rafinat şi uscat.Catalizatorii folosiţi: nickel (cel mai utilizat : raport bun durată de viaţi şi cost), Ni3S2,
cupru (utilizare de cel mult două ori- acţiunea pro-oxidativă a acestuia dacă nu a fost îndepărtat total), metale nobile (paladium, platină- foaret cumpe).Alegera acestora se face pe baza : selectivităţii lor, formarea de acizi graşi trans, durată de viaţă şi preţ.
Hidrogenarea are loc cu: stereoselectivitate ca şi adiţie cis şi formarea de acizi graşi trans.
Uleiurile sunt formate din molecule de trigliceride care posedă grade de saturare diferite. Reacţiile posibile în timpul
hidrogenării poate fi construit pe baza schemei alăturate:Această situaţie ridică problema selectăvităţii procesului de hidrogenare.
64
Proces selectiv: dacă hidrogenul se fixează mai repede la radicalii cei mai nesaturaţi (fără a-i satura total) decît la radicalii mai puţin saturaţi.Astfel că: ordinea de saturare a dublelor legături la radicalii conţinînd 18C urmează în cazul procesului selectiv următoarea schemă:
Schema se respectă dacă constantele de viteză se ordonează cum urmează: KL > Kl > KO
În acest caz se va hidrogena cu prioritate cea de-a treia dublă legătură a acidului linolenic. Operaţia este selectivă în raport cu L numai dacă acidul linolenic a dispărut, transformîndu-se în acid linoleic, iar cantitatea de acid stearic nu a crescut. Selectivitatea linolenică (în raport cu acidul linolenic ) se defineşte ca şi raportul KL/Kl
iar selectivitatea linoleică (în raport cu acidul linoleic), prin raportul Kl/KO.
În comparaţie cu hidrogenarea neselectivă, procesul de hidrogenare selectivă
determină reducerea conţinutului în acizi polinesaturaţi şi acizi saturaţi.
Hidrogenarea în atmosferă de hidrogen.Tendinţa este şi pentru instalaţiile de hidrogenare de a se trece de la sistem disconitnuu la sistem continuu. Se utilizează actual numai sistemul discontinuu. Instalaţiile au capacităţi de până la 30 t cu rezistenţă la temperaturi de până la 250 °C şi presiuni de până la 4 barInstalaţiile se compun dintr-un preîncălzitor, autoclave şi filtre presă.Autoclava se compune dint-un cilindru, cu terminaţie tronconică, prevăzut cu un agitator cu elice, serpentină de încălzire, răcire (figura)Autoclava de solidificare este prevăzută cu conducte (serpentine) de încălzire şi răcire, amestecător, precum şi cu un racord cu distribuitor pentru intro-ducerea hidrogenului. În recipientul evacuat se va introduce uleiul (neutralizat, dezmucilaginat, decolorat şi uscat) precum şi suspensie de catalizator (0,01 - 0,1 % nichel activ), care prin malaxare va fi repartizat foarte bine în ulei. După atingerea temperaturii necesare (la începutul procesului cca 120 -150 °C, spre sfârsitul procesului 180 - 200 °C) urmează hidogenarea, prin introducerea hidrogenului de la partea inferioară, prin ulei.Deoarece hidrogenarea grăsimilor este o reacţie exotermă, menţinerea procesului se realizează cu răcire.După terminarea hidrogenării, uleiul va fi răcit la 80-90 °C, iar catalizatorul va fi separat cu ajutorul filtrelor presă.Hidrogenul poate fi recirculat după ce a fost trecut printr-un sistem de purificare.Grăsimea solidificată va fi rafinată ulterior pentru a reduce conţinutul în acizi graşi liberi, care s-au format în decursul hidrogenării, cât şi pentru a reduce resturile de nichel şi de-a elimina mirosul şi gustul caracteristice hidrogenării.
65
Interesterificarea. Tehnologie de înobilare a grăsimilor.
Interseterificarea: reprezintă o metodă de modificare a structurii gliceridice a grăsimilor, prin rearanjarea moleculară a radicalilor acizilor grasi, care esterifică glicerina. Scop:Modificarea direcţionată a proprietăţilor fizice a grăsimilor şi uleiurilor, prin rearanjare a aciyilor graşi în moleculă (intr- şi intermolecular) fără modificarea structurii chimice a acizilor grasi. esterul acidului gras care conferă predominant proprităţile produsului, în funcţie de materia primă (profilul acizilor grasi) şi în funcţie de conducerea procesrului (temperatură şi catalizator).
Rezultă schimbări în proporţia fazei solide în funcţie de temperatură, în comportarea la cristalizare şi la topirea grăsimilor. Totodată pot să apară substanţe cu proprietăţi
îmbunătăţite (industria margarinei).În uleiurile vegetale, acizi graşi nesaturaţi se găsesc cu preponderenţă în poziţia a 2 a.În uleiurile animale, acizi graşi nesaturaţi se găsesc cu preponderenţă în poziţiile 1 şi 3.
Repartiţia statistică a radicalului acilic din gliceride
Schema de proces a decolorării uleiului în sistem disconuu
Fig . Instalaţie de hidrogenare discontinuă cu autoclav..
Raportul dintre acidul palmitic în pozitia a 2.a la cantitatea totala de acid palmitic (după Mattson,
1958, 1963, 1964, Lichtfiedl 1970, 1971 şi Gunstone, 1965, citaţi în Bockisch)
66
Raportul
uleiurile/grăsimile vegetale 0,3 şi grăsime la animale mamifere 0,5 sprijină teoria că nu există o repartiţiei pur statistică în natură a acizilor graşi în trigliceride, acestă repartiţie fiind determinată pur genetic.
Posibilităţi de interesterificare:Intermoleculara.) a doi esteri monofuncţionali:
b.) a doi esteri trifuncţionali (toate grupele -OH ale moleculei de glicerină sunt esterificate cu acelasi acid)
IntramolecularInteresterificare intramoleculară de esteri trifuncţionali (toate grupările -OH sînt esterificaţe cu trei acizi graşi diferiţi)
Reacţia de interesterificare este catalizată de ionii metalelor sub formă de alcoolaţi, hidroxizi sau chiar metale pulverulente. În practică se utilizează mai ales metilat şi etilat de sodiu (la 80 °C), precum şi soluţie apoasă de NaOH (150-180 °C).Reacţia de interesterificare poate fi condusă în două feluri:
Interesterificare la întîmplareEx.: avem un amestec echimolecular de
trigliceride saturate SSS (50%) şi trigliceride ale acidului oleic OOO (50%).
Repartiţia va fi conform schemei de din figura alăturată:
Interesterificarea dirijatărezultatul este obţinut printr-o modificare a echilibrului reacţiei:
Interesterificarea la întâmplare (unifazică) acizii graşi se repartizează în legăturile ester cu glicerina, după o distribuţie statistică aceasta nu se regăseşte în grăsimile naturale.
S- acid stearic, O- acid oleic
Interesterificarea dirijată Temperatura de reacţie este coborâtă, astfel încât să se asigure cristalizarea trigliceridelor cu punct de topire mai ridicat. Acestea nu mai intră în reacţie, a cărei echilibru se deplasează permanent. O grăsime poate fi descompusă astfel într-o fracţiunie cu punct de topire mai scăzut şi o fracţiunie cu punct de topire mai ridicat
67
procesul este condus la o temperatură de reacţie inferioară temperaturii de cristalizare a anumitor gliceride, care prin cristalizare se vor elimina, deplasînd echilibrul în sensul formării de trigliceride saturate în locul gliceridelor mono- şi di-saturate.
Instalaţii de esterificare continuă: faţă de cele continue, recipientul de reacţie este prevăzut cu un tub interior sub formă de spirală sau S, ca şi spaţiu de racţie. Acesta trebuie să fie dimensionat (lungime şi diametru) pentru a asigura timpul de retenţie necesar reacţiei şi trebuie să fie prevăzut cu sistem de încălzire, pentru asigurarea temperaturii
de reacţie.Ca şi catalizator se utilizează hidroxid de sodiu sau etilat de sodiu. Acestea sunt amestecate cu uleiul/grăsimea apoi trecute în reactorul de interesterificare. Neutralizarea uleiului se poate realiza cu o cantitate corespunzătoare de hidroxid de sodiu intr-o singură treaptă cu interesterificarea.
Interesterificarea amestecurilor de uleiuri vegetale
Avantajul amestecurilor uleiuri lichide cu uleiuri hidrogenate, pentru obţinerea bazei de grăsimi necesare în industria margarinei, îl reprezintă introducerea în alimentaţie a acidul linoleic, indispensabil dezvoltării şi menţinerii funcţiilor vitale ale organismului.Dezavantajul îl constiuie existenţa în acestea a acizilor graşi în forma trans, şi a instabilităţii formelor cristaline care afectează în timp caracteristicile organoleptice ale produselor finite. Aceste inconveniente sînt eliminate prin transesterificare.
Transesterificarea în sistem continuu pentru amestecuri de uleiuri vegetale (rapiţă, floarea soarelui, soia)
S- acid stearic, O- acid oleic
Schema procesului de interesterificare
Fig . Instalaţie de interesterificare în sistem continuu
68
Condiţii: se foloseşte drept catalizator NaOH; NaOH: glicerină: apă = 1: 2 : 3 dozarea NaOH: 0,10 -0,05 % (masă) temperatura uleiului înainte de uscare: 145 - 150 °C p la diuzele de pulverizare: > 3 bar presiunea la uscare : < 7 mbar conţinutul de apă după uscare: 0,01 % (masă) temperatura în reactor: 140-145 °C. timp de reacţie în reactor 4 - 10 minute.Se observă din aceste date că a scăzut conţinutul de trigliceride solide la 20 °C. Acest fapt influenţează temperatura de topire şi temperatura de tulburare a amestecurilor interesterificate, conferind proprietăţi mecanoplastice convenabile.
Hidro- transesterificarea
Procesul combinat de hidrogenare şi transesterificare.Realizare: grăsimea animală este amestecată cu ulei vegetal comestibil puternic nesaturat,
care conţine cel puţin 30% acid linoleic, cel mult 30 % acizi nesaturaţi) în diferite proprţii.
amestecul este hidrogenat la temperatura de 180 - 220 °C, presiunea de 2 daN/cm2, cu catalizator de nichel
hidrogenarea decurge selectiv, determinând dispariţia mirosului specific grăsimilor animale şi obţinerea unui punct de topire şi consistenţă dorite.
se trece la transesterificare parţială, prin care se obţine creşterea omogenităţii şi a plasticităţii produsului finit.
Obţinerea margarinii
Un produs tip margarina se defineste ca fiinda) este un produs care se obţine prin emulsionare, in principal, emulsie de tipul apa
in ulei saub) este produsul similar untului, din subtanţe grase , care sunt adăugate grăsimii din
lapte, atât cât este indicat din puct de vedere tehnologic.
DefiniţiiI. Produse tip margarinăSunt produse obţinute din substanţe grase de provenienţă animală sau vegetală, obţinute prin emulsionare de tipul apă în ulei, cu un conţinut total de grăsime de 20 pina la 62 % sau cel putin 80 % şi un continut maxim de grăsime în lapte de 3% din întreaga cantitate de grăsime.
Sortimente standard Continut de grăsime
69
1. Margarină tip unt cel putin 99 %2. Margarină cel putin 80 %3. Margarină cu conţinut de grăsime 60 - 62 %4. Margarină cu continut de sau margarina hipocalorice 40 - 42 %
II. Produse din amestecuri de grăsimi
Ca şi la punctul I, dar totusi cu un conţinut de grăsimi din lapte de 15 - 25 %, 45 - 55 % sau 65 - 75 %, şi cel putin 8 % din greutatea produsului.
Reglementări cu privire la denumire. cu un continut de 50 % şi mai putin: nu sint indicate pentru prajire. la produse , care nu sint aduse in consum ca şi produse standard: se da
continutul de grasimi; la produse cu amestec de grasimi din lapte: continutul de grăsime in lapte din
substantele grase; la un continut de grasimi de 40 pina la 62 % : reduse in grăsime
la un continut de grasimi de la 20 pina sub 40 %: sarace in grasimiIngrediente tipice pentru margarina şi cantitatile uzualeComponente Cantitate (%) ExempleUlei/grăsime 80 ulei soia, ulei rapita, ulei de floarea soarelui, ulei
de seminta de bumbac, sloldificateEmulgatori 0,2 - 0,6 lecitina, mono-, diglicerideConstituenti ai laptelui
6 lapte acru, lapte gras, lapte smintinit, zer acru, zer dulce;
Acizi alimentari
acid citric, acid lactic
Sare 0,1 - 0,3Aromatizanţi urme solubil in ulei şi apaConservanti 0,12 acid sorbic Apa ad. 100 apa potabilaVitamina
(U.E.)(U.E.)
(mg/mg)
1500 100100 - 300
Vitamina AVitamina DVitamina E
Coloranti Caroten
Faza grasa sau baza de grăsimi: Grăsimi/uleiuri 80 % (39-41 % la margarine semigrase)
Uleiuri vegetale şi grăsimi rafinate (mai ales ulei de soia, rapiţă, floarea soarelui, palmier, unt de cocos), mai rar ulei, respectiv grăsime de peşteModificarea se face prin - hidrogenare
- fracţionare- interesterificare
Selecţionarea acestora: - se face în scopul obţinerii de anumite proprietăţi fizice ale produsului finit (onctuozitate, plasticitate, comportare la topire, stabilitate)- reglementari legale (declaraţii)- din perspectiva fiziilogiei nutriţiei- perspective economice
Emulgatori 0,5 % monogliceride şi diacilgliceride0,2 % lecitină
70
Vitamine Vitamina A, ergo şi colecalciferol, Acetat de tocoferolß-caroten colorant (eventual ulei de palm nedecoloratObs: poate consta dintr-un singur sortiment de grăsime, preferindu-se de regula
amestecuri de grasimi solide şi uleiuri fluide. reprezinta 82,5 - 84 % din compozitia emulsiei amestecul de grasimi componente trebuie sa fie plastic pe un interval de
temperatura destul de larg (10 - 30°C) şi sa se topeasca complet la 37°C; margarinele contin de regula uleiuri fluide (arahide, soia, floarea soarelui),
grasimi vegetale solide (coprah, palmist), grasimi vegetale semisolide (ulei pal), uleiuri hidrogenate (solide şi / sau fluide)
Alegerea corecta a raportului dintre acestea determina: viteza de cristalizare, punctul de topire.
Faza apoasa
poate fi formata din apa sau lapte şi apaAcid citric, acid lactic
stabilizarea valorii pH la 4,2-4,5- decuplarea dezvoltării de germeni patogeni şi de toxine- complexarea ionilor metalici grei care stimulează oxidarea
Lapte smântânit raport de grăsime: 1%La margarina semigrasă: 2%- cazeina stimulează acţiunea emulgatorilor- aromatizanţi tipici pentru unt
în parte liposolubiliSare 0,1-0,2 %Conservanţi acid sorbic: până la 1000 mg/kg
la margarină semigrasă: până la 2000 mg/kg
Obs: Margarina in care faza dispersa o constituie apa, prezinta o dispersare mai buna decit margarina cu lapte. Explicatie: proteinele din lapte prezinta caracteristicile unor emulgatori de tip ulei:apa şi vor avea actiune antagonista fata de emulsionarea apa:ulei dorita la margarine. Cu toate acestea margarina cu lapte prezinta un gust mai proaspat, dar este mai putin durabila.
Emulgatori se folosesc pentru stabilitatea emulsieiPe baza reglementarilor in vigoare se folosesc urmatorii emulgatori Lecitina ( general acceptata) Mono şi digliceride ale acizilor graşi comestibili, esterificati cu acid acetic şi acid
citric, acid tartric, acid acetic şi acid tartric intr-o cantitate de 5 g intr-un 1kg, raportat la grăsime.
Actiunea emulgatorilorLecitina usurarea emulsionarii, şi obţinerea de emulsie apa in
ulei la o concentratie de 0,2 - 0,25 %; actiune antioxidanta la depozitare; caracteristici bune la prajire, impiedica formarea
spumei;Monogliceride Stabiltate de emulsionare şi plasticitate imbunatatita
intr-o cantitate de 0,01 %;
71
monogliceride saturate dau emulsii foarte stabile şi
fine, dar gustul nu se dezvolta pe deplin; monogliceride nesaturate dau emulsii mai putin fine,
dar cu o dezoltare deplina a gustului;Mono- , digli-ceride emulgatori utilizati intr-o concentratie de 0,2 - 0,4 %;
digliceridele nu sint emulgatori asa de buni ca şi monogliceridele, dar sint stabilizatori mai buni pentru structura cristalina a tricligeridelor
UtilajeInstalatia cuprinde: rezervoare de temperare grasimi linia de pregatire a laptelui (răcitor cu placi, tanc izoterm pentru stocare, vane de
pasteurizare şi fermentare) recipienti pregatire ingrediente malaxor pentru emulsionare primara omogenizatorul pentru emulsie pasteurizatorul agregatul de racire şi prelucrarea emulsiei masini de ambalat
Omogenizatorul:Se utilizeazã pentru obţinerea emulsiei primara şi are doua discuri cu dinti: unul fix, celalt mobil (turatia de 1500 rot/min). Emulsia este aspirata şi introdusa intre cele doua discuri cu ajutorul unei moristi cu aripi, montata pe acealsi ax cu discurile. Emulsia se loveste cu forta de dintii discurilor, se sparge in picaturi foarte mici, şi trece in stare fin dispersata in pasteurizator.Pasteurizarea Se executa in pasteurizatorul pentru emulsia de margarina, care este de forma cilindrica, verticala, compusa din trei sectiuni, dispuse concentric unele in altele: sectiunea de incalzire: formata dintr-un spatiu inchis pentru abur, unde se afla
serpentina prin care circula emulsia (incalzire la 80 oC, timp de 40 secunde) sectiunea de mentinere a emulsiei (15 sec) la temperatura fixata.
Schema procesului de a cristalizare a emulsiei de margarină
Schema de principiu a obţinerii margarinei
72
sectiunea de racire formata dintr-un racitor tubular, in care apa de racire circula
prin teava interioara şi in jurul celei exterioare, emulsia trecind prin spatiul din
cele doua conducte; racirea se face la 38 - 40 oC, in 40 secunde.
Agregatul KombinatorServeste pentru racirea şi prelucrarea plastica a emulsiei de margarina.Acesta este format din dintr-o camera metalica cu 2-4 cilindrii prevazuti cu manta dubla: cilindrii de racire, de cristalizare şi de plastifiere.In mantaua dubla a cilindrilor racire şi cristalizare circula amoniac (agentul de racire), iar in mantaua cilindrului de plastifiere circula apa rece.
In fiecare cilindru se afla un ax cu cutite asezate la 180 o (rotatia acestora 700 - 1400 rot/min). Cutitele malaxeaza produsul şi razuiesc particula de margarina congelata pe peretii interiori ai cilindrilor. Distanta dintre cutit şi peretele interior este de 5 mm.La cilindrul de plastifiere, care este prevazut cu un sistem de incalzire electrica, se poate circula apa calda pentru incalzire, astfel ca, prin topire,se indeparteaza resturile de margarina, care ramin la sfirsitul operatiei pe peretii cilindrului.
Cilindrul de temperare.Asa denumitul tub de temperare serveste la omogenizarea şi postmaturarea margarinei.Acest este un cilindru cu manta dubla.Alimetarea se face printr-un racord cu capatul de intrare conic, iar in partea opusa, cu o gura de descarcare de asemenea conica.La capatul de iesire sint montate trei site conice, care opun rezistenta la iesirea margarinei din tub. Datorita conditiilor se obtin marirea plasticitatii şi se imbunatateste plasticitatea margarinei la iesirea din tub.
Prelucrarea uleilui brut în ulei alimentar sau în margarină
Schema de principiu a obţinerii margarinei
73
BIBLIOGRAFIE SELECTIVA
1. Manualul inginerului din industria alimentara, Ed.Tehnică, Bucureşti, 19992. AFECG (1996): Oils and Fats Manual, Technique & Documentation, Lavoisier
Publishing, Paris3. Pardung H. (1976): Analyse der Nahrungsfette, Verlag Paul Parey, Berlin und
Hamurg4. Ing.Gh.Boeru, Ing.D. Puzdrea: Fabricarea uleiurilor vegetale, EDT, Buc, 19805. Marec Singer, Dumitru Puzdrea: Tehnologii în industria alimentară extractivă.
Tehnologia uleiurilor vegetale., EDP, Bucureşti, 19786. Gherman Vasile: USAMV Cluj-Napoca, Utilaje în industria alimentară 1997/1998 7. Vintila Iuliana: Tehnologia şi controlul calitatii uleiurilor şi grăsimilor vegetale,
Vol.I. Materii oleaginoase şi materii auxiliare. 2001, Ed. Fundatiei Universitatii “Dunarea de jos”, Galati
8. Curs de zi, USAMV Cluj-Napoca, Desen şi geometrie descriptive 9. Morar, M.V.: Controlul calitatii uleiurilor şi grăsimilor vegetale. Indrumator de
