Способ извлечения жира из жиросодержащего сырья

 

Назначение: изобретение относится к масложировой промышленности, а более конкретно к способам получения жира из жиросодержащего сырья и может быть использовано в производстве жиров медицинского и ветеринарного назначения. Сущность: способ предусматривает измельчение сырья, обработку его электрическим током и гидролиз, причем гидролиз осуществляют путем одновременного разрушения и растворения белковых компонентов тканей и клеток электрическим током и раствором электролита в катодной камере электролизера, а параметры процесса выбирают таким образом, чтобы pH смеси сырье-электролит имело начальное значение не ниже 12,2, а в качестве электролита используют водный раствор солей щелочных металлов, соотношение сырье - электролит выбирают 1:0,5 - 1:3, а плотность тока - 350 - 1000 А/м². 10 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к масложировой промышленности, а более конкретно к способам получения жира из жиросодержащего сырья, и может быть использовано в производстве жиров медицинского и ветеринарного назначения, в т.ч препарата витамина "A" в жире и др. ценных препаратов.

Известен способ получения рыбьего жира [1] заключающийся в извлечении жира из предварительно измельченного жиросодержащего сырья путем обработки его химическим реагентом раствором мочевины при одновременном нагревании. Недостатком способа является низкое качество получаемого жира из-за использования для его высвобождения дополнительного химического реагента и повышенных температур процесса, что влечет за собой ограничение возможностей использования готового продукта.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому, принятым за прототип изобретения, является способ извлечения жира из сырья животного происхождения [2] Указанный способ предусматривает измельчение сырья, увлажнение до влажности 20 40% предварительную обработку электрическим током и последующий гидролиз исходной смеси. Недостатком прототипа является невозможность получения конечного продукта с необходимыми (заданными) биологическими свойствами и органолептическими показателями вследствие наличия традиционного процесса гидролиза, включающего термическую обработку сырья, и сложности его регулирования в зависимости от вида и качества перерабатываемого жиросодержащего сырья, а также относительной сложности и длительности всего технологического цикла в целом и невозможности уменьшения потерь жира и витамина "A" из-за необходимости многочисленных промывок вследствие излишнего подщелачивания жиросодержащего раствора по окончании процесса гидролиза, особенно в условиях непрерывного крупномасштабного производства.

Изобретение направлено на повышение эффективности процесса (технологии) производства витамина "A" в жире из жиросодержащего сырья с расширением возможностей и назначения использования конечного продукта на основе оптимизации технологических параметров процесса в зависимости от вида и качества перерабатываемого сырья, в т.ч. различных видов жиросодержащих отходов, например, животного происхождения: рыбных, мясных и др.

При этом решена задача создания эффективного способа извлечения жира из жиросодержащего сырья, позволяющего достичь увеличения выхода жира с одновременным улучшением его качества, в т.ч. снижением кислотного числа и улучшением органолептических показателей, расширить диапазон перерабатываемого сырья без ухудшения биологических свойств конечного продукта и увеличения его потерь на протяжении технологического цикла вследствие возможности "тонкого" регулирования параметров процесса на стадии извлечения жира.

Это достигается тем, что в предлагаемом способе извлечения жира из жиросодержащего сырья, включающем его измельчение, обработку электрическим током и гидролиз, в отличие от прототипа, процесс гидролиза осуществляют путем одновременного разрушения и растворения тканей жировых клеток постоянным электрическим током и раствором электролита в катодной камере двухкамерного электролизера, при этом начальную плотность тока, концентрацию и количество электролита определяют на основании кислотного числа сырья и выбирают таким образом, чтобы pH исходной смеси сырье электролит имело начальное значение не менее 12,2.

Сущность способа извлечения жира путем электрохимической обработки предварительно измельченного сырья заключается в предельно возможном разрушении и растворении всех тканей и оболочек клеток, в первую очередь жировых клеток, вследствие расструктуирования и расщепления содержащихся в них белковых соединений, в т. ч. белковой составляющей липопротеидной оболочки клетки в результате целенаправленного, упорядоченного воздействия гидроксильных ионов, ионов металлов солей электролита и др. атомно-молекулярных образований, приводимых в движение постоянным электрическим током в катодной камере двухсекционного электролиза в условиях одновременной дополнительной активации среды (pH 12,2) диффузирующим на атомно-молекулярном уровне с соответствующими структурами, электролитом и параллельной блокировкой механизмов инициирования процесса коагуляции белка, в т.ч. по температурным параметрам. Это позволяет достичь максимальной степени извлечения жира (более 97%) практически из любого вида сырья, в т.ч. с низким его содержанием, например из любого вида сырья, в т.ч. с низким его содержанием, например из отходов. Указанная величина pH исходной смеси является близкой к оптимальной с точки зрения гарантированного запуска процесса гидролиза в катодной камере, хотя в зависимости от вида сырья процесс идет уже при значениях pH 11,8 12,0. Значение начальной плотности тока, концентрацию раствора электролита и соотношение сырье раствор электролита исходной смеси определяют экспериментально-расчетным путем на основании величины кислотного числа обрабатываемого сырья, например с помощью номограмм процесса и табличных форм представления результатов решения уравнений реакций разложения для конкретного вида электролита. Кислотное число сырья определяют экспериментальным путем непосредственно перед началом его обработки известными методами. Для обработки традиционных видов жиросодержащего сырья используют сильные электролиты водные растворы солей, преимущественно щелочных металлов, например хлорид натрия, или сульфат натрия, или фосфат натрия, иди карбонат натрия, но для обработки отдельных видов сырья могут использовать их смесь в различных сочетаниях в зависимости от физико-химического состояния сырья. Концентрацию солей в растворе и соотношение сырье раствор электролита, как правило, выбирают в диапазоне 1 10 мас. и 1:0,5 1:3 соответственно, что достаточно для создания хорошей электропроводности, получения устойчивой однородной структуры исходной обрабатываемой смеси и является целесообразным с экономической точки зрения, например по критериям минимизации расходуемых химических компонентов, а также количества и концентрации сточных вод.

На стадии первичной обработки сырья перед смешиванием с электролитом его измельчают и доводят до фаршеобразной структуры, например с помощью любого из известных механических устройств, в т.ч. для приготовления фарша или волчка. Стадия измельчения сырья может быть совмещена с процессом смешивания с электролитом, в т.ч. в катодной камере электролизера, снабженного измельчителем и перемешивающим устройством, или происходить на начальной фазе процесса электрохимической обработки. В другом варианте для более эффективного хода процесса структуру исходной смеси до начала гидролиза доводят до получения стойкой однородной эмульсии, преимущественно высокой степени эмульгирования, что значительно ускоряет процесс гидролиза белковых веществ вследствие того, что реакция протекает на поверхности каждой жировой клетки и разрушение ее тканей под воздействием электрического тока идет более интенсивно. Процесс электрохимического воздействия в способе извлечения жира осуществляют без поднятия температуры (преимущественно при комнатной температуре), однако в зависимости от вида и состояния обрабатываемого сырья с целью повышения эффективности процесса без снижения качества готового продукта осуществляют управление и поддержание оптимальной заданной температуры нагрева исходной смеси в катодной камере путем регулирования ее электропроводности (электросопротивления) за счет изменения концентрации электролита и его количества в смеси, причем регулирование этих параметров осуществляют путем добавления в катодную камеру дополнительного количества электролита в ходе процесса, например при непрерывном перемешивании смеси. Оптимальной температурой для сохранения высоких функциональных свойств извлеченного жира (сохранения витаминов "A" и "D", высоконенасыщенных жирных кислот) и белков является диапазон температур 40 60^oC. Более тонкое регулирование осуществляют, как и всего процесса в целом, управлением параметрами тока. Плотность тока выбирают в диапазоне 350 1000 А/м². Это объясняется тем, что в этих пределах, в зависимости от вида и состояния исходного сырья, процесс извлечения жира осуществляется оптимальным образом.

По времени процесс ведут до равномерного однотонного окрашивания всей обрабатываемой в катодной камере массы в светло-желтый цвет, что свидетельствует о полном растворении всех клеточных структур сырья и предельно возможным извлечении из них жира и/или масла и снижении кислотного числа до минимальных значений, создающих упомянутый желтоватый оттенок законченной электрохимической обработкой смеси, которая затем идет на отделение собственно жира или масла.

Для осуществления электрохимического процесса анодную камеру электролизера заполняют любым электропроводящим составом и материалом, наиболее целесообразным является использование раствора электролита той же концентрации, что и для приготовления исходной смеси.

Сущность заявляемого способа поясняется следующими примерами.

Предложенный способ был реализован в лабораторных условиях с помощью двухкамерного электролизера, разделенного диафрагмой на анодное и катодное пространство с предусмотренными графитовыми электродами, соединенными с положительным и отрицательным полюсами постоянного источника тока. Во всех примерах сырье предварительно измельчалось на волчке и перемешивалось с водным раствором электролита NaCl до достижения устойчивой однородной структуры. Концентрация электролита, его соотношение с сырьем и начальная плотность тока определялись на основании заранее измеренного кислотного числа сырья и выбирались таким образом, чтобы значение pH исходной смеси в катодной камере во всех случаях в момент начала процесса находилось в диапазоне 12,2 12,6. Степень извлечения жира во всех опытах устанавливали по определению количества выделенного жира по отношению к его содержанию в сырье общепринятыми методами.

Пример 1. Исходное сырье печень трески с кислотным числом 18,6 мг КОН/г, электролит 2% p-pa NaCl, соотношение измельченной печени и раствора электролита 1 1, плотность тока 450 А/м², температура обрабатываемой смеси 45^oC. После электрохимической обработки выход жира составил 97% Полученный жир прозрачный, светло-желтого цвета, кислотное число 2,5 мг КОН/г.

Пример 2. Исходное сырье печень трески с кислотным числом 20,6 мг КОН/г, электролит 6% раствор NaCl, соотношение измельченной печени и раствор электролита 1: 0,5, плотность тока 600 А/м², температура обрабатываемой смеси 53^oC. Жир после электрохимической обработки был прозрачным, светло-желтого цвета, кислотное число составляло 1,3 мг КОН/г. Выход жира 95,8% Пример 3. Исходное сырье печень трески с кислотным числом 6,1 мг КОН/г, электролит 1% p-p NaCl, соотношение измельченной печи и раствора электролита 1: 3, плотность тока 480 А/м². После электрообработки жир был светло-желтого цвета, прозрачный, кислотное число 0,5 мг КОН/г. Выход жира составил 97,3% Пример 4. Исходное сырье печень трески с кислотным числом 3,8 мг КОН/г, электролит 1% p-p NaCl, соотношение измельченной печени и раствора электролита 1: 2. плотность тока 500 А/м², температура обрабатываемой смеси 40 ^oC. После электрообработки жир был светло-желтого цвета, прозрачный, с запахом, свойственным данному виду продукции. Кислотное число - 0,06 мг КОН/г. Выход жира 98% Примеры показывают широкие возможности способа по извлечению жиров и масел и его перспективность и целесообразность промышленного использования для получения жиров и масел различного назначения.

Формула изобретения

1. Способ извлечения жира из жиросодержащего сырья, включающий его измельчение, обработку электрическим током и гидролиз, отличающийся тем, что процесс гидролиза осуществляют путем одновременного разрушения и растворения тканей и оболочек жировых клеток постоянным электрическим током и раствором электролита в катодной камере двухкамерного электролизера, при этом начальную плотность тока, концентрацию и количество электролита определяют на основании кислотного числа сырья и выбирают таким образом, чтобы pН исходной смеси сырье электролит имело начальное значение не ниже 12,2.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс гидролиза ведут до однотонного окрашивания всего объема католита в прозрачный светло-желтый цвет, на основании чего делают вывод об окончании процесса извлечения жира.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве электролита используют водный раствор солей, преимущественно щелочных металлов, например хлорида натрия, или сульфата натрия, или фосфата натрия, или карбоната натрия, или их смеси, при этом концентрацию раствора выбирают преимущественно в диапазоне 1 10 мас.

4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что соотношение сырье раствор электролита выбирают преимущественно в диапазоне 1 0,5 1 3, а начальную плотность тока 350 1000 А/м².

5. Способ по пп. 1 4, отличающийся тем, что измельчение сырья осуществляют до достижения последним фаршеобразной структуры, например, с помощью устройства для приготовления фарша или волчка.

6. Способ по пп. 1 5, отличающийся тем, что процесс гидролиза ведут при постоянном перемешивании смеси сырье электролит преимущественно в режиме, обеспечивающем достижение однородной гомогенной структуры, например эмульсии.

7. Способ по пп. 1 6, отличающийся тем, что процесс гидролиза осуществляют в катодной камере электролизера, снабженного перемешивающим устройством, например, в виде поворотной рамки.

8. Способ по пп. 1 7, отличающийся тем, что измельчение сырья осуществляют одновременно с процессом гидролиза, например, с помощью измельчителя, предусмотренного в катодной камере.

9. Способ по пп.1 5, отличающийся тем, что предварительно готовят смесь сырья с раствором электролита, при этом перемешивание ведут до получения стойкой однородной эмульсии.

10. Способ по пп. 1 9, отличающийся тем, что в качестве анолита используют раствор электролита, предназначенный для приготовления исходной смеси.

11. Способ по пп.1 10, отличающийся тем, что регулирование температуры процесса гидролиза осуществляют путем изменения концентрации электролита и его количества в исходной смеси, например, путем внесения дополнительного количества последнего в катодную камеру.