Способ очистки жира

 

Использование: изобретение относится к масложировой промышленности, а конкретно к способам очистки, рафинации и восстановления жиров и масел, и может быть использовано для получения ветеринарных и пищевых жиров из технического жира, в т.ч. для обработки жиров и масел в медицинских целях и для косметической промышленности. Сущность: способ предусматривает смешивание жира с раствором электролита, электрообработку исходной смеси и последующее разделение фаз, причем электрообработку осуществляют путем пропускания потока смеси через катодную камеру проточного электролизера, а параметры процесса определяют на основании кислотного числа исходного сырья и готового продукта. 7 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к масложировой промышленности, а более конкретно к способам очистки, рафинации и восстановления жиров и масел, и может быть использовано для получения ветеринарных и пищевых жиров из технического жира, в т.ч. для обработки жиров и масел в медицинских целях и для косметической промышленности.

Известен способ рафинации масел и жиров [1] заключающийся в обработке их раствором щелочи в зоне воздействия вихревого электромагнитного поля под давлением. Недостатком способа является необходимость использования едких щелочей, а также специально разработанного технологического оборудования, затраты на которое в значительной степени снижают экономические показатели производственного цикла в целом.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому, принятым за прототип изобретения, является способ очистки растительного масла по патенту [2] Указанный способ предусматривает смешивание растительногоо масла с водным раствором электролита, пропускание через рабочую емкость при непрерывном перемешивании в ней исходной смеси переменного асимметричного тока промышленной частоты при соотношении величины токов анодного и катодного полупериодов (1:7)-(1:11) и последующее механическое отделение образовавшегося осадка. Недостатком прототипа является значительная сложность использования указанного способа в крупномасштабном промышленном производстве, например в условиях непрерывного режима очистки масел и, в особенности, жиров, в т.ч. вследствие выраженной зависимости качества очистки от весьма ограниченного по величине интервала отношения величин анодного и катодного токов и непрерывного интенсивного перемешивания смеси во время процесса электрообработки, а также из-за трудностей, связанных с необходимостью получения в этих условиях промышленных количеств готового продукта с заранее заданными свойствами, например жира с заданным кислотным числом.

Изобретение направлено на создание производства непрерывного режима очистки жиров и масел, в т.ч. с возможностью переработки технических жиров и масел и получения из них ветеринарных и пищевых готовых продуктов, а также жиров и масел для использования в медицинских целях и для нужд косметической промышленности.

При этом решена задача создания способа непрерывной очистки жира, позволяющего производить снижение кислотного числа с любого высокого в исходном жире до любого низкого в готовом продукте с одновременным значительным улучшением органолептических свойств, сохранение жизненно важных компонентов (витамины А и D), биологической активности жира и снижением содержания хлорорганических пестицидов.

Это достигается тем, что в предлагаемом способе очистки жира, включающем смешивание его с электролитом, электрообработку исходной смеси и последующее разделение фаз, в отличие от прототипа электрообработку осуществляют постоянным током путем непрерывного пропускания потока исходной смеси через катодную камеру двухкамерного проточного электролизера, при этом плотность тока, концентрацию и количество электролита в исходной смеси определяют на основании величины кислотного числа исходного жира и величины заданного кислотного числа готового продукта.

Сущность предлагаемого способа очистки жира заключается в достижении управляемых наиболее глубоких химических превращений в неограниченном с растяжкой по времени объеме очищенного жира (масла) за счет гарантированного проведения полностью во всем объеме движущегося с необходимой скоростью потока исходной смеси за время его выдерживания в зоне действия электрического тока непрерывных химических реакций восстановления и реакций нейтрализации жирных кислот и других кислотных соединений путем пропускания исходной смеси в виде сплошного непрерывного потока, например в виде тонкого слоя предельно малой толщины, через катодную камеру двухкамерного проточного электролизера с одновременной возможностью регулирования параметров процесса. Электрохимическая обработка жира путем создания сплошного непрерывного тонкого потока исходной смеси жир-электролит, имеющий структуру преимущественно стойкой однородной эмульсии, позволяет достичь идеальной электропроводности и повысить глубину и качество очистки. Смешивание жира с раствором электролита осуществляют предварительно в отдельной емкости, при этом процесс перемешивания ведут до образования стойкой однородной эмульсии, например, с помощью механического смесителя и/или эмульгатора. В другом варианте приготовление исходной смеси осуществляют непосредственно на входе в катодную камеру, например, путем механического перемешивания с помощью импеллера, при этом возможно совмещение процесса перемещения с процессом эмульгирования смеси.

Для очистки практически всех известных видов жиров или масел используют сильные электролиты водные растворы солей, преимущественно щелочных металлов, например хлорид натрия или сульфат натрия, или фосфат натрия, или карбонат натрия, или их смесь в различных сочетаниях в зависимости от физико-химического состояния обрабатываемого жира или масла. Концентрацию солей в растворе и соотношение жир-раствор электролита, как правило, выбирают в диапазоне 1-10 мас. и (1:0,5) (1-5). Этого вполне достаточно для достижения хорошей электропроводности, 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. С целью оптимизации процесса плотность тока в катодной камере, конкретное значение концентрации и количества электролита в исходной смеси определяют экспериментально-расчетным путем в зависимости от физико-химических свойств обрабатываемого жира, в т.ч. на основании величины кислотного числа исходного жира и величины заданного кислотного числа готового продукта, например, с помощью номограмм процесса, составленных по результатам обработки различных категорий жира или масла солевыми растворами различных видов наиболее сильных электролитов, а также табличных форм расходования вспомогательных материалов при очистке жирового сырья или масла, например, в пересчете на 1 тонну, 2 тонны и т.д. Кислотное число исходного жира определяют экспериментальным путем непосредственно перед началом обработки.

При неизменных вышеуказанных параметрах степень очистки и время нахождения обрабатываемого жира в зоне действия электрического тока регулируют скорость пропускания потока исходной смеси через электролизер, которую выбирают таким образом, чтобы на выходе из катодной камеры смесь имела светло-желтый цвет одного тона, что свидетельствует о произошедшей полной очистки жира, скорость потока измеряют расходом количества смеси за единицу времени и выбирают, как правило, в диапазоне 0,05-1,0 т/ч.

Для очистки твердых жиров, преимущественно животного происхождения, например свиного, говяжьего, бараньего маргаринов и т.д. последние нагревают до температуры, несколько превышающей температуру их плавления, смешивают в расплавленном состоянии с нагретым, например до этой же температуры, электролитом и ведут электрообработку при поддержании в катодной камере температуры не ниже температуры плавления соответствующего жира. Для наиболее распространенных бытовых (пищевых) и технических жиров оптимальным для сохранения высокой биологической активности и функциональных свойств белков является диапазон 40 60^oC, при этом температуры плавления указанных жиров не превышают верхний предел диапазона. Поддержание заданной температуры в катодной камере осуществляют путем регулирования электропроводности (электросопротивления) исходной смеси за счет изменения концентрации электролита и его количества в смеси. Управление этими параметрами производят, например, периодическим внесением дополнительного количества раствора электролита в исходную смесь на стадии перемешивания и получения эмульсии.

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

После окончания процесса обработки жира в катодной камере проточного электролизера осуществляют разделение водно-солевой и масляной фаз каким-либо известным способом, например механическим.

Предложенный способ был реализован в производственных условиях с помощью двухкамерного цилиндрического проточного электролизера, разделенного брезентовой диафрагмой на коаксиально размещенные анодную и катодную камеры с предусмотренными графитовыми электродами, соединенными с положительным и отрицательным полюсами постоянного источника тока. Во всех примерах исходное сырье жир или масло предварительно смешивали с водным раствором электролита NaCl и доводили до образования стойкой однородной эмульсии. Условия обработки: плотность тока, концентрацию электролита и его соотношение с исходным сырьем, определяли и выбирали на основании экспериментально установленного кислотного числа исходного сырья и величины заданного кислотного числа готового продукта с помощью номограмм процесса и таблиц соотношения расхода сырья и вспомогательных материалов при концентрации рассола NaCl от 5 до 15% Примеры 9 и 10 иллюстрируют возможности способа по снижению хлорорганических пестицидов. В таблицах 1 и 2 приведены данные содержания хлорорганических пестицидов в исходном жире, жире после электрохимической обработки, процент разрушения хлорорганических пестицидов в результате электрохимической обработки, минимально допустимый уровень (МДУ) в медицинском жире.

Пример 1. Исходное сырье технический рыбный жир темно-коричневого цвета, мутный, с неприятным запахом прогорклого жира, кислотное число 32 _мгКОН/г.

Условия электрохимической обработки: концентрация электролита (NaCl) - 10% соотношение жира и раствора электролита 1:1. Плотность тока 800 А/м². Показатели жира после электрохимической обработки (ЭХО) цвет желтый, запах, соответствующий пищевому рыбному жиру, прозрачный, кислотное число 1,3 _мгKOH/г.

Пример 2. Исходное сырье технический рыбный жир, темно-коричневого цвета, мутный, с неприятный запахом прогорклого жира, кислотное число 21 _мгKOH/г.

Условия электрохимической обработки: концентрация электролита 5% соотношение жира и раствора электролита 1:1. Плотность тока 600 A/м². После ЭХО жир светло-желтого цвета, прозрачный, с запахом, свойственным пищевому и ветеринарному жиру, кислотное число 0,5 _мгKOH/г.

Пример 3. Исходное сырье технический рыбный жир коричневого цвета с кислотным числом 10_мгKOH/г.

Условия электрохимической обработки: концентрация раствора NaCl электролита (NaCl) 3% соотношение жира и раствора электролита 1:3. Плотность тока 700 A/м². После ЭХО жир светло-желтого цвета, прозрачный с запахом ветеринарного и пищевого рыбного жира, кислотное число - 0,1 _мгKOH/г.

Пример 4. Исходное сырье отработанное растительное масло после обжарки продукции с кислотным числом 6 _мгKOH/г.

Условия электрохимической обработки: концентрация раствора электролита (NaCl) 1% Соотношение масла и раствора электролита 1:5, плотность тока - 500 A/м². После ЭХО растительное масло оранжево-желтого цвета, кислотное число 1,3 _мгKOH/г.

Пример 5. Исходное сырье растительное масло после обжарки продукции, темно-коричневого цвета с кислотным числом 6 _мгKOH/г.

Условия электрохимической обработки: концентрация раствора электролита - 3% Плотность тока 500 A/м², соотношение масла и раствора электролита 1:1. После ЭХО растительное масло оранжево-желтого цвета, кислотное число 0,56 _мгKOH/г.

Пример 6. Исходное сырье то же, что и в предыдущем примере.

Условия электрохимической обработки: концентрация раствора электролита - 5% плотность тока 500 A/м². Соотношение масла и раствора электролита, 1:1. После ЭХО кислотное число 0,28 _мгKOH/г. Масло темно-желтого цвета с запахом, свойственным данному виду продукта.

Пример 7. Исходное сырье то же, что и в предыдущем примере.

Условия электрохимической обработки: концентрация раствора 1% плотность тока 450 A/м². Соотношение растительного масла и раствора электролита 1:2. После ЭХО кислотное число растительного масла 1,2 _мгKOH/г, цвет оранжево-желтый, запах, свойственный данному виду продукта.

Пример 8. Исходное сырье то же, что и в предыдущем примере.

Условия электрохимической обработки: концентрация раствора 1% плотность тока 550 A/м², соотношение масла и раствора электролита - 1:3. После ЭХО масло темно-желтого цвета, с запахом, свойственным данному виду продукта. Кислотное число 0,14 _мгKOH/г.

Пример 9. Исходное сырье медицинский жир с содержанием хлорорганических пестицидов.

Условия электрохимической обработки: концентрация раствора NaCl 3% Плотность тока 900 A/м², соотношение жира и раствора электролита - 1:1 (табл. 1).

Пример 10. Исходное сырье медицинский жир.

Условия обработки: концентрация раствора NaCl 3% соотношение жира и раствора NaCl 1:5. Плотность тока 700 A/м² (табл. 2).

Пример 11. Исходное сырье технический животный жир 2-го сорта с кислотным числом 25 _мгKOH/г, темно-коричневого цвета, с неприятным прогорклым запахом.

Условия электрообработки: раствор электролита NaCl 5% концентрации, соотношение жира и электролита 1:1, плотность тока 800 A/м². После электрообработки жир в расплавленном состоянии кремового цвета, прозрачный, кислотное число 1,8 _мгKOH/г. Запах, свойственный ветеринарному жиру.

Пример 12. Исходное сырье технический животный жир 1-го сорта, коричневого цвета с неприятным прогорклым запахом. Кислотное число 10 _мгKOH/г.

Условия электрообработки: раствор электролита NaCl 3% концентрации, соотношение жира и раствора 1:1, плотность тока 580 A/м². После электрохимической обработки жир светлого цвета, с запахом, свойственным пищевому жиру, кислотное число 0,7 _мгKOH/г.

Примеры показывают универсальность способа очистки жира и целесообразность его промышленного использования, в т. ч. создание малых и средних производств, а также передвижных очистных комплексов, включая установки модульного исполнения.

Формула изобретения

1. Способ очистки жира, включающий смешивание его с раствором электролита, электрообработку исходной смеси и последующее разделение фаз, отличающийся тем, что определяют исходное число необработанного жира, устанавливают заданное кислотное число очищенного продукта и в зависимости от величин этих кислотных чисел определяют плотность тока, концентрацию и количество электролита, а электрообработку осуществляют постоянным током путем непрерывного пропускания потока исходной смеси через катодную камеру двухкамерного проточного электролизера.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соотношение жир раствор электролита выбирают преимущественно в диапазоне 1 0,5 1 5, а 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 электролита выбирают преимущественно в диапазоне 1,0 10,0 мас.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что смешивание жира с раствором электролита осуществляют предварительно в отдельной емкости, а процесс перемешивания ведут до образования стойкой однородной эмульсии, например, c помощью механического смесителя и/или эмульсатора.

4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что смешивание жира с раствором электролита осуществляют непосредственно на входе в катодную камеру.

5. Способ по пп. 1 4, отличающийся тем, что скорость потока исходной смеси выбирают таким образом, чтобы на выходе из катодной камеры окраска последнего имела однотонный желтый цвет.

6. Способ по пп. 1 5, отличающийся тем, что в качестве очищаемого сырья используют твердый жир, например, животного происхождения, а его смешивание осуществляют в расплавленном состоянии с нагретым до температуры не ниже температуры плавления жира электролитом, при этом приготовление, пропускание исходной смеси через катодную камеру и разделение фаз осуществляют при поддержании температуры не ниже упомянутой, преимущественно в диапазоне 40 - 60^oС.

7. Способ по пп. 1 6, отличающийся тем, что регулирование температуры процесса осуществляют путем изменения концентрации электролита и его количества в исходной смеси на стадии процесса перемешивания.

8. Способ по пп. 1 7, отличающийся тем, что в качестве анолита используют раствор электролита, предназначенный для изготовления исходной смеси.

РИСУНКИ

Рисунок 1