CC BY
71
ро-
665.335.9
цч-
!ем
оя.
еи-
(ЛЯ
ол-
)%
1ТО
ли-: с иа-%, ло-
ме-
ва-
ме-
шт 1 в
НЕДОСТАТКИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ СЕМЯН ХЛОПЧАТНИКА
цео-
(уз-
За-
ши-
1.А.
вых аог-3 с. ana, - Р.
ога-
1ГИЯ
М.:
А.Т. ИЛЬЯСОВ, Д.З. ВАХАБОВА, А.Ж. ЕРКАРИЕВ, P.M. УРАКОВ, С.Р. ПУЛАТОВА, В.В. КЛЮЧКИН
Ташкентский химико-технологический институт Всероссийский научно-исследовательский институт жиров
Техническая оснащенность и направленность работы маслодобывающих предприятий Узбекистана ориентирована на переработку семян хлопчатника. История развития применяемой технологии охватывает период в 80-90 лет. С 1940-х гг. на основе многочисленных исследовательских работ по экстракции масла в батарейных, а затем в шнековых экстракторах был внедрен метод переработки семян по способу форпрессование—экстракция [1, 2], основанному на применении технологического режима максимального связывания гос-сипола с веществами гелевой части семян, содержащими аминный азот. Эта технология применяется до настоящего времени и не претерпела существенных изменений в режимах проведения основных технологических процессов, хотя значительно расширился и улучшился парк эксплуатируемого оборудования и уровень автоматизации производства. Промышленная технологическая схема стабильна в достижениях глубокого извлечения масла (масличность шрота не более 1,5%) удовлетворительного качества и кормового шрота с содержанием токсичного вещества — свободного госсипола не более 0,02%, что ограничивает его использование в животноводстве и птицеводстве из-за возможных токсичных проявлений.
Основной недостаток существующей технологии состоит в неполном решении проблемы обезвреживания свободного госсипола в шроте. При ’’влажном” жарении мятки госсипол вступает во взаимодействие со свободными аминокислотами, белками и фосфолипидами. Реакция протекает с участием альдегидных групп свободного госсипола и аминогрупп указанных веществ. Образуются основания Шиффа, так называемый связанный госсипол. Проведенные в этой области работы [3~5] раскрыли механизм протекающих физикохимических процессов и установили, что основным их недостатком является образование связанного госсипола, при котором часть таких ценных для питания соединений, как свободные аминокислоты, белки и фосфолипиды, вступая во взаимодействие с госсиполом, приобретает разную степень токсичности. При этом из-за значительной денатурации белков теряются незаменимые аминокислоты: метионин на 30 и лизин на 22% [6]. В целом ухудшается кормовое качество хлопкового шрота и теряется госсипол как самостоятельный продукт, эффективно используемый в технике и медицине [5].
Ранее были проведены крупные исследования по другому варианту технологии с максимальным переводом госсипола в масло и мисцеллу. Были созданы умеренные условия ’’сухого” жарения (температура до 90°С), при которых до 75% госсипола, содержащегося в мятке, переходит в извлекаемое масло и получается шрот с низким содержанием свободного госсипола (около 0,01%), при-
годныи для широкого использования в животноводстве и птицеводстве. Однако эта технология связана с рядом недостатков. Во-первых, снижается производительность технологической схемы и степень извлечения наиболее ценного, идущего на пищевые цели без дезодорации, прессового масла. Во-вторых, увеличиваются потери масла вследствие повышения масличности шрота. В-третьих, выведение госсипола из масла, возможное при этих условиях только с помощью антраниловой кислоты, приводит к повышению потерь масла.
В настоящее время сформировались три основных научных направления повышения эффективности промышленной переработки семян хлопчатника: предотвращение взаимодействия госсипола с белковыми веществами и фосфолипидами путем применения для увлажнения мятки раствора ами-носоединения — карбамида, который по принципу более высокой химической активности (конкуренции) вступает во взаимодействие с госсиполом и обезвреживает его [7, 8]; обеспечение максимального растворения госсипола в масле за счет обмас-ливания хлопковой мятки рафинированным маслом, взятым в количестве 4-6% от массы мятки [9]; выведение госсиполовых железок из тонко измельченной глубоковысушенной мятки, суспендированной в гексане или экстракционном бензине [10, 11].
Нами проведены исследования по сравнительной оценке способов переработки хлопковой мятки из семян I и II сорта, характеризующейся следующими показателями:
Масличность, % от абс. СВ Влажность, %
Лузжистость, % Содержание, % от абс. СВ, обезжиренного: свободного госсипола связанного госсипола общего госсипола сырого протеина растворимого белка
31,1-32,0 8,4-8,9. 16,0-16,6
0,677-0,693
0,095-0,117
0,772-0,810
42,9-43,4
80,0-82,6
Мятку и продукты ее переработки анализировали с применением общепринятых методов [12].
Применение карбамида в технологии переработки хлопковой мятки обосновывается следующими факторами [7, 8]. Во-первых, карбамид содержит две реакционноспособные аминогруппы, в связи с чем подобно свободным аминокислотам, белкам и фосфатидам может вступать в химическое взаимодействие с альдегидными группами свободного госсипола с образованием малотоксичных соединений (оснований Шиффа) [5]. Во-вторых, карбамид, вырабатываемый в Узбекистане, дешев, а также не обладает выраженной токсичностью, в связи с чем применим для связывания госсипола. В-третьих, его широко используют в животноводстве для обогащения кормов в количестве 3-5% для восполнения дефицита сырого протеина [13]. Полученные показатели сырых и рафинированных масел представлены в табл. 1.
Таблица 1
Показатели масел , Форпрессовое масло Экстракционное масло
контрольное основное контрольное основное
Сырое масло
К.ч. мг КОН 3,23-3,27 2,69-2,77 3,80-3,88
Цветность в 1 см кювете при 35 желтых, кр. ед. 39-41 28-30 50-53 42-44
Влажность, % 0,34-0,37 0,35-0,37 0,29-0,30 0,27-0,29
Содержание свободного госсипола, % 0,366-0,303 0,125-0,135 0,381-0.387 0,113-0,120
Рафинированное масло
Выход, % 89,7-90,7 91,2-91,9 88,0—88,4 89,6-90,0
Цветность в 13,5 см кювете при 35 желтых, кр. ед. 10-11 7-8 14-15 9-10
К.ч., мг КОН ■ 0,14-0,18 0,09-0,13 0,13-0,16 0,14
Влажность, % 0,09-0,11 0,10-0,11 0,13-0,16 0,11-0,13
Примечание. Условия щелочной рафинации форпрессового и экстракционного масел: концентрация щелочи 220 и 250 г/л, расход каустической соды 10 и 12 кг/т.
Результаты показывают, что карбамидная обработка хлопковой мятки и ее последующая переработка приводят к облагораживанию состава извлекаемого масла. По сравнению с контрольным у опытных масел снижается кислотное число К.ч. и цветность. Кислотное число уменьшается вследствие образования клатратных соединений мочевины с насыщенными жирными кислотами, которые нерастворимы в масле и мисцелле, благодаря чему переходят в состав шрота. Осветление масла происходит вследствие образования нерастворимых в масле и мисцелле соединений карбамида со свободными и некоторыми темноокрашенными производными госсипола. Улучшение показателей форпрессового и экстракционного масел приводит к повышению эффекта щелочной рафинации, а именно к увеличению выхода и снижению цветности рафинированного масла.
Показатели хлопковых шротов, представленные в табл. 2, свидетельствуют о глубоком обезвреживании госсипола карбамидом в опытных образцах. Получается шрот с весьма низким содержанием свободного госсипола — менее 0,01%. По сравнению с контрольным опытный шрот имеет и лучшее кормовое качество, так как содержит в большем количестве общий азот в условном пересчете на сырой протеин и растворимые фракции белков, особенно наиболее ценную — водорастворимую. Это связано с тем, что в состав шрота переходят избыточный карбамид, его соединения со свободными насыщенными жирными кислотами (клатра-ты), свободным госсиполом и некоторыми темноокрашенными производными госсипола. Качество шрота также улучшается вследствие предотвращения взаимодействия белков и фосфатидов, содержащихся в нем, со свободным госсиполом, который по принципу конкуренции преимущественно взаимодействует с химически активным карбамидом, имеющим две реакционноспособные аминогруппы. В результате образуются малотоксичные соединения — моно- и дикарбамидгоссипол [8].
Способ максимального растворения госсипола в масле основан на учете недостатков известной технологии [5]. Нами было предложено перед жа-
рением обмасливать мятку 2-6% рафинированного масла и затем перерабатывать ее по методу форпрессование—экстракция [9]. Установлено, что оптимальный расход рафинированного масла на обмасливание мятки составляет 4-6%.
Таблица 2
Содержание в шроте, % от абс. СВ, обезжиренного
Хлопковый шрот
контрольный
Масло 1,5-1,7 1,4-1,5
Влага 9,1-9,3 9,3-9,5
Сырой протеин 42,3-42,9 44,0-44,4
Свободный госсипол 0,019-0,024 0,007-0,009
Связанный госсипол 0,505-0,509 0,251-0,261
Растворимый белок, % от сырого протеина:
водорастворимый 13,0-13,5 16,6-18,0
солерастворимый 23,2-25,4 27,0-28,8
щелочерастворимый 10,7-11,2 13,1-14,1
Сумма 46,9-50,1 59,7-60,9
С учетом физико-химических изменений, происходящих в мятке при жарении, мы обнаружили условия, обеспечивающие усиление растворения госсипола в обмасленной мятке, что было связано с необходимостью максимального разрушения гос-сиполовых железок (прием ноу хау). Результаты исследования масел и шрота представлены в табл. 3 и 4.
Известен также способ выведения неразрушенных госсиполовых железок из высушенного тонко-измельченного хлопкового ядра, которое суспендируется в гексане или экстракционном бензине, а затем полученная суспензия фракционируется в ’’жидком циклоне” [10] или в гравитационном поле [11] на обезгоссиполенную белковую муку и гос-
Таблица 3
Показатели масел Форпрессовое масло Экстракционное масло
контрольное основное основное с приемом ноу хау контрольное основное основное с приемом ноу хау
К.ч., мг КОН 3,29-3,33 2,40-2,47 Сырое 2,31-2,39 масло 3,84-3,88 3,34-3,44 3,29-3,35
Цветность в 1 см кювете при 35 желтых, кр. ед. 40-42 34-37 32-34 53-55 49-50 46-48
Влажность, % 0,36-0,38 0,29-0,30 0,30-0,32 0,30-0,31 0,29-0,30 0,30-0,32
Содержание свободного госсипола, % от массы масла 0,349-0,361 0,405-0,411 0,420-0,426 0,368-0,372 0,380-0,390 0,382-0,389
Выход, % 89,3-89,6 91,4-92,0 Рафинированное масло . 91,8-92,8 87,7-88,5 88,3-88,6 88,5-88,9
Цветность в 13,5 см кювете при 35 желтых, кр. ед. 9,5-10,0 8,0-8,5 8,0-8,3 14-16 12-13 12-13
К.ч., мг КОН 0,15-0,17 0,16-0,17 0,13-0,15 0,10-0,14 0,10-0,12 0,13-0,15
Влажность, % 0,11-0,13 0,08-0,10 0,09-0,12 0,10-0,12 0,09-0,11 0,12-0,14
Примечание. Условия щелочной рафинации аналогичны табл. 1.
сиполсодержащую фракцию. Этот способ интересен с теоретической точки зрения. Преследуется цель удаления из перерабатываемого хлопкомаслосодержащего материала целых госсиполовых железок. Предотвращается перераспределение госсипо-ла между гелевой и масляной частями мятки, ухудшающее качество получаемых сырого масла и шрота.
Таблица 4
Содержание в шроте, % от абс. СВ, обезжиренного Хлопковый шрот
контроль- ный основной основной с приемом ноу хау
Масло 1,5-1,6 1,3-1,5 1,3-1,4
Влага 9,5-9,8 9,0-9,3 9,1-9,3
Сырой протеин 42,5-42,7 42,3-42,6 42,5-43,0
Свободный госсипол 0,017-0,021 0,007-0,009 0,004-0,007
Связанный госсипол 0,496-0,510 0,170-0,182 0,163-0,170
Растворимый белок, % от сырого протеина:
водорастворимый 12,7-14,0 12,7-13,0 13,4-13,7
солерастворимый 23,1-24,8 23,6-24,6 23,5-24,1
щелочераствори- мый 10,0-11,5 11,6-12,2 11,3-12,0
Сумма 45.7-50,3 47,9-49,4 48,2-49,8
Однако до настоящего времени, несмотря на предпринимаемые усилия, внедрение этого способа остается весьма проблематичным вследствие ряда недостатков: высокого расхода растворителя, ведущего, с одной стороны, к повышению пожароопасности производства, а с другой — к получению низкоконцентрированной мисцеллы; а также по-
лучения госсиполовой и белковой фракций мятки, отгонка бензина из которых требует значительных энергетических затрат. Кроме того, требует решения задача сушки ядра до низкой влажности 2-3% и его тонкого измельчения. В измельченном материале непременно должно содержаться до 80-100% прохода через сито диаметром 0,25 мм. Только в этом случае можно получить белковую муку с содержанием свободного госсипола не более
0.02.. В целом описанная технология требует серьезной доработки с точки зрения ее приемлемости для промышленного внедрения.
Таким образом, рассмотренные технологии переработки семян хлопчатника в той или иной степени связаны с определенными недостатками и конкурируют между собой. По-видимому, при создании научной основы для реализации технологии комплексной переработки семян следует учесть два основных обстоятельства. Первое состоит в необходимости достижения максимального перевода госсипола в масло и мисцеллу, а второе — в глубоком обезвреживании остаточных количеств госсипола, содержащегося в перерабатываемом материале, специально выбранными реагентами, например карбамидом. Это позволит повысить эффективность переработки семян хлопчатника.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гавриленко И.В., Кейнов П.Н. Форпрессование и экстракция хлопковых семян // Маслобоино-жировое дело. — 1930. — № 7, 8. — С. 7-17.
2. Гавриленко И.В. Разработка и совершенствование технологии маслоэкстракционного производства: Докл. по сово-куп. вып. работ ... д-ра техн. наук. — Ташкент, 1965. — 77 с.
3. Ржехин В.П. Взаимодействие госсипола с белковыми веществами и свободными аминокислотами // Маслобой-но-жировая пром-сть. — 1957. — № 9. — С. 6-9.
4. Ржехин В.П., Преображенская И.С. Взаимодействие фосфатидов с госсиполом / / Тр. ВНИИЖ. — 1961. — Вып. XXI. — С. 13.
5. Маркман А.Л., Ржехин В.П. Госсипол и его производные. — М.: Пишевая пром-сть, 1965. — 244 с.
ИЗПТХ
6. Максимальное выведение госсипола в масло и мисцеллу в ходе прессования и экстракции на существующем оборудовании / В.П. Ржехин, Я.А. Конева, С.Т. Борщев и др. // Тр. ВНИИЖ. — 1963. — Вып. XXIV. — С. 5-18.
7. Карбамидный способ обработки хлопкового масла / А.Т. Ильясов, В. Пак, А.Н. Мирзаев и др. // Пищевая пром-сть. — 1991. — № 7. — С. 22-23.
8. Ильясов А.Т. Совершенствование технологии переработки хлопковых семян и рафинации масла: Автореф. дис. ... д-ра техн. наук. — Спб., 1997. — 42 с.
9. Увеличение выработки пищевого рафинированного масла и низкогоссипольного шрота / А.Т. Ильясов, М.Н. Исаев,
B. Пак и др. // Пищевая пром-сть, — 1992. — № 9, —
C.13-14.
10. Vix H.L., Spadaro J.J., Westbrook P.D. // J. Amer. Oil Soc. — 1947. — 24. — № 7. — P. 228-236.
11. A.c. 721471 СССР, МКИ С 11 В 1/10. Способ переработки хлопковых семян / М.А. Рахимджанов, P.M. Мирзакари-мов, А.И. Иногамов, М. Турсунов, А.Т. Ильясов. — Опубл. в Б.И. — 1980. — № 10.
12. Руководство по методам исследования, технохимическому контролю и учету производства в масло-жировой промышленности. Т. 2. / Под общ. ред. В.П. Ржехина и А.Г. Сергеева. — Л.: Изд-во ВНИИЖ, 1967.
13. Эрнст Л., Зельнер В. Резервы белковых кормов / / Корма. — 1974. — № 5. — С. 3-6.
Поступила 07.04.99 г.
664.292.002.612
СВЯЗЫВАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ПЕКТИНОВ ПО ОТНОШЕНИЮ К СВИНЦУ И НИКЕЛЮ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ЗНАЧЕНИЯХ pH
Т.Б. ПОЧИНОК, Е.В. КОТЕЛЬНИКОВА,
О.П. МИРОНОВА
Кубанский государственный университет
Пектины — пищевые добавки природного происхождения — приобрели особую значимость после открытия их способности выводить из организма человека ионы тяжелых металлов. Связывающая способность пектинов исследовалась многими авторами, однако данные по влиянию pH на это важнейшее свойство пектинов либо недостаточно подробны, либо противоречат друг другу [1-4].
Таблица I
Характеристики пектина Яблочный, % Кисличный, % Свекловичный, %
Влажность 14,4 ±0,12 13,6±0,10 14,2±0,12
Свободные карбоксильные группы 4,80+0,11 4,95±0,14 6,00±0,11
Балластные вещества 13,30±0,12 10,44+0,12 16,05+0,14
Метоксилированные карбоксильные группы 16,65±0.15 15,84±0,14 13,80±0,12
Этерифицированные карбоксильные группы 17,51 ±0,14 16,60±0,15 15,47+0,11
Степень этерификации 77,62±0,12 76,19±0,15 69,69±0,12
Метоксильные группы 11,47+0,14 10,91+0,14 9,51+0,12
Ацетильные группы 0,86±0,14 0,76+0,14 0,67±0,12
То же в пересчете на вещество пектина 0,61 ±0,05 0,62±0,05 0,59+0,07
Содержание пектина:
в исходном непромытом порошке 80,38±0,21 80,09±0,21 74,53±0,18
в промытом порошке 92,71 ±0,21 89,43+0,21 88,78±0,18
ныи и свекловичный пектины, а также кисличныи пектин, полученный по методике [5]. Данные экспериментального исследования основных параметров пектинов по методикам [6] приведены в табл. 1.
Для изучения влияния pH на связывающую способность к 20 мл раствора пектина прибавляли 2 мл 0,1 М раствора хлорида никеля или нитрата свинца, 38 мл дистиллированной воды и доводили величину pH до определенного значения при помощи щелочи (ЫаОН) или кислоты (НЫ03), после чего встряхивали полученные смеси на лабораторном встряхивателе 20 мин. Смеси центрифугировали определяли содержание металла в центрифу-гате [7] и рассчитывали связывающую способность и степень связывания пектинов. Результаты определений приведены в табл. 2.
4
Нами изучено влияние pH в широком диапазоне значений на связывающую способность различных видов пектинов по отношению к свинцу и никелю. Использовали промышленно полученные яблоч-
Рис. I
I
