CC BY
16
УДК 665.342.5
Хвойные бореальной зоны. 2022. Т. XL, № 5. С. 444-449
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕДРОВОГО МАСЛА
В. Н. Невзоров, Ж. А. Кох, И. В. Мацкевич, В. Н. Холопов
Красноярский государственный аграрный университет Российская Федерация, 660049, г. Красноярск, просп. Мира, 90 E-mail: jannetta-83@mail.ru
Кедровое масло, широко используется в питании жителями Сибири и Дальнего Востока, служит источником комплекса полиненасыщенных жирных кислот семейства т- 3 и 6. Кедровое жирное масло является конечным продуктом процесса прессования и в тоже время может являться сырьём для других производств. Установлено, что разработанная технология двухэтапного холодного прессования кедрового ореха обеспечивает увеличение выхода кедрового масла и составляет 27,87 %. Проведен сравнительный анализ физико-химических показателей жирного кедрового масла, полученного холодным способом двукратным прессованием и установлено, что полученное жирное кедровое масло соответствует требованиям нормативной документации и обеспечивает увеличение общего выхода кедрового масла по сравнению с общепринятой технологии на 16,87 % и обосновывает использование двухэтапного холодного прессования на базе нового технологического оборудования с использованием шнекового и гидравлического прессов.
Ключевые слова: технология, оборудование, кедровый орех, жирное кедровое масло, холодный отжим, двухэтапное холодное прессование.
Conifers of the boreal area. 2022, Vol. XL, No. 5, P. 444-449
IMPROVEMENT OF TECHNOLOGY AND EQUIPMENT CEDAR OIL PRODUCTION
V. N. Nevzorov, Zh. A. Ko^, I. V. Matskevich, V. N. Kholopov
Krasnoyarsk State Agrarian University, 90, Mira prospekt, Krasnoyarsk, 660049, Russian Federation E-mail: imatskevichv@mail.ru
Cedar oil, widely used in the diet of the inhabitants of Siberia and the Far East, is a source of a complex of polyunsaturated fatty acids of the m- 3 and 6 family. Cedar fatty oil is the final product of the pressing process and at the same time can be a raw material for other productions. It has been established that the developed technology of two-stage cold pressing of cedar nut provides an increase in the yield of cedar oil and amounts to 27.87 %. The comparative analysis of physico-chemical parameters of fatty cedar oil obtained by cold pressing by two-stage method has been carried out. It has established that the obtained fatty cedar oil meets the requirements of normative documentation and provides an increase in the total yield of cedar oil in comparison with the conventional technology by 16.87 % and substantiates the use of two-stage cold pressing based on new technological equipment with the use of screw and hydraulic presses.
Keywords: technology, equipment, cedar nut, fatty cedar oil, cold pressing, two-step cold pressing.
ВВЕДЕНИЕ
Кедровое масло производится из ядер кедрового ореха и относится к жирным маслам получаемое различными методами, в том числе методом холодного отжима. Для производства кедрового жирного масла используются орехи, извлекаемые из шишек сосны (семейство Ртасеае, Ртив род), с 29 известными в настоящее время съедобными видами. Продукция, получаемая из кедрового ореха, широко применяется в настоящее время в фармацевтической, косметической и пищевой промышленностях. Основным компонентом ядер кедровых орехов являются липиды, среднее содержание которых составляет от 56 до 63 %
(в пересчёте на абсолютно сухое вещество), что сопоставимо с содержанием масла в высокомасличных растениях (подсолнечник, арахис, масличная пальма) и орехоплодных (грецкий орех, фундук, фисташка). Остальная часть состоит из воды, растворимых углеводов, минеральных веществ, таких как калий, фосфор и магний. Хотя его обычно называют «орехом», на самом деле он принадлежит к классу «семян», поскольку содержит съедобную часть (зародыш), окруженную твердой оболочкой [1-5].
При хранении кедрового ореха в скорлупе, он может храниться в течение длительного времени без каких-либо повреждений при регламентируемой
температуре и влажности, без скорлупы орехи быстро портятся и прогоркают. Скорлупа кедровых орехов является очень подходящим сырьем для производства пористого углерода благодаря содержанию в ней лигнина и целлюлозы до 40 %, низкой зольности, высокой твердости и содержанию связанного углерода. Липидный комплекс ядер семян сосны кедровой сибирской представлен запасными и структурными ли-пидами, который представлены в табл. 1 [2; 7].
Таблица 1
Фракционный состав липидов кедровых орехов
Фракция липидов Массовая доля, % на 100 г жира
Триглицериды 78,8
Диглицериды 2,7
Моноглицериды 2,1
Фосфолипиды 6,5
Свободные жирные кислоты 1,1
Стерины 3,7
Тритерпеновые спирты 2,1
Неиндентифицированные фракции 3,1
Анализ табл. 1 показывает, что липиды кедрового ореха в основном представлены триглициридами 78,8 % и фософолипидами 6,5 %.
Масло кедрового ореха в основном состоит из ненасыщенных жирных кислот, таких как пальмитиновая кислота, стеариновая кислота, олеиновая кислота, линолевая кислота, эйкозановая кислота и линолено-вая кислота. Линоленовая кислота известна как активное соединение или эталонный материал кедрового масла. Линолевая кислота является наиболее распространенной жирной кислотой в диапазоне 40-60 % от общего количества жирных кислот и преобладающей полиненасыщенной жирной кислотой в кедровом масле. Жирнокислотный состав масла, наряду с фракционным составом, является показателем, отражающим степень биологической ценности продукта. Жирнокислотный состав кедрового масла представлен в табл. 2 [2; 6; 8].
Таблица 2
Жирнокислотный состав кедрового масла
Кислота Массовая доля, %
Насыщенные, в том числе: 7,70
Пальмитиновая 4,25
Стеариновая 2,95
Мононенасыщенные, в том числе: 24,40
Олеиновая 22,70
Полиненасыщенные, в том числе: 67,90
Линолевая 46,10
а-Линоленовая 0,23
у-Линоленовая 20,10
Анализ табл. 2 показывает что, жирнокислотный состав кедрового масла представлен суммарным составом полиненасыщенных жирных кислот (67,90 %), мононенасыщенных жирных кислот (24,40 %) и на-
сыщенных жирных кислот (7,70 %). Степень проявления биологической активности кедрового масла напрямую зависит от количества индивидуальных ПНЖК, фосфолипидов, токоферолов, стеринов. Характерное сочетание эссенциальных и биологически активных веществ в кедровом масле открывает широкие перспективы его использования. Учитывая промышленный объем содержания жирного масла в кедровом орехе и его широкое применение в настоящее время, были проведены научные исследования по увеличению объемов выхода кедрового жирного масла по ресурсосберегающей технологии на малогабаритном оборудовании в отдаленных местах по месту произрастания растительного сырья. Кедровое масло, широко используемое в питании жителями Сибири и Дальнего Востока, служит источником комплекса полиненасыщенных жирных кислот семейства омега 6 - линолевой и линоленовой. Эта кислота обнаружена только в кедровых орехах, и её наличие служит показателем подлинности масла [4, 8, 9].
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования являются семена Ртив $1Ътса (кедровые орехи). Семена сосны кедровой сибирской представляют собой бескрылые, коричневого цвета, разных оттенков орешки, имеющих различную форму (круглая, удлинённая, яйцевидная и др.). Орешки имеют толстую твёрдую роговидную внешнюю плодовую оболочку (скорлупу или лузгу) и тонкую внутреннюю оболочку (плёнку), которая окружает белое маслянистое ядро, внутри которого находится зародыш и эндосперм.
Целью работы является совершенствование технологии производства жирного масла из ядра кедрового ореха с использованием нового технологического оборудования для двухэтапного холодного прессования.
В результате поставленной цели решались следующие задачи исследования:
1. Совершенствование технологии двухэтапного холодного прессования кедрового ореха для увеличения выхода кедрового масла.
2. Разработка нового технологического оборудования для холодного прессования ядер кедрового ореха с использованием шнекового и гидравлического прессов.
3. Проведение экспериментальных работ и обработка полученных результатов исследований по совершенствованной технологии двухэтапного холодного прессования.
Последовательность методов исследования объемов выхода по разработанной технологии комплексной переработки кедрового ореха с получением жирного кедрового масла представлена на рис. 1.
Метод практической реализации производственного цикла, представленный на рис. 1 реализован путем разработки нового технологического оборудования, кинематическая схема которого приведена на рис. 2, интеллектуальная собственность которой защищена патентом Российской Федерации № 192240
и1 [10].
Рис. 1. Схема производственного цикла производства жирного кедрового масла
Рис. 2. Кинематическая схема установки для холодного прессования ядра кедрового ореха
Кинематическая схема установки для холодного прессования ядра кедрового ореха состоит из гидромотора 1, соединенного валом 2 с гидрораспределителем 3, установленным на приводном валу 4 шнека 5. Шнек 5 установлен в опоре 6 корпуса 7 и имеет винтовую навивку 8. На корпусе 7 установлен загрузочный бункер 9 для загрузки масличного сырья, и корпус 7 неподвижно соединен с корпусом первичного прессования 10, в котором установлено решето 11 с отверстиями 12, и выполнен канал 13 для выхода масла через патрубок 14 в маслосборник 15. На выходе из корпуса первичного прессования 10 для создания давления в камере первичного прессования 16 установ-
лено сменное запорное кольцо 17 с отверстиями 18. Корпус первичного прессования 10 неподвижно соединен с корпусом вторичного прессования 19, в верхней части которого установлен конусообразный плунжер 20 соединенный штоком 21 через опорную пяту 22 со штоком 23 гидроцилиндра 24. Между корпусом вторичного прессования 19 и опорной пятой 22 установлена пружина растяжения 25. Нижняя часть корпуса вторичного прессования 19 выполнена в форме конуса 26, в стенках которого установлено решето 27 с отверстиями 28 для выхода масла по каналу 29 через патрубок 30 в маслосборник 31, а для выхода жмыха в нижней части конуса 26 выполнено отвер-
стие 32 с установленным регулировочным механизмом 33. Процесс извлечения жирного кедрового масла холодного отжима на опытном образце универсального масло-пресса происходит в соответствии с разработанной технологией двухэтапного холодного прессования.
Повышение производительности и улучшение качества отжима жирного кедрового масла достигается за счет конструкции устройства, корпус с загрузочным бункером для сырья и корпус первичного прессования, соединенный с корпусом вторичного прессования отверстием для прохода жмыха. В корпусе первичного прессования установлен шнек и решето с отверстиями для выхода масла через масляный канал по патрубку в маслосборник. В корпусе вторичного прессования установлен конусный плунжер, соединенный с гидроцилиндром. Корпус вторичного прессования в нижней части выполнен конусообразным и имеет решето с отверстиями и масляный канал для выхода масла в маслосборник. Для регулирования степени сжатия жмыха и отжима масла в корпусе вторичного прессования установлено регулировочное устройство.
Определение кислотного числа проводили согласно ГОСТ 31933-2012 «Масла растительные. Методы определения кислотного числа» [11]. Определение кислотного числа заключается в титровании навески жира (растворённой в нейтрализованной смеси спирта с диэтиловым эфиром) спиртовым или водным раствором гидроксида калия в присутствии фенолфталеина. Органолептические показатели масла определяли согласно ГОСТ 5472-50 «Масла растительные. Определение запаха, цвета и прозрачности» [12].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
На основании полученных результатов проведенных экспериментальных исследований по изучению метода холодного прессования ядер кедрового ореха с использованием совершенствованной технологии двухэтапного прессования кедрового ореха и разработка нового технологического оборудования для холодного прессования ядер кедрового ореха с использованием шнекового и гидравлического прессов было определено, что вид прессующего устройства
влияет на выход кедрового масла. В основу технологии двукратного прессования холодным способом положено использование двух ступеней прессования. Материал перерабатывается в максимально щадящем режиме, поэтому полученное жирное кедровое масло обладает всеми свойствами масла холодного отжима. Выход жирного кедрового масла первого отжима с использованием шнекового пресса из ядра кедрового ореха приведен в табл. 3.
После первого этапа холодного прессования образующийся в шнековом прессе жмых первого отжима по загрузочному желобу поступает в силовой цилиндр гидравлического пресса для второго этапа прессования. Работа гидравлической системы осуществляется при постепенном увеличении давления в системе и постепенном воздействии поршня гидравлического пресса на прессуемый жмых ядра кедрового ореха. Извлечение жирного кедрового масла начинается при давлении 7 МПа. Выход жирного кедрового масла при втором отжиме жмыха после первого отжима ядра кедрового ореха гидравлическим прессованием представлен в табл. 4.
По результатам анализа табл. 3 и 4 выход жирного кедрового масла первого отжима с использованием шнекового пресса ниже, чем выход кедрового масла после прохождения силового цилиндра гидравлического пресса. При переработке жмыха, полученного при работе прессующего шнека, наблюдается увеличение времени гидравлического воздействия на жмых и показателя конечного давления в гидросистеме. Увеличение выхода масла при переработке жмыха, полученного при работе прессующего шнека, обосновано меньшим количеством выхода масла при первом этапе прессования и повышенным содержанием масла в жмыхе.
Кедровое жирное масло является конечным продуктом процесса прессования и в тоже время может, является сырьём для других производств. В связи с этим необходимо знать органолептические и физико-химические характеристики масла, необходимые для проведения технологического процесса. В таблице 5 представлены физико-химические показатели полученного в ходе проведенного эксперимента жирного кедрового масла.
Таблица 3
Выход жирного кедрового масла первого отжима с использованием шнекового пресса из ядра кедрового ореха
Этапы отжима Количество ядра кедрового ореха, кг Выход масла, % Выход жмыха, % Температура, °С
масла жмыха
Первый отжим Переработка ядра кедрового ореха в шнековом прессе 100 10,75 89,25 38,9 53,4
Таблица 4
Выход жирного кедрового масла при втором отжиме жмыха первого отжима гидравлическим прессованием
Этапы отжима Количество Выход мас- Выход жмыха, Температура, °С
жмыха, кг ла, % % масла жмыха
Второй отжим Прессование жмыха в гидравлическом цилиндре 89,25 17,12 72,13 40,6 54,6
Таблица 5
Физико-химические показатели жирного кедрового масла
Физико-химические показатели Нерафинированное масло, холодное прессование
ОСТ 3670 С использованием совершенствованной технологии двухэтапного прессования
Первого отжима Второго отжима
Цвет светло-желтый светло-желтый золотисто-желтый
Запах и вкус Свойственный кедровому маслу холодного прессования, без посторонних запаха или вкуса, а также привкуса горечи Свойственный кедровому маслу холодного прессования, без посторонних запаха или вкуса, а также привкуса горечи
Прозрачность После отстаивания в течение 24 ч при температуре 20 °С масло должно быть прозрачным После отстаивания в течение 24 ч при температуре 20 °С масло прозрачное
Неомыляемые вещества, % не более 1 0,25
Показатель преломления (при 20 °С) 0,927-0,930 0,928 0,930
Кислотное число, мг КОН/г не более 1,0 0,7 0,9
Йодное число, % йода 148-165 149 152
Число омыления 188-194 190 191
Выход жирного кедрового масла, % 11 10,75 17,12
Анализ табл. 5 показывает что проведенный сравнительный анализ физико-химических показателей жирного кедрового масла полученных экспериментальных данных с данными приведенными в нормативной документации представленные в табл. 5, позволяет сделать вывод о том, что полученное холодным способом двукратным прессованием кедровое масло соответствует требованиям нормативной документации и обеспечивает увеличение общего выхода жирного кедрового масла на 16,87 % по сравнению с общепринятой технологией по извлечению жирного кедрового масла холодным способом прессовая.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проведенного исследования было установлено, что технология двухэтапного холодного прессования кедрового ореха разработана с использованием патента РФ № № 192240 Ш (Гидравлический пресс для масличного сырья), что обеспечивает увеличение выхода кедрового масла и составляет 27,87 %. Проведен сравнительный анализ физико-химических показателей жирного кедрового масла, полученного холодным способом двукратным прессованием, установлено, что полученное жирное кедровое масло соответствует требованиям нормативной документации и обеспечивает увеличение общего выхода кедрового масла по сравнению с общепринятой технологии на 16,87 % и обосновывает использование шнекового и гидравлического прессов, так как вид прессующего устройства влияет на выход кедрового масла.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ
1. Субботина М.А., Т Лобова.В. Совершенствование технологии подготовки кедровых орехов к извлечению масла // Масла и жиры. 2016. № 1-2. С. 28-30.
2. Субботина М.А. Биохимический состав и технологические свойства семян сосны сибирской. Кемерово, 2005. 140 с.
3. Судачкова Н.Е. Семена кедра сибирского. Новосибирск, 1985. 129 с.
4. Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 024/2011 «Технический регламент на масложиро-вую продукцию». Текст: непосредственный.
5. Забродина С. В., Гончаров Д. А., Ефремов А. А. Научные подходы к комплексной переработке недревесной продукции сосны сибирской (кедра) // Вестник КрасГАУ. 2006. № 10. С. 318-327.
6. Ефремов А. А., Ефремов Е. А. Инновационные продукты при комплексной переработке кедровой сосны сибирской // Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья : материалы VII Всероссийской конференции с международным участием, Барнаул, 24-28 апреля 2017 года. Барнаул : Алтайский государственный университет, 2017. С. 151-153.
7. Веревкин И. О., Долголюк И. В. Подготовка семян сосны сибирской кедровой к извлечению масла // Пищевые инновации и биотехнологии : сборник тезисов VIII Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Кемерово, 2527 мая 2020 года / под общ. ред. А. Ю. Просекова. Кемерово : Кемеровский государственный университет, 2020. С. 20-21.
8. Ефремов А. А., Мюнх С., Родионов Е. Т. Основные закономерности получения, физико-химические и потребительские свойства кедрового масла // Питание в профилактике социально-значимых заболеваний : Материалы Симпозиума с международным участием, Красноярск, 24-25 ноября 2009 года. Красноярск : Краснояр. гос. мед. ун-т им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого, 2009. С. 54-56.
9. Холопов В. Н., Невзоров В. Н., Лабзин В. А. Концепция машины для заготовки и транспортировки лесного недревесного растительного сырья // Хвойные бореальной зоны. 2013. Т. 31, № 1-2. С. 149-154.
10. Пат. 192240 Ш Российская Федерация. Гидравлический пресс для масличного сырья / В. Н. Нев-
зоров, В. Н. Холопов, И. В. Мацкевич, А. В. Коломейцев; заявл. 01.07.2019, опубл. 09.09.2019. 6 с.
11. ГОСТ 31933-2012 «Масла растительные. Методы определения кислотного числа». Текст : непосредственный.
12. ГОСТ 5472-50 «Масла растительные. Определение запаха, цвета и прозрачности». Текст : непосредственный.
REFERENCES
1. Subbotina M.A., Lobova T.V. Improvement of pine nuts preparation technology for oil extraction // Oils and Fats. 2016. № 1-2. С. 28-30.
2. Subbotina M.A. Biochemical composition and technological properties of Siberian pine seeds. Kemerovo, 2005. 140 с.
3. Sudachkova N.E. Seeds of Siberian pine. Novosibirsk, 1985. 129 с.
4. Technical Regulation of the Customs Union TR CU 024/2011 "Technical Regulations on Oil and Fat Products". Text: direct.
5. Zabrodina S. V., Goncharov D. A., Efremov A. A. Scientific approaches to integrated processing of non-timber products of Siberian pine (cedar) // Bulletin of Krasnoyarsk State Agrarian University. 2006. № 10. С. 318-327.
6. Efremov A. A., Efremov E. A. Innovative products in the complex processing of Siberian pine // New advances in chemistry and chemical technology of plant raw materials : materials of the VII All-Russian Conference with international participation, Barnaul,
April 24-28, 2017. Barnaul: Altai State University, 2017. С. 151-153.
7. Verevkin I. O., Dolgolyuk I. V. Preparation of Siberian cedar pine seeds for oil extraction // Food innovation and biotechnology : collection of theses of the VIII International Scientific Conference of students, graduate students and young scientists, Kemerovo, 25-27 May 2020 / Under general ed. by A. Prosekov. Kemerovo: Kemerovo State University, 2020. С. 20-21.
8. Efremov A. A., Muench S., Rodionov E. T. Basic regularities of obtaining, physical, chemical and consumer properties of cedar oil // Nutrition in the prevention of socially significant diseases : Proceedings of the Symposium with international participation, Krasnoyarsk, November 24-25, 2009. V.F. Voyno-Yasenetsky Krasnoyarsk: Krasnoyarsk State Medical University, 2009. С. 54-56.
9. Kholopov V. N., Nevzorov V. N., Labzin V. A. The concept of a machine for harvesting and transportation of forest non-timber plant raw materials // Coniferous boreal zone. 2013. Т. 31. № 1-2. С. 149-154.
10. Pat. 192240 U1 Russian Federation. Hydraulic press for oil-bearing raw material / V. N. Nevzorov, V. N. Kholopov, I. V. Matskevich, A. V. Kolomeitsev; Application. 01.07.2019, publ. 09.09.2019. 6 с.
11. GOST 31933-2012 "Vegetable oils. Methods of determination of the acid number". Text : direct.
12. GOST 5472-50 "Vegetable oils. Determination of odor, color and transparency". Text : direct.
© Невзоров В. Н., Кох Ж. А., Мацкевич И. В., Холопов В. Н., 2022
Поступила в редакцию 08.07.2022 Принята к печати 01.09.2022
