CC BY
88
УДК 664.143: 664.31: 582.998.2: 665.36
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ОБРУШИВАНИЯ ВЫСОКОМАСЛИЧНОГО ПОДСОЛНЕЧНИКА НА ПЕРЕХОД ВОСКОВ В МАСЛО
----------------□ □------------------
Досліджено вплив попередньої підготовки високоолійного насіння соняшника до обрушення на характеристики процесу обрушення та якісні показники олії. Визначено вплив умов процесу обрушення на перехід воску та воскоподібних речовин в соняшникову олію при прямій екстракції ядра. Встановлено параметри проведення процесу обрушення для отримання олії з мінімальним вмістом в ній воскоподібних речовин
Ключові слова: насіння соняшнику, умови обрушування, обрушування, лузга, соняшникова олія, воскоподібні речовини
□-------------------------------□
Исследовано влияние предварительной подготовки высокомасличных семян подсолнечника к обрушиванию на характеристики процесса обрушивания и качественные показатели масла. Определено влияние условий процесса обрушивания на переход восков и воскоподобных веществ в подсолнечное масло при прямой экстракции ядра. Установлены параметры проведения процесса обрушивания для получения масла с минимальным содержанием в нем воскоподобных веществ
Ключевые слова: семена подсолнечника, условия обрушивания, обрушивание, лузга, подсолнечное масло, воскоподобные вещества ----------------□ □------------------
1. Введение
При производстве масла из семян подсолнечника одной из основных задач является их качественное обрушивание с последующим разделением полученного продукта (рушанки).
Качество ядра зависит от того, насколько полным будет отделение оболочки подсолнечника (лузги) от ядра при получении товара:
- ядро для получения подсолнечного масла;
- ядро для изготовления кондитерских изделий. Кроме того, от этого зависит производительность
предприятия в целом и выход готового продукта.
2. Литературный обзор
Обрушивание семян подсолнечника считается удовлетворительным, если в рушанке содержится минимальное количество целых и недообрушенных семян, сечки (дробленого ядра), масличной пыли. По данным [1] лузжистость ядра рекомендуется поддерживать на прессовых заводах - до 10 %, на экстрак-
С. А. Тесленко
Аспирант* E-mail: [email protected] А. А. Нетреба Аспирант* E-mail: [email protected] Е. П. Врюкало* E-mail: [email protected] Г. В. Садовничий Генеральный директор ООО ИК «ПТ «Подсолнух» пер. Транспортный, 6 «Д», пгт. Песочин, Харьковская
область, Украина, 62416 E-mail: [email protected] Л. И. Перевалов Кандидат технических наук, профессор* *Кафедра технологии жиров и продуктов брожения Национальный технический институт «Харьковский политехнический институт» ул. Фрунзе, 21, Харьков, Украина, 61002
ционных - до 14 %, для производства кондитерских изделий - до 1 % [2].
Получить безлузговое ядро при обрушивании подсолнечника на существующих обрушивающих машинах за один проход невозможно [3]. Статистические данные по Украине за последние 5 лет показывают, что ядро для выделения масла поступает с лузжистостью 12 - 14 % и более, а для производства халвы и других кондитерских изделий, в которых заменяют орехи ядром подсолнечника, - 6 - 7 % [4].
Кроме того, при уменьшении количества лузги, при существующих технологических условиях (влаготепловая обработка мятки, прессование мезги), в масло переходит меньше сопутствующих веществ, таких как воскоподобные вещества, свободные жирные кислоты и т.д., что улучшает товарные и потребительские свойства масла.
Новые сорта и гибриды семян подсолнечника, полученные путем селекции, имеют высокое содержание масла, но при этом их физико-механические свойства ухудшились. Семена подсолнечника представляют собой довольно сложную систему взаимосвязи между отдельными морфологическими частями семянки, что
© С. Н. Тесленко, Н. Н. Нетреба, Е. П. Врюкало, Г. В. Садовничип, Л. И. Перевалов, 2014
Е
в свою очередь затрудняет ведение процесса отделения плодовой оболочки от ядра.
Как видно из табл. 1 [5], чем больше количество лузги содержится в перерабатываемом ядре, тем выше кислотное число масла, содержание продуктов окисления, неомыляемых и воскоподобных веществ.
Таблица 1
Влияние лузжистости ядра на качественные показатели подсолнечного масла
Показатели Лузжистость ядра, %
0 (ядро) 5 10 15 21,5 (семена) 100 (лузга)
Масличность образца, % 59,70 59,03 55,65 51,68 47,21 2,00
Содержание в масле, %: - неомыляемых веществ - продуктов окисления 0,41 0,36 1,66 0,48 1,77 0,55 1,80 0,61 1,85 0,68 10,52 1,80
Кислотное число масла, мг КОН/г 0,55 0,62 0,73 0,78 0,87 23,13
Перекисное число масла, У О ммоль/кг 0,06 - - - - 0,28
3. Постановка проблемы
Семена подсолнечника относят к основному масличному сырью Украины, из которого производят растительное масло и высокобелковые продукты. На качество данных продуктов влияют процессы, протекающие при их переработке. Одной из базовых и наиболее сложных проблем есть получение безлузгового ядра на стадии обрушивания и разделения рушанки. Существующие способы подготовки семян к обрушиванию не позволяют достичь высокие показатели проведения процесса. Нашей задачей являлось нахождение рациональных способов предварительной подготовки с целью получения качественных и количественных показателей обрушивания и качественных показателей получаемого масла.
4. Изучение проведения процесса обрушивания на его характеристики и качественные показатели масла
Одним из основных способов, обеспечивающих отделение оболочки от ядра, является процесс подготовки семян к обрушиванию, обрушивание, процесс разделения полученной рушанки. Выбор способа обрушивания зависит от ряда факторов, основным из которых являются физико-механические свойства семян и их морфологических частей.
Исследования по сравнению способов подготовки семян к обрушиванию проходили с использованием центробежной семенорушки-2Ихно [6]. Обрушивание происходит за счет однократного, направленного вдоль длинной оси семени, удара тупым или острым концом. Анализ полученной рушанки проводился согласно методике, описанной в работах [7, 8].
Объект исследований - гибридные семена высокомасличного подсолнечника «УкраинскийF1»•, фракции по толщине 3,2-3,4 мм. Начальные характеристики:
• масличность семян 51,80 %;
• влажность семян 6,31 %;
• влажность ядра 3,84 %;
• влажность лузги 9,75 %;
• лузжистость семян 27,95 %;
• ботаническая масличность лузги 2,14 %.
Подготовка семян к обрушиванию проводилась
тремя способами, для выбора наиболее эффективного с точки зрения получения высоких показателей обрушивания и низкого содержания восков и воскоподобных веществ в масле, полученном при прямой экстракции ядра.
Первый способ: подготовка семян к обрушиванию, принятая на большинстве заводов по производству подсолнечного масла. Семена поступают на обрушивание с влажностью 5-7 % [5, 9].
Второй способ: технология получения безлузго-вого ядра кондитерских семян, усовершенствованная на кафедре технологии жиров и продуктов брожения НТУ «ХПИ» профессором Н. П. Ихно. Семена предварительно калибруют на 4 - 5 фракций по толщине, подсушивают в сушилке кипящего слоя (120 - 180 с -влажность семян снижается с 6 - 7 % до 3 - 5 % и ниже) и охлаждают (60 - 90 с) до температуры 20 - 30 оС [10].
Третий способ: новая технология обрушивания семян подсолнечника. Семена калибруют (если необходимо дальнейшее более тщательное разделение ядра и лузги), сушат в сушилке кипящего слоя (если необходимо повысить температуру охлаждения), охлаждают до отрицательных температур и обрушивают при той же температуре [11, 12].
Результаты обрушивания приведены в табл. 2 и 3.
Из табл. 2 и 3 видно, что подготовка семян подсолнечника путем охлаждения перед обрушиванием дает более высокие результаты по степени обрушивания, чем предложенные два других, вплоть до 99 %. Результаты показывают, что этот способ также обеспечивает более высокий показатель по сохранности ядра: при первом - 0,891, втором - 0,901, третьем достигается 0,955, а это очень важно для кондитерской промышленности. Также при использовании охлаждения образуется меньшие количества сечки и масличной пыли, что важно, так как последняя в процессе переработки зачастую теряется на этапе разделения.
А это, в свою очередь, приводит к потерям производства из-за значительного содержания в ней ядра -до 99 %. Третий способ позволяет снизить замасливание лузги и получить масло с низким содержанием восков и воскоподобных веществ при дальне экстракции ядра. Из этого следует, что получаемое масло имеет более высокое качество. Так как повышенное содержание воска отрицательно влияет на товарный вид масла и поэтому не желателен.
3
Влияние способа подготовки семян перед обрушиванием на количественные показатели ведения процесса
Способ под- Температура Количество оборотов ротора семеноруш ки, с-1 Состав рушанки, %
готовки семян перед обрушиванием Влажность, % семян перед обрушиванием, оС Ядро целое Ядро дроблёное Це лые семена Недо обрушен ные семе на Сечка Лузга Маслич ная пыль
20,00 14,12 11,21 44,05 18,08 1,16 9,59 1,28
Первый способ 5-7 20 23,33 25,38 8,06 5,47 36,56 2,19 14,91 7,42
26,67 18,44 16,08 8,43 26,46 3,66 16,43 10,52
20,00 28,61 29,11 5,73 5,31 3,79 23,32 4,12
Второй способ 1-2 20 23,33 20,69 31,39 3,18 1,04 7,41 24,89 11,41
26,67 16,42 32,44 2,07 0,22 9,29 24,58 14,98
20,00 27,41 7,41 18,76 26,87 1,06 14,30 4,19
5-7 23,33 27,82 5,80 6,01 34,94 2,03 16,71 6,69
-10 26,67 34,18 11,72 4,45 19,66 3,02 18,52 8,46
20,00 36,64 24,16 4,63 4,13 2,66 24,29 3,51
1-2 23,33 46,37 19,67 1,14 2,22 2,48 23,79 6,56
Третий способ 26,67 20,71 34,29 1,07 0 6,69 23,99 13,25
20,00 36,48 5,60 14,03 22,38 0,97 16,96 3,59
5-7 23,33 42,25 8,88 2,57 17,38 1,31 21,06 6,55
-30 26,67 39,98 13,53 2,03 15,66 2,40 20,08 6,38
20,00 43,49 20,25 4,26 3,10 2,02 24,60 2,00
1-2 23,33 43,88 23,69 1,31 2,18 2,52 23,82 4,79
26,67 39,22 25,87 0,59 0,53 4,06 24,42 5,32
Е
Выбор метода обрушивания
Способ подготовки семян перед обрушиванием Влажность, % Температура семян перед об-рушива-нием, оС Количество оборотов ротора семенорушки, с-1 Качественные показатели
Коэф- фициент обрушива- ния Коэффициент сохранности ядра Сте пень обрушивания, % Мас лич ность лузги после обрушивания, % Содержание восков в масле из лузги, % Содержание восков в экстрак ционном масле, мг/кг
Первый способ 5-7 20 20,00 0,413 0,891 37,87 4,56 2,84 2200
23,33 0,648 0,810 57,97 5,91 4,06 2500
26,67 0,699 0,744 65,11 5,08 3,61 3500
Второй способ 1-2 20 20,00 0,899 0,901 88,96 4,18 2,47 850
23,33 0,957 0,755 95,78 5,29 3,55 910
26,67 0,974 0,694 97,71 6,12 4,30 920
Третий способ 5-7 -10 20,00 0,594 0,899 54,37 3,11 1,75 895
23,33 0,655 0,799 59,05 4,24 2,51 900
26,67 0,794 0,849 75,89 4,40 2,75 800
1-2 20,00 0,919 0,925 91,24 3,28 1,92 815
23,33 0,969 0,948 96,65 3,88 2,33 600
26,67 0,987 0,772 98,94 4,39 2,68 700
5-7 -30 20,00 0,678 0,929 63,59 2,98 1,64 570
23,33 0,832 0,897 80,05 3,49 1,98 620
26,67 0,851 0,913 82,31 4,05 2,60 630
1-2 20,00 0,932 0,955 92,64 2,25 1,34 585
23,33 0,968 0,972 96,51 3,17 1,94 615
26,67 0,989 0,914 98,88 3,42 1,95 710
3
С целью более детального изучения процесса обрушивания подсолнечника, его влияния на качественные показатели полученного подсолнечного масла, для установления рациональных параметров проведения процесса, для максимального сокращения сроков проведения экспериментов, а также для уменьшения расхода материалов и энергии, было проведено математическое моделирование [13, 14].
Поскольку на процесс обрушивания семян и качественные показатели масла влияют температура, при которой происходит обрушивание, влажность семян поступающих на обрушивание и частота вращения ротора семенорушки, то эти показатели выбраны как факторы. В качестве функций отклика были взяты: коэффициент обрушивания и содержание восков и воскоподобных веществ в экстракционном масле. Условия проведения исследований представлены в табл. 4.
Матрица планирования эксперимента в натуральном и кодированном виде факторов и его результаты представлены в табл. 5.
Таблица 4
Условия проведения исследований
Таблица 5
Матрица планирования эксперименту и его результаты
На основании проведенных расчетов [13, 14] найдены значения функций отклика (рис. 1 - 6) и получены уравнения регрессий (уравнения (1) - (6).
Зависимость коэффициента обрушивания от влажности и количества оборотов ротора семенорушки при температуре проведения процесса -10 °С в физических переменных имеет вид:
у = 0,804 - 0,068 •х! +0,009-х2 + 0,0004^х2. (1)
Зависимость коэффициента обрушивания от влажности и температуры проведения процесса при количестве оборотов ротора семенорушки 23,33 с-1 в физических переменных имеет вид:
у = 1,024 - 0,068 х +0,00049х - 0,00076-хгх3. (2)
Зависимость коэффициента обрушивания от температуры и количества оборотов ротора семенорушки при влажности семян, что идут на обрушивание 4 % в физических переменных имеет вид:
у = 0,412 1 - 0,012-х2 + 0,014 -х3 + 0,0004-х2-х3. (3)
Зависимость содержания восков в экстракционном масле от влажности и количества оборотов ротора семенорушки при температуре проведения процесса -10 °С в физических переменных имеет вид:
у = 1104,72 - 259,79 х - 28,29-х2 + 21,93-хгх2. (4)
Зависимость содержания восков в экстракционном масле от температуры и количества оборотов ротора семенорушки при влажности семян, что идут на обрушивание 4 % в физических переменных имеет вид:
у = 465,43 + 39, 89 -х2 + 43,03-х3 1 - 1,64 -х2 -х3. (5)
Зависимость содержания восков в экстракционном масле от влажности и температуры проведения процесса при количестве оборотов ротора семенорушки 23,33 с-1 в физических переменных имеет вид:
у = 462,81 + 250,84 х +1,84-х3 1 - 0,031-хгх3. (6)
1--1 < 0.7
Ш<0.6 М < 0,5
Рис. 1. Зависимость коэффициента обрушивания от влажности и количества оборотов ротора семенорушки при температуре проведения процесса -10 °С
№ опыта Факторы в натуральном виде Факторы в кодированном виде Результаты эксперимента
Влажность, % Количество оборотов ротора, с-1 Температура Х1 Х2 Хэ Коэффициент обрушивания в ле, вс оа кома с ом и Ей & & 4 н ост и и
1 7 26,67 + 10 + 1 + 1 + 1 0,594 2500
2 1 26,67 10 -1 + 1 + 1 0,987 550
3 7 20,00 10 + 1 -1 + 1 0,413 1980
4 1 20,00 10 -1 -1 + 1 0,919 815
5 7 26,67 -30 + 1 + 1 0,678 2750
6 1 26,67 -30 -1 + 1 0,989 700
7 7 20,00 -30 + 1 -1 0,699 1600
8 1 20,00 -30 -1 -1 0,932 620
Факторы Влажность, % Количество оборотов ротора семенорушки, с-1 Темпера- тура
Х1 Х2 Х3
Основной уровень, Хй 4 23,33 -10
Интервал варьирования, ЛХі 3 3,33 20
Верхний уровень, + 1 7 26,67 10
Нижний уровень, -1 1 20,00 -30
.
Рис. 2. Зависимость коэффициента обрушивания от влажности и температуры при количестве оборотов ротора семенорушки 23,33 с-1
-» -а
П < 075 ■ < 0,65
Рис. 3. Зависимость коэффициента обрушивания от температуры и количества оборотов ротора при влажности семян, что идут на обрушивание 4 %
I—!< 1400 і 1 9С0 ■ < 4С0
Рис. 4. Зависимость содержания восков в экстракционном масле от влажности и количества оборотов ротора семенорушки при температуре проведения процесса -10 °С
Анализ всех этих моделей показывает, что доминирующим фактором является влажность семян, что идут на обрушение и температура проведения процесса.
Количество оборотов ротора семенорушки особого значения не имеют. Хотя чтобы получить наиболее полное обрушивание, необходимо увеличивать количество оборотов ротора, а чтобы снизить количество переходящих восков в масло лучше снизить обороты ротора.
Следовательно, параметры обрушивания, при которых моделируется максимальное значение коэффициента обрушивания и минимальный переход восков и воскоподобных веществ в масло, полученное прямой экстракцией из подготовленного ядра, рекомендуется принимать как оптимальные для проведения процесса обрушивания.
I—I < 1400 I—I < 1200 ■ < 1000
Рис. 5. Зависимость содержания восков в экстракционном масле от температуры и количества оборотов ротора при влажности семян, что идут на обрушивание 4 %
Рис. 6. Зависимость содержания восков в экстракционном масле от влажности и температуры при количестве оборотов ротора семенорушки 23,33 с-1
5. Выводы
В статье показано целесообразность использования новой предварительной подготовки высокомасличных семян подсолнечника к обрушиванию путем их предварительного охлаждения в сравнении с известными (заводское и технология Н. П. Ихно). Показано положительное влияние этой технологии на количественные и качественные показатели процесса
3
обрушивания, на качественные показатели масла, получаемого из безлузгового ядра.
Это в свою очередь дает более высокие результаты по степени обрушивания, обеспечивает более высокий показатель по сохранности ядра, а также получаем меньшие количества сечки и масличной пыли.
Новый способ позволяет получить масло с низким содержанием восков и воскоподобных веществ при последующей экстракции. Из этого следует, что получаемое масло имеет более высокое качество. Так как переход восков в масло вызывает его помутнение, что снижает потребитель свойства.
Литература
1. Ихно, Н. П. Теория и практика получения низколузгового ядра подсолнечника [Текст] / Н. П. Ихно // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2000. - № 3. - С. 42-45.
2. ДСТУ 4188:2003. Халва. Загальні технічні умови [Текст] : Чинний від 2004-07-01. - К: Держспоживстандарт України, 2003.
3. Тесленко, С. О. Безлушпинне ядро соняшнику для отримання кондитерських виробів [Текст]/ С. О. Тесленко, Л. І. Перевалов, Г. В. Садовничий // Прогресивні техніка та технології харчових виробництв ресторанного господарства та торгівлі. - Харків, 2013. - Вип. 2 (18). - С. 84-91.
4. Лобанов, В. Г. Теоретические основы хранения и переработки семян подсолнечника [Текст] / В. Г. Лобанов, А. Ю. Шаззо, В. Г. Щербаков. - М.: Колос, 2002. - 590 с.
5. Технология производства растительных масел [Текст] / [В. М. Копейковский, С. И. Данильчук, Г. И. Гарбузова и др.]; под. ред. В. М. Копейковского. - М: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 416 с.
6. Пат. 17430 Україна, МКИ В02В 3/00, 3/02. Насіннєрушка-2 Іхно / Іхно М.П.; заявник і патентовласник Харківський державний політехнічний університет. - № 95042099; заявл. 27.04.95; опубл. 16.10.2000, Бюл. №5.
7. Руководство по методам исследования, технохимическому контролю и учету производства в масложировой промышленности [Текст] / под ред. В. П. Ржехина, А. Г. Сергеева. - Л.: ВНИИЖ, 1965. - Т.2. - 418 с.
8. Копейковский, В. М. Лаборатоный практикум по технологии производства растительных масел [Текст] / В. М. Копейковский, А. К. Мосян, Л. А. Мхитарьянц, В. Е. Тарасов. - М.: Агропромиздат, 1990. - 416 с.
9. Сергеев, А. Г. Руководство по технологии получения и переработки растительных масел и жиров [Текст] / под ред. А. Г. Сергеева. - Л., 1975. - Т.1. - Книга 1. - 726 с.
10. Ихно, Н. П. Научно-практические основы получения и использования пищевого безлузгового ядра подсолнечника. [Текст] : дисс. ... докт. техн. наук/ Н. П. Ихно. - Харьков, 2002.
11. Перевалов, Л. И. Новая технология обрушивания семян подсолнечника [Текст] / Л. И. Перевалов, Е. Н. Пивень, А. В. По-псуйшапка, С. А. Тесленко // Масложировой комплекс. - 2012. - № 1. - С. 47-49.
12. Taradaichenko, Mania. Optimal parameters of sunflower seeds dehutling process with freez [Текст] / Mania Taradaichenko, Leonid Perevalov, Sergiy Teslenko, Irina Pakxomova // Inzynieriar aparaturachemicz. - 2013. - №4. - С. 374-375.
13. Бондарь, А. Г. Планирование эксперимента при оптимизации процессов химической технологии (алгоритмы и примеры) [Текст] : учебн. пос. / А. Г. Бондарь, Г. А. Статюха, И. А. Потеженко. - Киев :Вища школа. Головное изд-во, 1980. - 264 с.
14. Саутин, С. Н. Планирование эксперимента в химии и химической технологи [Текст] / С. Н. Саутин. - Л.: «Химия», 1975. - 48 с.
Е
