Главная > Публикации > ПРОДУКТЫ Select ™ ДЛЯ РЕШЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ЗАДАЧ ПРИ РАФИНАЦИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ

ПРОДУКТЫ Select ™ ДЛЯ РЕШЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ЗАДАЧ ПРИ РАФИНАЦИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ

20 Янв 2014

ПРОДУКТЫ Select ™ ДЛЯ РЕШЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ЗАДАЧ ПРИ РАФИНАЦИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ

Дэвид Брукс
Ойл-Драй Корпорейшен оф Америка
Группа «Очищение жидкостей»

    Минеральные глины используются для удаления носителей цвета и других загрязнений в рафинированном масле в течение более чем 100 лет. В последние 20 лет для улучшения эффективности процесса адсорбирования мыла, фосфолипидов и металлов из растительных масел перед отбеливанием производствам пищевых растительных масел был предложен большой ряд адсорбентов на основе силикатов, включая аморфные гидрогели и модифицированные силикаты. Использование этих адсорбентов для исключения сепарирования в ходе промывки водой развилось в экономически приемлемую практику, известную как исключение промывки водой. Ключевой целью применения технологии исключения промывки водой является сокращение объемов сточных вод и расходов на технологические шаги, необходимые при рафинации пищевых масел.
    Как только была представлена концепция использования адсорбентов на основе силикатов в качестве предварительной обработки, возник ряд других применений, включая использование при производстве биодизеля; как для обработки сырья, так и для метиловых эфиров жирных кислот, для удаления мыла в переэтерифицированных маслах и удаления никеля в гидрогенизированных маслах.
    Американская корпорация Ойл Драй разработала группу адсорбентов Select™, включая типы 350, 450 и FF, котоыре имеют селективную адсорбирующую активность по отношению к мылам, фосфолипидам и металлам, предоставляя ряд преимуществ, которых нет у гидратированных силикатов.
    Эффективность продуктов Select™ эквивалентна и даже превосходит другие адсорбенты на основе силикатов без увеличения дозировки или без изменений в имеющемся процессе рафинации. Эта статья представляет основной обзор продуктов Select™ и различные варианты применения этих продуктов для улучшения эффективности рафинации и отбеливания.

ВВЕДЕНИЕ

    Целью производителя является прибыльное производство растительных масел приемлемого качества. Основа получения продукта хорошего качества — снижение вредных загрязнений до уровня, который минимизирует их воздействие на качество готового масла. Эффективность производства, говоря упрощенно, получается в результате баланса между стоимостью сырья, стоимостью технологической обработки для удаления загрязнений и требованиями рынка к уровню готового масла.
    Типично, что растительные масла и жиры, начиная с соевого и пальмового масел и включая сало и говяжий жир, экстрагируются с различным количеством загрязнений. Чтобы получить высококачественное масло, соответствующее стандартам пищевого продукта, большая часть этих загрязнений должна быть удалена. Содержание вредных загрязнений должно быть значительно снижено во время процесса рафинации с целью минимизации оксидирования, воздействия на вкус и цвет готового масла и с целью производства вкусного продукта, пригодного для потребления человеком.

Традиционные технологии отбеливания

    При отбеливании требуется удалить вредные загрязнения, которые были неэффективно удалены на предшествующих ступенях — гидратации и рафинации (нейтрализации), прежде чем масло пройдет через дезодоратор. В основном этот процесс описывается как процесс смешивания масла и глины-адсорбента для удаления цвета, но отбеливание эффективно сокращает цвет, хлорофилл, остаточные мыла и гумины, следы металлов, продукты оксидирования и опосредованно влияет на цвет дезодорированного масла. Успех или эффективность процесса отбеливания взаимозависит от эффективности предыдущих процессов в части удаления загрязнений, которые негативно влияют на механизмы отбеливания (рисунок 1).

Рисунок 1: Классическая рафинация каустиком

Традиционный процесс рафинации масел каустиком проиллюстрирован на рис.2.

Рисунок 2: Классический непрерывный процесс рафинации / отбеливания
Процесс оптимизации / Непрерывное отбеливание

    Неочищенное масло подкисляется хелатирующей кислотой (такой как фосфорная или лимонная кислота) для содействия гидратации фосфатидов, смешивается с каустиком для нейтрализации свободных жирных кислот, сепарируется для удаления образовавшегося мыльного осадка и фосфатидной эмульсии, промывается водой для дальнейшего сокращения содержания мыла и фосфатидов и просушивается для сокращения влаги перед отбеливанием. При этом промывка требует объем воды, составляющий от 7 до 15% от веса масла, ведет к потерям масла и увеличивает экологические расходы.

Удаление вредных загрязнений

    Отбеливание — это физическое и химическое воздействие на масло или жир с целью улучшения их качества. Рисунок 1 иллюстрирует взаимозависимые отношения между последовательными шагами классического процесса рафинации. Загрязнения, имеющие высокую вероятность влияния на вкусовые качества готового масла, рассматриваются как вредные. Наш особый интерес вызывают загрязнения, удаляемые в ходе этих процессов, включая те, которые совместно способствуют деградации триглециридов в форме гидролиза, оксидирования и изменения вкуса (т.е., включая фосфолипиды, мыла, свободные жирные кислоты, первичные и вторичные продукты оксидации и следы металлов). Хорошо рафинированное (нейтрализованное) масло должно соответствовать следующим показателям:

  • низкое содержание фосфора (хорошо, если < 15 ppm, очень хорошо, если <10 ppm и отлично, если < 5 ppm)
  • низкое содержание свободных жирных кислот (<0,1% для торговых целей, 0,05% для пищевого потребления, кроме полу-физической рафинации или особенно физической рафинации, когда приемлемы более высокие значения для свободных жирных кислот)
  • низкое содержание мыла (<50 ppm, кроме использования рафинации с силикатами, когда остаточные мыла должны достигать практически нуля).

    Как только вы достигли контроля над этими параметрами, вы можете начинать этап отбеливания, при котором:

  • мыло удаляется полностью
  • фосфор сокращается до уровня ниже 2 ppm
  • железо сокращается до уровня ниже 0,2 ppm
  • уровень меди приближается к неопределяемому, <0,1 ppm
  • хлорофилл сокращается до уровня ниже 0,05 ppm
  • перекись сокращается до уровня ниже 0,5 мг-экв./кг.
  • свободные жирные кислоты составляют максимально 0,02%-0,03%

    Все приведенные здесь значения соответствуют отраслевым принципам в отношении спецификации продукта. Каждый завод уникален, имеет определенный комплект оборудования и производственных линий, но должен удовлетворять общим требованиям потребителя.

Эволюция процесса исключения промывки водой

    Традиционно технология гидратации и химической рафинации до разработки процесса с исключением промывки водой (прим. середина 1990-х) проходила с использованием двух сепараторов для эффективного удаления из растительного масла большей части мылов, фосфолипидов и металлов (рисунок 2). По мере появления новых производств, для увеличения экономичности стало необходимым учесть ряд факторов, включая наличие воды, экологические ограничения как в отношении воды, так и утилизации отработанного адсорбента и, наконец, возрастающие расходы на оборудование и эксплуатационные расходы.
    В конце 1990-х годов были созданы три ключевых разработки:

  • ученые установили, что технологический шаг промывки водой может быть исключен путем использования адсорбентов на основе силикатов на предварительных шагах обработки перед отбеливанием (рисунок 3)
  • ученые также доказали, что при такой технологии использование отбеливающей глины может быть эффективно сокращено;
  • были представлены более производительные сепараторы, которые могли эффективно сокращать мыла более чем на 300 ppm за один проход.

Рисунок 3: Непрерывное отбеливание с предварительной обработкой адсорбентом Select™
Процесс оптимизации
Отбеливание силикатом/отбеливающей глиной — одна фильтрация

    При исключении промывки водой загрязнения, которые обычно проходят через основной сепаратор, в отсутствии сепаратора промывки водой эффективно удаляются адсорбентами на основе силикатов. При снижении концентрации загрязнений, конкуренция между активными участками снижается и в результате улучшается эффективность отбеливания в отношении первичных носителей цвета и хлорофилла. Процесс использования силикатов для предварительной обработки в сочетании с исключением сепаратора промывки водой предоставляет возможности снижения расходов, а именно сокращение расхода воды, улучшение эффективности отбеливания и сокращение расходов на оборудование, связанные с обслуживанием и эксплуатацией сепаратора. На протяжении многих лет масло-жировые заводы открывали для себя дополнительные преимущества использования адсорбентов для предварительной обработки во всех применениях, связанных с процессом отбеливания.

ПРИМЕНЕНИЯ ПРОДУКТОВ Select™

    Линейка продуктов Select™ была разработана для удовлетворения потребностей всех масло-жировых производств, на которых может применяться предварительная обработка.

Исключение промывки водой:

    Таблица 1 и рисунок 4 иллюстрируют эффективность адсорбентов Select™ при обработке масел с высоким содержанием мыла.
Таблица 1: Исключение промывки водой: результаты лабораторных тестов

Дозировка (%) Мыла (ppm)
Рафинированное масло 0 131
Select 350 0,05 89
0,10 17
Рафинированное масло 0 373
Select 350 0,20 97
0,30 2

Рисунок 4: Исключение промывки водой: сравнительные результаты производственных тестов
Пример: Завод, использующий технологию промывки водой

    В общем, используемые дозировки Select™ составляют 0,015 — 0,125% на 100 ppm мыла. В таблице 1 приведены лабораторные данные, в ходе которых использовалось основное правило 2:1 для перевода лабораторных результатов в приемлемую для производства шкалу. Этим подтверждается формула, что мыла эффективно сокращаются до типичного целевого уровня 50 — 100 ppm подходящей дозировкой продукта Select™ 350. В производственных условиях (рис. 4) предварительно обработанное рапсовое масло с правильно подобранной дозировкой Select™ 350 при последующем отбеливании показало сравнимые результаты с маслом после двойной промывки водой и отбеленным при тех же условиях. Мыла и фосфолипиды склеивают фильтрующий слой и уменьшают поток через фильтр-пресс.
Select FF, наш новейший продукт, был разработан специально для адсорбирования мыла и смолистых веществ при высокой производительности потока. На рисунке 5 данные с производства отражают равномерный рост давления при использовании Select FF в сравнении с конкурентом. Примерно через 11 часов цикла конкурент показывает резкий рост давления на фильтре, который происходит из-за блокирования слоя мылами и смолистыми веществами, и в результате происходит сокращение потока масла через фильтрующий слой.

Рисунок 5: Select FF — равномерный рост давления, более длинные циклы

Предварительная обработка для отбеливания (сырье для рафинированного масла / биодизеля)

    Предварительная обработка сырого масла, включая сырье для рафинированного масла или биодизеля — точка применения Select™, где он используется совместно или без отбеливающих глин в последовательном порядке, а потом отфильтровывается. Таблица 2 иллюстрирует пример эффективности Select™ в рафинированном соевом масле. Сырье для биодизеля должно соотноситься с спецификацией биодизельного топлива, а именно в части содержания металлов, фосфора и оксидативной стабильности. Преимущества использования Select™ в этом виде применений включают минимизацию потребности в отбеливающих глинах и в рабочих дозировках 0,05 — 0,2% (в зависимости от качества масла).

Таблица 2. Предварительная обработка биодизеля — результаты производственных тестов.

Исходное масло Мыла ppm Фосфор ppm Свободные жирные кислоты Вода %
Исходное масло < 300 25-30 0,03 0,32
Select 0.15% < 20 < 5 < 0,05 0,03

Примечания: 0,15% Select; 30 минут при 75 °С; вакуумная сушка при 100 °С

Обработка переэтерифицированных масел

    Переэтерификация становится более популярной как альтернативный процесс гидрогенизации для изменения физических свойств жира или масла и получения определенных кривых плавления из твердого состояния. В результате этого процесса после окончания реакции масло часто имеет 3000 — 4000 ppm мыла. Уровень мыла должен быть сокращен до нуля до начала следующих шагов обработки. Традиционный метод предполагает промывку водой и, соответственно, большое количество жидких отходов, подлежащих переработке.
    Традиционная технология удаления мыла использует от одной до двух промывок водой с применением в общем от 10 до 15% воды и обычно производится в порционном режиме, тем более, что чаще всего процесс переэтерификации также проходит партиями. После промывки водой проводится обработка отбеливающей глиной для снижения цвета до желаемого стандарта. В приведенном здесь примере мы сравниваем производство, которое вынуждено проводить одну-две промывки водой для снижения содержания мыла ниже 500 ppm перед отбеливанием высокоактивированной отбеливающей глиной в дозировке 0,8%.
    При альтернативном подходе мы исключаем промывку водой, заменяя ее применением 0,4% Select 350, который снижает содержание мылов до уровня ниже 500 ppm, с последующим отбеливанием натуральной глиной в дозировке всего 0,4%, которая удаляет цвет также хорошо, как кислотно активированная земля в предыдущем варианте. После отбеливания мы достигаем те же качественные результаты по цвету, содержанию мыла и свободных жирных кислот. Дополнительно мы сокращаем время процесса на 25%, что позволит компании производить на 25% больше масла на том же самом оборудовании. Кроме этого сокращаются общие потери масла, а объемы жидких отходов сводятся к нулю. Таким образом, эта опция предоставила данному конкретному производству возможности экономии за счет увеличения общей производительности.

Обработка гидрогенизированных масел

    В процессе гидрогенизации часто используются металлические катализаторы, а чаще всего никелевый катализатор. Из-за сильной прооксидантной природы никеля после завершения реакции его необходимо удалить из масла, сведя его содержание до уровня ниже 0,1 ppm. Обычно первой ступенью при удалении никеля является грубая фильтрация, которая удаляет чистый никелевый катализатор для его последующего использования. Уровень никеля в этой точке может варьироваться от 0,5 до 2 ppm в зависимости от типа катализатора и фильтрующего материала.
    Далее необходим процесс адсорбции для удаления оставшихся следов никеля до уровня ниже 0,1 ppm. Традиционно можно использовать смесь лимонной кислоты и активированной кислотой отбеливающей глины. Дозировка глины в этом случае составляет 0,3 — 0,5%. В таблице 3 мы представляем результаты двух альтернативных процессов для решения этой задачи. Использование Select™ более экономично, т.к. более сильный адсорбент с сильным сродством с металлами работает лучше, чем просто отбеливающая глина. В этом примере дозировка Select 350 в количестве 1/3 от дозировки отбеливающей глины продемонстрировала следующие преимущества:
1) Использовалось меньшее количество адсорбента, что привело к меньшему объему твердых отходов.
2) Был получен меньший расход адсорбента, соответственно меньше затраты.

3) Цикл фильтрации был длиннее за счет дозирования только трети от обычного объема глины.
    Экономически этот процесс предоставляет значительные возможности в сравнении с традиционным методом промывки водой.

Таблица 3: Удаление никеля после гидрогенизации.
Возможности адсорбции — отбеливающая глина в сравнении с Select 350

P ppm Ca ppm Mg ppm Fe ppm Ni ppm
Рафинированное масло 8,7 15,9 3,0 0,2 1,7
Select 0,2 0,3 0,1 < 0,1 < 0,1
Отбеливающая глина 3,4 4,8 1,8 0,1 0,4

РЕЗЮМЕ

    Продукты Select™ — это силикаты с активированной поверхностью, модифицированные для эффективного сокращения содержания мыла, фосфолипидов и металлов. Продукты Select™ синергетически усиливают эффективность отбеливания и фактически могут заменять отбеливающие глины при очистке различных сортов масел (в зависимости от требований к качеству масла), включая обработку рафинированного, переэтерифицированного и гидрогенизированного масел. Использование продуктов Select™ имеет потенциал для улучшения общей экономичности, начиная с сокращения расхода воды, объема отбеливающих глин, потерь масла, снижения затрат на утилизацию отходов. Новейший из продуктов Select™ — Select FF, сохраняет преимущества Select 350 и 450, добавляя к ним преимущество улучшенных свойств фильтруемости.

Ссылки:
1. Бербеси Р., Практическая оптимизация процесса отбеливания.
2. Технология, короткий курс AOCS 2011, Лонг Бич Калифорния, 2011
3. О’Брайен Р. Д., Фарр, В.Е., & Ван П.Д. Введение в технологию производства масел и жиров. 2000, Champaign
4. Лист Г.Р. Отбеливание и очистка жиров и масел, теория и практика, 2009, AOCS Press, Champaign
5. Бэйли А.Э. и Юи Й.Х. Производство промышленных масел и жиров Байэли (5-е изд.). Wiley-Interscience, Нью-Йорк, 1996.
6. Гупта М.К. Практическое руководство по технологии производства растительного масла (2008), AOCS Press, Champaign, Illinois
7. Даун Й.К., Рапс: Химия, переработка и утилизация, (2011), AOCS Press, Champaign, Illinois