PL187788B1 - Sposób otrzymywania oleju glicerydowego o niskiejzawartości nieuwodnionych fosfatydów - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania oleju glicerydowego o niskiej zawartości nieuwodnionych fosfatydów (fosfolipidów) z tłuszczowej substancji pochodzenia roślinnego.

Oleje pochodzenia roślinnego uzyskuje się z nasion i owoców oleistych, za pomocą wytłaczania w prasach śrubowych lub za pomocą bezpośredniej ekstrakcji rozpuszczalnikiem lub za pomocą wstępnego wytłaczania i następnie ekstrakcji rozpuszczalnikiem. Na przykład, nasiona rzepaku i nasiona słonecznika, mają wysoką zawartość tłuszczu i dlatego zwykle w pierwszym etapie poddaje się je wytłaczaniu i następnie pozostałą śrutę poddaje się ekstrakcji rozpuszczalnikiem, zwykle technicznym heksanem. Soja jest najlepszym przykładem surowca o tak niskiej zawartości tłuszczu, ze wystarczająco dobrą wydajność tłuszczu uzyskuje się za pomocą bezpośredniej ekstrakcji.

187 788

Najważniejsze etapy konwencjonalnej metody otrzymywania, na przykład, oleju rzepakowego za pomocą wytłaczania i ekstrakcji rozpuszczalnikiem przedstawiono poniżej. Metoda jest uniwersalna i stosowana we wszystkich instalacjach do ekstrakcji, z niewielkimi tylko zmianami w konstrukcji mstalacji i ich systemach kontrolnych.

1. Wysuszone i oczyszczone nasiona rozdrabnia się w postaci płatków w młynie z walcami gładkimi.

2. Płatki ogrzewa się, w pionowym lub poziomym pamiku, za pomocą płaszcza parowego i ewentualnie za pomocą dodawania świeżej pary wodnej. Zwykle czas ogrzewania waha się od 30 do 60 minut. Końcowa temperatura jest w granicach od 80 do 110°C. Ogrzewanie przeprowadzone jest z kilku powodów. Powoduje ono, ze struktura białek zmienia się w taki sposób, że w kolejnym etapie ułatwiona jest ekstrakcja oleju. Ponadto obniża lepkość oleju i częściowo rozbija ściany komórek zawierających tłuszcz, co czyni łatwiejszym proces wytłaczania oleju. Powoduje również inaktywację enzymów pogarszających jakość.

3. Gorące płatki wytłacza się sposobem ciągłym w prasie śrubowej, przy czym zawartość tłuszczu obniża się z około 40-45% do około 18-20%. Ekstrahowany olej zwany jest olejem wytłaczanym, zaś stała pozostałość zwana jest makuchem prasowanym.

Kolejne postępowanie prowadzi się dwoma drogami a) i b).

Droga a):

4a. Olej wytłaczany uwalnia się od towarzyszących mu stałych cząstek, na przykład, w wirówkach dekantacyjnych lub w odstojnikach, ewentualnie z prowadzonym następnie etapem sączenia.

5a. W pewnych przypadkach, następnie przeprowadza się wodne odzywiczanie, to znaczy, z olejem miesza się 2-3% wody i po określonym, konwencjonalnym okresie przetrzymywania w pojemniku, wodę odwirowuje się. Głównym celem wirowania jest usunięcie uwodnionych fosfatydów i cząstek ziarna.

6a. Wytłaczany olej suszy się pod zmniejszonym ciśnieniem i oziębia przed magazynowaniem. Droga b):

4b. Makuch prasowany ekstrahuje się za pomocą technicznego heksanu, w ekstraktorze pracującym metodą ciągłą.

5b. Z otrzymanego roztworu oleju w heksanie, misceli, w kolejnych etapach oddestylowuje się rozpuszczalnik w celu odzyskania heksanu.

6b. Olej ekstrakcyjny, uwolniony od heksanu poddaje się wodnemu odzywiczaniu, suszy i oziębia sposobem identycznym, jakiemu poddawano olej wytłaczany. Sposobem alternatywnym, olej wytłaczany i olej ekstrakcyjny miesza się przed procesem wodnego odżywiczama i/lub magazynowania.

7a. Pozostałość po ekstrakcji, mączkę z nasion rzepaku uwalnia się od heksanu w desolwenityzerze, za pomocą świeżej pary i pośredniego ogrzewania..

Oleje ekstrakcyjne zawierają głównie triglicerydy kwasów tłuszczowych i znaczną ilość niepożądanych związków, takich jak, fosfatydy, barwniki i niewielkie ilości metali, takich jak, żelazo, wapń i magnez. Dla wielu celów oleje glicerydowe muszą być z tego powodu rafinowane, by usunąć wymienione związki.

Fosfatydy można podzielić na dwie główne grupy, na fosfatydy uwodnione i nieuwodnione. Uwadnione fosfatydy można usuwać z oleju za pomocą działania wody, ponieważ takie fosfatydy dają się uwadniać i są nierozpuszczalne w oleju, z którego można je łatwo usuwać za pomocą prostych metod rozdzielania. W czasie takiego odżywiczania uzyskuje się wodną zawiesinę lecytyny, z której po wysuszeniu otrzymuje się lecytynę. Olej z nasion rzepaku, który poddaje się procesowi odżywiczania prowadzonemu sposobem konwencjonalnym, zawiera nieuwodnione, rozpuszczalne w oleju fosfatydy, które zwykle wprowadzają do oleju fosfor w ilości 100-250 ppm.

W przypadku jadalnych tłuszczy handlowych, zwykle uważa się, ze nieuwodnione fosfatydy, jak również zwłaszcza żelazo, które działa jako czynnik sprzyjający utlenianiu, stanowi największy i bardzo trudny problem jakościowy, ponieważ psuje smak oleju oraz trwałość smaku i jednocześnie jest trudny do usunięcia.

187 788

Nieuwodnione fosfatydy muszą być przekształcone w uwodnione fosfatydy przed ich usuwaniem. Można to przeprowadzić za pomocą, na przykład, przez działanie kwasem lub zasadą na substancję odżywiczoną za pomocą wody. Jeden z przykładów obejmuje dodanie kwasu fosforowego, przemycie wodą w separatorze i następnie zobojętnienie kwasu fosforowego dodania nadmiaru zasady. Jony wapnia i magnezu, które uwalniają się z nieuwodnionych fosfatydów, tworzą nierozpuszczalne związki fosforowe, które również utrudniają dalsze postępowanie z olejem.

W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 049 686 przedstawiono kwaśną metodę odżywiczania, zgodnie z którą olej, który korzystnie odżywicza się wodą poddaje się działaniu stężonego kwasu, takiego jak, kwas cytrynowy i wody. W tym przypadku fosfatydy uwadnia się i można je z oleju usuwać w postaci osadu. Metoda ta jest korzystna jako superodzywiczanie.

Za pomocą rafinacji zasadami i superodżywiczania, można uzyskać oleje mające zawartość fosfatydów < 10 ppm i 15-30 ppm, (w przeliczeniu na fosfor). Jednak takie zawartości nie są dostatecznie niskie by zadowolić wzrastające wymagania przemysłu.

W opisie patentowym numer WO 94/21762 przedstawiono sposób otrzymywania odżywiczonego oleju glicerydowego z zastosowaniem kwasowej metody odżywiczania surowego oleju glicerydowego, która nie obejmowała znaczniejszego wykorzystania działania enzymatycznego Surowy olej glicerydowy uzyskano za pomocą ogrzewania i poddawania wytłaczaniu substancji pochodzenia roślinnego zawierającej olej glicerydowy, ewentualnie uzyskany za pomocą wytłaczania na zimno, w którym ogrzewanie prowadzi się w dwóch etapach, substancję pochodzenia roślinnego poddaje się najpierw działaniu temperatury 30-80°C w czasie 0,1 do 20 minut i następnie działaniu temperatury 80-140°C w czasie 1-60 minut. Uzyskany tym sposobem odżywiczony olej wykazuje zawartość fosfatydów (określanych jako zawartość fosforu) w wymienionych granicach od 0,1 do 7 ppm. Proces taki pochłania stosunkowo wiele czasu, zaś olej wyekstrahowany z substancji pochodzenia roślinnego musi być poddawany odżywiczaniu za pomocą kwasu, co czyni taki proces kosztownym. Dodany kwas musi być zobojętniony zasadami, co tym bardziej pogarsza proces z punktu widzenia ekonomiki i środowiska.

Obecnie niespodziewanie stwierdzono, że oleje glicerydowe o niskiej zawartości nieuwodnionych fosfatydów i niskiej zawartości żelaza, wapnia i magnezu, można otrzymać z substancji tłuszczowych pochodzenia roślinnego, za pomocą zmiany etapu 2 w konwencjonalnej metodzie ekstrakcji oleju jak opisano powyżej. Po zmianie etapu 2, lecz bez zmiany następnych etapów, uzyskuje się olej odzywiczony wodą, który w każdym zasadniczym aspekcie jest porównywalny z konwencjonalnie uzyskiwanym olejem odżywiczonym wodą który można następnie poddawać procesowi superodżywiczania. Sposób jest prosty i bardzo ekonomiczny, a jednocześnie bardzo zadowalający z punktu widzenia ochrony środowiska, gdyz nie wymaga dodatkowych chemikalii przy odżywiczaniu. Niepożądane działanie na środowisko jest ponadto zredukowane przez możliwość zastosowania zawiesiny fosfatydów, oprócz etapu wytwarzania lecytyny, alternatywnie również do zawracania do pozostałości ekstrakcyjnej, którą stosuje się jako paszę dla żywego inwentarza.

Korzyści te uzyskuje się konwencjonalnymi sposobami, powolne ogrzewanie w pamiku, do stosunkowo niskiej temperatury, zastępuje się wynalezionym procesem, zgodnie z którym tłuszczową substancję pochodzenia roślinnego szybko ogrzewa się do wysokiej temperatury, przy kontrolowanej zawartości wody przed ekstrakcją oleju glicerydowego.

Znany jest fakt, że systemy enzymów w substancji pochodzenia roślinnego ulegają inaktywacji przy znacznie niższych temperaturach niż tutaj stosowane. Jednak, nie jest jasne, który z dwóch enzymów inaktywacji powoduje działanie uzyskiwane zgodnie z niniejszym wynalazkiem. Bez związania się z jakąkolwiek teorią, to jest możliwe, że także termiczny rozkład i przekształcenia pewnych fosfatydów promują wzrost zdolności do uwadniania i zmniejszają rozpuszczalność w fazie olejowej.

Substancjami tłuszczowymi pochodzenia roślinnego, odpowiednimi do stosowania takich metod ekstrakcji oleju są nasiona roślin oleistych, z których oleje po konwencjonalnej

187 788 ekstrakcji, zawierają niepożądane ilości nieuwodnionych fosfatydów, które wymagają poddania procesowi superodzywiczania. W szczególności, należy brać pod uwagę nasiona rzepaku, rzepy (ang.tumip rape), soi, słonecznika, gorczycy i lnu, zaś szczególnie korzystnymi są nasiona rzepy i rzepaku. Ze względu na ułatwienie procesu działania na substancję pochodzenia roślinnego, należy ją mechanicznie rozdrobnić przed działaniem wysokiej temperatury.

Zgodnie z wynalazkiem, sposób otrzymywania oleju glicerydowego o niskiej zawartości nieuwodnionych fosfatydów z tłuszczowych substancji pochodzenia roślinnego obejmuje etapy obróbki materiału tłuszczowego roślinnego:

a. roślinny materiał tłuszczowy poddaje się szybkiemu działaniu wysokiej temperatury, przy kontrolowanej zawartości wody, przy czym wysoka temperatura jest utrzymywana przez 10-120 s, materiał jest doprowadzony i kontaktowany oraz przenoszony przez ogrzaną do wysokiej temperatury parę wodną, w zamkniętym, przenoszącym układzie ciśnieniowym, w którym ogrzana do wysokiej temperatury para wodna cyrkuluje;

b. po czym ekstrahuje się olej glicerydowy i ewentualnie poddaje dalszej obróbce.

Substancja tłuszczowa pochodzenia roślinnego, jeśli jest to pożądane by znajdowała się w postaci cząstek, jest pokruszona lub rozdrobniona w postaci płatków, przed poddaniem jej działaniu wysokiej temperatury.

Temperaturę substancji tłuszczowej pochodzenia roślinnego szybko podnosi się, do co najmniej 140°C, a zawartość wody w substancji tłuszczowej pochodzenia roślinnego zmienia się w zakresie od 4 do 18% wagowych.

Temperaturę korzystnie szybko podnosi się do 145-155°C i wysoką temperaturę utrzymuje się w czasie od 10 do 30 sekund.

W sposobie według wynalazku, w początkowym okresie działania wysokiej temperatury zawartość wody w substancji tłuszczowej pochodzenia roślinnego wynosi 12-16% wagowych, i w końcowym etapie takiego działania jest zredukowana do 4-7% wagowych.

Olej glicerydowy otrzymuje się przez wytłaczanie i/lub ekstrakcję z substancji tłuszczowej pochodzenia roślinnego poddanej działaniu wysokiej temperatury.

Tak otrzymany glicerydowy olej poddaje się odżywiczaniu przez działanie wodą bez dodawania kwasu lub zasady.

Jako substancję tłuszczową pochodzenia roślinnego stosuje się nasiona lub owoce zawierające olej.

Zgodnie z korzystnym wykonaniem wynalazku, temperaturę substancji tłuszczowej zwiększa się szybko od temperatury przechowywania do temperatury, co najmniej 140°C, korzystnie do temperatury 145-155°C, przy czym tą temperaturę utrzymuje się w czasie 10 do 120 sekund, korzystnie od 10 do 30 sekund.

Zawartość wody w tłuszczowej substancji w czasie obróbki odpowiednio utrzymuje się na poziomie do 4-18% wagowych i szczególnie korzystne wyniki uzyskuje się, jeśli zawartość wody we wstępnej części obróbki, przy wysokiej temperaturze wynosi do 12-16% wagowych i w końcowym etapie obróbki spada do 4-7 % wagowych.

Podsumowując, można powiedzieć, że zgodnie ze sposobem według wynalazku, jeśli wyjściową substancję tłuszczową poddaje się obróbce przed ekstrakcją oleju, to uzyskuje się surowy olej o takiej samej niskiej zawartości nieuwodnionych fosfatydów, jaki uzyskuje się metodami opisanymi poprzednio, za pomocą działania na surowy olej ekstrakcyjny chemikaliami, zgodnie z jedną z metod ogólnie zwanych superodzywiczaniem.

Przy zastosowaniu sposobu według niniejszego wynalazku uzyskuje się olej, który po przeprowadzeniu odzywiczania wodą wykazuje:

- zawartość fosforu wnoszoną z nieuwodnionymi fosfatydami, mniejszą niż 5 ppm;

- zawartość zelaza mniejszą niż 0,2 ppm;

- zawartość wapnia mniejszą niz 4 ppm;

- zawartość magnezu mniejszą niż 2 ppm.

Przeprowadzając proces sposobem według niniejszego wynalazku konieczne jest jedynie urządzenie do szybkiego podwyższenia temperatury substancji pochodzenia roślinnego.

187 788

Odpowiednie urządzenie może obejmować zamknięty układ ciśnieniowy, w którym przegrzana para krąży, wprowadzana w ruch za pomocą dmuchawy wirnikowej. Przenosząca układ jest odpowiednio zaopatrzony w doprowadzenie gazu pędnego, odprowadzenia, wymiennik ciepła do kontrolowania temperatury i zawartości wody oraz cyklon do oddzielania substancji stałych. Ciśnienie pary wodnej może zmieniać się, na przykład, w granicach od 2 do 5 atmosfer. Jeśli substancję poddawaną działaniu wprowadza się do układu ciśnieniowego, para wykrapla się na każdej poszczególnej cząstce i wzrasta jej temperatura oraz zawartość wody do pożądanego poziomu. Ponadto, substancja jest przenoszona przez parę, przy ustalonym ciśnieniu i temperaturze, do cyklonu, gdzie jest usuwana z urządzenia za pomocą gazoszczelnego podajnika.

Wynalazek opisuje się bardziej szczegółowo w ponizszych przykładach.

Przykład 1.

Konwencjonalne urządzenie do ekstrakcji oleju z nasion rzepaku za pomocą wytłaczania i ekstrakcji rozpuszczalnikiem stosowano do przeprowadzenia niniejszego doświadczenia. Jego skład wynika z konwencjonalnej techniki opisanej we wprowadzeniu. Urządzenie obejmuje pięć podgrzewaczy do nasion oleistych i prasę śrubową połączoną z każdym podgrzewaczem.

W doświadczeniu, około 6 ton szwedzkich, płatkowanych nasion rzepaku w czasie godziny poddano działaniu w każdej z pięciu pras śrubowych. Do czterech z pras (prasy referencyjne) dostarczano płatki z nasion rzepaku o temperaturze podniesionej do około 90°C, w czterech związanych z nimi podgrzewaczach do nasion oleistych. Czas przebywania w każdym z podgrzewaczy wynosi około 40 minut. Zawartość wody w płatkach wynosiła około 6,1%, przed poddaniem wytłaczaniu.

Piąty podgrzewacz do nasion oleistych pracował w innych warunkach i płatki z nasion rzepaku poddawano w nim działaniu termicznemu za pomocą opisanego powyżej zamkniętego, przenoszącego układu ciśnieniowego. Po takiej obróbce termicznej, którą przeprowadzono w temperaturze około 150°C w czasie przynajmniej 30 sekund, płatki pneumatycznie wprowadzano do wlotu piątej prasy (badawcza prasa). Zawartość wody w płatkach wynosiła około 5,6%.

Próbki oleju pobierano przy wylotach pras referencyjnych i przy wylocie prasy badawczej.

Każdą próbkę oleju poddano odżywiczaniu w laboratoryjnej wirówce, po dodaniu 3% wody i spęcznianiu przez 10 minut. Wyniki analiz umieszczono w tablicy 1

Przykład 2.

Doświadczenie przeprowadzono sposobem identycznym jak opisany w przykładzie 1, z tą różnicą, że stosowano nasiona rzepaku importowanego z Polski, oraz badano ilości inne niz stosowane w przykładzie 1. Wydajność każdej z pras wynosiła około 6 ton płatków z nasion rzepaku w czasie godziny. Zawartość wody w płatkach doprowadzonych do referencyjnych pras wynosiła 5,2%, zaś w płatkach doprowadzonych do badawczej prasy wynosiła 4,1%. Próbki oleju pobierano przy wylotach pras referencyjnych i przy wylocie prasy badawczej. Każdą próbkę oleju poddano odżywiczaniu w laboratoryjnej wirówce, po dodaniu 3% wody i spęcznianiu przez 10 minut. W tym doświadczeniu w surowym oleju oznaczano również zawartość wapnia i magnezu. Wyniki analiz umieszczono w tablicy 2.

187 788

Tablica 1

Olej wytłaczany z nasion szwedzkich	Badany olej , uzyskany zgodnie z wynalazkiem	Olej porównawczy
Zawartość wody w oleju, %,	0,13	0, 14
Fosfor w surowym oleju, ppm	350	240
Fosfor po odzywiczamu wodą, ppm	4	165
Żelazo w surowym oleju, ppm	1,5	2,9
Żelazo po odzywiczamu wodą, ppm	0, 04	0, 7
Wapń po odzywiczamu woda, ppm	2,8	93
Magnez po odżywiczamu woda, ppm	0, 8	29 _ .

Tablica 2

Olej wytłaczany z nasion polskich	Badany olej, uzyskany zgodnie z wynalazkiem	Olej porównawczy
Zawartość wody w oleju, %	0, 13	0, 07
Fosfor w surowym oleju, ppm	410	270
Fosfor po odżywiczamu wodą, ppm	4	57
Żelazo w surowym oleju, ppm	5, 8	10
Żelazo po odżywiczamu wodą, ppm	0, 1	0, 6
Wapń w surowym oleju, ppm	49	112
Wapń po odżywiczamu wodą, ppm	2	59
Magnez w surowym oleju, ppm	30	4 6
1 Magnez po odzywiczamu wodą, ppm	1 1	17

187 788

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób otrzymywania oleju glicerydowego o niskiej zawartości nieuwodnionych fosfatydów złuszczowych substancji pochodzenia roślinnego, znamienny tym, że obejmuje etapy obróbki materiału tłuszczowego roślinnego:

   a. roślinny materiał tłuszczowy poddaje się szybkiemu działaniu wysokiej temperatury, przy kontrolowanej zawartości wody, przy czym wysoka temperatura jest utrzymywana przez 10-120 s, materiał jest doprowadzony i kontaktowany oraz przenoszony przez ogrzaną do wysokiej temperatury parę wodną, w zamkniętym, przenoszącym układzie ciśnieniowym, w którym ogrzana do wysokiej temperatury para wodna cyrkuluje;

   b. po czym ekstrahuje się olej glicerydowy i ewentualnie poddaje dalszej obróbce.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że substancja tłuszczowa pochodzenia roślinnego, jeśli jest to pożądane by znajdowała się w postaci cząstek, jest pokruszona łub rozdrobniona w postaci płatków, przed poddaniem jej działaniu wysokiej temperatury.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że temperaturę substancji tłuszczowej pochodzenia roślinnego szybko podnosi się do co najmniej 140°C.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zawartość wody w substancji tłuszczowej pochodzenia roślinnego zmienia się w zakresie od 4 do 18% wagowych.
5. 5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że temperaturę szybko podnosi się do 145-155°C.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wysoką temperaturę utrzymuje się w czasie od 10 do 30 sekund.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w początkowym okresie działania wysokiej temperatury zawartość wody w substancji tłuszczowej pochodzenia roślinnego wynosi

   12-16% wagowych, i w końcowym etapie takiego działania jest zredukowana do 4-7% wagowych.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że glicerydowy olej przez wytłaczanie i/lub ekstrakcję uzyskuje się z substancji tłuszczowej pochodzenia roślinnego poddanej działaniu wysokiej temperatury'.
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że glicerydowy olej poddaje się odżywiczaniu przez działanie wodą bez dodawania kwasu lub zasady;
10. 10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako substancję tłuszczową pochodzenia roślinnego stosuje się nasiona lub owoce zawierające olej.