TEHNOLOGIA ULEIURILOR VEGETALE COMESTIBILE

In procesul de obtinere a uleiurilor vegetale, semintele oleaginoase sunt supuse unor tratamente tehnologice care le asigura calitati optime in vederea obtinerii uleiului cu randamente maxime si cheltuieli minime Schema tehnologica de obtinere a uleiului vegetal este prezentata in figura 60.

Fig. 60 Schema tehnologica de obtinere a uleiului

1. PREGATIREA MATERIILOR PRIME IN VEDEREA PRELUCRARII

Dupa receptia si depozitarea materiilor prime oleaginoase acestea, inainte de intrare in fabricatie, sunt supuse unor operatii pregatitoare:

1.1. Curatirea semintelor

Semintele oleaginoase contin impuritati care trebuiesc separate. Aceste impuritati pot fi grupate in:

impuritati metalice - cuie, suruburi, alte bucati de metal ;

impuritati minerale - bucati de pamant, pietre, praf;

impuritati organice neoleaginoase - pleava, paie ;

impuritati oleaginoase - seminte seci, seminte carbonizate, sparturi, seminte din alte sorturi decat cel receptionat

Indepartarea acestor impuritati se realizeaza in doua etape :

inainte de depozitare - precuratire - cand se elimina cea. 50% din impuritatile initiale din loturile de seminte neomogene, cu % ridicat de impuritati si pericol de degradare;

la trecerea in fabricatie - postcuratire - dupa care continutul remanent de impuritati este de 0,3 - 0,4%.

Exista mai multe modalitati de separare, in functie de felul impuritatilor, astfel:

1. separarea impuritatilor feroase se bazeaza pe proprietatile magnetice ale acestora si se realizeaza cu ajutorul magnetilor naturali sau a electromagnetilor Aceasta separare se executa inaintea tuturor operatiilor din cadrul procesului tehnologic in vederea evitarii defectarii utilajelor;
2. separarea pe baza diferentei de marime operatie asemanatoare celei din industria moraritului - se bazeaza pe miscarea (rectilinie-circulara sau vibratorie) unui strat sau mai multor straturi de particule la suprafata unor site orizontale sau inclinate- prevazute cu perforatii (site) prin care cad unele componente ale amestecului. Utilajele folosite sunt asemanatoare celor din industria moraritului: site cu miscare rectilinie, circulara sau vibratorie;
3. separarea pe baza diferentei de masa volumica se efectueaza cu ajutorul unui curent de aer care trece peste amestecul de seminte si impuritati antrenand impuritatile mai usoare decat semintele. Separarea are loc la o viteza a curentului de aer mai mare decat viteza de plutire. Curentul de aer poate fi ascendent (cel mai des intalnit) sau orizontal.

Ca utilaje principale, in fabricile de ulei din tara, se folosesc: vibroaspiratorul si precuratitorul pentru precuratirea semintelor; postcuratitorul si tararul cu aspiratie ce functioneaza atat pe principiul diferentei de marime, cat si a diferentei vitezelor de plutire; buratul, folosit pentru curatirea semintelor de in si rapita si precuratirea semintelor de soia; separatori magnetici.

Dupa curatire, semintele oleaginoase sunt supuse unui proces de uscare, in care se indeparteaza cel putin 4% din continutul de umiditate al semintelor (de la 12-14% initial se ajunge la 8-10% umiditate in final).Scopul uscarii este de a evita fenomenele de autoincalzire si autoaprindere, prin incetinirea proceselor chimice si biochimice.

Temperatura de uscare este limitata in masa semintelor la 60C pentru a evita, in cazul unor temperaturi mai ridicate, denaturarea termica a proteinelor si degradarea calitatii uleiului din seminte.

Uscatoarele folosite la noi in tara se bazeaza pe principiul uscarii prin contact si convectie, fiind de tip rotativ cu tambur orizontal, coloane verticale sau cu fascicole tubulare, care pot lucra la presiune atmosferica sau sub vid, uscatoare in strat fluidizat- uscatoare pneumatice.

1.2. Descojirea

Coaja semintelor oleaginoase constituie un material inert in procesul de prelucrare datorita continutului redus in ulei (0,5 - 3%) si un continut ridicat de celuloza ce este nedorit in compozitia sorturilor, impunandu-se deci eliminarea ei ori de cate ori este posibil acest proces.

In cursul procesului de descojire, coaja se indeparteaza numai partial, deoarece prezenta unui anumit procent de coaja in materialul descojit este benefica in procesele de presare si extractie.

Avantajele prelucrarii semintelor descojite sunt :

utilizare mai buna a capacitatii de prelucrare a instalatiilor ;

imbunatatirea calitatii srotului datorita cresterii continutului de proteina ;

reducerea uzurii utilajelor, in special a valturilor si a preselor.

Dezavantajele operatiei de descojire sunt legate de :

pierderi de ulei in miezul antrenat cu coaja;

consum de energie si manopera in plus.

Descojirea semintelor comporta doua faze:

a)      spargerea cu detasarea cojii de miez ;

b)      separarea cojilor din amestecul rezultat.

Spargerea si detasarea cojii pot fi obtinute prin :

lovire - se aplica la descojirea semintelor de floarea-soarelui si la degerminarea pe cale uscata a porumbului Se realizeaza in doua moduri : prin lovirea seminte/or in repaus cu ajutorul unor palete sau prin proiectarea semintelor catre un perete fix. De regula, cele doua procese se combina obtinandu-se o eficacitate mai mare a descojirii;

taiere - se realizeaza prin trecerea semintelor printre doua discuri rifluite, care se rotesc in sens contrar si a caror distanta este reglabila. Metoda se foloseste la descojirea semintelor de bumbac;

frecare - se efectueaza cu ajutorul valturilor prevazute cu cilindrii rifluiti sau acoperiti cu pasta abraziva; metoda se aplica la descojirea semintelor de soia si la decorticarea orezului ;

strivire - se foloseste la descojirea semintelor de ricin si indepartarea tegumentului de pe boabele de arahide ; se realizeaza cu valturi prevazute cu cilindrii acoperiti cu un strat de cauciuc. Datorita turatiei diferite, pe langa fortele de presare, apar si forte de frecare si de forfecare.

Dupa spargerea semintelor rezulta un amestec de miezuri intregi si sparte, de coji intregi si maruntite, precum si seminte intregi, nedescojite.

Separarea cojilor din materialul descojit se efectueaza prin doua metode :

dupa diferenta de marime - realizata prin cernere pe site;

dupa diferenta de masa volumica - prin aspiratia cu un curent de aer ascendent produs de un ventilator.

Din procesul de separare rezulta doua fractiuni:

miez industrial - 80 - 85% din greutatea semintelor de floarea-soarelui trecute la prelucrare - si o cantitate de coaja (6 - 8%) pastrata din considerente tehnologice ;

coaja eliminata - in proportie de 15- 20% din greutatea semintelor trecute la prelucrare, care contine si o cantitate foarte redusa de miez antrenat (~ 0,4 - l %).

Utilajele cele mai folosite la descojirea semintelor de floarea-soarelui sunt toba de spargere si separatorul de coji.

Factorii ce influenteaza gradul de spargere sunt :

viteza cu care se repeta lovirea semintelor - determinata de numarul de paiete si de viteza de rotatie a axului tobei;

distanta dintre paiete si ecranul de spargere;

elasticitatea semintelor - care depinde de umiditatea la care are loc procesul
de spargere.

Pentru procesul de descojire umiditatea optima a semintelor de floarea-soarelui este de 6,5 - 7%.

Macinarea materiilor prime oleaginoase

Macinarea semintelor oleaginoase este o operatie importanta in procesul de pregatire pentru extragerea uleiului, prin aceasta realizandu-se o rupere a membranelor si destramarea structurii oleoplasmei celulare care contine ulei (70 - 80% celule destramate din total).

In afara de materiile prime oleaginoase mai sunt supuse macinarii brochenul rezultat de la presare si, daca este necesar, srotul rezultat la extractie.

In urma macinarii, uleiul se elimina din canalele oleoplasmei sub forma de picaturi fine, fiind retinute la suprafata macinaturii sau in capilarele acesteia.

In timpul macinarii, in afara de necesitatea distrugerii cat mai avansate a structurii celulare, trebuie sa se aiba in vedere si alte aspecte tehnologice:

uniformitatea macinaturii, deoarece viteza proceselor de difuziune si conductibilitatea termica (in timpul prajirii si extractiei) sunt invers proportionale cu dimensiunile particulelor;

structura morfologica a semintelor - semintele cu coaja tare dau o macinatura mai neuniforma decat semintele cu coaja moale ;

compozitia semintelor (umiditate si continut de ulei) - pe masura ce umiditatea si continutul de ulei al semintelor creste operatia de macinare devine mai dificila, macinatura rezultata fiind cleioasa, cu dificultati la presare si extractie si cu procent mai mare de pierderi de ulei in srot.

Deoarece se supune macinarii diferite materiale oleaginoase, utilajele folosite pentru aceasta operatie trebuie sa fie alese corespunzator, pentru a obtine o macinatura de calitate. Utilajele folosite pentru macinare sunt valturile, concasorul si morile cu ciocane.

Valturile sunt utilaje in care materialul trece printre cilindrii aflati in miscare de rotatie si este maruntit sub actiunea fortelor de compresiune, de taiere sau frecare. Cele mai utilizate valturi sunt :

valtul cu 5 cilindrii (tavalugi) suprapusi ;

valtul cu 2 perechi de tavalugi aflati in serie ;

valtul cu o pereche de tavalugi (pentru boabe de soia).

Marimea macinaturii rezultate este determinata de distanta dintre cilindrii macinatori (care pot avea suprafata neteda sau rifluita si sunt confectionati din otel turnat), aceasta distanta putand fi reglata manual sau cu sisteme de reglare automata.

Procesul de macinare la valturi este influentat de continutul de coaja in materialul supus macinarii (continut >8% coaja conduce la o destramare necorespunzatoare datorita maririi distantei dintre tavalugi) si se realizeaza in 3 etape:

deformatia elastica, care are loc pana la aparitia primelor crapaturi;

deformatia plastica, in care materialul se aplatizeaza si se compacteaza:

destramarea materialului si aparitia de celule sparte.

Conditiile impuse ca materialul sa fie macinat corespunzator sunt:

particulele materialului sa poata fi antrenate de tavalugi;

crearea unei presiuni corespunzatoare la trecerea intre tavalugi.

In functie de tipul de tavalug (rifluit sau neted) macinarea are loc prin:

taierea materialului de catre rifluri si de presiunea ce se creeaza intre cei doi cilindri (cazul cilindrilor rifluiti cu viteze diferite);

comprimarea materialului - cilindri netezi cu viteze egale ;

comprimare si frecarea particulelor intre ele - in cazul cilindrilor netezi cu viteze diferite.

Boabele de ricin, datorita continutului ridicat in ulei, se supun doar unei striviri prin trecerea prin valturi cu o pereche de tavalugi rifluiti, avand distanta intre ei cu l-2 mm mai mica decat grosimea medie a boabelor.

In cazul cilindrilor rifluiti, antrenarea particulelor este mult imbunatatita, prin "prinderea" semintelor oleaginoase de catre rifluri, cu importanta majora fiind parametrii riflurilor.

Valturile se utilizeaza, indeosebi, la macinarea semintelor oleaginoase.

Concasoarele utilizate la macinarea brochenului sunt de doua tipuri:

concasoare cu cilindri cu dinti;

concasoare cu cilindri - cu dinti;

- rifluiti

Utilizarea concasoarelor la macinarea brochenului conduce, in afara de obtinerea unui brochen cu granulatia necesara, la distrugerea structurii interioare secundare, fapt ce permite eliberarea uleiului din aglomerarile formate si usurarea extractiei.

Morile cu ciocane folosite in industria uleiului in special pentru macinarea srotului, prezinta avantajul ca sunt mai robuste, au gabarit mic si productivitate mare, in comparatie cu concasoarele.

Dezavantajele acestora insa:

reglarea atenta a distantei dintre ciocane si sita de cernere in functie de umiditatea materialului;

functionarea cu uzuri mari necesitand supraveghere atenta si permanenta, inlocuirea la timp a ciocanelor si echilibrarea dinamica repetata,

au condus la o utilizare mai restransa.

In general, pentru a se obtine o macinatura cu % ridicat de celule destramate, semintele de floarea-soarelui, in si canepa, trebuiesc trecute de cel putin 3 ori printre tavalugi.

Pentru brochenul de floarea-soarelui destinat extractiei se recomanda o trecere prin concasor si 2 treceri prin valturi pentru a se obtine o suprafata specifica a macinaturii de 1,1 - 1,6m²/Kg.

Prajirea materialului oleaginos

Prajirea materialului oleaginos este operatia de tratament hidrotermic aplicat intr-un timp limitat, sub amestecare continua si care se realizeaza fie inaintea presarii macinaturii obtinute la valturi, fie inainte de extractie prin procedee continui, asupra brochenului rezultat la presare sau a macinaturii ce trece direct la extractie (soia).

Scopul operatiei este de a realiza:

anumite transformari fizico-chimice ale componentelor macinaturii ;

modificari ale structurii particulelor in vederea obtinerii unui randament maxim la presare;

transformari chimice suplimentare ce imbunatatesc calitatea produselor finite ;

dezodorizare partiala.

In cazul prajirii inainte de extractie se urmareste obtinerea plasticitatii corespunzatoare unei prelucrari la valturile de aplatizare in paiete fine, poroase si stabile, care, la extractie, sa nu se sfarame si sa prezinte o structura favorabila extractiei cu dizolvanti.

Macinatura este un sistem dispers - in faza lichida - compus din doua faze :

Faza lichida, compusa din :

faza grasa - uleiul - se gaseste la suprafata si in capilarele particulelor sub forma unor picaturi fine; o parte din uleiul continut de macinatura (20 - 30%) se gaseste "inchis" in celulele care nu au fost destramate la macinare;

faza apoasa - apa - este legata de gelul celular prin forte de adsorbtie, mai puternice decat fortele de suprafata ale campului molecular.

Faza de gel, caracterizata prin :

proprietatea particulelor de a se lipi, la o anumita umiditate :

plasticitate;

aglomerare la anumite presiuni exterioare.

Astfel, la presare, din celulele particulelor de macinatura se separa cea mai mare parte din ulei, in timp ce cantitatea de apa eliminata este neglijabila.

Procesul de prajire se realizeaza in doua faze :

a)      umectarea macinaturii (cu pulverizare de apa si injectare de abur saturat, sau numai prin aburire) pana la o umiditate optima (in functie de sortul de seminte); in acelasi timp, are ioc si o crestere a temperaturii macinaturii;

b)      uscarea macinaturii pentru atingerea parametrilor optimi de presare sau extractie (structura celulara, temperatura, umiditate).

Variatia temperaturii si umiditatii in cele doua faze este redata in figura 64.

Fig. 64. Modificarea umiditatii si a temperaturii in cele doua faze

ale procesului de prajire

Umectarea macinaturii consta in imbibarea cu apa a gelului celular, conducand astfel la urmatoarele modificari ale caracteristicilor acestuia :

modificarea plasticitatii ;

aglomerare de particule ;

modificari ale starii uleiului;

-modificari chimice si biochimice ale componentelor macinaturii.

Viteza de umectare, care la inceputul operatiei este mare si scade pe masura ce gelul celular se imbiba cu apa, este influentata favorabil de :

gradul de maruntire (ca urmare a distrugerii avansate a membranelor celulare si a maririi suprafetei de contact);

buna malaxare in timpul procesului.

Pe masura ce gelul celular se imbiba cu apa are loc, la inceput, separarea uleiului sub forma unor picaturi foarte fine care, la o umiditate mai mare, se unesc formand o pelicula continua la suprafata particulelor.

Separarea uleiului are loc datorita urmatoarelor fenomene :

cel de la suprafata particulelor - datorita umectarii selective (moleculele de apa sunt mai bine legate de particulele de macinatura si, deci, moleculele de ulei sunt eliberate pentru a se lega apa);

uleiul din capilarele particulelor - datorita presiunii exercitate asupra lui de presiunea de imbibare (prin imbibarea cu apa a gelului celular, volumul acestuia creste presand asupra, uleiului aflat in capilare; sub actiunea acestei presiuni, uleiul este impins spre exterior).

Incalzirea si uscarea macinaturii produce modificari de natura fizica, chimica si biochimica asupra celor doua faze, intensitatea acestor modificari fiind dependente de:

modul de incalzire si temperaturile utilizate ;

umiditatea macinaturii,

viteza de evaporare a apei din macinatura;

durata procesului.

Modificarile fazei lichide sunt:

de natura fizica - scaderea vascozitatii uleiului; scaderea tensiunii superficiale a uleiului; evaporarea apei din macinatura ;

de natura chimica - oxidarea si cresterea continutului de peroxizi - sunt neinsemnate, datorita duratei scurte a procesului.

Modificarile suferite de faza de gel in timpul incalzirii si uscarii macinaturii sunt:

de natura chimica - schimbarea structurii coloidale datorita denaturarii substantelor proteice si distrugerii structurii celulare Factorii ce influenteaza denaturarea termica sunt:

o       umiditatea - cu cat este mai mare cu atat are loc o denaturare mai pronuntata;

o       viteza de evaporare a apei din macinatura - scade odata cu umiditatea macinaturii

de natura biochimica - cresterea activitatii enzimatice, care conduce la o crestere a aciditatii libere a uleiului prin hidroliza enzimatica si descompunerea substantelor proteice; in etapa a II-a, de prajire, are loc scaderea si incetarea activitatii enzimatice. Se recomanda ca in faza I de umectare, imbibarea cu apa a materialului sa se faca concomitent cu ridicarea rapida a temperaturii pana la 80 - 85C, cand activitatea enzimelor inceteaza ;

de natura fizica - modificare mai pronuntata a plasticitatii macinaturii, prin atingerea valorii optime pentru presare (scade odata cu reducerea umiditatii si denaturarea substantelor proteice).

Prajirea inainte de extractie se realizeaza numai in cazul in care brochenul necesita o prelucrare plastica pe valturile de aplatizare.

Nu se recomanda utilizarea unor temperaturi mai mari de 80 - 85C, deoarece denaturarea substantelor proteice si reducerea plasticitatii depasesc limitele normale, rezultand asa-numita macinatura supraprajita.

Utilajele folosite pentru prajire, in mod curent in industria uleiului, sunt de tipul prajitoarelor cilindrice, cu compartimente multietajate (2-6compartimente), prevazute cu fund si manta dubla. Malaxarea macinaturii in fiecare compartiment se asigura cu ajutorul unor palete.

Trecerea macinaturii dintr-un compartiment in altul se realizeaza cu ajutorul unui dispozitiv cu clapeta rabatabila, care asigura in acelasi timp si inaltimea stratului de macinatura la nivelul dorit in fiecare compartiment (200 - 300 mm). Durata prajirii este de circa 45 minute.

2. OBTINEREA ULEIULUI BRUT PRIN PRESARE SAU

EXTRACTIE

2.1. Obtinerea uleiului brut prin presare

Presarea este operatia prin care se separa sub actiunea unor forte exterioare componentul lichid (uleiul) dintr-un amestec lichid-solid (macinatura oleaginoasa).

La presare rezulta uleiul brut de presa si brochenul. Operatia de presare, cea mai veche metoda de obtinere a uleiurilor vegetale comestibile, se realizeaza cu prese mecanice de mare randament, cu functionare continua.

Presarea se face numai in cazul materiilor prime oleaginoase cu continut >30% ulei, deoarece randamentul presarii este de 80-85%, restul uleiului fiind obtinut prin extractie cu dizolvanti.

Procesul de presare a macinaturii oleaginoase are loc sub influenta fortelor de compresiune ce iau nastere in presele mecanice.

Prin presarea particulelor de macinatura unele de altele, incepe procesul de separare a uleiului de faza de gel : initial se separa uleiul de la suprafata particulelor, iar dupa un timp, cand sub actiunea presiunii exercitate incepe deformarea si comprimarea puternica a particulelor, eliminarea aflat in capilarele particulelor.

Cand spatiul dintre suprafetele particulelor devine foarte mic, uleiul nu mai poate fi eliminat, pelicula de ulei se rupe in mai multe locuri, iar suprafetele particulelor se ating si incepe asa-numita brichetare, adica formarea brochenului (turtelor).

Cresterea presiunii asupra particulelor de macinatura trebuie sa fie treptata, in caz contrar, respectiv aplicarea unei presiuni prea mari de la inceput, se blocheaza iesirea uleiului din capilare de catre particulele fine de macinatura, reducandu-se astfel randamentul de presare.

Procesul de separare a uleiului este influentat de urmatorii factori :

forta de presare la presele mecanice, P, este creata de un corn elicoidal (melc), care se roteste intr-un spatiu inchis (camera de presare) Cresterea treptata a presiunii se asigura prin :

o       micsorarea volumului liber al camerei de presare de la o treapta la alta;

o       reducerea pasului melcului;

o       rezistenta opusa la iesirea materialului din presa de catre o piesa speciala numita 'con'.

durata de presare, t, se alege astfel incat sa permita scurgerea uleiului in conditiile date. O marire a timpului de presare peste limita normala scade productivitatea presei si nu duce la o marire sensibila a productiei presei. De asemenea, durata presarii depinde de caracteristicile constructive si functionale ale presei, putand varia intre 40 si 200 secunde. Durata presarii este influentata, la randul ei, de turatia axului presei, grosimea brochenului la iesirea din presa si caracteristicile fizico-chimice ale macinaturii.

o       turatia axului presei influenteaza invers proportional asupra duratei de presare ;

o       grosimea brochenului influenteaza tot invers proportional durata de presare, deoarece cu cat grosimea este mai mare, cu atat scade presiunea in presa, iar durata presarii scade ;

o       caracteristicile macinaturii influenteaza astfel :

vascozitatea uleiului se micsoreaza prin incalzirea macinaturii in timpul prajirii;

lungimea capilarelor poate fi micsorata prin ;

distrugerea avansata a celulelor la macinare,

tratament de prajire,

reducerea distantei de parcurs de catre ulei in camera de presare.

Brochenul obtinut va fi cu atat mai sfaramicios, cu cat va contine mai mult ulei, deoarece peliculele de ulei nu permit particulelor de macinatura sa se bricheteze.

Presele folosite curent in schema de prelucrare prin presare urmata de extractia cu dizolvanti sunt:

pentru presarea preliminara moderata - asigura separarea a 75 - 80% din ulei si 18 - 22% ulei randament in brochen ;

pentru presare avansata - asigura 12-14% ulei remanent in brochen.

La obtinerea uleiului numai prin presare se folosesc :

prese mecanice de presare finala (la o singura treapta) - realizeaza max. 3-6% ulei remanent in brochen;

pentru 2 trepte de presare: in prima treapta se folosesc prese cu presare moderata, iar in treapta a II-a prese de presare finala.

In practica se cunosc si tipuri constructive ce asigura procesul de presare in 2 trepte in acelasi utilaj, cu 2 camere de presare.

Intreprinderile de ulei din tara noastra prelucreaza semintele oleaginoase bogate in ulei dupa schema presare - extractie, folosind in acest caz numai prese pentru presare preliminara (moderata sau avansata).

Uleiul brut de presa este supus in continuare unei operatii de purificare, deoarece contine impuritati mecanice si organice in suspensie, urme de apa, care trebuiesc indepartate pentru evitarea degradarii rapide a uleiului si a pierderilor.

Purificarea prealabila a uleiului, inainte de depozitare, comporta urmatoarele operatii :

separarea resturilor grosiere de macinatura oleaginoasa (zat) antrenate la presare prin : sedimentare, filtrare sau centrifugare ;

eliminarea umiditatii in exces prin evaporare (uscare) ;

separarea impuritatilor cu dimensiuni mici prin filtrare.

Uscarea uleiului se face numai in cazul cand umiditatea uleiului depaseste 0,3%.

2.2. Obtinerea uleiului brut prin extractie

Extractia uleiului este o operatie tipica de transfer de substanta, care se realizeaza prin solubilizarea uleiului intr-un dizolvant, in care ceilalti componenti nu se solubilizeaza.

Fenomenul preponderent care are loc in timpul procesului de extractie este difuzia - fenomen fizic in care substantele dizolvate trec liber in solutia cu concentratie mai mica, pana cand are loc o repartizare uniforma a moleculelor dizolvate. In cazul extragerii uleiului, difuzia are loc in sistem solid-lichid printr-un complex de reactii, moleculele de ulei parcurgand 3 etape diferite ;

difuzia moleculara a uleiului din interiorul particulei catre marginea ei;

difuzia moleculara a uleiului prin stratul de separare de la suprafata exterioara a particulei la suprafata exterioara a dizolvantului;

difuzia prin convectie a uleiului de la stratul de separare catre miscela in miscare.

Consideram o particula de material oleaginos, cu concentratia initiala de ulei C, cufundata intr-un curent de dizolvant (fig. 66). Dupa un anumit timp, datorita difuziei moleculare din interiorul particulei, la distanta l/n de exterior se atinge concentratia C₁.

Fig. 66. Schema extractiei uleiului in cele trei etape ale sale

La suprafata exterioara a particulei, spalata in permanenta de curentul de dizolvant are loc difuzia prin convectie intr-un strat de grosime δ numit strat limita sau marginal, in care concentratia amestecului ulei - dizolvant (miscela) este c''.

Aplicand legile difuziei in cele 3 etape ale procesului, rezulta ;

corespunzator difuziei in interiorul particulei :

corespunzator difuziei din interiorul stratului marginal:

corespunzator difuziei prin convectie de la exteriorul particulei:

in care : c' - concentratia amestecului la exteriorul particulei :

c' - concentratia miscelei la suprafata stratului marginal. Transferul de substanta in cele 3 etape va fi :

m=-k(C₁-C₂)

unde : k - coeficientul transferului de substanta :

Coeficientul transferului de substanta, k, caracterizeaza procesul de extractie si reprezinta cantitatea de ulei difuzata prin unitatea de suprafata in unitatea de timp, in conditiile unei diferente de concentratie egala cu l.

D_int este coeficientul de difuzie in interiorul particulei.

Difuzia in interiorul particulei, datorita structurii interioare foarte variate si transformarilor pe care le sufera semintele oleaginoase, este influentata de : structura oleoplasmei, structura membranelor celulare, a membranelor secundare si a porozitatii particulei.

Viteza procesului de difuzie depinde direct de marimea coeficientului de difuzie in interiorul particulei (D_int), fiind mare in cazul materialului bine macinat.

Difuzia in stratul limita are loc dupa legile difuziei moleculare. Viteza de difuzie este influentata de coeficientul de difuzie D si grosimea stratului limita.

Difuzia intre stratul limita si miscela in miscare are loc prin convectie, difuzia moleculara fiind neinsemnata (ca urmare a agitatiei termice moleculare). Viteza de difuzie prin convectie depinde de: conditiile hidrodinamice ale curgerii miscelei (viteza de regim - laminar, turbulent), temperatura si gradientul de concentratie

In practica industriala, are loc extractia concomitenta dintr-o multitudine de particule, in acest caz procesul de extractie prezentand anumite particularitati si abateri de la mecanismul extractiei unei singure particule, si anume:

diminuarea vitezei si gradului de extragere a uleiului datorita "blocarii porilor", fenomen direct proportional cu forma si marimea particulelor si cu gradul lor de compresibilitate ;

antrenarea in fluxul de dizolvant a particulelor foarte mici, care se aglomereaza in anumite zone ale materialului, obligand dizolvantul sa curga prin alte parti ale aparatului, cu rezistenta mai mica; astfel, zonele cu aglomerari de particule mici vor fi mai putin prelucrate, ramanand o cantitate mai mare de ulei in srot;

cand o multitudine de particule se gasesc intr-un strat imobil, intre ele se formeaza "canale de penetratie" ale dizolvantului de diferite dimensiuni si un grad diferit de sinuozitate;

particulele tind a se lipi intre ele si are loc micsorarea diametrului canalelor de drenaj, inrautatind in mare masura circulatia miscelei si reducand gradul de extractie al uleiului.

Procesul de extractie poate fi accelerat prin utilizarea unor tehnici moderne cum ar fi : utilizarea ultrasunetelor de joasa frecventa (21,3 KHz, 1,5 W/cm²); marirea coeficientului de transfer de substanta folosind pulsatii (30C/80 pulsatii/min); folosirea vibratiilor (20C/50 - 500 vibratii/min).

Metode de extractie, in principiu, extragerea uleiului din diverse materii prime oleaginoase consta din spalarea cu dizolvant intr-un vas de tratament a macinaturii pregatite in prealabil, intr-o singura sau mai multe trepte.

In practica, se disting 3 moduri de realizare a extractiei: simpla, multipla (in trepte) si extractie continua.

In functie de contactul dintre macinatura si dizolvant distingem: extractia prin imersiune, prin percolare repetata sau o extractie mixta cu imersiune si percolare.

Instalatiile de extractie care folosesc aceste modalitati sunt:

pe principiul percolarii :

o       extractorul cu banda (tip De Smet)

o       extractorul rotativ cu sita fixa (tip Carusel)

prin imersiune si percolare:

o       extractorul rotativ cu sita rabatabila (tip Rotocel)

o       extractorul continuu cu cosuri

Ca metoda moderna de extractie poate fi amintita extractia cu ajutorul impulsurilor a uleiului din materii prime oleaginoase sau deseuri oleaginoase ale altor industrii.

Avantajele oferite de aceasta metoda sunt ;

prelucrarea are loc la temperaturi relativ scazute (18 - 30 C), ceea ce face sa se mentina nealterata calitatea proteinelor, a vitaminelor sa ;

prelucrarea se poate face direct la locul de producere a deseurilor oleaginoase in fabricile de conserve, eliminandu-se cheltuielile de transport;

semintele pot fi prelucrate in stare umeda fara a mai fi necesara uscarea lor, care necesita consumuri considerabile de energie

Distilarea miscelei

Operatia de separare a dizolvantului din miscela se realizeaza in conditii de temperatura ridicata, prin evaporarea acestuia intr-una sau mai multe trepte.

Temperatura de distilare a solutiei de ulei in dizolvant (miscela) este cu mult mai ridicata decat cea a dizolvantului curat, fiind direct proportionala cu concentratia in ulei. Astfel, cand concentratia miscelei ajunge la 95 - 99% (initial 14 - 35% in functie de instalatie) temperatura de fierbere creste brusc, trecand de limitele tehnologice uzuale si periclitand calitatea uleiului finit. In aceste conditii, pentru reducerea temperaturii, evaporarea avansata se realizeaza sub vid (30-40 mm col Hg) sau prin antrenare cu vapori de apa

Eliminarea totala a dizolvantului presupune o incalzire peste limitele admise astfel ca temperatura maximala de fierbere este totdeauna sub cea corespunzatoare unei eliminari totale.

Operatia de distilare consta din urmatoarele faze ;

purificarea initiala, respectiv eliminarea fractiunilor usoare ale dizolvantului si concentrarea miscelei prin fierbere, pana la 80 - 85% ulei ;

distilarea finala - are loc sub vacuum, in principal la temperaturi superioare celor de fierbere ale miscelei, deci prin evaporarea dizolvantului.

Purificarea miscelei

Miscela obtinuta in procesul de extractie se prezinta ca o solutie de ulei in benzina ce contine si impuritati mecanice si organice. Purificarea miscelei se poate realiza prin decantare, filtrare si centrifugare dar metoda cea mai utilizata este filtrarea.

Distilarea miscelei se poate realiza prin 3 procedee :

in flux discontinuu :

distilarea in strat inalt, care variaza intre 200 mm si 600 mm; are loc in flux discontinuu ;

in flux continuu :

distilare in pelicula, a carei grosime este determinata de proprietatile fizice ale miscelei; proprietatile si pozitia suprafetei materialului pe care se formeaza pelicula de miscela:

distilare prin pulverizare, ca rezultat al trecerii miscelei sub presiune prin duze speciale de pulverizare si formare in interiorul aparatului a unei infinitati de picaturi fine.

Factorii ce influenteaza eficacitatea procesului de distilare a miscelei sunt:

presiunea remanenta in instalatie;

-grosimea stratului de miscela;

temperatura miscelei si a aburului direct;

durata procesului.

Parametrii atinsi in timpul distilarii finale influenteaza ulterior calitatea produsului finit - uleiul-, astfel:

creste indicele de culoare si scade indicele de peroxid - in cazul distilarii finale la temperaturi ridicate ;

uleiul nu trebuie sa contina > 0,1 % dizolvant deoarece, datorita tensiunii de vapori, la o t = 120C se poate forma o atmosfera exploziva.

De aceea, la distilarea finala se urmareste ca punctul de inflamabilitate sa fie min. 135C pentru uleiul de floarea-soarelui si min. 140C pentru uleiul de rapita.

Instalatiile de distilare sunt caracteristice fiecarui tip de extractor.

Recuperarea dizolvantului din srot

Dupa extragerea uleiului, in materialul degresat (srot) ramane o cantitate mare de dizolvant (25-50%) retinut la suprafata si in capilarele particulelor.

Conditiile de depozitare a srotului impuse pentru evitarea pericolului de explozie sunt:

-continut de benzina: max. 0,1% ;

- umiditate:    max 9% pentru floarea soarelui ;

max. 12% pentru soia.

Procesul de eliminare a dizolvantului si umiditatii din srot se realizeaza cu ajutorul caldurii, avand loc o evaporare la suprafata in paralel cu difuzia benzinei si a apei din straturile interioare ale particulelor in prima perioada, iar in partea a doua a procesului scade. Regimul termic aplicat in procesul de dezbenzinare, determinat de urmatorii factorii:

evitarea denaturarii prea avansate a substantelor proteice din srot;

respectarea normelor de protectia muncii,

utilizeaza un abur cu temperatura max 180 C, iar temperatura srotului nu depaseste 115C.

Metodele de eliminare a dizolvantului (dezbenzinare) utilizate in prezent sunt:

indepartarea dizolvantului dintr-un strat inalt de srot sub malaxare continua, cu ajutorul aburului direct supraincalzit; se foloseste la instalatiile discontinui de extractie;

indepartarea dizolvantului dintr-un srot, care se gaseste partial in stare de suspensie, cu ajutorul aburului direct si indirect, in evaporatoare elicoidale ;

indepartarea dizolvantului din srot care se gaseste integral in stare de suspensie, intr-un tunel de evaporare, cu ajutorul vaporilor supraincalziti de dizolvant;

dezbenzinarea asociata cu o prajire umeda (toastare), menita sa inactiveze o serie de substante cu efecte antinutritionale, cum sunt in cazul srotului de soia : ureaza, factorul antitripsinic, hemoglutinina, lipoxidaza, saponina, ricina si ricinina. In practica, dezbenzinarea se realizeaza impreuna cu toastarea intr-un singur utilaj (toaster), utilizand o umidificare mai avansata, specifica fiecarui sortiment.

3. RAFINAREA ULEIURILOR VEGETALE

Pentru asigurarea calitatii uleiurilor si a aspectului comercial cerut de consumatori, uleiul brut este supus unui complex de operatii, grupat sub numele de rafinare.

Scopul acestor operatii este de a ameliora o serie de proprietati, cum sunt: aciditatea libera, culoarea, gustul si mirosul, transparenta, conservabilitatea, prin eliminarea substantelor nedorite (mucilagii, acizi grasi liberi, pigmenti coloranti, substante mirositoare, ceruri) ce afecteaza nefavorabil stabilitatea uleiurilor in timpul depozitarii. Fiecare operatie de rafinare are ca efect principal eliminarea unei grupe din substantele de insotire (tabelul 25).

Tabelul 25

Gruparea metodelor de rafinare dupa efectul principal al procesului

(dupa Boeru, Gh.)

Principalele operatii cuprinse in schema de rafinare a uleiurilor vegetale sunt: dezmucilaginarea, neutralizarea, uscarea, decolorarea, winterizarea, dezodorizarea si polisarea.

3.1. Dezmucilaginarea, degumarea uleiurilor vegetale

Uleiul brut, partial purificat, contine substante mucilaginoase si alte impuritati aflate sub forma coloidala, in suspensie sau dizolvate. Mucilagiile contin fosfatide, albuminoide, hidrati de carbon s.a.

In rezervoarele de depozitare a uleiului, la o temperatura critica ce depinde de metoda de obtinere a uleiului, are loc separarea mucilagiilor spontan prin autohidratare cu umiditatea din aer. Temperatura critica pentru uleiul de floarea soarelui este 7C, iar pentru cel de extractie 21,5C.

Aceasta precipitare a mucilagiilor este reversibila, avand loc o redispersare dar la o temperatura mai mare decat temperatura de separare. Astfel, mucilagiile separate prin racire la 10-20C se disperseaza la 47-50C. Temperatura de dispersare depinde de continutul in umiditate si se poate ridica chiar peste 100C.

Eliminarea mucilagiilor este necesara din urmatoarele motive:

stabilizeaza emulsiile in timpul neutralizarii alcaline determinand cresterea pierderilor de ulei in soapstock;

servesc la obtinerea lecitinei folosita ca. emulgator (la fabricarea ciocolatei, painii etc.) si la cresterea valorii nutritive a produselor alimentare ;

se utilizeaza ca metoda independenta pentru rafinarea uleiurilor necesare productiei de lacuri si uleiuri sicative ;

pentru purificarea uleiurilor inainte de scindare sau hidrogenare.

Dezmucilaginarea este o operatie dificila in procesul de rafinare a uleiurilor, existand mai multe metode de indepartare a mucilagiilor, astfel :

metode fizico-chimice (hidratarea, tratamentul cu absorbanti) ;

metode fizice - tratament termic ;

metode chimice - tratament cu acid sulfuric, clorhidric sau alcalin.

Cele mai utilizate metode sunt hidratarea si rafinarea acida.

Hidratarea mucilagiilor are loc in prezenta apei la cald, cand albuminoidele, fosfolipidele si complecsii acestora precipita in flocoane, pierzandu-si solubilitatea in ulei; aceste flocoane pot fi separate ulterior prin sedimentare sau centrifugare

Eficacitatea procesului de hidratare a mucilagiilor depinde de o serie de factori, cum sunt : natura si cantitatea agentului de hidratare, temperatura de lucru, marimea suprafetei de contact si modul de separare a mucilagiilor.

Pentru hidratarea continua a uleiurilor se folosesc 2 procedee :

procedeul de hidratare Sharples; instalatia de baza cuprinde : rezervorul de amestec ulei-apa, aparatul de hidratare, separatoare centrifugale pentru separarea mucilagiilor din ulei, filtre pentru ulei, preincalzitor tip "teava in teava". Procesul are loc la 45-50C pentru ulei de floarea-soarelui si 70C pentru alte uleiuri, sub agitare continua, timp de 22 minute (20-25 min) si in prezenta a 2-3% apa cu temperatura egala cu a uleiului ;

procedeul de hidratare Alfa De Laval, a carui instalatie de baza cuprinde schimbatorul de caldura cu placi, aparatul de hidratare si separatorul centrifugal cu talere. Procesul are loc la 60-70C (pentru uleiuri comestibile) sub amestecare continua si cu 1-3% condensat fierbinte. Dupa centrifugare, uleiul delecitinizat trebuie sa aiba temperatura de 65-70C si o presiune la iesirea din separator de 2-3 daN/cm . Concentratul de mucilagii separate la hidratare trebuie sa respecte un raport ulei-fosfatide de 1:1.

Dezmucilaginarea prin tratament acid are drept scop completarea procesului de hidratare pentru a elimina fosfatidele nehidratabile, in acest scop folosindu-se acidul fosforic sau acidul citric ce transforma fosfatidele in saruri solubile in mediu alcalin. De aceea, in practica, dupa dezmucilaginarea acida urmeaza operatia de neutralizare alcalina. Tratamentul acid se practica independent (fara hidratare preliminara), in cazul anumitor uleiuri :

cu acid sulfuric concentrat pentru uleiul de rapita destinat hidrogenarii sau utilizarii ca ulei lampant;

cu acid fosforic la uleiul de in pentru utilizari tehnice speciale.

Dezmucilaginarea cu acid citric se face cu o solutie apoasa 10-20%, introdusa in proportie de 1-2% fata de uleiul brut Temperatura de lucru depinde de natura uleiului (70 - 90C).

Tratamentul cu acid fosforic se aplica uleiurilor comestibile (la uleiul de floarea-soarelui pentru loturile inchise la culoare), realizandu-se cu o solutie de 75-85% ce se introduce in proportie de 0,05-2% fata de ulei, sub agitare la temperatura de 70-90 C, in functie de tipul instalatiei folosite.

Tratamentul acid urmeaza unei etape de dezmucilaginare prin hidratare, in care continutul de fosfatide a fost redus de la 3,2-3,5% pana la 0,15-0,27%

Prin tratamentul acid continutul in fosfatide scade pana la 0,05-0,09% iar continutul de fier de la 1,12 mg/Kg la 0,55 mg/Kg.

3.2. Neutralizarea aciditatii libere a uleiurilor vegetale

Uleiurile brute fabricate la noi in tara au o aciditate libera cuprinsa intre 1-4% datorata prezentei acizilor grasi liberi. Una din cauzele ce conduc la aparitia acestora in ulei este scindarea trigliceridelor, care poate avea loc :

in timpul depozitarii semintelor oleaginoase ;

in uleiul brut datorita prezentei urmelor de apa si conditiilor de depozitare necorespunzatoare.

Pentru obtinerea de uleiuri comestibile este necesar ca aciditatea libera sa fie eliminata.

Exista diferite metode de indepartare a aciditatii libere :

neutralizarea alcalina :

neutralizarea prin distilare ;

neutralizare prin esterificare - nerecomandata in cazul uleiurilor vegetale comestibile.

Cea mai utilizata metoda este neutralizarea alcalina, care cuprinde etapele :

tratamentul cu alcalii (neutralizarea propriu-zisa);

separarea soapstockului format;

spalarea uleiului pentru eliminarea urmelor de sapun.

Ca agenti de neutralizare se utilizeaza in principal Na OH si mai putin Na₂CO₃.

Efectele tratamentului alcalin sunt:

adsorbtia cantitativa a impuritatilor la suprafata peliculei de sapun ;

eliminarea mucilagiilor si acizilor grasi ;

eliminarea partiala a pigmentilor coloranti.

Neutralizarea continua se efectueaza in instalatii care, din punct de vedere tehnologic, se pot grupa astfel :

instalatii in care amestecarea uleiului cu solutia alcalina se realizeaza in aparate sub agitare (procedeele Sharples si Alfa De Laval);

instalatii in care reactia de neutralizare are loc in faza de aerosoli, uleiul si lesia fiind fin pulverizate (procedeul Fash).

Separarea soapstockului are loc prin centrifugare in ambele cazuri. Uleiul neutralizat este trecut la spalare, care se realizeaza cu apa de condens sau apa dedurizata. Folosirea apei cu duritate ridicata (peste 5 germane) conduce la cresterea continutului de sapun in uleiul rafinat (se formeaza sapun de calciu in ulei).

Temperatura uleiului in faza de spalare trebuie mentinuta la 85-90C.

Regimul de lucru (temperatura, concentratia si excesul solutiei alcaline, durata tratamentului) se stabileste in functie de felul uleiului si de aciditatea libera a acestuia.

Temperatura optima este de 70-90C, iar concentratia solutiei de NaOH (soda caustica sau lesie), variaza in functie de aciditatea libera a uleiului:

o aciditate < 1% - sol. de NaOH cu concentratie 6-12 Be ;

aciditate libera intre 1-5% - sol. 20 Be ;

aciditate libera > 5% - sol. 20-30 Be.

Dupa neutralizare, produsele finite rezultate trebuie sa aiba urmatoarele caracteristici:

ulei neutralizat :aspect limpede, aciditate libera max. 0,08 mg KOH/g, sapun max. 0,05%;

soapstock : continutul in grasimi totale 15-25%, iar raportul ulei/ac. grasi= 1:2,5.

3.3. Uscarea uleiului

Dupa spalare, in uleiurile neutralizate cu alcalii ramane un continut de 0,5% apa, care trebuie indepartat.

Eliminarea apei se realizeaza prin operatia de uscare a uleiului, prin aceasta evitandu-se fenomenele nedorite ce au loc in prezenta apei (hidroliza grasimilor si cresterea aciditatii libere, scaderea puterii de decolorare a adsorbantilor folositi ulterior).

Procedeele de uscare a uleiului pot fi realizate discontinuu sau in flux continuu, sub vid, cu agitare mecanica.

Regimul de lucru depinde de tipul de procedeu aplicat:

procedeul discontinuu : t = 90-95 C/τ =60-90 min/sarja ;

continut de apa si substante volatile la sfarsitul procesului = max 0,2% ;

procedeul continuu : t = 85-90 C/p = 10-30 mm Hg;

continut max. de apa al uleiului uscat =0,05%.

3.4. Decolorarea (albirea) uleiurilor

Pigmentii coloranti sunt substante de insotire a gliceridelor ce confera culoare uleiurilor vegetale. Pigmentii pot fi clasificati in doua grupe :

pigmenti naturali : clorofila (verde); carotina (rosie); xantofila (galbena);

pigmenti secundari: substante complexe melano-fosfatidice - se formeaza in brochen si in uleiul obtinut din micele distilate la temperaturi ridicate.

O parte din aceste substante colorante sunt partial indepartate in procesele anterioare - dezmucilaginarea acida si neutralizare.

In practica, decolorarea uleiurilor poate fi efectuata prin doua procedee :

decolorarea fizica - realizata prin adsorbtia pigmentilor pe pamant sau carbune decolorant;

decolorare chimica - realizata printr-o reactie chimica ce modifica grupele cromogene ale pigmentilor; nu se aplica uleiurilor comestibile, ci numai uleiurilor si grasimilor tehnice puternic pigmentate.

Odata cu decolorarea, ca efect secundar are loc si eliminarea mai avansata a mucilagiilor, substantelor proteice precum si a altor substante de insotire a materiilor grase (resturi de sapun din uleiurile neutralitate alcalin, urme de catalizator din uleiurile hidrogenate).

Decolorarea prin adsorbtie consta din introducerea sub agitare a pamantului decolorant in uleiul neutralizat si uscat sub vid, mentinere si separarea adsorbantului din uleiul decolorat. Aceste operatii pot fi realizate in instalatii cu functionare continua sau discontinua.

Decolorarea, in general, este un fenomen complex in cadrul caruia adsorbtiei fizice i se suprapune chemosorbtia, precum si efecte secundare de natura termica si oxidativa.

Factorii ce influenteaza procesul de decolorare prin adsorbtie sunt -

. caracteristicile adsorbantului Adsorbantul retine preferential substantele colorante pana la o anumita limita - volum de adsorbtie - peste care adsorbtia nu mai are loc. De aceea, in practica, se urmareste utilizarea unor agenti decoloranti ce au activitate specifica mare.

caracteristicile materiei prime felul uleiului, natura si concentratia pigmentilor, starea de oxidare, prezenta acizilor grasi liberi si a urmelor de sapun influenteaza randamentul procesului de decolorare ;

conditiile de lucru temperatura optima pentru decolorarea uleiurilor comestibile este de 85 -90C la o presiune absoluta de max. 60 mm Hg. Durata de mentinere a contactului dintre agentul decolorant si ulei este de 15-20min la decolorarea in flux discontinuu si cateva minute la decolorarea in flux continuu. La depasirea timpului de contact poate aparea fenomenul de reversiune a culorii.

Cea mai utilizata instalatie de decolorare in industria uleiului este instalatia De Smet.

3.5. Winterizarea uleiurilor

In uleiul brut, ca substante de insotire se gasesc si ceruri, al caror continut depinde de efectul decojirii si separarea din miez a pielitelor.

Cerurile se dizolva cu solventi, trec in ulei iar operatiile de rafinare anterioare nu au efect semnificativ asupra lor.

Winterizarea, numita si deceruire, consta in cristalizarea cerurilor si a digliceridelor solide, urmata de o separare a acestora de ulei prin filtrare.

Efectul cristalizarii este marit daca temperatura de cristalizare si filtrare a cerurilor se apropie de 0C.

Pentru a avea loc o cristalizare rapida, in ulei se introduc germeni de cristalizare - Kieselgur sub forma de praf fin - pe care se aglomereaza microcristale de gliceride si ceruri, obtinandu-se astfel cristale de dimensiuni mai mari.

Cristalizarea poate avea loc si spontan, iar durata procesului poate varia intre cateva ore si 38-72 ore La racirea rapida a uleiului se obtin cristale mici greu de separat prin filtrare. De aceea, se prefera racirea progresiva, de durata, sau introducerea de germeni de cristalizare, care sa conduca la formarea cristalelor de dimensiuni mari, usor separabile la filtrare.

In cazul folosirii Kieselgurului, winterizarea se face inaintea dezodorizarii, deoarece acesta imprima un gust strain care poate fi indepartat la dezodorizare.

La filtrare, Kieselgurul formeaza un strat filtrant cu capacitate de filtrare un timp mai indelungat. In acest scop, se mai adauga in ulei si alte substante ca azbest, celuloza s a., amestecul azbest-celuloza fiind denumit in practica cristal -theorit.

Deoarece la scaderea temperaturii vascozitatea uleiului creste, ingreunand astfel separarea prin filtrare a cerurilor si gliceridelor solide, procesul de deceruire in instalatii cu functionare continua are loc astfel:

preracirea uleiului la 20-22C, urmata de o racire la 5-7C ;

introducere de germeni de cristalizare (Kieselgur) cu amestecare continua timp de 4 ore ;

incalzire brusca la 12-16C;

filtrare

Au fost puse la punct si procedee de winterizare a uleiului adus sub forma de miscela cu solventi.

Cerurile si stearinele separate din ulei constituie un subprodus de rafinare.

3.6. Dezodorizarea uleiurilor

Dezodorizarea - ultima operatie din procesul complex al rafinarii - constituie faza tehnologica prin care se elimina substantele care imprima uleiurilor miros si gust neplacut, provenite atat din materia prima ca substante de insotire a gliceridelor, cat si din transformarile chimice care au loc pe parcursul procesului de depozitare si prelucrare.

Dezodorizarea are loc si ca efect secundar al altor operatii de rafinare cum ar fi:

adsorbtia de catre sapun (la neutralizare alcalina) a unei parti a acestor substante ;

in procesul de decolorare la utilizarea amestecurilor de agenti decoloranti care contin carbune.

Prin dezodorizare, efectuata mai ales in cazul uleiurilor comestibile si a grasimilor vegetale obtinute prin hidrogenare destinate consumului alimentar, uleiurile nu se mai pot deosebi intre ele pe baza gustului si mirosului, respectiv se depersonalizeaza.

Operatia de dezodorizare se realizeaza combinand efectul a trei parametri tehnologici : temperatura, presiune si antrenarea cu vapori de apa.

Distilatul obtinut la antrenarea cu vapori contine un amestec de substante format din:

substante volatile la presiune si temperatura ambianta, de regula hidrosolubile, responsabile de mirosul uleiului;

substante nevolatile la presiune si temperatura ambianta si insolubile in apa formate din :

o       substante saponificabiie (ac. grasi liberi, trigliceride, ceruri si esteri metilici);

o       substante nesaponificabile (hidrocarburi parafinice, olefinice si poliolefinice, steroli liberi si esterificati, tocoferoli liberi si esterificati, alcooli triterpenici si alcooli grasi) ;

o       produse de oxidare :

ulei antrenat in proportie de 1:1 fata de acizi grasi plus substante nesaponificabile antrenate.

Eliminarea eficienta a substantelor care imprima gustul si mirosul uleiurilor si grasimilor se face prin antrenare cu abur la presiune redusa si temperatura relativ inalta (185-220C pentru uleiuri vegetale si 220-230C pentru cele solidificate).

O reusita buna in procesul de vaporizare se obtine prin asigurarea unei distributii cat mai uniforme si in cantitati mici a aburului direct injectat in uleiul vegetal, avand o temperatura cu 30-50C peste temperatura uleiului.

Aburul de antrenare nu trebuie sa contina gaze (in special oxigen) iar cantitatea de abur pentru antrenare depinde de o serie de factori cum ar fi: cantitatea de ulei supus dezodorizarii, temperatura, vidul, felul compusilor volatili, tensiunea de vapori a acestora etc.

Procesul de dezodorizare se realizeaza in instalatii discontinue si continue.

In instalatii discontinui, operatia dureaza 5-7 h iar parametrii de lucru sunt : temperatura uleiului 175-185C, presiunea 5-30 mm col Hg.

Procedeele continui utilizeaza utilaje legate in flux, cu exceptia situatiilor de nesincronizare a debitelor, cand pot fi introduse rezervoare intermediare.

Sectiile de rafinare continua folosesc liniile procedeelor Sharples sau Alfa-Laval pentru dezmucilaginare-neutralizare, cuplate cu instalatii De Smet pentru decolorare-winterizare-dezodorizare.

Rafinarea discontinua este aplicabila in liniile cu capacitati mici (sub 50t /24 h) si cu schimbari frecvente ale sortimentelor de ulei.

4. HIDROGENAREA ULEIURILOR VEGETALE

Pentru fabricarea margarinei si a altor grasimi vegetale este necesara modificarea temperaturii de topire a gliceridelor din uleiurile fluide prin aditia de hidrogen la dublele legaturi ale radicalilor acizilor grasi nesaturati din trigliceride.

In functie de caracteristicile dorite, reactia de hidrogenare poate fi

totala - conduce la saturarea tuturor legaturilor duble, rezultand acizi grasi saturati cu acelasi numar de atomi de carbon ;

partiala - saturarea incompleta a dublelor legaturi ale acizilor grasi_; astfel ca se obtin uleiuri solidificate care contin un amestec de acizi grasi saturati cu acizi grasi nesaturati, in principal cu o dubla legatura.

Aditia hidrogenului la dubla legatura a acizilor grasi decurge prin reactia de cataliza eterogena, conform schemei:

Reactanti + Catalizator Reactanti-Catalizator Ulei + Catalizator

avand loc si modificarea atat a compozitiei cat si a proprietatilor trigiceridelor respective.

O reactie secundara aditiei hidrogenului este reactia de trans-izomerizare, in care are loc trecerea partiala a izomerilor cis ai acizilor grasi nesaturati in izomeri trans, acestia din urma conferind consistenta necesara grasimilor.

Catalizatorii utilizati pot forma doua complexe active, astfel :

C=C si H-H

Ca⁺ Cat

Aceste complexe active reactioneaza intre ele, conducand la un compus saturat si eliberand catalizatorul.

Uleiurile sunt formate din molecule de trigliceride care poseda, insa, grade de saturare diferite. Un model al reactiilor posibile in timpul hidrogenarii poate fi construit pe baza schemei urmatoare:

Acid linoleic

Acid linolenic Acid oleic Acid stearic

Acid izolinoleic

Aceasta situatie ridica problema selectivitatii procesului de hidrogenare. Hidrogenarea uleiurilor poate decurge:

selectiv - daca hidrogenul se fixeaza mai repede la radicalii cei mai nesaturati decat la radicali mai putin saturati ;

neselectiv - cand are loc hidrogenarea concomitenta a acizilor grasi mono- si polinesaturati.

In comparatie cu hidrogenarea neselectiva, procesul de hidrogenare selectiva determina reducerea continutului in acizi polinesaturati si acizi saturati. Prin aceasta, uleiul hidrogenat selectiv obtine o compozitie mai omogena, datorita careia se imbunatateste plasticitatea si stabilitatea proprietatilor organoleptice

Etapele reactiei de hidrogenare sunt:

difuzia reactantiior pe suprafata catalizatorului;

reactii intre moleculele in stare adsorbita in mai multe etape;

desorbtia produsilor de reactie ;

difuzia produsilor de reactie in mediu.

Prima si ultima etapa sunt rapide, iar celelalte etape sunt lente, determinand viteza globala a procesului.

Viteza de hidrogenare este dependenta de urmatorii faeton :

activitatea si cantitatea catalizatorului folosit - exista o relatie direct proportionala intre activitatea catalizatorului si viteza de hidrogenare. Insa, pe masura ce catalizatorul se uzeaza (apar fenomene de invechire si otravire a catalizatorilor), activitatea acestuia scade; in aceeasi relatie este si cantitatea de catalizator folosita, dar peste 0.3-0,4% fata de grasime, cresterea vitezei de reactie nu este semnificativa

temperatura de hidrogenare influenteaza direct proportional viteza de reactie, temperatura de hidrogenare variaza intre 160-240C (in functie de selectivitatea procesului): pentru grasimi moi - 160.. 380C; grasimi pentru margarina - 180200C, grasimi tehnice > 200C ;

presiunea de hidrogenare influenteaza favorabil reactia: viteza de hidrogenare creste cu presiunea de lucru, presiunea optima variind intre 1,5-2,0 daN/cm². Presiunea scazuta favorizeaza selectivitatea;

intensitatea amestecarii asigura mentinerea catalizatorului in stare de suspensie si distribuirea uniforma si continua a hidrogenului in toata masa, ceea ce conduce la cresterea vitezei de hidrogenare.

Catalizatorii de hidrogenare ce pot fi utilizati sunt :

catalizatori de nichel pur, cu sau fara suport de Kieselgur;

catalizatori din aliaje cu nichel;

catalizatori de amestec

Hidrogenarea uleiurilor vegetale se poate face in proces discontinuu sau continuu.

Hidrogenarea discontinua se poate realiza prin urmatoarele metode :

hidrogenarea cu barbotare de hidrogen in masa uleiului;

hidrogenarea in atmosfera stationara de hidrogen, in care uleiul, continand suspensia de catalizator, este pulverizat in atmosfera de hidrogen ;

hidrogenarea cu circulatie atat a uleiului cuprinzand catalizatorul, cat si a hidrogenului (circulatie combinata).

Aceste metode difera intre ele prin modul in care se poate obtine contactul hidrogenului cu masa de ulei si catalizator.

Hidrogenarea continua este mai putin selectiva si da rezultate bune atunci cand se prelucreaza un singur sortiment de ulei hidrogenat. In functie de forma de utilizare a catalizatorului metodele aplicate sunt:

hidrogenarea cu catalizator in suspensie, in care reactantii sunt amestecati si vehiculati prin mai multe coloane de reactie ;

hidrogenarea cu catalizator stationar, in care catalizatorul se foloseste sub forma de sita sau bucati special tratate pentru a avea suprafata activa

Sfarsitul procesului se stabileste prin determinarea temperaturii de topire (care creste) sau prin masurarea indicelui de refractie, care variaza liniar cu temperatura de topire.

Prelucrarea finala a uleiurilor hidrogenate comestibile se face prin rafinare, incepand cu neutralizarea alcalina, daca aciditatea libera a uleiului trecut la hidrogenare este > 0,05%. Daca aciditatea libera corespunde acestei limite este suficienta numai dezodorizarea.

5. FABRICAREA MARGARINEI SI A SHORTENINGURILOR

5.1. Procesul tehnologic de obtinere a margarinei

Fabricarea margarinei isi are originea in secolul 19, cand Mege-Mouries a efectuat unele cercetari cu intentia de a inlocui untul. Ulterior, margarina s-a impus ca produs de sine statator, datorita proprietatilor specifice.

Margarina este o emulsie stabila concentrata, de tipul A/U. obtinuta din uleiuri, grasimi vegetale si, eventual, grasimi animale, cu apa sau lapte, asemanandu-se cu untul datorita proprietatilor ei : plasticitate, consistenta, culoare, gust si miros.

Din punct de vedere nutritional, sortimentele de margarina pot fi concepute pentru a suplimenta sau corecta anumite regimuri alimentare, dupa cum urmeaza:

margarine utilizate pentru introducerea in alimentatie a unor substante necesare organismului;

margarine utilizate ca suport pentru vitamine liposolubile (A, D, E) destinate completarii aportului acestor substante in organism ;

margarine utilizate pentru introducerea in dieta a gliceridelor acizilor grasi polinesaturati. in scopul prevenirii maladiilor cardiovasculare (min 25% acid linoleic si ulei de floarea soarelui) ;

margarine hipocalorice, avand un continut de 40-50% grasimi, utilizate in combaterea obezitatii;

margarine pentru corectarea dereglarilor de metabolism, avand in compozitie acizi grasi cu catena medie sau scurta (cu 8-12 C).

Procesul tehnologic de fabricare al margarinei. Baza de grasimi (formata din uleiuri fluide, grasimi vegetale solide si semisolide si uleiuri hidrogenate) se incalzeste la o temperatura cu 3-4C mai mare fata de punctul de topire, operatie ce poarta denumirea de temperarea grasimilor.

Concomitent, se face:

prepararea ingredientelor

o       dizolvarea emulgatorilor in ulei incalzit la 50-60C ;

o       dizolvarea zaharului si a sarii;

o       diluarea colorantului pana se formeaza o solutie uleioasa de 2% si a concentratului de vitamine cu ulei in proportie de 1:1 ;

pregatirea laptelui (daca este cazul) - dupa receptie, laptele se raceste la 4-5C_; se depoziteaza temporar in tancuri izoterme, dupa care se pasteurizeaza la 63-65C/25-30 min_; se raceste la 20C cand se face insamantarea cu 3-5% maia de productie si se fermenteaza la 16-20C/18-20 h, pana la o aciditate a laptelui de 80-100T. In continuare, laptele se raceste la 5 C si se trece in aparatele de emulsionare.

In malaxorul de emulsionare se obtine emulsia primara prin amestecarea fazei grase cu faza apoasa si, apoi, adaugarea tuturor ingredientelor, temperatura de lucru mentinandu-se la 38C Emulsia primara este trecuta apoi la omogenizator, pentru a obtine o emulsie fina si la pasteurizator la 80C

Racirea si cristalizarea emulsiei se face in cilindrii de racire ai agitatorului "Kombinator" pana la 12-14 C.

Pentru consolidarea structurii cristaline, margarina este trecuta in cilindrul de temperare., unde are loc omogenizarea temperaturii de 17-19C.

Din cilindrul de temperare, margarina trece la masina de divizat si ambalat (cand se obtin pachetele de margarina) sau in bazine, de unde se ambaleaza in lazi PFL (cand se obtine margarina bloc).

Depozitarea margarinei se face la temperaturi intre -2 . +2 C si umezeala relativa a aerului de max. 80%, la intuneric.

Margarina hipocalorica, avand o consistenta moale, se ambaleaza in pahare din material plastic, care se depoziteaza la 6-8C, pe o durata de maxim 21 zile.

Cele mai importante instalatii cu functionare continua, existente pe plan mondial, sunt : Kombinator (firma Schroder), Votator (firma Girdler), Perfektor (Gerstenherg). ale caror principii de functionare sunt apropiate.

5.2. Fabricarea grasimilor vegetale culinare (Shorteninguri)

Grasimile vegetale culinare (shorteninguri) se deosebesc de margarina prin urmatoarele :

sunt destinate inlocuirii unturii, pe cand margarina poate inlocui untul ;

grasimile vegetale sunt grasimi aproape pure (cel putin 99% grasime), iar margarina contine o cantitate relativ mare de apa emulsionata.

Exista mai multe criterii de clasificare a shorteningurilor, cateva fiind prezentate in tabelul 2

Tabelul 27

Clasificarea shorteningurilor

Proprietatile functionale ale shorteningurilor. Folosirea shorteningurilor plastice in produsele coapte contribuie la obtinerea unei calitati finale deosebite, prin proprietatile functionale de care dispun, astfel:

imprima fragezime si luciu ;

potenteaza aerarea produselor fermentate;

promoveaza o porozitate si aroma dorita;

favorizeaza foietarea unor produse speciale (pateuri, foi de placinta, produse de cofetarie aerate si de tip "Danish") ;

modifica glutenul, in special in aluaturile fermentate cu drojdie;

actioneaza ca emulgatori.

Principalele proprietati functionale specifice shorteningurilor plastice sunt: afanarea, emulsionarea. plasticitatea, aromare. conservabilitatea si intarirea.

Afanarea produselor de patiserie care contin o cantitate mare de zahar si ingrediente lichide, se datoreaza proprietatii shorteningurilor de a ingloba bule mici de aer in particulele de grasime solidificata. La coacere, bulele de aer sunt supuse expansiunii sub actiunea gazelor formate, dioxid de carbon si vapori de apa, realizand astfel, o structura fina si un volum optim.

Emulsionarea are loc datorita dispersarii uniforme a shorteningului sub forma de globule mici in aluatul pentru prajituri dulci, a foilor de prajituri, in inghetate si umpluturi. Un shortening cu proprietati bune de emulsionare contine o cantitate mai mare mono si digliceride (- 4 - 6%), iar in cazul cand se utilizeaza pentru obtinerea mixurilor de inghetata si a umpluturilor, necesita un adaos suplimentar de 0,5% de emulgator puternic hidrofil.

Plasticitatea Pentru a conferi o plasticitate excelenta aluaturilor speciale de cofetarie, cum sunt cele obtinute prin rularea aluaturilor (foi de placinta, dulciuri aerate sau de tip Danish- produse dulci in care se imbina foietarea cu fermentarea cu drojdie de panificatie), shorteningul de acest tip va avea o consistenta care variaza de la foarte moale la foarte tare. Baza primara de grasimi utilizata va fi foarte moale, de exemplu ulei de soia partial hidrogenat amestecat cu o cantitate mai mica de grasime tare. Se recomanda ca aceasta fractiune sa nu fie tot ulei de soia puternic hidrogenat, datorita posibilitatii de cristalizare in forma β, ceea ce ar conduce la obtinerea unui aluat sfaramicios.

Daca se foloseste acest tip de grasime hidrogenata, ea va fi amestecata in parti egale sau mai mult cu o grasime cristalizata in forma β'.

Aromarea Acest tip de shortening se foloseste pentru obtinerea unor aluaturi cu gust si aroma placuta, ca aceea conferita de unt. De aceea, baza de grasimi folosita trebuie sa fie complet dezodorizata. iar continutul de acizi grasi sa fie foarte redus (max. 0,05%). Mono si digliceridele de adaos in shortening trebuiesc preparate din grasimi consistente bine dezodorizate, fiind necesara aromatizarea lui cu aroma de unt.

Conservabilitatea Asigurarea unei perioade mari de pastrare a unor produse, prajituri si mixuri, comercializate in supermagazine, necesita pentru preparare un shortening special, obtinut dintr-o baza de grasimi hidrogenata care sa contina un procent scazut de acizi grasi polinesaturati, uleiul de soia fiind sursa cea mai utilizata.

Intarirea Aceasta proprietate este ceruta la prepararea inghetatei si a umpluturilor cu frisca. Shorteningul necesar pentru aceste produse trebuie sa fie rigid, alegandu-se un raport convenabil grasime moale/grasime tare, care va conferi corpolenta si textura dorita

BIBLIOGRAFIE

Banu, C, s a., 1993 - Progrese tehnice, tehnologice si stiintifice, vol.2, Ed. Tehnica, Bucuresti

Boeru, Gh., Puzdrea, D, 1980 - Tehnologia uleiurilor vegetale, Ed. Tehnica,Bucuresti

Costin, I., 1988 - Cartea morarului, Ed. Tehnica, Bucuresti

Culache, D., Platon, V., 1984 - Tehnologia zaharului, Ed. Tehnica, Bucuresti

Iordan, M., 1998 - Tehnologia uleiurilor si grasimilor vegetale, note de curs

Jantea, C., 1998 - Tehnologia produselor zaharoase, note de curs

Moldoveanu, Gh., Niculescu, N.I., Melniciuc, G., 1969 - Panificatia moderna, Ed Tehnica, Bucuresti

Musca, M., 1980 - Tehnologia produselor alimentare. Universitatea Galati

Musca, M., 1984- Tehnologia generala a industriei alimentare, Universitatea Galati

Nicolescu, G., Petrescu, N., 1967 - Fabricarea produselor Zaharoane, Ed. Tehnica, Bucuresti

Stroia, A., Aved, Er., Angelescu, M., 1994 -Biochimia si calitatea tehnologica a sfeclei de zahar_,     Ed. Tehnica, Bucuresti

Vizireanu, C., - Tehnologii generale in industria extractiva