Способ ферментативного удаления слизи из растительных масел и снижения нарастания на технологическом оборудовании

Способ ферментативного удаления слизи из растительных масел и снижения нарастания на технологическом оборудовании

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестная ссылка на родственную заявку

[001] Предварительная заявка на патент №60/531192, поданная 19 декабря 2003 г., ссылкой включенная в данную заявку.

Предпосылки изобретения

Область изобретения

[002] Данное изобретение, в общем, относится к способам ферментативного удаления слизи из растительных масел. Этот способ позволяет снизить нарастания на послереакционном оборудовании. Изобретение особенно подходит для применения в производственных линиях, в которых пищевое масло перерабатывают для приготовления салатного пищевого масла. В частности, изобретение относится к усовершенствованиям способа, которые создают условия в обрабатываемом масле для уменьшения нарастания на оборудовании, через которое проходит обработанное таким образом масло.

Описание родственных технических решений

[003] Растительные пищевые масла давно перерабатываются в салатные масла. Основной операцией при этой переработке является так называемый щелочной способ. По этому способу растительное масло-сырец могут фильтровать или не фильтровать и могут удалять или не удалять слизь кислотой или водой. Масло-сырец фильтруют только при получении «прозрачного и яркого» пищевого лецитина способом удаления слизи с помощью воды.

Удаление слизи из масла-сырца с помощью кислоты сжигает лецитин с получением нежелательного продукта. В способе удаления слизи с помощью воды масло-сырец объединяют с водой и приготавливают сырец с удаленной слизью, причем слизь при необходимости в этом собирают. С помощью воды можно удалять примерно две трети слизи, присутствующей в масле-сырце. Типично, в сырец с удаленной слизью вводят фосфорную кислоту, а затем гидроксид натрия, чтобы получить масло, прошедшее щелочную обработку, причем соапсток удаляют и при необходимости в этом собирают. Затем в масло, прошедшее щелочную обработку, добавляют кремнезем, и отработавший кремнезем удаляют. Затем в масло, обработанное кремнеземом, добавляют отбельную глину, причем отработавшую глину удаляют. Затем в процессе дезодорации к отбеленному маслу добавляют воду, причем дистиллят удаляют. Недостатком щелочных способов являются относительно низкие выходы плюс несколько стадий, которые необходимо пройти, чтобы получить салатное масло требуемого качества.

[004] Роль фосфорной кислоты заключается в обработке компонентов лецитина в масле. Этот способ включает нейтрализацию с повторным добавлением фосфорной кислоты, которая необходима для нейтрализации свободных жирных кислот, дающих выделяющиеся натриевые мыла. Признано, что использование способа, иного, нежели щелочная рафинация масла, могло бы иметь преимущества в маслоперерабатывающей промышленности.

[005] Предложены способы, по которым продукты пищевого масла перерабатывают в продукты салатного масла ферментативным способом, при котором жирные кислоты остаются в масле в отличие от способа сепарации при щелочной рафинации, и содержание жирных кислот превращается и остается в растительном масле до его сепарации, например, центрифугированием.

[006] В известных технических решениях по рафинации масла, например патент США №5264367, выданный Аалраст (Aalrust) и др., ссылкой включаемый в данное описание, описывается ферментативная обработка пищевых масел. В этих способах фосфорсодержащие компоненты пищевого растительного или животного масла, прошедшего влажную рафинацию, восстанавливают ферментативным разложением путем контакта масла с водным раствором фосфолипаз A1, A2 или В, а затем отделения водной фазы от обработанного масла. По данным исследователей, это в значительной степени снижает содержание фосфора в масле. Хотя способы ферментативной обработки обладают большим потенциалом, данное изобретение позволяет добиться улучшения этих способов. Данное изобретение предлагает средство улучшения способов удаления слизи из масла.

[007] Данное изобретение предлагает новый вид способа, который облегчает использование ферментов при рафинации пищевых масел, включая операции удаления слизи. Изобретение включает послереакционную добавку для снижения нарастания. В частности, сразу же после ферментного реактора добавляют компонент, препятствующий нарастанию. Этот препятствующий нарастанию компонент придает маслу с удаленной слизью улучшенные технологические свойства.

[008] Разработан способ ферментативного удаления слизи для обеспечения, например, способности гидратировать выбранные сайты расщепления естественного масляного компонента лецитина или жирных кислот, из которых необходимо удалить слизь. Ферменты, имеющие характеристику A1, расщепляют сайт A1 молекулы триглицерида, ферменты, имеющие характеристику A2, расщепляют на сайте A2 или В или среднем сайте, а ферменты, имеющие характеристику С, расщепляют на сайте A3, которые в этих видах триглицерида имеют нежелательный атом фосфора.

[009] До сих пор не принималось во внимание то, что операции ферментативного удаления слизи этого вида приносят с собой нежелательное нарастание остатка на лопатках и других рабочих поверхностях технологического оборудования, например, теплообменников и центробежного оборудования. Сочетание послереакционной добавки препятствующего нарастанию компонента и способа ферментативной рафинации дает в соответствии с данным изобретением высокий выход и надежно работающие промышленные установки по переработке пищевых масел.

Краткое описание изобретения

[0010] Предлагаются способы, обладающие характеристиками для улучшения ферментативного удаления слизи из растительных масел. Эти способы включают как основную составляющую использование препятствующего нарастанию компонента или добавки после основной реакции удаления слизи, то есть после того, как фермент и пищевое масло прореагировали так, чтобы расщепить в соответствии со специфическими характеристиками фермента. Предпочтительной препятствующей нарастанию добавкой является пищевая кислота.

[0011] Общей целью и аспектом данного изобретения является создание способа, в значительной степени улучшающего эксплуатационные характеристики без существенного изменения промышленных технологических операций по удалению слизи из пищевых масел, который включает очень преимущественные подходы с использованием ферментных реакций.

[0012] Другим аспектом или целью данного изобретения является то, что оно обеспечивает получение пищевых масел с удаленной слизью эффективным образом и сокращает время простоя, что обусловлено ферментативным подходом, дающим преимущества в части выхода.

[0013] Еще одним аспектом или целью данного изобретения является то, что оно обеспечивает получение салатных пищевых масел способом ферментативного удаления слизи, одновременно решая серьезную технологическую проблему путем значительного снижения нарастания в послереакционном технологическом оборудовании.

[0014] Другие аспекты, цели и преимущества данного изобретения, включая различные признаки, используемые в разных сочетаниях, станут понятными из последующего описания предпочтительных вариантов осуществления данного изобретения со ссылками на чертежи, на которых приведены некоторые специфические признаки.

Краткое описание графического материала

[0015] Фиг.1 представляет собой схематическую иллюстрацию общей технологической последовательности согласно уровню техники, начинающейся с реакционной камеры или удерживающего бака с пищевым маслом.

[0016] Фиг.2 представляет собой карту технологического процесса типичного промышленного производства в соответствии с данным изобретением.

[0017] Фиг.3 представляет собой общий вид с частичным вырезом реактора с большим сдвигающим усилием, особенно приемлемого для реакции фермента с пищевым маслом очень эффективным и преимущественным образом.

[0018] Фиг.4 представляет собой общий вид с частичным вырезом рабочего смесительного устройства, которое может быть предпочтительным для использования в предлагаемом способе, на котором показаны взаимодействие потока и рабочие детали.

[0019] Фиг.5 представляет собой схематическую иллюстрацию технологической последовательности, приемлемой для осуществления данного изобретения.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

[0020] В связи с требованиями в этом описании раскрыты подробные варианты осуществления данного изобретения, однако следует понимать, что раскрытые варианты осуществления являются всего лишь примерными для изобретения, которое можно осуществить в различных формах. Поэтому конкретные детали, раскрытые в данном описании, должны интерпретироваться не как ограничивающие объем данного изобретения, а как представительное основание для того, чтобы дать специалисту представление о том, как по-разному использовать данное изобретение практически любым соответствующим образом.

[0021] Данное изобретение относится к рафинации пищевых масел способом, включающим операцию удаления слизи. Способ включает расщепление в гидратированные сайты путем ферментной реакции и последующую обработку масла таким образом, чтобы регулировать нежелательное нарастание, снижающее эксплуатационную эффективность технологического оборудования.

[0022] При ферментативном удалении слизи теплообменные устройства и центробежное оборудование после удерживающего реактора быстро обрастают высвободившимися солями кальция и магния или мылами. Быстрому нарастанию способствует естественный рН ферментативной реакции. При вводе относительно малого количества препятствующего нарастанию компонента после реактора и до последующего технологического оборудования нарастание исключается или, по меньшей мере, значительно снижается.

[0023] Для ферментативного удаления слизи из растительного масла с помощью некоторых версий фосфолипазы А-1 требуется рН реакции 4,0-5,0. Оптимальный рН для этой реакции 4,5-5,0. Однако в этих оптимальных пределах рН кальций и (или) магний, выделившиеся при ферментативной реакции, объединяются с буферирующими или хелатирующими кислотами, что типично приводит к образованию солей и обрастанию оборудования, контактирующего с ними.

[0024] Без преимущества, обеспечиваемого данным изобретением, объединенные соли кальция и магния будут осаждаться на горячие поверхности, например, теплообменники и пакеты дисков центрифуг. В случае теплообменников, если это нарастание не предотвратить, для очистки отложений потребуется несколько часов промывки концентрированным горячим раствором кислоты. В случае центрифуги нарастание придется удалять вручную с разборкой устройства и механическим соскабливанием с каждого диска. Для очистки центрифуги обычно требуются 40 человеко-часов.

[0025] Понятно, что нарастание может быть намного меньшим, если реакция протекает с рН, близким к 4. Однако это приносит с собой значительный недостаток, заключающийся в том, что при более низких значениях рН скорость реакция снижается. Кроме того, во многих ситуациях трудно удержать рН от постепенного понижения ниже 4,0, при котором реакция полностью останавливается. Таким образом, простое добавление кислых сред для снижения уровней рН вызывает серьезные производственные проблемы.

[0026] Изобретение позволяет осуществлять ферментативную реакцию при ее рН, оптимальном для рабочих характеристик, в большинстве случаев при рН 4,5-5,0. После выхода из ферментного реактора для удаления слизи добавляют препятствующее нарастанию средство, причем эту добавку делают непосредственно перед втеканием масла в послереакционное оборудование. Послереакционное введение препятствующего нарастанию средства или компонента дает после реакции удаления слизи смесь масла с удаленной ферментом слизью и этого средства, имеющую рН, снизившийся до более низкого уровня. Установлено, что этот уровень является уровнем, не вызывающим нарастания.

[0027] Что касается препятствующего нарастанию средства или компонента, это предпочтительно органическая или минеральная кислота, предназначенная для использования в технологии производства пищевых продуктов. Эти кислоты должны снижать рН до 4,5 или ниже и могут действовать в качестве хелатирующего металл агента. Примерами могут служить лимонная, малеиновая, яблочная, фосфорная кислота и т.д.

[0028] Предпочтительной является органическая или минеральная кислота, совместимая с данным растительным маслом и имеющая рН ниже 4,0. Это препятствующее нарастанию средство или компонент вводят в линию, и оно или он выходит из ферментного реактора до того, как смесь поступает в теплообменник(и) и (или) центрифугу(и) или другое последующее оборудование.

[0029] Расход регулируют пропорционально расходу масла и таким образом, чтобы рН водной фазы смеси после реактора был примерно 2-4,5, предпочтительно примерно 3,5-4,2, наиболее предпочтительно примерно 3,8-4,0. Во многих случаях очень приемлемой задачей является поддерживание рН водной фазы равным примерно 4,0. Желаемый эффект будет достигнут и при более низких значениях рН, но это приведет к расточительному расходованию кислоты и нейтрализующих средств далее по технологической цепочке.

[0030] Что касается препятствующего нарастанию средства, для регулирования рН в потоке из ферментного реактора для удаления слизи предпочтительно использовать лимонную кислоту. Лимонная кислота является преимущественной для этой цели и легко доступна в промышленных установках по переработке масла. Можно было бы использовать и другие кислоты, совместимые с растительным маслом, например фосфорную, яблочную или малеиновую кислоту, все зависит от стоимости и наличия. Кислота должна быть достаточно концентрированной, чтобы снизить рН водной фазы смеси ниже 4,5, типично до 4,0 или чуть ниже, но при этом не повредить масло реактивным или окислительным воздействием.

[0031] Что касается ферментативной активности, которая может иметь место в реакторе, режим действия фосфолипаз в разных сайтах расщепления можно подытожить следующим образом:

[0032] Заместителем Х может быть любой из водорода, хлора, этаноламина, серина, инозитола и т.п.

[0033] Режим действия фермента для лецитина представлен на приведенной последовательности реакции.

[0034] Это иллюстрирует обычный режим действия фермента, который типичен для процессов ферментативной реакции, для которых предназначено данное изобретение. Эта подробная иллюстрация показывает ферментативную реакцию лецитина с превращением в лизолецитин и свободную жирную кислоту.

[0035] Структуры липидов, а именно лецитина и жиров в общем, можно представить следующим образом, где R₁, R₂ и R₃ и т.д. представляют разные цепи жирной кислоты, а Х - водород, хлор, этаноламин, серии, инозитол и т.п. В этих структурах имеются реакционно-активные участки.

[0036] Типичный уровень техники последовательности ферментативной реакции представлен на фиг.1. Подача масла с удаленной слизью представлена сосудом 11. Средство, например лимонную кислоту, вводят в точке 12, и поток продолжается через интенсивный смеситель 19а, например, модели МХ-90 компании Alpha Laval. Затем этот поток протекает в место держания кислоты 13. После этого поток проходит в теплообменник 14, известный в данной отрасли как «экономайзер». Щелочная добавка показана в устройстве ввода 15, после чего поток пропускают через еще один интенсивный смеситель 19b. В точке 16 перед протеканием в охладитель 17 можно добавлять воду для обеспечения теплообменного действия. В точке 18 показана добавка фермента для удаления слизи из масла с помощью диспергатора 21. Диспергатором может быть устанавливаемый в линии многоступенчатый диспергатор Dispax™ Reactor, выпускаемый компанией IKA. В этом приближении уровня техники кислоту (типично органическую кислоту) вводят в точке 12, а щелочь (типично гидроксид натрия) вводят в точке 15 для получения буферного раствора с рН 4,5-5,2. Эти пределы буферированного рН преимущественны для достижения оптимальных технологических качеств фермента при его добавлении в точке 18. Щелочь типично добавляют с молярным эквивалентом 1,5 по отношению к добавленной кислоте.

[0037] Фиг.2 иллюстрирует переработку с использованием линии по предпочтительному варианту осуществления данного изобретения. Приведенное выше описание для фиг.1 применимо для фиг.2 до потока в диспергатор 21. На фиг.3 и 4 представлен типичный диспергатор Dispax™ Reactor, выпускаемый компанией IKA. Предпочтительными диспергаторами являются мощные смесители с большим сдвигающим усилием, например Dispax™ Reactor мощностью 100 л.с. компании IKA. Этот диспергатор дает очень устойчивую механическую эмульсию, и благодаря используемому большому срезывающему усилию эмульгаторы не требуются. Эмульсия позволяет ферменту реагировать с фосфолипидами, превращая их в растворимые в воде лизофосфолипиды. После этого протекания через диспергатор фермент и масло могут поступать в бак 22, который может называться удерживающим баком или реактором.

[0038] В соответствии с данным изобретением препятствующее нарастанию средство или компонент добавляют в точке 23 соответствующим механизмом ввода. Эта добавка снижает рН до уровня ниже 4,5, как уже отмечалось выше, причем это снижение осуществляют до того, как поток масла достигает последующего оборудования, типично одного или нескольких теплообменников, одной или нескольких центрифуг и другого оборудования для переработки масла. В иллюстрируемом предпочтительном варианте осуществления при протекании масла через теплообменник или экономайзер 14, подогреватель 24 и в центрифугу 25 и через нее рН уже снижен. Предполагается, что вымешиванию и (или) диспергированию препятствующего нарастанию средства в масло помогают, по крайней мере, экономайзер и подогреватель. Поток из центрифуги будет представлять собой выход рафинированного растительного масла 26 по одному каналу, отделенного от соапстока и (или) вторичной слизи 27.

[0039] Без добавления препятствующего нарастанию средства в этом месте перед теплообменниками и центрифугой раньше сталкивались с проблемой обрастания этих послереакционных компонентов. Такое обрастание приводило к резким повышениям противодавления в этих компонентах. Это состояние было настолько серьезным, что центрифуга или центрифуги часто начинали становиться неуравновешенными, вызывая вибрацию. Кроме того, опыт показал, что добавление препятствующего нарастанию средства или компонента до центрифуги, но после теплообменников, например подогревателя и экономайзера, не решало проблему нарастания. Напротив, на центрифуге и пластинчатом и рамном теплообменниках происходило недопустимое нарастание.

[0040] Установлено также, что эффективность добавки препятствующего нарастанию средства или компонента будет меняться в зависимости от концентрации этого средства или компонента. Типично концентрация препятствующего нарастанию средства или компонента должна быть не менее 100 млн^-1. Приемлемым является и такое высокое значение, как 300 млн^-1, но оно не столь экономически эффективно, как более низкие уровни. Разумные рабочие пределы - примерно 100-200 млн^-1, причем предпочтительными пределами являются примерно 125-175 млн^-1. Особенно предпочтительными с точки зрения эффективности и стоимостных соображений являются пределы примерно 140-160 млн^-1.

[0041] Другой составляющей в достижении эффекта предотвращения нарастания является промежуток времени, в течение которого препятствующее нарастанию средство находится в масле до того, как поток масла достигает центрифуги. Прохождение этого отрезка пути потока должно завершиться не более чем примерно за одну минуту, предпочтительно не более чем примерно за 45 секунд, наиболее предпочтительно не более чем за 30 секунд.

[0042] Добавку препятствующего нарастанию средства типично осуществляют с помощью насоса. Предпочтительно поток из насоса объединяют с непрерывным потоком масла, чтобы добавить правильные концентрации препятствующего нарастанию средства с тем, чтобы необходимое снижение рН было в пределах, в которых потенциальные компоненты нарастания растворимы. Например, если препятствующим нарастанию средством является лимонная кислота, цитраты кальция и магния остаются растворимыми.

[0043] Установлено, что данное изобретение обеспечит преимущества, какой бы особый фермент ни использовался. Можно использовать фосфолипазы, в том числе А-1, А-2, В, С и D. Количество фермента будет зависеть от концентрации фермента в том виде, в каком он поставляется предприятием-изготовителем, а также от активности фермента. Типичная максимальная концентрация будет примерно 1 мас.%. Концентрация фермента зависит, главным образом, от фермента и масла и конкретно не связана с действием препятствующего нарастанию средства и способом.

[0044] Общая карта технологического процесса для предлагаемого способа представлена на фиг.5. В соответствии с данным изобретением фермент типично вводят на уровне порядка примерно 20-50 млн^-1, используя при этом смеситель с большим сдвигающим усилием, например, показанный на чертежах. Затем масло поддерживают при температуре примерно 45°С. Низкое содержание воды (всего лишь 2 процента) - это все, что требуется для переработки этим способом механической переработки. Это снижает затраты на сушку.

[0045] Благодаря использованию предлагаемого препятствующего нарастанию средства или компонента, рН преимущественно поддерживают низким. Это предотвращает образование и отложение цитратов кальция. Цитраты кальция и другие возможные образующиеся соли образовывали бы нежелательные отложения ниже по технологической цепочке. Например, в противном случае на рабочих компонентах последующего оборудования будут образовываться отложения цитратов.

[0046] Содержание фосфора в готовом масле типично ниже 2 млн^-1. После этого ферментативного удаления слизи и механической рафинации содержание фосфора в масле не превышает примерно 2-5 млн^-1. Для сравнения: химическая рафинация щелочным способом, отмеченным выше, оставляет содержание фосфора не ниже 8-10 млн^-1. Таким образом, преимуществом предлагаемого способа является меньший расход кремнезема, который типично добавляют, чтобы адсорбировать фосфор, оставшийся после удаления слизи.

[0047] Понятно, что описанные выше варианты осуществления данного изобретения служат лишь иллюстрацией некоторых применений принципов данного изобретения. Специалисты могут внести многочисленные изменения в пределах сути и объема изобретения, в том числе комбинации признаков, отдельно раскрытых в описании или формуле изобретения.

1. Способ обработки растительного масла со снижением нарастания на технологическом оборудовании, включающий следующие стадии:

стадию, на которой осуществляют реакцию растительного масла-сырца с ферментом, расщепляя жировые компоненты растительного масла-сырца для получения гидратированных участков и создания расщепленных компонентов для получения прореагировавшего растительного масла;

стадию, на которой в прореагировавшее растительное масло добавляют по меньшей мере один послереакционный, препятствующий нарастанию компонент, выбранный из органической или минеральной кислоты, предназначенный для использования с пищевыми продуктами для употребления людьми, снижающий рН водной фазы указанного прореагировавшего растительного масла до рН не более 4,5 для получения их смеси;

стадию, на которой поток указанной смеси прореагировавшего растительного масла и препятствующего нарастанию компонента пропускают в последующее технологическое оборудование и через него;

тем самым предотвращая нарастание на рабочих поверхностях технологического оборудования благодаря действию указанного препятствующего нарастанию компонента, присутствующего в указанном ферментативно прореагировавшем растительном масле, когда последнее находится в технологическом оборудовании.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанным препятствующим нарастанию компонентом является лимонная, фосфорная, малеиновая или яблочная кислота.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что рН водной фазы указанного прореагировавшего растительного масла снижают примерно до 3,5-4,2.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при реакции растительного масла с ферментом рН водной фазы указанного растительного масла равен 4,0-5,2, предпочтительно 4,5-5,2.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что во время указанной реакции рН водной фазы указанного пищевого масла равен 4,5-5,0.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанная реакция проводится смешиванием со сдвигающим усилием.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что во время указанной реакции указанный препятствующий нарастанию компонент присутствует в количестве не менее 100 млн^-1.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что указанное количество препятствующего нарастанию компонента равно примерно 100-200 млн.^-1.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанное прохождение в технологическое оборудование завершают не более чем за одну минуту после указанной добавки препятствующего нарастанию компонента.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный фермент стадии реакции выбирают из группы, состоящей из любой из фосфолипазы А-1, А-2, В, С и D.

11. Способ по одному из пп.1-10, отличающийся тем, что технологическое оборудование содержит центрифугу, теплообменник, экономайзер, подогреватель, диски, каналы и другое оборудование для обработки масла.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что прохождение в технологическое оборудование завершается не более чем за 45 с после указанной добавки препятствующего нарастанию компонента.

13. Продукт растительного масла с удаленной слизью, приготовленый по способу, указанному в одном из пп.1-12, причем содержание фосфора в указанном растительном масле с удаленной слизью не превышает 5 млн^-1.

14. Продукт по п.13, отличающийся тем, что содержание фосфора в указанном растительном масле с удаленной слизью не превышает 2 млн^-1.