1 Биохимия и товароведение масличного сырья

2021-03-09 СтудИзба

Тема 1  биохимия и товароведение масличного сырья

1.1       История развития масложировой промышленности

Масложировая промышленность  является одной из основных отраслей пищевой промышленности. Она связана со многими отраслями пищевой промышленности, с медициной, военной промышленностью, олифоварением и производством красок, металлургией. Она выпускает широкий ассортимент необходимых населению товаров (растительное масло, майонез, маргарин, кулинарный жир, мыло, глицерин, дистиллированные жирные кислоты).

История масложировой промышленности началась в глубокой древности. В начале растительные масла получали из высокомасличных семян, таких как оливы, мак, копра и др. Которые позволяли получать масла с помощью нехитрых  технических средств.

Развитие технологии получения растительных масел первоначально заметно опережало изучение свойств масличных семян и масел, извлекаемых из них

Масла получали клиновым способом с того время сохранилось название «маслобойка» для обозначения кустарного предприятия для производства растительного масла. Второй доступный способ получения масла – мокрый, нагревание масличного материала с водой  масло всплывает, но при этом имеет высокое кислотное число. Историю развития  масложировой промышленности можно проследить по годам.

1669г. Тахениус считал, что в жирах содержится скрытая кислота.

1741г. Жофруа указывал, что в процессе омыления и при дальнейшей обработке мыльных растворов кислотами получается «жирная масса», которая отличается от исходного жира.

1765г. описан обширный экспериментальный материал, посвященный технологическому использованию растений для нужд человека.

Рекомендуемые файлы

1783г. Шееле обрабатывая оливковое масло получил глицерин.

1823г. Шеврель определил структуру жиров, выделил жирные кислоты, установил, что глицерин является трехатомным спиртом.

1839 г. Пелуз и Буде высказали предположение, что пальмовое масло содержит вещество, разлагающее жиры на кислоты и глицерин.

1871г. Мюнц заметил, что в масличных семенах мака при прорастании образуются свободные жирные кислоты и после 5-6 дней прорастания глицериды исчезают почти совершенно.

1883 г. Фаминцин в книге «Обмен веществ и превращение энергии в растениях» дал глубокий анализ взаимосвязи процессов обмена веществ в растительном организме.

1890г. Грин и Зикмунд исследовали  в прорастающих семенах клещевины первую растительную липазу.

Основоположником химии жиров как науки является А.М. Зайцев.

1924г. Иванов  установил зависимость изменения химического состава масла от географического происхождения растений. При выращивании растений в северных или высокогорных районах при созревании синтезируются менее насыщенные жирные кислоты, а при выращивании в южных широтах и на равнинах синтезируются более насыщенные жирные кислоты.

1949г. А.Ленинжер показал, что в митохондриях клеток происходит процесс окислительного фосфорилирования, обеспечивающий живой организм химической энергии.

1953г. Ф.Ньюкоб и И. Штумпфизучая семена арахиса  экспериментально подтвердили участие двух и трех углеродных фрагментов, активированных коферментом А, в синтезе жирных кислот. Это позволило найти связь между липидными и другими потоками обмена веществ в масличных растениях.

1953г. Д.Д.Уотсон и Ф.Х.К Криг доказали, что молекула дезоксинуклеиновой кислоты (ДНК) построена из двух нитей).

1963г. Ниренберг расшифровал генетический код, определяющий структуру белков всех живых организмов.

1986г. были расшифрованы последовательности нуклеотидов в нуклеиновых кислотах.

1.2         Цель и задачи курса

Дефицит на Российском рынке отечественной продукции  масложировой промышленности обусловливает необходимость: селекции семян культур, способных давать устойчивые урожаи в районах рискованного земледелия,  выведения сортов с уменьшенным содержанием токсичных и антипитательных веществ, введения в культуру новых видов культур с целью расширения сырьевой базы и ассортимента выпускаемо продукции,  дальнейшего совершенствования способа хранения с целью лучшего сохранения и даже улучшения качества семян и их технологической переработки.

Применение в современной масложировой промышленности технологических установок и оборудования постоянно возрастающей единичной мощности требует глубокого научного обоснования выбранных режимов переработки применительно к специфическим особенностям созданных сортов растительного масличного сырья уникального состава и свойств.

Этот факт позволяет рассматривать биохимию растительного масличного сырья как фундаментальную научную дисциплину в аспекте теоретического обоснования всей технологии жиров.

Глубокие исследования в области биохимии и товароведения масличного сырья необходимы для:

-          более полного извлечения масла;

-          улучшения качества основных и побочных продуктов;

-          расширения ассортимента продукции;

-          определения направления развития селекции и последующего улучшения химического состава семян масличных культур;

-          создания условий для инактивации токсичных и антипитательных веществ в маслосодержащем материале;

-          определения благоприятных условий для выращивания семян, уборки, послеуборочной обработки, благоприятных условий хранения и режимов переработки масличного сырья, а также доработки получаемых масел и шротов.

Жмых – продукт, обезжиренный методом механического отжима.

Шрот – продукт, обезжиренный методом экстракции неполярным органическим растворителем.

Липиды – вещества растительного или животного происхождения растворимые в органических неполярных растворителях (бензине (техническом гексане), петролейном или серном эфирах, хлороформе, четыреххлористом углероде и т.д.).

Токсичные вещества – ядовитые вещества опасные для организма животных и человека и способные ухудшить его здоровье вплоть до летального исхода.

Антипитательные вещества – вещества в принципе не оказывающие вредного действия на организм животных и человека, но ухудшающие питательную, биологическую ценность продукта его органолептические показатели (вкус, запах, цвет).

Формирование технологического качества масличного сырья тесно связано с его морфологическими особенностями, которые, в свою очередь, зависят от условий созревания семян на растении.

 Биохимические процессы в живых организмах следует изучать, имея четкие представления о свойствах отдельных химических веществ, участвующих в этих процессах.

Процессы обмена веществ в масличных семенах, как и в других живых организмах, протекают по-разному в зависимости от внешних условий и фазы развития организма.

1.3         Роль и значение масличных семян и растительных масел

          в народном хозяйстве страны

Разные части каждого растения в зависимости от выполняемых ими физиологических функций различаются: по общему содержанию соединений жирных кислот; по содержанию отдельных соединений жирных кислот и по составу этих соединений, в частности, по количественному содержанию и химическому составу жира.

Накопление значительных количеств жира наблюдается обычно в тех органах растений, в которых откладываются  запасные питательные вещества, что связано с большой ценностью жира как запасного вещества. Ввиду этого значительное содержание жира встречается чаще всего в семенах, в которых оно может доходить до очень больших величин (например, в ядре семян клещевины – до 70 % и более), иногда в зародышах семян, в которых другие части семени бедны жиром (кукуруза, семена злаковых культур). Другие органы растений обычно бедны жиром (в частности оболочка семян, листья, стебли, корни).

Масличными растениями обычно называют такие, отдельные части которых содержат настолько большие количества жира, что могут  быть использованы для его промышленного извлечения. Выделение группы масличных семян по богатству их маслом условно и зависит от технологии получения масла. Так, при использования экстракции многие растения считавшиеся ранее не масличными, стали сырьем для масложировой промышленности (подсолнечник, клещевина).

Белково-масличными растениями называют такие, семена которых содержат ценный белок, используемый для производства пищевых белковых продуктов и масло (соя, арахис, люпин).

Прядильно-масличными растениями называют такие, которые выращивают с целью получения волокна, а семена, содержащие масло являются отходом (конопля, лен, хлопчатник).

Эфирно-масличными называют растения, которые выращивают с целью получения эфирного масла, а отходы этого производства содержат значительное количество жирного масла (кориандр, анис).

Одно и тоже растение может быть источником нескольких жиров различного химического состава – полученных из различных частей растений. Так, мякоть плодов и семена пальм содержат в большом количестве жиры, значительно отличающиеся по жирно-кислотному составу (соответственно пальмовое и пальмоядровое). Кроме того,  семена могут быть использованы для получения эфирного масла, а отходы этого производства становятся сырьем для получения жирного масла.

Эфирными называют масла, содержащие сравнительно низкомолекулярные вещества летучие при нормальных условиях не оставляющие на бумаге жирного пятна.

Жирными называют масла, содержащие высокомолекулярные триацилглицеролы, температура кипения которых выше температуры их разложения, оставляющие на бумаге жирное пятно.

Основными масличными культурами в России  являются подсолнечник, соя, лен, перспективными рапс, рыжик. Масла, полученные из этих семян при комнатной температуре, имеют жидкую консистенцию, поскольку их жирно-кислотный состав представлен в основном ненасыщенными жирными кислотами.

Масличные семена можно условно разбить на три группы.

1.     Низкомасличные семена с масличностью 15-35%, в ядре которых на 1г гелевой части приходится 0,18-0,54 г масла в эту группу входит соя.

2.     Среднемасличные семена с масличностью 36-55%, в ядре которых на 1 г гелевой части приходится 0,55-0,82 г масла (хлопчатник, лен, рапс).

3.      Высокомасличные семена с масличностью 56-75% и выше, в ядре которых на 1 г гелевой части приходится 0,83-3,0 г масла и более, в эту группу входят подсолнечник, клещевина.

Гелевая часть семян - это абсолютно сухое обезжиренное вещество семян, то есть его твердая часть состоящая из белков, углеводов и минеральных веществ.

Состав семян можно описать следующей формулой:

С= Л + Б + У + М + В = 100%

где  Л – липиды; Б – белки; У – углеводы; М – минеральные вещества; В – влага. Уменьшение доли  одного из этих веществ путем селекции или при промышленной переработке приводит к увеличению доли всех других. Самым лабильным показателем является влага, поэтому содержание веществ указывают в процентах на абсолютно сухое вещество (а.с.в.). Иногда количество веществ указывают в процентах на абсолютно сухое обезжиренное вещество (а.с.о.в.), то есть без жидкой фазы.

Успехи селекции позволяют переводить семена из одной группы в другую. Кроме того, семена не масличные при селекции, направленной на повышение масличности могут попасть в масличную группу.

Селекционерами в НИИ семеноводства (например, ВНИИМК) выводят новые улучшенные сорта масличных семян, выращивают семенной фонд на специальных делянках на которых невозможно переопыления в результате получают суперэлиту – семена, по своим показателям превышающие паспортные данные этого сорта.

Суперэлиту покупают аграрные предприятия и высеваю на специальных делянках и получают элиту - семена, по своим показателям превышающие паспортные данные этого сорта.

Элиту высевают на полях и получают семена первого воспроизводства по своим показателям соответствующие паспортным данным этого сорта.

Именно семена первого воспроизводства должны поступать на перерабатывающие предприятия, однако реально их высевают и получают семена второго воспроизводства, затем третьего и т.д. (это связано с тем, что суперэлита стоит очень дорого). Чем больше номер воспроизводства, тем качество  семян больше отличается от паспортных данных сорта, что связано с переопылением с дикорастущими родственниками и влиянием климатических условий произрастания. Содержание масла в некоторых вида масличного сырья представлены в таблицах 1 и 2.

В нашей стране на долю подсолнечного масла приходится около 75% общего производства растительных масел.

При селекции высокомасличных  семян подсолнечника существенно изменяются  как  составные части семян, так и жирно-кислотный состав масла. Так, увеличивается содержание ядра и уменьшается количество оболочки, в масле возрастает содержание линолевой кислоты и примерно на столько же уменьшается содержание олеиновой кислоты. Кроме того, изменяются и другие физические, биохимические и химические свойства, а также характеристики высокомасличных семян по сравнению с низкомасличными.

Таблица 1 - Cодержание липидов в семенах масличных культур

Масличная культура

Содержание липидов, % по массе на а.с.в. Сухое вещество

Масличная культура

Содержание липидов, % по массе на абсолютно сухое вещество

Семена

ядро

семена

ядро

Арахис

40,2-60,7

44-60

Маслина

Мякоть

23-49

Ядро 

25-28

Горчица

16,5-49,2

Какао-бобы

49-57

Пальма масличная

Мякоть плода

46-66,5

Пальмис-та2

45,4-53,8

Клещевина

35-59,5

50,7-75

Копра1

65-72

Подсолнечник

33-57

51-65

Конопля

30-38

Рапс

38-45

Кукуруза

30-48

Сафлор

15-37

Лен

26,9-47,2

56,6-59,2

Соя

13,5-25,4

Тунг

Орех 39,8

47,8-66

Хлопчатник

15,9-28,6

34,1-46,8

1-    высушенная маслосодержащая ткань (эндосперм) плодов кокосовой пальмы плодов кокосовой пальмы

2-     ядра плодов масличной пальмы

Таблица 2 – Содержание липидов в отходах других производств

Наименование сырья

Масличность, % по массе на а.с.в.

Наименование сырья

Масличность, % по массе на а.с.в.

Зародыши :

-       пшеничные

-       ржаные

-       кукурузные

10-17

11-13

30-48

Косточки:

-       абрикоса

-       сливы

-       вишни

-       миндаля

35-40

30-60

30-39

42-53

Отруби:

-       рисовые

-       просяные

8-18

10-24

Семена:

-       кориандра

-       томатов

-       винограда

11-12

25-35

10-15

Масличные семена по характеру оболочек можно разделить на две группы – кожурные и бескожурные.

Кожурные семена – (подсолнечник, хлопчатник) перерабатывают с отделением оболочки.

У условно бескожурных семян (лен, сурепица, рапс, кунжут) – оболочки перед переработкой не отделяют (в силу того, что семена имеют небольшие геометрические размеры и оболочка плотно срослась с ядром).

1.4         Комплексное использование растительного сырья

Основными продуктами при переработке масличных семян являются растительные масла и шроты (жмыхи).

Растительные масла подразделяют на пищевые и технические. В пищевых маслах суммарное содержание полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) не должно превышать 10%. Это связано с их нестойкость к окислению в результате чего образуется ряд антипитательных и даже токсичных веществ.

Технические масла используют для производства олиф, лаков, красок, моющих средств в качестве дизельного топлива и на другие нужды.

Растительные масла пищевого назначения подразделяют на:

-          кулинарные, предназначенные для изготовления маргарина, майонеза, кулинарных жиров или непосредственного употребления в пищу;

-          столовые (салатные), полученными механическим отжимом при относительно низкой температуре подготовки и все рафинированные дезодорированные;

-          консервные, для изготовления консервированных продуктов, это как правило рафинированные подсолнечное, оливковое, хлопковое масла в жирно-кислотном составе которых преобладает мононенасыщенная ленолевая кислота..

Рафинация – это процесс удаления из масла нежелательных сопутствующих веществ как характерных для масла (фосфолипиды, госсипол (для семян хлопчатника), вещества, обусловливающие вкус и запах), так и попавшие в масло при выращивании растений (ядохимикаты), хранении и переработки семян (свободные жирные кислоты, первичные и вторичные продукты окисления, продукты пиролиза и полимеризации). Посредством  рафинации можно не пищевое масло перевести в разряд пищевых.

Белковые продукты (шроты или жмыхи), являющиеся так называемой попутной продукцией производства растительных масел, также представляют ценность. Белки  некоторых масличных культур по аминокислотному составу  с успехом могут быть использованы для обогащения незаменимыми аминокислотами многих пищевых продуктов (комбинированных продуктов питания: майонезов, сыров, колбас и т.д.), их также используют при производстве кормов.

Отходами масложирового производства являются сор первой и второй очисток, оболочка (лузга) и, в некоторых случаях фосфатидный концентрат.

Сор первой очистки содержит в основном, сорные примеси (песок, камни, землю, листья, стебли, семена сорных растений, семена масличных растение, продукты переработки, которых, каким-либо образом образов ухудшают качество  продуктов, полученных при переработке семян основной культуры. Поэтому его следует сжигать. Таким образом, получать дополнительно твердое топливо и не засорять поля сорняками, пепел из которых может служить минеральным удобрением. Следует учитывать, что сор первой очистки при переработке семян сои содержит значительное количество семян дурнишника из которых можно получить ценное репейное масло.

Сор второй очистки содержит значительное количество масличных примесей (поврежденных семян основной культуры). Этот сор можно продавать на птицефабрики, где его можно использовать на корм птицам. Содержание большого количества масличных примесей обусловливает переработку этих семян с получением низкокачественного растительного масла.

Лузга подсолнечника может быть использована:

-          в гидролизном производстве;

-          в качестве твердого топлива для сжигания в котельной;

-          в гранулированном и обогащенном липидами виде в качестве добавки в комбикорм для жвачных животных и птиц;

-          для получения кормовых дрожжей;

-          для удобрения и улучшения структуры почвы.

Следует учитывать, что соевая оболочка содержит  частицы ядра в которых находятся антипитательные вещества (ингибитор трипсина, соин, уреаза) поэтому перед использованием ее в качестве добавки к корм жвачным животным следует провести влаготепловую обработку. Исторически сложилось, что плодовую оболочку семян подсолнечника называют лузгой, хлопчатника – шелухой, а остальных масличных культур оболочкой.

1.5         Перспективы развития производства растительных

  масел в стране

Растительные масла можно получить несколькими способами:

-          однократным прессованием;

-          двукратным прессованием;

-          трехкратным прессованием;

-          экструзионным способом;

-          экстракционным способом, с предварительным съемом масла прессованием;

-          методом прямой экстракции;

-          мокрым способом.

Существуют четыре вида прессования: холодное; съем масла на экструдере; форпрессование; съем масла на экспеллере.

Определение "холодное" прессование весьма условно, так как в шнеке пресса масличное сырье в процессе прессования значительно разогревается (до 60...80оС) за счет трения. Поэтому термин "холодное" прессование означает только то, что перед прессованием измельченное сырье не подвергают специальной влаготепловой обработке. "Холодное" прессование как способ производства растительных масел применяют редко – для получения масел специального назначения , из специфического сырья, например масел из фруктовых косточек (абрикосовых, персиковых, вишневых и т.п.), из ядра кедровых орехов.

Если измельченные масличные семена (мятку) направляют на прессование без специальной предварительной обработки, то удается извлечь примерно 10-15% общего количества масла.

2 Признаки сравнения рядов - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

Качество масла ухудшается от первого способа к третьему. Методом холодного прессования получают только очень ценные виды масел, часто содержащие значительное количество эфирных масел (косточковое). Причем экспеллерное масло содержит значительное количество продуктов гидролитического, окислительного и термического распада, поэтому его нельзя использовать в пищевых целях даже после глубокой рафинации, поскольку, продукты деструкции невозможно вывести из масла.

По схеме форпрессование-экстракция перерабатывают высокомасличные культуры, содержащие ценное пищевое масло. Экстракционное масло содержит больше нежелательных сопутствующих веществ, чем форпрессовое, но меньше, чем экспеллерное. Экстракционное масло можно использовать в пищевых целях, но только после рафинации. Экстракция позволяет получить белковые продукты более высокого качества, чем при извлечении масла прессовым способом.

Методом прямой экстракции следует перерабатывать низкомасличные и высокобелковые семена.

Значительную роль в производстве высококачественных масел играет подготовка семян к обезжириванию. Совершенствование технологии производства растительных масел будет связано в основном, с улучшением подготовки маслосодержащего материала. В частности использование при подготовке материала растворов электролитов, соапстоков, ферментных препаратов  и т.д.

Поскольку бензин является продуктом температурного крекинга и перегонки нефти, а нефть, в свою очередь, является исчерпаемым ресурсом, то необходимо найти ему замену. К перспективным растворителям относят газообразные растворители, в частности, углекислый газ, который является неисчерпаемым ресурсом. Кроме того, углекислый газ, относительно высокой степени чистоты можно получить на территории масложиркомбината (МЖК) в мыловаренном цехе.

Свежие статьи
Популярно сейчас