Отбеливание жиров и масел
Физико-химические основы отбеливания жиров и масел
Абсолютно чистые жиры и масла не окрашены. В расплавленном состоянии они бесцветны, в застывшем виде обладают цветом. Свою специфическую окраску жиры и масла приобретают в результате растворения в них окрашенных примесей, которые называют красящими веществами.
Красящие вещества. По происхождению красящие вещества жиров и масел можно условно разбить на три группы:
находящиеся в жироносной клетке вместе с жирами и переходящие в жир в неизмененном виде;
изменяющие свой состав и окраску в процессе извлечения жира (при влаготепловой обработке, при прессовании, экстракции или вытопке);
образовавшиеся вновь в процессе извлечения жиров и масел в результате взаимодействия между собой различных элементов жироносной клетки, усиливающегося под влиянием температуры, давления, увлажнения и др.
Основную часть красящих веществ большинства растительных масел составляет первая группа. Желтый цвет различной интенсивности жирам придают каротин и ксантофилл, а зеленый - хлорофилл. Цвет черного хлопкового масла обусловлен нахождением в нем всех трех групп красящих веществ и в первую очередь госсипола и продуктов его химических превращений.
Каротин и ксантофилл объединяют под общим названием «каратиноиды». Это довольно многочисленная группа высокомолекулярных органических соединений, содержащих в молекуле 40 углеродных атомов и имеющих несколько двойных связей.
Каратиноиды имеют окраску от желтой до интенсивной фиолетово-красной. Строение каратиноидов сложное. Вследствие наличия двойных связей они сравнительно легко окисляются кислородом воздуха.
При насыщении двойных связей, например в процессе гидрогенизации жиров, они обесцвечиваются, благодаря чему получаемый саломас приобретает белый цвет.
Крепкая серная кислота, реагируя с каратиноидами, осмоляет их, и при этом масло обесцвечивается. Щелочь, даже крепкая, слабо реагирует с каротином и ксантофиллом, поэтому жир в процессе щелочной рафинации осветляется недостаточно (некоторое осветление происходит в результате поглощения красящих веществ соапстоком).
Каратиноиды являются основным красящим веществом подсолнечного, льняного и ряда других масел.
Хлорофилл - красящий пигмент сложного состава; его молекула состоит из 55 атомов углерода, 70-72 атомов водорода, 5-6 атомов кислорода (в его состав входят также азот и магний).
Хлорофилл состоит из смеси двух веществ - сине-зеленого и желто-зеленого цвета.
Хлорофилл обусловливает зеленую окраску многих масел, в том числе соевого, конопляного, рапсового и др. Он хорошо растворяется в маслах и создает интенсивную окраску даже в низких концентрациях. Например, в соевом масле, имеющем темно-зеленую окраску, содержится 0,0001-0,00015% хлорофилла. Хлорофилл омыляется едкой щелочью; образующиеся при этом продукты - соли хлорофиллина - в жирах не растворяются, а хорошо растворяются в воде. Поэтому большую их часть можно выводить из масла в процессе щелочной рафинации.
Крепкая серная кислота разрушает хлорофилл, образуя нерастворимый в жире осадок. Обработку серной кислотой иногда применяют на практике для обесцвечивания рапсового и других масел, содержащих хлорофилл.
Основные красящие вещества жиров окисляются и обесцвечиваются под действием сильных окислителей, например, перекиси водорода. Этим методом иногда пользуются при осветлении темноокрашенных жиров для технических целей, например для мыловарения. При рафинации жиров и масел для пищевых целей данный метод не применяют, так как кислород, выделяющийся при разложении перекиси водорода, окисляет также ненасыщенные жирные кислоты самого жира, в результате чего снижается его достоинство.
При проведении рафинации жиров и масел необходимо иметь в виду, что некоторые красящие вещества, например каратиноиды и хлорофиллы, не только не вредны, но даже физиологически полезны. Поэтому в тех случаях, когда готовят пищевые салатные масла, нет необходимости добиваться их полного обесцвечивания. Легкая соломенно-золотистая окраска подсолнечного масла не портит товарного вида готового продукта. При подготовке жиров для выработки саломаса, маргариновой продукции и ряда других пищевых продуктов красящие вещества необходимо максимально удалить. При гидрогенизации каротиноиды частично обесцвечиваются, но хороший белый саломас можно получить только из масла, которое предварительно тщательно обработано для максимального удаления красящих веществ.
Как правило, промышленное отбеливание пищевых жиров и масел достигается удалением красящих веществ методом, который принято называть «адсорбционная рафинация».
Сущность адсорбционной рафинации. Адсорбцией называется процесс поглощения растворенных веществ, газов и паров какими-либо твердыми телами или жидкостями. При адсорбции не имеют места какие-либо химические реакции; адсорбируемое вещество поглощается поверхностью твердого тела, или, если обработка ведется жидкостью, оседает на границе раздела жидкость-жидкость или жидкость-газ.
При адсорбционном отбеливании жиров применяются специальные отбеливающие порошки, которые обладают способностью поглощать растворенные в жирах красящие вещества и удерживать их на своей поверхности. При последующем фильтровании отбеливающие порошки вместе с поглощенными ими красящими веществами отделяются от жира. На практике пользуются порошками с очень развитой поверхностью. Большая поверхность порошков в процессе рафинации может оказывать и отрицательное действие, так как на ней могут интенсивно протекать процессы окисления масла кислородом воздуха. Чтобы не допускать этого, адсорбционное отбеливание, как правило, проводят без доступа воздуха - под вакуумом. В некоторых технологических схемах предусматривают оборудование для деаэрации отбеливаемого жира. Деаэрация - удаление из жидкости растворенных газов и воздуха. Она проводится при подогреве жира до температуры 90-95° С и при разрежении.
Для хорошего отбеливания требуется, чтобы контакт жиров с отбеливающими порошками был не менее 20-30 минут. Чрезмерно длительный контакт отбеливающих порошков с жиром нежелателен, так как при этом жир приобретает трудноудаляемый при последующей дезодорации землистый привкус. Поэтому по истечении времени, необходимого для более полного поглощения красящих веществ, следует отделить отработавшие отбеливающие порошки от жира.
При адсорбционной рафинации кроме красящих веществ могут быть удалены из жира и другие присутствующие в нем примеси, в том числе следы мыла. Однако при этом активность отбеливающих порошков снижается и эффект отбеливания уменьшается. Поэтому рекомендуется предварительно удалять из жира другие примеси, с тем чтобы при отбеливании основной функцией оставалось удаление красящих веществ. В современных непрерывно действующих схемах адсорбционной рафинации в этих целях часто применяют ступенчатое отбеливание в двух последовательно работающих аппаратах: в первом аппарате из жира удаляются другие примеси, а во втором - красящие вещества.
Присутствие влаги в жире снижает эффективность адсорбционной рафинации. Кроме того, влага затрудняет последующее фильтрование отбеленного жира. В связи с этим жиры, направляемые на отбеливание, высушивают до остаточного содержания влаги не более 0,1-0,2%.
Отбеливающие порошки. Для отбеливания жиров и масел применяются разнообразные порошки минерального или органического происхождения, а в последнее время также получаемые химическим путем. К отбеливающим порошкам предъявляется ряд требований, важнейшие из которых следующие:
высокий отбеливающий эффект, чтобы с возможно меньшим количеством порошков можно было получить наибольшее осветление жира;
минимальное поглощение обрабатываемого жира, чтобы отходы при отбеливании были невысокими. Важно также, чтобы последующее извлечение жира из отработавших отбеливающих; порошков не было чрезмерно сложным;
нейтральность по отношению к жирам; они не должны химически взаимодействовать с жирами или сообщать им посторонние трудноудаляемые запахи;
способность достаточно просто и полностью отделяться от обрабатываемого жира;
умеренная стоимость.
В практике рафинации жиров в качестве отбеливающих порошков в промышленности применяют в основном разнообразные отбеливающие глины, реже активированные угли.
Отбеливающие глины - это продукт минерального происхождения кристаллического или аморфного строения, содержащие преимущественно кремнекислоту и соединения алюминия с кремнекислотой. Кроме того, в их составе находятся окислы железа, магния, кальция, калия и др.
Помол отбеливающих глин тонкий: проход через сито в 200 меш (размер ячейки 0,074X0,074 мм). Структура их пористая, благодаря чему они обладают большой удельной поверхностью, на которой сорбируются красящие вещества. Для повышения отбеливающего эффекта глины активируют: обрабатывают минеральными, преимущественно серной, кислотами (химическое активирование) и прокаливают при температуре 250-350°С (термическое актизирование). В результате активирования свободная поверхность отбеливающих глин увеличивается и соответственно повышается осветляющий эффект (в два и более раза по сравнению с неактивированными глинами).
На наших предприятиях для отбеливания жиров чаще всего применяют активированные отбеливающие глины - гумбрин, асканит, реже - зикеевский трепел или глины других месторождений.
Активированные угли для осветления жиров применяют одной из трех марок: А - осветляющий сухой щелочной; Б - осветляющий влажный кислый; В - осветляющий влажный нейтральный или слабощелочной. Размер отдельных зерен углей около 0,1 мм.
Активированные угли довольно хорошо осветляют масла, однако они труднее отделяются от жира, фильтрование идет медленнее, а пылевидные частички угля иногда проходят через ткань и остаются в жире.
Количество добавляемых отбеливающих порошков зависит от интенсивности окраски исходного жира и требуемого эффекта осветления, а также от активности самих отбеливающих порошков. Обычно вводят от 0,5 до 1,5% порошков от массы жира, реже 2-2,5%. Большой расход порошков снижает выход рафинированного жира. При рационально организованном производстве от каждой крупной партии рафинируемого жира отбирают пробу и проводят в лаборатории опытное отбеливание, устанавливая оптимальные условия ведения процесса, в том числе норму ввода отбеливающих порошков.
Определение интенсивности окраски жиров и масел. Интенсивность окраски, или цвет, масел и жиров оценивают различными методами. Иногда это делают органолептически, на глаз и тогда говорят: цвет масла желтый или светло-желтый, или слабо-желтый и т. д. Такая оценка является субъективной и не в полной мере отражает истинное качество продукта. По этой причине для оценки интенсивности окраски жиров и масел применяют объективные показатели, в основе которых лежит сравнение образца исследуемого масла с «калиброванным» эталоном.
Универсальным методом оценки интенсивности окраски расплавленных жиров и масел является сопоставление цвета налитого в пробирку столбика жира высотой 10 мм с раствором йода такой же высоты, налитого в другую пробирку. Обе пробирки помещают в прибор - цветомер. Цвет водного раствора йода зависит от массы его в граммах, растворенного в 100 мл воды. Таким образом, чем выше цветность масла по йоду (что означает, что раствор йода имеет более высокую концентрацию), тем сильнее окрашено масло. Например, интенсивно окрашенное подсолнечное нерафинированное масло II сорта имеет цветность по йоду до 35, менее окрашенное, гидратированное I сорта - до 20 и частично осветленное рафинированное масло - 10-12 ед.
Интенсивность окраски хлопкового масла иногда определяют в условных единицах, сопоставляя цвет столбика масла с набором желтых и красных стеклянных пластин - фильтров. Высота столбика сырого масла принимается 10 мм, рафинированного - 135 мм. В цветомер вставляют пробирку с маслом, затем набор стеклянных пластин, дающих желтый цвет условной и всегда одинаковой интенсивности - 35 (желтых). Далее добавляют красные пластинки до тех пор, пока наблюдаемая в приборе интенсивность окраски масла и набора пластинок станет одинаковой Таким образом, интенсивность окраски хлопкового масла показывается количеством красных единиц. Например, хлопковое рафинированное масло высшего сорта должно иметь цветность не более 7 красных, I сорта - до 10 и II сорта - до 16 красных.
Для оценки окраски застывших жиров, например саломаса, был разработан специальный цветомер. Расплавленный жир наливают в небольшую кювету, охлаждают и затем цвет его сравнивают с цветом пластмассовых пластинок, имеющих разные оттенки. Самый светлый саломас соответствует первому номеру пластинки, самый темный (сероватый) имеет десятый номер.