Якщо ви коли-небудь спостерігали, як із гвинтового преса витікає олія - темна, каламутна, з сильним запахом насіння, з якого вона отримана -, ви ніколи не здогадаєтеся, що це та сама речовина, яка опинилася як прозора, нейтральна-на смак пляшка на полиці супермаркету. Ця трансформація є роботою рафінації олії, багато-етапного процесу, який видаляє домішки, які природно присутні в сирій рослинній олії, зберігаючи при цьому тригліцериди, які роблять олію цінною. Йдеться не лише про те, щоб олія виглядала чистою - кожен крок націлений на конкретні сполуки, які впливають на смак, стабільність, термін придатності та навіть безпеку.
Що насправді містить сира нафта
Сира нафта - олія, отримана безпосередньо після пресування або екстракції розчинником, перед будь-яким очищенням - складається переважно з тригліцеридів (нейтральна олія, яку ми хочемо), але вона також містить коктейль небажаних сполук. Фосфоліпіди (камеді) при нагріванні мутніють масло і викликають піноутворення. Вільні жирні кислоти (ВЖК) надають олії різкий, прогірклий смак і знижують температуру димлення. Такі пігменти, як хлорофіл і каротиноїди, надають олії темний колір і можуть сприяти окисленню. Сліди металів, пестициди та забруднювачі навколишнього середовища також можуть бути присутніми, залежно від якості насіння та методу екстракції. А леткі сполуки - альдегіди, кетони та продукти окислення - надають сирій нафті сильний, часто неприємний запах.
Метою рафінування є видалення цих домішок із якомога меншою втратою нейтральної олії. Добре-нафтопереробний завод може втратити 3–8% ваги сирої нафти у вигляді побічних продуктів і втрат процесу залежно від якості нафти та методу переробки. Погано керовані операції можуть втратити значно більше, що безпосередньо вдарить по прибутковості.
Крок перший: дегумування
Дегумування є першим етапом рафінування, і його завдання полягає у видаленні фосфоліпідів - смолистих сполук, які роблять сиру нафту каламутною та нестабільною. Фосфоліпіди цінні самі по собі (вони є джерелом комерційного лецитину), але, залишені в олії, вони викликають проблеми: вони піняться під час смаження, руйнуються під час високих температур і заважають подальшим етапам рафінування.
Найпоширенішим методом є дегумування водою: гаряча вода (приблизно 80–85 градусів) змішується з сирою олією, викликаючи гідратацію фосфоліпідів - вони поглинають воду, набухають і стають нерозчинними в олії. Гідратовані камеді утворюють окрему важку фазу, яку видаляють центрифугуванням. Відокремлені камеді можна висушити та продати як сирий лецитин, використати на корм тваринам або далі переробити на харчовий лецитин.
Для олій із високим вмістом не-гідратованих фосфоліпідів (які не реагують лише на воду) використовується кислотне дегумування. Перед водою додається невелика кількість фосфорної або лимонної кислоти, перетворюючи не-гідратовані фосфоліпіди у гідратовані форми, які потім можна видалити водою та центрифугуванням. Ферментативне дегумування, новий метод, використовує ферменти фосфоліпази для руйнування фосфоліпідних структур, досягаючи навіть нижчих рівнів залишкового фосфору з меншою втратою олії. Сучасні системи безперервного дегумування можуть видалити понад 95% фосфоліпідів, гарантуючи, що олія залишається прозорою навіть у холодильнику.
Крок другий: Знекислення (нейтралізація)
Знекислення видаляє вільні жирні кислоти, які є основною причиною згірклого смаку та скорочення терміну зберігання. Існує два принципово різних підходи: хімічне рафінування та фізичне рафінування.
Хімічне рафінування (також називається лужним рафінуванням або нейтралізацією) є традиційним методом. Розведений розчин гідроксиду натрію (їдкого натру) змішують із дегумованою олією. NaOH реагує з вільними жирними кислотами, утворюючи мило (натрієві солі жирних кислот), яке нерозчинне в олії та відокремлюється у вигляді важкої фази, яка називається соапсток. Соапсток видаляють центрифугуванням, а масло потім промивають гарячою водою для видалення залишків мила, потім сушать під вакуумом. Хімічне очищення ефективне для будь-якого рівня FFA і дає дуже чисту олію, але воно має недоліки: соапсток несе 1–3% нейтральної олії разом із собою (економічні втрати), і процес утворює стічні води, які потребують очищення.
Фізичне рафінування (також зване паровим рафінуванням або дистиляційним знекисленням) є більш сучасним підходом і стало домінуючим методом для більшості рослинних олій. Замість хімічної реакції вільних жирних кислот фізичне очищення видаляє їх дистиляцією: масло нагрівається до 240–260 градусів під глибоким вакуумом (зазвичай нижче 3 мбар, або 600 Па), і через нього пропускається жива пара. Вільні жирні кислоти мають набагато нижчу температуру кипіння, ніж тригліцериди, тому вони випаровуються і переносяться парою, потім конденсуються та збираються як побічний продукт, званий дистилятом жирних кислот (який можна продати для використання у миловарінні, кормах для тварин або біодизелі). Фізичне очищення поєднує знекислення з дезодорацією в один етап, не використовує хімікатів, не утворює соапсток або стічних вод і втрачає менше нейтральної олії. Основним обмеженням є те, що він найкраще підходить для олій із низьким або помірним вмістом FFA (нижче 3–5%) і вимагає спочатку дуже ефективного дегумування, оскільки залишкові фосфоліпіди розкладаються та темніють олію під час використання високих температур.
Вибір між хімічним і фізичним очищенням залежить від типу масла, рівня FFA і бажаного продукту. Пальмова олія, пальмоядрова олія, кокосова олія та більшість олій з високим-FFA, як правило, фізично рафіновані. Соєва олія, ріпакова олія та соняшникова олія можуть використовуватися в будь-який спосіб, хоча фізична рафінація все частіше надається перевагу. Бавовняна олія та деякі спеціальні олії все ще можуть використовувати хімічне очищення через специфічні профілі домішок.
Крок третій: відбілювання
Відбілювання видаляє пігменти -, насамперед хлорофіл (зелений) і каротиноїди (жовтий, помаранчевий, червоний) - разом із залишками мила, фосфоліпідів, продуктів окислення та слідових забруднень. Незважаючи на назву, це не хімічний процес відбілювання; це процес адсорбції з використанням відбілюючої землі (активованої глини) та іноді активованого вугілля.
Процес простий: дегумовану та знекислену олію нагрівають до 90–110 градусів під вакуумом (зазвичай близько 50 мбар), і додають 0,5–2% відбілюючої землі. Активована глина має величезну площу поверхні та адсорбує на своїй поверхні молекули пігменту, залишки мила та інші полярні домішки. Після 15–30 хвилин контакту олійно--суміш фільтрується через листові фільтри під тиском або фільтр-преси, видаляючи відпрацьовану відбілювальну землю та залишаючи прозору олію світлого-кольору. Активоване вугілля може бути додано у кількості 0,1–0,5% для масел із сильною пігментацією або для видалення поліциклічних ароматичних вуглеводнів (ПАВ) та інших забруднень.
Вакуум важливий, оскільки він запобігає окисленню олії під час використання високих температур - кисень у повітрі реагуватиме з гарячою олією та створюватиме-присмаки та продукти окислення. Відпрацьована відбілювальна земля, яка містить 20–40% захопленої нафти, є побічним продуктом, який іноді використовується на корм тваринам, у виробництві цегли або на сміттєзвалищах, хоча вміст нафти створює небезпеку пожежі, якщо з нею поводитися належним чином.
Крок четвертий: дезодорація
Дезодорація є останнім основним етапом рафінування, і саме вона надає рафінованій олії нейтральний смак і запах. Мета полягає в тому, щоб видалити леткі сполуки - вільні жирні кислоти (при фізичному рафінуванні), альдегіди, кетони, спирти та інші запах- і смак-активні сполуки - разом із будь-якими залишковими пестицидами та легкими поліциклічними ароматичними вуглеводнями.
Дезодорація - це, по суті, процес парової дистиляції, що здійснюється при високій температурі та глибокому вакуумі. Олію нагрівають до 180–220 градусів для звичайної дезодорації (після хімічного очищення) або 240–260 градусів для фізичного очищення (де знекислення та дезодорація відбуваються разом). Тиск підтримується на рівні 2–6 мбар (дуже низький, майже-вакуум), і через масло пропускається жива пара. Пара видаляє леткі сполуки, які потім конденсуються та збираються. Час перебування зазвичай становить 30–90 хвилин, залежно від типу олії та бажаного рівня дезодорації.
Висока температура необхідна, оскільки леткі сполуки мають низький тиск пари й потребують тепла для випаровування, але це також найделікатніша частина процесу. Занадто сильне нагрівання або надто довгий час перебування може спричинити термічну деградацію олії -, утворення трансжирних кислот, зміну кольору та втрату природних антиоксидантів, таких як токофероли. Сучасні дезодоранти розроблено для мінімізації впливу тепла завдяки використанню структурованої упаковки (що підвищує ефективність контакту з парою-маслою) і коротшого часу перебування при найвищій температурі. Після дезодорації олію швидко охолоджують у вакуумі, і часто додають невелику кількість лимонної кислоти (50–200 частин на мільйон) як хелатоутворювач для зв’язування слідів металів і покращення стійкості до окислення.
Додатковий крок: депарафінізація (підготовка до зими)
Деякі олії - соняшникова олія, кукурудзяна олія, олія рисових висівок, а також деякі олії з виноградних кісточок і бавовняних кісточок - містять ефіри воску, тверді за кімнатної температури. Якщо залишити в олії, ці воски спричиняють помутніння, коли олія охолоджується (наприклад, у холодильнику), і можуть осідати у вигляді осаду на дні пляшки. Для олій, які продаються як прозорі продукти столового -класу, потрібен етап депарафінізації.
Депарафінізація (також звана зимівкою) — це простий процес кристалізації та фільтрації. Вибілену або повністю очищену олію повільно охолоджують до 5–15 градусів (залежно від типу олії) і витримують при цій температурі протягом кількох годин, дозволяючи ефірам воску кристалізуватися в тверді частинки. Потім масло фільтрують через фільтр-прес або мембранний фільтр, видаляючи кристали воску та залишаючи прозоре масло, яке залишається прозорим навіть при температурах охолодження. Відфільтрований віск є незначним побічним продуктом, який іноді використовується в промислових цілях або для годування тварин.
Побічні продукти та вихід
Рафінування — це не лише видалення домішок -, а також утворення цінних побічних продуктів, які сприяють економічності процесу. Після дегумування відокремлені камеді можна переробити на лецитин, широко використовуваний харчовий емульгатор, або продати на корм тваринам. У результаті хімічного рафінування соапсток можна підкислити для відновлення вільних жирних кислот для використання в милі, біодизельному паливі або кормах для тварин. Після фізичної очистки дистилят жирної кислоти є проданим продуктом, який використовується в аналогічних цілях. Після відбілювання відпрацьована земля має обмежену цінність, але іноді її можна переробити для відновлення залученої нафти.
Загальний вихід нафтопереробки - відсоток сирої нафти, який перетворюється на рафіновану харчову олію - зазвичай коливається від 92% до 97%, залежно від якості сирої нафти (вміст FFA, рівень фосфору, кількість домішок) і методу переробки. Високоякісна-сира олія з низьким вмістом FFA та хорошим дегумуванням може отримати понад 97%; сира-низька якість із високим вмістом FFA та високим рівнем домішок може давати лише 90%. Для нафтопереробного заводу, який переробляє тисячі тонн на місяць, навіть різниця у виході на 1% означає значний дохід, тому до оптимізації та контролю процесів ставляться дуже серйозно.
висновок
Переробка їстівної олії перетворює сиру темну олію з сильним ароматом у прозорий, нейтральний, стабільний продукт, який очікують споживачі, за допомогою послідовності ретельно контрольованих фізичних і хімічних процесів. Дегумування видаляє фосфоліпіди за допомогою води, кислоти або ферментів. Знекислення видаляє вільні жирні кислоти шляхом хімічної реакції з каустичною содою (хімічне рафінування, виробництво соапстоку) або шляхом високо-температурної дистиляції з водяною парою (фізичне рафінування, виробництво дистиляту жирних кислот). Для відбілювання використовуються активована глина та вугілля для адсорбції пігментів і залишкових домішок. Для дезодорації використовується високо{5}}температурна пара під глибоким вакуумом для видалення летких ароматичних і запахових сполук, утворюючи кінцеву нейтральну-смакову олію. Додаткова депарафінізація видаляє ефіри воску для масел, які повинні залишатися прозорими за низьких температур.
У галузі спостерігається тенденція до фізичної рафінації - менше хімікатів, менше відходів, вищий вихід і комбіноване знекислення-дезодорація в один етап -, але хімічна рафінація все ще має місце для певних олій і сирої-сирої-FFA. Що не змінюється, так це основний принцип: видалити домішки, які роблять олію нестабільною, не-ароматизованою або небезпечною, зберігаючи при цьому нейтральні тригліцериди, які роблять олію цінним харчовим інгредієнтом.
