Высокотехнологичные производства, используемые при переработке жиров

В последние годы во всем мире повышено внимание к проблеме трансизомеров жирных кислот, содержащихся в продуктах питания. Они встречаются в природе и образуются при гидрогенизации. Например, в молоке и жире жвачных животных их количество не превышает 5 %, а в процессе гидрогенизации оно может достичь 50 %. Многие ученые, проводившие исследования в данной области, считают, что бесконтроль ное вмешательство в природу жиров способно нанести серьезный вред здоровью человека. Во многих странах определен предел такого вмешательства и на законодательном уровне приняты ограничения по содержанию трансизомеров в продуктах питания.

В настоящее время существуют два способа модификации, позволяющие получить специализированные жиры без трансизомеров жирных кислот либо с низким их содержанием: переэтерификация — в зависимости от типа катализатора химическая и ферментативная (энзимная); фракционирование («сухое» и в растворителе).

Переэтерификация масел и жиров широко используется в Великобритании, Германии, Голландии, Японии, Бельгии, Канаде, США и других странах для эффективного решения многих задач при производстве спредов, маргаринов, жиров для кондитерской и хлебопекарной промышленности, в том числе для:

  • • создания продукции, не содержащей трансизомеров жирных кислот;
  • • создания оптимального по кислотному составу и реологическим свойствам ассортимента продукции различного назначения при ограниченном выборе сырья;
  • • стабилизации мелкокристаллической р’-полиморфной структуры жировых основ, препятствующей рекристаллизации продукции при длительном хранении;
  • • эффективного использования высокоплавких животных и растительных жиров;
  • • повышения эффективности фракционной кристаллизации масел и жиров;
  • • производства структурных липидов лечебного и пищевого назначения.

Производство переэтерифицированных жиров — это принципиально новый этап в развитии жироперерабатывающей промышленности, обеспечивающий значительное улучшение качества готовой продукции. Переэтерификация жиров и масел заключается во внутри- и межмолекулярном перераспределении жирных кислот в смеси триглицеридов. Переэтерификация в однородной жидкой среде, перераспределяя жирно-кислотные группы триглицеридов, создает жир теоретически рассчитанного глицеридного состава и с новыми свойствами.

Реакции обмена структурных элементов бывают четырех видов:

  • 1) перемещение в глицеридах радикалов кислот из а- в 5-положение и наоборот (внутримолекулярная переэтерификация);
  • 2) обмен радикалами жирных кислот между молекулами двух разных глицеридов (межмолекулярная переэтерификация);
  • 3) обмен радикалами между глицеридом и спиртом (алкоголиз);
  • 4) обмен радикалами между глицеридом и кислотой (ацидолиз).

Механизм переэтерификации заключается в атаке углеродного атома карбонильной группы сложного эфира другой группировкой, способной отдавать электроны. При производстве пищевых жиров применяется в основном химическая межмолекулярная и внутримолекулярная переэтерификация, которая заключается в перераспределении радикалов жирных кислот под влиянием гомогенных катализаторов. В настоящее время переэтерификацию проводят главным образом с метилатом или этилатом натрия. Действительными катализаторами переэтерификации являются глицераты, образующиеся при взаимодействии алкоголятов с моно-, ди-и триглицеридами.

Внутри- и межмолекулярная переэтерификация триглицеридов происходит в результате цепной реакции глицератов с триглицеридами по упрощенной схеме:

R.R.R, + R,R2ONa -> R,R,R2 + R.R.ONa

R,R,R. + R.R.ONa -> R,R,R. + R.R.ONa

2 4 5 1 1 2 1 5 4 1

R3R,R2 + R4R,ONa —> R4R,R2 + R3R,ONa и т. д.

Как и алкоголяты, глицераты натрия разрушаются под действием воды, кислот, перекисей и др. Глицераты образуют также побочные продукты взаимодействия с глицеридами.

По окончании процесса катализатор разрушают подкисленной водой, а жир промывают и дезодорируют. Структурная схема производства жиров методом химической переэтерификации представлена на рис. 5.13.

Дозирование производят весовым или объемным способами в соответствии с рецептурой. Глубокую сушку жира проводят в вакуум-су шильных аппаратах.

Переэтерификация позволяет получать новые виды пищевых жировых продуктов с заданными свойствами, дает возможность регулировать содержание в пищевых жирах высокоплавких жирных кислот. Переэтерификация приводит к снижению температуры плавления жира или смеси жиров, повышает их пластичность и стабильность к окислению кислородом воздуха.

При переэтерификации смесей растительных масел и животных жиров, а также тройных смесей (например, с саломасом) получаются продукты высокого качества (по структуре и органолептическим показателям), такие как кулинарные жиры или основа для производства спредов и маргарина. Переэтерификация значительно расширяет ассортимент жи ров для кондитерских изделий, хлебопечения и консервирования, а также позволяет увеличить дозировку в спреды и маргарин негидрированных растительных масел.

Структурная схема производства переэтерифицированных жиров

Рис. 5.13. Структурная схема производства переэтерифицированных жиров

Примером межмолекулярной переэтерификации может служить взаимодействие двух глицеридов — тристеарина и триолеина, в результате чего образуется некоторое количество смешанных триглицеридов. По лученные таким образом смешанные триглицериды имеют температуру плавления более низкую, чем исходный тристеарин и более высокую, чем триолеин.

Гидропереэтерификация осуществляется при температуре несколько выше 160 °C с применением никелевых и других катализаторов, обычно применяемых для промышленной гидрогенизации масел. Приготовленный по этому способу из смеси подсолнечного масла и свиного жира гидропере-этерифицированный продукт имеет по сравнению с саломасом подсолнечного масла ряд преимуществ: он имеет более низкую температуру плавления (31-32 °C), более высокую твердость, меньшее содержание изомеризованных жирных кислот и лучшую цветность.

Переэтерификация методом ацидолиза протекает при нагревании свободных жирных кислот с глицеридами с образованием смешанных триглицеридов и высвобождением из первоначального триглицерида одной или нескольких жирных кислот. Реакция эта обратима и протекает по следующей схеме:

C3H5(OCOR)3 + R.COOH -> C3H5(OCOR,)(OCOR)2 + RCOOH

Замена кислотных остатков осуществляется при температуре 250-300 °C без присутствия катализаторов. Однако катализаторы значительно ускоряют процесс альдолиза. Серная кислота не только ускоряет процесс альдолиза, но делает его возможным при температуре 150-170 °C. Альдолиз дает возможность снижать температуру плавления высокоплавких триглицеридов, а также вводить в молекулы триглицеридов жиров низкомолекулярные жирные кислоты, например, масляную, при получении различных видов пищевых жиров с более низкой температурой плавления.

Ферментативную переэтерификацию можно представить, как результат обратимой реакции гидролиза — этерификации триглицеридов. Биологическим катализатором этой реакции являются липазы. Липазы — лиофобные вещества и в органической среде активны на границе с водной фазой, необходимое количество которой вводят в реакционную среду совместно с липазой. Они термически неустойчивы и их каталитическая активность, как правило, максимальна в интервале температур 40-60 °C. Для улучшения условий реакции ферменты распределяют на носителях («иммобилизованные» ферменты). Реакции с этими ферментами проводят в баках с мешалками, в колонных, трубчатых, пластинчатых и других реакторах. Каждый из видов переэтерификации имеет свои недостатки и достоинства (табл. 5.4).

Таблица 5.4

Сравнительная характеристика видов переэтерификации

Вид переэтерификации

Достоинства

Недостатки

Химическая

Высокий уровень организации производства

Более высокие потери масла в результате «влажной» инактивации катализатора

Стабильность производства. При постоянном составе жирных кислот — воспроизводимость процесса

Сложность в эксплуатации и хранении катализатора (сплавов натрия-калия и этиловых эфиров натрия и калия)

Возможность производить продукт партиями различного объема и ассортимента

При достаточно быстром процессе изменяется цвет продукта, что вызывает необходимость его очистки

Технологический процесс простой, удобный, не требует высоких температур и давления

Использование сырья с минимальным содержанием свободных жирных кислот

Фермента-тивная

Экологически чистый и безопасный способ производства

Производство зависит от импорта ферментных препаратов

Нет изменения цвета готового продукта, не нужно отбеливать

Менее гибкий процесс — большие партии переходов

Не снижается биологическая ценность жиров, так как процесс идет при температуре не выше 70 °C

Нестабильная активность ферментов — необходимость постоянного внесения дополнительного катализатора

Анализ представленных «за» и «против» показывает, что значимых предпочтений между данными способами нет. Результаты исследований, проведенных специалистами ведущих научно-исследовательских лабораторий и «ЭФКО. Пищевые Ингредиенты», свидетельствуют, что физико-химические параметры жиров после химической и ферментативной технологий идентичны. С позиции новизны и экологичности процесса ферментативная переэтерификация интересна, но по степени изученности и стабильности предпочтительнее химическая.

Фракционирование представляет собой процесс обратимой термомеханической сепарации, т. е. под действием контролируемого охлаждения и механической обработки происходит формирование твердой фазы (кристаллов) расплава масла с последующими фильтрацией и расщеплением исходного сырья на две фракции: твердую (стеарин) и жидкую (олеин). Каждая фракция имеет свои физико-химические показатели. Так как фракционирование — управляемый процесс, то можно получить продукты разной степени твердости, температуры плавления, с различным триглицеридным составом.

Фракционирование — самый экологически чистый процесс модификации специализированных жиров, так как происходит без применения катализатора и химически активных веществ, т. е. процесс полностью физический.

Методом фракционирования получают высококачественные заменители и эквиваленты масла какао и твердые жиры с низким содержанием трансизомеров, которые используют в кондитерской промышленности для производства глазурей и шоколадных масс. В качестве исходного сырья для фракционирования применяют:

  • • растительные масла (пальмовое, пальмоядровое, кокосовое, гидрогенизированное соевое и подсолнечное);
  • • жиры животного происхождения (молочный);
  • • различные смеси масел и жиров.

Дистилляция основана на способности некоторых глицеридов отгоняться при нагревании в вакууме. Этим путем удается изолировать глицериды, у которых кислотные остатки содержат не более 14 углеродных атомов. Таким способом были выделены триглицерид лауриновой кислоты из кокосового масла и тримиристин из масла мускатного ореха.

В последние годы широко используется фракционная кристаллизация пальмового и пальмоядрового масел. Насыщенные кислоты пальмового масла на 89 % состоят из пальмитиновой кислоты, а ненасыщенные — на 80 % из олеиновой кислоты.

Тринасыщенные глицериды масла представлены трипальмитином и плавятся при температуре 55-68 °C, динасыщенные состоят преимущественно из симметричного олеодипальмитата и плавятся при температуре 35 °C. Высокое содержание симметричных олеодинасыщенных триглицеридов используют для получения высококачественного заменителя масла какао. С этой целью нагретое до 70 °C пальмовое масло медленно охлаждают до 22 °C и после выдержки разделяют фильтрованием на олеин (выход 80 %) и стеарин, в котором концентрируются тринасы-щенные глицериды.

Пальмовый олеин, стойкий к окислительному и термическому воздействию, применяют как салатное и фритюрное масло. Гидрированный олеин в зависимости от содержания трансизомеров применяют в производстве маргариновой продукции или как высококачественный нелауриновый заменитель масла какао (с высоким содержанием транс-мононенасыщенных жирных кислот).

Значительное количество пальмового олеина подвергают повторной фракционной кристаллизации, в результате которой получают «супер олеин» и «мягкую среднюю фракцию пальмового масла». Эту фракцию повторно фракционируют, отделяя диолеонасыщенные триглицериды (твердую среднюю фракцию), обогащенную симметричным диолеопальмитином, и по температуре плавления и твердости близкую к маслу какао. Этот продукт служит основным компонентом «эквивалентов» масла какао. Усредненная характеристика фракций приведена на схеме (рис. 5.14).

Пальмовое масло-----?

Суперолеин (50%)

Олеин (80%) + Стеарин (20%)

Мягкая средняя фракция (50%)

Средний олеин (60%)

Твердая средняя фракция (40%)

Рис. 5.14. Схема фракционирования пальмового масла

Таким способом также можно получать заменители масла какао и твердые кондитерские жиры с низким содержанием трансизомеров. Как видно на рис. 5.15, все полученные этим способом жиры имеют «крутой» профиль плавления, т. е. высокую твердость, термоустойчивость, а также и хорошие органолептические показатели.

Содержание твердых триглицеридов, %

Температура, гр. С

Рис. 5.15. Кривые плавления заменителей масла какао, полученных методом дисстилляции:

1 — Эколанд 1602-36 TF; 2 — Эконат 1802-36; 3 — Эконат 1902-36

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >