Экстракция касторового масла Семена клещевины содержат около 30-50% масла
жүктеу/скачать 1.89 Mb.
|
|
Экстракция касторового масла Семена клещевины содержат около 30–50% масла ( м/м ). 74 , 75 Касторовое масло можно экстрагировать из клещевины механическим прессованием, экстракцией растворителем или сочетанием прессования и экстракции. 74 После сбора урожая семенам дают высохнуть, чтобы оболочка семени раскололась, выпустив семя внутрь. Процесс экстракции начинается с удаления оболочки с семян. Это можно сделать механически с помощью шелушителя клещевины или вручную руками. Если это экономически целесообразно, более предпочтительным является использование машины для облегчения процесса шелушения. После того, как с семени снимают оболочку, семена очищают от посторонних материалов, таких как палочки, стебли, листья, песок или грязь. 75 Эти материалы обычно можно удалить с помощью ряда вращающихся сит или барабанов. Магниты, используемые над конвейерными лентами, могут удалять железо. Затем семена можно нагреть, чтобы затвердеть внутреннюю часть семян для экстракции. В этом процессе семена нагреваются в прессе с паровой рубашкой для удаления влаги, и этот процесс затвердевания способствует экстракции. Приготовленные семена затем сушат перед началом процесса экстракции. Для измельчения семян клещевины используется шнек непрерывного действия или гидравлический пресс, чтобы облегчить удаление масла (Рис. 5). Первая часть этого этапа экстракции называется предпрессовкой. Предварительное прессование обычно включает использование винтового пресса, называемого маслоотделителем. Маслоотделитель представляет собой шнековый пресс непрерывного действия высокого давления для извлечения масла. Рисунок 5 Коммерческий шнековый пресс непрерывного действия. Хотя этот процесс можно проводить при низкой температуре, механическое прессование приводит к извлечению масла из клещевины лишь около 45%. 16 Более высокие температуры могут повысить эффективность экстракции. Выходы до 80% доступного масла можно получить, используя в процессе экстракции высокотемпературное гидравлическое прессование. 74 Температуру экстракции можно контролировать путем циркуляции холодной воды через прессовальную машину, отвечающую за холодное прессование семян. Касторовое масло холодного отжима имеет меньшее содержание кислоты и йода и светлее по цвету, чем касторовое масло, экстрагированное растворителем. 75 После экстракции масло собирают и фильтруют, а отфильтрованный материал снова объединяют с новыми свежими семенами для повторной экстракции. Таким образом, отфильтрованный сыпучий материал продолжает собираться и проходит несколько циклов экстракции, объединяясь с новым сыпучим материалом по мере повторения процесса. Этот материал наконец выбрасывается из пресса и известен как касторовый пирог. Касторовый жмых из пресса содержит примерно до 10% касторового масла. 75 После дробления и извлечения масла из массы семян клещевины дальнейшее извлечение масла из оставшегося материала клещевины может быть осуществлено путем измельчения клещевины и использования методов экстракции растворителем. Для извлечения масла из клещевины используют экстрактор Сокслета или коммерческий экстрактор с растворителем. Использование органических растворителей, таких как гексан, гептан или петролейный эфир, в качестве растворителя в процессе экстракции приводит к удалению большей части остаточного масла, все еще недоступного в оставшейся массе семян. Фильтрация/очистка касторового масла После экстракции масла с помощью пресса в извлеченном масле все еще остаются примеси. Для удаления оставшихся примесей обычно используются системы фильтрации. Системы фильтрации способны удалять из масла крупные и мелкие частицы, любые растворенные газы, кислоты и даже воду. 75 Оборудованием системы фильтрации, обычно используемым для этой задачи, является фильтр-пресс. Сырое касторовое масло имеет бледно-желтый или соломенный цвет, но после очистки и отбеливания его можно сделать бесцветным или почти бесцветным. Сырая нефть также имеет отчетливый запах, но ее также можно дезодорировать в процессе переработки. Переработка касторового масла После фильтрации сырая или нерафинированная нефть отправляется на переработку на нефтеперерабатывающий завод. В процессе переработки из масла удаляются примеси, такие как коллоидные вещества, фосфолипиды, избыток свободных жирных кислот (СЖК) и красители. Удаление этих примесей позволяет маслу не портиться при длительном хранении. Этапы процесса рафинирования включают дегумирование, нейтрализацию, отбеливание и дезодорацию. 16 , 74 Масло дегуммируют путем добавления к маслу горячей воды, оставляя смесь отстояться, и, наконец, водный слой удаляют. Этот процесс можно повторить. После этапа дегумирования для нейтрализации добавляют сильное основание, такое как гидроксид натрия. Затем основу удаляют с помощью горячей воды, и разделение водного слоя и масла позволяет удалить водный слой. За нейтрализацией следует отбеливание для удаления цвета, оставшихся фосфолипидов и остатков продуктов окисления. Затем касторовое масло дезодорируют, чтобы удалить из масла любой запах. Рафинированное касторовое масло обычно имеет длительный срок хранения — около 12 месяцев, если оно не подвергается чрезмерному нагреву. Этапы переработки сырого касторового масла более подробно обсуждаются в следующем разделе. Переработка сырого касторового масла В то время как в предыдущем разделе кратко обсуждался общий обзор этапа переработки касторового масла, в этом разделе подробно объясняется каждый из задействованных в нем процессов. Нерафинированное касторовое масло приводит к быстрой деградации из-за присутствия примесей, как указано в разделе «Очистка касторового масла», что делает его менее подходящим для большинства применений. 1 Следовательно, процесс переработки должен быть проведен до дериватизации масла. Для эффективной переработки нефти следует учитывать порядок этапов, выполняемых в процессе переработки, который включает в себя дегумирование, нейтрализацию, отбеливание, дезодорацию и иногда подготовку к зиме (Рис. 6) и подробно и конкретно описаны применительно к производству касторового масла в разделах «Обезжиривание», «Нейтрализация», «Отбеливание», «Дезодорация» и «Зимизация». Рисунок 6 Блок-схема обработки Кастора. Дегумирование Первый этап процесса очистки касторового масла, называемый рафинированием, используется для снижения содержания фосфатидов и металлов в сыром масле. Фосфатиды, присутствующие в сыром касторовом масле, можно найти в форме лецитина, цефалина и фосфатидных кислот. 76 Эти фосфатиды можно разделить на два разных типа: гидратируемые и негидратируемые, 77 и, соответственно, для эффективного удаления этих фосфатидов необходимо провести подходящую процедуру дегумирования (водное дегуммирование, кислотное дегуммирование и ферментативное дегуммирование). В целом сырое растительное масло содержит около 10% негидратируемых фосфатидов. 77 Однако количество может значительно варьироваться в зависимости от различных факторов, таких как тип семян, качество семян и условия, применяемые во время помола. В то время как гидратируемые фосфатиды можно удалить по большей части путем водного дегумирования, негидратируемые фосфатиды можно удалить только с помощью кислотного или ферментативного дегумирования. 77 Водное рафинирование Водное дегуммирование — относительно простой и недорогой процесс, позволяющий удалить как можно больше смол на начальных стадиях переработки нефти. В этом процессе сырая нефть нагревается примерно до 60–70°C. Затем к сырой нефти добавляют воду, полученную смесь хорошо перемешивают и оставляют стоять в течение 30 минут, в течение этого времени фосфатиды, присутствующие в сырой нефти, гидратируются и, таким образом, становятся нерастворимыми в масле. 78 Гидратированные фосфатиды можно удалить декантацией или центрифугированием. Водное дегуммирование позволяет удалить даже небольшие количества негидратируемых фосфатидов наряду с гидратируемыми фосфатидами. Экстрагированная камедь может быть переработана в лецитин для пищевых, кормовых или технических целей. Кислотное рафинирование В целом, процесс кислотного рафинирования можно рассматривать как лучшую альтернативу процессу водного дегумирования, если сырая нефть содержит значительное количество негидратируемых фосфатидов. 79 В процессе кислотного рафинирования сырое касторовое масло обрабатывают кислотой (фосфорной, яблочной или лимонной кислотой) в присутствии воды. 77 , 80 Кислотное рафинирование обычно проводят при повышенной температуре, обычно около 90°C. Осажденные смолы затем отделяют центрифугированием с последующей сушкой в вакууме обессмоленного масла. 79 Ферментативное рафинирование Превращение негидратируемых фосфатидов в гидратируемые фосфатиды также можно осуществить с помощью ферментов. 81 Здесь раствор фермента, который представляет собой смесь водного раствора лимонной кислоты, каустической соды и ферментов, диспергируется в отфильтрованном масле при умеренных температурах, обычно между 45°C и 65°C. Высокоскоростной вращающийся миксер используется для эффективного смешивания масла и фермента. Затем масло отделяют от гидратированной смолы механическим разделением и подвергают сушке в вакууме. 82 Существует множество так называемых «микробных ферментов». Первыми из них были фосфолипазы А1 (Lecitase® Novo и Ultra), а позднее – фосфолипаза C (Purifine®). Липид-ацилтрансфераза (LysoMax®) с активностью PLA2 также стала доступна в коммерческих количествах. Эти ферменты имеют специфические функции и особенности. Например, ферменты Lecitases® и LysoMax® способны катализировать гидролиз всех распространенных фосфатидов. С другой стороны, фермент Purifine® специфичен в отношении фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина. 81 Нейтрализация Семена клещевины хорошего качества, хранящиеся в контролируемых условиях, дают лишь низкое содержание СЖК — около 0,3%. 82 Иногда масличные семена, которые были старыми или хранились более 12 месяцев с высоким содержанием влаги, производят высокое содержание СЖК, составляющее около 5%. 83 Этот избыток СЖК, присутствующий в касторовом масле, не обеспечивает ту же функциональность, что и нейтральное масло, и способен изменять свою реакционную способность с различными веществами. Следовательно, очень важно удалить высокое содержание свободных жирных кислот для производства высококачественного касторового масла. Этот процесс удаления СЖК из рафинированного масла называется нейтрализацией. 82 В целом процесс переработки можно разделить на два метода: химическую и физическую очистку. Физическое рафинирование обычно проводится путем поддержания высокой температуры выше 200°C и низкого вакуумного давления. В этих условиях обработки СЖК с низкой температурой кипения подвергают вакуумной перегонке из триглицеридов с высокой температурой кипения. Однако физическая очистка касторового масла не рекомендуется из-за его чувствительности к нагреванию, поскольку оно обычно начинает распадаться при температуре выше 150°C, что может привести к гидролизу гидроксильных групп. С другой стороны, химическая очистка основана на принципе растворимости триглицеридов и мыл жирных кислот. 82 СЖК (кислота) реагируют со щелочью (сильное основание) с образованием мыла жирных кислот (Рис. 7). Образовавшееся мыло обычно нерастворимо в масле и, следовательно, может быть легко отделено от масла на основе разницы удельного веса мыла и триглицеридов. Удельный вес мыла выше, чем у триглицеридов и поэтому имеет тенденцию оседать на дне реактора. Большинство современных нефтеперерабатывающих заводов используют высокоскоростные центрифуги для разделения мыльной и масляной смеси. Рисунок 7 Образование мыла с рицинолевой кислотой. Щелочная нейтрализация или химическая очистка снижает содержание следующих компонентов: СЖК, продуктов окисления СЖК, остаточных белков, фосфатидов, углеводов, следов металлов и части пигментов. Дегуммированное касторовое масло сначала обрабатывают раствором щелочи (2% каустической соды) при температуре 85–95°C при постоянном перемешивании в течение примерно 45–60 минут. 84 На этом этапе щелочь вступает в реакцию с СЖК и превращает их в мыльный сток. Полученное мыло имеет более высокий удельный вес, чем нейтральное масло, и имеет тенденцию оседать на дне. Масло можно отделить от мыла либо гравитационным разделением, либо с помощью коммерческих центрифуг. Небольшие нефтеперерабатывающие заводы используют метод гравитационного разделения, тогда как заводы большой мощности используют коммерческие центрифуги с вертикальным стояком. Отделенное масло затем промывают горячей водой для удаления мыла, раствора щелочи и других примесей. 85 Обычно периодическая нейтрализация касторового масла требует от четырех до шести промываний горячей водой, чтобы снизить уровень мыла до уровня ниже 100 частей на миллион. 84 Полученное таким образом масло сушат в вакууме и направляют на следующий процесс – отбеливание. Нейтрализация касторового масла — это этап переработки с высокими потерями. Эта потеря, предположительно, связана с небольшой разницей в удельном весе образующегося мыла и нейтрально-вязкого касторового масла. 83 Отбеливание Касторовое масло используется во многих случаях, когда внешний вид конечного продукта чрезвычайно важен. Например, косметические рецептуры, смазочные добавки и производство биоматериалов требуют, чтобы цвет конечного продукта находился в определенных пределах. Хотя касторовое масло, полученное после процессов дегумирования и нейтрализации, на вид представляет собой прозрачную жидкость, оно все же может содержать окрашенные тела, натуральные пигменты и антиоксиданты (токоферолы и токотриенолы), которые были экстрагированы вместе с сырым маслом из клещевины. 86 Цветные пигменты чрезвычайно малы (от 10 до 50 нм), и их невозможно удалить из масла ни при каких операциях. 82 Однако для удаления таких цветных пигментов и оставшихся фосфолипидов можно использовать процесс адсорбции, называемый «отбеливанием», с использованием активированной земли в условиях умеренного вакуума от 50 до 100 мм рт. ст. Уменьшение цвета масла можно измерить с помощью аналитического прибора, называемого тинтометром. Активированные земли представляют собой глинистые руды, содержащие минералы, а именно бентонит и монтмориллонит. Эти типы глины обычно встречаются на всех континентах, образовавшись в результате уникальных географических перемещений миллионы лет назад. 87 Эффективность отбеливающей земли, также называемая отбеливающей способностью, зависит от способности адсорбировать на своей поверхности цветные пигменты и другие примеси. Обычно необработанная глина имеет более низкую отбеливаемость, чем активированная кислотой или обработанная глина. Необработанные глины при активации концентрированной кислотой с последующей промывкой и сушкой приобретают большую адсорбционную способность и адсорбируют цветные пигменты из масла. 88 Отбеливание касторового масла можно проводить в вакууме при температуре около 100°C, постоянно перемешивая масло с соответствующим количеством активированной земли и угля. 78 Для получения желаемого светлого цвета масла в процессе отбеливания требуется около 2% отбеливающей земли и углерода. В этих условиях обработки окрашенные частицы, мыло и фосфатиды адсорбируются на активированной земле и угле. Активированная земля и уголь удаляются с помощью коммерческого фильтра. Полученный таким образом отработанный земляной углерод сохраняет содержание масла около 20–25%. Отбеливание касторового масла с более высоким содержанием фосфатидов и мыла часто приводит к сильному удерживанию масла из-за большого количества используемой активированной земли и, таким образом, вызывает проблемы с фильтрацией. Хотя это остаточное масло на отработанной земле может быть извлечено путем кипячения отработанной земли в воде или методом экстракции растворителем, извлеченное из отработанной земли масло имеет ярко выраженную окраску, с высоким содержанием свободных жирных кислот и высоким содержанием пероксида, обычно превышающим 10 мг КОН/ г и 20 мэкв/кг соответственно. 88 Дезодорация Дезодорация — это просто процесс вакуумной паровой дистилляции, который удаляет относительно летучие компоненты, которые вызывают нежелательный вкус, цвет и запах жиров и масел. В отличие от других растительных масел, касторовое масло требует ограниченной дезодорации или не требует ее вообще, поскольку это несъедобное масло, легкий резкий запах которого не является проблемой для большинства его применений, за исключением касторового масла фармацевтического качества. 89 , 90 Дезодорация обычно проводится в высоком вакууме и при температуре выше 250°C для удаления нежелательных запахов, вызванных кетонами, альдегидами, стеролами, тритерпеновыми спиртами и короткоцепочечными жирными кислотами. 85 Касторовое масло фармацевтического качества дезодорируют при низких температурах, примерно 150–170°C, в высоком вакууме в течение 8–10 часов, чтобы избежать гидролиза гидроксигруппы RA. 86 подготовка к зиме Большинство растительных масел содержат высокие концентрации восков, жирных кислот и липидов. Следовательно, перед окончательным использованием он подвергается процессу подготовки к зиме. Зимняя обработка масла — это процесс, при котором парафины кристаллизуются и удаляются путем фильтрации, чтобы избежать помутнения жидкой фракции при более низких температурах. Кизельгур является обычно используемым вспомогательным фильтрующим средством, а полученный на фильтре осадок может быть повторно использован в качестве кормового ингредиента. В некоторых случаях аналогичный процесс, называемый «депарафинизацией», также может использоваться как средство для осветления масла, когда помутнение сохраняется. 91 , 92 жүктеу/скачать 1.89 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|