Tehnologia de Fabricare A Uleiului [PDF]

Zitiervorschau

Tehnologia de fabricare a uleiului 1. Scopul lucrării Lucrarea are ca scop cunoasterea tehnologiei de fabricare a uleiului vegetal. 2. Consideratii teoretice Seminţe de floarea-soarelui cu 40% ulei, 11% umiditate si 4% impurităţi

Precurăţire la 50% impurităţi

Uscare la 7-8% umiditate

Depozitare

Postcurăţire la 0.5% impuritati

Presare la rece

Şrot

Ulei presat la rece

Măcinare

Filtrare

Şrot cu 8-11% ulei

Ulei natural

Plantele oleaginoase sunt plantele ale caror seminte sau fructe au un continut ridicat de lipide (ulei). Acestea constituie materia prima pentru fabricarea uleiurilor vegetale si sunt cultivate, în principal, pentru acest scop.

Principalele plante oleaginoase sunt: floarea soarelui (Helianthus annuus), rapita (Brasica napus), inul pentru ulei, ricinul, susanul, mustarul negru, iar în zonele tropicale si subtropicale: maslinul, cocotierul, palmierul de ulei. Se obtin uleiuri vegetale si din specii de plante din alte grupe fitotehnice cum sunt: soia (Glycine hispida), arahidele (Arachis hypogaea), bumbacul, porumbul (din germeni), macul, dovleacul, nucul,vita de vie. După procesul de recoltare semintele sunt supuse unor operatii de pregatire a materiei prime, inainte de a fi introduse in utilajele pentru obtinerea uleiului vegetal, cu scopul de a imbunătăți gradul de extracție a uleiului. Curatirea semintelor are ca scop indepartarea impuritatilor din masa de seminte, acestea putand fi:  impuritati minerale ( pamant, praf, pietre, cuie, suruburi)  impuritati organice (paie, pleava, seminte de buruieni sau alte plante cultivate, seminte seci, carbonizate sau sparturi). Prin curățire se urmăreste cresterea puritătii produsului, realizându-se totodată si conditii mai bune de păstrare, o reducere a volumului de transport si depozitare. Curatirea semintelor oleaginoase este obligatorie deoarece impuritatile produc o uzura accelerata a elementelor active de la prese, inrautatesc calitatea uleiului rezultat si diminueaza productivitatea utilajelor (la o cantitate de 50 kg seminte continand 5 kg de impuritati, prelucrate intr-o ora, productivitatea scade cu 10%). Îndepărtarea acestor impurităţi se realizează în două etape:  înainte de depozitare - precurăţire - când se elimină cca. 50% din impurităţile iniţiale din loturile de seminţe neomogene, cu procent ridicat de impurităţi şi pericol de degradare. Precuratirea semintelor oleaginoase are ca scop prevenirea unor deprecieri ale materiei prime in timpul depozitarii.  la trecerea în fabricaţie - postcurăţire - după care, conţinutul remanent de impurităţi este de 0,3 - 0,4%. Există mai multe modalităţi de separare, în funcţie de felul impurităţilor, astfel:  separarea impurităţilor feroase - se bazează pe proprietăţile magnetice ale acestora şi se realizează cu ajutorul magneţilor naturali sau a electromagneţilor. Această separare se execută înaintea tuturor operaţiilor din cadrul procesului tehnologic în vederea evitării defectării utilajelor;  separarea pe baza diferenţei de mărime – operaţie asemănătoare celei din industria morăritului - se bazează pe mişcarea (rectilinie-circulară sau vibratorie) unui strat sau mai multor straturi de particule la suprafaţa unor site orizontale sau înclinate prevăzute cu perforaţii prin care cad unele componente ale amestecului. Utilajele folosite sunt asemănătoare celor din industria morăritului: site cu mişcare rectilinie, circulară sau vibratorie;  separarea pe baza diferenţei de masă volumică – se efectuează cu ajutorul unui curent de aer care trece peste amestecul de seminţe şi impurităţi antrenând

impurităţile mai uşoare decât seminţele. Separarea are loc la o viteză a curentului de aer mai mare decât viteza de plutire. Curentul de aer poate fi ascendent (cel mai des întâlnit) sau orizontal. Selectoarele sunt masini care efectuează separarea amestecurilor după proprietătile aerodinamice si după dimensiuni. Acestea sunt masini combinate care folosesc în procesul separării curenti de aer, site si cilindrii cu alveole. Operatia de decorticare (descojire) a semintelor oleaginoase Semintele oleaginoase au in componenta coaja, care are un continut mic de ulei si un continut ridicat in celuloza, acesta constituind un material nedorit, atat in procesul de prelucrare, cat si in compozitia reziduurilor de prelucrare (a sroturilor). De aceea se impune eliminarea cojii prin operatia de descojire sau decorticare. Pentru asigurarea conditiilor optime de presare, este necesar ca la operatia de decorticare sa fie lasat in miez si un anumit procent de coaja (8% la floarea-soarelui). Avantajele decorticării semintelor de floarea-soarelui se referă la: - micsorarea uzurii elementelor active de la prese datorită reducerii procentului de coji din masa presată, coji, care datorită continutului de bioxid de siliciu, au un puternic efect abraziv; - uleiul rezultat este mai curat, mai limpede, mai usor de decantat si de filtrat; - cresterea cantitătii de ulei obtinută din masa totală supusă presării cu circa 10%. Continutul mare de coji în prelucrarea semintelor conduce la: - scaderea capacitatii de productie a fabricii - pierderi mari de ulei - reziduurile din fabricatie (turte si srot) sunt mai sărace în substante hrănitoare - prezenta în coajă a substantelor colorante, care trec în ulei în timpul prelucrării, conduce la închiderea culorii acestuia - o uzură exagerată a instalatiilor. Descojirea semintelor prezintă si unele dezavantaje: - pierderi de ulei în miezul antrenat cu coaja în cursul descojirii; - necesită instalatii în plus sub forma de descojitoare si utilaje anexe; - consum de energie si manoperă în plus. Procesul de descojire se realizeaza practic in 2 faze distincte si anume: spargerea si detasarea cojii de miez separarea cojilor din amestecul rezultat Spargerea si detasarea cojii de miez se face prin lovire, tăiere, frecare, strivire. Lovirea se practică la semintele de floarea-soarelui si se poate aplica în două moduri: - prin lovirea semintelor în repaus cu ajutorul unor palete; - prin proiectarea semintelor către un perete fix. Dupa spargerea semintelor, indiferent de metoda utilizata, rezulta un amestec format din: - miezuri intregi si sparte - coji intregi si sparte, maruntite - seminte intregi, nefisurate.

Separarea cojilor se efectueaza cu ajutorul sitelor pe baza diferentei de marime si cu ajutorul unui curent de aer, dupa viteza de plutire: - cernere pe site – folosind diferenta de marime - aspiratie – dupa greutatea specifica Pentru descojirea propriu-zisă a semintelor de floarea-soarelui se întrebuintează masina numită tobă pentru sfărâmarea cojii, care poate fi masina separată sau integrată în partea de sus a decorticatorului. Presarea smintelor Pentru obținerea uleiului din materiile prime oleaginoase există mai multe tehnologii care pot fi utilizate. Alegerea tehnologiei folosite se face, în primul rând, în funcție de natura și conținutul de ulei al materiilor prime, dar și ținând cont de complexitatea tehnologiei alese, de capacitatea de producție a tehnologiei, de costurile pe care tehnologia respectivă le implică și de calitatea uleiului obținut. În prezent, există patru metode de bază pentru obținerea uleiului vegetal: extracția chimică, extracția cu fluide supercritice, distilarea cu vapori și extragerea mecanică. Metode de extragere a uleiului

CHIMICĂ

CU SOLVENT

CU FLUIDE SUPERCRITICE

CU ENZIME

MECANICĂ

DISTILARE

PRESE HIDRAULICE

PRESE CU MELC

Fig.1. Metodele fundamentale de extragere a uleiului

În cazul metodelor chimice, substanţele folosite pentru extragerea uleiului pot fi enzimele sau solvenţii. Extracția cu solvent este procesul de separare a lichidului dintr-un amestec lichid-solid folosind un solvent (pentan, hexan, heptan sau octan). Această metodă presupune amestecarea solventului cu materialul oleaginos măcinat (operaţia de măcinare este necesară pentru a mări suprafaţa de contact dintre seminţe şi solvent, în vederea creşterii cantităţii de ulei extrase) și prăjit (prăjirea distruge țesuturile celulare și astfel solventul pătrunzând mai ușor în material), după care amestecul ulei-solvent numit miscelă este încălzit la o temperatură de peste 100°C pentru a se separa uleiul. Utilizând metoda de extracție cu solvent, din materialul oleaginos este extras aproximativ 98% din uleiul existent în material. Pe lângă randamentul ridicat, prin această metodă se obține un ulei bun din punct de vedere calitativ și un șrot cu conținut ridicat de proteine. Dezavantajele acestei metode sunt reprezentate de cheltuielile mari pentru investiția inițială, de necesitatea rafinării uleiului obținut înainte de a fi utilizat, de posibilitatea de toxicitate precum și de pericolul de explozie datorate utilizării solventului. Extragerea uleiului folosind enzimele este o metodă folosită doar de marile companii de uleiuri vegetale, în urma acesteia rezultând multe subproduse valoroase. Această metodă

presupune prăjirea seminţelor şi amestecarea lor cu apă în care se adaugă enzime care au un efect de bio-degradare asupra substanţelor solide. Separarea uleiului se face apoi cu ajutorul unei centrifuge lichid-lichid. O altă metodă utilizată pentru obținerea uleiului din materiale oleaginoase este extracţia cu fluide supercritice (SFE – „supercritical fluid extraction”) care este o metodă relativ nouă. Această metodă este o variantă a extracţiei solid-lichid, în care solventul de extracţie este înlocuit cu un fluid supercritic. Fluidul supercritic folosit la extracţia uleiului este CO2, fiind fluidul supercritic cel mai folosit în aplicaţiile analitice datorită faptului ca nu extrage oxigenul molecular şi nu este un fluid toxic. În metoda de extracție cu dioxid de carbon supercritic, semințele sunt amestecate cu dioxid de carbon la presiune mare și în stare lichidă (la 31°C temperatură și presiune 7,3 MPa). Apoi, uleiul se dizolvă în dioxidul de carbon, iar când presiunea este eliberată din sistem, dioxidul de carbon se întoarce la faza de gaz și uleiul este astfel separat din amestecul CO 2-ulei. Datorită purității produselor obținute prin SFE, uleiurile sunt utilizate în principal în industria alimentară, la îngrijirea corporală, în industria produselor pe bază de plante, precum și pentru aromoterapie și parfumuri naturale. Această tehnică de extracție este o tehnologie relativ nouă și costisitoare, mai eficientă în unele privințe decât distilarea cu vapori sau extracția cu solvent, datorită următoarelor avantaje: procesul de extracție are loc la temperaturi mai scăzute decât distilare cu vapori, durata de extracție este mai mică, calitatea ridicată a produselor, dioxidul de carbon este nontoxic, inodor și ușor de îndepărtat din uleiul extras la finalul procesului, nerămânând reziduuri din solvent în ulei. Pentru extragerea uleiurilor esențiale este folosită cel mai adesea metoda de distilare cu vapori. Uleiurile esenţiale sunt esenţe foarte concentrate de plante aromatice folosite în vindecarea corpului şi a minţii. Distilarea cu vapori presupune barbotarea de vapori prin materialul vegetal, aburul fierbinte ajutând la eliberarea moleculelor de ulei din plante, care se vor transforma în vapori. Apoi amestecul de abur și vapori de ulei este trecut prin sisteme de răcire pentru a condensa vaporii, care vor forma apoi un amestec de ulei esențial și apă ușor de separat. Cea mai utilizată metodă de extragere a uleiului din semințe oleaginoase este extragerea mecanică, numită și presare mecanică. Această metodă este foarte utilizată datorită faptului că este o metodă simplă, flexibilă, cu un flux continuu de lucru și sigură, ce presupune costuri reduse, obținerea unui ulei necontaminat cu alte substanțe și un șrot cu un conținut mare de proteine. Dezavantajul prezentat de presarea mecanică este procentul de ulei extras din material, care atinge valoarea de 90-95% din uleiul existent în material, față de 99% cât se extrage cu solvent. Presarea mecanică a materialelor oleaginoase este de două feluri: presare la rece, prin care se înţelege presarea seminţelor cu coajă, și presare la cald care presupune cojirea şi prăjirea semințelor înainte de a fi presate. Utilajele folosite la presarea mecanică sunt presele hidraulice şi presele cu melc.

Fig.5. Principiul de funcționare al preselor hidraulice Presarea este operaţia prin care se separă uleiul din măcinătura oleaginoasă (amestec solid-lichid), sub acţiunea unor forţe exterioare, rezultând uleiul brut de presă şi brokenul (şrotul). Procesul de presare a măcinăturii oleaginoase are loc sub influenţa forţelor de compresiune ce iau naştere în presele mecanice. Forţa de presare la presele mecanice este creată de un corp elicoidal (melc), care se roteşte într-un spaţiu închis (camera de presare). Presiunea exercitată în camera de presare creşte, treptat, de la zona de alimentare până la capătul de evacuare. Creşterea treptată a presiunii se asigură prin micşorarea volumului liber al camerei de presare de la o treaptă la alta (prin mărirea diametrului melcului şi micşorarea diametrului camerei), prin reducerea pasului melcului, precum şi prin rezistenţa opusă la ieşirea materialului din presă de către duza de evacuare. Utilizând o presă de ulei pot fi prelucrate toate tipurile de seminţe oleaginoase, pentru aceasta fiind necesară numai schimbarea melcului, a duzei şi un reglaj corespunzător al capătului de evacuare.

Operația de filtrare Filtrarea este procesul de separare a unor particule solide dintr-un amestec fluid-solid, prin folosirea unor suprafeţe filtrante sau a unui strat poros. Operația de filtrare împarte amestecul în fazele constituente: filtratul și precipitatul. Filtratul este fluidul care trece prin mediul filtrant poros. Precipitatul reprezintă particulele solide care se depun pe suprafaţa sau în masa mediului filtrant. În prima fază, precipitatul acționează ca un strat filtrant pentru suspensie, însă după ce se depune un strat mai gros, acesta va opune rezistență la trecerea fluidului (efect vizibil prin scăderea vitezei de filtrare).

Factorii care influențează operația de filtrare

Natura suspensiei

Granulometria suspensiei

Tipul materialului filtrant (porozitatea)

Structura stratului de precipitat

Operația de spălare (gradul de regenerare a suprafeței)

Grosimea stratului de precipitat

Structura suspensiei

În ceea ce priveşte natura suspensiei, granulometria şi structura ei, concentraţia în solide precum şi debitul de suspensie prelucrat, determină alegerea condiţiilor de filtrare şi a instalaţiei corespunzătoare. Suspensiile cu particule mari şi necompatibile se filtrează mai uşor decât suspensiile cu particule fine sau coloidale, care formează precipitate impermeabile, astupând porii materialului. La fel, formele sferoidale şi aciculare ale particulelor, dau precipitate foarte permeabile, favorizând viteze mari de filtrare, în timp ce particulele sub formă de discuri dau precipitate compacte greu de străbătut. Factorii referitori la materialul filtrant sunt: natura acestuia, porozitatea, grosimea stratului filtrant, aria suprafeţei filtrante şi rezistenţa lui hidraulică. Condiţia esenţială impusă oricărei membrane filtrante este existenţa unor pori care străbat întreaga ei grosime şi care permit trecerea lichidului, dar reţin particulele solide cu dimensiuni mai mari sau mai mici decât secţiunea transversală a porilor. Ca materiale filtrante se pot folosi: straturi granulare de nisip, Kiselgur, cărbune, straturi fibroase din azbest, vată de sticlă sau bumbac, ţesături textile din bumbac, lână sau fibre sintetice, site metalice sau din fire de păr, plăci poroase din cuarţ, sticlă, grafit, carborund. Pentru filtrări fine, în scopul reţinerii unor particule coloidale, bacterii, virusuri sau molecule mari se folosesc membrane animale, hârtie pergament, pelicule de gelatină, colodiu, silice, esteri de celuloză depuse pe ţesături sau pe hârtie. Forma şi dimensiunile porilor materialului filtrant, sunt influenţate de condiţiile de fabricare ale acestuia. Membranele filtrante din ţesături textile sau straturi fibroase prezintă compresibilitate mare sub acţiunea diferenţei de presiune folosită la filtrare, ceea ce determină micşorarea şi deformarea porilor. Obişnuit, materialele filtrante se montează pe nişte suporturi prevăzute cu orificii, care opun şi ele o rezistenţă la curgerea lichidului. O mare importanţă prezintă faptul că separarea prin filtrare nu necesită o membrană filtrantă cu pori ai căror dimensiuni medii să fie mai mici decât dimensiunile medii ale particulelor din suspensie. Dar, practic, se pot ivi diferite situaţii in funcţie de dimensiunile porilor şi de modul de reţinere al particulelor. Astfel particulele solide se pot opri pe suprafaţa membranei filtrante, dacă mărimea lor depăşeşte secţiunea porului sau pot pătrunde in porii membranei poroase, atunci când au dimensiuni mai mici decât ale porilor. În ultimul caz, particula antrenată de lichid poate fi oprită în interiorul porului din cauza adsorbţiei sau frânării mecanice, reducându-i

secţiunea şi determinând în felul acesta reţinerea şi a altor particule, fenomen numit filtrare cu astuparea porilor. Sunt însă situaţii când, chiar particule foarte mici nu pătrund în interiorul membranei filtrante, datorită formării unor mici bolţi deasupra porilor, acestea permit doar trecerea filtratului, dar reţin particulele solide din suspensie realizându-se filtrarea cu formare de precipitat. În practică, filtrarea reprezintă o combinare complexă între filtrarea cu astuparea porilor şi filtrarea cu formare de precipitate, ultima fiind cel mai des întâlnită. În ceea ce priveşte natura precipitatului format în procesul filtrării, inf1uenţează viteza de filtrare. Structura precipitatului determinată de porozitate, compresibilitate, etc. şi rezistenţa hidraulică a precipitatului depind de: proprietăţile particulelor solide (dimensiuni, sfericitate) şi de proprietăţile lichidului precum şi de condiţiile de filtrare. Dintre condiţiile de filtrare care inf1uenţează desfăşurarea operaţiei, o importanţă deosebită o prezintă diferenţa de presiune pe feţele membranei filtrante şi temperatura suspensiei. Inf1uenţa presiunii se manifestă mai ales la precipitatele compresibile alcătuite din particule deformabile, de altfel cele mai întâlnite în practică. La precipitatele necompresibile, efectele sunt contrare. Influenţa temperaturii asupra vitezei de filtrare se datorează modificării vâscozităţii lichidului. Creşterea vitezei de filtrare o dată cu micşorarea vâscozităţii‚ a determinat aplicarea filtrării la cald, în scopul măririi debitului filtrelor. De cele mai multe ori filtrarea unei suspensii este urmată de spălarea precipitatului şi uneori de uscarea lui prin suf1are cu aer sau alt gaz. Spălarea urmăreşte îndepărtarea lichidului rămas după filtrare în porii precipitatului de către un alt lichid de spălare miscibil cu primul. Se efectuează, fie pentru eliminarea urmelor de filtrat din precipitatul valoros, fie pentru recuperarea cât mai înaintată a filtratului, dacă acesta reprezintă faza care interesează. Cantitatea de lichid de spălare, concentraţia lui şi durata spălării inf1uenţează, de asemenea, asupra operaţiei de filtrare. Operația de filtrare este eficientă dacă precipitatul obținut conține un procent cât mai mare din faza solidă a suspensiei și filtratul are un conținut cât mai mic de fază solidă.