способ переработки соевых семян с получением масла и жмыха или шрота

Формула изобретения

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СОЕВЫХ СЕМЯН С ПОЛУЧЕНИЕМ МАСЛА И ЖМЫХА ИЛИ ШРОТА, включающий очистку семян, сухую экструзию и выделение целевых продуктов прессованием или экстракцией, отличающийся тем, что перед сухой экструзией семена нагревают парами воды до температуры семян 30 40^oС и влажности 11,0 15,0% а сухую экструзию проводят в три стадии, на первой из которых проводят отвод воздуха и при достижении 70 80^oС осуществляют отжим 4,0 - 5,0% масла, на второй при достижении 100 110^oС отводят пары воды до достижения влажности материала 8,0 10,0% а на третьей при 140 150^oС формируют материал толщиной 0,3 1,0 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение предназначено для использования в масложировой и других отраслях пищевой промышленности и относится к способам подготовки соевых семян к получению масла и белковых продуктов, жмыхов, шротов.

Широко развитый в промышленности способ подготовки семян сои включает очистку семян, дробление до частиц размером 2-3 мм, отделение оболочки, получение лепестка толщиной 0,2-0,3 мм и влаготепловую обработку в жаровне в течение 20-40 мин при температуре до 90^оС и влажностью 10,5% [1] Целью операций является подготовка материала к извлечению и повышению качества белка за счет инактивации антипитательных веществ, удаления бобового запаха и привкуса, повышения усвояемости и т.д.

К недостаткам указанного способа относятся:

снижение качества масла за счет доступа кислорода воздуха на стадии тонкого измельчения (лепесткования), транспортировки и длительной влаготепловой обработки;

условия для обработки белоксодержащего материала не являются оптимальными с точки зрения повышения качества самого белка. При сухом жарении при 105-120^оС степень инактивации антипитательных веществ недостаточна и, в частности, для трипсинового ингибитора она составляет 50-55% в то время как оптимальным уровнем является 80% и более;

реализация процесса в жаровнях любых конструкций связана с неравномерностью обработки частиц, что также приводит к указанным недостаткам.

Известен способ переработки масличных, преимущественно соевых, семян с получением масла и шрота [2] согласно которому для достижения эффекта инактивации антипитательных веществ при подготовке материала к получению масла и шрота экстракционным способом измельченные семена сои подвергаются влаготепловой обработке путем увлажнения до 12,5-13,0% с доведением влажности до 5,5-6,5%

Этому способу присущи практически все указанные недостатки. Степень влаготепловой обработки также недостаточна. При достигаемом согласно нормам уровне активности уреазы 0,1-0,3 РН степень инактивации трипсинового ингибитора составляет только 55-65%

Известна технология фирмы Крупп (ФРГ), по которой процессы подготовки масличных семян к отжиму и отжим совмещаются в шнековом прессе специальной конструкции [3]

Рабочий тракт пресса обеспечивает измельчение семян, фрикционный разогрев материала, отжим из него масла и получение жмыховой ракушки. Процесс осуществляется при температуре 60 -80^оС. Сочетание кратковременности воздействия рабочих органов на материал, исключение операции предварительного тонкого его измельчения и связанного с ним негативного контакта высокоразвитой поверхности тонкоизмельченного материала с кислородом воздуха обеспечивает улучшение качества масла.

Преимущества способа очевидны при переработке высокомасличных семян (подсолнечник, рапс и другие). Для соевых семян низкие температуры процесса не обеспечивают инактивацию антипитательных веществ.

Известны два конкурирующих способа подготовки семян сои к извлечению масла и получению полуобезжиренных и обезжиренных белковых продуктов (жмыхов и шротов) на основе экструзионных приемов.

Технология фирмы "Андерсон" для переработки сои с применением экстракции предусматривает дробление семян и получение лепестка толщиной 0,4-0,5 мм, влаготепловую обработку этого материала при влажности 10,5-12,0% и температуре 60-75^оС, экструзионную обработку, включающую в себя совмещение в специальной шнековой машине операций дополнительного измельчения, увлажнения острым водяным паром, нагрев до 100-105^оС и получение материала для последующей переработки в виде гранул влажностью 14-18% охлаждение гранул до 60^оС с одновременной подсушкой до 10-12% [4]

В способе не исключается операция предварительного измельчения семян, что сказывается на ухудшении качества масла за счет контакта измельченных частиц с кислородом воздуха. Условия для протекания окислительных и гидролитических процессов в содержащемся в материале масле на последующих стадиях не только сохраняются, но и являются более благоприятными. Влаготепловая обработка лепестка осуществляется при атмосферном давлении (без отвода воздуха) и при температуре 60-75^оС, которая является благоприятной для деятельности окислительных и гидролитических ферментов. Попадающий после измельчения в материал воздух находится в контакте с материалом и в шнековом аппарате (экструдере), повышение температуры до 105^оС повышает реакционноспособность молекул кислорода. Охлаждение и подсушка экструдата производится наружным воздухом. При этом форма частиц в виде гранул не является оптимальной с точки зрения скорости тепломассообмена и тем самым сокращения продолжительности контакта пористого материала с кислородом воздуха.

Способ подготовки семян сои фирмы "Андерсон" для получения масла и жмыха включает измельчение семян масличностью 16-22% и влажностью 10-12% до частиц размером не более 1,6 мм, экструзионную обработку в экструдере (экспандере), где материал измельчается, нагревается фрикционным способом до 145-150^оС и на выходе получаются гранулы влажностью 6,0-7,0% (проспект фирмы "Андерсон", 1993 г).

Недостатком способа является ухудшение качества масла за счет использования операции предварительного измельчения семян, обработки материала в экструдере без отвода воздуха. Параметры работы экструдера не являются оптимальными и не гарантируют равномерности обработки отдельных частиц. Проведенные исследования работы шнековых машин с высоким числом оборотов шнека (от 200 до 600 об/мин) показали, что для них характерна неравномерность выхода экструдируемого материала. Эта неравномерность возрастает с увеличением пластичности обрабатываемого материала (с увеличением влажности) и содержания в нем масла, увеличением частоты вращения шнека и размера выходных отверстий экструдера. Неравномерность обработки приводит к тому, что одна часть материала имеет большую степень денатурации белка, а другая меньшую степень инактивации антипитательных веществ и стерилизацию белкового продукта.

Ближайшим аналогом изобретения является способ переработки семян сои фирмы Insta-Pro [5] Грубоизмельченные или целые соевые семена влажностью 10-14% подвергаются сухой экструзии, при которой под воздействием высокой скорости вращения шнека и давления температура материала за время не более 30 с повышается до 135-148^оС. Измельченный материал в "полужидком" состоянии выходит через центральное разгрузочное отверстие и охлаждается за счет сброса давления и самоиспарения влаги до температуры 102-105^оС и подсушивается до 6,0-6,3% Экструдированный материал из экструдера выходит в виде агломератов различных размеров и может использоваться, в частности, для отжима масла. По данным фирмы жмых имеет остаточное содержание масла 6,0-8,0% и применяется без дополнительной влаготермической обработки для кормления сельскохозяйственных животных и получения пищевой муки.

Недостатки указанной технологии состоят в следующем.

Способ подготовки не исключает отрицательного влияния окислительных реакций на качество масла и жмыха. Находящийся в межсеменном пространстве воздух вместе с семенами или крупкой захватывается витками в высокотемпературную рабочую зону экструдера и контактирует с измельчаемым материалом. В настоящее время признано, что окисление липидов протекает по цепному свободно-радиальному механизму, который включает в себя несколько стадий элементарных реакций: зарождение, продолжение, разветвление и обрыв цепи. Доказано, что процессы окисления липидов протекают при участии валентно-ненасыщенных осколков молекул, которыми являются свободные радикалы, обладающие высокой химической активностью. Причиной возникновения свободных радикалов в первую очередь являются сами молекулы кислорода, которые уже при комнатной температуре становятся активными бирадикалами, способными отрывать от жирных кислот атомы водорода. В силу того, что процесс экструзии соевых семян влажностью 10,0-14,0% происходит при применении высоких давлений, высокой температуры и интенсивного перемешивания, а также сопровождается разрушением клеточной и внутриклеточной структуры (в частности масляных включений сферосом) наличие кислорода воздуха приводит к инициированию свободно-радикальных реакций и ухудшению качества вырабатываемого масла и масла остающегося в жмыхе или шроте. Для белковых продуктов образование окисленных продуктов липидного характера ведет к активированию их взаимодействия с белками, тем самым снижается биологическая ценность. Имеет место неравномерность обработки частиц материала при экструзии. При высокоинтенсивных условиях обработки в экструдере образуется несколько рабочих фаз: измельченные частицы ядра, выделяемое на поверхности этих частиц свободное масло, паро-воздушная смесь за счет присутствия захватываемого с материалом воздуха и частичного выделения из гелевой его части соковых паров. Указанные фазы (жидкая, твердая и газообразная) существенно различаются по скоростям истечения через разгрузочное отверстие экструдера. Это фиксируется изменением содержания масла в различных пробах. Указанные условия влияют также на неоднородность при измельчении материала и на время нахождения частиц в рабочей зоне. При работе экструдера периодически происходят (вследствие образования давления выше рабочего) прорывы парогазовой фазы, с которой увлекается и часть материала. Разница во времени обработки частиц в высокотемпературной зоне приводит к тому, что часть материала не соответствует требованиям по инактивации антипитательных веществ. Факт неравномерности подтверждается также наличием в экструдированном материале фирмы Insta-Pro небольшого содержания частиц ядра с неразрушенной клеточной структурой. Наличие таких частиц ухудшает качество белковых продуктов, уменьшает степень извлечения липидов из семян и т.п. Резкий выход паро-воздушной фазы приводит к тонкому распылу некоторой части масла и образованию взрыво- и пожароопасных аэрозолей.

Задачей изобретения является улучшение качества масла, жмыха или шрота за счет снижения окислительных реакций, повышения равномерности или экстракции масла за счет получения экструдированного материала имеющего более оптимальные характеристики по размеру частиц, разрушению клеточной и внутриклеточной архитектоники пористой структуры и по влажности.

Эта задача решается следующим образом.

Целые или грузоизмельченные соевые семена влажностью 10,0-14,0% перед сухой экструзией нагревают парами воды до температуры 30-40^оС и влажности 11,0-14,0% Затем материал обрабатывают в экструдере в 3 стадии:

1. В зоне, где температура увеличивается до 70-80оС, осуществляют отвод воздуха и 4,0-5,0% масла (остаточное содержание масла в материале составляет 13,0-15,5%).

2. При достижении температуры 100-110^оС отводят пары воды до величины влажности в материале 8,0-10,0%

3. В зоне, где температура увеличивается до 140-150^оС, формируют материал толщиной 0,3-1,0 мм.

Материал с указанными конечными параметрами и влажностью 4,0-6,0% подают на отжим масла в шнековый пресс или после охлаждения до 60^оС в экстрактор.

Пример осуществления способа.

Семена сои с влажностью 10, и масличностью 18,5% очищают от посторонних примесей, нагревают парами воды до 35^оС и одновременно увлажняют до влажности 12,0% Затем эти семена подают в экструдер, обеспечивающий кратковременный (около 30 с) разогрев материала до 150^оС. На первой стадии экструзии проводят отвод воздуха при достижении температуры 75^оС отжимают 4,5% масла, на второй при температуре 105^оС отводят пары воды до достижения влажности материала 9,5% На третьей стадии температуру материала повышают до 140^оС, при которой формируют материал толщиной 0,8 мм. При данных условиях получают экструдат на выходе из экструдера с температурой 110^оС и влажностью 4,5% Экструдат сразу подают в шнековый пресс, на котором получают масло и жмых масличностью 5,8% Масла предварительного отжима на экструдер и после шнекового пресса можно использовать отдельно или смешивать. В другом варианте обработку семян проводят аналогичным образом, а экструдированный материал влажностью 4,05% для выделения основной части масла экстрагируют при температуре 60^оС гексаном или другим растворителем. После отгонки растворителя получают масло и шрот масличностью 0,6% По заявляемой технологии нагрев семян перед сухой экструзией до температуры 30-40^оС и влажности 11,0-15,0% может осуществляться соковыми парами, отводимыми на второй стадии экструзии.

Эффективность заявляемого способа оценивали с ближайшим аналогом, технологические режимы которого представлены в табл. 1.

Полученные по двум технологиям образцы масла, жмыха и шрота были проанализированы по принятым в масложировой отрасли методикам. Данные представлены в табл. 2.

Анализ полученных данных свидетельствует о следующем.

По приросту первичных и вторичных продуктов окисления в выделенном масле и масле, остающемся в жмыхе, данный способ имеет преимущества.

Качество жмыха также по новой технологии выше по следующим моментам:

при практически равном уровне инактивации фермента уреазы степень инактивации трипсинового ингибитора, содержание усвояемого лизина выше, степень денатурации белка ниже.

меньший переход фосфолипидов в масло свидетельствует о большем их содержании в жмыхе, что обеспечивает повышение биологической ценности данного продукта;

имеется более низкое содержание свободных и связанных продуктов окисления масла;

отсутствие бобового привкуса улучшает вкусовые свойства;

большее содержание токоферолов и лучшие условия для стерилизации увеличивают длительность хранения.

Предложенная технология обеспечивает увеличение выхода масла при прессовании. То же самое можно сказать и о шроте при экстракционном выделении масла. Предварительный нагрев и увлажнение семян обеспечивают повышение пластичности материала, что направлено на более полный отвод воздуха на первой стадии экструзии и отжим на 4,0-5,0 масла.

Целая и дробленая соя имеет порозность слоя в пределах 0,3-0,45, т.е. содержание воздуха в объемном отношении достигает 45% Отвод его на первой стадии в значительной степени снижает окислительные и другие нежелательные реакции на последующих стадиях экструзии. Обработка материала с влажностью мене 8,0% и отжимом масла ниже 4% приводит к увеличению температуры выше 150^оС и потемнению жмыха или шрота, т.е. к ухудшению качества масла и белка в этих продуктах. При превышении влажности материала более 10,0% и съема масла более 5,0% увеличивается рециркуляция материала, неравномерность выхода экструдата, что в целом приводит к неравномерности обработки.

Получение экструдированного материала толщиной 0,3-1,0 мм с одновременной обработкой при температуре 140-150^оС обеспечивает однородный гранулометрический состав, более полное разрушение клеточной и внутриклеточной структуры, эффективную обработку белковых веществ и получение оптимальных для последующих процессов отжима и экстракции масла параметров (влажность, температура, пористая структура). Кроме этого, достигается удаление бобового привкуса.

Обработанный согласно изобретению материал позволяет получать высококачественное масло, а также высококачественный жмых и шрот с повышенными потребительскими и технологическими свойствами.