FACULTATEA DE INGINERIA SISTEMELOR BIOTEHNICE

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI
FACULTATEA DE INGINERIA SISTEMELOR BIOTEHNICE
Programul de studii: Ingineria produselor alimentare
PROIECT DE DIPLOMĂ
Coordonator Științific:
Conf. Dr. Ing. Mihaela Begea
Student
Maican C. Miruna Elena
– 2019 –
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI
FACULTATEA DE INGINERIA SISTEMELOR BIOTEHNICE
Programul de studii:Ingineria Produselor Alimentare
Procedeu tehnologic de obținere a uleiului de floarea-soarelui
Coordonator Științific:
Conf. Dr. Ing. Mihaela Begea
Student
Maican C. Miruna Elena
– 2019 –
Cuprins
Introducere/ Memoriu justificativ 6
1. Materii prime și auxiliare 7
1.1. Materii prime 7
1.1.1. Generalități 7
1.1.2. Structura morfologică a semințelor de floarea-soarelui 7
1.1.3 Caracterizarea fizico-chimică a semințelor de floarea-soarelui 10
1.2. Materii auxiliare 13
1.2.1. Solvenții pentru extracția uleiurilor 13
1.2.1.1. Benzina de extracție 13
1.2.1.2. Hexanul 13
1.2.2. Reactanți de delecitinizare 13
1.2.2.1. Reactanți de neutralizare 13
1.2.3. Materii decolorante 13
1.2.3.1. Pământuri decolorante 14
1.2.3.2. Silicagelul 14
1.2.3.3. Cărbunele vegetal activ 14
1.2.3.4. Kiselgurul- substanță filtrantă suport 14
1.2.4. Catalizatori utilizați la hidrogenare 14
1.3. Uleiul de floarea-soarelui- caracteristici 14
1.3.1. Caracteristici fizico-chimice 15
1.3.2. Compoziția în acizi grași 15
1.3.3. Proprietăți organoleptice 15
2. Procesul tehnologic de obținere a uleiului de floarea soarelui 16
2.1. Schema procesului tehnologic de obținere a uleiului de floarea-soarelui 16
2.2. Recoltarea și postmaturizarea semințelor oleaginoase 17
2.3. Depozitarea semințelor oleaginoase 17
2.4. Recepție materiilor prime 17
2.5. Curățire semințelor oleaginoase 18
2.6. Uscarea semințelor oleaginoase 20
2.7. Decojirea semințelor oleaginoase 23
2.8. Măcinarea 27
2.9. Prăjirea 30
2.10. Presarea 33
2.11. Purificarea 35
2.11.1. Separarea impurităților prin sedimentare 35
2.11.2. Separarea impurităților prin filtrare 36
2.11.3. Uscarea uleiului 38
2.12. Extracția cu solvenți 38
2.13. Rafinarea 42
2.13.1. Dezmucilaginarea 43
2.13.2. Neutralizarea 45
2.13.2.1. Neutralizarea alcalină 46
2.13.2.2. Neutralizarea sapo-alcalină 47
2.13.2.3. Neutralizarea alcalină în miscelă 47
2.13.3. Uscarea 48
2.13.3. Decolorarea 49
2.13.4. Vinterizarea 53
2.13.5. Dezodorizarea 55
2.13.6. Rafinarea fizică a uleiurilor 56
2.14. Depozitarea 57
2.14.1. Depozitarea uleiurilor în rezervoare 58
2.14.2. Depozitarea uleiurilor ambalate 58
2.15. Ambalarea si transportul uleiurilor vegetale 59
2.15.1. Îmbutelierea uleiurilor comestibile 59
2.15.2. Ambalarea uleiurilor în butoaie 59
2.15.3. Expedierea uleiurilor în cisterne 59
3. Plan HACCP 61
3.1. Despre produs 61
3.1.1. Clasificarea produsului 61
3.1.2. Lista legislatie aplicabile 61
3.1.3. Lista parametrilor legali analizabili 61
3.1.4. Aditivi utilizați 61
3.1.5. Criterii de siguranță a produselor alimentare și igienă a procesului 62
3.1.6. Contamnanti 62
3.1.7. Lista parametricilor tehnologici analizabil 62
3.2. Analiza si evaluarea pericolelor 62
3.3. Determinarea punctelor critice de control 67
3.4. Planul 68
4. Bilant de materiale 70
5. Concluzii 75
Bibliografie 76
Anexe 77
Introducere/ Memoriu justificativ
Am ales această temă, pentru că floarea soarelui este una dintre cele mai răspândite plante oleifere de la noi din țară, o plantă uleioasă de mare importanță atât economică cât și alimentară. Se află pe locul al treilea între plantele oleifere ierboase. Din semințele ei se obține un ulei cu răspândire mare atât în România, cât și peste hotare.
Ideea de bază a acestui proiect constă în faptul că uleiul reprezintă unul din produsele alimentare indispensabile vieții. Nu există cineva care nu a folosit uleiul vreodată.
Produsele grase sunt o sursă importantă de energie și sunt indispensabile vieții.
Consumate în cantitate moderată, aceste alimente sunt o componentă esențială și sănătoasă a hranei noastre zilnice, dar mai ales a copiilor. Uleiurile vegetale sunt o sursă importantă de vitamine liposolubile (A, D, E, K) și acizi grași esențiali, importanți în formarea membranelor celulare și în menținerea funcționării acestora.
Acizii grași participă la reglarea metabolismului colesterolului și sunt precursorii unor hormoni implicați în vindecarea rănilor, reducerea inflamațiilor, coagularea sangelui etc.
Așadar, uleiurile consumate în cantitate moderată sunt benefice pentru sănătate, însă nu trebuie exagerat.
În comerț există nenumărate uleiuri din semințe cum ar fi floarea-soarelui, soia, porumb, susan, mac, nucă, pește (macrou, somon, ton, hering, scrumbie),alune,arahide sau migdale.
Uleiul de floarea-soarelui, foarte bogat în vitamina E, este considerat o sursă importantă de protecție pentru artere și pentru inimă. Această vitamină are un puternic efect antioxidant, previne îmbătrânirea celulară, stimulează sistemul imunitar și asigură dezvoltarea normală a nervilor. Uleiul de floarea-soarelui este valoros și pentru aportul de grăsimi polinesaturate și de vitamina A, care ajută la creșterea oaselor și a dinților, previne infecțiile de tot felul și este responsabilă de perceperea luminii. În stare naturală, uleiul din floarea-soarelui, presat la rece, este util în alimentația celor cu ateroscleroză și cu hipertensiune.
Uleiul de floarea – soarelui se utilizează în alimentație și ca materie primă în diferite ramuri industriale
În alimentație, uleiul se folosește ca atare sau sub formă de uleiuri hidrogenate și margarină pentru gătit, la fabricarea conservelor, a maionezelor, precum și la prepararea produselor de patiserie.
Este utilizate în industria alimentară (panificație, patiserie, prepararea ciocolatei, mezeluri).
Este excelent pentru alimentație pentru că are fluiditate, culoare, gust și miros plăcut.
.
1. Materii prime și auxiliare
1.1. Materii prime
1.1.1. Generalități
Materiile prime oleaginoase sunt materiile care au un conținut în substanțe grase superior limitei tehnologice și tehnico-economice de extracție a uleiurilor.
Materiile prime oleaginoase sunt constituite din semințe, fructe sau alte părți ale plantei ce au un conținut ridicat de ulei, precum: plante textile ( in, cânepă etc), produse recuperabile din alte procese de prelucrare, vinificație sau morărit. [1]
În funcție de proveniența lor, materiile prime oleaginoase se împart în:
semințe ale plantelor oleaginoase cultivate: floarea-soarelui, soia, inul pentru ulei, rapița, muștarul, ricinul, perila, arahidele, susanul, macul, migdalul de pământ;
semințe ale plantelor textilo-oleaginoase: inul pentru fuior, cânepa, bumbacul;
semințe ale plantelor necultivate: rapița sălbatică, macul, hodoleanul, eruca;
fructe oleaginoase ale arborilor cultivați: măslinul, cocotierul, abrasinul, cocos, nucul, migdalul, avogado;fructe oleaginoase ale arborilor de pădure necultivați: alunul, bradul, jirul, molidul, pinul, castanul, iaurul;subproduse și deșeuri oleaginoase: germeni oleaginoși, semințe, sâmburi, deșeuri oleaginoase ale industriei uleiurilor volatile [2]
Din categoria plantelor oleaginoase fac parte: floarea-soarelui, soia, rapița, ricinul etc, de la care se folosește sămânța ce este alcătuită din: miez și coajă, ele fiind cultivate exclusiv pentru extragerea uleiului.
Floarea-soarelui – Helianthus anuus L. este o plantă erbacee anuală. Tulpina se termină la partea superioară cu o inflorescență numită capitul, cu diametrul de 0.08-0.4m, pe care sunt două tipuri de flori: flori periferice în formă de limbă, sterile și flori tubulare centrale, fertile, care formează semințele, concentrice pe capitul.
Semințele de floarea-soarelui industrializate sunt de două tipuri:
tipul uleios de floarea-soarelui, destinate producerii de ulei, având un conținut de coajă de 20-25% și ulei 40% la o umiditate de 10%, făcând parte din grupa semințelor mărunte;
tipul proteic de floarea-soarelui, folosit pentru realizarea industrială a produselor proteice, caracterizat printr-un conținut de ulei de 30%, coajă 40-45%, la care decorticarea se face mai ușor decât la tipul anterior și care face parte din grupa semințelor mari.
Semințele de floarea-soarelui sunt recunoscute prin conținutul mare de ulei gras de până la 60%. Ele mai conțin și hidrați de carbon ( până la 26%), substanțe proteice ( 20%), fitină ( 2% ), carotenoide, fibre alimentare etc [3]
Prin industrializare, după extragerea uleiului, rămân șroturi, utilizate ca sursă de proteină în hrana animalelor și materie primă pentru concentrate proteice în industria mezelurilor.
Din cojile semințelor se fabrică furfurolul folosit în industria fibrelor artificiale, a maselor plastice. Măcinate, cojile se folosesc la fabricarea drojdiei furajere.
Capitulele se ultilizează în hrana animalelor, tulpinile sunt utilizate drept material combustibil sau în industria materialelor de construcții. Fiind o apreciată plantă meliferă, floarea-soarelui asigură, în perioada înfloririi, 30-130 kg miere/ha.
1.1.2. Structura morfologică a semințelor de floarea-soarelui
Semințele oleaginoase mature se compun din două părți: miez și coajă.
Miezul este format din embrion ce reprezintă partea vie a seminței, din care se va dezvolta urmatoarea plantă, două cotiledoane și endospermul ce reprezintă țesutul nutritiv.
Cotiledoanele și endospermul conțin substanțe nutritive de rezervă, ce se consum în etapa inițială de formare a plantei. Semințele de floarea-soarelui, respectiv de soia au cotiledoanele bogate în substanțe nutritive, în timp ce endospermul este sărac în substanțe nutritive, fiind prezent sub forma unui strat foarte subțire.
Învelișul exterior al semințelor, cunoscut sub denumirea de coajă, este format, de regulă, din trei straturi: epicarpul, ce reprezintă pielița care învelește fructul, mezocarpul, format din celule tari și lemnoase și endocarpul format din celule mici așezate în strat moale și subțire.
Figura 1.1. Structura anatomică a semințelor de floarea soarelui
1 coaja
2 tegument
3 endosperm [8]
Rolul principal al cojii este cel de protecție împotriva deteriorărilor, atât mecanice, cât și chimice și biochimice. Grosimea și aderența cojii la miez este diferită în funcție de natura, soiul și varietatea semințelor oleaginoase. Acesta constituie criteriul de clasificare a acestora în două grupe: semințe decorticabile, ce conțin o cantitate mare de coajă, neaderentă intim la miez (floarea-soarelui, soia, ricin) și semințe nedecorticabile cu coajă subțire și foarte aderentă de miez ( rapița, inul, cânepa).
Raportul cantitativ miez-coajă este variabil în limite largi. Astfel, conținutul de coajă al semințelor de floarea-soarelui este de 15-27% . Semințele oleaginoase sunt formate dintr-un număr mare de celule de dimensiuni mici ( 340 µm la in, 1075 µm la floarea-soarelui, 1873 µm la ricin).
O celula tipică este formată din:
-înveliș celular ( membrană) cu grosimea de 0,3-0,5 µm;
-oleoplasma constituită din citoplasmă, în care se află uleiul dispersat omogen sub formă de incluziuni ultramicroscopice. Volumul acesteia diferă de la o sămânață la alta, fiind de 75-76% din volumul total intracelular, la semințele de floarea-soarelui. În stare uscată, oleoplasma se prezintă sub forma unui gel cu structură compactă:
-granulele aleuronice sunt corpuri solide de natură proteică, cu forme și dimensiuni diferite în funcție de tipul seminței. La semințele ce au un conținut ridicat de ulei, acestea au o formă rotunjită, iar la semințele sărace în ulei au o formă neregulată și colțuroasă;
-nucleul este activ în unele din principalele maifestări vitale ale celulei: diviziunea celulară, transmiterea caracterelor ereditare, metabolismul anabolic, regenerarea celulei.
Figura 1.2. Structura morfologică a celulelor semințelor oleaginoase
1 înveliș celular
2 granule aleuronice
3 oleoplasmă
4 nucleu [8]
Sămânța de floarea-soarelui, numită fruct, are formă alungită-rombică, ascuțită la bază, fiind inserată în alveolele dispuse elicoidal sau concentric pe un capitul. Coeficientul formei (Kf), care este raportul dintre aria suprafeței reale a semințelor și aria suprafeței unei sfere de același volum, variază în limitele 1,29 și 1,34.
Dimensiunile pot varia în funcție de soi și se află în limitele: în lungime 8-25 mm, în lațime până la 5,4 mm, în grosime 1,7…6 mm. [3]
Pentru fiecare tip de plantă există o perioadă optimă de recoltare a semințelor care corespunde unui anumit grad de maturizare a acestora. După recoltare procesele caracteristice de respirație și sinteză a substanțelor hrănitoare continuă o perioadă de 30-60 zile. Toate procesele ce au loc în acest interval de timp sunt denumite postmaturizarea semințelor. Viteza acestor procese depinde în mare parte de umiditatea semințelor.
Postmaturizare are efecte favorabile asupra calității materiei prime. În cazul semințelor de floarea-soarelui, postmaturizarea ușurează buna separare a cojilor, astfel reducându-se pierderile de miez, respectiv de ulei. Postmaturizarea mărește viteza procesului de extracție întrucât scade retenția de ulei și dizolvant de către materialul celular. În această etapă, aciditatea liberă a uleiului se reduce. [4]
Acumularea cantitativă a lipidelor, în semințele oleaginoase, precum și structura acizilor grași se modifică în timpul maturizării plantei. La semințele de floarea-soarelui se înregistrează trei faze caracteristice:
faza inițială, care durează două săptămâni de la înflorire și este marcată de o sinteză lentă a lipidelor;
faza mediană, până în a șasea săptămână și este caracterizată de o acumulare rapidă de lipide;
faza terminală, în care lipidele nu se mai acumulează cantitativ.
Acizii grași din structura trigliceridelor prezintă urmatoarea dinamică din timpul maturizării semințelor:
acidul palmitic scade de la 25% la 7%;
acidul oleic este stabil în primele zile, după care scade de la 23-25% la 15%;
acidul linoleic crește de la 43% la 73%. [2]
1.1.3 Caracterizarea fizico-chimică a semințelor de floarea-soarelui
Componenții chimici principali ai materiilor prime oleaginoase aflați în proporții diferite sunt: lipidele, proteinele, substanțele extractive neazotate ( glucidele cu excepția celulozei ), apa, celuloza și cenușa. În cantități mici se găsesc fosfatide, steride, ceruri, substanțe colorante și alți compuși chimici, care se extrag odată cu uleiul, numite substanțe de însoțire a materiilor grase.
Uleiurile vegetale se pot defini ca amestecuri naturale complexe de gliceride, cu mici cantități de substanțe de însoțire.
Lipidele vegetale conțin și substanțe rezultate prin hidroliza lipidelor simple sau complexe, formate din acizi grași, alcooli, steroli, carotenoide, vitamine liposolubile ( D, E, K ).
Gliceridele sunt esteri ai glicerinei ( glicerol ) cu acizii alifatici, monocarboxilici superiori.
Glicerina este un lichid incolor, cu gust dulceag, mai greu decât apa, foarte higroscopic (absoarbe vapori de apă din atmosferă până la 50% din greutatea proprie ). Se dizolvă în orice cantitate în apă, benzină, alcool, dar este insolubilă în eter. Are greutatea moleculară 92,11g/mol, punctul de topire la 20 ℃, punctul de fierbere la 290 ℃ la presiunea atmosferică sau la 182 ℃ la o presiune de 20 mmHg, densitatea la 20 ℃ este de 1,2611 g/cm3, iar indicele de refracție la 20 ℃ este de 1,4746. Vâscozitatea relativă este de 1759,6 cP, iar cea cinematică de 1398,1 cP.
Proprietățile glicerinei sunt determinate de existența celor trei grupări hidroxilice pe care le conțin. Cu acizii organici formează esteri, iar în prezența substanțelor deshidratante și la cald, glicerina pierde două molecule de apă și se transformă în acroleină ( aldehidă nesaturată).
Acizii grași care intră în structura gliceridelor vegetale aparțin acizilor monocarboxilici saturați si nesaturați, cu număr par de atomi de carbon în moleculă, distribuiți în catene normale și uneori ciclice.
Acizi grași inferiori (până la C12 ) sunt lichizi la temperatura obișnuită, se amestecă în orice proporție cu apa. Acizii grași (C4-C10) prezintă un miros dezagreabil.
Acizii grași superiori cu mai mult de 12 atomi de carbon sunt solizi, practic insolubili în apă în condiții de temperatură obișnuite și sunt inodori.
Acizii grași saturați și acidul oleic (C18:1) pot fi sintetizați de organismul uman, dar nu și cei nesaturați, cum sunt acidul linoleic(C18:2), linolenic(C18:3), arahidonic(C20:4). Acești acizi sunt indispensabili desfășurării proceselor metabolice fiind numiți acizi grași esențiali. Principalele lor funcții biologice sunt:
intervin în formarea structurilor celulare, fiind constituenți importanți ai țesutului cerebral;
intră în compoziția fosfolipidelor și a polimerilor care participă la formarea membranelor celulare;
intervin în reacțiile de oxidoreducere și în transportul electronilor, datorită reactivității mari a grupărilor metilenice;
acționează ca hipocolesterolemiant, prevenind ateroscleroza.
La evaluarea nutrițională a uleiurilor și a grăsimilor alimentare se ține cont de conținutul de acizi grași nesaturați, respectiv de raportul dintre conținutul de acizi grași polinesaturați și conținutul de acizi grași saturați (P/S). Dacă P/S<1, uleiurile și grăsimile au efect hipercolesterolemiant, iar dacă P/S>2, nivelul colesterolului din sânge scade.
Proteinele se acumulează mai mult în miez, coaja conținând o cantitate mică de proteine. În timpul prelucrării semințelor, mai ales în operația de prăjire, proteinele suferă modificări structurale, cea mai importantă fiind denaturarea termică. Astfel, măcinătura capătă o structură mai poroasă, ceea ce favorizează eliminarea uleiului la presare și extracție.
În procesul de fabricare a uleiului, proteinele trec în șrotul folosit pentru obținerea produselor derivate și pentru furajarea animalelor. Proteinele extrase din șrot se folosesc la fabricarea derivatelor proteice (concentrate, izolate, hidrolizate și texturate), produse care se încorporează în diferite alimente ca emulgatori, stabilizatori, lianți, agenți de spumare, substrat.
Depozitarea în condiții necorespunzatoare a materiei prime sau prăjirea la temperatură prea ridicată, conduce la denaturarea avansată a proteinelor, scade solubilitatea acestora și influențează negativ valoarea alimentară și nutrițională a șrotului.
Glucidele se găsesc în miezul și coaja semințelor oleaginoase și trec prin prelucrare în șrot. În miez se găsesc concentrate monozaharidele, oligozaharidele și amidonul, substanțe ușor asimilabile de organismul animal. Celuloza, hemiceluloza și substanțele pectice ce se găsesc în coaja semințelor sunt substanțe greu asimilabile sau neasimilabile. Excepție fac rumegătoarele, deoarece sucul lor gastric conține pe lângă alte enzime și celulază, ce hidrolizează celuloza până la glucoză.
De aceea, materiile prime oleaginoase se supun, dacă este posibil, operației de decojire. Astfel se îmbunătățește calitatea șrotului, ca urmare a creșterii conținutului de proteine și glucide ușor asimilabile.
Apa se găsește în semințele oleaginoase în proporție variabilă, în funcție de felul și calitatea lor. Cu cât conținutul de ulei al semințelor este mai ridicat cu atât cantitatea de apă este mai scăzută. Explicația constă în faptul că apa este localizată sub forma unor pelicule de hidratare în jurul coloizilor și în cantități mici sub formă de apă liberă. Oleoplasma este parte a semințelor ce are cea mai mică cantitate de apă, deoarece aceasta nu este solubilă în ulei.
Dacă conținutul de umiditate a semințelor este mai mare, crește cantitatea de apă în stare liberă. Aceasta amorsează și potențează procesele biologice, cum sunt respirația și germinația, fenomene ce conduc la degradarea parțială sau chiar totală a acestora.
Celuloza și cenușa materiilor prime oleaginose înregistrează valori apropiate, cu excepția semințelor de floarea-soarelui și ricin, care prezintă un conținut ridicat de celuloză. [2]
Substanțele de însoțire a uleiurilor sunt substanțe provenite din materia primă care se extrag simultan cu uleiurile și sunt prezente în proporții mici față de trigliceride. În această categorie sunt incluse și substanțele care se formează pe parcursul depozitării și prelucrării materiilor prime și uleiurilor. Cele mai importante sunt: fosfatidele, cerurile, steridele, tocoferolii, substanțele colorante și cele care conferă gust sau miros.
Fosfatidele sunt acele lipide care prin hidroliză pun în libertate, în afară de glicerina și acizi grași, acidul fosforic și un aminoalcool. Acizii grași identificați sunt: palmiticul, stearicul, oleicul, linoleic și arahidonic. Colina(lecitina) și colamina(cefaline) sunt aminoalcooli prezenți în cele mai multe dintre fosfatide, în timp ce serina apare mai rar. Sunt substanțe de culoare albă, cu aspect ceros, hidroscopice. Toate fosfatidele sunt solubile în eter, iar lecitinele sunt solubile și în alcool. Datorită structurii de amfion, fosfatidele formează în apă soluții coloidale și prezintă activitate superficială (se acumulează la interfețele de separare dintre apă și alte lichide).
Steridele sunt esteri cu acizii grași ai sterolilor-alcooli policiclici derivați de la 1,2 ciclopenteno- perhidrofenantren care diferă între ei prin numărul și localizarea dublelor legături în cicluri și prin numărul de atomi de carbon conținuți în catena laterală. Compuși de acest tip care au fost izolați din fracțiunea nesaponificabilă a uleiurilor vegetale au fost clasificați ca fitosteroli.
Tocoferolii constituie un grup de opt compuși cunoscuți și sub numele de Vitamina E. Aceștia sunt derivați ai cromanului conținând un hidroxil fenolic în moleculă.
Cerurile sunt esterii acizilor monocarboxilici superiori cu alcoolii monovalenți superiori, atât acizii cât și alcoolii având un număr par de atomi. Acești esteri sunt însoțiți de cantități variabile de alcani, alcooli și acizi liberi. Cerurile sunt prezente în cantități cuprinse între 0,1 și 0,3% și, datorită punctului de topire ridicat, conferă uleiurilor comestibile o tulbureală specifică, ceea ce impune îndepartarea lor. [4]
Substanțele lipocrome care apar în uleiurile vegetale brute sunt pigmenți naturali ce se găsesc în materiile prime oleaginoase, fiind extrase odata cu uleiul și pigmenți formați în condițiile unei depozitări necorespunzătoare, precum și în cursul procesului tehnologic, mai ales la operațiile de prăjire, presare și distilare a miscelelor.
Substanțele lipocrome sunt combinații organice colorate (cromofore) sau susceptibil de a fi colorate(cromogene), prin reacții de oxidare sau în prezența unor reactivi chimici. Principalele cromofore din uleiurile vegetale sunt: clorofila, carotinoidele, gosipolul, sesmolul, sesamolina, sesamina. Îndepărtarea acestor substanțe se face în mod diferențiat, în operațiile de rafinare.
În uleiuri și grăsimi s-au identificat un număr relativ mic de componenți responsabili de miros și gust. Este dificil de estimat dacă un component odorifer este specific unui ulei sau rezultă prin degradarea hidrolitică și/sau oxidantă.
Compușii odoriferi din uleiurile vegetale prezintă o volatilitate scăzută, iar o dezodorizare completă presupune o distilare sub vid, în prezența aburului, prelungită și la temperatură ridicată (200-250℃). Îndepărtarea acestora este strâns legată de compoziția în acizi grași a uleiurilor.
Un aspect particular îl prezintă fenomenul de reversiune al gustului și al mirosului ca rezultat al unei oxidării limitate la dezodorizarea uleiurilor, mai pronunțat la cele care conțin acizi grași cu mai mult de doua duble legături. [2]
Compoziția chimică a principalelor tipuri de semințe oleaginoase
Tipul seminței (parti)|Conținutul de ulei (%)|Umidit. ech. (%)|Subst. proteice (%)|Subst. extractive neazotate, (%)|Celuloză
(%)|Cenușă
(%)|
Floarea-soarelui|||||||
-miez|55-60|7-9|26-29|5-14|2-4|3-4|
-coajă|0.5-1|13-15|1.5-4.5|26-34|53-64|1.8-2.1|
-sămânță|36-42|9-11|17.5-20|9-15|20-25|2.5-3|
Soia|16-19|11-15|33-36|20-23|3-6|2.5-5|
In pentru ulei|35-37|9-11|26-27|22-24|4-5|3-4|
Rapița|33-34|5-7|25-30|4.5-6.5|17-20|3.5-5.5|
Muștar negru|23-28|7-9|26-28|10-11|21-29|4.5-6|
Camelina|25-30|7-8|24-26|16-18|9-11|9-10|
Ricinul|43-52|6-9|15-20|14-16|16-28|2.2-4.1|
Porumbul|20-30|10-11|25-28|28-30|4-6|-|
[1]
1.2. Materii auxiliare
1.2.1. Solvenții pentru extracția uleiurilor
Solvenții destinați extracției uleiurilor vegetale sunt solvenți organici hidrofobi, cu constantă dielectrică apropiată de constanta dielectrică a uleiurilor ( 3-3,7 la 18℃).
Principalele condiții ce se impun alegerii solventului au la bază considerații tehnice și economice, cum sunt:
randamentul uleiului extras și puritatea lui;
stabilitatea sistemului ulei-solvent;
distribuția și selectivitatea solventului;
randamentul recuperării uleiului și solventului din sistem;
tipul instalației de extracție;
costul și accesibilitatea solventului.
Solvenții disponibili extracției uleiurilor aparțin unor clase de compuși chimici diferiți:: hidrocarburile alifatice lichide și gazoase, clorurate, aromatice; cetone alifatice; alcooli.
1.2.1.1. Benzina de extracție
Benzina de extracție este un amestec de hidrocarburi alifatice în care predomină hexanul. Față de alți sovenți prezintă următoarele avantaje: nu este miscibilă cu apa, are masa specifică mică, are interval de fierbere convenabil, are putere de solvatare mare, nu corodează utilajele. Dezavantajul constă în faptul că este inflamabilă, formând cu aerul amestecuri explozbile.
Autoaprinderea benzinei se produce la temperatura de 220℃-230℃, temperatură care scade în prezența catalizatorilor. De aceea, se impune ca aburul tehnologic utilizat la extracție să nu depășească 200℃.
În comparație cu alți solvenți, aceasta are putere de solvatare mai mică pentru substanțele negliceridice din materiile prime oleaginoase.
Benzina de extracție este toxică pentru organismul uman, actionând la nivelul sistemului nervos.
1.2.1.2. Hexanul
Hexanul este o hidrocarbură din clasa alcanilor și se găsește în fracțiunile ușoare din petrol. Se obține prin distilarea fracționată a benzinei, fiind un lichid incolor, insolubil în apă și solubil în solvenți organici ( cloroform, eter ). Hexanul este un solvent bun pentru gliceride, utilizându-se în instalațiile de extracție tip „Flash” din industria uleiurilor și grăsimilor.
1.2.2. Reactanți de delecitinizare
Îndepărtarea substanțelor fosfatido-albuminoide-mucilaginoase-rășinoase se realizează în operația de delecitinizare. Principalii reactanți de delecitinizare sunt: apa, clorura de sodiu și acizii fosforic și citric.
1.2.2.1. Reactanți de neutralizare
Neutralizarea alcalină a acizilor grași liberi din uleiurile vegetale și din grăsimi, folosește, în mod obișnuit, NaOH, Na2CO3 și NH4OH
1.2.3. Materii decolorante
Decolorarea uleiurilor vegetale până la o colorație standard se poate realiza prin două modalități:
pe cale fizică prin folosirea substanțelor absorbante ( pământuri decolorante, silicagelul și cărbunele vegetal activ);
pe cale chimică, prin utilizarea unor agenți oxidanți ( aer ozonizat, perhidrol- soluție apoasă 30%, apă oxigenată- soluție apoasă 3%, peroxid de sodiu, perborat de sodiu).
1.2.3.1. Pământuri decolorante
Sunt adsorbanți hidrofili, cu capacitate de adsorbție selectivă față de pigmenții coloranți și coloizii existenți în uleiuri. Se utilizează ca atare sau în amestecuri cu cărbunele vegelat activ.
Pământurile decolorante pot fi:
naturale- produse minerale cu structură cristalină sau amorfă, în care predomină SiO2, Al2O3, silicații de aluminiu;
activate- hidrosilicații sau pământurile kiselgurice.
Activarea pământurilor se realizează pe cale fizică, printr-un tratament termic la 150 – 650℃, în care se îndepărtează apa legată chimic, iar pe cale chimică prin tratarea cu acizi minerali (HCl). În urma activării, structura particulelor de pământ devine poroasă, mărindu-se în acest fel suprafața de adsorbție.
Aceste produse se obțin prin tratarea bentonitei cu acizi minerali. Urmează apoi un tratament hidrotermic, după care se spală pentru eliminarea acidității minerale. Se comercializează în stare uscată, macinate și cernute la o granulație standard.
1.2.3.2. Silicagelul
Silicagelul sau gelul de silice este un sistem coloidal obținut din silicat de sodiu și acizi minerali, cu proprietăți adsorbante și deshidratante. Silicagelul conține 92-94% SiO2.
1.2.3.3. Cărbunele vegetal activ
Se obține prin activarea cărbunilor rezultați în urma carbonizării artificiale a diferitelor esențe de lemn, a turbei sau a celulozei, cu gaze, vapori de apă supraîncălziți sau agenți chimici. În acest fel, crește suprafața interioară a cărbunelui și se mărește capacitatea de adsorbție a pigmenților coloranți. Cărbunele activ se caracterizează prin: densitate de 2200-2300 kg/m3, masă volumică 200-550 kg/m3 și capacitate de reținere de diferite substanțe, în anumite condiții standard.
1.2.3.4. Kiselgurul- substanță filtrantă suport
Kiselgurul este o rocă silicioasă, formată în cea mai mare parte din cochilii de diatomee amestecate cu substanțe argiloase și calcaroase.
Se folosește la operația de vinterizare și corespunde cerințelor unui filtrant ideal, prin volumul sau ridicat în stare „umedă”. Kiselgurul constituie substanța suport la formarea centrilor de cristalizare a cerurilor și a gliceridelor acizilor grași saturați, care se solidifică sub 15℃, producând tulburarea uleiurilor.
Se comercializează sub formă de produse curate, neutre din punct de vedere chimic, lipsit de săruri sau substanțe organice solubile.
1.2.4. Catalizatori utilizați la hidrogenare
Principalii catalizatori utilizați la hidrogenarea uleiurilor sunt nichelul, paladiul și platina, ultimii doi manifestând o activitate ridicată, dar și cost ridicat.
În practica industrială se folosesc catalizatori de nichel simpli sau micști, cu sau fără suport. Suportul trebuie să fie inert față de catalizator și față de componentele reacției. Drept suport de folosește kiselgurul sau unii silicați de aluminiu. El trebuie să prezinte spori microscopici, care să nu se astupe cu substanța catalitică, să reziste la temperatura de hidrogenare, să aibe o greutate specifică cât mai redusă.
Catalizatorii pe bază de nichel sunt activi, se obțin relativ ușor, au preț scăzut, dar procesul de hidrogenare se desfășoara cu selectivitate redusă. [2]
1.3. Uleiul de floarea-soarelui- caracteristici
1.3.1. Caracteristici fizico-chimice
Uleiul natural de floarea-soarelui constituie una din principalele culturi oleaginoase. În producția mondială de semințe oleaginoase ocupă locul al doilea dupa soia.
Este foarte bogat în vitaminele E și F, în acizi grași nesaturați, precum și în substanțe cu efecte antiinfecțioase, stimulatoare ale activității hormonale, regenerative etc.
Caracteristicile calitative ale semințelor de floarea-soarelui sunt:
conținutul de umiditate
conținutul de corpuri străine
semințe cu defecte
masă hectolitrică variind între 40 și 42 kg/hL
Ca regulă, din semințele de floarea-soarelui se extrage uleiul care poartă aceeași denumire- ulei de floarea-soarelui.
Caracteristicile fizico-chimice și conținutul de ulei
Nr. crt|Denumirea produsului|Caracteristici|
||Densitatea relativă 20℃ față de apă|Indicele de refracție la 40℃|Indicele de saponificare (mg KOH/ g ulei)|Indicele de iod ( g I/100)|
1|Ulei rafinat de floarea-soarelui|0,918-0,923|1,467-1,469|188-194|110-143|
[1]
1.3.2. Compoziția în acizi grași
Sortiment|C12:0|C14:0|C16:0|C16:1|C18:0|C18:1|C18:2|C18:3|
Ulei de floarea-soarelui|<0,4|<0,5|3-10|<1|1-10|14-35|55-75|<3| Sortiment|C20:0|C20:1|C20:2|C22:0|C22:1|C22:2|C24:0|C24:1| Uleiul de floarea-soarelui|<1,5|0,5|-|<1|<0,5|-|<0,5|<0,5| 1.3.3. Proprietăți organoleptice Nr. Crt|Sortiment|Caracteristici| ||Aspect|Culoare|Gust si miros| 1|Uleiul de floarea-soarelui|Limpede, fără suspensii și fără sediment: la 60℃ pentru uleiul neîmbuteliat și la 15℃ pentru uleiul în ambalaje de desfacere|galbenă|Placut, fără miros și gust străin| [7] 2. Procesul tehnologic de obținere a uleiului de floarea soarelui 2.1. Schema procesului tehnologic de obținere a uleiului de floarea-soarelui Dezmucilaginare Neutralizare Spălare Uscare Decolorare Vinterizare Dezodorizare 2.2. Recoltarea și postmaturizarea semințelor oleaginoase Timpul optim de recoltare a semințelor oleaginoase este determinat, în principal de maturitatea tehnologică. Astfel, dacă la sfârșitul maturității fiziologice, semințele au 35% umiditate, recoltarea florii-soarelui se face când semințele au ajuns la 12-14% umiditate. Sub această umiditate (6-8%), pierderea de recoltă poate ajunge la 8-12%. În cazul semințelor nematurizate se găsesc cantități mari de acizi grași liberi, care nu s-au legat sub formă de esteri cu glicerina. Postmaturizarea se realizează la depozitarea materiilor prime pe durata a 30-60 de zile, când semințele își continuă coacerea, deci au loc procese de respirație și sinteză, viteza acestora scăzând proporțional cu scăderea umidității. În această perioadă are loc redistribuirea umidității între miez și coajă, ceea ce favorizează separarea cojii de miez și reducerea pierderilor de miez în coajă la descojire. La prelucrarea semințelor nematurizate și insuficient prelucrate termic prin prăjire, pierderile de ulei sunt mai mari, ceea ce se datorează structurii proteinelor semințelor nematurizate care rețin mult ulei. Puterea de reținere a dizolvantului de extracție este mai mare în cazul semințelor nematurizate, ceea ce conduce la prelungirea procesului de dezbenzinare și la creșterea pierderilor de benzină. Posmaturizarea reduce și aciditatea liberă a uleiului și a conținutului de fosfor din fosfatidele hidratabile de la 0,08% la 0,0023%. [5] 2.3. Recepție materiilor prime După recoltare, semințele oleaginoase colectate sunt dirijate spre fabricile de ulei. Recepția cantitativă se face prin cântărire, cu ajutorul basculelor diferite, în funcție de tipul mijloacelor de transport. Recepția calitativă a materiilor prime în fabrică se face pe baza unei determinări privind masa hectolitrică, corpurile străine, umiditatea și a unor caracterisitici senzoriale (integritate, culoare, gust, miros). Normal, ar trebui ca la recepție să se determine și conținutul în ulei. Aceasta este necesară și pentru întocmirea ulterioară a bilanțurilor și obținerii unor produse finite de bună calitate. Tabel 2.1 Condiții de admisabilitate impuse la recepția materiilor prime oleaginoase Tipul seminței|Corpuri străine max(%)|Umiditate max (%)|Semințe cu defecte max (%)|Greutate hectolitrică kg/hl| Floarea-soarelui|4|11|10|38-46| Soia|3|13|5|70-75| Inul pentru ulei|6|11|10|65-69| Rapița|4|9|4|60-70| Ricinul|6|10|-|48-50| Germeni de porumb||||48-53| Procedeu umed|-|6|-|| Procedeu uscat|-|12|-|| [2] 2.4. Depozitarea semințelor oleaginoase Materii prime oleaginoase utilizate în fabricile de ulei au cu precădere caracter de producție sezonieră, excepție fac doar germenii de porumb. Din această cauză, depozitarea materiilor prime oleaginoase se face pe perioade lungi de timp, în care pot apărea, în condiții neprielnice, grave deprecieri calitative și însemnate pierderi cantitative. În fabricile de ulei, materiile prime sunt depozitate pe perioade variind între 5 și 12 zile, durată care asigură rezervele necesare continuității producției și dă posibilitatea efectuării operațiilor pregătitoare procesului de obținere a uleiului. După construcția lor, depozitele pot fi clasificate în silozuri celulare și magazii etajate. Din cauza neomogenității biologice și fizice a semințelor, ca și a unor condiții neprielnice, în timpul depozitării materiilor prime oleaginoase pot fi supuse unor procese conjugate de degradare, cauzate de enzimele existente în ele, de anumite organisme vii și datorită unor procese de transformare chimică. [6] 2.5. Curățire semințelor oleaginoase Curățirea se face în două etape: înainte de depozitare ( precurățirea- când se elimină ~ 50% din impurități) și la trecerea în fabricație ( postcurățirea- când se elimină ~ 75% din impurități). [5] După recoltare, materia primă conține o serie de impurități care pot fi grupate în: impurități metalice: bucăți de sârmă, șuruburi, bucăți de metal etc; materiale anorganice: pământ, praf, pietre; materiale organice: pleavă, resturi de tulpini, semințe seci, semințe carbonizate; semințe ale unor plante care s-au dezvoltat în cultura de plantă oleaginoasă. [2] Procedeele de separarea a impurităților sunt: separarea pe baza diferenței de mărime, pe site cu mișcare rectilinie, circulară, vibratorie. La acest procedeu trebuie având în vedere valorile coeficienților de frecare și a unghiurilor de frecare. separare pe bază de masă volumică cu ajutorul aerului. Impuritățile mai ușoare decât semințele sunt antrenate în curentul de aer ascendent. separarea impuritaților feroase pe baza proprietăților magnetice ale acestora se realizează cu ajutorul magneților naturali sau cu ajutorul electromagneților. Utilajele folosite la curățirea semințelor sunt următoarele: vibroaspiratorul Sagenta, care se folosește la precurățire; precurățitorul Buhler; curățitorul Miag și TDD; separatorul-aspirator, care curăță semințele până la un conținut de impurități de 0,7-1,2%; buratul; electromagnetul rotativ cu tambur. Praful și impuritățile mai ușoare decât semințele sunt absorbite de ventilatoarele mașinilor de curățat, apoi sunt dirijate la instalațiile de captare a prafului care pot fi: cicloane uscate sau umede; filtre cu saci, închise sau deschise. Figura 2.1. Vibroaspiratorul SAGENTA 1 – carcasa (batiul) vibroaspiratorului; 2 – con cu site vibratorii; 3 – sistem de 3 site de cernere; 4 – sistem de separare pneumatică (ventilator, 2 cicloane uscate și un hidrociclon pentru purificarea aerului); 5 – sistem de antrenare în mișcare a sitelor; 6-arcuri de suspensie; 7- buncăr de evacuare a semințelor curățate; 8- buncăr de evacuare a impurităților mari. Figura 2.2. Tarar aspirator batiu; 2- conductă de alimentare; 3 sita preliminară; 4- sită principală; 5- ventilator; 6- contragreutăți; 7- canale de aspirație; 8- mecanism bielă-manivelă. [8] Figura 2.3. Separatorul electromagnetic 1-tambur; 2-bandă de cauciuc; 3-pâlnie de alimentare; 4-șuber; 5-pereți limitatori; 6-tambur electromagnetic; 7- racord aspirație; 8-cap de evacuare; 9- clapetă de dirijare; 10- pâlnie de evacuare. [9] Figura 2.4. Precurățitorul Buhler ramă; 2- buncăr; 3- distribuitor semințe; 4-clapetă de distribuție a semințelor; 5- sită principală; 6- sită separare nisip; 7- casetă cu site; 8- conductă aspirație impurități ușoare: a- intrare semințe, b- evacuare semințe curățate, c- racordul conductei la echipamentele de desprăfuire, d- evacuare impurități mari, e – evacuare impurități mici. [8] 2.6. Uscarea semințelor oleaginoase Chiar dacă au fost recoltate în perioada optimă, semințele au o umiditate mai mare decât cea critică și pentru a putea fi depozitate pe perioade îndelungate, acestea trebuie uscate înainte de depozitare. [4] Un conținut de apă care depășește umiditatea critică amorsează și accelerează procesele de respirație și germinație din semințele oleaginoase. Alterarea semințelor provocată de acțiunea microorganismelor este de asemenea condiționată de prezența apei. Uscarea semințelor se impune din urmatoarele motive: evitarea degradării calității semințelor, prin încetinirea proceselor hidrolitice, chimice și biochimice, respectiv a germinării și a autoîncălzirii, la depozitare; asigurarea desfășurării procesului tehnologic în condiții optime. [2] Apa din semințele oleaginoase se găsește sub formă de apă legată de componentele hidrofile și apă imobilizată mecanic în capilarele celulare. Conținutul de apă din semințele oleaginoase este invers corelat cu cel de ulei. Viteza uscării semințelor depinde de: temperatura agentului de uscare, umiditatea sa relativă și viteza de deplasare la suprafața semințelor. Pentru uscare se folosește ca agent termic aerul. [5] În procesul de uscare, apa este transportată din interiorul semințelor la suprafața exterioară a acestora, de unde este preluată de agentul de uscare. Transportul apei din interiorul semințelor spre suprafață este un fenomen complex la care contribuie, în proporții diferite în funcție de natura semințelor, mai multe procese: permeația prin membrane, difuzia și curgerile capilare. Procesul global se desfășoară cu o viteză mică. Viteza de transport este influențată și de ponderea unor transformări care apar ca urmare a deshidratării și acțiunii căldurii, în principal de contracția gelului celular, fenomen care favorizează apariția unor gradienți de presiune locali care pot accelera sau deaccelera procesul. Preluarea apei de pe suprafața semințelor depinde de presiunea vaporilor de apă în mediul înconjurător. Aceasta este determinată de umiditatea inițială a agentului de uscare și de temperatura la care are loc uscarea. Creșterea vitezei agentului termic determină scurtarea duratei procesului, însa aceasta creștere este limitată din rațiuni economice. Având în vedere că temperatura maximă pe care o pot atinge semințele este limitată, pentru a preveni procesele de degradare, un factor important în uscarea semințelor este modul de transmitere a căldurii. Industrial se utilizează transmiterea căldurii prin convecție, conducție sau simultan prin ambele metode. În instalațiile la care transmiterea căldurii are loc prin conducție, semințele se încălzesc prin contact cu o suprafață caldă și nu intra în contact direct cu agentul termic. Instalațiile de uscare la care transmiterea căldurii se face prin convecție nu sunt încălzite, semințele preluând căldura de la aerul cald care este în același timp și agent de uscare și agent termic. [4] La toate tipurile de uscătoare, condiția de bază este reducerea umidității semințelor la ~ 4%, cu un consum energetic scăzut, fără ca semințele să depășească temperatura de 70℃, deoarece peste această valoare ar avea loc o creștere a indicelui de peroxid al uleiului din semințe. Tipurile de uscătoare utilizate sunt următoarele: uscătorul rotativ, în care uscarea semințelor se realizează prin convecție, în contracurent cu un amestec de aer cald și de gaze de ardere. După ieșirea din tambur, semințele sunt trecute printr-un răcitor; coloane de uscare Buhler sau Miag, care lucrează prin convecție în echipamente sau contracurent cu agentul termic. Coloana înglobează într-un montaj compact o secțiune de alimentare și preîncălzire, o secțiune de uscare în care semințele cad pe casete metalice în contracurent cu aerul cald, ajungând la 60℃, o secțiune de uniformizare a temperaturii după uscare și o secțiune de răcire cu aer rece; uscătorul US-50 cu trei coloane modulate, care folosește ca agent de uscare numai aerul; uscătorul cu fascicul tubular Darra, în care uscarea semințelor are loc prin contact direct cu țevile fasciculului tubular, încălzit cu abur de joasă presiune; uscător în pat fluidizat Escher-Wyss cu două zone: una de uscare și alta de răcire; uscătorul MIVac, care lucrează sub vid și incălzirea are loc cu microunde. Umiditatea semințelor este redusă la 4% numai în 5 minute, semințele atingând 60...70℃; uscătorul Cimbria, care este sub forma unei coloane modulate realizată dintr-un aliaj de aluminiu și cu schimb termic foarte bun; uscătorul sub vid, care lucrează la o presiune remanenta de 60-100 mmHg. Semințele trec peste țevi prin care circulă abur de 0,5 bar. Vacuumul este realizat cu o pompă de vid și un condensator de amestec cu închidere hidraulică.. [5] Figura 2.5. Uscătorul turn vertical cu aer cald tip US generator de căldură; 2- coloane de uscare; 3- ventilator; 4,5- racorduri; 7- buncăr de alimentare; 11- ventilator, 12- ciclon de separare [8] Figura 2.6. Uscător rotativ tambur; 2- conductă de alimentare gaze; 3- ecluze; 4- role; 5- bandaje din oțel; 6- cameră de evacuare; 7- motor electric; 8- ventilator. [9] Figura 2.7. Uscător cu fascicul tubular coș de evacuare; 2- caracasă metalică; 3- palete; 4- fascicul tubular; 5- suport palete; 6- curățitor; 7- ax; 8- placă frontală; 9- ax; 10- palier; 11- pâlnie de alimentare; 12- pâlnie de evacuare. [9] 2.7. Decojirea semințelor oleaginoase Operația determină calitatea uleiului și, în principal, a șrotului. Sunt supuse descojirii semințele cu un conținut mare de coajă și care nu aderă intim la miez (floarea-soarelui, soia, ricin, bumbac). Importantă este descojirea semințelor de floarea-soarelui, mai ales a celor cu un conținut ridicat în ulei. La acestea, coaja are 8-10% umiditate, 1-5% grăsimi, 3-6% proteine, 25-28% pentozani și ~ 60% celuloză totală din care 15-45% lihnină. [5] Avantajele descojirii semințelor oleaginoase sunt: îmbunătățirea calității șrotului, prin scăderea conținutului de celuloză și creșterea conținutului de proteină; creșterea capacității de prelucrare a valțurilor de măcinare, aplatizare, a prăjitoarelor, preselor și extractoarelor; reducerea pierderilor de ulei în șrot, deoarece coaja absoarbe o cantitate apreciabilă de ulei, pe care o cedează mai greu decât miezul la presare; scăderea conținutului de ceruri în uleiul de presă, respectiv o rafinare mai ușoară; reducerea uzurii utilajelor, în special a valțurilor și preselor, coaja conținând bioxid de siliciu, cu proprietăți abrazive; recuperarea cojilor ca și material combustibil. Dezavantajele descojirii semințelor sunt: creșterea pierderilor de ulei, prin antrenarea miezului în coajă, la descojire; necesitatea unui spațiu construibil adecvat și a utilajelor complexe de descojire; consum mare de energie și manoperă suplimentară. [2] Procesul de descojire are loc în două etape: prima fiind spargerea și detașarea cojilor de miez, iar a doua separarea cojilor de miez. Spargerea și detașarea cojilor se efectuează prin lovire, tăiere, frecare sau strivire și conduce la obținerea unui amestec de miezuri întregi și sparte cu coji și într-o mică proporție semințe nedecojite. Spargerea și detașarea cojilor prin lovire se folosește pentru descojirea semințelor de floarea-soarelui și la degerminarea pe cale uscată a porumbului. Se aplică în două variante și anume: lovirea semințelor cu ajutorul unor palete; proiectarea semințelor spre un perete fix. Deoarece semințele sunt considerate corpuri cu elasticitate medie, în ambele cazuri are loc ciocnirea parțial elastică care duce la ruperea legăturilor dintre miez și coajă, respectiv deformarea cojii și formarea de crăpături. În funcție de amploarea crăpăturilor, detașarea cojilor poate avea loc în momentul imediat ciocnirii sau ulterior. Figura 2.8. Schema spargerii și detașării cojii prin lovire spargerea la începutul impactului; 1,2,3- direcții de fisurare desprinderea coji; 1- deformarea creată de impact [10] Spargerea cojilor prin tăiere se aplică pentru descojirea semințelor de bumbac. Operația constă în trecerea semințelor printre două discuri metalice riflate care se rotesc în sensuri opuse. Distanța dintre discuri este reglabilă ceea ce permite obținerea unei eficiențe maxime. Spargerea și detașarea cojilor prin frecare se aplică pentru semințele de soia. Operația este similară spargerii prin tăiere, însă utilajele sunt diferite: în locul discurilor riflate se folosesc cilindrii riflați sau abrazivi. Spargerea și detașarea cojilor prin strivire se aplică semințelor de ricin și pentru îndepărtarea tegumentului de pe arahide. Descojirea are loc prin efectul combinat al forțelor de presiune, forțelor de frecare și a celor de forfecare create de doi cilindrii melatici, având suprafața acoperită cu un strat de cauciuc și care se rotesc cu turații diferite. [4] Separarea cojilor din acest amestec are loc în ulilaje ce combină cernerea prin sită (separarea după diferența de mărime) cu separarea după diferența de masă volumică, prin aspirație într-un curent de aer ascendent produs de un ventilator. O altă metodă de separare este cea electrostatică. După procesul de separare rezultă două fracțiuni: miez industrial, miez care conține 6-8% coajă și a doua fracțiune, coaja, care reprezintă 15-20% din masa semințelor prelucrate. Utilajele pentru descojirea și separarea cojii sunt următoarele: toba de spargere orizontală, în care semințele de floarea-soarelui sunt lovite de paletele montate pe un rotor orizontal și proiectate pe un perete metalic format din vergele metalice semirotunde, care acoperă 2/3 din suprafața interioară a tobei de spargere, restul de 1/3 fiind deschis pentru a permite evacuarea materialului descojit. Suprafața tobei acoperite cu vergele metalice este mobilă, pentru a permite reglarea distanței față de palete între 10 și 20 mm la partea de intrare și între 8 și 12 mm la ieșirea din tobă. Toba este acționată de un electromotor de 4,5 kW, prin intermediul unui variator de turație, care asigură 560-630 rot/min pentru rotor, în funcție de umiditatea semințelor. Capacitatea tobei este de 50 t/zi; toba de descojire verticală Buhler, ce prezintă pe axul vertical 8 palete care proiectează semințele pe peretele lateral conic al tobei care este metalic. Distanța dintre partea mobilă și cea fixă a tobei de descojire este de 12 mm. Turația părții mobile este de 1742 rot/min, iar capacitatea de 100-200 t/zi. Utilajul are avantajul producerii unei cantități mai mici de miez spart și mai multă coajă spartă; descojitorul Ripple-Flo-Mill, are un rotor orizontal prevăzut cu vergele metalice și carcasă metalică. Porțiunea deschisă reprezintă jumătate din suprafața interioară a tobei, ceea ce permite separarea cojilor pe baza unui curent de aer ascendent. [5] Figura 2.9. Toba de spargere tip MRN carcasa cilindrică; 2- ax; 3- rozete; 4- palete; 5- vergele de ecranare; 6- pâlnie de alimentare; 7- șurub de reglare a distanței dintre ecran și palete [10] Pentru separarea cojilor de miez se utilizează urmatoarele utilaje: separatorul de coji de tip Vulcan, care asigură separarea miezului de coajă prin cernere și aspirație. Se compune din două cadre cu site și un sistem de aspirație la capătul sitelor. Primul cadru are trei site de 5-6, 4-5, 3-4 mm. Al doilea cadru are o înclinație inversă față de primul cadru și sita are ochiurile de 6 mm. Refuzul și cernutul de la fiecare sită sunt supuse aspirației și apoi se unesc cu materialul invers de pe sita următoare, după care amestecul trece prin sita de jos. În final rezultă miez, coajă și retur (semințe nesparte), care se dirijează din nou în toba de spargere. Sitele au o lungime de 2-2,5 m, lățime de 1-1,5 m. Turația excentricului este de 350-400 rot/min. Motorul electric este de 3-4 kW. Capacitatea de lucru este de 30-60 t/zi. Figura 2.10. Separatorul de coji de tip Vulcan-IPIA batiul de susținere; 2-toba de spargere; 3- cadrul cu site; 4- ax cu excentric; 5a- sită cu ochiuri 3-4 mm; 5b-cadru cu sită cu ochiuri de 6 mm și fund de tablă; 6- ventilator de aspirație; 7-cameră de aspirație; 8a, b, c- canale de aspirație; 9- arcuri de acționare a cadrelor cu site [10] separatorul de coji de tip MIS este format din două utilaje distincte: sita plană și separatorul pneumatic. Sita plană are trei seturi de site cu câte trei site cu dimensiunile ochiurilor, în mm: setul 1: 7; 6,5; 6,5; setul 2: 5; 4,5; 2,5; setul 3: 3; 3; 2,5. Separatorul pneumatic are cameră de aspirație despărțită de lungime în trei compartimente, iar lățimea în șase compartimente de aspirație. Camera de aspirație are lungimea de 3,9 m, înălțimea de 4,5 m. Sita plană are 180 rot/min, excentricitatea 45 mm, puterea motorului electric de 4,5 kW, înclinarea sitelor 1:30, suprafața totală a sitelor de 11,5 m2. Separatorul este dotat cu un ventilator de 150 m3/min. Capacitatea de lucru este de 48 t/zi. Figua 2.11. Separatorul de coji de tip MIS sită plană separator pneumatic alimentare; 2- carcasă metalică; 3- ventilator; 4- jaluzele de reglare a aspirației; 5- compartiment pentru coajă; 6- compartiment pentru amestec coajă cu miez; 7- compartiment pentru amestec miez spart cu coajă; 8-con de evacuare a fracției grele (miez industrial); 9, 10, 11- clapete de evacuare; 12- clapetă de reglare a debitului de aer; 13- perete perforat; 14, 15- șicane mobile pentru curentul de aer; 16 cilindru de alimentare; 17- mecanism de balansare; 18- cabluri de suspendare. [10] site și separatoare de control coji și miez, care se utilizează pentru eliminarea avansată a cojii din miez și recuperarea maximală a miezului antrenat de coajă Construcția este asemănătoare cu cea a utilajului MIS, dar cu altă diagramă a sitelor; separatorul electrostatic de coji, care lucrează la o tensiune de 25 kV și la un curent de 700 µA/m de fantă a alimentatorului; sita de cernere rotativă, care realizează o curățire avansată a cojii din miezul antrenat; masa densimetrică, folosită pentru separarea miezului de semințele întregi în instalația de descojire avansată. Pentru a mări eficacitatea procesului de separare-eliminare a cojii la semințele de floarea-soarelui se impun urmatoarele condiții: la spargerea semințelor să se evite fărâmițarea cojii și a miezului; separarea amestecului de la toba să se realizeze în trei fracțiuni cu ajutorul unor site- separatoare cu aspirator; semințele mari nesparte și miezul mare se prelucrează pe o masă densimetrică specială, ce separă miezul moale de sămânța nespartă care este readusă la toba de separare. [5] 2.8. Măcinarea Măcinarea este operația mecanică prin care se distrug membranele celulare în proporție de 70-80%. Principalul efect al măcinarii este eliminarea uleiului din citoplasmă sub formă de picături fine. Uleiul eliberat se colectează la suprafața măcinăturii și în capilarele din și dintre particulele măcinăturii. Simultan, particulele de material oleaginos devin mai mici și relativ uniforme ca mărime. Măcinarea duce la o creștere a vitezei de transfer a căldurii la prăjire și asigură o viteză mare a transferului de masă la extracție. Umiditatea semințelor și conținutul de ulei sunt definitorii pentru calitatea măcinăturii obținute. Astfel semințele care au o umiditate în limite normale se macină ușor, rezultând o macinătură fiabilă și pulverulentă. Odată cu creșterea conținutului de apă scade rigiditatea, procesul de măcinare devine dificil, iar măcinătura se aglomerează din care separarea uleiului decurge mai încet și cu randamente diminuate. [4] La semințele cu conținut mic și mediu de ulei, uleiul care se separă la măcinare este absorbit de către particulele măcinăturii și nu provoacă dificultăți la operațiile ulterioare. La semințele cu conținut ridicat de ulei, la mărunțire se separă cantități mari de ulei, care nu poate fi absorbit în totalitate, ceea ce conduce la o măcinătură cleioasă și la pierderi mari de ulei, în asemenea situație impunandu-se un grad de mărunțire mai puțin avansat. Transformările chimice ce pot avea loc la măcinare sunt: denaturarea proteinelor datorită căldurii produse prin frecare și presiunii exercitate de cilindrii valțurilor de mărunțire, creșterea acidității uleiului sub acțiunea lipazelor proprii, creșterea indicelui de peroxid al uleiului datorită peroxidazei, lipoxigenazei și oxigenului atmosferic. Tehnica mărunțirii a evoluat de la o măcinare avansată a materialului înainte de presare, măcinare cerută de presele hidraulice, unde separarea uleiului se face în stare statică, la o mărunțire mai puțin avansată înaintea presării mecanice, unde procesul este dinamic, cu o destrămare intensă a structurii celulare în presă, datorită forțelor de frecare care se dezvoltă la deplasarea materialului în camera de presare. Utilajul de mărunțire îl reprezintă valțul al cărui organ de lucru este tăvălugul de măcinare. Semințele care cad între doi tăvălugi sunt mărunțiți în funcție de felul suprafeței tăvălugilor și de viteza de rotație a acestora: dacă tăvălugii sunt netezi și vitezele de rotație sunt egale, mărunțirea se face prin compresiune, dacă tăvălugii sunt rifluiți și au viteze de rotație egale, mărunțirea are loc prin tăiere. Procesul de mărunțire se realizează în trei etape: deformația elastică, care are loc până la apariția primelor crăpături; deformația plastică, când materialul se aplatizează și se compactează; destrămarea materialului și apariția de celule sparte. Pentru un anumit diametru al tăvălugilor, pentru atragerea în zona de mărunțire a materialului, unghiul de prindere trebuie să fie mai mic decât unghiul de frecare. Distanța dintre tăvălugi este un factor important în determinarea gradului de mărunțire. Rezultatele cele mai bune la prinderea materialului între tăvălugi se obțin când aceștia sunt rifluiți. Riflurile sunt șanțuri cu muchii tăietoare, trasate pe suprafața tăvălugilor. Prin rotația acestora, riflurile de pe cei doi tăvălugi se intersectează, iar în punctul de intersecție, muchiile tăietoare divizează produsul. Acestea se caracterizează prin înclinarea lor și unghiul de ascuțire. În cazul semințelor de floarea-soarelui, tăvălugii rifluiți au 30-33 rifluri/100 cm de circumferință, adâncime de 1,5 mm și înclinare de 9⁰. În fabricile de ulei se folosesc următoarele tipuri de valțuri: valțul cu o pereche de tăvălugi netezi sau rifluiți, care se folosesc pentru mărunțirea grosieră și preliminară a semințelor și miezului. Cilindrii rifluiți au diametrul de 400 mm, lungime de 800 mm, cu adâncimea riflului de 3 mm. Unul dintre cilindrii are rotația de 150 rot/min, iar celălalt de 104 rot/min valțul cu două perechi de tăvălugi în serie, utilizat la mărunțirea florii-soarelui și a brocken-ului. Tăvălugii superiori sunt rifluiți și au diametrele de 300-400 mm și lungimea de 1000-1300 mm; Figura 2.12. Valțul cu două perechi de cilindrii coș de alimentare; 2- grăunțar; 3- cilindrii rifluiți; 4- cilindrii netezi. [8] valțul cu cinci tăvălugi, care este destinat măcinării miezului și semințelor sub formă de făină. Diametrul tăvălugilor este de 300-400 mm, lungimea de 1250-1500 mm. Primul tăvălug este, de regulă, riflat. Turația tăvălugilor este de 50; 147; 150 rot/min. Productivitatea este de 80 t/zi pentru semințele de floarea-soarelui; valțul de aplatizare cu două perechi de tăvălugi și, în paralel, care se folosește pentru aplatizarea măcinăturii înainte de extracție. Tăvălugii sunt netezi cu diametrul de 500-800 mm și lungimea de 100-1300 mm;