Tehnologia uleiurilor vegetale. Cum se obțin uleiurile vegetale?

Prin rolul şi importanţa lor, uleiurile vegetale îşi găsesc întrebuinţare atât în alimentaţie, cât şi ca materii prime pentru diferite indus...

Prin rolul şi importanţa lor, uleiurile vegetale îşi găsesc întrebuinţare atât în alimentaţie, cât şi ca materii prime pentru diferite industrii. În urma prelucrării materiilor prime, în fabricile de ulei se obţin ca produse finite uleiuri comestibile, uleiuri tehnice, uleiuri hidrogenate, uleiuri interesterificate şi margarină.

Dintre uleiurile comestibile şi tehnice fabricate în ţara noastră, cele mai importante sunt de floarea soarelui, soia, rapiţă, in, germeni de porumb şi ricin, principalele proprietăţi fizico-chimice ale acestora fiind prezentate în tabelul de mai jos. Tehnologia de fabricare a uleiurilor vegetale este un extrem de complexă, descrisă cât se poate de explic în cele ce urmează.

Proprietăţile fizico-chimice ale principalelor uleiuri vegetale

Uleiurile vegetale sunt amestecuri naturale complexe din lipide simple (gliceride şi ceruri), lipide compuse (fosfatide, sulfolipide) şi substanţe rezultate din hidroliza primelor două categorii (alcooli, steroli, acizi graşi, carotenoide, vitamine liposolubile), gliceridele reprezentând 97,5-99 % din materiile grase vegetale.

Materii prime şi materiale auxiliare pentru obţinerea uleiurilor vegetale

Ca materii prime la fabricarea uleiurilor vegetale se folosesc în special plante oleaginoase, la care se adaugă unele plante textilo-oleaginoase (seminţe de bumbac şi cânepă) şi produse secundare de la alte industrii (germeni de porumb, grâu şi secară, seminţe de legume şi fructe, sâmburi de fructe şi struguri).
Seminţele plantelor oleaginoase sunt formate din miez şi coajă.

Miezul este alcătuit din embrion compus din gemulă şi două cotiledoane, precum şi un strat hrănitor denumit endosperm. Cotiledoanele şi endospermul conţin baza de substanţe hrănitoare şi ulei, în proporţii ce diferă după natura seminţelor. Coaja sau pericarpul are structura caracteristică fiecărui tip de sămânţă, reprezentând 7-28 % din masa acesteia.

Celulele seminţelor au dimensiuni mici, între 340 μmp şi 1873 μmp, celula tipică fiind alcătuită dintr-un înveliş celular de grosime mică, în interiorul căruia se găsesc oleoplasma îmbibată cu ulei, protoplasma sau citoplasma care conţine suportul pentru uleiul dispersat uniform, granulele aleuronice (corpuri solide de origine proteică), nucleul celular, precum şi alte substanţe de bază ale celulei.

Din analiza compoziţiei principalelor materii prime oleaginoase (tabelul de mai jos) se observă că la toate conţinutul în substanţe grase este mare, natura lipidelor fiind caracteristică provenienţei materiei prime.

Compoziţia fizico-chimică a materiilor prime oleaginoase

La fabricarea uleiurilor vegetale se folosesc o serie de materiale auxiliare care sunt în principal următoarele:

dizolvanţi sau solvenţi pentru extragerea uleiurilor: benzina de extracţie este principalul dizolvant, pe lângă care se mai folosesc flugenul, n-hexanul sau R 113;
soda caustică sau hidroxidul de sodiu, utilizată la neutralizarea acizilor graşi liberi din uleiul brut;
acid sulfuric, utilizat la dezmucilaginarea şi la scindarea săpunului de la rafinarea alcalină;
materiale decolorante: pământuri decolorante, cărbune decolorant, silicagel, oxid de aluminiu;
materiale filtrante: ţesătură de bumbac, in, iută, celofibră, polivinil, poliamidă, kieselgur, cristaltheorit.

Obţinerea uleiului brut

Uleiul vegetal brut se obţine prin presarea materiilor prime oleaginoase, denumit şi ulei brut de presă şi prin extracţie cu solvenţi din materialul presat sau nepresat, denumit şi ulei brut de extracţie. Fabricile care obţin ulei brut prin presarea materiilor prime oleaginoase au în fluxul de fabricaţie utilaje de mare capacitate, fapt ce permite mecanizarea completă a operaţiilor şi randamente ridicate. Principalele
operaţii tehnologice sunt prezentate în figura de mai jos.

Schema tehnologică de obţinere a uleiului de presă

Curăţirea seminţelor

În masa de seminţe se pot găsi multe impurităţi metalice, particule de sol, pleavă, paie, seminţe seci, spărturi sau seminţele altor plante. Curăţirea seminţelor se poate face înainte de depozitare (precurăţire) sau la trecerea în procesul de prelucrare (postcurăţire) şi constă în:

separarea după mărime, cu site;
separarea după diferenţa de masă, pe baza vitezei de plutire;
separarea impurităţilor feroase, cu magneţi naturali sau electromagneţi.

Praful şi impurităţile uşoare absorbite de ventilatoarele maşinilor de curăţat sunt captate în cicloane uscate sau umede (hidrocicloane) şi în filtre cu saci.

Uscarea seminţelor

Uscarea semințelor este necesară atât în timpul depozitării, cât şi înainte de prelucrare, o umiditate mai mare decât cea optimă având două efecte:

efectul direct: se intensifică procesul de hidroliză sau creşte aciditatea seminţelor;
efectul indirect: declanşează unele procese biologice ce duc la degradarea seminţelor.

Îndepărtarea apei din seminţe se face pe cale mecanică, dar mai ales termică, cu agenţi la temperaturi apropiate sau sub punctul de fierbere a apei. În industria uleiurilor vegetale uscarea seminţelor se realizează pe cale naturală (prin lopătare, prefirare sau aerare) sau pe cale artificială, în instalaţii de uscare. Dispunerea utilajelor din fluxul de fabricaţie este ilustrat în figura de mai jos.

Schema liniei tehnologice de obţinere a uleiului brut de presă: 1,6,25- cântare cu cupă; 2,7,21- buncăr; 3,8,14,15,20,26,41- elevatoare; 4- curăţitor seminţe; 5,22,28- electromagneţi; 9,13- tobe de spargere; 10- site plane; 11- separator pneumatic; 12,23,27,29- transportoare; 16,17- maşini de control; 18- filtru cu saci; 19- suflantă coji; 24- valţ; 30- prăjitoare; 31- site vibratoare; 32- separator de zaţ; 33- rezervor basculă; 34- presă mecanică; 35,37,39- colectoare ulei; 36,38,40- pompe.

La uscarea seminţelor se folosesc ca agenţi termici gazele de ardere (încălzesc seminţele şi absorb o cantitate de vapori de apă, până la atingerea gradului de saturare), aerul cald sau aburul de joasă presiune (încălzeşte suprafaţa seminţelor provocând uscarea).

Seminţele oleaginoase fac parte din categoria substanţelor higroscopice, caracterizate printr-o umiditate de echilibru şi care este influenţată de temperatura şi umiditatea relativă a aerului. Uscarea acestora, în condiţii de temperatură şi presiune constante, decurge în trei faze distincte.

Uscarea materialelor higroscopice

Într-o primă etapă are loc evaporarea apei de pe suprafaţa seminţelor, când viteza de evaporare este constantă (A-B) şi se datorează difuziei apei dinspre interior spre suprafaţa seminţelor. În etapa a doua difuzia apei scade, conţinutul de apă din seminţe fiind mai mare decât umiditatea de echilibru, viteza de evaporare scade (B-C). Din punctul C începe ultima fază a uscării, când viteza de evaporare scade până la zero, situaţie în care se atinge starea de echilibru a umidităţii.

Viteza de uscare este un parametru care determină durata procesului de uscare şi care, la rândul ei este influențată de o serie de factori precum:

umiditatea iniţială şi finală a materiei prime; scade viteza de uscare dacă diferenţa dintre cele două umidităţi creşte;
temperatura de uscare; viteza creşte cu temperatura, creştere limitată de posibilitatea degradării termice a seminţelor;
umiditatea iniţială şi finală a agentului termic de uscare;
viteza agentului de termic, creşte viteza de uscare cu viteza agentului prin masa de seminţe.

Descojirea seminţelor

În coaja seminţelor oleaginoase conţinutul de ulei este foarte redus (cca. 0,5-3 %), în schimb se găseşte un procent ridicat de celuloză, motiv pentru care coaja se îndepărtează înainte de prelucrare, contribuind la creşterea productivităţii utilajelor, scăderea uzurii acestora (coaja, prin bioxidul de siliciu pe care îl conţine, este un material abraziv), reducerea pierderilor de ulei în şrot (coaja absoarbe ulei) şi la îmbunătăţirea calităţii şrotului prin reducerea conţinutului în celuloză greu asimilabilă.

Cu toate acestea coaja este îndepărtată doar parţial, prezenţa ei în procesul de presare având rolul de a uşura separarea uleiului din masa măcinată şi de a evita formarea pungilor cu ulei în turtele rezultate la presare.

Operaţia de descojire se desfăşoară în două faze: spargerea şi detaşarea cojii de miez, respectiv separarea cojilor din masa rezultată. Spargerea şi detaşarea cojilor de miez se poate realiza prin mai multe procedee:

prin lovire: se aplică la seminţele de floarea-soarelui, bumbac şi germeni de porumb uscaţi, prin lovirea seminţelor în repaus cu ajutorul unor palete sau proiectarea lor către un perete fix, pentru creşterea eficacităţii cele două procedee combinându-se;
prin tăiere: presupune trecerea seminţelor printre două discuri cu rifluri care se rotesc în sensuri opuse, distanţa dintre discuri fiind reglabilă;
prin strivire: se trec seminţele printre una sau mai multe perechi de cilindri acoperiţi cu cauciuc, iar din cauza vitezei de rotaţie diferită a cilindrilor, asupra seminţelor acţionează forţe de comprimare, de frecare sau forfecare.

La separarea cojilor din masa descojită se au în vedere două metode: separarea după mărime (se realizează prin cernere pe site) şi separarea după masa specifică (prin aspirarea lor de un curent de aer, ştiut fiind faptul că viteza critică de plutire a cojilor este mult mai mică decât a seminţelor). În urma operaţiei de descojire rezultă două fracţii a căror raport depinde de materia primă prelucrată şi de caracteristicile utilajului folosit:

miezul industrial, compus din miezul botanic şi o cantitate de coajă necesară din punct de vedere tehnologic (la floarea-soarelui reprezintă 80-85 % din masa supusă prelucrării);
coaja eliminată sau coaja industrială, compusă din coaja propriu-zisă şi cca 0,4-1 % fragmente de miez antrenat (la floarea-soarelui reprezintă 15-20 % din masa prelucrată).

Măcinarea seminţelor

Măcinarea seminţelor este operaţia tehnologică prin care materiile prime oleaginoase sunt mărunţite în particule de dimensiuni care, să permită ruperea şi destrămarea membranei oleoplasmei celulare. Ca urmare, uleiul sub formă de picături libere fine se aglomerează şi se elimină din structura intercelulară destrămată, fiind menţinut în capilarele măcinăturii.

Atât tehnic, cât şi tehnologic, operaţia de măcinarea este limitată, ajungând la 70-80 % celule destrămate, astfel că o parte din ulei rămâne în celule cu structură intactă, eliberarea lui din oleoplasmă fiind dificilă. Ca urmare a structurii morfologice specifică seminţelor (coajă tare şi miez mai moale), măcinătura obţinută este neomogenă şi neuniformă, soiul sau specia de provenienţă având un rol determinant.

O umiditate normală conduce la o măcinătură pulverulentă şi friabilă, cu capacitate mare de absorbţie a uleiului în capilare, creşterea umidităţii determinând o înrăutiţire a procesului de mărunţire şi din care rezultă o măcinătură cleioasă, ce îngreunează fazele de prelucrare ulterioare.

Măcinarea produce şi modificări structurale ale seminţelor, prin faptul că, punând în libertate uleiul, se creează condiţii favorabile oxidării lui, iar prin îndepărtarea stratului protector de coajă se intensifică procesele de respiraţie şi fermentative. Toate acestea duc la scăderea stabilităţii măcinăturii, păstrarea ei sub această formă fiind limitată la intervale de timp foarte scurte.

La fabricile de ulei se supun măcinării atât seminţele, cât şi turtele broken rezultate de la presare, uneori fiind măcinat şi şrotul obţinut la recuperarea dizolvantului. Operaţia se realizează cu concasoare, valţuri sau mori cu ciocane.

Prăjirea măcinăturii

Prăjirea măcinăturii este o operaţie de tratament hidrotermic cu amestecarea continuă, având ca scop unele transformări fizico-chimice şi modificări ale structurii măcinişului, în vederea obţinerii de randamente maxime la presare, aceasta realizându-se:

înainte de presare, când se aplică la măcinătura de materii prime;
înainte de extracţie, se aplică brokenului rezultat la presare (la extracţia continuă) sau măcinăturii de materii prime, când aceasta se trece direct la extracţie.

Variaţie umidităţii şi temperaturii în procesul de prăjire

În urma operaţiei de măcinare uleiul se găseşte sub două forme: absorbit de măcinătură şi reţinut la suprafaţa şi în capilarele particulelor, respectiv în celulele nedeschise. Schimbarea acestei stări a uleiului se face în două faze: umectarea şi uscarea măcinăturii (fig. alăturată).

Umectarea măcinăturii are ca scop separarea uleiului pelicular prin învingerea forţelor de suprafaţă care împiedică curgerea liberă a lui. Pentru aceasta se foloseşte apa care umectează mai bine suprafaţa măcinăturii şi care, datorită tensiunilor superficiale la limita dintre lichid şi solid mai mici decât a uleiului, anihilează forţele de suprafaţă eliberând uleiul, fenomenul fiind cunoscut sub denumirea de umectare selectivă.

Prin umezire şi încălzire uşoară (faza I) particulele se îmbibă cu apă, îşi măresc volumul şi împing uleiul din capilare spre exterior. În acelaşi timp celulele întregi în contact cu apa se umflă, iar la încălzirea ulterioară acestea se sparg, punând în libertate uleiul intracelular.

Uscarea măcinăturii (faza II). Încălzirea măcinăturii umectate determină modificări de natură fizică, chimică şi biochimică, intensitatea lor depinzând de modul şi temperatura de încălzire, umiditatea, viteza de evaporare şi durata uscării.

Prin încălzire are loc o modificare a fazei lichide din măcinătură şi care constă în scăderea vâscozităţii uleiului şi a tensiunii superficiale a acestuia, iar apa se evaporă. Oxidarea uleiului cu formarea de peroxizi în timpul prăjirii este nesemnificativă. Creşterea temperaturii provoacă în măcinătură şi modificări chimice. Astfel, sub influenţa căldurii şi umidităţii se schimbă structura coloidală a acesteia, substanţele proteice se denaturează iar structurile celulare sunt distruse, faza solidă devine elastică şi afânată, favorizând scurgerea uleiului la presare.

Tot în faza de încălzire are loc o intensificare a activităţii enzimelor, determinând o creştere a acidităţii şi descompunerea substanţelor proteice, activitatea enzimatică fiind redusă încet şi apoi complet în faza a II-a, odată cu creşterea temperaturii peste 60-70 grade C. În această fază a prăjirii se produce desfacerea conglomeratelor mari şi tasarea particulelor, ca urmare a scăderii umidităţii, denaturării termice a proteinelor şi eliberării uleiului de pe suprafaţa particulelor. Prim mărirea masei hectolitrice în urma tasării sunt favorizate operaţiile de presare sau extracţie.

Parametrii procesului de prăjire la unele materii prime

Parametrii procesului de prăjire depind de natura materiei prime (tabelul de mai sus), iar procesul trebuie supravegheat şi corectat, pentru a menţine parametrii în limita optimă pe toată durata sa.

Presarea măcinăturii

Presarea măcinăturii este operaţia prin care se separă uleiul, ca fază lichidă, din măcinătură ca amestec solid-lichid. Prin procedeul de presare se separă 80-85 % din uleiul pe care îl conţine masa de seminţe măcinată, restul fiind obţinut prin extracţie cu dizolvanţi.

Astfel se supun presării doar materiile prime care conţin cel puţin 30 % ulei, restul fiind supuse direct extracţiei. În urma presării se obţine uleiul brut de presă şi turtele de presare sau brokenul, constituit din pulpa seminţelor şi o parte din ulei. Separarea uleiului din masa de măcinătură are loc sub acţiunea forţelor de compresiune, procesul fiind asemănător filtrării prin capilare.

Schema liniei clasice de purificare: 1,4- rezervoare cu agitatoare; 2,5,10- pompe; 3- sită vibratoare; 6- filtru presă; 7- transportor zaţ; 8- rezervor basculă; 9- rezervor tampon. Uleiul rezultat din presarea materiilor prime conţine impurităţi mecanice şi organice în suspensie, precum şi urme de apă, ce trebuie îndepărtate întrucât prezenţa lor determină degradarea rapidă a uleiului.

Schema liniei de purificare îmbunătăţită: 1- presă; 2,3,13- transportoare; 4- separator impurităţi; 5- separator zaţ; 6.8.10.15.19- pompe; 7- rezervor; 9- rezervor cu agitare; 11.17- răcitoare; 12- filtru presă; 14- uscător; 16- colector ulei; 18- rezervor tampon.

Purificarea uleiului

Purificarea uleiului presupune separarea grosieră a resturilor de măcinătură antrenate de presă prin sedimentare, filtrare sau centrifugare, eliminarea apei în exces prin uscare şi separarea impurităţilor fine prin filtrare. Pentru realizarea acestor operaţii se folosesc diverse scheme tehnologice, dintre acestea fiind prezentate schema clasică de purificare şi o schemă de purificare îmbunătăţită (figurile de mai sus).

Instalaţia clasică de purificare a uleiului de presă realizează o separare a impurităţilor grosiere cu ajutorul sitei vibratoare, iar a impurităţilor fine cu filtre presă, zaţul fiind colectat şi transportat la instalaţia de alimentare a prăjitoarelor. Ca urmare a contactului cu aerul pe o perioadă de timp relativ mare, uleiul riscă o oxidare cu formare de peroxizi, motiv pentru care se face şi o răcire a uleiului de presă la temperaturi care să asigure o stabilitate corespunzătoare.

Ca urmare a creşterii moderate a regimului termic de purificare şi a contactului mai redus cu aerul, schema îmbunătăţită permite purificarea uleiului de presă cu o creştere lentă a indicelui de peroxid. Sita vibratoare este înlocuită printr-un separator de zaţ prevăzut cu raclor în care are loc separarea celei mai mari părţi a impurităţilor solide. După filtrare uleiul este supus uscării la temperaturi scăzute în instalaţii cu vid, în care se elimină apa în exces.

Uleiul de extracţie este obţinut de obicei din turtele de presare şi mai rar din materii prime măcinate, prin dizolvarea sau solubilizarea acestuia într-un solvent, separarea din masa solidă şi recuperarea din solvent, principalele operaţii din fluxul tehnologic fiind prezentate în
figura de mai jos.

Măcinarea turtelor

Pentru a realiza un proces de extracţie optim, turtele rezultate la presare trebuie mărunţite la dimensiuni ale particulelor care să asigure dizolvarea întregii cantităţi de ulei existente. Măcinarea se execută în mori cu ciocane, cu discuri sau cu valţuri riflate, la dimensiuni ce depind de materia primă, după care particulele sunt condiţionate hidrotermic într-un uscător-prăjitor şi aplatizate, rezultând în final paiete sau fulgi, principalii parametri tehnologici fiind prezentaţi în tabelul de mai jos.

În unele situaţii materialul măcinat este adus la extracţie fără a mai fi supus aplatizării, caz în care mărunţirea trebuie să fie mai bună şi cu cât mai puţin praf oleaginos. Acest lucru se realizează în condiţiile unei temperaturi ridicate, când plasticitatea particulelor este mare.

Măcinătura este răcită înainte de extracţie la maxim 55 grade C, evitându-se prin aceasta vaporizarea bruscă a solventului la contactul cu particulele fierbinţi.

Schema tehnologică de obţinerea uleiului brut de extracţie din turtele de la presare

Parametrii principali ai masei de extracţie

Extracţia uleiului cu solvenţi

Uleiul se află sub trei forme în masa pregătită pentru extracţie: în stare liberă pe suprafaţa particulelor, în stare legată prin forţele de suprafaţă, în porii particulelor şi închis în celulele întregi, nedistruse anterior. El trece din faza lichidă în soluţie printr-un proces de schimb de substanţă, difuzia având un rol preponderent. Transferul de substanţă în cazul extracţiei uleiului este unul complex, cuprinzând atât
difuzia moleculară, cât şi difuzia convectivă, moleculele de ulei parcurgând trei etape distincte:

difuzia moleculară a uleiului din interiorul particulei spre suprafaţa sa;
difuzia moleculară a uleiului prin stratul de separare de la suprafaţa exterioară a particulei, la suprafaţa exterioară a solventului;
difuzia prin convecţie a uleiului de la suprafaţa solventului către miscela în mişcare.

Solventul utilizat în instalaţiile de extracţie din ţara noastră este benzina de extracţie. Benzina este mai uşoară decât apa iar vaporii de benzină sunt mai grei ca aerul, intervalul de fierbere fiind 70-95 grade C la extracţia discontinuă şi 65-80 grade C la extracţia continuă. Analiza extracţiei a dus la stabilirea parametrilor optimi de desfăşurare a procesului:

umiditatea măcinăturii, trebuie să fie cât mai mică deoarece benzina este o substanţă hidrofobă;
înălţimea stratului de material; cu cât este mai mică, cu atât durata procesului este mai mică, iar randamentul la extracţie mai mare;
viteza solventului; creşterea vitezei determină o mişcare turbulentă a solventului, asigurând o diferenţă de concentraţie pe toată durata procesului;
temperatura solventului; mărirea temperaturii creşte energia cinetică a moleculelor şi scăderea vâscozităţii solventului şi uleiului, determinând creşterea sensibilă a vitezei de difuzie;
gradul de destrămare al celulelor; este necesară o destrămare avansată obţinută prin măcinare şi prăjire şi care asigură condiţii optime de difuzie şi solubilizare cu solvenţi.

În condiţii practice procesul de extracţie se realizează dintr-o masă de particule şi prezintă o serie de abateri de la modelul teoretic, deosebindu-se extracţia din particule în suspensie aflate în strat, în stare de mişcare şi extracţia din particule în stare de imobilitate.

Pe lângă optimizarea parametrilor menţionaţi anterior, procesul de extracţie mai poate fi accelerat cu ajutorul ultrasunetelor, cu ajutorul pulsaţiilor sau a vibraţiilor.

În timpul extracţiei din materia primă trec în miscelă ceruri, pigmenţi, fosfatide, carotenoide, etc. Scăderea conţinutului în ulei din şrot duce la înrăutăţirea calităţii uleiului de extracţie prin creşterea indicelui de aciditate, a culorii, a conţinutului în substanţe nesaponificabile şi fosfatide. Deoarece aptitudinea de rafinare a uleiului scade pe măsură ce scade conţinutul de ulei din şrot, este necesar stabilirea unui raport optim între randamentul la extracţie şi cel de rafinare, respectiv temperatura şi durata necesară distilării miscelei.

Metode de extracţie cu solvenţi

Ca principiu de lucru pot fi folosite două metode de extracţie, respectiv metoda macerării şi metoda degresării succesive. Ambele metode realizează spălarea măcinăturii cu dizolvant într-un vas de tratament, în urma căreia uleiul din particule trece în miscelă. În practica industrială se deosebesc trei moduri de prin care se face extracţia:

extracţia simplă: constă într-un amestec intim al măcinăturii cu dizolvantul într-un vas, procesul decurgând lent până la atingerea concentraţiei de echilibru, moment în care fazele se separă; repetând de mai multe ori operaţia se face epuizarea avansată a materialului în ulei;
extracţia multiplă sau în trepte: foloseşte mai multe extractoare, dizolvantul şi miscela trecând consecutiv prin ele şi îmbogăţindu-se treptat în ulei; procesul decurge continuu până la epuizarea materialului din primul extractor, urmează al doilea şi aşa mai departe, până la
epuizarea materialului din ultimul extractor; urmează descărcarea şrotului şi reîncărcarea extractoarelor cu material măcinat, procesul reluându-se;
extracţia continuă: dizolvantul circulă în contracurent cu materialul supus extracţiei, miscela mărindu-şi treptat concentraţia.

După principiul de funcţionare instalaţiile de extracţie sunt prin imersie, când materialul oleaginos este scufundat cel puţin pe o zonă a instalaţiei în solvent sau miscelă, respectiv prin percolare, când materialul oleaginos în mişcare se stropeşte cu solvent şi miscelă care, străbătând materialul, se autofiltrează.

În ultimul timp şi-au făcut apariţia tipuri de aparate de extracţie cu funcţionare continuă, cu avantaje nete faţă de cele discontinue, două asemenea aparate fiind prezentate în continuare. Extractorul cu bandă (fig. de mai jos) este un aparat cu funcţionare continuă pe principiul percolării, astfel că benzina şi miscela sunt pulverizate în contracurent deasupra stratului de material.

Măcinătura este distribuită uniform ca grosime (1-1,7 m) pe o bandă perforată şi acoperită cu pânză metalică filtrantă. Partea superioară a benzii este împărţită convenţional în opt zone de stropire. Stratul de material este stropit cu benzină proaspătă şi cu miscelă de diverse concentraţii, colectată din zonele de stropire, astfel că este asigurat un circuit în contracurent al solventului în raport cu materialul.

Fiecare secţie de stropire este urmată una de scurgere, în care stratul superior de măcinătură este afânat pe o adâncime de 100 mm, prin aceasta formându-se un taluz care separă secţiile de stropire cu solvent, refăcând permeabilitatea stratului superior de material.

Schema aparatului de extracţie cu bandă: 1- ecluză; 2- dispozitiv de reglare automată a nivelului; 3- buncăr alimentare; 4- registru manual; 5- pulverizator; 6- greble afânare; 7- sifon; 8- tremii colectoare; 9. pompe; 10- bandă transportoare; 11- tambur antrenare; 12- buncăr de descărcare; 13- perie curăţire bandă; 14- melc tăietor; 15- ecluză şrot.

La ultima treaptă de extracţie materialul este stropit cu benzină proaspătă, prin care este epuizat în ulei, după care şrotul rezultat este evacuat iar banda este spălată puternic cu miscelă pe prima porţiune a ramurii inferioare. Atât solventul, cât şi miscela recirculată de la diferite zone sunt preîncălzite înainte de a fi trecute în rampa de stropire, separat în cazul solventului sau în tremiile colectoare în cazul
miscelelor.

Pentru a evita pierderile de solvent prin etanşeităţi sau ca urmare a vaporizării unei părţi a acesteia, instalaţia lucrează la o depresiune slabă de cca. 1-3 mm col H2O. Asemenea aparate de extracţie permit automatizarea întregului proces, putând realiza o concentraţie a miscelei de 1,5 ori conţinutul în ulei al materiei prime. Schema aparatului de extracţie cu sită fixă: 1- gură alimentare; 2- sită; 3- vas cu control a miscelei; 4- evacuare şrot; 5- preîncălzitor solvent.

Extractorul rotativ cu sită fixă (fig. de mai sus) are un rotor cu 16 celule, dispuse pe o sită fixă din oţel inoxidabil şi care se încarcă cu material măcinat. Fundul celulelor se prezintă ca o reţea strecurătoare cu baghete metalice dispuse radial, printre care se scurge miscela care a percolat stratul de material.
Benzina proaspătă este preîncălzită şi adusă la primul distribuitor, dispus pe porţiunea finală a procesului de extracţie, epuizând materialul în ulei.

Recircularea miscelei se repetă la fiecare treaptă de extracţie, miscela din ce în ce mai concentrată fiind adusă la distribuitoarele D2 ….. D8, după colectarea în tremiile T2 … T8, cu ajutorul unor pompe. Miscela concentrată este colectată la tremia T7 şi, prin intermediul
dispozitivului de control al nivelului, este trimisă la prelucrare.

Purificarea miscelei

Miscela rezultată din procesul de extracţie este o soluţie impură de ulei în solvent, prin faptul că ea conţine şi unele impurităţi mecanice sau organice. Impurităţile mecanice sunt alcătuite de obicei din fragmente de măcinătură şi care măresc sedimentul din ulei, iar prin depunerea pe suprafaţa elementelor de încălzire ale aparatelor de distilare, determină scăderea coeficientului de transmitere a căldurii şi mai apoi la închiderea culorii uleiului.

Purificarea miscelei se poate realiza prin decantare sau sedimentare, filtrare şi centrifugare, metoda cea mai folosită fiind filtrarea. Filtrarea se poate realiza cu plase din sârmă de cupru sau pânză de sac, montată într-un recipient aflat pe circuitul de pompare a miscelei, fie folosind filtru cu plăci.

Purificarea miscelei este necesară întotdeauna atunci când instalaţiile de extracţie au un regim de circulare a miscelei cu viteze relativ mari, mai ales la măcinături care nu au fost supuse operaţiei de aplatizare (de regulă paietele asigură autofiltrarea).

Distilarea miscelei

Distilarea miscelei are ca scop obţinerea uleiului din miscelă prin separarea avansată a solventului, din motive economice recuperarea solventului trebuind să fie cât mai completă. Ca urmare, miscela purificată în prealabil este supusă distilării, în instalaţii care asigură într-o primă fază separarea benzinei şi concentrarea în trepte a miscelei, în faza a doua fiind eliminate ultimele fracţii de solvent, prin antrenarea cu abur direct şi sub vid. În urma distilării se obţine ulei brut de extracţie care este răcit şi depozitat sau trecut la instalaţiile de rafinare.

a) Desfăşurarea procesului de distilare a miscelei. b) Influenţa vacuumului asupra concentraţiei miscelei la distilare (concentraţia iniţială 15 %, temp. maximă a miscelei 95 0C, durata distilării 15 min.) Temperatura de distilare a soluţiei de ulei în dizolvant este mai mare decât cea a dizolvantului simplu şi ea creşte direct proporţional cu concentraţia miscelei care, iniţial variază între 14-35 %, în funcţie de tipul de extracţie.

Modul de desfăşurare a procesului de distilare a miscelei este ilustrat în figura 12.10. La o concentraţie de 95-99 % temperatura de fierbere a uleiului creşte brusc, fapt ce poate produce o depreciere calitativă a uleiului, de aceea evaporarea ei se face la o depresiune de 30-40 mm col. H2O. În acest mod temperatura maximă a distilării (punctul A) este mai mică decât temperatura de fierbere a uleiului cu concentraţie de 100 %.

Principalele faze ale distilării sunt distilarea iniţială sau eliminarea fracţiilor uşoare ale dizolvantului şi concentrarea prin fierbere a miscelei până la 80-85 % ulei, respectiv distilarea finală cu evaporarea dizolvantului sub vacuum, de regulă la temperaturi mai mari decât cea la care fierbe miscela. Se deosebesc trei procedee de distilare, în funcţie de starea în care se găseşte dispusă miscela şi modul cum se face încălzirea ei.

Distilarea miscelei în strat înalt, presupune fierberea unui strat cu grosimea de 200-600 mm, la care gradul de concentrare a miscelei depinde de mai mulţi factori:

gradul de eliminare a dizolvantului: creşte cu depresiunea din instalaţie (fig. de mai sus b), iar la distilarea preliminară durata maximă este limitată, după care eficacitatea procesului scade (fig. de mai jos);
creşte cantitatea de dizolvant eliminat, ca de altfel şi temperatura de aprindere a uleiului, pe măsură ce creşte consumul de abur direct şi se prelungeşte durata procesului (fig. de mai jos, unde Ga şi Gb sunt debitele de abur şi benzină în unitatea de timp);
grosimea stratului de material la care eficacitatea eliminării benzinei este optimă are valori între 35-60 mm, în afara acestora creşte procentul de benzină remanentă în miscelă sau creşte rezistenţa hidrostatică, înrăutăţind parametrii transferului de substanţă;
creşterea temperaturii de distilare a miscelei peste 110-120 0C nu duce la o creştere a randamentului operaţiei.

A) Influenţa duratei distilării asupra concentraţiei miscelei :concentraţia iniţială 15 %, temp. max. miscelă 95 0C, presiune atmosferică. B) Influenţa duratei distilării şi consumului de abur asupra eficacităţii distilării: concentraţia iniţială 80 %, temp. ulei 115 0C, temp. abur 200 0C, presiune atmosferică

Distilarea în peliculă are loc atunci când grosimea miscelei este cu mult mai mică decât în cazul precedent, fiind determinată de temperatura de distilare, presiunea şi debitul de abur direct, respectiv de presiunea remanentă (până la 450 mm col. Hg favorizând concentrarea miscelei, după care nu mai este economică). Prin acest procedeu se măreşte productivitatea de două sau chiar de trei ori.

Creşterea consumului de abur direct determină o creştere a procentului de benzină eliminată din miscelă, valorile optime fiind în funcţie de condiţiile în care se desfăşoară procesul, peste aceste valori consumul devenind neeconomic.

Gradul de eliminare a benzinei din miscelă este sensibil influenţat de temperatura finală a uleiului şi a aburului direct, dacă distilarea se execută la presiunea atmosferică, influenţa lor fiind mult atenuată dacă distilarea se face sub vid.

Distilarea prin pulverizare. Randamentul operaţiei creşte cu temperatura miscelei pulverizate, atunci când miscela iniţială are un conţinut ridicat în benzină. Temperatura de distilare nu mai are aceiaşi influenţă şi în cazul miscelelor cu 15-20 % benzină, iar peste 110C ea nu se mai justifică economic. De asemeni, se poate constata că pe măsură ce presiunea iniţială a miscelei pulverizate este mai ridicată, creşte conţinutul de benzină în miscela finală.

Recuperarea solventului din şrot. În materialul degresat, denumit şrot, după extragerea uleiului rămâne o cantitate destul de mare de solvent şi care este cuprinsă între 25-30 %, în funcţie de modul de desfăşurare a procesului de extracţie şi de capacitatea de reţinere a măcinăturii.

De regulă, în şrot solventul se găseşte sub formă de fracţii uşoare ce pot fi îndepărtate prin simpla încălzire a acestuia. Totuşi o proporţie mică de dizolvant este alcătuită din fracţii grele iar la eliminarea lor se foloseşte abur supraîncălzit. Astfel, înaintea dezbenzinării şrotul se umectează prin tratare cu abur care condensează, cedând căldura de vaporizare, după care adiţia suplimentară de abur antrenează vaporii de solvent formaţi.

Se produce o creştere semnificativă a umidităţii (poate ajunge la 20-25 %), fiind necesară o operaţie de uscare. Separarea solventului şi a umidităţii are loc prin evaporarea la suprafaţă şi prin difuzia acestora din interiorul particulelor către suprafaţă. La stabilirea regimului termic al dezbenzinării trebuie ţinut cont de faptul că temperaturile ridicate favorizează denaturarea substanţelor proteice din şrot şi că la dezbenzinare există pericolul autoaprinderii şi exploziei instalaţiei.

Ca urmare, temperatura aburului nu va depăşi 180 grade C, iar cea a şrotului 115 grade C, cu un conţinut final de benzină de maxim 1 %. Pentru a îmbunătăţi calitatea şrotului provenit din materii prime oleaginoase, dezbenzinarea este asociată cu o toastare sau prăjire umedă, având ca scop inactivarea unor substanţe cu efect antinutriţional.

De exemplu, la şrotul de soia acestea sunt ureaza, factorul antistripic, hemaglutinina, lipoxidaza, saponina, iar la şrotul de ricin ricina şi ricinina. În momentul de faţă toate instalaţiile de dezbenzinare continue sunt prevăzute cu toastre, utilizând o umidificare mai mult sau mai puţin avansată, în funcţie de materia primă prelucrată.

Vaporii de apă şi benzină proveniţi de la distilarea miscelei şi dezbenzinarea şrotului se supun unui proces de condensare, urmat de o separare pe baza greutăţii specifice. Atât apa cât şi benzina sunt aduse la parametrii tehnologici şi sunt reintroduse în circuitul tehnologic de fabricaţie. Schemele tehnologice ale instalaţiilor de extracţie cu solvenţi sunt complexe şi depind de tipul aparatului folosit. În figura de mai jos este prezentată schema liniei tehnologice a instalaţiei de extracţie a uleiului folosind extractorul rotativ cu sită fixă.

Materia primă o constituie turtele broken rezultate la presare sau seminţele oleaginoase şi care sunt depozitate în buncărul de alimentare 1. După o măcinare grosieră în grupul de valţuri 2, materialul este adus la temperatura de 60-70 grade C în prăjitoarele 3 şi transformată sub formă de paiete în aplatizorul 4, iar de aici în extractorul 11. Şrotul epuizat în ulei conţine cca. 30 % benzină şi este trecut în toasterul 13, unde este umezit la 19-20 %şi apoi uscat la 12 % umiditate, iar de aici după răcirea în răcitorul 12 este trecut la depozitare sau la prelucrare.

Din rezervorul 16 benzina este adusă la extractor, după ce a fost preîncălzită la 55-60 grade C în schimbătorul de căldură 6, iar miscela este recirculată în extractor de grupul de pompe 10. Miscela concentrată rezultată din extracţie (conţine până la 30 % ulei) este pompată la filtrul 5 şi de aici la rezervorul 8, de unde, prin intermediul pompei 7 este trimisă la evaporatorul recuperator 24, încălzit cu vapori de apă şi benzină din toaster.

Cu pompa 27 miscela semiconcentrată este adusă în cel de-al doilea evaporator 26, iar de aici cu pompa 28 este trimisă la partea superioară a instalaţiei de distilare finală 29. Uleiul brut rezultat de la distilare este adus la temperatura de 40 oC în răcitorul 31, după care cu pompa 32 este trecut la rezervoarele de stocare sau la instalaţia de rafinare.

Schema liniei tehnologice de extracţie a uleiului folosind extractorul rotativ cu sită fixă
Vaporii de apă şi benzină rezultaţi din toaster sunt trecuţi la separatorul 14, unde sunt spălaţi cu solvent cald. Astfel purificaţi vaporii intră în camera de încălzire a evaporatorului 24, cedând cea mai mare parte a căldurii de vaporizare, iar de aici trec în condensatorul 22.

Vaporii de benzină din evaporator se condensează în condensatorul 19, iar cei din evaporatorul 26 şi coloana de distilare 29, în condensatoarele 21, respectiv 20. Fiecare condensator este conectat la câte o pompă de vid cu inel de lichid 18. Condensatoarele de suprafaţă sunt legate la separatorul apă-benzină 23 iar pompele de vid 23 la separatorul 17.

Colectarea vaporilor de benzină, abur şi aer aspirat prin neetanşeităţi se face într-o coloană care le conduce la răcitorul 33, unde sunt condensate fracţiile foarte volatile, fracţii care sunt aspirate în coloana de deflegmare prin absorbţie în ulei 34, în contracurent cu uleiul de spălare, iar gazele necondensabile sunt trimise în atmosferă cu ajutorul ejectorului 35. Uleiul de absorbţie este trimis de pompa 36 în preîncălzitorul 37 şi apoi în coloana de desorbţie 39, unde se încălzeşte cu abur indirect şi antrenează benzina cu abur direct.

De la baza coloanei uleiul este preluat de pompa 40, trimis la schimbătorul de căldură 37 şi apoi în rezervorul 41, de unde pompa 42 îl trimite prin răcitorul 38 în coloana de deflegmare 34, procesul fiind reluat.

Rafinarea uleiurilor vegetale

Datorită structurii materiilor prime şi a procesului tehnologic de fabricaţie, uleiurile vegetale brute obţinute prin presare şi extracţie nu sunt trigliceride pure, ele conţinând 1-4 % substanţe de însoţire şi care înrăutăţesc calitatea uleiurilor. Din această categorie fac parte mucilagiile, acizii graşi liberi, coloranţi naturali, ceruri, substanţe odorizante, etc.

Tot din categoria substanţelor de însoţire fac parte fosfatidele, vitaminele liposolubile şi sterinele, prezenţa lor crescând valoarea alimentară a uleiurilor. Prin îndepărtarea substanţelor dăunătoare se asigură ameliorarea unor caracteristici importante ale uleiului precum conservabilitatea, aciditatea liberă, gustul şi mirosul, devenind apte de a fi folosite în scopuri alimentare sau tehnice.

Procesul de rafinare trebuie să asigure pe de o parte eliminarea substanţelor care înrăutăţesc calitatea uleiurilor, iar pe de altă parte trebuie să protejeze substanţele valoroase şi să asigure pierderi minime în ulei. În raport cu calitatea şi domeniul de utilizare a uleiului, în practică se folosesc diverse metode de rafinare, fiecare dintre acestea având rolul principal de a îndepărta o anumită categorie de substanţe şi care se pot grupa astfel:

metode fizice de rafinare: sunt procese mecanice în care sunt incluse sedimentarea, centrifugarea, filtrarea, precum şi procese termice specifice ca neutralizarea, distilarea şi dezodorizarea;
metode chimice de rafinare: includ neutralizarea alcalină, neutralizarea prin interesterificare, decolorarea chimică sau dezmucilaginarea prin hidratare;
metode fizico-chimice de rafinare: rafinarea cu solvenţi selectivi, decolorarea prin absorbţie sau dezmucialginarea prin hidratare.

Toate aceste metode de rafinare se regăsesc în diverse scheme de prelucrare, mai simple sau mai complexe, în funcţie de destinaţia uleiurilor, majoritatea instalaţiilor de rafinare fiind cu funcţionare continuă. Întrucât sunt destinate consumului uman, uleiurile comestibile au cea mai complexă schemă tehnologică de rafinare (fig. de mai jos).

Dezmucilaginarea uleiurilor vegetale

Dezmucilaginarea uleiurilor vegetale are ca scop îndepărtarea mucilagiilor cu structură chimică complexă în raport cu uleiurile, mucilagiile conţinând în principal fosfatide între 0,3-0,4 %, substanţe albuminoide, la care se mai adaugă mici cantităţi de hidraţi de carbon, sterine, răşini, etc.

Operaţia de dezmucilaginare a uleiului este necesară întrucât prezenţa mucilagiilor afectează negativ conservabilitatea uleiului, prin hidratare parţială produc tulbureala în timpul depozitării, determină spumarea uleiului, inhibă catalizatorii şi prin proprietăţile lor caracteristice unor emulgatori, măresc pierderile de ulei la rafinare.

Schema tehnologică de rafinare a uleiurilor vegetale comestibile

Dezmucilaginarea este una dintre cele mai dificile operaţii din procesul de rafinare şi ca urmare s-au stabilit mai multe metode de lucru, în funcţie de domeniul de utilizare a uleiului. Dezmucilaginarea prin deshidratare se bazează pe faptul că, în prezenţa apei la cald, substanţele mucilaginoase precipită în flocoane, care se separă prin sedimentare sau centrifugare. Se folosesc următoarele metode:

hidratarea cu abur: se injectează abur direct până la obţinerea prin condensarea în masa de ulei a cantităţii de apă necesară;
hidratarea cu apă: se adaugă apă pură sau cu substanţe de activare ce măresc eficacitatea operaţiei;
hidratarea cu soluţie salină: se adaugă în uleiul încălzit prin pulverizare o soluţie cu 3-5 % sare.

Dezmucilaginarea prin tratament acid sau rafinare acidă, completează procesul de hidratare, eliminând fosfatidele nehidratabile. Se obţine astfel deshidratarea, denaturarea şi carbonizarea substanţelor mucilaginoase, proteice şi colorante, solubile sau aflate în suspensie.
Ca substanţe acide se folosesc:

acidul sulfuric: se aplică tratamentul cu acid concentrat la rafinarea uleiului de rapiţă folosit la hidrogenare, respectiv cu acid diluat la uleiurile destinate deglicerinării;
acid citric: în soluţie apoasă se foloseşte la dezmucilaginarea uleiului de soia;
acid fosforic: se aplică mai ales la uleiurile comestibile din floarea-soarelui, precum şi la uleiurile închise la culoare.

Neutralizarea uleiurilor vegetale

Uleiurile brute au ca substanţe de însoţire acizi graşi liberi, rezultaţi din scindarea trigliceridelor în timpul depozitării sau prelucrării seminţelor oleaginoase. Întrucât aciditatea liberă a uleiurilor vegetale este limitată prin norme de calitate, este necesară eliminarea acidităţii libere excedentare (în mod normal aciditatea liberă este cuprinsă între 1-4 %). Eliminarea acizilor graşi sau dezacidifierea uleiului se poate realiza prin diverse metode, care diferă între ele după natura procesului respectiv:

neutralizarea alcalină; se aplică la uleiuri cu aciditate liberă sub 7 % şi constă în eliminarea acizilor graşi liberi sub formă de săpun alcalin (soapstock), prin tratarea acestora cu hidroxizi sau carbonaţi alcalini;
neutralizarea prin distilare; se aplică uleiurilor cu aciditate liberă de 7-30 % şi constă în antrenarea acizilor graşi liberi cu abur direct sau sub vid avansat;
neutralizarea prin esterificare; se aplică la uleiurile puternic acide, de peste 30 % şi constă în tratarea cu glicerină, care prin combinarea cu acizii graşi liberi reconstituie gliceridele.

Cea mai răspândită metodă este neutralizarea alcalină şi ea se execută odată cu dezmucilaginarea, în scheme de prelucrare ce diferă în funcţie de caracteristicile uleiului brut, calităţile pe care le cere uleiul rafinat şi soapstockul, schema unei instalaţii de dezmucilaginare şi neutralizare fiind prezentată în figura de mai jos.

Uleiul din rezervorul 1 este trimis de pompa 2, prin preîncălzitorul 3 la vasul de amestec
6, vas în care se aduce şi apa pentru hidratare. Pompa 7 trimite amestecul de recirculare în aparatul de hidratare 8, de unde uleiul şi flocoanele ajung în centrifuga 11, circuit amorsat de pompa 10. Din centrifugă concentratul de fosfatide este colectat în recipientul 16, iar uleiul hidratat în vasul 17.

Schema liniei tehnologice de dezmucilaginare şi neutralizare (procedeul Sharples

Dacă se foloseşte un tratament cu acid fosforic sau acid citric, atunci reactivul este adus din recipientul 4 cu pompa 5 şi amestecat în vasul 17 cu uleiul hidratat. Pompa 19 împinge amestecul prin rotametrul 18 şi preîncălzitorul 22 într-un malaxor 21, tot aici fiind adusă, prin intermediul pompei 13 şi soluţia alcalină preparată în rezervorul 12.

Amestecul de ulei şi soapstock din malaxor este trecut la centrifuga 23 unde are loc separarea soapstockului, care conţine şi mucilagiile precipitate odată cu sarea de sodiu a acidului citric. Pentru diluarea soapstockului în centrigugă este introdusă apă sau leşie de 6 0Be din rezervorul 14, trimisă de pompa 15 prin preîncălzitorul 20. Soapstockul este colectat în vasul 25, iar uleiul în rezervorul încălzitor 26, rezervor în care, cu pompa 29 este adusă apa caldă din preîncălzitorul 27 şi care dizolvă săpunul rămas în ulei.

Amestecul apă-ulei este recirculat cu pompa 27 după care este trecut la centrifuga 31. De aici, apele de spălare se separă şi se trec la decantorul 30, iar prin batalul de separare 33 apele se scurg la canal. Uleiul este trecut la o a doua spălare în vasul 32 şi separare în centrifuga 37, unde apele de spălare urmează acelaşi traseu, iar uleiul spălat trece la rezervorul tampon 38. Apa rămasă în ulei este evaporată sub vid în uscătorul 39 iar uleiul este trimis de pompa 36 în rezervorul 35, de unde va fi dirijat spre operaţia de decolorare.

În afara acestei metode se mai foloseşte neutralizarea în mediu sapo-alcalin şi neutralizarea alcalină în miscelă. În primul caz se aplică principiul neutralizării uleiului dispersat sub formă de picături într-o soluţie alcalină diluată, în care săpunul format se solubilizează eliberând uleiul.

Neutralizarea miscelei elimină antrenarea uleiului neutru în soapstock, principalul inconvenient al procedeelor clasice. Neutralizarea alcalină în stare de miscelă determină o rafinare complexă, realizând dezmucilaginarea şi decolorarea parţială a uleiului,
prezenţa dizolvantului favorizând procesul de rafinare.

Spălarea uleiurilor vegetale

Spălarea uleiurilor vegetale se face în faza de neutralizare şi are ca scop eliminarea completă, prin dizolvare, a resturilor de soapstock rămase în ulei, după separarea prin centrifugare. După spălare apa este supusă decantării în vederea recuperării uleiului antrenat, şi apoi este deversată la canal.

Uscarea uleiurilor vegatale

Uscarea uleiurilor vegetale este o operaţie necesară deoarece uleiurile neutralizate cu soluţii alcaline, după spălare, pot să conţină până la 0,5 % apă. Uscătoarele folosite sunt aparate cu funcţionare continuă, eliminarea apei fiind realizată în instalaţiile de neutralizare sub acţiunea
vidului.

Decolorarea uleiurilor vegetale

Pigmenţii coloranţi sunt substanţe de însoţire a uleiurilor şi sunt de provenienţă naturală (clorofila, carotina, xantofila) sau formaţi în broken şi în uleiurile din miscele distilate la temperaturi ridicate (complexe de substanţe melanofosfatidice), având un rol important în ceea ce priveşte calitatea uleiurilor. Decolorarea uleiurilor vegetale se face prin diverse procedee şi care, după principiul de bază se pot grupa astfel:

procedee fizice de decolorare: sunt bazate pe adsorbţia pigmenţilor cu pământ sau cărbune decolorant;
procedee chimice: sunt bazate pe reacţii chimice menite să modifice grupele cromogene ale pigmenţilor, prin distrugerea lor ca urmare a unor procese de oxidare sau trecerea în forme incolore, ca efect al unor reacţii de reducere.

Decolorarea fizică se aplică la uleiurile şi grăsimile vegetale comestibile iar decolorarea chimică la uleiurile şi grăsimile vegetale tehnice.

Decolorarea are şi unele efecte secundare precum eliminarea avansată a mucilagiilor şi a substanţelor proteice, a resturilor de săpun din uleiurile neutralizate alcalin şi a urmelor de catalizator din uleiurile hidrogenate.

Metoda de decolorare prin adsorbţie este cea mai utilizată în practică şi constă în amestecarea uleiului neutralizat şi uscat cu agentul decolorant, asigurarea unui contact intim o perioadă de timp determinată, urmată de separarea agentului din ulei. Adsorbţia pigmenţilor şi a altor substanţe de însoţire are loc în mediu lichid, separarea anumitor substanţe fiind realizată prin adsorbţie fizică şi chimică sau chemosorbţie, cele două fenomene fiind concomitente.

Oxidarea este cel mai important fenomen secundar ce însoţeşte adsorbţia, fiind favorizată de oxigenul conţinut de materialul adsorbant sub formă de pulbere şi de creşterea temperaturii. Pentru diminuarea fenomenului, decolorarea se face în instalaţii ce lucrează sub vid, evitându-se în acest fel distrugerea antioxidanţilor naturali şi formarea de peroxizi. Dintre factorii care influenţează randamentul operaţiei de decolorare, cei mai importanţi sunt caracteristicile adsorbantului, caracteristicile materiei prime şi condiţiile de lucru.
Caracteristicile adsorbantului sunt date de:

capacitatea de adsorbţie sau volumul de adsorbţie: reprezintă cantitatea de substanţă pe care acesta o poate adsorbi, indice care determină cantitatea de agent adsorbant folosit;
umiditatea adsorbantului: determină obţinerea efectului maxim de decolorare (sunt decoloranţi care dau un efect maxim la umidităţi mai mari de 10 %, iar alţii la umidităţi de până la 5 %);
cantitatea de adsorbant: oscilează în limite largi (0,5-5 %) în funcţie de natura uleiului şi gradul de decolorare ce trebuie obţinut, dar trebuie ştiut că creşterea cantităţii de adsorbant atrage după sine şi o creştere a pierderilor în ulei;
suprafaţa liberă de schimb de substanţă: trebuie să fie cât mai mare, fapt ce presupune măcinarea fină a adsorbantului sau ca acesta să aibă o structură cu pori fini în granule, gradul de mărunţire fiind limitat doar de capacitatea de reţinere a materialelor filtrante folosite.

Caracteristicile materiei prime sunt date de felul uleiului, natura şi concentraţia pigmenţilor, gradul de oxidare, conţinutul în acizi graşi şi săpun. Acestea depind de condiţiile de depozitare a materiei prime şi modul de conducere a procesului de extracţie.

Condiţiile de lucru optime pentru decolorarea uleiurilor comestibile sunt caracterizate prin temperatura uleiului de 85-90 grade C şi o presiune de 60 mm col Hg., durata procesului ce sigură un efect maxim fiind de 15-20 minute, la decolorarea în flux discontinuu şi de doar câteva minute la decolorarea în flux continuu.

Vinterizarea uleiurilor vegetale

Vinterizarea uleiurilor vegetale sau deceruirea are ca scop eliminarea celei mai mari părţi din ceruri şi gliceridele acizilor graşi saturaţi, ce solidifică la temperaturi normale (15-20 grade C) şi care dau tulbureala uleiului. Procesul de vinterizare constă în cristalizarea cerurilor şi gliceridelor solide folosind germeni de cristalizare.

De obicei se foloseşte praf fin de kieselgur pe care se aglomerează microcristalele, rezultând cristale de dimensiuni mari, separarea lor din ulei fiind realizată prin filtrare. Schema instalaţiei de vinterizare după procedeul „De Smet”: 1- rezervor ulei; 2,6,10,12,14,16- po,pe; 3- răcitor cu plăci; 4- răcitor cu saramură; 5- vas preparare kieselgur; 7- aparat de cristalizare; 8- vas de maturare; 9- preîncălzitor; 11,15- filtre aluvionare; 13. recipient cu suport filtrant; 17- colector ulei.

În practică uleiul este răcit la 5 grade C, este însămânţat cu germeni de cristalizare şi menţinut la această temperatură un timp necesar cristalizării, după care se încălzeşte la 12-16 grade C, temperatură la care se filtrează fără ca cristalele să se dizolve. Acest procedeu utilizat şi în ţara noastră este redat în figura de mai sus. Uleiul decolorat, după încălzire la cca. 20 grade C, se trimite în aparatul de cristalizare unde este amestecat cu kieselgur şi răcit treptat la 5 grade C.

Prin menţinerea unei perioade de timp a amestecului în vasul de maturare se obţine o creştere semnificativă a cristalelor, după care uleiul este încălzit la 12-18 grade C şi trecut la două filtre aluvionare: Înainte de filtrare în ulei se adaugă suportul filtrant constituit din cristal-theorit şi kieselgur.

Dezodorizarea uleiurilor vegetale

Dezodorizarea uleiurilor vegetale este operaţia prin care sunt eliminate substanţele care imprimă miros şi gust neplăcut, ea fiind obligatorie la uleiurile comestibile obţinute prin extracţie şi la grăsimile hidrogenate. Substanţele care imprimă uleiurilor miros şi gust neplăcut se pot grupa după provenienţă astfel:

naturale: se extrag din materiile prime nealterate prin presare la cald şi extracţie cu solvenţi, din această grupă făcând parte hidrocarburi nesaturate, terpene, compuşi cu gust înţepător sau amar;
formate prin alterarea materiilor prime sau a uleiului în timpul prelucrării sau depozitării şi cuprind acizi graşi liberi inferiori cu miros înţepător, aldehide şi cetone;
modificări de gust şi miros după unele faze de prelucrare: miros de ars la prăjire, miros de benzină, gust de săpun sau pământ.

Dezodorizarea efectivă a uleiurilor se face prin antrenarea acestora cu abur la presiune scăzută şi la temperatură relativ înaltă, condiţii impuse de faptul că substanţele ce imprimă gust şi miros uleiului au temperaturi de distilare ridicate la presiunea atmosferică.

Distilatul obţinut la antrenarea uleiului cu abur conţine un amestec de substanţe extrase din ulei, compus din substanţe volatile, de obicei hidrosolubile, substanţe nevolatile insolubile (saponificabile, nesaponificabile şi produse de oxidare) şi o cantitate de ulei antrenat.

Schema liniei tehnologice de rafinare discontinuă: 1,3,8,18- pompe; 2- aparat universal; 4-filtru de pământ; 5- rezervor ulei albit; 6- dezodorizator; 7- răcitor; 9- rezervor-răcitor; 10- filtru polisare; 11- rezervor ulei rafinat; 12- condensator; 13,17- pompe vid; 14- prinzător picături; 15- colector; 16- condensator barometric; 19- rezervor soluţie alcalină; 20- rezervor soluţie salină; 22- colector soapstock; 23- separator ulei; 24- prinzător grăsimi (batal); 24- colector apă.

Temperatura de tratare a uleiului trebuie astfel aleasă încât să poată antrena sub formă de vapori substanţele odorante, fără descompunerea gliceridelor. O reducere a temperaturii de lucru se poate face prin scăderea presiunii sub cea atmosferică şi antrenând substanţele care se distilă cu un gaz inert, de regulă fiind folosiţi vapori de apă degazaţi. La majoritatea procedeelor de dezodorizare temperatura este limitată la 185-220 grade C în cazul uleiurilor fluide şi 220-230 grade C la uleiurile solidificate.

Aburul de antrenare preia substanţele volatile având şi o acţiune de hidroliză asupra unor compuşi, prin eliminarea cărora se îmbunătăţeşte dezodorizarea. Temperatura aburului trebuie să fie mai mare decât a uleiului cu 30-50 grade C, iar prin injectarea sa în masa de ulei trebuie asigurată o distribuţie cât mai uniformă şi în cantităţi cât mai mici. Pentru a avea un contact bun între abur şi ulei se recurge la barbotarea uleiului cu abur de antrenare sau la dispersia uleiului sub formă de film subţire care curge pe suprafeţe aflate în contact direct cu abur.

Schemele liniilor tehnologice de rafinare reunesc utilajele şi echipamentele tuturor operaţiilor legate de flux, pentru sincronizarea debitelor fiind utilizare rezervoare tampon. Procesul de lucru al acestora poate avea caracter continuu sau discontinuu. Un interes deosebit pentru practică îl prezintă linia tehnologică de rafinare discontinuă a uleiurilor comestibile (fig. de mai sus) care, având capacităţi reduse de prelucrare (sub 20t/24 h), permit schimbarea frecventă a sortimentului de ulei.

Hidrogenarea uleiurilor vegetale

Deoarece la fabricarea săpunului şi a unor produse alimentare sunt necesare grăsimi care să rămână în stare solidă şi la temperaturi mai ridicare, a fost necesară modificarea punctului de topire a trigliceridelor ce formează uleiurile vegetale.

Transformarea gliceridelor lichide în grăsimi solide cu punct de topire ridicat se face printr-o reacţie de adiţie a hidrogenului la dublele legături ale radicalilor acizilor graşi nesaturaţi, proces numit hidrogenare. În practică se supun hidrogenării trigliceridele şi nu acizii graşi liberi, astfel că procesul este mult mai complicat, hidrogenarea fiind parţială şi mai rar totală, adiţia de hidrogen fiind posibilă doar în prezenţa unor catalizatori.

Fiind o reacţie catalitică, desfăşurată într-un mediu neomogen (un reactant este lichid iar celălalt gazos), hidrogenarea uleiurilor este un proces de cataliză eterogenă în care se disting trei etape succesive: absorbţia moleculelor reactanţilor pe suprafaţa catalizatorului, reacţia dintre moleculele de stare absorbită şi eliberarea produşilor de reacţie de pe suprafaţa catalizatorului. Hidrogenarea este un proces selectiv întrucât hidrogenul se fixează rapid la radicalii cei mai nesaturaţi, fără a-i satura total, decât la radicalii mai puţin saturaţi.

Comparativ cu hidrogenarea neselectivă, uleiurile hidrogenate selectiv au o compoziţie mai omogenă, cu efecte benefice asupra plasticităţii şi stabilităţii proprietăţilor organoleptice. Prin adiţionarea hidrogenului la dubla legătură a acizilor graşi au loc transformări ale substanţelor de însoţire, modificarea compoziţiei şi proprietăţilor trigliceridelor, fenomene secundare precum interesterificarea, polimerizarea şi hidroliza gliceridelor sau izomerizarea acizilor graşi.

Odată cu creşterea gradului de saturare cu hidrogen uleiurile lichide capătă aspectul unei paste care devine solidă. Saturarea completă a uleiului de floarea-soarelui ridică punctul de topire la 62-65 grade C, dar utilizările industriale solicită doar o hidrogenare parţială, până când punctul de topire este de 28-38 grade C la uleiurile comestibile şi de 48-50 grade C la uleiurile tehnice.

Privitor la substanţele de însoţire din uleiuri, transformările lor în procesul de hidrogenare sunt:

fosfatidele şi mucilagiile se descompun şi produc inactivarea catalizatorului, motiv pentru care uleiurile supuse hidrogenării trebuie dezmucilaginate;
carotenoidele ce dau culoarea galbenă, prin hidrogenare devin incolore;
vitaminele liposolubile A şi D se descompun pierzându-şi proprietăţile, păstrându-se aproape integral doar vitamina E;
prin adiţionare de hidrogen steridele se transformă în alcooli hidroaromaţi, iar prin reducerea grupării hidroxilice se pot transforma în hidrocarburi.

Unul din efectele secundare ale hidrogenării este hidroliza gliceridelor sau descompunerea la temperatură înaltă în glicerină şi acizi graşi, apa necesară reacţiei fiind furnizată de umiditatea hidrogenului. Ca urmare creşte uşor aciditatea liberă, cresc pierderile de grăsimi şi se formează un miros şi gust specific de hidrogenat.

Cel mai important efect secundar este însă izomerizarea acizilor graşi. În urma hidrogenării parţiale, dubla legătură în procesul de absorbţie-desorbţie pe catalizator se desface parţial, apărând situaţii ce determină o rotaţie a grupelor de atomi în jurul dublei legături, cu formarea de izomeri.

Astfel în produsul finit, pe lângă acidul stearic şi acidul oleic, se mai găsesc şi izomeri ai acidului oleic denumiţiacizi izoleici, izomeri de forma trans ridicând temperatura de topire chiar dacă indicele de iod nu scade corespunzător.

Viteza de hidrogenare este un parametru important ce caracterizează procesul şi ea depinde de mai mulţi factori:

activitatea catalizatorului: cu cât este mai mare numărul centrilor activi de pe suprafaţa catalizatorului, la nivelul cărora decurge reacţia de hidrogenare, cu atât mai mult creşte viteza, pe măsura folosirii catalizatorului fiind înregistrată scăderea activităţii sale;
cantitatea de catalizator: creşterea vitezei de hidrogenare cu cantitatea de catalizator este valabilă până la o concentraţie de 0,3-0,4 % faţă de grăsime, valoare peste care acesta nu mai poate fi folosit din lipsă de hidrogen;
temperatura de hidrogenare: creşte viteza de hidrogenare cu temperatura care, în funcţie de selectivitatea procesului, are valori cuprinse între 160-240 grade C (160-180 grade C la obţinerea grăsimilor moi, 180-200 grade C la obţinerea grăsimilor pentru margarine şi peste 200 grade C la obţinerea grăsimilor tehnice);
presiunea de lucru: creşterea presiunii duce la creşterea vitezei de hidrogenare printr-o mai mare concentrare a gazului dizolvat, mărind viteza hidrogenului în masa de ulei; are valori cuprinse între 1,5-2 daN/cm2, presiunea scăzută favorizând selectivitatea procesului;
intensitatea amestecării: are o influenţă favorabilă asupra vitezei de hidrogenare prin faptul că asigură o distribuţie continuă şi uniformă a hidrogenului în masa de ulei şi menţine catalizatorul în stare de suspensie.

Catalizatorii de hidrogenare sunt asiguraţi de metale precum nichel, platină şi paladiu, din considerente economice cei pe bază de nichel cunoscând o largă utilizare. Aceştia se obţin relativ uşor, sunt foarte activi dar au o selectivitate mai redusă, în practică fiind utilizate mai multe tipuri:

catalizatori de nichel pe suport de kieselgur: este un amestec de 20 % nichel, 25 % kieselgur, 55 % ulei hidrogenat sau în varianta 25 %Ni, 10 % kieselgur şi 65 % ulei hidrogenat, cu sau fără adaos de zirconiu, nichelul fiind precipitat în stare fină, dispersat pe suport de kieselgur;
formiatul de nichel: este o pulbere fină ce conţine 31-33 % nichel şi care nu are proprietăţi catalitice, însă prin descompunerea sa face ca nichelul metalic să devină catalizator;
catalizator de nichel Raney: este un aliaj cu 33 % nichel şi 67 % aluminiu tratat cu NaOH în condiţii controlate care, prin caracterul său neselectiv, este folosit doar la hidrogenarea uleiurilor tehnice;
catalizatori de amestec: au în structura lor două sau trei metale(cupru-crom, nichelcupru, cromit de cupru şi mangan, cromit de cupru şi nichel, etc.), cumulând avantajele catalizatorilor separaţi.

În ultimul timp sau făcut cercetări în domeniul hidrogenării prin cataliză omogenă, în care reactanţii şi catalizatorul formează o singură fază, catalizatorul fiind solubil în ulei. Catalizatorii folosiţi sunt complexe organo-metalice în care atomul metalului de tranziţie (Cr, Mn, Fe, Co, Ni, W, Mo) este legat coordinativ la radicalii liganzi, mai ales de tipul carbonil, fiind combinaţii de tipul Cr(CO)3, Mo(CO)3 sau W(CO)3, asociate cu benzoat de metil.

Cataliza omogenă a scos în evidenţă o temperatură de hidrogenare mai scăzută, eliminarea uşoară a catalizatorului prin spălarea cu acizi, un control mai bun al gradului de selectivitate, precum şi faptul că prin acest procedeu pot fi supuse hidrogenării uleiuri brute.

Metode de hidrogenare a uleiurilor vegetale

În funcţie de caracterul procesului se deosebesc hidrogenarea discontinuă (cu circulaţie de hidrogen în atmosferă staţionară de hidrogen) şi hidrogenare continuă (cu catalizator în suspensie sau cu catalizator staţionar). Hidrogenarea continuă este mai puţin selectivă şi se justifică doar la hidrogenarea unui singur sortiment de ulei. În general fabricile de ulei folosesc instalaţii de hidrogenare discontinue, în atmosferă staţionară de hidrogen şi cu circulaţie combinată, hidrogenul necesar desfăşurării procesului fiind obţinut din electroliza apei în staţiile de electroliză şi care trebuie să îndeplinească anumite condiţii de calitate.

Schema instalaţiei de hidrogenare a uleiului în atmosferă staţionară de hidrogen

Instalaţia de hidrogenare a uleiului în atmosferă staţionară de hidrogen (fig. de mai sus) realizează amestecarea celor două faze, iniţial prin barbotarea hidrogenului şi mai apoi prin intermediul unui agitator cu palete. Uleiul din rezervorul 1 este aspirat cu ajutorul vidului în autoclava dublă 2, până la 2/3 din capacitate, unde se încălzeşte, se dezaerează şi se usucă sub vid la cca. 120 grade C.

În rezervorul 8 are loc prepararea suspensiei de catalizator, prin amestecarea uleiului trimis de pompa 2, cu catalizatorul uzat adus de pompa 12 din rezervorul 9 şi cu catalizator proaspăt adus de pompa 10 din rezervorul 7. Suspensia de catalizator este introdusă în autoclavă după uscare, fiind urmată de creşterea temperaturii uleiului la 150 0C. La sfârşitul operaţiei de încălzire hidrogenul trecut prin reductorul de presiune 4, contorul 5 şi debitmetrul 6, este introdus în autoclavă, după care se închide legătura acesteia cu instalaţia de vid.

Se continuă încălzirea cu abur până la 170 grade C, creşterea temperaturii peste această valoare datorându-se reacţiilor exoterme din autoclavă. Limitarea temperaturii la 190 grade C se realizează cu ajutorul unei serpentine de răcire cu apă.

După consumarea hidrogenului necesar (atingerea punctului de topire prin alunecare) se întrerupe alimentarea cu hidrogen, uleiul este răcit la 80 0C şi cu pompa 11 este trecut la filtrul presă 13. Uleiul filtrat este colectat în rezervorul 14 iar turtele de catalizator în rezervorul 9.

Deoarece în ulei mai rămâne o cantitate mică de nichel, pentru eliminarea ei, dar şi pentru îmbunătăţirea calităţii uleiului hidrogenat, acesta este supus unei noi filtrări în filtrul presă 17.
Pentru aceasta în rezervorul 21 se prepară o soluţie de kieselgur cu ulei hidrogenat, care, trimisă cu pompa 22 formează în filtru un strat filtrant de kieselgur.

Uleiul din rezervorul 14 este trimis de pompa 15 la a doua filtrare, în acelaşi timp prin amestecătorul 16 introducându-se în ulei, cu dozatorul 19, o soluţie de acid citric de cca. 20 %, preparată în vasul 20. Uleiul filtrat este colectat în rezervorul 24 şi trimis cu pompa 25 la dezodorizare, iar kieselgurul uzat cu ulei este colectat în rezervorul 18 şi evacuat cu pompa 23.

Schema instalaţiei de hidrogenare a uleiului cu circulaţie combinată

Instalaţia de hidrogenare cu circulaţie combinată (fig. de mai sus) are prevăzut un reactor care dispersează hidrogenul în stratul de ulei, amestecul de ulei deversând în autoclavă. Uleiul rafinat din vasul 9 este trimis în autoclava 11 de pompa 10, unde se aduce şi hidrogenul. Hidrogenul din acumulatorul 1 trece prin reductoarele de presiune 2 şi 3, după care este introdus în reactorul 7 unde are loc reacţia dintre ulei şi hidrogen. Excesul de gaz neintrat în reacţie este aspirat de compresorul 5 şi după trecerea prin separatorul de ulei 4 este reintrodus în circuit.

Uleiul introdus în autoclavă este încălzit la 150 grade C în schimbătorul de căldură 6, prin recirculare cu pompa 8, apoi se usucă cu ajutorul vidului (autoclava fiind prevăzută cu două ejectoare şi un condensator) şi tot cu ajutorul vidului se introduce în autoclavă suspensie de catalizator din rezervorul 12, declanşând hidrogenarea propiru-zisă. În timpul procesului uleiul este recirculat prin schimbătorul de căldură 6, reactorul 7, autoclava 11 şi încălzit la cca. 189 grade C, după care temperatura este menţinută cu ajutorul apei de răcire.

Când hidrogenarea este terminată uleiul se răceşte la 90-100 grade C, iar cu pompa 15 este trimis la filtrul presă 14, de unde turtele de catalizator ajung în vasul 13 şi mai departe în rezervorul 12, uleiul limpede în rezervorul 16 şi filtratul tulbure în rezervorul 18, fiind retrimis la filtrare de pompa 15. Eliminarea resturilor de nichel ce rămân după prima filtrare se face printr-o a doua filtrare în filtrul presă 20, folosind ca material filtrant kieselgur. Uleiurile comestibile sunt colectate în rezervorul 21 iar uleiurile tehnice în rezervorul 19, pentru stabilizarea lor fiind necesar adăugarea de acid citric.

Interesterificarea uleiurilor vegetale

Interesterificarea este metoda prin care se modifică structura gliceridică a grăsimilor, rezultând o rearanjare moleculară a radicalilor acizilor graşi care esterifică glicerina. Prin aceasta se urmăreşte modificarea proprietăţilor fizice, fără afectarea compoziţiei acizilor graşi, iar dacă
interesterificarea este bine condusă se păstrează aceleaşi caracteristici chimice şi nu se produc reacţii secundare de oxidare, izomerizare sau polimerizare. Se obţin astfel substanţe cu proprietăţi plastice superioare, necesare îndeosebi la fabricarea margarinei.

Reacţia de interesterificare se poate desfăşura dirijată sau la întâmplare, iar în funcţie de baza de grăsimi asupra căreia acţionează poate fi:

interesterificare simplă, când reacţia se realizează între molecule ale unei singure grăsimi, fiind aplicată pentru untură şi seu;
interesterificare mixtă, când reacţia are loc între amestecuri de uleiuri hidrogenate şi nehidrogenate.

Uleiurile supuse reacţiei de interesterificare trebuie bine neutralizate şi decolorate, să aibă o aciditate liberă de maxim 0,1 %, umiditate maximă de 0,03 %, conţinut maxim în peroxizi de 1 %, fără alcooli şi acizi minerali. Reacţia de interesterificare este catalizată de către ioni ai metalelor alcaline sub formă de hidroxizi, alcoolaţi sau metale pulverulente. Mai larg utilizaţi în practica industrială sunt metilatul şi etilatul de sodiu, aliajul Na-K şi soluţia de NaOH.

Caracteristicile componenţilor şi uleiurilor interesterificate

Pentru constituirea bazei de grăsimi necesare obţinerii margarinei se folosesc amestecuri de uleiuri nehidrogenate şi hidrogenate, care introduc în alimentaţie acidul linoleic, indispensabil funcţiilor vitale ale organismului. Instabilitatea formelor cristaline şi prezenţa acizilor graşi sub forma trans sunt dezavantaje care se elimină prin transesterificare.

Procedeul se aplică în cazul amestecurilor de uleiuri de floarea-soarelui în sistem discontinuu, folosind drept catalizator 0,4 % NaOH prin agitare la 160 0C sub presiune scăzută şi în mediu de gaz protector, caracteristicile acestor uleiuri fiind prezentate în tabelul de mai sus.