Майлардың сапасын жақсартуға және биологиялық құндылығын арттыру үшін қолданылатын қайта этерификациялау процессі

Бүгінде бүкіл әлем бойынша бір адамның тағам рационына 16 кг сұйық май қажет екені анықталды және бірінші орында тұтынушыларды тек өніммен қамтамасыз етіп қана қоймай, сондай-ақ оларды май-қышқылмен балансталған өніммен қамтамасыз ету қажеттілігі туындауда.[2]

Өсімдік май мен қатты майлар адам өмірінде тек алмастырылмайтын фактор ғана емес, сонымен қатар энергия көзі және мембраналық жасуша құрамына кіретін пластикалық материал. Адам ағзасындағы липидтер күрделі ауыспалы процестерге қатысады және оның дұрыс жүруін қамтамасыз етеді.[3]

Өсімдік май мен қатты майлар ас дайындағанда, қуырғанда, ұн өнімдерін - нан, пісіргенде, кондитерлік өнімдерді даярлағанда кеңінен қолданылады. Тағам қуырғанда олар сол тағам азығына жылу алмастыру функциясын орындайды. Қуыру процессі, кейінгі он жылда массалық урбанизация кезеңінде кеңінен таралған, үй жағдайында сонымен қатар, өндірістік жағдайдағы тез әдістің бірі.

Әркелкі пісіру әдістерінде майлардың орны бөлек. Нан пісіруде майды қосу (шамамен, өнім салмағына 2%) , оның көп сақталуын және борпылдақтығын жоғалтпауына үлкен әсер етеді. Кондитерлік өнім даярлағанда, әр келкі өнім дайындағанда майды осы өнімдерде түзілетін көпіршіктердің біркелкі орналасуы үшін қосады, соның салдарынан өнімде деликатестік қасиет және құрам пайда болады. [1]

Майлы өнімдердің атеросклероз ауруының прафилактикасында және емделуінде маңызды орын алады.

Майлардың организмде өмірлік қажетті метаболикалық процессі тек май қышқылды құраммен ғана анықталып қоймайды, сонымен қатар үшглицеридтердегі май қышқылдарының малекулааралық орналасуымен де анықталады. Сонымен қатар, майлардың майқышқылды және глицерид құрамы адам денесінің температурасында сұйық болуы қажет.

Көп таралған линол-олейнді тобтағы сұйық майлар (күнбағыс, соя, рапс майлары), пальма майы және оның фракциясы, сонымен қатар ерітілген жануар майлары (шошқа, сиыр майлары) майқышқылды және глицерид құрамдары оптималды емес. Сондықтан, толық құнды тағамдық май алу үшін қатты майлар мен сұйық майларды модифицирлейді.

Мұндай құрамды майларды өңдегенде майларды қайта этерификациялау процессі қолданылады, бұл әдіс көптеген дамыған мемлекеттердің қалаларында кеңінен қолданылуда.

Қайта этерификациалау – деп майдағы үшглециридтердің ацилді тобтарының орын алмасуын айтады. Қайта этерификацияға қатты майлармен сұйық майларды, көп жағдайда олардың қоспасын ұшыратады.Ол төрт түрге бөлінеді:

1. Екі глицерид арасындағы май қышқылдарының радикалдарының алмасуы (малекулааралық қайта этерификациялау);

2. Глицеридтегі қышқыл радикалдарының ά-дан β-ға араласуы (ішкі малекулалы қайта этерификациялау);

3. Глицерид және спирт аралық радикалдарының алмасуы (алкоголиз);

4. Глицерид және қышқыл аралық радикалдарының алмасуы (ацидолиз).

Ішкі малекулалы қайта этерификациялау кезінде ішкі үшглицеридтердің ацилді тобтарының орыны өзгертіледі:
СН₂ОСR₁ - CHOCOR₂ - CH₂OCOR₃↔

CH₂OCOR₂ – CHOCOR₁ – CH₂OCOR₃

Егер қайта этерификациялау процесінің температурасы қандай да бір үшглицерид фракциясының температурасынан төмен болса, онда ол фракция қатты фаза түрінде майдан бөлініп шығады және ары қарай реакцияға қатыспайды.

Бағытты қайта этерификациялау берілген температурада майдың сұйық және қатты фазаларының арасындағы термодинамикалық тепе-теңдікпайда болғанша жалғаса береді. Сонда-ақ қайта этерификациялау майлардың молекулалық құрамын өзгертеді. Майдың глицеридтік құрамының өзгеруі оның физикалық (балқу температурасы және т.б.) қасиетінің өзгеруіне алып келеді. Қайта этерификациалау реакциясының механизмі карбоксилді С – О тобтардың күрделі эфирлі спирттобтары ди- және моно-глицеридтермен реакцияға түскеннен кейін аяқталады.

Карбоксилді тобтарының шын мәніндегі құрылысы мынадай болады:

Қайта этерификацияның мақсаты – майлардың немесе олардың қоспасының консистенциясын, физикалық қасиетті (балқу температурасы, қаттылығы) өзгерту және тұрақты кристалдық құрам алу. Қайта этерификациялау нәтижесінде майдың үшглицеридтік құрамы және физико-химиялық көрсеткіштер жақсарады – балқу температурасының төмендеуі, борпылдақтығы, біркелкілігі ұлғаяды. Дайын өнімде үшқаныққан және үшқанықпаған глицерид құрамы төмендейді және орташа балқымалыәркелкі қышқылды моно- және диқаныққан глицерид құрамы жоғарлайды.

Қайта этерификациалау процессі басқа модификацилау процестерімен салыстырғанда мынадай қасиеттерге ие:

-қайта этерификация адам ағзасына зиянсыз транс изомерлі май алуда, сонымен қоса майлы негіз құрамына физиологиялық натуральді линол қышқылын ендіруге қолайлы;

-қайта этерификация адам ағзасында қиын қорытылатын нашарбалқитын майлардың ( пальма майы, пальмалық стеорин, жануар майы) сұйық өсімдік майлармен қоспасын, жоғарыбалқымалы глицеридтердің төменбалқымалы глицеридтерге айналуын жоғары деңгейде қамтамасыз етеді;

-қайта этерификацияланған майлардың басқа майлардан ерекшелігі жоғары борпылдақтығы және тұрақты майдакристалдық полиморфқа дейін кристалдану қасиеті. [5]

Қайта этерификациалау процессі май қышқылдарының радикалдарын галогенді катализаторлар арқылы бір-бірімен алмастыруға негізделген (малекулааралық және ішкі малекулааралық).

Қайта этерификациялау процессі қажетті құрамды май өнімдерін алуға мүмкіндік береді. Қайта этерификациалау процессі арқылы тағамдық майдың құрамындағы балқымалы май қышқылдарын реттеуге болады. Қайта этерификациалау процессін майдың балқу температурасын төмендетіп, оның ауамен әрекеттесіп қышқылдануын төмендетеді.

Малекулааралық қайта этерификациялау екі глицерид арасында жүргізіледі – үшстеарин, үшалеин. Қорыта келгенде бірнеше араласқан үшглицеридтер алынады.
С₃Н₅ (ОСОС₁₇Н₃₅)₃ + С₃Н₅(ОСОС₁₇Н₃₃) →

С₃Н₅(ОСОС₁₇Н₃₅)₂ * (ОСОС₁₇Н₃₃) + С₃Н₅(ОСОС₁₇Н₃₃)₂ * (ОСОС₁₇Н₃₅)

Табиғи майларды ішкі малекулалық қайта этерификациялау мынадай жолмен жүреді:

СН₂ОСОR₁ – CHOCOR₂ – CHOCOR₃→

СН₂ОСОR₂ – CHOCOR₁ – CH₂OCOR₃

Қазіргі уақытта осы әдіс арқылы бірнеше зауыттар қайта этерификациаланған майларды алуда.

Алкоголиз реакциясы күрделі эфирлерді қайта этерификациялаудың үшінші түрі. Май қышқылдарының глицеридтері спиртпен қыздырылған кезде құрамын өзгертпейді. Егер қыздырылған майға екі есе көлемде метил спирті аралсса, онда еріткіштен глицерид өте жылдам бөліне бастайды. Бұл кезде глицерид қабаттары спирт ерітіндісінде май қышқылының метильді эфирлері пайда болады.

Бұл реакция мына түрде жүреді:

C₃H₅ (OH)₃ + RCO * OCH₃

метил эфирі
Күрделі эфирлердегі спирттердің мұндай алмасуын алкоголиз деп атайды. Спирттерді қолдануға байланысты оларды метобализм, этанализм және тағы басқа түрлерге бөледі. Алкоголиз реакциясы гидролиз реакциясына өте ұқсас, бірақ бұл реакцияда судың орнына спирт қолданылады.
СН₂ OCOR – CHOCOR – CH₂OCOR + 3CH₃OH →

CH₂OH – CHOCOR - CH₂OCOR + RCOOC H₃

CH₂OH – CHOCOR + RCOOC H₃

CH₂OH – CHOH - CH₂OH + RCOOC H₃

Алкоголиз реакциясы малекулааралық қайта этерификациялау тәрізді катализатордың көмегімен жақсы жүреді (мысалы: натрии алкоголяты, калии алкоголяты). Қарама қарсы жағдайда температура 250ºС – қа жоғарласа да реакция жәй жүреді. Спирттің массасы жоғарылатылса, алкоголиз реакциясы өте жәй жүреді.Алкоголиз реакциясын жылдамдату үшін сапасына қарай мынадай катализаторлар қолданылады: өткір калии, өткір натрии.

Қайта этерификациялау реакциясының төртінші түрі ациодолиз деп аталады. Бұл май қышқылдарын глицеридтермен қыздырған кезде жүреді.

С₃Н₅(ОСОR₁) * (ОСОR)₂ + RCOOH

Ацидолиз жоғары балқымалы үшглицеридтердің балқу температурасын төмендетеді және май үшглицеридтердің малекулаларына төмен малекула май қышқылдарын өндіреді. [7]

Қайта этерификациялау процесінің кең тараған әдісі сабынды – сілтілі еріткіште майды үздіксіз бейтараптау қондырғысын автоматты түрде реттеу болып табылады. Бұл қайта этерификациялау процесінің кемшілігі алынатын өнімнің төмендігі және дайын өнімнің аз көлемде өндірілуі.

Өнер табыстың мақсаты қайта этерификацияланған дайын өнімнің көлемін жоғарылату болып табылады.

1. Қатты май беру, 2. қатты май шығынының көрсеткіші, 3. сұйық май мен қатты майды араластыруға арналған араластырғыш, 4. мөлшер көрсеткіші, реттегіш, орындаушы механизм, сұйық май беру технологиялық жүйесі, сұйық май шығынын өлшеуге арналған көрсеткіш, майдың қаттылығын анықтайтын көрсеткіш, майдың қаттылығын көрсететін екінші құрылым, реттегіш орындаушы механизм, қайта этерификацияланатын өнімді беруге арналған технологиялық жүйе, температура көрсеткіші, қыздырылған бу беру технологиялық жүйесі, қайта этерификацияланған май шығынын көрсететін көрсеткіш, қайта этерификациялау реакторы, реттегіш орындаушы механизм, алкоголят суспензиясын беруге арналған технологиялық жүйе, шығын көрсеткіші, шығын реттегіш, қышқыл санын анықтау көрсеткіші, орындаушы механизм, термометр, реттегіш орындаушы механизм, қайта этерификациялау реакторына қыздырылған бу беру жүйесі, қайта этерификацияланған сілтілі-сабынды бөлгіш, реттегіш орындаушы механизм.

Бөлгіштен сілтілі-сабынды еріткішті шығару технологиялық жүйесі, қайта этерификацияланған майды жуғыш аппаратқа беру, қайта этерификацияланған жуғыш аппарат, рН көрсеткіші, жуылған суды шығару, реттегіш орындаушы механизм, қайта этерификацияланған майды кептіргіш аппаратқа беру, қайта этерификацияланған вакуумдық кептіргіш аппарат, реттегіш орындаушы механизм, температура көрсеткіші, қайта этерификацияланған майдың қаттылығын өлшеу.

Араластырғышқа қатты май 1 технологиялық жүйе арқылы беріледі, ал сұйық май жетінші технологиялық жүйе арқылы беріледі. 3 араластырғышта интенсивті араласқан шикі зат 22 орындаушы механизм арқылы 20 қайта этерификациялау реакторына беріледі және осы аппаратта 23 технологиялық линиядан 29 орындаушы механизм арқылы алкоголят суспензиясы беріледі. Содан соң араласқан өнім 27 линия арқылы бөлгіш аппаратқа беріледі. Бұл жерде қайта этерификацияланған май мен сілтілі-сабынды еріткішті бөлу процесі жүреді. Сілтілі-сабынды еріткіштен бөлінген қайта этерификацияланған май 43 линия арқылы 44 жуғыш аппаратқа беріледі. Содан соң 50 линия арқылы 51 вакуумды кептіргіш аппаратқа беріледі. Бұд жерде кептірілген қайта этерификацияланған май дайын өнім ретінде құбыр арқылы шығарылады

• 
  Ылғалдылығы 0,01дейін;
  
• 
  Бос май қышқылдары 0,1 дейін;
  
• 
  Қышқыл саны 0,05 дейін.
  

Қайта этерификациялауға арналған шикізат ІІІІ кестеде көрсетілген. Жоғары сапалы қайта этерификацияланған майларды алу үшін шикізат сапасына өте көп назар аударылуы керек.

Майлардың негізгі көрсеткіштерінің түрі олардың балқу температурасы: ол төмен болған сайын адам ағзасында тез қабылданады және дәмдік қасиеті жоғары, бірақ, температураның төмен болғаны ыңғайсыз, себебі майлар температураның жоғарлаған кезде тауарлық түрін жоғалтады.

Майлардың сапалық көрсеткішіне майқышқыл құрамы әсер етеді,үшглицеридтердің құрамындағы май қышқылдардың қалдықтары. Сонымен қатар үшглицеридтердің топтық құрамы маңызды орын алады. Үшглицеридтердің кейбір түрлерінің өзіндік балқу температурасы бар.

Негіздік катализатор -ди және –моно глицеридтерді активтендіреді және оларды спирт тобтарының теріс зарядталуын жоғарлатады. Негіздік катализаторлардың активті түрі натрий, калий балқымасы, натрий этилаты және метилаты болып табылады. Бұл катализаторлар майлардың қайта этерификациялау процессін эффективті түрде жоғарлатады.

Ары қарай натрий глицератын жоғарыдағы кестеде көрсетілгендей үш глицеридтер әрекеттеседі. Шын мәнінде реакцияда алкоголят натрий қайта этерификациялау процесінің жылдамдығы байқалады. Осы индукциялық кезеңді натрий алкоголятына үшглицеридтер әсер етеді.

Индукциялық кезеңнің жалғасуы натрий алкоголятына табиғатына, сапасына және санына байланысты. Глицериннің қатысуына байланысты қайта этерификациялау процесінің жылдамдығы жоғарылайды және май қышқылдарының үшглицеридтерге таралуымен аяқталады.

Дайын қайта этерефицирленген майлардың түсі сұр, бозғылт болады.

Бұл майлар келесідей көрсеткіштермен сипатталады.
Кесте №6

Сондай – ақ қайта этерификация процесінің тамақ өнеркәсібіне байланысты әр түрлі шикізаттар қолданылады. Мысалы, мақта майынан нан пісіру өндірісі үшін қайта этерификацияланған сұйық май өндіреді. Гидратталған пальмоядро майынан балқу температурасы 35-37 ºС қайта этерификацияланған май өндіреді.

Қайта этерификацияланған майлардың статистикалық құралы оның тек қаныққан және қанықпаған май қышқылдарының көлеміне байланысты.

Қайта этерификацияланған майдың қаттылығы және балқу температурасы алынған өнімнің құрамындағы жоғары малекулалы қаныққан май қышқылдарының көлеміне қарай өседі.

№7 кестеде май қышқылдарының сипаттамасы келтірілген.
№7 кесте

Табиғи жоғары балқымалы немесе гидрогенизацияланған және сұйық майлардың қайта этерификациялау прцессі май және тағыда басқа өндірістер үшін өте сапалы тамақ құндылығы жоғары өнім алу мақсатында жүргізіледі.

Май өнімдері 1 таразыдан насос арқылы өтіп 2 араластырғышта араласады. Процестің эффективтілігін жоғарлату үшін 3 вакуум кептіргішке беріледі. Кептірілгеннен кейін май 5 реакторға бағытталады үстінен 4 арнайы дозалағыш құрылғы арқылы катализатор беріледі. Жүйе ағынмен 6 экспозиторға барады. Онда майлы қоспа этерифицирленеді. Бұл жерде катализатор өткір қышқылмен дезактивирленеді.

Дезактивирленген майлы қоспа қорытынды тазартудан өту үшін 8 - 9 сүзгіштерге бағытталады. Сүзгіштерде май тазаланып, дайын өнім қабылдағыш 10 қорапшаға жіберіледі.

Сондай ақ бұл тәсімде жұмыс істеу қабілеттілігімен ерекшеленетін мынадай қондырғылар бар:

• 
  майды кондиционерлеу.
  

Өнімді қосалқы өңдеуге арналған жабдық, ол герметикалық қамтамасыз ету жүйесінен және ағартқыш топырақтарды дозалайды. Реактор өңделетін өнімді меаникалық араластырғыш арқылы үздіксіз немесе мерзімді әрекетте араластырылады. [9]

4

8 9

2

6

Қайта этерификациялау процесінің технологиялық тәсімінде негізгі процесс жүретін жабдық қайта этерификациялау – реакторы. Бұл апараттар мерзімді немесе үздіксіз әрекетте жұмыс істейді. Жабдық қайта этерификацияланған қоспаны қалақпен немесе пышақты араластырғышпен араластырады. Қоспаны араластыру электр қозғалтқыш арқылы іске асырылады.

Қазіргі уақытта қайта этерификацияланған май алу өндірістерінде көбінесе ағынды қайта этерификациялау – реакторын қолданады. Жабдық жоғары өнімділікпен ерекшеленеді және электр шығындарын қажет етпейді.

Ағынды қайта этерификациялағыш реактор көптеген техналогиялық процестерде қолданылады. Жабдық екі жақты құбыр арқылы компонентті интенсивті араластыруға арналған. Жалпы камераға жалғанған екі инжектордан тұрады. 4 корпусында екі конусты тесікке 3 орнатылған құбырдан жоғары сығыммен майлы шикізат беріледі. Содан соң ол екі эжақты 6 құбырлармен камераға беріледі және 7 араластырғыш камераға беріледі. Катализатордың майлы суспензиясы 2 құбыр арқылы жоғары сығыммен 6 камерадан өтіп 7 араластырғыш камераға беріледі. Май қарама – қарсы бетпен соқтығысу кезінде катализатормен интенсивті араласады. Осы кезде қайта этерификациялау процессі жүреді. [9]

Өнімнің температурасы 90-95ºС

Габоридті өлшемдері

Ұзындығы 750 м.

Б
Реакциялық

коспа
иіктігі 40 м.

Кесте №8