Очистка жиров (рафинация)
В жирах, вытопленных из жира-сырца или отпрессованных из шквары, содержатся примеси: частицы жировой ткани и шквары, вода. Кроме таких примесей, в жирах могут находиться свободные жирные кислоты (больше установленного стандартам предела) и пахучие вещества. Все эти примеси ухудшают качество жира, а иногда делают жир непригодным для пищевых целей. Удаление примесей и является задачей рафинации жиров.
Условно все методы рафинации можно разделить на две группы: удаление взвешенных в жире частиц и удаление растворенных в жире веществ.
К взвешенным в жире веществам относятся шквара, вода и механические случайные примеси. К растворенным—свободные жирные кислоты, красящие и пахучие вещества. Зачастую удаление примесей первой группы происходит одновременно с удалением примесей второй группы.
Правильно вытопленные пищевые животные жиры из свежего сырца не нуждаются в удалении растворимых в жире примесей. При удалении свободных жирных кислот (нейтрализации), в особенности красящих веществ (отбелке), получаются жиры значительно менее стойкие при хранении. Поэтому нейтрализация и отбелка пищевых жиров должны применяться только в исключительных случаях (например, если жир по органолептике полностью отвечает требованиям стандарта, но по каким-либо причинам имеет повышенную кислотность или если требуется получить бесцветный жир).
Методы удаления взвешенных примесей
Отстаивание — самый простой метод очистки жиров. Он основан на разности удельных весов жира и примесей (частицы тяжелее жира оседают вниз, а более легкие всплывают на поверхность). Скорость оседания взвешенных в жире частиц повышается с понижением вязкости жира и увеличением разности удельных весов частиц и жира, а также с увеличением диаметра частиц.
Так как вязкость жира зависит от температуры и уменьшается при ее повышении, то. отстаивание можно ускорить повышением температуры. Но повышение температуры, ускоряя процесс отстаивания, отрицательно влияет на качество жира (ускоряет окисление и гидролиз жира, может вызвать ухудшение его органолептических показателей).
Кроме того, отстаивание при температуре более высокой, чем температура слитого в отстойник жира, вызывает появление в жире конвекционных токов. Поэтому отстаивание жира ведут при температуре 60—65°, т. е. на 10—15° выше точки застывания жира. При более низкой температуре вязкость жира повышается и затрудняет отделение взвешенных частиц.
Ускорить отстаивание жира можно повышением разности удельных весов взвешенных частиц и жира, вводя в жир электролиты (поваренную соль). Соль, растворяясь в воде, содержащейся в жире, образует рассол, обладающий большим удельным весом. Добавление электролита одновременно способствует разрушению водно-жировой эмульсии.
Отстаивают жир в отстойниках различных типов: железных цилиндрических с коническим или сферическим днищем, с паровой рубашкой, прямоугольных с донным обогревом и ‘деревянных без обогрева.
Обогревают отстойники или горячей водой и глухим паром, или горячей водой.
Наиболее эффективными являются отстойники с рубашкой и коническим дном, в которых более удобный спуск фузы и воды.
При обогреве отстойника паром рубашку предварительно заполняют водой. Загружают отстойник на 80% его емкости. Жир сливают через марлевый мешочек, подвешенный на конец сливной трубы.
Продолжительность отстаивания 5—6 час. при температуре 60—65°. Отстаивание считают законченным, когда жир становится прозрачным. Более короткий срок отстаивания недостаточен для полного осветления жира, более длительный срок ведет к ухудшению качества жира.
Во время отстаивания (4—5 раз) жир отсаливают мелкой солью (1—2% к весу жира) и сливают после каждой отсолки воду и фузу.
Фуза составляет 3% к весу жира и содержит до 30% жира, до 15% сухих веществ и до 55% воды. Ее направляют на переработку.
Метод отстаивания жира имеет много существенных недостатков по сравнению с другими (большая продолжительность процесса, необходимость значительной площади, потери жира в фузе, недостаточная полнота очистки жира). Однако благодаря своей простоте и возможности применения для любого жира вне зависимости от метода вытопки его он весьма распространен.
Фильтрация — очистка жиров в фильтрах, работающих под избыточным давлением (фильтрпрессы — рамные и камерные). Давление в фильтрпрессе создается подачей жира под напором при помощи насоса или под собственным напором. Насосы для подачи жира на фильтрпресс поршневые или ротационные. Подача жидкости на фильтр должна быть по возможности равномерной, без толчков, чтобы не вызвать разрыва фильтровальной ткани (фильтр-диагональ или бельтинг). Поэтому целесообразно устанавливать между насосом и фильтрпрессом промежуточный цилиндр — компенсатор.
Давление на фильтрпрессе не должно превышать 3 кг/см2.
Производительность фильтра зависит от абсолютной вязкости жира, которая, в свою очередь, зависит от температуры. Поэтому с повышением температуры скорость фильтрации жира увеличивается. Оптимальная температура фильтрации животных жиров 75—60°.
Рамный фильтрпресс состоит из чередующихся прямоугольных рифленых плит и рам, между которыми зажимается фильтрующая ткань.
Фильтруемый жир поступает в камеру, образуемую рамой и двумя соседними плитами. Пройдя через фильтровальную ткань, жир стекает вдоль бороздок плит к кранам; осадок же остается на ткани.
Производительность такого фильтрпресса при давлении 1,5—2 кг/см2 с 1 м2 фильтрующей поверхности составляет 120—200 кг жира в час при температуре жира 70° (в зависимости от его загрязненности).
Камерный фильтрпресс состоит из одних фильтровальных плит, которые при сборке образуют попарно отдельные камеры. Центральные отверстия плит образуют соединительный канал для всех камер пресса. Жир поступает в камеру, образуемую двумя смежными плитами. Просачиваясь через фильтровальную ткань, жир вытекает из камеры через кран; осадок остается на ткани.
Камерные и рамные фильтрпрессы изготовляются с различным количествам плит (от 12 до 40), различных размеров (от 300X300 мм до 1000X1000 мм).
Преимуществом рамных фильтрпрессов по сравнению с камерными является простота одевания фильтрующей ткани, более легкое промывание осадка от жира, более равномерное оседание осадка во всех рамах, а отсюда и более равномерная толщина его и возможность накопления большого объема осадка.
Пропускать через фильтрпрессы можно только жиры с незначительным содержанием влаги (0,2—0,3%), в противном случае вода будет проходить через ткань. Если температуру фультрации увеличить до 90—95°, то можно добиться высушивания жира в ходе фильтрования.
Фильтрпрессы целесообразно применять для очистки жиров, вытопленных в вакуумных горизонтальных котлах (содержание влаги 0,1—0,2%); жир после фильтрования получается совершенно прозрачным.
Фильтрпрессы применяются и для очистки жиров от адсорберов после отбелки.
Расход ткани на фильтрование 1 т жира составляет до 100 г.
При длительном употреблении фильтровальной ткани без стирки или при небрежном промывании ее, а также при плохой очистке фильтрпрессов жиры быстро прогоркают.
Недостатками фильтрпрессов являются периодичность их работы, потеря времени на чистку, применение ручного труда при чистке.
Сепарирование — быстрое и более совершенное удаление из жиров влаги и механических примесей. Сепарирование применяют для жиров, вытопленных в котлах любого типа.
Для очистки жиров обычно используют тарельчатые сепараторы.
Жир, полученный из жира-сырца, сепарируют на сепараторе ИСА Главпродмаша. Основной частью сепаратора является барабан, в котором жир очищается от воды и плотных примесей. В барабане помещены тарелкодержатель и набор тарелок. Три направляющих тарелкодержателя удерживают тарелки в строго определенном положении. В конусной части тарелкодержателя находится восемь отверстий, через которые сепарируемая жидкость поступает и распределяется между тарелками. Ребра тарелкодержателя придают поступающей жидкости вращательное движение.
Тарелки имеют восемь отверстий и приварены на верхней стороне планки. При наложении тарелок одна на другую отверстия совпадают и образуют восемь каналов, по которым сепарируемая жидкость поднимается «верх и распределяется между тарелками; тарелки закрыты разделительным колпакам и крышкой. В верхней части разделительный колпак имеет 32 отверстия для выхода очищенного жира.
На станине сепаратора размещены сборники, предназначенные для приема загрязненного жира и отвода продуктов сепарирования. Они разделены перегородками, чтобы продукты сепарирования не смешивались.
Сепаратор работает следующим образом.
Через 3 мин. после пуска в сепаратор подают горячую воду (85—95°) для прогрева его и вытеснения воздуха. Когда вода начинает вытекать из грязевого сборника, подачу ее в сепаратор сокращают до 10—15% к весу поступающего жира (250—300 л в час).
Через 8—10 мин. с момента пуска сепаратора подают жир, нагретый до 85—90°. Во время сепарирования температуру жира и добавляемой воды поддерживают 85—90°.
Жир и вода поступают по трубопроводу через питатель в хвостовую часть верхней крышки сепаратора. Отсюда они поступают самотеком в быстровращающийся барабан, где, пройдя через тарелкадержатель, распределяются тонким слоем между тарелками. Жир как более легкий продукт движется по направлению от периферии к оси вращения, а вода и плотные вещества — от оси вращения к периферии.
Под напором постоянного притока продукта очищенный жир и примеси поднимаются в верхнюю часть барабана. Жир проходит между корпусом тарелкодержателя и верхним разделительным колпаком, проникает черев отверстия в верхнем разделительном колпаке, попадает в контрольную камеру и отводится в жировые коммуникации цеха. Вода и посторонние примеси движутся между верхним разделительным колпаком и крышкой барабана и через контрольную камеру удаляются в сборник.
Грязевая вода направляется в жироуловитель, собранный в нем жир вновь сепарируется. После каждой остановки сепаратор разбирают и подвергают чистке.
Производительность сепаратора 2500 л/час, мощность электродвигателя 4,5 квт, число оборотов барабана в минуту 6100.
Методы удаления растворенных в жире веществ
Кристаллизация жиров. Для выработки жиров с более низкими температурами плавления и застывания (олеомаргарин, свиное масло, костное масло) вытопленные и очищенные жиры подвергают специальной обработке, отделяя более легкоплавкие глицериды. Жидкую фракцию выделяют кристаллизацией, а отделяют ее от твердой прессованием.
Величина кристаллов твердой фазы имеет большое значение, так как мелкие кристаллы при (последующем прессовании выкристаллизованного жира проходят через салфетки пакетов, жидкая (фракция получается с большим содержанием твердых глицеридов.
Наиболее благоприятные условия для прессования закристаллизованного жира и получения (более высокого качества жидкой фракции создаются при медленном охлаждении в кристаллизаторах с плохой теплопроводностью. Температуру (кристаллизации жиров выбирают в зависимости от требований, предъявляемых к получаемым жидким (фракциям, и от величины выходов жидких фракций. Установлена наиболее оптимальная температура кристаллизации говяжьего жира для получения олео-маргарина — 31°, свиного жира для получения свиного масла — 10°.
Олео-маргарин получают из говяжьего жира высшего сорта. Кристаллизацию его производят в металлических тазиках емкостью 8—24 л в течение 16—24 час. при 31° (быстрый метод кристаллизации) или в железных луженых или деревянных тележках вместим остью 250—300 кг жира в течение 65—72 час. при той же температуре (медленный метод кристаллизации). Быстрый метод кристаллизации по качеству готовой продукции уступает медленному, так как образуются мелкие кристаллы твердых глицеридов. Кроме того, этот (способ требует большой затраты рабочей силы.
Закристаллизованные жиры завертывают в салфетки (пакеты) из бельтинга на столе с вращающейся крышкой. В каждую салфетку укладывают 1—1,2 кг жира.
Завернутый в салфетки жир прессуют на открытых гидравлических прессах, из которых наиболее удобны прессы с двумя тележками.
Наличие двух тележек, из которых одна находится под прессованием, а другая на выгрузке и загрузке пакетами, увеличивает производительность пресса.
Давление в прессе создается насосом с двумя автоматически включающимися плунжерами. Предельное давление 175 кг/см2. Увеличение давления свыше 175 кг/см2 ведет к повышению титра жидкой фракции (из-за проникновения через салфетки частиц олео-стеарина) и к разрыву салфеток.
Продолжительность прессования с подпрессовкой 1 час. 40 мин., без подпрессовки 1 час. 15 мин. Производительность пресса 300 кг/час неотпрессованного жира.
Выход олео-маргарина составляет 59% от веса закристаллизованного жира, стеарина 40%, обрезки стеарина 0,8%, технического жира (из жироуловителя) 0,1%, потери 0,1%.
Охлаждение жиров
Для получения однородной структуры свиной жир быстро охлаждают, при медленном охлаждении он приобретает зернистую структуру. При быстром охлаждении свиного жира образующиеся кристаллы тугоплавких глицеридов настолько мелки, что застывшая масса выглядит однородной.
При быстром охлаждении свиного жира повышаются его пластичные свойства; он легко плавится и принимает любую форму. Пластичные свойства свиного жира имеют большое значение при использовании его в кондитерском производстве. В тесте он распределяется в виде пленок, тогда как жидкое масло размещается в виде капель.
Кроме того, при замешивании теста пластичные жиры, в противоположность жидким, вбирают и удерживают значительное количество воздуха, отчего изделия из теста имеют равномерную пористость.
Жир при охлаждении может переохлаждаться, тогда в нем наблюдается выраженный полиморфизм. При остывании жир может остаться мягким, так как часть его глицеридов не перейдет в твердое состояние из-за переохлаждения.
Консистенция пластичного жира зависит от размера и количества находящихся в нем твердых частиц. С уменьшением их среднего размера жир становится более твердым и, наоборот, с увеличением его — более мягким. Поэтому зернистый свиной жир мягче гладкого (однородного), расплавленный и медленно охлажденный — мягче пропущенного через охлаждающий аппарат.
При охлаждении жира в него врабатывают 5—20% воздуха, который находится в виде пузырьков диаметром 10—15 мк. Эти пузырьки придают пластифицированному жиру белый цвет и полупрозрачный вид. Количество врабатываемого воздуха зависит от времени перемешивания и глубины охлаждения жира.
Охлаждают свиной жир в мешалке-охладителе, на охлаждающем барабане, во фризере и на охлаждающей установке непрерывного действия.
Охлажденный в мешалке-охладителе жир не имеет совершенно однородного внешнего вида. При таком способе охлаждения жир получается мелкозернистой структуры, заметной на глаз. Быстрое охлаждение жира на охлаждающем барабане или непрерывно действующей охлаждающей установке дает совершенно однородный продукт. Такой жир не расслаивается даже в летнее время.
Мешалка-охладитель представляет собой двустенный цилиндрический котел с плоским, коническим или сферическим днищем, с планетарной мешалкой, которая делает 35 об/мин, или с двумя мешалками (центральная лопастная — 35—46 об/мин и боковая пропеллерная — 70—92 об/мин). Жир охлаждается до 35—40° холодной водой, которая циркулирует в рубашке.