1. OPERATII TEHNOLOGICE ÎN INDUSTRIA PRODUSELOR ALIMENTARE EXTRACTIVE

INTRODUCERE

Industria alimentară prezintă o serie de particularităţi faţă de alte ramuri industriale legate atât de natura materiilor prime prelucrate cât şi a produselor finite obţinute.

Prin materii prime se înţeleg acele materiale care, supuse unui proces tehnologic specific, se transformă în produse finite sau semifabricate.

Materiile prime, în majoritate, sunt de natură biologică, perisabile şi degradabile, ceea ce impune o prelucrare sezonieră, într-un anumit ritm al producţiei şi anumite condiţii de lucru. Dacă majoritatea industriilor prelucrează materii prime care în general au caracteristici constante, industria alimentară prelucrează produse cu caracteristici fizice, chimice şi biochimice neomogene, ceea ce impune o continuă modificare a parametrilor de producţie.

În unele subramuri ale industriei alimentare, ca de exemplu morărit, panificaţie, produse zaharoase, se practică de la începutul procesului tehnologic omogenizarea materiei prime, adică alcătuirea din două sau mai multe loturi cu indici calitativi diferiţi a unei singure partide care să asigure o prelucrare uniformă din punct de vedere calitativ.

Comparativ cu alte ramuri, industria alimentară se remarcă prin multitudinea materiilor prime prelucrate şi prin diversitatea produselor finite, ceea ce impune existenţa unor procese tehnologice variate.

TEHNOLOGIA ZAHĂRULUI

Complexitatea operaţiilor fizice, chimice şi fizico-chimice din industria zahărului are drept scop crearea condiţiilor optime pentru extragerea zaharozei din materia primă şi cristalizarea acesteia cu un randament ridicat.

După recepţia sfeclei de zahăr la fabrică, aceasta este supusă în continuare următoarelor faze tehnologice principale:

Pregătirea sfeclei în vederea extragerii zahărului Extragerea zahărului din tăiţeii de sfeclă Purificarea zemii de difuzie Concentrarea zemii subţiri Fierberea şi cristalizarea zahărului

Aceste faze tehnologice principale, la realizarea cărora mai contribuie o serie de operaţii secundare - obţinerea varului şi a gazului de saturaţie necesare pentru purificarea zemii de difuziune, condiţionarea şi depozitarea zahărului – conduc la obţinerea unui zahăr de calitate superioară caracterizat prin granulaţie, coloraţie, conţinut de zaharoză.

Schema tehnologică de obţinere a zahărului este prezentată în fig, 36.

1

SFECLÃ DE ZAHÃRRecoltare mecanizatã - decoletare - dislocare - curãtire pãmânt - încãrcare mijloc de transport

Transport la fabricã

Receptie cantitativã si calitativã

Descãrcare

Separare impuritãti Depozitare

Spãlare

Tãiere

TÃITEI DE SFECLÃ

Plasmoliza (t>70oC)

DifuzieAPÃ

Pregãtirea sfeclei învederea extrageriizahãrului

Extractia zahãrului

ZEAMÃ DE DIFUZIE BORHOT UMED (7% s.u.)

Predefecare

Preîncãlzire

Defecare

Carbonatarea a I-a

Separare nãmol

Presare

BORHOTPRESAT

APÃ DE PRESÃ

La furaje

Purificarea zemii de difizie

ZEAMÃ LIMPEDE I Concentrare de nãmol I

Filtrare control

ZEAMÃ CLARÃ I

Preîncãlzire (97-98oC)

Dedulcire

Zeamã

s.u.>5oBx

Nãmol Apã dulce

s.u.<5oBx

Zeamã limpede Preparare lapte var

2

Carbonatarea a II-a

Separare nãmol

ZEAMÃ LIMPEDE II

Filtrare control

ZEAMÃ CLARÃ II

CONCENTRAT DE NÃMOL

Dedulcire

Zeamã Apã dulce Nãmol

Concentrare (vaporizare)

ZEAMÃ GROASÃ

Fierbere pr. I

Malaxare

Centrifugare

SIROP VERDE(Q=78%)

Fierbere pr. II(Q=77%)

ZAHÃR ALB

Uscare

Rãcire

Sortare

Depozitare

SIROP ALB(Q=88%)

Malaxare-rãcire

Centrifugare

ZAHÃR GALBEN(Q=93%)

Afinatie(Q=87,5%)

Centrifugare

ZAHÃR AFINAT(Q=97%)

MELASÃ(Q=60%)

Cântãrire

Depozitare

SIROP DE AFINARE(Q=78%)

Dizolvare

CLERÃ(Q=97%)

Filtrare-decolorareFig. 36 Schema tehnologică de fabricare a zahărului din sfecla de zahăr

1. PREGĂTIREA SFECLEI ÎN VEDEREA EXTRAGERII ZAHĂRULUI

3

După cum s-a arătat în primul capitol - Materii prime - materia primă folosită în industria zahărului din zona temperată o constituie sfecla de zahăr care, după recoltare, este transportată la fabrică unde se face recepţia cantitativă şi calitativa.

Sfecla de bună calitate se depozitează pentru o perioadă mai lungă iar sfecla de calitate inferioară (sfeclă ce a suferit în urma atacului unor boli, dăunători sau secetă) este dirijată la fabrică pentru o prelucrare cât mai rapida.

Transportul sfeclei. Transportul se face cu mijloace auto sau CFR. Vagoanele sau autocamioanele cu sfeclă se pot descărca folosind instalaţia hidraulica Elfa, ce foloseşte energia unui jet de apă cu o presiune de 2,5 - 3 at. Apa necesară pentru descărcare si transport Ia această instalaţie este de 600 - 800% faţă de masa sfeclei. Ajutajul ce proiectează apa are posibilitatea de a se roti cu 360° în jurul punctului de articulaţie al său astfel încât jetul de apă să antreneze sfecla în canalul transportor prin care amestecul de apă şi sfeclă este condus în canalul colector ce o aduce în fabrică sau pe platformele de depozitare temporară.

In curtea fabricii sunt amenajate platforme de depozitare a sfeclei, a căror capacitate permite funcţionarea fabricii cel puţin 2 zile. Platformele, construite din beton, cimentate la suprafaţă, prezintă pereţi laterali verticali iar fundul lor este prevăzut cu o pantă de- 10° înspre transportorul hidraulic.

Pe fundul platformei sunt prevăzuţi hidranţi mobili prin care se orientează asupra sfeclei un jet de apă sub presiune de 2 - 3 at, astfel încât sfecla să fie preluată din stivă şi orientată în transportorul hidraulic

Pentru realizarea unei viteze de transport de l m/s este necesară o cantitate de apă de 400 - 700% faţă de greutatea sfeclei, apa refolosindu-se după decantare şi dezinfectare.Pe transportorul hidraulic principal se prevede :

un sistem de reglare a cantităţii de sfeclă ce intră în fabrică; un prinzător de piatră; un prinzător de nisip; un prinzător de corpuri uşoare pentru îndepărtarea impurităţilor grosiere pe care le conţine sfecla, protejând astfel cuţitele maşinilor de tăiat şi asigurând obţinerea unor tăiţei de bună calitate.

Din canalul colector, sfecla este ridicată la maşina de spălat cu unul din următoarele mijloace : roata elevatoare, pompa MAMUT, pompa de sfeclă.

Roata elevatoare este folosită pentru ridicarea sfeclei la înălţimi de 10- 16 m, această înălţime depinzând de adâncimea canalului colector şi diametrul roţii.

Pomepele de sfeclă au avantajul ridicării sfeclei la înălţimi mari, înălţimea de ridicare (20 - 25 m) depinzând de turaţie. Acestea prezintă dezavantajul unei deteriorări mecanice avansate a sfeclei şi, din această cauză, se recomanda alegerea acelor pompe ce produc o deteriorare cât mai redusă a sfeclei în timpul ridicării sale la maşina de spălat.

Pompa MAMUT pentru ridicarea sfeclei este puţin folosită în prezent.Spălarea sfeclei - curăţirea finală - se face în maşini orizontale sau cu duze.Maşinile de spălat - formate dintr-o albie deschisă în care se rotesc 2 arbori pe care sunt

montate braţe ce asigură înaintarea şi frecarea sfeclei - sunt compartimentate astfel:I compartiment - spălarea sfeclei murdare, a noroiului de pe suprafaţa sfeclei; noroiul se

colectează într-un rezervor plasat sub fundul perforat al compartimentului iar apoi este evacuat;al II-lea compartiment - eliminarea eventualelor pietre pe care le-ar conţine sfecla; are rol de

prinzător de piatră.Există posibilitatea ca maşinile de spălat să fie dotate cu un al treilea compartiment, ce

joacă rol de colector de nisip şi pietriş mărunt.

4

Trecerea sfeclei dintr-un compartiment în altul se realizează prin intermediul unor palete de construcţie specială, care o preiau din compartimentul în care sunt montate şi o aruncă în următorul.

Cantitatea de apă necesară spălării este de 40 - 50% din greutatea sfeclei, iar circulaţia apei este în contracurent cu sfecla, astfel încât apa proaspătă spală mai întâi sfecla mai curată şi apoi cea murdară.

Amestecul sfeclă/apă este apoi trecut pe un grătar ce are roiul de a separa apa antrenată sau pe un transportor hidraulic dotat cu un sistem mecanic de îndepărtare a apei. Dacă nu se îndepărtează apa din sfeclă, aceasta poate ajunge în tăiţei, în proporţie de 10% faţă de masa acestora, şi falsifică bilanţul zahărului prin cântărirea sfeclei la intrarea în fabricaţie (rezultă un randament de extracţie a zahărului mai mic decât cel real).

În fabricile moderne, spălarea sfeclei se execută într-o secţie separată de fabrică pentru evitarea condensării vaporilor de apa pe utilaje şi a pătrunderii în fabrică a infecţiei odată cu apele de transport şi de spălare.

Transportul sfeclei spălate în fabrică se execută cu o bandă de transport înclinată, care aduce sfecla la cântărire sau în buncărele maşinii de tăiat.

Prin cântărire se ţine evidenţa sfeclei intrate în fabricaţie de care se ţine cont ia întocmirea bilanţului zahărului. Procedeele moderne de cântărire folosesc cântare bandă, ce cântăresc tăiţeii care intră în instalaţia de difuzie şi înregistrează automat cantitatea lor.

Sfecla este apoi dirijată Sa maşinile de tăiat cu ajutorul unui elevator, un şnec de sfeclă sau un transportor cu bandă.

Tăierea sfeclei de zahăr este o operaţie importantă în procesul tehnologic de obţinere a zahărului, prin care se urmăreşte obţinerea tăiţeilor subţiri în vederea creării condiţiilor de extracţie a zahărului din sucul celular al sfeclei.

Tăiţeii sunt fâşii de sfeclă, de o anumită lungime şi formă (în secţiune - formă de V sau jgheab), aprecierea acestora făcându-se cu cifra Silin (cu valori între 7 -20) ce dă indicaţii asupra grosimii tăiţeilor şi a suprafeţei lor. Cifra Silin reprezintă lungimea, în m, a 100 g tăiţei.

Pentru ca procesul de extracţie (difuzie) a zahărului din tăiţei să aibă loc în condiţii optime, tăiţeii trebuie să îndeplinească câteva condiţii:

să aibă o grosime determinată tăiţeii prea groşi cer o încălzire mai accentuată, prezintă distanţă mare de difuzie, reduc viteza de difuzie şi, în concluzie, necesită un timp de difuzie mai lung sau un sutiraj mai ridicat pentru a obţine aceeaşi extracţie ca cea din tăiţeii mai subţiri.

Sutirajul reprezintă raportul între greutatea zemii de difuzie extrase şi greutatea sfeclei din care aceasta rezultă, exprimat în %. Se calculează în funcţie de conţinutul de zahăr al sfeclei (digestia), de pierderile de zahăr la difuzie şi de conţinutul de zahăr al zemii extrase:

unde : D - digestia sfeclei (% asupra sfeclei);p - pierderile de zahăr înregistrate la difuzie, în % ;Zz - conţinutul de zahăr al zemii de difuziune, în %. tăiţeii prea subţiri dau greutăţi la separarea zemii din difuzoare prin înfundarea sitelor, datorită tasării lor. De asemenea, la obţinerea tăiţeilor subţiri se distrug mai multe celule şi soluţia extrasă rezultă cu puritate mai mică;

să prezinte o suprafaţă neteda, să fie uniformi, iar forma trebuie să asigure o bună spălare a lor cu zeamă pe toate părţile în aparatul de difuzie şi o anumită rigiditate a tăiţeilor în condiţiile de extracţie (tăiţeii mai scurţi şi mai rigizi asigură o circulaţie mai buna a zemii decât cei lungi şi moi;

5

să aibă o formă lungă şi să u conţină terci şi rebuturi - forma obişnuită a tăiţeilor de sfeclă este de jgheab, care prezintă o mare rezistenţă la tasare, suprafaţă maximă de contact între zeamă şi tăiţei şi rezistenţă mică la trecerea zemii; cantitatea de rebuturi trebuie să fie mai mică de 3% raportat la greutatea tăiţeilor.

Toate aceste condiţii calitative, pe care tăiţeii trebuie să le îndeplinească, se realizează numai printr-o aranjare şi reglare bună a cuţitelor în maşinile de tăiat.

Pentru a realiza forma de V a tăiţeilor în secţiune, cuţitele au gura în formă de zigzag. În funcţie de modul de obţinere, cuţitele pot fi de două tipuri :

cuţite frezate - tip Cizek şi Konigsfeld - care, pentru obţinerea tăiţeilor în formă de V presupune succesiunea cuţitelor unul după altul, exact în aceeaşi poziţie pe suprafaţa sfeclei care se taie. Se obţin doar 45% tăiţei cu secţiunea în formă de V;

cuţite ştanţate - cuţite Goller - confecţionate din tablă de oţel de compoziţie specială; se montează decalat unul faţă de cel consecutiv, cu o distanţă egală cu 1/2 din deschiderea dintre 2 maxime consecutive pentru a obţine tăiţei în formă de V.Ambele tipuri de cuţite se construiesc în două variante :

- nr. l - un dinte complet în stânga- nr. 2 - un dinte complet în dreapta pentru a obţine tăiţei în formă de V.

Caracteristicile cuţitelor folosite depind de calitatea sfeclei şi de instalaţia de difuzie folosită, iar tipul cuţitelor determină lungimea optimă a tăiţeilor.

Aceste cuţite sunt montate în dispozitive speciale, denumite portcuţit, prevăzute pe discul orizontal al maşinii de tăiat sfeclă.

Datorită prezenţei acestor dispozitive, cuţitele pot fi schimbate rapid. Maşinile de tăiat se pot împărţi în trei grupe, în funcţie de tipul sistemului de tăiere:

maşini centrifugale - cuţitele sunt montate fix în pereţii unui cilindru vertical iar sfecla se mişcă pe suprafaţa interioară a acestuia, fiind presată pe cuţite de forţa centrifugă;

maşini cu disc - sistemul de tăiere îl constituie un disc rotitor (mobil) pe care sunt montate cuţitele., iar sfecla stă relativ fixă pe acest disc ;

maşini cu tambur orizontal - cuţitele sunt montate pe pereţii unui tambur orizontal, iar sfecla este menţinută relativ fixă în interiorul tamburului cu ajutorul unui dispozitiv special.

La ora actuala sunt larg folosite maşinile centrifugale şi cele cu tambur orizontal.Toate tipurile de maşini de tăiat trebuie să corespundă următoarelor cerinţe :

• productivitate ridicată;• siguranţă în exploatare ;• să asigure calităţi superioare tăiţeilor;• exploatare uşoară şi remont;• posibilitate de reglare a productivităţii.

2. EXTRAGEREA ZAHĂRULUI

Scopul extracţiei este de a obţine cât mai mult zahăr dintr-o sfeclă dată sub formă de soluţie.Procesul de difuzie a fost introdus în industria zahărului de Robert în anii 1864- 1865.Zaharoza se găseşte în sfeclă în sucul celular. Sucul, bogat în zaharoză, se găseşte în vacuolele

celulelor de ţesut parenchimatos. Aceste vacuole se măresc pe măsură ce sfecla se maturizează, ajungând să ocupe aproape tot interiorul celulei.

6

Extragerea zahărului din tăiţeii de sfeclă are loc prin mecanismul complex al difuziei, în două etape :

migrarea zaharozei din interiorul celulelor în spaţiul intercelular şi de aici către interfaţa solid-lichid, proces ce are loc la t = 75 - 80°C şi care poate fi denumit impropriu plasmoliză;

trecerea zaharozei de la interfaţa solid-lichid în faza lichidă, aceasta fiind etapa caracterizată de un gradient de concentraţie şi de natura curgerii lichidului de extracţie - faza de difuzie.

Procesul de difuzie, în ansamblul, este influenţat de următorii factori :

• calitatea materiei prime • calitatea tăiţeilor • calitatea apei folosite pentru difuzie

temperatura durata difuziei sutirajul încărcarea specifică a aparatelor de difuzie activitatea microorganismelor

3. PURIFICAREA ZEMII DE DIFUZIE

Zeama de difuzie extrasă din instalaţiile de difuzie nu poate fi prelucrată mai departe în starea în care se află, deoarece :

conţine particule în suspensie iar la încălzire se mai adaugă albuminele coagulate, acestea trebuind eliminate; particulele aflate în suspensie împiedică procesul de filtrare prin înfundarea pânzelor de filtru, lichidul obţinut la filtrare fiind opalescent şi impur; are reacţie acidă (~ 0,04% CaO) care, la încălzire duce la scăderea randamentului în zahăr prin invertirea acestuia şi antrenarea zahărului invertit în melasă; are o culoare închisă care s-ar transmite cristalelor de zahăr; are capacitate mare de spumare datorită conţinutului de saponine, ceea ce creează dificultăţi ia concentrare şi împiedică fierberea şi cristalizarea zahărului;În general, zeama de difuzie conţine o mare cantitate din nezahărul iniţial al sfeclei care trebuie

eliminată din zeamă înainte de concentrare şi fierbere - cristalizare.În acest scop, se face o purificare a zemii de difuzie obţinându-se o zeamă purificată - zeamă

subţire - care se concentrează şi cristalizează uşor, dând cristale pure şi o cantitate de melasă mică.Procedeele care mai pot fi utilizate la purificarea zemii de difuzie sunt schimbul ionic,

electrodializa sau osmoza inversă însă, datorită costurilor ridicate, doar procedeul prin schimb ionic este utilizat ca o purificare suplimentară a zemii de difuzie după procedeul de purificare calco-carbonic.

Purificarea calco-carbonică se poate realiza în mai multe etape, conform schemei : Predefecarea urmăreşte precipitarea şi coagularea nezahărului, care poate trece în stare

insolubilă în prezenţa varului. Defecarea are scopul de a suplimenta varul adăugat, care se va transforma în CaCO3 şi va

favoriza filtrarea

'Carbonatarea I-a realizează o purificare suplimentară a zemii prin adsorbţia unei părţi din nezahărul dizolvat, mai ales a substanţelor colorante şi a zaharurilor de calciu, la suprafaţa particulelor de carbonat de calciu.

7

Carbonatarea a II-a are scopul de a îndepărta cât mai complet posibil varul şi, în general, ionii de calciu, sub formă de CaCO3, care este practic insolubil în condiţiile realizării operaţiei.

Predefecarea Prin tratarea zemii de difuzie cu 0,15 - 0,35% CaO are loc coagularea rapidă şi masivă a coloizilor. Coagularea este maximă când se atinge pH-ul optim al zemii predefecate (10,8 - 11,2), respectiv atingerea punctului izoelectric al coloizilor (constituiţi din proteine, pectine, saponine, araban, galactan, dextran; levan).

Predefecarea simplă sau optimă se bazează pe principiul tratării zemii de difuzie, la temperatura de 30 - 40 °C, dintr-o dată cu toată cantitatea de var necesară atingerii pH-ului optim de 10,8-11,2.

Predefecarea progresivă (Briegel-Mulier) se bazează pe principiul tratării zemii de difuzie în contracurent cu zeama predefecată, realizându-se condiţii optime de coagulare si adsorbţie pentru fiecare categorie de coloizi din zeamă.

Aparatul de predefecare progresivă, cu funcţionare continuă este împărţit în mai multe compartimente, în care zeama (cu pH ~ 6) circulă în sensul creşterii pH-ului, în ultimul adăugându-se cantitatea de lapte de var necesară a se atinge pH-ul optim final. Faptul că pectinele şi proteinele zemii au tendinţa de a adsorbi anioni din soluţie, datorită unei diferenţe de potenţial dintre coloizi şi cristalele de carbonat, a contribuit la diversificarea schemelor de purificare prin: recircularea de zeamă tulbure de la carbonatarea I-a; recircularea zemii de carbonatarea I-a suprasaturată; reluarea nămolului concentrat de la decantare sau chiar a nămolului diluat de la filtre-presă.

La conducerea operaţiei de defecare, în practică trebuiesc respectate 3 etape :• adăugarea varului - care se realizează înainte de încălzirea zemii datorită solubilităţii mai

mari a acestuia la temperaturi scăzute;• încălzirea zemii la temperatura de defecare,• menţinerea zemii în condiţiile de temperatură şi pH pentru desfăşurarea cât mai

completă a reacţiilor.În practică, pentru a evita pericolul de peptizare a coloizilor se folosesc defecatoare verticale, cu

fundul în formă de trunchi de con, prevăzute cu dispozitive de amestecare sau cu instalaţii interioare de circulaţie forţată.

4. CONCENTRAREA (VAPORIZAREA)

Operaţia de concentrare prin vaporizarea apei urmăreşte îndepărtarea, în proporţie cât mai mare, a apei din soluţia purificată astfel încât separarea prin cristalizare a zahărului să fie cât mai accesibilă.

5. FIERBEREA ŞI CRISTALIZAREA ZAHĂRULUI

Prin fierbere (realizată în aparate vacuum) se urmăreşte evaporarea în mod gradat a apei din siropul gros rezultat la concentrare, consecinţa fiind că, la un conţinut de substanţă uscată constant - corespunzător unei stări de suprasaturaţie -, zaharoza din soluţie cristalizează.

Pe măsură ce apa din sirop se evaporă are loc creşterea concentraţiei globale în substanţa uscată (de la 64 - 66% ia 82% şi în final 92,5 - 94% s.u.), ceea ce conduce la creşterea vâscozităţii amestecului (devenit un amestec de sirop şi cristale) şi la transformarea lui în masă groasă.

Masa groasă este o suspensie de cristale într-un sirop intercristalin (sirop mamă), ce conţine toate impurităţile iniţiale din masă, puritatea siropului intercristalin fiind inferioară purităţii masei fierte.

8

Creşterea cristalelor se realizează prin introducerea continuă de sirop, care aduce în aparat zaharoza necesară dezvoltării germenilor. Apa adusă cu siropul trebuie să fie evaporată, astfel că siropul-mamă este menţinut la o uşoară suprasaturaţie (α = 1,05 - 1,10), ceea ce împiedică dizolvarea cristalelor deja formate sau naşterea de noi germeni de cristalizare,

Deci, în această fază se urmăresc : menţinerea suprasaturaţiei siropului-mamă la o valoare favorabilă creşterii cristalelor, fără

formarea altora; introducerea siropului astfel încât evaporarea să fie direct proporţională cu viteza de

depunere a zaharozei pe cristalele existente. In practică, pentru obţinerea unei creşteri rapide a cristalelor se foloseşte un sirop de puritate ridicată în etapa de însămânţare deoarece, în aceleaşi condiţii de fierbere, cristalele cresc mai repede la o puritate înaltă a siropului. Siropurile de alimentare ale aparatelor vacuum trebuie încălzite cu 3 - 6 °C peste temperatura de fierbere a masei din aparate pentru a preveni supraîncălzirea sau răcirea masei şi afectarea suprasaturaţiei.

Pe măsura cristalizării treptate a zahărului, puritatea siropului-mamă scade şi aparatul se umple cu o suspensie de cristale într-un sirop-mamă care poartă denumirea de masa groasă.

Îngroşarea finală sau "coacerea" masei groase constituie ultimul stadiu al fierberii.Odată umplut aparatul cu masă groasă se întrerupe alimentarea cu sirop şi se concentrează masa

până la o concentraţie de 92 - 92,5 °Bx. De asemeni, în afară de respectarea concentraţiei trebuie urmărită şi puritatea siropului intercristalin, respectiv scăderea purităţii realizate prin fierbere.

In cazul concentrării finale se are în vedere ca masa să nu stagneze pentru a nu favoriza formarea de conglomerate sau nuclee "false" de cristale.

Pentru atingerea purităţii cerute a zahărului, soluţia-mamă nu poate fi epuizată complet într-o treaptă de cristalizare. Conţinutul de cristale al maselor de produse este corelat cu puritatea şi conţinutul lor de substanţa uscată.

Când fierberea este gata, masa groasă se descarcă în malaxorul situat sub aparatul de fiert şi temperatura scade repede cu 5 - 6 °C, ceea ce corespunde la o creştere a suprasaturaţiei cu 0,1, creându-se astfel pericolul formării făinii.

Din malaxor, masa fierbinte se dirijează ia centrifugare, aparatul vacuum pregătindu-se (spălare cu aburi pentru a îndepărta cristalele rămase) pentru următoarea şarjă.

2 . TEHNOLOGIA ULEIURILOR VEGETALE COMESTIBILE

9

În procesul de obţinere a uleiurilor vegetale, seminţele oleaginoase sunt supuse unor tratamente tehnologice care le asigură calităţi optime în vederea obţinerii uleiului cu randamente maxime şi cheltuieli minime Schema tehnologică de obţinere a uleiului vegetal este prezentată în figura 60.

SEMINTE OLEAGINOASE

Receptiecantitativã

calitativã

Depozitare

Curãtire

Uscare

Descojire (decorticare)

Mãcinare

Tratament hidrotermic (prãjire)

Presare Extractie cu solventi

BROCHEN(turte de presã)

ULEI BRUT DE PRESÃ

MISCELÃ SROT

Distilare Desolventizare

ULEI BRUT DE EXTRACTIE

Rafinare

-Desmucilaginare-Neutralizare-Spãlare-Uscare-Decolorare-Winterizare (deceruire)-Dezodorizare

ULEI RAFINAT

Fig. 60 Schema tehnologică de obţinere a uleiului

2.1. PREGĂTIREA MATERIILOR PRIME ÎN VEDEREA PRELUCRĂRII

După recepţia şi depozitarea materiilor prime oleaginoase acestea, înainte de intrare în fabricaţie, sunt supuse unor operaţii pregătitoare:

Curăţirea seminţelor

Seminţele oleaginoase conţin impurităţi care trebuiesc separate. Aceste impurităţi pot fi grupate în:* impurităţi metalice - cuie, şuruburi, alte bucăţi de metal ;* impurităţi minerale - bucăţi de pământ, pietre, praf;* impurităţi organice neoleaginoase - pleavă, paie ;* impurităţi oleaginoase - seminţe seci, seminţe carbonizate, spărturi, seminţe din alte sorturi decât

cel recepţionat

10

Îndepărtarea acestor impurităţi se realizează în două etape : înainte de depozitare - precurăţire - când se elimină cea. 50% din impurităţile iniţiale din loturile de seminţe neomogene, cu % ridicat de impurităţi şi pericol de degradare; la trecerea în fabricaţie - postcurăţire - după care conţinutul remanent de impurităţi este de 0,3 - 0,4%.Există mai multe modalităţi de separare, în funcţie de felul impurităţilor, astfel:

1. separarea impurităţilor feroase - se bazează pe proprietăţile magnetice ale acestora şi se realizează cu ajutorul magneţilor naturali sau a electromagneţilor Această separare se execută înaintea tuturor operaţiilor din cadrul procesului tehnologic în vederea evitării defectării utilajelor;

2. separarea pe baza diferenţei de mărime - operaţie asemănătoare celei din industria morăritului - se bazează pe mişcarea (rectilinie-circulară sau vibratorie) unui strat sau mai multor straturi de particule la suprafaţa unor site orizontale sau înclinate- prevăzute cu perforaţii (site) prin care cad unele componente ale amestecului. Utilajele folosite sunt asemănătoare celor din industria morăritului: site cu mişcare rectilinie, circulară sau vibratorie;

3. separarea pe baza diferenţei de masă volumică - se efectuează cu ajutorul unui curent de aer care trece peste amestecul de seminţe şi impurităţi antrenând impurităţile mai uşoare decât seminţele. Separarea are loc la o viteză a curentului de aer mai mare decât viteza de plutire. Curentul de aer poate fi ascendent (cel mai des întâlnit) sau orizontal.

Ca utilaje principale, în fabricile de ulei din ţară, se folosesc: vibroaspiratorul şi precurăţitorul pentru precurăţirea seminţelor; postcurăţitorul şi tararul cu aspiraţie ce funcţionează atât pe principiul diferenţei de mărime, cât şi a diferenţei vitezelor de plutire; buratul, folosit pentru curăţirea seminţelor de in şi rapiţă şi precurăţirea seminţelor de soia; separatori magnetici.

Descojirea

Coaja seminţelor oleaginoase constituie un material inert în procesul de prelucrare datorită conţinutului redus în ulei (0,5 - 3%) şi un conţinut ridicat de celuloză ce este nedorit în compoziţia şorturilor, impunându-se deci eliminarea ei ori de cate ori este posibil acest proces.

În cursul procesului de descojire, coaja se îndepărtează numai parţial, deoarece prezenţa unui anumit procent de coajă în materialul descojit este benefică în procesele de presare şi extracţie.

Spargerea şi detaşarea cojii pot fi obţinute prin : lovire tăiere frecare strivire

După spargerea seminţelor rezultă un amestec de miezuri întregi şi sparte, de coji întregi şi mărunţite, precum şi seminţe întregi, nedescojite.

Separarea cojilor din materialul descojit se efectuează prin doua metode :* după diferenţa de mărime - realizată prin cernere pe site;* după diferenţa de masă volumică - prin aspiraţia cu un curent de aer ascendent produs de un

ventilator.

Măcinarea materiilor prime oleaginoase

Măcinarea seminţelor oleaginoase este o operaţie importantă în procesul de pregătire pentru extragerea uleiului, prin aceasta realizându-se o rupere a membranelor şi destrămarea structurii oleoplasmei celulare care conţine ulei (70 - 80% celule destrămate din total).

Deoarece se supune măcinării diferite materiale oleaginoase, utilajele folosite pentru această operaţie trebuie să fie alese corespunzător, pentru a obţine o măcinătură de calitate. Utilajele folosite pentru măcinare sunt valţurile, concasorul şi morile cu ciocane.

11

Valţurile sunt utilaje în care materialul trece printre cilindrii aflaţi în mişcare de rotaţie şi este mărunţit sub acţiunea forţelor de compresiune, de tăiere sau frecare. Cele mai utilizate valţuri sunt :

valţul cu 5 cilindrii (tăvălugi) suprapuşi ; valţul cu 2 perechi de tăvălugi aflaţi în serie ; valţul cu o pereche de tăvălugi (pentru boabe de soia).

Condiţiile impuse ca materialul să fie măcinat corespunzător sunt: particulele materialului să poată fi antrenate de tăvălugi; crearea unei presiuni corespunzătoare la trecerea între tăvălugi.

În funcţie de tipul de tăvălug (rifluit sau neted) măcinarea are loc prin: tăierea materialului de către rifluri şi de presiunea ce se creează între cei doi cilindri (cazul

cilindrilor rifluiţi cu viteze diferite); comprimarea materialului - cilindri netezi cu viteze egale ; comprimare şi frecarea particulelor între ele - în cazul cilindrilor netezi cu viteze diferite.

Morile cu ciocane, folosite în industria uleiului în special pentru măcinarea şrotului, prezintă avantajul că sunt mai robuste, au gabarit mic şi productivitate mare, în comparaţie cu concasoarele.

Prăjirea materialului oleaginos

Prăjirea materialului oleaginos este operaţia de tratament hidrotermic aplicat într-un timp limitat, sub amestecare continuă şi care se realizează fie înaintea presării măcinăturii obţinute la valţuri, fie înainte de extracţie prin procedee continui, asupra brochenului rezultat la presare sau a măcinăturii ce trece direct la extracţie (soia).

Scopul operaţiei este de a realiza: anumite transformări fizico-chimice ale componentelor măcinăturii ; modificări ale structurii particulelor în vederea obţinerii unui randament maxim la presare; transformări chimice suplimentare ce îmbunătăţesc calitatea produselor finite ; dezodorizare parţială.

În cazul prăjirii înainte de extracţie se urmăreşte obţinerea plasticităţii corespunzătoare unei prelucrări la valţurile de aplatizare în paiete fine, poroase şi stabile, care, la extracţie, să nu se sfărâme şi să prezinte o structură favorabilă extracţiei cu dizolvanţi.

3 OBŢINEREA ULEIULUI BRUT PRIN PRESARE SAU

EXTRACŢIE

Obţinerea uleiului brut prin presare

Presarea este operaţia prin care se separă sub acţiunea unor forţe exterioare componentul lichid (uleiul) dintr-un amestec lichid-solid (măcinătură oleaginoasă).

La presare rezultă uleiul brut de presă şi brochenul. Operaţia de presare, cea mai veche metodă de obţinere a uleiurilor vegetale comestibile, se realizează cu prese mecanice de mare randament, cu funcţionare continuă.

Presarea se face numai în cazul materiilor prime oleaginoase cu conţinut >30% ulei, deoarece randamentul presării este de 80-85%, restul uleiului fiind obţinut prin extracţie cu dizolvanţi.

Procesul de presare a măcinăturii oleaginoase are loc sub influenţa forţelor de compresiune ce iau naştere în presele mecanice.

Prin presarea particulelor de măcinătură unele de altele, începe procesul de separare a uleiului de faza de gel : iniţial se separă uleiul de la suprafaţa particulelor, iar după un timp, când sub acţiunea

12

presiunii exercitate începe deformarea şi comprimarea puternică a particulelor, eliminarea aflat în capilarele particulelor.

Când spaţiul dintre suprafeţele particulelor devine foarte mic, uleiul nu mai poate fi eliminat, pelicula de ulei se rupe în mai multe locuri, iar suprafeţele particulelor se ating şi începe aşa-numita brichetare, adică formarea brochenului (turtelor).

Creşterea presiunii asupra particulelor de măcinătură trebuie să fie treptată, în caz contrar , respectiv aplicarea unei presiuni prea mari de la început, se blochează ieşirea uleiului din capilare de către particulele fine de măcinătură, reducându-se astfel randamentul de presare.

Uleiul brut de presă este supus în continuare unei operaţii de purificare, deoarece conţine impurităţi mecanice şi organice în suspensie, urme de apă, care trebuiesc îndepărtate pentru evitarea degradării rapide a uleiului şi a pierderilor.

Purificarea prealabilă a uleiului, înainte de depozitare, comportă următoarele operaţii : separarea resturilor grosiere de măcinătură oleaginoasă (zaţ) antrenate la presare prin :

sedimentare, filtrare sau centrifugare ; eliminarea umidităţii în exces prin evaporare (uscare) ; separarea impurităţilor cu dimensiuni mici prin filtrare.

Uscarea uleiului se face numai în cazul când umiditatea uleiului depăşeşte 0,3%.

.Obţinerea uleiului brut prin extracţie

Extracţia uleiului este o operaţie tipică de transfer de substanţă, care se realizează prin solubilizarea uleiului într-un dizolvant, în care ceilalţi componenţi nu se solubilizează.

Procesul de extracţie poate fi accelerat prin utilizarea unor tehnici moderne cum ar fi : utilizarea ultrasunetelor de joasă frecvenţă (21,3 KHz, 1,5 W/cm2); mărirea coeficientului de transfer de substanţă folosind pulsaţii (30°C/80 pulsaţii/min); folosirea vibraţiilor (20°C/50 - 500 vibraţii/min).

Metode de extracţie, în principiu, extragerea uleiului din diverse materii prime oleaginoase constă din spălarea cu dizolvant într-un vas de tratament a măcinăturii pregătite în prealabil, într-o singură sau mai multe trepte.

În practică, se disting 3 moduri de realizare a extracţiei: simplă, multiplă (în trepte) şi extracţie continuă.

Distilarea miscelei

Operaţia de separare a dizolvantului din miscelă se realizează în condiţii de temperatură ridicată, prin evaporarea acestuia într-una sau mai multe trepte.

Temperatura de distilare a soluţiei de ulei în dizolvant (miscelă) este cu mult mai ridicată decât cea a dizolvantului curat, fiind direct proporţională cu concentraţia în ulei. Astfel, când concentraţia miscelei ajunge la 95 - 99% (iniţial 14 - 35% în funcţie de instalaţie) temperatura de fierbere creşte brusc, trecând de limitele tehnologice uzuale şi periclitând calitatea uleiului finit. În aceste condiţii, pentru reducerea temperaturii, evaporarea avansată se realizează sub vid (30-40 mm col Hg) sau prin antrenare cu vapori de apă

Eliminarea totală a dizolvantului presupune o încălzire peste limitele admise astfel că temperatura maximală de fierbere este totdeauna sub cea corespunzătoare unei eliminări totale.

Operaţia de distilare constă din următoarele faze ;• purificarea iniţială, respectiv eliminarea fracţiunilor uşoare ale dizolvantului şi concentrarea miscelei

prin fierbere, până la 80 - 85% ulei ;

13

• distilarea finală - are loc sub vacuum, în principal la temperaturi superioare celor de fierbere ale miscelei, deci prin evaporarea dizolvantului.

Purificarea miscelei

Miscela obţinută în procesul de extracţie se prezintă ca o soluţie de ulei în benzină ce conţine şi impurităţi mecanice şi organice. Purificarea miscelei se poate realiza prin decantare, filtrare si centrifugare dar metoda cea mai utilizată este filtrarea.

Distilarea miscelei se poate realiza prin 3 procedee :• în flux discontinuu :

- distilarea în strat înalt, care variază între 200 mm şi 600 mm; are loc în flux discontinuu ;• în flux continuu :

- distilare în peliculă, a cărei grosime este determinată de proprietăţile fizice ale miscelei; proprietăţile şi poziţia suprafeţei materialului pe care se formează pelicula de miscelă:

- distilare prin pulverizare, ca rezultat al trecerii miscelei sub presiune prin duze speciale de pulverizare şi formare în interiorul aparatului a unei infinităţi de picături fine.

Recuperarea dizolvantului din şrot

Procesul de eliminare a dizolvantului şi umidităţii din şrot se realizează cu ajutorul căldurii, având loc o evaporare la suprafaţă în paralel cu difuzia benzinei şi a apei din straturile interioare ale particulelor în prima perioadă, iar în partea a doua a procesului scade. Regimul termic aplicat în procesul de dezbenzinare, determinat de următorii factorii:

- evitarea denaturării prea avansate a substanţelor proteice din şrot;- respectarea normelor de protecţia muncii,

utilizează un abur cu temperatura max 180 °C, iar temperatura şrotului nu depăşeşte 115°C.Metodele de eliminare a dizolvantului (dezbenzinare) utilizate în prezent sunt:

* îndepărtarea dizolvantului dintr-un strat înalt de şrot sub malaxare continuă, cu ajutorul aburului direct supraîncălzit; se foloseşte la instalaţiile discontinui de extracţie;

* îndepărtarea dizolvantului dintr-un şrot, care se găseşte parţial în stare de suspensie, cu ajutorul aburului direct şi indirect, în evaporatoare elicoidale ;

* îndepărtarea dizolvantului din şrot care se găseşte integral în stare de suspensie, într-un tunel de evaporare, cu ajutorul vaporilor supraîncălziţi de dizolvant;

* dezbenzinarea asociată cu o prăjire umedă (toastare), menită să inactiveze o serie de substanţe cu efecte antinutriţionale, cum sunt în cazul şrotului de soia : urează, factorul antitripsinic, hemoglutinina, lipoxidaza, saponina, ricina şi ricinina. În practică, dezbenzinarea se realizează împreună cu toastarea într-un singur utilaj (toaster), utilizând o umidificare mai avansată, specifică fiecărui sortiment.

3. RAFINAREA ULEIURILOR VEGETALE

Pentru asigurarea calităţii uleiurilor şi a aspectului comercial cerut de consumatori, uleiul brut este supus unui complex de operaţii, grupat sub numele de rafinare.

Scopul acestor operaţii este de a ameliora o serie de proprietăţi, cum sunt: aciditatea liberă, culoarea, gustul şi mirosul, transparenţa, conservabilitatea, prin eliminarea substanţelor nedorite (mucilagii, acizi graşi liberi, pigmenţi coloranţi, substanţe mirositoare, ceruri) ce afectează nefavorabil stabilitatea

14

uleiurilor în timpul depozitării. Fiecare operaţie de rafinare are ca efect principal eliminarea unei grupe din substanţele de însoţire (tabelul 25).

Tabelul 25

Gruparea metodelor de rafinare după efectul principal al procesului(după Boeru, Gh.)

Efectul principal urmărit Denumirea uzuală a metodei Alte denumiri Eliminarea suspensiilor mecanice şi parţial a substanţelor dizolvate coloidal

Purificarea mecanica prin decantare, filtrare sau centrifugare

Eliminarea mucilagiilor Dezmucilaginare Delecitinizare Degumare

Eliminarea acizilor graşi liberi: prin formarea săpunurilor alcaline prin antrenare cu vapori de apă sub vid - prin combinarea acizilor graşi cu glicerina - prin fracţionare cu solvenţi selectivi

Neutralizare Neutralizare prin distilareNeutralizare prin esterificare Rafinare cu solvenţi selectivi

Rafinare chimică (caustică)Rafinare fizică (realizează şi dezodorizarea)Extracţie cu solvenţi selectivi

Eliminarea pigmenţilor coloranţi Decolorare Albire

Eliminarea substanţelor odorante prin injecţie de abur sub vid

Dezodorizare

Eliminarea cerurilor şi a gliceridelor cu punct de topire ridicat

Winterizare Deceruire, Destearinizare, demargarinizare

Principalele operaţii cuprinse în schema de rafinare a uleiurilor vegetale sunt: dezmucilaginarea, neutralizarea, uscarea, decolorarea, winterizarea, dezodorizarea şi polisarea.

. Dezmucilaginarea, degumarea uleiurilor vegetaleDezmucilaginarea este o operaţie dificilă în procesul de rafinare a uleiurilor, existând mai multe

metode de îndepărtare a mucilagiilor, astfel :- metode fizico-chimice (hidratarea, tratamentul cu absorbanţi) ;- metode fizice - tratament termic ;- metode chimice - tratament cu acid sulfuric, clorhidric sau alcalin.

Cele mai utilizate metode sunt hidratarea şi rafinarea acidă.

Neutralizarea acidităţii libere a uleiurilor vegetale

15

Uleiurile brute fabricate la noi în ţară au o aciditate liberă cuprinsă între 1-4% datorată prezenţei acizilor graşi liberi. Una din cauzele ce conduc la apariţia acestora în ulei este scindarea trigliceridelor, care poate avea loc :

în timpul depozitării seminţelor oleaginoase ; în uleiul brut datorită prezenţei urmelor de apă şi condiţiilor de depozitare necorespunzătoare.

Pentru obţinerea de uleiuri comestibile este necesar ca aciditatea liberă să fie eliminată.Există diferite metode de îndepărtare a acidităţii libere :

neutralizarea alcalină : neutralizarea prin distilare ; neutralizare prin esterificare - nerecomandată în cazul uleiurilor vegetale comestibile.

Cea mai utilizată metodă este neutralizarea alcalină, care cuprinde etapele :* tratamentul cu alcalii (neutralizarea propriu-zisă);* separarea soapstockului format;* spălarea uleiului pentru eliminarea urmelor de săpun.

Uscarea uleiului

După spălare, în uleiurile neutralizate cu alcalii rămâne un conţinut de 0,5% apă, care trebuie îndepărtat.

Eliminarea apei se realizează prin operaţia de uscare a uleiului, prin aceasta evitându-se fenomenele nedorite ce au loc în prezenţa apei (hidroliza grăsimilor şi creşterea acidităţii libere, scăderea puterii de decolorare a adsorbanţilor folosiţi ulterior).

Procedeele de uscare a uleiului pot fi realizate discontinuu sau în flux continuu, sub vid, cu agitare mecanică.

Decolorarea (albirea) uleiurilor

Pigmenţii coloranţi sunt substanţe de însoţire a gliceridelor ce conferă culoare uleiurilor vegetale. Pigmenţii pot fi clasificaţi în două grupe :

* pigmenţi naturali : clorofila (verde); carotina (roşie); xantofila (galbenă);* pigmenţi secundari: substanţe complexe melano-fosfatidice - se formează în brochen şi în

uleiul obţinut din micele distilate la temperaturi ridicate.O parte din aceste substanţe colorante sunt parţial îndepărtate în procesele anterioare -

dezmucilaginarea acidă şi neutralizare.În practică, decolorarea uleiurilor poate fi efectuată prin două procedee :

- decolorarea fizică - realizată prin adsorbţia pigmenţilor pe pământ sau cărbune decolorant;- decolorare chimică - realizată printr-o reacţie chimică ce modifică grupele cromogene ale

pigmenţilor; nu se aplică uleiurilor comestibile, ci numai uleiurilor şi grăsimilor tehnice puternic pigmentate.

Odată cu decolorarea, ca efect secundar are loc şi eliminarea mai avansată a mucilagiilor, substanţelor proteice precum şi a altor substanţe de însoţire a materiilor grase (resturi de săpun din uleiurile neutralitate alcalin, urme de catalizator din uleiurile hidrogenate).

Decolorarea prin adsorbţie constă din introducerea sub agitare a pământului decolorant în uleiul neutralizat şi uscat sub vid, menţinere şi separarea adsorbantului din uleiul decolorat. Aceste operaţii pot fi realizate în instalaţii cu funcţionare continuă sau discontinuă.

Decolorarea, în general, este un fenomen complex în cadrul căruia adsorbţiei fizice i se suprapune chemosorbţia, precum şi efecte secundare de natură termică şi oxidativă.

Dezodorizarea uleiurilor16

Dezodorizarea - ultima operaţie din procesul complex al rafinării - constituie faza tehnologică prin care se elimină substanţele care imprimă uleiurilor miros şi gust neplăcut, provenite atât din materia primă ca substanţe de însoţire a gliceridelor, cât şi din transformările chimice care au loc pe parcursul procesului de depozitare şi prelucrare.

Dezodorizarea are loc şi ca efect secundar al altor operaţii de rafinare cum ar fi:- adsorbţia de către săpun (la neutralizare alcalină) a unei părţi a acestor substanţe ;- în procesul de decolorare la utilizarea amestecurilor de agenţi decoloranţi care conţin cărbune.Prin dezodorizare, efectuată mai ales în cazul uleiurilor comestibile şi a grăsimilor vegetale obţinute

prin hidrogenare destinate consumului alimentar, uleiurile nu se mai pot deosebi între ele pe baza gustului şi mirosului, respectiv se depersonalizează.

Operaţia de dezodorizare se realizează combinând efectul a trei parametri tehnologici : temperatură, presiune şi antrenarea cu vapori de apă.

17