SK73496A3 - Method for separating an anhydrous fat into high and low melting point fractions, and device therefor - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu delenia oleja alebo bezvodej tukovej hmoty v hydrofóbnej kvapalnej fáze na frakciu s vysokými teplotami topenia a frakciu s nízkymi teplotami topenia. Rovnako sa vzťahuje na zariadenie pre vykonávanie uvedeného spôsobu.

Doterajší stav techniky

Vynález nachádza obzvlášť výhodné uplatnenie pri výrobe masla s tvrdou alebo mäkkou konzistenciou.

V nasledujúcom popise je kvôli jednoduchosti ako tuková hmota označovaný ako olej, tak i tuková hmota v pravom slova zmysle.

Tuková hmota, bez ohľadu na to, či je živočíšneho pôvodu ako živočíšny tuk, alebo rastlinného pôvodu, ako sú oleje, je v prevažnej časti tvorená triestermi glycerolu, nazývanými triglyceridy, ktorých rôznosť a zloženie určujú špecifické vlastnosti tuku. Pokiaľ ide o tuhosť výrobkov, získaných pre zmaslovanie obrátením fázy, je známe, že jedným z prevažujúcich faktorov je pomer množstva triglyceridov s vysokými teplotami topenia k množstvu triglyceridov s nízkymi teplotami topenia. Tento pomer sa zvyčajne meria indexom pevného tuku (SFI alebo Solid Fat Index), ktorý reprezentuje množstvo pevných zložiek, teda kryštalizovaných triglyceridov, pri danej teplote. V prípade masiel alebo margarínov má SFI(20) alebo podiel pevných tukových zložiek pri 20 ⁰ C vzťah k nameranej tuhosti a to ako kužeľovým penetrometrom, tak i skúšobným strojom INSTRON^. Tento teda slúžiť ako technický cieľ na prípravu masiel alebo tukov pre presne určené účely použitia, t.j. v prípadoch, kde:

- je sledovaná snaha o zmäkčenie, umožňujúce lepšiu roztierateľnosť hmoty, ako napríklad na zlepšenie roztierateľnosti, ako je to u zimných masiel,

- je sledovaná skôr vyššia tuhosť pri vyššej teplote, a to z technických dôvodov alebo kvôli vylúčeniu konečnej mastnej štruktúry, ako je to pri výrobe pečiva alebo v cukrárenstve.

Až doteraz sa pri postupoch umožňujúcich takéto riadenie tuhosti používajú dve technológie. Prvé technológie sú tradičné technológie, určené na menenie rovnováhy medzi polymorfnými fázami v kryštalizovanej tukovej hmote. Tieto postupy umožňujú riešiť rad problémov, ale majú obmedzený rozsah obmien. Nedovoľujú napríklad celkom vyrovnávať sezónny účinok na pevnosť masiel. Druhá technológia je novší postup, spočívajúci v kryogénnom delení čiastočne kryštalizovanej hmoty na frakcie, a to filtráciou a/alebo odstreďovaním. Európsky patentový spis EP-A-397 233 popisuje spôsob delenia bezvodej tukovej hmoty na frakcie pri použití tejto technológie.Tento postup sa hodí ako u čistej bezvodej tukovej hmoty, napríklad mliekárenskej bezvodej tukovej hmoty MGLA (matiere grasse laitiere anhydre), tak i pre roztoky alebo oleje vo všeobecne polárnych rozpúšťadlách. Delenie, ktoré nasleduje frakčnú kryštalizáciu, môže využívať dve technické riešenia a z nich jednoduché filtrácie, odstreďovanie a filtrácie na polopriepustnej membráne. Tento posledný postup bol pokladaný za obzvlášť vhodný pre konkrétne delenie v rozpúšťadle, napríklad s cieľom extrahovať hmotu alebo ju obohatiť, pokiaľ ide o zvláštnu zložku ako je cholesterol, fosfolipidy, atď.

Táto technológia kryogénneho frakčného delenia umožňuje získať veľmi špeciálne frakcie, ale vyžaduje ťažkopádne prístrojové vybavenie, citlivé vykonávanie a poskytuje drahé konečné produkty, značne sa odlišujúce od pôvodnej hmoty, napríklad masla. Kvôli získaniu zvláštnej úpravy SFI v masle je potrebné mu pridať významné množstvá frakcií s vysokým teplotami topenia. Takýto proces, ktorý vedie k požadovanému výsledku, pokiaľ ide o αΐι konzistenciu, má dvojakú nevýhodu v tom, že soľné denaturuje tukovú hmotu a značne zvyšuje jej odbytovú cenu.

Vynález si preto kladie za úlohu vytvoriť spôsob delenia bezvodej tukovej hmoty v hydrofóbnej kvapalnej fáze na frakciu s vysokými teplotami topenia a frakciu s nízkymi teplotami topenia, ktorý by umožnil získať rovnaké vlastnosti z hľadiska konzistencie ako známy spôsob kryogénneho trakčného delenia, ale pri značne nižších nákladoch a bez menenia samotnej tukovej hmoty.

Podstata vynálezu

Uvedený cieľ je podľa vynálezu dosiahnutý tým, že spôsob obsahuje fázu tangenciálnej filtrácie uvedenej bezvodej tukovej hmoty v kvapalnej hydrofóbnej fáze na hydrofóbnej membráne, vedúci k deleniu uvedenej hmoty na časť zadržanú filtráciou (filtračný retenát), tvoriacu uvedenú frakciu s vysokými teplotami topenia a časť, ktorá prešla filtráciou (filtračný permeát), tvoriacu uvedenú frakciu s nízkymi teplotami topenia.

Vynález teda môže byť interpretovaný ako spôsob obohacovania frakcie prešlej filtráciou (permeátu) určitými triglyceridmi, z ktorých väčšina má nízku teplotu topenia, zatiaľ čo druhá frakcia, t.j zadržaná frakcia alebo retenát, sa obohacuje inými triglyceridmi, z ktorých väčšina má vysokú teplotu topenia. Je vhodné poznamenať, že i keď väčšina príkladov uvádzaných v tomto popise ša týka maslovej tukovej hmoty, poskytuje spôsob podľa vynálezu rovnako zaujímavé výsledky v oblasti olejov a tukov rastlinného a živočíšneho pôvodu.

Obohacovanie frakcií spôsobom delenia podľa vynálezu môže spočívať v jednoduchej nerovnováhe umožňujúcej získať, napríklad v prípade masla, buď tvrdšie maslo zo zadržanej časti, alebo mäkšie maslo z prešlej frakcie. Za týmto účelom sa zadržaná časť alebo prešlá časť zmiešava s netukovou látkou a potom sa podrobuje zmaslovaniu, ktoré samotné je známe. Obohacovanie môže pokračovať až ku skutočnému frakčnému deleniu, ak je podiel recyklácie značný a podiel extrakcie prešlej časti malý.

Na tento účel sa počas filtrácie zadržiavaná časť znova zavádza do bezvodej tukovej hmoty počas filtrácie.

Spôsob podľa vynálezu tak dovoľuje na konci postupu získavať z roztavenej bezvodej tukovej hmoty, ako je MGLA s pevnou teplotou, vyššou ako 45° C podľa potreby maslo s vlastnosťami buď zimného masla alebo letného masla. Ako pokračuje frakčné delenie, dovoľuje získavať tukové hmoty špecifických vlastností, napríklad mliečnu špecialitu pre roztieranie na pečivo, tuhé tukové hmoty, atď.

Spôsob podľa vynálezu je založený na delení typu molekulového triedenia rôznych typov triglyceridových molekúl podľa ich veľkosti, podľa ich polomeru obiehania v hydrofóbnom kvapalnom prostredí a ich stupňa nasýtenia, a teda ich tuhostí. Spočíva teda v delení lipidových molekúl tangenciálnou filtráciou na hydrofóbnej membráne v kvapalnom prostredí, ktoré je zrejme roztavené a celkom hydrofóbne. Použitá tuková hmota musí byť prísne bezvodá, ako je napríklad MGLA. Musí zostať roztavená, napríklad pri teplote vyššej ako 45° C pre MGLA, a bez akejkoľvek stopy vody počas celého procesu delenia.

Cieľom vynálezu je získať v hydrofóbnom prostredí delenia rovnakého typu, aké sa dosahujú pri hydrofilnej ultrafiltrácii na zložkách mlieka, rozpustných vo vode. Toto sa dosahuje tým, že sa celkom obrátia vzájomné pôsobenia, ktoré majú pri klasickej ultrafiltrácii vo vodnom prostredí hydrofilnú povahu. Tieto vzájomné pôsobenia majú v danom procese celkom hydrofóbnu povahu.

Je potrebné zdôrazniť, že voda je obzvlášť škodlivá pre spôsob podľa vynálezu, lebo v prítomnosti tukovej hmoty vo vodnej fáze vytvára emulziu v úrovni membrány a vedie k veľmi rýchlemu upchávaniu, vyvolávajúcemu zvýšenie tlaku cez membránu a pokles extrakčného prietoku.

Spôsob podľa vynálezu sa teda hodí pre tukové hmoty v kvapalnej fáze (oleje strednej teploty alebo tuky vyššej teploty pri teplote topenia), ktoré musia byť použité bez vody, kvôli dosiahnutiu hydrofóbnejšieho prostredia v hydrofóbnom prostredí a na hydrofóbnej membráne.

Použitá membrána musí mať čo najvyššiu možnú hydrofóbnu povahu, čo sa dosiahne napríklad membránami zo slinutého kovu alebo pri použití silne hydrofóbnych polymérov, okrem iného typu teflonu.

Povaha pórovitosti membrány má väčší vplyv na hydrodynamické podmienky funkcie (tlak cez membránu a prietoky) ako na účinnosť a selektivitu membrány. Vo všetkých prípadoch je priemer pórov (0,005 až 1,0gm) značne väčší ako je polomer obiehania molekúl, ktoré sa majú deliť. Molekulové triedenie, ktoré sa vykonáva na membráne, teda nevyplýva z čistého sférického a fluidného účinku. Je výsledkom vzájomného hydrofóbneho pôsobenia medzi časticou a membránovým povrchom, ktorý sa prejavuje rozdielnou adsorpciou na tento povrch, s celkovým účinkom zadržiavania alebo priechodnosti podľa uvažovanej molekuly.

Takéto vzájomné pôsobenie tak závisí súčasne od triglyceridovej molekuly (veľkosť, povaha mastných kyselín, nasýtenie, atď.) a membrány a predpätia vzájomných hydrofóbnych pôsobení, ktoré je schopná vyvolať v styku s molekulou. Pretože tieto vzájomné pôsobenia, ktoré sú mimoriadne zložité, nie sú rovnaké od jednej molekuly k druhej, vyplýva z toho požadovaný deliaci jav.

Bude zrejmé, že delenie, založené na tomto type vzájomného hydrofóbneho pôsobenia, sa môže výhodne uplatňovať v iných oblastiach ako v potravinárskom priemysle a hlavne zakaždým, keď sú prostredia dotknuté delením silne hydrofóbne, ako je to napríklad u uhľovodíkových zmesí, pochádzajúcich buď z destilácie ropy alebo zvyškov s cieľom ich zbavenia nečistôt alebo zhodnotenia.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález je bližšie vysvetlený v nasledujúcom opise na príkladoch vyhotovenia s odvolaním na pripojené výkresy, v ktorých znázorňuje obr. 1 schému zariadenia na vykonávanie spôsobu podľa vynálezu a obr. 2a až 2d diagramy výťažnosti spôsobu podľa vynálezu pre mono-, di- alebo trinenasýtené triglyceridy a nasýtené triglyceridy.

Príklady vyhotovenia vynálezu

Obr. 1 znázorňuje schematicky zariadenie pre vykonávanie spôsobu podľa vynálezu pre delenie bezvodej tukovej hmoty v hydrofóbnej kvapalnej fáze, ako je MGLA, udržiavanej na teplote vyššej ako 45° C v nádrži 10, ktorá v znázornenom príklade vyhotovenia slúži rovnako ako nádrž na zadržiavanú časť 2, ktorá sa recykluje, keď je vpravovaná do bezvodej tukovej hmoty 1 počas filtrácie. MGLA sa vedie pôsobením čerpadla 11 do membránového filtračného modulu 20, v ktorom je uvedená hydrofóbna membrána 21, ktorá môže byť tvorená súvrstvím viacerých elementárnych membrán s rovinnou geometriou, ako je to v prípade obr. 1. Toto zvláštne usporiadanie membrány však nie je spôsobom podľa vynálezu nijako predpisované a môžu byť použité všetky typy rovinných alebo radiálnych súvrství. Filtračná membrána 21 je vytvorená zo slinutého kovu, napríklad slinutej nehrdzavejúcej ocele, alebo z hydrofóbnych polymérov, ako je teflon a má pórovitosť od 0,005 Tm do 0,1 7m.

Tangenciálna filtrácia, vykonávaná v module 20, delí MGLA na zadržanú časť 2, tvoriacu frakciu s vysokými teplotami topenia, ktorá sa tu recykluje k nádrži 10 a prešlú časť 3, tvoriacu frakciu s nízkymi teplotami topenia, ktorá sa extrahuje k zásobnej nádrži 31 cez regulačný ventil 31, ktorý dovoľuje obmeňovať tlak cez membránu, a teda i extrakčný priechod prešlej časti (frakcie) 3.

Celé zariadenie musí byť nutne udržiavané na teplote najmenej rovnej 45 C vo zvolenom príklade a starostlivo je treba vylúčiť prítomnosť akejkoľvek vody v okruhu.

Prihlasovateľ zistil, že je možné pomocou spôsobu podľa vynálezu získať zadržanú časť (frakciu) 2 o SFI(20) 33 a prešlú časť o SFI(20) 26 tangenciálnou filtráciou počas 30 minút z MGLA so stredným SFI(20) 30.

Postup vykonávania spôsobu je fakultatívny. Vo vetve A sa zadržaná časť 2, uložená v nádrži 1, vedie druhým čerpadlom 41 do zmiešavacej nádrže 40, kde sa zmiešava s netukovou látkou 4. Potom sa chladí, upravuje sa jej konzistencia v klasickom zmaslovacom zariadení, napríklad použitím výmenníkov so stieraným povrchom. Maslo získané vo vetve A je typu zimného masla s tvrdou konzistenčnou charakteristikou, zatiaľ čo vo vetve B, používanej rovnakým spôsobom, sa získa maslo typu letného masla s mäkkou konzistenciou.

Okrem toho je treba poznamenať, že reálne merateľné obmeny zloženia maslovej tukovej hmoty sú veľmi malé na takýto výsledok: jedná sa teda stále o maslo, čo má veľký význam na úrovni komerčného využitia vynálezu.

Intermediárne výsledky, pokiaľ ide o konzistenčné vlastnosti, môžu byť získané spôsobom podľa vynálezu vhodným miešaním frakcií vo vetve A alebo B s danou počiatočnou tukovou hmotou. Podmienky riadenia tangenciálnej filtrácie (podiel recyklácie, podiel extrakcie) dovoľujú získavať viac či menej odlišné tukové hmoty, kde sa môže jednať o púhu nerovnováhu SFI(20) až po skutočné frakčné delenie.

Ak sa berie ohľad na zvláštne podmienky obohacovania, nemajú výrobky získané spôsobom podľa vynálezu charakteristický profil masiel známych ako s pridávanými frakciami, so zmiernením strmosti v úrovni vysokých teplôt topenia. Naopak je profil termogramu týchto výrobkov analogický profilu u masla a iba pomer povrchu medzi hornou teplotou topenia a dolnou teplotou topenia, ktorý slúži pre výpočet ich SFI, je odlišný.

Obr. 2a až 2d znázorňujú zodpovedajúce diagramy výťažku spôsobu podľa vynálezu pre mono-, di- a tri-nenasýtené triglyceridy a nasýtené triglyceridy. Každý z týchto grafov poskytuje podiel, v ktorom sa zadržaná frakcia alebo prešla frakcia obohatili alebo ochudobnili na triglyceridy v závislosti od ich molekulovej hmotnosti, čo je dobrým indikátorom bodov topenia, ak sa zostane u molekúl rovnakého typu nasýtenia.

Claims (13)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob delenia oleja alebo bezvodej tukovej hmoty v hydrofóbnej kvapalnej fáze na frakciu s vysokými teplotami topenia a frakciu s nízkymi teplotami topenia, vyznačujúci sa tým, že obsahuje fázu tangenciálnej filtrácie uvedeného oleja alebo bezvodej tukovej hmoty v hydrofóbnej kvapalnej fáze na hydrofóbnej membráne, vedúcej k deleniu uvedeného oleja alebo tukovej hmoty na časť zadržanú filtráciou, tvoriacu uvedenú frakciu s vysokými teplotami topenia a časť prešlú filtráciou, tvoriacu uvedenú frakciu s nízkymi teplotami topenia.
2. 2. Spôsob delenia podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že sa uvedená zadržaná časť znova zavádza do oleja alebo bezvodej tukovej hmoty počas filtrácie.
3. 3. Spôsob delenia podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že sa zadržaná časť zmiešava s netukovou látkou a potom sa podrobuje zmaslovaniu.
4. 4. Spôsob delenia podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že získaná prešlá časť sa mieša s netukovou látkou a potom sa podrobuje zmaslovaniu. '
5. 5. Zariadenie na vykonávanie spôsobu delenia podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 4, vyznačujúce sa tým, že obsahuje modul tangenciálnej filtrácie, obsahujúci hydrofóbnu membránu.
6. 6. Zariadenie podľa nároku 5, vyznačujúce sa tým, že uvedená membrána je zo slinutého kovu.
7. 7. Zariadenie podľa nároku 6, vyznačujúce sa tým, že uvedený slinutý kov je slinutá nehrdzavejúca oceľ.
8. 8. Zariadenie podľa nároku 5, vyznačujúce sa tým, že uvedená hydrofóbna membrána je vytvorená z hydrofóbneho polyméru.
9. 9. Zariadenie podľa nároku 8, vyznačujúce sa tým, že uvedený hydrofóbny polymér je teflon.
10. 10. Zariadenie podľa najmenej jedného z nárokov 5 až 9, vyznačujúce sa tým, že uvedená membrána má pórovitosť od 0,005 pm do 1 gm.
11. 11. Použitie spôsobu delenia podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 4 pre tavené živočíšne bezvodé tukové hmoty.
12. 12. Použitie spôsobu delenia podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 4 pre kvapalné alebo tavené rastlinné bezvodé tukové hmoty.
13. 13. Použitie spôsobu delenia podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 4 pre minerálne oleje.