ROŚLINY – TŁUSZCZE

RAFINACJA – oczyszczanie surowca w celu otrzymania produktu bardziej uszlachetnionego, choć nie

Zawsze całkowicie pozbawionego substancji ubocznych.

Substancje uboczne w oleju:

• zanieczyszczenie mechaniczne – z nasion, agrotechniki, opakowań, środków transportu

• emulsje – tworzy je faza wodna, w której rozpuszczone są inne związki

• roztwory koloidalne – trwałe, jeżeli nie następują zmiany natury chemicznej – fosfolipidy, pochodne rozkładu białka, węglowodany, związki kompleksowe

• związki rozpuszczalne w tłuszczach – najtrudniejsze do usunięcia, zróżnicowane – związki macierzyste (wolne kwasy tłuszczowe WKT, mono- i diglicerydy, diole, lipochromy, alkohole alifatyczne, alkohole triterpenowe, sterole, tokoferole, węglowodory, woski, wit A,D,E,K, związki charakterystyczne), związki powstające w toku różnych procesów (zwiększone ilości WKT, aldehydy, ketony, polimery)

• Obecnie 25% zapotrzebowania energetycznego jest pokrywane przez tłuszcze w stanie wolnym , a dalsze 20% przez składniki tłuszczowe pokarmów (np.mięso, ser)

• Światowe spożycie tłuszczów pochodzi w 66% z materiału roślinnego

Tłuszcze spożywcze

(konsystencja) (występowanie fazy wodnej)

Stałe ciekłe bezwodne emulsje

- masło

-smalec

-łój

-margaryna

• MARGARYNA

• Surowiec do produkcji :

- soja

- olej słonecznikowy

- olej palmowy

- olej z ziarn palmowych

- olej kokosowy

- olej arachidowy

- olej bawełniany

- olej rzepakowy

• Wartość energetyczna: 32 J/g

• Do 3,5% fazy stałej w 33°C

• Przechowywanie : < 18-20°C

• Barwa: żółtawa (od karotenu)

• Połysk przekroju powoduje dobra dyspersja , drobne kryształy, wysoka zawartość tłuszczów ciekłych w osnowie

• Na cechy fizyczne składa się konsystencja i plastyczność

KONSYSTENCJA – właściwość ciała przeciwstawiająca się deformacji; jest mierzona penetrometrem.

- zależy od składu osnowy, krystalizacji emulsji, wygniatania, przechowywania, stosunku składników stałych i ciekłych danej temperaturze

- po wyjęciu z lodówki, margaryna nie powinna zawierać więcej niż 15% fazy stałej

PLASTYCZNOŚĆ – właściwość ciała, która umożliwia zachowanie deformacji po usunięciu siły odkształcającej.

- tłuszcze plastyczne zbudowane są z kryształków o wielkości kilku µm rozproszonych homogenicznie w bezpostaciowym oleju

- tłuszcz plastyczny składa się z 2 faz – stałej i ciekłej

- powyżej 40-50% fazy stałej tłuszcz traci plastyczność i zaczyna być kruchy.

- zawartość fazy stałej mierzy się dylatometrycznie i wyraża jako SFI

• W margarynach o dużej zawartości kwasów C18 powstają duże kryształy powodujące piaszczystość , której można uniknąć np. przez przeestryfikowanie ciekłego oleju z uwodornionym lub przez wprowadzenie do osnowy małej ilości wysoko uwodornionego tłuszczu (tzw stearyn)

• Wymiary kryształów wynoszą zazwyczaj 0,1-5µm

• Po wygnieceniu margaryna ma 70-90% miękkości w porównaniu z masłem

• Najlepszą smarowność ma produkt o SFI=10-20

MARGARYNA ZEPSUTA – taka, która utraciła charakterystyczne cechy np., aromat, lub taka, która

Nabyła właściwości nieprzyjemne np. pod względem konsystencji

• Psucie:

- mikrobiologiczne – pod wpływem drożdży, bakterii, pleśni, znajdujących dogodne warunki rozwoju, ze względu na obecność fazy wodnej

- biochemiczny rozkład tłuszczów:

1. Hydroliza

2. Hydroliza i dalej wytwarzanie ketonów i metyloketonów

3. Hydroliza, β-oksydacja i utlenianie nienasyconych kwasów tłuszczowych do aldehydów

- chemiczne – samoutlenianie, w wyniku którego powstają nadtlenki i wiązania karbonylowe

- fizyczne – nacisk, deformacja – wypłynięcie kropel fazy wodnej, w których szybko rozwija się mikroflora

• Margaryna składa się z fazy tłuszczowej i wodnej oraz dodatków

Surowce tłuszczowe (zastosowanie)

Tłuszcze roślinne tłuszcze roślinne tłuszcze zwierzęce tłuszcze zwierzęce tłuszcze modyfikowane

Naturalne uwodornione naturalne uwodornione w inny sposób

• Zawartość NKT : 15,27-23,79%

• Zawartość linolenianów : 6,06-46,39%

• Zawartość α-tokoferolu : 0,3-24,3 mg/100g

ɣ-tokoferolu: 3,0-55,0 mg/100g

δ- tokoferolu: 0,5-18,9 mg/100g

• Zawartość kwasów konfiguracji trans: 10,74-30,06%

• Oleje roślinne:

1. Arachidowy

• cenny, ciekły składnik osnowy margarynowej

• zawiera 80-83% NNKT

• odporny na utlenianie

• utwardzony do tt 36°C przy LJ 66 – dobra plastyczność

1. Babasu

• Podobny skład kwasowy do oleju kokosowego i z ziarn palmowych

• Tt=26°C, LJ=15

1. Bawełniany

• Wymaga głębokiej rafinacji

• Ma dużą zawartość kwasu linolowego

• Dość łatwo ulega samoutlenieniu

• W czasie uwodornienia zanika jego naturalny smak, zapach tłuszczów utwardzonych nie występuje

1. Kokosowy

• Tt=24°C, LJ=8-10

• Odporny na utlenianie

• Dość łatwo ulega hydrolizie w obecności wody

• Jest łatwostrawny

• Ma łamliwą konsystencję

1. Kukurydziany

• Zawiera dużo tokoferoli – jest trwały

• Zawiera dużo kwasu linolowego

1. Oliwkowy

• Duża cena – rzadko stosowany

1. Palmowy

• Zawiera <10% kwasu linolowego

• Dobrze rafinowany jest odporny na utlenianie

• Duża zawartość karotenu – do 1000µg/g

• Mięknie w temp 25°C

• Zawiera kwas palmitynowy - doskonale nadaje się do tłuszczów piekarskich

1. Sezamowy

• W stanie rafinowanym ma miły zapach

• Tokoferol i sezamol nadają mu dużą odporność na utlenianie

• Jest dobrze przyswajalny

1. Słonecznikowy

• Doskonały smak

• Wysoka zawartość kwasu linolowego, nie zawiera kwasu linolenowego

• Nadaje margarynie doskonałą plastyczność

• Do osnowy używa się go w postaci ciekłej

1. Rzepakowy

• Zawiera szkodliwe substancje uboczne

• Dość odporny na utlenianie

1. Sojowy

• W stanie ciekłym zawiera 50-55% kwasu linolowego

• LJ = 130-135 , więc bywa często uwodorniany

• Kwasy tłuszczowe są równomiernie rozmieszczone w cząsteczkach triglicerydów

• Łatwo ulega rewersji

1. Z ziarn palmowych

• Łatwo ulega hydrolizie

• Podatny na utlenianie

• Jest stosowany w osnowach margarynowych tylko do 10%

• Tłuszcze zwierzęce:

1. Łój barani

• Często agresywny, niemiły zapach

• Używany podobnie jak łój wołowy

1. Łój wołowy

• Zawiera około 18% całkowicie nasyconych glicerydów

• Zmniejszona sprawność

• Psując się wytwarza przykry zapach

• Brak tokoferolu, śladowe ilości kwasu arachidonowego

1. Smalec

• Słabe uwodornienie – bardziej trwały

• Przeestryfikowanie – nabiera istotnych dla piekarnictwa właściwości

• Doskonale plastyczny, ma właściwą barwę

• Dodatek przeciwutleniaczy – trwały, dobry smak i stabilność

• Dobra strawność

• Oleje zwierząt morskich

• po uwodornieniu tracą przykry zapach i uzyskują odporność na jełczenie;

• często utwardza się je do tt > 40°C;

• uwodornione do LJ 50-52 są odporne na zmianę smaku

• są stosowane do osnów dobrych margaryn do 15%

• Modyfikacja tłuszczów

1. Uwodornienie

2. Frakcjonowanie

• Najcenniejszym produktem po procesie jest oleomargaryna (tt 28-30°C)

• W jej skład wchodzą glicerydy o 3 nienasyconych łańcuchach - jest mniej odporna na utlenianie od łoju

• Jest bardziej plastyczna, doskonale nadaje się do osnów margarynowych

• Pozostała frakcja (tt 48-54°C) jest przydatna do tłuszczów kuchennych i margaryn do produkcji słodkiego pieczywa

• Niżej topliwe frakcje, po całkowitym uwodornieniu, dają przydatny w cukiernictwie tłuszcz o kruchej konsystencji

1. Przeestryfikowanie

• Często łączy się z uwodornieniem

• Stosując te 2 procesy można zmodyfikować podstawowe surowce roślinne i zwierzęce w sposób nadający im ściśle pożądane właściwości, istotne dla margaryny i tłuszczów kuchennych

1. Polimeryzowanie

• Stosuje się najczęściej do olejów rybnych w celu zmniejszenia ich LJ do około 100, co eliminuje zapach i tylko nieznacznie zwiększa lepkość

• Po polimeryzacji stosuje się pełną rafinację

• Osnowa tłuszczowa

• Składa się z kilku tłuszczów o niezmienionej budowie glicerydowej i z coraz częściej stosowanych produktów modyfikacji

• Powinna być w pełni neutralna pod względem sensorycznym, co umożliwia nadanie jej cech najbardziej zbliżonych do masła

• Składa się zazwyczaj z części twardej i części miękkiej lub twardej i oleju płynnego

• Faza tłuszczowa

• Emulgatory i stabilizatory – utrwalają emulsję, regulują aglomerację kropelek tłuszczu i stabilizują układy z wprowadzonym gazem

• emulgatory mogą stabilizować emulsje w/o, o/w lub tworzyć jej specjalne odmiany

• ilościowym określeniem zdolności stabilizacyjnych jest równowaga hydrofilowo-lipofilowa (HLB)

HLB=3-7 emulsja w/o HLB=8-18 emulsja o/w

• emulgatory wpływają na powstawanie zarodków i wzrost kryształów triglicerydów, zapobiegają rozpryskiwaniu tłuszczu w czasie jej ogrzewania

• emulgatory:

- niepełne estry glicerolu i nasyconych oraz nienasyconych kwasów tłuszczowych

- estry innych alkoholi wielowodorotlenowych

- estry cukrowe i mieszane

- fosfolipidy

- inne substancje przeciwrospryskowe

• Barwniki

• związki naturalne (ekstrakt karotenu, anato, czerwonego oleju palmowego)

• Witaminy

• A, D, E, K

• Przeciwutleniacze

• W postaci naturalnej – tokoferole

• W sezamol – w oleju sezamowym

• Gossipol – w oleju bawełnianym

• Dozwolone jest stosowanie 0,02g tokoferoli/100g margaryny, tłuszczów kuchennych lub smalcu

• Substancje zapachowe

• Zapach wiąże się z teksturą i szybkością topnienia margaryny w ustach

• Wywodzi się częściowo z fazy tłuszczowej, a częściowo z serum fazy wodnej

• Aromat nadaje się przez wprowadzenie do osnowy tłuszczowej substancji zapachowych

• Są to :

- diacetyl

- acetoina

• Faza wodna

• Margaryna zawiera ok 18% fazy wodnej , w niektórych rodzajach do 60%

• Składa się z mleka, wody lub ich mieszanin a także z soli i środków konserwujących(benzoesan sodu i kwas sorbowy)

• Jest nośnikiem naturalnego aromatu

• Jest bardzo podatna na mikrobiologiczne psucie się

• Operacje jednostkowe

• Wytwarzanie naturalnego aromatu

• Emulgowanie

- w emulsorach

- nowoczesne urządzenia emulsorowo-schładzające wytwarzają pożądany rodzaj emulsji, układ trwały, mniej zależny od emulgatora niż przy zastosowaniu wolnoobrotowych mieszadeł

• Chłodzenie

- chłodzenie ma na celu zestalenie i utrwalenie stanu emulsyjnego oraz krystalizację układu

- zestalenie margaryny wymaga obniżenia temperatury znacznie poniżej tk

- temperatura schłodzonej emulsji wynosi 4-7°C, a gdy stopniowo wzrasta, krystalizacja ustaje

• Nadawanie konsystencji

- ma na celu nadanie pożądanych właściwości reologicznych, istotnych przy formowaniu, rozsmarowywaniu na pieczywie i spożywaniu

- mechaniczne wygniatanie nadaje margarynie jednolity, elastyczny układ

• Formowanie

• Pakowanie

• Proces technologiczny i aparatura

• Produkcja margaryny odbywa się metodą ciągłą

• Zalety produkcji :

- ochrona przed zakażeniem mikrobiologicznym i kontaktem z powietrzem

- łatwość utrzymania czystości

- izolacja od ręcznej obsługi

- utrzymywanie stałej zawartości wody

- utrzymywanie jednolitego stopnia emulgowania i właściwej struktury krystalicznej

- możliwość emulgowania azotu

• Najbardziej rozpowszechnione systemy zamknięte są produkowane pod takimi nazwami:

- Votator

- Kombinator

- Perfector

- Zenator

• Faza wodna i tłuszczowa po przejściu przez aparaturę regulującą temperaturę – są samoczynnie dozowane systemem nisko- lub wysokociśnieniowym

• Następnie wprowadza się je do chłodnicy rurowo-skrobakowej (schładzacza), potocznie zwanej wotatorem, w której przebiegają operacje emulgowania, schładzania i wygniatania

• Rodzaje margaryny

1. Konsystencja

-Twarde i miękkie w pojemnikach lub w tubach

- zaazotowane twarde i miękkie

2) Zastosowanie

- niskoenergetyczne o dużej zawartości NNKT

- dietetyczne i bez soli

- stołowe

- kuchenne

- piekarskie

- cukiernicze

- pasztecikowe

- ciągliwe

- kremowe

MARGARYNA STOŁOWA – zachowuje właściwą smarowalność w temp 3-27°C. To margaryna mleczna,

Od której wymaga się właściwego aromatu, konsystencji, plastyczności,

Niezbędnej przy rozsmarowywaniu na pieczywie; pakowana w kostki

MARGARYNA MIĘKKA – szczególnie przydatna do przechowywania w chłodniach; osnowa zawiera

Zazwyczaj 55-65% olejów, zachowuje właściwą smarowalność w temp 3-27°C

Często pakowana w tuby

MARGARYNA KUCHENNA – przeznaczona do smażenia i wypieku domowego; pakowana w cegiełki

MARGARYNA PIEKARSKA – dzięki specjalnym dodatkom ułatwia wypiek; zawartość zemulgowanej

Wody wpływa na rozluźnienie struktury pieczywa; dodatki smakowe

Współdziałają z glutenem, a lecytyna i białko mleka powodują brązowienie

Pieczywa; pakowana w bloki

MARGARYNA CUKIERNICZA – ma bardzo dobrą plastyczność w dużym zakresie temperatur i dużą

Zdolność kremowania; osnowa zawiera znaczną ilość kwasów nasyconych

Ma w swoim składzie smalec, łój, olej palmowy, shea, masło oraz oleje

Uwodornione;

MARGARYNA DIETETYCZNA – udział NNKT w postaci kwasu linolowego wynosi co najmniej 50%;

Charakteryzuje się doskonałym zemulgowaniem, a zawartość

Najważniejszych witamin oraz temp topnienia i konsystencja zbliżona

Jest do masła; nie zawiera soli i składników konserwujących, ma smak

Neutralny.

MARGARYNA NISKOENERGETYCZNA – zawiera zazwyczaj 40% tłuszczu; zawartość emulgatora wynosi

0,3-0,6%; zawartość soli jest bardzo duża; nie nadaje się do celów

Kuchennych.

MARGARYNA DO CIAST I KREMÓW – umożliwia w temp użytkowania wprowadzanie i zatrzymywanie

powietrza

• Sposoby wydobywania tłuszczów

1. Wytłaczanie

• Stosuje się czasami wytłaczanie wstępne – im więcej surowiec zawiera tłuszczu, tym zabieg ten jest bardziej celowy, ale jest mniej opłacalne

• Nowoczesne metody umożliwiają zmniejszenie zawartości tłuszczu w wytłoku do kilku %

• Obecnie stosuje się prasy ślimakowe pracujące w sposób ciągły – mogą one służyć do wstępnego odolejania, po którym następuje ekstrakcja, ale mogą tez być jedynym urządzeniem do wydobywania tłuszczu (prasy końcowe) – w tym przypadku wytłaczanie może następować albo w 2 szeregowo ustawionych prasach , albo w 1 prasie dającej wytłok o wystarczająco małym zaolejeniu

• Najbardziej opłacalne jest łączenie tłoczenia i ekstrakcji

• Śruta poekstrakcyjna zawiera 0,2-1,5% tłuszczu, natomiast wytłok z prasy , podwójnego działania 3-6%

• Tłuszcz w wytłoku przechodzi do paszy, ale jego wykorzystanie jest mniej opłacalne

• Miazga rzepakowa opuszczająca prasę zawiera zazwyczaj 18-20% oleju i 6-6,5% wody, a jej temp przekracza 100°C

• Części prasy ślimakowej:

- napęd

- cedzidło

- ślimak

- regulator ciśnienia

• W nowym typie prasy materiał podlega wielokrotnemu zgniataniu, cięciu, ściskaniu i rozluźnieniu

• Prasy chłodzi się od zewnątrz i przez wał ślimaka

• Można też stosować prasy rotacyjne

• Do wytłaczania nasion kakao, karite (shea) i innych surowców zawierających wartościowy tłuszcz o wysokiej tt, stosuje się prasy pierścieniowe lub korytkowe

1. Ekstrakcja

• Ujemne cechy :

- palność, straty i toksyczność rozpuszczalnika

- zanieczyszczenie oleju substancjami ubocznymi

- kosztowniejsza gospodarka cieplna i wodna

• Zapewnia lepszą ochronę śruty przed działaniem wysokiej temp, a przez dobór rozpuszczalników i parametrów operacji można otrzymywać czyste oleje

• Istnieje możliwość wydobywania z surowca np. większych ilości lecytyny

• Warunkiem dobrej ekstrakcji jest zniszczenie struktury wszystkich nasion i otrzymanie materiału porowatego

• Ekstrakcja przemysłowa:

- kinetyka ekstrakcji – pozostałość oleju w śrucie po upływie określonego czasu;

przy założeniu, że ekstrakcja polega na dyfuzji rozpuszczalnika lub

misceli przez błonę do przestrzeni zawierającej tłuszcz, w celu

wyrównania jego stężenia, można zastosować I prawo Ficka.

Na prędkość przepływu misceli przez płatki ma wpływ system

Kapilarny ich powierzchni, więc rolę odgrywa prawo Hagen-Poiselle’a

- ilość tłuszczu pozostawionego w śrucie – to wypadkowa kinetyki i kosztów wydobywania oleju

- ilość rozpuszczalnika pozostawionego w śrucie – im więcej go pozostaje w śrucie po

Odcieknięciu, tym większe koszty jego usunięcia

W miarę wzrostu stężenia misceli i chłonności

Masy, zwiększa się jego ilość w śrucie

- ilość tłuszczu w misceli – stężenie misceli zależy od stopnia odolejenia surowca i czasu ekstrakcji

Rozcieńczona miscela szybciej ekstrahuje, a śruta mniej jej zawiera.

• Szybkość ekstrakcji zależy od grubości płatków

• Procesy dyfuzyjne podczas ekstrakcji:

- dyfuzja cząsteczkowa – opisana jest I prawem Ficka, wyrażającym stacjonarny proces dyfuzji

- dyfuzja konwektywna – zjawisko wymuszone przez działanie czynników wewnętrznych, np.

Przez szybkość ruchu cieczy oraz charakter powierzchni , przez którą

Ten ruch się odbywa.

• Rozpuszczalniki:

1. Węglowodory alifatyczne

- heksan, benzyna ekstrakcyjna, rzadziej propan, butan, pentan

- stabilny skład, dość dobra charakterystyka termiczna, selektywność, niezbyt wysoka cena

- jednorodność, nieobecność zanieczyszczeń, mała toksyczność

- palne, w określonych warunkach wybuchowe

2) chloropochodne węglowodorów alifatycznych

- trichlorortylen (tri)

- łatwo rozpuszcza tłuszcz,

- zawartość wilgoci do 20% ma niezbyt duży wpływ na szybkość ekstrakcji

- nieznaczne straty w czasie destylacji

- zła selektywność rozpuszczania – zwiększenie kosztów rafinacji, straty tłuszczów

3) alkohole

- etanol, izopropanol

- etanol dobrym rozpuszczalnikiem staje się dopiero w wyższych temperaturach

4) inne

- ketony, skroplone gazy, gazy w stanie nadkrytycznym, woda, aceton

- aceton jest polarny i dobrze rozpuszcza substancje uboczne, więc oleje są ciemne, a śruty bardzo

jasne, można go łatwo oddzielić od wody, bo nie tworzy z nią mieszaniny azeotropowej

• Metody ekstrakcji przemysłowej:

1. METODY PERKOLACYJNE – polegają na natryskiwaniu miazgi nasiennej rozpuszczalnikiem bez

Wypełniania pustych przestrzeni między cząstkami miazgi;

Rozpuszczalnik występuje w postaci filmu spływającego szybko pod

Wpływem siły grawitacji, film pokrywa powierzchnię całego materiału

Przesuw surowca może być poziomy, pionowy lub obrotowy

1. METODY IMMERSYJNE – polegają na dyfuzji rozpuszczonego tłuszczu, gdy surowiec jest całkowicie

Zanurzony w misceli, która omywa jego powierzchnię.

1. METODY KOMBINOWANE – obejmują aparaty łączące ekstrakcję perkolacyjną z immersyjną oraz

Inne metody charakteryzujące się dużym stężeniem misceli, małą

Zawartością oleju w śrucie lub umożliwiające wydobywanie tłuszczu z

Nasion o dużej jego zawartości, bez konieczności wstępnego tłoczenia

• Oczyszczanie oleju tłoczonego oraz misceli

- olej uzyskany przez tłoczenie powinien być oczyszczony , a zawarta w nim zawiesina, zwracana do prażni. Do tego celu stosuje się m.in. sita wstrząsane .

- uzyskana w czasie ekstrakcji miscela zawiera wiele zanieczyszczeń, zarówno porwanych , jak i rozpuszczonych

- Urządzenia filtracyjne:

• Pracujące okresowo

- prasy filtracyjne

- jeżeli ilość osadu jest duża – prasy ramowe,

- jeżeli mała – prasy komorowe ( filtry Sweetlanda lub Kelly’ego )

• Pracujące w sposób ciągły

• Odparowywanie rozpuszczalnika z misceli

• Powinno charakteryzować się jak najlepszą ekonomiką cieplną, przy pełnej ochronie oleju przed niekorzystnym wpływem wysokiej temperatury.

• Najczęściej stosuje się odparowywacz ze strumieniem wstępującym, jak też ze strumieniem spadającym czy odparowywacze obrotowe

• Odparowywanie rozpuszczalnika ze śruty, tostowanie, chłodzenie

• Śruta opuszczająca ekstraktor jest w różnym stopniu nasiąknięta rozpuszczalnikiem

• Odparowanie rozpuszczalnika może odbywać się przez ogrzewanie pośrednie za pomocą płaszcza lub innego elementu grzejnego, przez bezpośrednie wprowadzanie pary wodnej do śruty oraz przez wykorzystanie gorących gazów

• TOSTOWANIE ŚRUTY – polega na jej podgrzewaniu i zwilżaniu przez określony czas w celu usunięcia lub

Rozłożenia niepożądanych substancji ubocznych.

• Chłodzenie śruty można prowadzić w chłodniach przesypowych o perforowanych ścianach lub w warunkach fluidyzacji - w wielokomorowej chłodnicy lub rynnie fluidalnej

• Inne metody wydobywania tłuszczów roślinnych

1. Stosowanie cieczy w stanie nadkrytycznym

2. Zastosowanie wirówek

3. Wykorzystanie ekstruzji