Масло растительное

Статистико-математическая модель процесса экстрагирования семян тыквы СО₂-экстракцией

Измельчение всего сырья, использованного в экспериментах, проводилось в одном режиме на мельнице ударного действия типа кофемолки при 16000 об/мин в течение нескольких секунд (дисперсность материала определялась в дальнейшем ситовым анализом).

В результате расчета средневзвешенный размер измельченных семян составил 0,9 мм. В качестве влияющих факторов выбраны давление и температура экстрагента (СК-СО₂)
Уровни варьирования двух факторов приняты следующие:
Верхний уровень (+):

• 
  давление 8 МПа,
  
• 
  температура 40⁰С.
  

Нижний уровень (-):

• 
  давление 7 МПа,
  
• 
  температура 30⁰С.
  

Проведено кодирование факторов (табл.3.4)

Табл.3.4. Кодирование факторов
Факторы	Верхний уровень x^+	Нижний уровень x^-	Центр		Зависимость кодированной переменной от натуральной
x1	8	7	7,5	0,5	(x1-7,5)/0,5
x2	40	30	35	5	(x2-35)/5

Так как имеем два влияющих фактора и они меняются на двух уровнях, получаем планирование экспериментов по 2². Таким образом необходимо провести 4 эксперимента. Матрица плана эксперимента приведена в табл.3.5.

Табл.3.5. Матрица плана эксперимента для 2²

№ эксперимента	Факторы		Эффекты взаимодейст-вия факторов	Результаты опытов				Среднее результатов
	x1	x2	x1x2	y1	y2	y3
1	-1	-1	1	5,2	5	4,6	4,933
2	1	-1	-1	4,2	3,8	4	4,000
3	-1	1	-1	3,5	3,7	3,3	3,500
4	1	1	1	2,8	3,2	3	3,000
						Σ	15,433

Уравнение регрессии в этом случае имеет следующий вид:

Коэффициенты регрессии рассчитывают по формулам:


Результаты расчетов приведены в табл. 3.6.

Табл. 3.6.Результаты расчетов значений регрессионных коэффициентов

Коэффициенты	b0	b1	b2	b12
Значения	3,8583	-0,3583	-0,6083	0,1083

Определяем значимость этих коэффициентов:

Дисперсию воспроизводимости S_воспр произведем по формуле (3.10). Результаты расчетов приведены в табл.3.7.

Табл.3.7. Расчет дисперсии воспроизводимости

j	y1	y2	y3
1	5,200	5,000	4,600	4,933	0,0711	0,0044	0,1111	0,0933
2	4,200	3,800	4,000	4,000	0,0400	0,0400	0,0000	0,0400
3	3,500	3,700	3,300	3,500	0,0000	0,0400	0,0400	0,0400
4	2,800	3,200	3,000	3,000	0,0400	0,0400	0,0000	0,0400
							Σ	0,2133

Среднее квадратическое отклонение коэффициентов определяем по формуле (3.11):

Из таблиц распределения Стьюдента [108] по числу степеней свободы

n(m-1)=4·2=8 при уровне значимости α = 0,05 находим t_кр.= 1,86.
Расчетное значение критерия Стьюдента определяется по формуле (3.12)
= t_кр.∙ S_коэф= 1,86∙0,0667=0,124
Сравнивая полученное значение 0,124 с коэффициентами уравнения регрессии, получаем что все коэффициенты кроме b₁₂ больше по абсолютной величине . Следовательно, все коэффициенты кроме b₁₂ значимы. Таким образом данный коэффициент исключается из уравнения регрессии.
Уравнение регрессии имеет вид:

Проверена адекватность полученного уравнения регрессии, используя критерий Фишера по формуле (3.14).

Для нашего случая . При уровне значимости α = 0,05 и степеней свободы k₁=n-r=4-3=1 и k₂=n(m-1)=8 F_табл =5,32. Расчетное значение критерия Фишера по формуле (3.14) F_расч=2,64.
Значит, полученная модель адекватно описывает процесс.
По полученной уравнению построим график зависимости остаточной масличности семян дыни (шрота) от влияющих факторов давления и температуры на программе MatCAD (рис.3.3).


Температура

Остаточная масличность, %

Давление

Рис.3.3. Зависимость остаточной масличности семян тыквы (шрота) от влияющих факторов давления и температуры

По графику видно, что при увеличении давления и температуры масличность шрота уменьшается. Согласно рис.3.4 рациональными значениями влияющих факторов являются давление Р=7,75 МПа, температура t=35⁰C. При таком режиме экстракции остаточная масличность шрота 3,13 %.

Состав ЖК масла семян тыквы, выделенных различными способами

Жирная кислота	масло полученное
	В аппарате Сокслета	Мацерацией гексаном	Прессованием	СК-СО2 экстракцией
стеариновая	3,06	2,88	2,92	2,96
пальмитиновая	12,12	11,92	11,86	11,88
пальмитолеиновая	0,26	0,24	0,24	0,22
миристиновая	0,21	0,20	0,18	0,18
олеиновая	21,04	20,38	21,38	21,06
линолевая	50,03	50,25	50,06	50,62
линоленовая	9,22	9,60	10,00	10,22
эйкозадиеновая	3,62	3,60	3,52	3,48

Гидрооксильное число характеризует содержание веществ, имеющих свободные окси-группы, как например, спирты, стеролы, моно- и диглицериды. Главными компонентами неомыляемой фракции масел оказались жирные спирты, стеролы, пигменты и углеводороды.

Моно- и диглицериды могут быть продуктами неполного синтеза триглицеридов (незрелые семена) или продуктами их неполного гидролиза, катализируемого липазами в частично окисленных жирных продуктах (прогоркание). Экстрагированная СК-СО₂ фракция имеет небольшое гидрооксильное число и неомыляемую фракцию, т.к. вещества, формирующие эти показатели имеют небольшую молекулярную массу и их летучесть немного выше остальных.
Масло семян тыквы характеризуется очень высоким перекисным числом, в сравнении с обычными растительными маслами. Это число характеризует содержание очень активного кислорода в масле и степень окисления ненасыщенных кислот. Но оно может быть высоким в результате наличия кислородсодержащих производных эфирного масла. Этого можно заметить в разнице между маслами, полученными в аппарате Сокслета и мацерацией. После удаления растворителя масло в аппарате Сокслета имеет более низкое перекисное число, т.к. основная часть летучего и кислородсодержащего эфирного масла удаляется на стадии дистилляции экстрагента. Масло, извлеченное с СК-СО₂ имеет более низкое перекисное число, которое можно объяснить потерей летучих веществ при сбросе давления.
Высококислотные масла могут быть деацидифированы рафинированием или нейтрализацией щелочью. Для масел, содержание СЖК которых достигает 10%, эти методы не пригодны. В этом случае можно применить жидкостную экстракцию (растворители – ацетон, метанол, этанол), которая основана на различной растворимости кислот и триглицеридов. Лучшим способом считается [117-119] экстракция семян сжиженным или СК-СО₂. Деацидификация высококислотного масла ( 40% СКЖ) до низкокислотного (7,8 % СКЖ) была достигнута чистым СО₂ при давлении 10 МПа и температуре 60⁰С. СЖК были количественно (до 92%) извлечены из масла, причем оставшееся в семенах ценное нейтральное масло экстрагируется на следующей стадии извлечения при более высоком давлении. Понижение температуры и повышение давления, или увеличение полярности СК-СО₂ добавлением этанола или метанола как модификатора (3,4), значительно снижало селективность извлечения, количество нейтрального масла, со экстрагированного со СЖК, увеличивалось с 25% до 95%.
Опыты по СК-СО₂ экстракции проводились на лабораторной установке и включали несколько стадий. Сперва была проведена экстракция молотых семян тыквы при 35⁰С и 12 МПа в течении 60 мин, после чего определялась остаточная масличность шрота методом Сокслета. Затем проводили селективную экстракцию СЖК (пре-экстракция), в которой семена экстрагировались при 55⁰С и 10 МПа в течении 60 и 120 мин. После опытов были получены экстракты №1 и №2 и семена из экстрактора. Остаточное масло из семян экстрагировали гексаном и обозначены как рафинат 1 и 2, их выход, которых рассчитывали от массы семян, оставшихся после селективной экстракции, соответственно 37,4% и 34,7%.
Результаты экспериментов сведены в табл. 3.12.