Применение активированного угля при очистке масел и жиров

Пермский завод сорбентов «Уралхимсорб» является производителем активного древесного угля (АУ). Мы свидетельствуем Вам свое почтение и имеем честь представить Вашему вниманию имеющуюся у нас техническую информацию по его применению в процессе очистки растительных масел и жиров. Эта информация получена не только в результате наших исследований, но и работ мировых лидеров в области производства активированного угля.

В последнее десятилетие наблюдается процесс неустанного ужесточения стандартов качества и безопасности на пищевые продукты, производимые в мире. Этот процесс обусловлен как  растущими проблемами, вызываемыми процессом глобального загрязнения окружающей среды, так и развитием знаний о природе возникновения наиболее опасных заболеваний человека. В результате ужесточения общественного контроля фирмы-производители продуктов питания вынуждены принимать меры, ограничивающие возможность поставки на рынок продукции, опасной для здоровья ее потребителей.

Этот процесс затронул и формы, производящие растительные и животные масла. С одной стороны, эти фирмы вынуждены применять дополнительные меры по очистке своей продукции в соответствии с вводимыми государством предельно допустимыми нормами содержания в продукции различного рода вредных веществ. С другой стороны, они сами принимают необходимые меры по предотвращению возможности попадания в их продукцию опасных для жизни потребителей веществ, стараясь избежать катастрофических для себя последствий в случае массовых отравлений их продукцией.

Основными компонентами сырых растительных масел и жиров являются: триглицериды, жирные кислоты, пигменты, фосфатиды (смолы), парафины и следы металлов. В процессах предварительной фильтрации удаляются взвешенные вещества, рафинирования – смолы и фосфатиды, раскисления и промывки – часть жирных кислот. Все эти стадии производства масел и жиров создают условия для более успешной процедуры их осветления, с помощью которой большое количество веществ, как пигменты (каратеноиды и хлорифилл), остатки поверхностно-активных веществ, фосфатиды, металлы, продукты окисления, полиароматические углеводороды (ПАУ), диоксин и полихлорбефинилы. На завершающей стадии дезодорирования из масла и жиров удаляются легкие ПАУ и летучие полихлорбефинилы.

Имеющиеся данные свидетельствуют о росте загрязнения в последние десятилетия сырого масла и жира целым рядом весьма опасных для здоровья человека веществ. Известны случаи массового отравления населения ряда европейских стран оливковым и другими растительными маслами. Одним из основных веществ, вызвавших тревогу у представителей власти и производителей этих продуктов, стали ПАУ, содержание которых в маслах по мнению медиков чрезвычайно высоко и неуклонно возрастает. Причины этого процесса многочисленны: это сушка кокосовой копры дымом, подсолнечника и оливковой копры – выхлопными газам, использование загрязняющих танкеров и контейнеров при транспортировке пальмового и кокосового масла, негативное загрязнение окружающей среды на качество рапсового и оливкового масел и особенно рыбьего жира.

Страны Европейского сообщества договорились о том, что содержание ПАУ в пищевых маслах и жирах не должно превышать 25ppb. При этом уровень тяжелых ПАУ не должен превышать 5 ppb, а содержание одного из опасных канцерогенов бензоальфапирена ограничено 0,5 ppи В ноябре 2001 года предельно допустимое содержание диоксина в растительных маслах было ограничено уровнем 0,75 пикограмм/грамм продукта, а в рыбьем жире – 2,0 пг/г  (норматив 2375/2001 от 29.11.01). В ближайшем будущем ожидается введение ограничений на содержание полихлорбефинилов. Введение вышеперечисленных ограничений заставляет производителей совершать методы очистки растительных масел и жиров.

Процесс осветления является центральным звеном в процессе производства высококачественного масла и жира. Важнейшую роль при этом традиционно играет использование отбеливающей глины (ОГ) и во все возрастающих масштабах она используется в паре с активированными углями (АУ). Причина этого в том, что, будучи хорошим адсорбентом, ОГ тем не менее во все возрастающей степени не в состоянии самостоятельно решить проблему очистки сырого масла и жиров до нужной кондиции. Следует иметь ввиду, что чем лучше ОГ, тем меньше требуется АУ. Использование при отбеливании только АУ возможно лишь при очистке рыбьего жира.

Активированный уголь является лучшим адсорбентом, получившим широкое применении во всех отраслях промышленности и особенно в сфере производства пищевых продуктов и фармацевтических препаратов. АУ представляет собой высокопористый карбонизированный материал растительного происхождения. В нашем случае активированный угль изготавливается из древесины березы. Исходный материал и метод активации (острым паром или химический способ) определяет структуру пор АУ. ПЗС «Уралхимсорб» использует метод активации паром. Поры разделяются на три вида: микропоры (диаметром менее 1 нанометра (нм)), мезопоры (1-25 нм) и макропоры (более 25 нм).

Активация паром позволяет получить гидрофобные, глубокие и гладкие поры, прекрасно подходящие для активации мелких и средних по размеру органических примесей из жидкостей и газов.

Пермский завод сорбентов «Уралхимсорб»  является единственной компанией, производящей активированные угли при помощи самостоятельно разработанной новейшей технологии активации древесных углей. Активированный уголь производится без химических добавок, без использования попутного топлива. Это преимущество ценят наши постоянные потребители в России и странах таможенного союза. Наше сырье – древесина березы. Контроль производства на каждом этапе и уникальное оборудование позволяет изготавливать качественный продукт. 

В процессе долговременного применения активных углей в процессе очистки масел и жиров стало ясно, что лучшим для этих целей является АУ активированные острым паром и имеющие мезо-микропористую структуру. Причем адсорбционная активность не должна быть очень высокой, так как более активные марки АУ имеют более низкие показатели при сравнении по критерию «стоимость-эффективность». АУ, полученные путем химической активации ортофосфорной кислотой (такой метод активации не применяется на нашем заводе), обладают макропористой структурой, позволяющей хорошо адсорбировать крупные органические молекулы. Большой объем их пор позволяет прекрасно очищать водные растворы. Применение этих АУ при очистке масла ведут к удвоению его потерь при замене фильтровальной лепешки и вследствие этого они используются в этой отрасли промышленности очень редко.

В результате долгого процесса отбора среди различных марок АУ лучшим из них для осветления масел и жиров признан CARBOCLEAN-SUN-К.

Совместное использование ОГ и АУ в процессе отбеливания масла и жира объединяет их сильные стороны. ОГ улучшает условия для применения АУ, удаляя вещества, способные дезактивировать АУ (фосфаты, следы поверхностно-активных веществ). Последний в свою очередь удаляет из масла те вещества, с которыми не в состоянии справиться ОГ. К числу последних относятся очень устойчивые пигменты, легкие устойчивые и тяжелые ПАУ, диоксины и полихлорбефинилы.

Лучшие результаты при отбеливании масла могут быть достигнуты при использовании смеси ОГ и АУ в соотношении 60/40%. Однако на практике это соотношение колеблются между 80/20 и 90/10%, что объясняется экономическими и технологическими проблемами. АУ намного дороже ОГ, а его более развитая структура пор ведет к относительно большей потере масла при замене фильтровальной лепешки. Кроме того, при использовании более 5 кг АУ на тонну очищаемого продукта могут возникнуть проблемы в процессе фильтрации.

Однако уровень дозирования смеси ОГ/АУ составляет 0,5-1,5% от массы отбеливаемого продукта и зависит от степени загрязненности сырого масла или  жира и требует чистоты конечного продукта. ОГ и АУ могут вводится в отбеливатель в виде готовой смеси или раздельно, образуя смесь уже внутри аппарата. Типичное время контакта для отбеливания масла 20-30 минут, а для удаления из него ПАУ-45 минут. АУ намного активнее чем ОГ адсорбирует фосфаты, пигменты и прочие вещества. Поэтому при очистке масла с высоким содержанием ПАУ введение АУ через 10 минут после начала его обработки ОГ, которая принимает на себя значительную часть веществ, способных дезодорировать АУ, приводит к значительному повышению эффективности процесса осветления. По достижению необходимого времени контакта отбеливающей смеси с осветляющим продуктом происходит их разделение посредством механической фильтрации. При этом могут использоваться вертикальные фильтры под давлением, вращающиеся дисковые фильтры или метод противоточного фильтра.

На практике в процессе отбеливания чаще всего используют смеси со следующими соотношениями ОГ и АУ:

Решению проблемы снижения содержания ПАУ в маслах и жирах препятствует сложность процесса определения уровня их содержания в сырых продуктах. Даже крупные западные производители не имеют необходимых условий для выполнения необходимых анализов (оборудование, специалисты). Они выполняют только в специализированных лабораториях. Поэтому в повседневной практике производители используют весьма доступный метод, позволяющий определить содержание такого тяжелого ПАУ, как бензоальфапирен (стандартный метод анализа ISO/fdis 15302 (1998)). Уровень содержания тяжелых ПАУ может быть получен путем умножения уровня содержания бензоальфапирена на 5. Полученный показатель может использоваться только при условии, что в процессе очистки масла не используются источники тепла, которые могут вызвать его возгорание.

При определении количества АУ для очистки тонны сырого масла следует исходить из следующего соотношения, полученного в ходе его широкомасштабного практического применения: на каждые 8 ppb бензоальфапирена, содержащегося в сыром масле, требуется 1 кг АУ марки CARBOCLEAN-SUN-К на тонну очищенного продукта. Использование этого метода определения необходимой дозы АУ предполагает его применение совместно с ОГ, а также использование в процессе осветления чистых источников энергии.

Как уже отмечалось выше, применение более 5 кг АУ при осветлении тонны масла приводит к проблемам при фильтрации: давление необходимое для фильтрации превышает допустимый уровень, скорость фильтрации сокращается до минимума или снижается стабильность фильтровальной лепешки, что ведет к просачиванию АУ сквозь фильтр. Эти обстоятельства требуют разделения процесса осветления на два этапа, что позволяет снизить дозу АУ на каждом этапе вдвое. Однако данный подход считается неэкономичным, так как он ведет к значительным дополнительным издержкам. Поэтому о тех случаях, когда уровень содержания бензоальфапирена превышает 40ppи, данное обстоятельство затрудняет использование АУ. Для решения данной проблемы рекомендовано использовать угль  активированный уголь марки CARBOCLEAN-SUN-V, обладающий значительно лучшими фильтровальными характеристиками. На практике при использовании соответствующих схем осветления и правильных доз АУ возможна, например, очистка осадка испанского оливкового масла, содержание бензоальфапирена в котором достигает 500 ppb.

На ряду с использованием более качественного АУ в последнее время все больше использование получает процесс двухстадийного осветления: на первой стадии, масло контактирует с ОГ и фильтруется, а затем, на второй стадии, вступает в работу с АУ с последующей фильтрацией. Несмотря на дополнительные издержки, этот метод стал экономически оправданным в результате запрещения использования традиционных методов утилизации фильтровальных лепешек. Было запрещено использовать фильтровальную лепешку, в состав которой входит АУ, в качестве пищевой добавки в корм скоту или для компостирования по причине недопустимо высокого содержания в ней канцерогенов и токсинов. Использование двухстадийного осветления позволяет, как и раньше, утилизировать фильтровальную лепешку, содержащую отработанную ОГ, прежними способами. Аналогическая лепешка, содержащая загрязненный АУ, утилизируется посредством сжигания на мусороперерабатывающих заводах или в цементных печах. Рекомендуемый масложировым предприятием уголь CARBOCLEAN-SUN-V  и CARBOCLEAN-SUN-К производства ПЗС Уралхимсорб обладает следующими преимуществами:

- эти марки предлагают оптимальный компромисс между адсорбционной активностью и потерями масла в отработанном угле;

- обладают оптимальной пористой структурой для адсорбции ПАУ;

- обладая щелочным pH препятствуют гидролизу масла;

- высокая стабильность качества углей облегчает их практическое применение;

- возможность получить уголь, обладающий улучшенными фильтровальными свойствами.

Надеемся, что данная информация поможет потенциальным Заказчикам принять правильное решение относительно необходимости и целесообразности применения АУ на своем предприятии. В случае Вашей заинтересованности, напишите нам и  будем рады предоставить необходимую дополнительную информацию.