Рапс — это не только масло, но и источник белков

В Центре химико-биотехнологических процессов им. Фраунгофера (CBP) в Лойне, Германия, открыта новая пилотная установка для мягкой переработки рапса, чтобы повысить его ценность как сырья. Установка, созданная в рамках совместного исследовательского проекта EthaNa по принципу биорефайнинга, производит не только высококачественное рапсовое масло уровня пре-рафината, но и богатый белками концентрат ядра рапса, вторичные растительные вещества, растворенные в этаноле, и рапсовую лузгу.

Рапс — вторая по значимости в мире масличная культура после сои. Помимо масла (около 40% состава), рапс, как и соя, содержит высококачественные белки, схожие с молочными, что делает его ценным источником растительного протеина для пищевой промышленности и кормов.

Однако традиционный процесс горячего прессования на маслобойных заводах требует высоких температур и давлений, которые денатурируют белки и снижают качество жмыха. Дополнительный нагрев нужен для удаления гексана — растворителя, используемого для повышения выхода масла. Качество также снижают горькие вещества из лузги.

Чтобы использовать рапс как источник востребованных растительных белков, 11 партнеров из науки и промышленности в течение пяти лет работали над проектом EthaNa. Они разработали и построили первую пилотную установку для мягкой переработки рапса в промышленных масштабах. Установка на площадке Fraunhofer CBP в Лойне может перерабатывать до 50 кг рапса в день.

Установка EthaNa позволяет полностью использовать рапс

Пилотная установка состоит из модуля обрушивания и экстракции. Она была впервые запущена в 2022 году, а официально открыта 3 мая 2023 года.

Запатентованный процесс EthaNa основан на использовании этанола для экстракции масла — подходе, ранее применявшемся только в лабораторных условиях. Задачей проекта было масштабирование процесса.

Процесс начинается с обрушивания семян для снижения доли горьких веществ, клетчатки и других нежелательных компонентов. Команде проекта удалось создать систему обрушивания, способную обрабатывать до 100 кг рапса в час в непрерывном режиме. Лузга отделяется от более тяжелого ядра в воздушном потоке системы с псевдоожиженным слоем. Лузга может использоваться, например, для производства биоизоляционных материалов.

Низкое содержание клетчатки в обрушенных ядрах делает невозможным традиционное механическое прессование для получения масла. Вместо этого в процессе EthaNa используется этанол. В ходе экстракции вытеснением мелкие капли рапсового масла из измельченного ядра эмульгируются в этанольной фазе при мягкой температуре 70°C.

Дополнительное преимущество технологии в том, что вторичные растительные вещества из ядра рапса (синаповая кислота, токоферолы, полифенолы) растворимы в этаноле. При селективной экстракции эти биоактивные соединения можно использовать в косметической или фармацевтической промышленности.

Высококачественное масло уровня пре-рафината

Для высвобождения масла обрушенные ядра смешивают с этанолом, измельчают и разделяют. Этанольно-масляная фракция (жидкая фаза) отделяется от богатой белками твердой фракции с помощью модифицированного шнекового пресса или декантера. Затем эмульгированное масло отделяется от этанола в отстойном резервуаре.

Исследования показали, что масло, полученное на пилотной установке EthaNa, практически не содержит свободных жирных кислот и фосфатидов. Это масло уровня пре- или полурафината, которое не требует интенсивной очистки и может напрямую интегрироваться в существующие производственные линии для дальнейшей переработки.

Богатый белками концентрат рапса для пищи и кормов

Оставшийся обезжиренный твердый материал содержит концентрированные белки. Для дальнейшего обезжиривания концентрата используются различные ступени экстракции. Концентрат сушат в трубчато-пучковой сушилке с рекуперацией этанола.

Полученный таким образом белковый концентрат рапса — продукт значительно более высокого качества, чем рапсовый шрот с промышленных маслозаводов. Он не содержит лузги и вторичных растительных веществ, а значит, в нем крайне мало нежелательных танинов и горьких веществ. Содержание белка в нем составляет 42–43%, что сопоставимо с холоднопрессованными, частично обрушенными рапсовыми жмыхами с децентрализованных маслозаводов.

Важное преимущество — мягкие условия процесса EthaNa, которые не изменяют структуру белков, сохраняя их ценность. Белки хорошо растворимы в воде, что позволяет экстрагировать и использовать их в пищевой промышленности, например, в продуктах-заменителях мяса. Дальнейшие исследования в этой области уже начаты в рамках нового проекта ЕС.

Концентрат рапса также считается высококачественным кормом для животных. В отличие от обычного рапсового шрота, в котором для молодняка птицы или беременных животных нежелательно высокое содержание глюкозинолатов из лузги, концентрат лишен этого недостатка. Сейчас для обеспечения необходимого количества протеина в кормовые смеси добавляют до 30% соевого шрота, импортируемого из-за океана. Концентрат рапса также хорошо подходит для жвачных животных из-за низкого содержания клетчатки, которое даже ниже, чем в соевом шроте.

Новые направления бизнеса для маслозаводов

Богатый белками концентрат рапса откроет маслозаводам новые источники дохода. Пилотная установка EthaNa в Fraunhofer CBP теперь доступна для пробных запусков с рапсом от промышленных маслозаводов, чтобы производить образцы продукции в больших масштабах. Новые системы могут быть интегрированы в существующую инфраструктуру маслозаводов как альтернативные технологические линии.

Одновременно исследователи Fraunhofer CBP работают над оптимизацией работы пилотной системы для повышения её надежности, стабильности, экономичности и энергоэффективности. Выявлены пути оптимизации выхода масла. Также планируется дооснастить установку противоточной экстракцией этанолом для его рециркуляции. Команда намерена повысить содержание белка в концентрате рапса почти до 50%.

У процедуры есть и другой потенциал. Уже ведутся дискуссии об исследовании переработки в установке EthaNa других семян, таких как подсолнечник, буковые орехи, или даже кофейной гущи и семян конопли.